KR101859921B1 - 커피 오일을 이용하여 제조된 양이온 계면활성제 및 이를 함유하는 조성물 - Google Patents

커피 오일을 이용하여 제조된 양이온 계면활성제 및 이를 함유하는 조성물 Download PDF

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Abstract

해결하려는 과제: 종래 CATC 등을 주원료로 하는 양이온 계면활성제는 생분해도가 낮아 환경에 문제를 일으키거나 효능이 좋지 않고 사용감이 떨어지며, 비경제적이다. 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하고 좀 더 경제적인 방법으로 효능이 우수한 양이온 계면활성제를 제공하려는 것을 목표로 한다.
해결수단: 본 발명은 커피 또는 커피그라운드에서 추출한 커피 오일을 이용하여 제조한 양이온 계면활성제에 관한 것으로서, 커피 오일을 출발물질로 하여 아민을 에스테르화 반응시킨 후 4급화하여 제조된 모노 또는 디알킬에스테르기를 갖는 양이온 계면활성제에 관한 것이다. 커피 오일 양이온 계면활성제는 분자 내 소수기로 에이코사노익 사슬을 포함함으로써 모발이나 섬유에 흡착시 부드러운 느낌이 우수하다. 또한, 본 발명의 계면활성제 및 이를 포함하는 조성물들은 커피 오일 성분 중 10% 이상의 디테르펜 성분이 항염증, 항균작용을 하며, 10% 안팎의 천연항생·항염물질이 잔류하여 항염효과를 나타내며, 항산화 성분으로 폴리페놀을 함유한다. 본 발명 조성물은 커피 또는 커피부산물을 활용하므로 자원을 재활용할 수 있어 매우 경제적이며, 저온안정성과 변색안정성이 우수하고, 가정용 섬유유연제, 산업용 섬유유제, 헤어컨디셔너 등의 조성물에 독특한 사용감과 장기 안정성 특징을 부여한다.

Description

커피 오일을 이용하여 제조된 양이온 계면활성제 및 이를 함유하는 조성물 {Cationic surfactant using coffee oil and composition containing the same}
본 발명은 커피 오일을 이용하여 제조된 양이온 계면활성제 및 이를 함유하는 조성물에 관한 것이다.
섬유나 모발에 부드러움을 주거나 산업적으로 섬유 등에 유연감과 대전방지 기능을 부여하기 위해 종래에는 DDAC (dimethyl dialkyl ammonium chloride) 또는 CTAC (Cetyl trimethyl ammonium chloride), STAC (Stearyl trimethyl ammonium chloride) 등이 대표적인 양이온성 계면활성제로 널리 사용되었으나, 이 물질들은 생분해도가 낮아 환경에 문제를 일으키거나 효능이 좋지 않고 사용감이 떨어진다는 이유로 인하여 소비가 감소하고 있다. 1980년대 양이온성 계면활성제의 생분해도를 향상시키기 위해 헨켈사가 물에서 쉽게 가수분해되는 분자 내 에스테르기를 갖는 에스테르계 4급 암모늄염을 개발하였으며, 국내에서는 오성화학에서 1990년대 처음으로 국산화를 시작한 이래 많은 업체들이 에스테르계 양이온 계면활성제를 개발하여 상용화하고 있다. 특히 모발용 양이온 계면활성제로는 종래 사용되어 온 CTAC (C16), STAC (C18)보다 알킬기가 더 길어지는 추세이며, 비교적 구하기 쉬운 비헤닐 (C22)의 지방산이 양이온 계면활성제의 출발물질이 되어 사용량이 증가하는 추세이다. 전술한 모든 기술은 지방산을 출발물질로 사용한다는 공통점이 있다.
한편, 지방산이 아닌 트리글리세라이드 형태의 오일을 직접 출발물질로 사용하여 양이온 계면활성제를 합성하는 기술들이 상용화되어 있는데, 오일을 출발물질로 사용하는 에스테르계 양이온 계면활성제는 헨켈사에서 처음으로 특허화한 이후 (미국특허 제5,869,716호) 국내에서는 2000년대 중반에 와서야 상업화되기 시작하였다. 한국특허 제10-0757049호, 한국특허 제10-0861699호에는 식물성 오일을 직접 에스테르 교환하는 양이온 계면활성제 합성방법이 공지되어 있다. 이는 섬유 유연제에 국한되어 있으며, 헤어 컨디셔너용 양이온 계면활성제에 트리글리세라이드형 오일을 직접 이용한 사례는 없다.
종래의 DDAC, STAC, CATC 등 양이온 계면활성제는 제품에 적용시 제품의 생분해도가 낮아 환경에 문제를 일으키거나 비경제적이며, 이를 해결하기 위해 섬유유연제 또는 의류산업용 유제에 최근 많이 사용되는 에스테르계 4급 암모늄염은 생분해가 좋으나 효능이 낮아 사용감이 떨어진다는 문제를 안고 있다. 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하고 좀 더 경제적인 방법으로 효능이 우수한 양이온 계면활성제를 제공하려는 것을 목표로 한다.
상기와 같은 목표를 달성하기 위하여 본 발명자는 커피 또는 커피그라운드에서 추출한 오일을 출발물질로 하여 현재 상용화된 시판 제품들에 비해 우수한 품질의 양이온 계면활성제를 경제적으로 제조하였다.
가정용 및 산업용 섬유유연제, 의류산업용 유제, 헤어컨디셔너 등 인체에 직접 접촉되는 제품들이 주를 이루는 양이온 계면활성제는 일반적으로 팜이나 우지 또는 석유화학물질을 소수기로 사용하여 제조하지만 최근 급속도로 확대된 식물성 팜의 경우 작황이나 유가에 따라 변동이 심하고, 양이온 계면활성제 원재료비의 대부분을 차지하고 있다. 그리하여 당 연구자들은 커피 원두, 특히 커피를 추출하고 남은 폐기물인 커피그라운드에서 커피 오일을 추출하여 이를 소수기로 사용함으로써 경제적인 방법으로 양이온 계면활성제를 합성하고자 시도하였다. 또한, 커피 오일의 조성 특징을 이용하여 계면활성제 조성물에 부드러움을 강화하고, 항산화 및 항염 효과를 부여하고자 하였다. 뿐만 아니라, 종래에는 양이온 계면활성제의 특징상 유화제품을 제조하기 위해서는 60℃ 이상의 고온에서 유화시켜야 했으나, 커피 오일을 사용하면 융점이 현저하게 낮아져 가열하지 않고도 상온에서 유화할 수 있어 생산비용을 현저히 절감할 수 있다는 사실도 발견하였다.
본 발명의 양이온 계면활성제 합성은 트리글리세라이드계 오일을 출발물질로 모노 또는 디에스테르계 양이온 계면활성제를 합성하는 방법을 기본으로 하였다. 본 발명의 특징은 커피 오일을 양이온 계면활성제 합성의 출발물질로 사용하기 때문에 첫째, 폐 커피그라운드에서 커피 오일을 추출하는 경우 비용이 절감된다. 둘째, 커피 오일로 제조된 양이온 계면활성제를 이용하여 헤어 컨디셔너, 가정용 섬유유연제, 의류산업용 유제 등의 컨슈머 제품을 제조하는 경우 종래 양이온 계면활성제용으로 상업화된 팜유, 우지, 대두유 등을 사용하여 제조한 경우와 다르게 부드러움이 매우 강화된다는 점이다. 커피 오일에는 팜유, 우지, 대두유 등에서 찾기 어려운 C20의 에이코사노익산(Eicosanoic Acid)이 다량 함유되어 있어 커피 오일을 이용한 에스테르계 양이온 계면활성제로 제품을 제조하면 독특한 시용감을 준다. 셋째, 커피 오일 성분 중 10% 이상의 디테르펜 성분이 항염증, 항균작용을 하며, 10% 안팎의 스테롤 성분들이 천연항생, 항염물질로 작용하므로 커피 오일을 이용하여 제조한 양이온 계면활성제를 함유한 제품들은 항생, 항염 기능성을 나타낸다. 뿐만 아니라, 커피 오일에는 폴리페놀을 성분이 함유되어 있어 항산화 기능도 있다. 넷째, 대부분의 양이온 계면활성제는 융점이 60 내지 70℃이므로 동절기 사용에 불편하고, 유화시 고온으로 열에너지를 투입해야 하지만, 커피 오일을 활용한 양이온 계면활성제의 융점은 10℃ 이하로, 사용이 편리한 것은 물론 열을 가하지 않고 상온 유화도 가능하다.
본 발명의 양이온 계면활성제는 커피 오일을 출발물질로 하는 것을 특징으로 하며, 이렇게 제조된 양이온 계면활성제는 헤어 컨디셔너, 가정용 섬유유연제 등 모발이나 의류에 흡착시켜 인체에 직접 접촉하는 제품군에서 매우 유용하게 사용될 수 있으며, 특히 유연효과와 항산화력이 확인되었으며, 항염증효과 등이 기대된다. 아울러 의류에 부드러움을 주는 의류산업의 유제로도 활용 가능하다.
도 1은 커피그라운드로부터 추출한 커피 오일의 탄소 분포를 나타내는 질량분석 크로마토그래피 결과이다.
아래에서는 구체적인 실시예와 시험예를 들어 본 발명의 구성을 좀 더 자세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 실시예 및 시험예에 기재된 사항에 한정되는 것이 아님은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
본 발명의 양이온 계면활성제 합성방법은 1단계로 커피 오일을 추출하고, 2단계로 커피 오일을 모노에탄올아민 또는 트리에탄올아민과 에스테르 반응을 시키며, 3단계로 디메칠설페이트, 디에칠설페이트, 메칠클로라이드 등의 4급화제를 사용하여 4급화 하는 공정을 거친다. 이렇게 완성된 커피 오일 지방산에스테르형 양이온 계면활성제를 섬유유연제 및 헤어 컨디셔너에 적용하여 성능을 확인하였다.
이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다. 커피 오일은 커피에서 추출해도 되지만 환경 문제와 경제성을 감안하여 커피그라운드에서 오일을 추출하고 활용하는 전 과정을 기술하였으며, 본 발명의 권리범위는 커피그라운드 추출 오일에 한정하지 않고 다양한 커피 형태에서 나오는 커피 오일 전체를 포함한다. 전 세계적으로 커피는 매년 6백만 톤 이상 생산되고 있으며 한국에 수입되는 커피는 연간 15만 톤 이상이다. 커피는 커피액 추출 후 대부분이 부산물 즉 커피그라운드로 폐기된다. 이를 활용하려는 다양한 시도가 이어지고 있으며 이 중 커피그라운드에서 커피 오일을 추출하는 방법은 commission of Agentschap NL and KNVKT (Jan E.G. van Dam, 2010년 5월 27일)의 “Coffee residues utilization” 리포트 등에 자세히 보고된 바 있다. 실제로 헥산, 이소프로판올, 옥탄, 에탄올 등의 용매를 단독 또는 혼합으로 사용하여 커피 오일을 추출하여 바이오디젤 용도 등으로 상업화한 사례들이 있다. 본 발명에서는 헥산과 이소프로판올을 반반 섞어 커피그라운드에서 커피 오일을 추출하였다. 커피 오일은 전체 커피그라운드의 15~18%에 달하며, 콩에서 대두유가 약 20% 추출되고, 올리브 열매에서 올리브 오일이 약 15~30% 추출된다는 점에서 적지 않은 양임을 알 수 있다.
본 발명자들은 커피 오일을 대량생산하는 단계까지 진행하기 전이라 커피 오일의 경제성을 직접 계산할 수 없었으나 commission of Agentschap NL and KNVKT (Jan E.G. van Dam, 2010년 5월 27일)의 “Coffee residues utilization” 리포트에 따르면 커피그라운드에서 오일을 추출하는데 드는 생산비용은 톤당 290유로 (약 30만원)로 계산되고 있다. 이는 가장 유사한 조성과 물성, 경제성을 갖고 있는 오일인 대두유의 거래단가가 톤당 740달러(약 86만원) 수준임에 비추어 매우 경제적인 출발물질임을 알 수 있다.
또한, 커피그라운드에서 추출한 커피 오일 중 지방산 부분의 분포는 표 1과 같으며, 독특하게 탄소쇄 C20의 에이코사노익(Eicosanoic) 기의 함유량이 커피 종류에 따라 7~20%의 높은 비율로 함유되어 있음을 확인할 수 있었다.
탄소쇄 함량(%)
C16 26~30
C18 5~7
C18:1 6~8
C18:2 43~54
C18:3 2~3
C20/C20:5 7~20
커피 오일로 양이온 계면활성제를 제조한 후 이를 포함하는 유화제품을 제조하면 C20 지방산의 영향으로 부드러움이 한층 상승한다.
커피 오일 성분 중에는 10~20%의 디테르펜 성분과 10% 안팎의 스테롤 성분들이 포함되어 있다. 커피의 산지에 따라 다르지만, 디테르펜 성분은 주로 카페스톨(Cafestol)과 카월(Kahweol)이며, 이들 성분들은 물 불용성으로 커피를 뜨거운 물로 우린 후에도 많은 양이 커피그라운드에 잔존한다. 특히 더치커피로 사용된 그라운드에는 대부분의 디테르펜 성분이 잔존한다. 스테롤 성분으로는 가장 함량이 높은 시토스테롤(sitosterol)을 비롯하여 스티그마스테롤(stigmasterol), 카페스테롤(capesterol) 등이 함유되어 있다. 이들 디테르펜 성분들과 스테롤 성분들은 양이온 계면활성제 합성시 반응에 참여하지 않아 계속 제품 내에 존재할 확률이 높으며, 이들이 인체에 미치는 긍정적 요인들은 이미 알려진 바 있다. 카페스톨(cafestol), 카월(kahweol)과 같은 디테르펜과 각종 폴리페놀은 유방암, 대장암, 자궁내막암, 간암, 췌장암 등 암 발생 위험성을 13% 감소시킨다는 논문결과가 있으며 (2011년 영국의 BMC cancer에 발표된 40개의 코호트 연구결과), 카윌과 카페스톨에 항산화, 항염증 효과가 존재한다는 발표도 있다 (Alimentary Pharmacology and Therapeutics, 사우샘프턴대학 O.J. Kenedy, 에딘버러대학 염증연구소의 J.A. 팔로필드 박사 공동연구팀). 또한, 스테롤 성분인 시토스테롤의 항균효과가 여러 논문을 통해 발표되어 있으며 (Biomolecules & Therapeutics, vol. 7-3, p205~209), 스티그마스테롤의 항균작용도 공지되어 있다 (한국약용작물학회지 2005, vol.13, no.4, pp. 182-185).
본 발명자들은 커피 오일을 이용하여 에스테르형 양이온 계면활성제를 합성하였는데, 합성하는 과정은 다음과 같다.
첫 번째 에스테르반응 단계는 커피 오일과 트리에탄올아민 또는 메칠디에탄올아민의 에스테르 반응이며, 본 발명의 일 실시예에서는 커피 오일과 트리에탄올아민을 사용하여 에스테르형 양이온 계면활성제를 합성하였다. 이때 촉매로 소듐메톡사이드를 사용하였다. 반응에 참여하는 커피 오일은 0.3 내지 1.0 당량을 사용하였으며, 합성된 화합물의 모노, 디, 트리알킬에스테르의 함량은 지방산과 아민의 당량비에 의해서 결정되는데 커피 오일의 당량이 낮을수록 모노에스테르의 함량이 많아지고 1.0 당량 이상에서는 트리에스테르의 함량이 많아지거나 미반응오일의 함량이 높아져 물성과 성능이 저하된다. 커피 오일과 트리에탄올아민을 반응시킬 때 용매 없이 반응시켰으며, 이때 반응 온도는 180 ~ 200℃이며, 반응 시간은 5 ~ 8시간이었다.
두 번째 반응은 에스테르 반응이 끝난 후 용매와 4급화제를 투입하여 4급화 반응을 진행하는데 반응 용매로 에탄올, 이소프로필알콜 또는 글리콜을 사용하여 반응이 용이하게 조절하며, 4급화제로는 디메칠설페이트, 디에칠설페이트 또는 메칠클로라이드를 사용하는데, 본 발명의 일 실시예에서는 디메칠설페이트를 4급화제로 사용하였고 당량은 아민의 0.5~1.0 당량을 사용하며 반응 온도는 40 ~ 80℃, 반응 시간은 1~ 5시간으로 하였다.
본 발명에 의해 제조된 커피 오일 양이온 계면활성제는 화학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016033381414-pat00001
여기서 R은 C1~C4 알킬기, 바람직하게는 -CH3이며, R1은 H 또는 COR3이고, R2는 -CH3 또는 -CH2CH2OH이다. 그리고, R3는 추출된 커피 오일의 탄소쇄이다. 또한, 대이온 X는 Cl, Br, I 등의 할로겐 이온이나 CH3SO4 또는 CH3CH2SO4이다.
시판 양이온 계면활성제 합성시 일반적인 출발물질인 우지 지방산, 팜 지방산, 팜오일 등과 본 발명의 커피 오일 양이온 계면활성제 합성의 출발물질인 커피 오일의 융점을 표 2에 비교하였다. 다른 출발물질들의 융점이 55~67℃인데 비해 커피 오일의 융점은 6℃로 매우 낮다. 따라서, 본 발명의 커피 오일을 이용한 양이온 계면활성제는 저온에서도 유동성이 좋아 핸들링이 용이하다는 장점이 있다.
출발물질 융점(℃)
커피 오일 5~10℃
팜 지방산 60~70℃
우지 지방산 60~70℃
팜오일 45~60℃
본 발명의 커피 오일 양이온 계면활성제는 가정용 섬유유연제, 산업용 유제, 헤어 컨디셔너 등에 사용 가능하다. 가정용 섬유유연제와 산업용 유제는 기능이 유사하므로 산업용 유제에 관하여는 별도의 물성 실험을 수행하지 않고 가정용 섬유유연제와 헤어컨디셔너를 제조하여 개발된 양이온 계면활성제의 물성을 시험하였다.
본 발명의 커피 오일을 출발물질로 제조된 양이온 계면활성제는 알킬기로 구성되는 소수기가 커피에서 추출된 커피 오일임을 특징으로 한다. 이 구조를 합성하기 위하여 아민, 좀 더 바람직하게는 트리에탄올아민 또는 메칠디에탄올아민이 사용되며, 4급화제, 좀 더 바람직하게는 디메칠설페이트, 디에칠설페이트 및 메칠클로라이드 중 1종 이상을 사용할 수 있다. 본 발명의 커피 오일 양이온 계면활성제에는 카페스톨(cafestol), 카월(kahweol)과 같은 디테르펜과 폴리페놀, 스테롤성분인 시토스테롤, 스티그마스테롤이 최소 2종 이상 함유되어 있다.
본 발명은 커피 오일 양이온 계면활성제를 함유하는 가정용 섬유유연제, 의류산업용 섬유유제, 헤어 컨디셔너 조성물을 포함한다.
본 발명은 양이온 계면활성제 합성방법이 아닌 커피 오일을 출발물질로 사용한 것에 한정하며, 이렇게 제조된 양이온 계면활성제를 가정용 섬유유연제, 의류산업용 유제, 헤어 컨디셔너 조성물의 구성성분으로 이용할 수 있다. 본 발명의 커피 오일 양이온 계면활성제 합성 방법은 모노알킬 함량이 많이 나오는 조건과 디알킬 함량이 많이 생성되는 조건 2가지를 공통으로 사용하였고, 합성된 커피 오일 양이온 계면활성제를 가정용 섬유유연제, 의류산업용 유제, 헤어 컨디셔너에 적용하는데 있어 응용 물성을 실시예와 비교예를 통하여 비교하였다.
합성예 1: 디알킬 함량이 많은 커피 오일 양이온 계면활성제 제조
공지된 방식으로 커피그라운드에서 커피 오일을 추출하고, 기계식 교반기, 온도계, 콘덴서(condenser), 증류장치가 설치된 4구 플라스크에 질소 분위기 하에서 커피 오일 588g과 트리에탄올아민 149g을 20torr로 감압하여 180℃로 반응시키고 생성되는 물을 제거하면서 6시간 동안 반응을 진행하였다. 이때 촉매로 소듐메톡사이드를 사용하였다. 반응이 끝난 후 산가는 2 이하였다. 이것을 냉각한 후 여기에 이소프로필알콜 100g을 투입하고 디메칠설페이트 119g을 55℃ 이하로 유지하면서 서서히 적가하였다. 적가가 끝난 후 55℃에서 5시간 동안 반응을 진행하고 반응을 종결하였다.
합성예 2: 모노알킬 함량이 많은 커피 오일 양이온 계면활성제 제조
공지된 방식으로 커피그라운드에서 커피 오일을 추출하고, 기계식 교반기, 온도계, 콘덴서, 증류장치가 설치된 4구 플라스크에 질소 분위기 하에서 커피 오일 420g과 트리에탄올아민 149g을 20torr로 감압하여 180℃로 반응시키고 생성되는 물을 제거하면서 6시간 동안 반응을 진행하였다. 이때 촉매로 소듐메톡사이드를 사용하였다. 반응이 끝난 후 산가는 2 이하였다. 이것을 냉각한 후 여기에 이소프로필알콜 100g을 투입하고 디메칠설페이트 119g을 55℃ 이하로 유지하면서 서서히 적가하였다. 적가가 끝난 후 55℃에서 5시간 동안 반응을 진행하고 반응을 종결하였다.
반응에 의해 합성된 양이온 계면활성제의 물성은 표 3과 같다.
합성예 1
양이온 계면활성제		 합성예 2
양이온 계면활성제		 팜유 양이온
계면활성제		 대두유 양이온
계면활성제		 우지 양이온
계면활성제
융점 5℃ 4℃ 60℃ 0℃ 이하 62℃
안정성
(50℃,1개월) 		안정 안정 약한 변색 변색 안정
실시예 1~4 및 비교예 1~8
상기 합성예 1을 통하여 합성된 커피 오일 양이온 계면활성제를 이용하여 가정용 섬유유연제를 제조하였으며, 시판 섬유유연제와 비교하였다. (의류산업용 유제도 가정용 섬유유연제와 유사한 용도, 물성이므로 별도의 실험은 생략함)
고온 유화공정과 저온 유화공정을 나누어 제조, 비교하였으며, 고온 유화공정은 1리터 비이커에 물을 받고, 물의 온도를 70℃까지 올린 후 양이온 계면활성제를 투입하고 800rpm에서 30분 교반하였으며, 40℃까지 온도를 낮춘 후 향과 방부제, 소포제를 추입하고 30분을 추가 교반하였다. 저온 유화공정은 25℃ 상온의 물을 받고 양이온 계면활성제와 향을 투입하고 800rpm에서 30분 교반하였으며, 방부제, 소포제 투입 후 10분 추가 교반하였다. 실험에 사용된 처방은 표 4 및 표 5와 같다.

 실시예
1 2 3 4
(합성예 1)
양이온 계면활성제		 4 6 18 18
디알킬에스테르(팜유)
암모늄메칠설페이트		 - - - -
디알킬에스테르(우지유)
암모늄메칠설페이트		 - - - -
디알킬에스테르(대두유)
암모늄메칠설페이트		 - - - -
실리콘소포제 0.03 0.04 0.05 0.05
페녹시에탄올 0.3 0.4 0.5 0.5
향 료 0.5 1.2 1.5 1.5
이온교환수 잔량 잔량 잔량 잔량
공정온도(℃) 25℃ 25℃ 25℃ 70℃

비교예
1 2 3 4 5 6 7 8
합성예 1
양이온 계면활성제		 - - - - - - - -
디알킬에스테르(팜유)
암모늄메칠설페이트		 4 6 18 18 - - - -
디알킬에스테르(우지유)
암모늄메칠설페이트		 - - - - 18 18 - -
디알킬에스테르(대두유)
암모늄메칠설페이트		 - - - - - - 18 18
실리콘소포제 0.03 0.04 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
페녹시에탄올 0.3 0.4 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
향 료 0.5 1.2 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
이온교환수 잔량 잔량 잔량 잔량 잔량 잔량 잔량 잔량
공정온도(℃) 70℃ 70℃ 70℃ 25℃ 70℃ 25℃ 70℃ 25℃
실시예 5, 6 및 비교예 9~12
상기 합성예 2를 통하여 합성된 커피 오일 양이온 계면활성제를 이용하여 헤어 컨디셔너를 제조하였으며, 시판 헤어 컨디셔너와 비교하였다. 헤어 컨디셔너는 양이온 계면활성제 외에도 융점이 높은 원료들이 있어 공정상의 유화온도는 통일하여 75℃에서 유화하였다. 1리터 비이커에 물을 받고, 물의 온도를 75℃까지 올린 후 양이온 계면활성제를 투입하여 800rpm에서 20분 교반하였다. 온도를 유지하며 세테아릴알콜을 투입한 후 800rpm에서 20분 추가 교반하였으며, 40℃까지 온도를 낮춘 후 실리콘 에멀젼과 향, 방부제를 차례로 투입하고 30분 동안 추가 교반하였다. 실험에 사용된 처방 비교는 표 6과 같다.
실시예5 실시예6 비교예9 비교예10 비교예11 비교예12
합성예 2
양이온 계면활성제		 3.0 4.5 - - - -
스테아릴트리메칠
암모늄클로라이드		 - - 3.0 - - -
세칠트리메칠
암모늄클로라이드		 - - - 3.0 - -
비헤닐트리메칠
암모늄클로라이드		 - - - - 3.0 -
스테아릴아미도프로필
디메칠아민-구연산염		 - - - - - 3.0
세테아릴알콜 5.5 3.5 5.5 5.5 5.5 5.5
실리콘에멀젼 4.0 3.5 4.0 4.0 4.0 4.0
향료 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
페녹시에탄올 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
이온교환수 잔량 잔량 잔량 잔량 잔량 잔량
[물성 및 품질평가]
섬유유연제 ( 산업용유제 )
1) 유연성 평가
시료를 양이온 계면활성제 농도에 맞게 환산하여 일정량 세탁기 내 유연제 투입구에 표준사용량 투입하고, 세탁용 세제를 사용하여 패널용 수건을 각각 5장씩 넣은 후, 세탁→ 탈수→ 헹굼→ 탈수→ 헹굼(유연제 투입)→ 탈수→ 건조(24시간) 과정을 거쳐서 5명의 숙련된 평가자의 관능평가로 평가하고 평균점수로 환산하였다.
(세탁수 50리터 기준으로 투입농도: 4% 처방은 48g, 6% 처방은 35g, 18% 처방은 12g 투입)
평가방법: 각 발명품을 5점 척도로 하여 유연력을 아래의 평가 등급에 의해 평가하였다.
5점: 유연력 매우 우수
4점: 유연력 양호
3점: 유연력 보통
2점: 유연력 다소 떨어짐
1점: 유연력이 매우 떨어짐
2) 유화입자 측정
제조된 섬유유연제 각각에 대하여 입자 분석장치를 이용하여 유화입자의 크기를 측정하였다.
3) 장기 안정성 평가
저장안정성 평가는 고온 조건과 냉동 조건에서 실시하였다. 고온 조건은 100ml 투명 용기에 실시예 1 내지 4, 비교예 1 내지 8의 각 시료를 용기 80% 높이까지 담고 50℃에서 30일 보관한 후 성상을 평가하였다. 냉동 조건의 시험은 마찬가지로 100ml 투명 용기에 각 시료를 용기 80% 높이까지 담고 -20℃의 냉동실에 24시간 보관하고 24시간 해동하는 작업을 2회 반복한 후 점도를 측정하여 안전성을 평가하였다.
평가기준
5점: 매우 안정
4점: 안정
3점: 보통
2점: 미흡
1점: 불량
4) 경시 변색 안정성
상기 유화안정성 시험 조건 중 50℃에서 30일 보관한 시료의 시험 전·후 색차계를 이용하여 색상 차이를 측정하였다.
평가기준
5점: 색상변화 없음 (APHA 200 이하 차이)
4점: APHA 200 이상 ~ Gardner 1 이하 차이
3점: Gardner 1 이상 ~ Gardner 2 이하 차이
2점: Gardner 2 이상 ~ Gardner 3 이하 차이
1점: Gardner 3 이상 차이
실시예 1 내지 실시예 4의 섬유유연제 시료와 비교예 1 내지 비교예 8의 섬유유연제 시료 12종 각각에 대해 상기 평가방법에 따라 시험하였으며 그 결과는 표 7에 나타내었다.
유연성(5점) 장기안정성(5점) 유화입자(㎛) 경시변색(5점)
실시예 1 4.5 5 4~6 4
실시예 2 4.4 5 5~8 4
실시예 3 4.5 5 11~17 4
실시예 4 4.6 5 5~8 4
비교예 1 4.0 5 7~10 4
비교예 2 3.9 5 9~14 4
비교예 3 4.0 5 10~18 4
비교예 4 3.1 2 측정불가 3
비교예 5 4.1 5 10~18 4
비교예 6 3.2 1 측정불가 3
비교예 7 3.5 5 15~18 3
비교예 8 2.8 4 18~22 2
헤어 컨디셔너
1) 부드러움 평가
동일한 샴푸로 세발한 후 실시예에 따라 제조된 컨디셔너 조성물들을 일정한 방법에 따라 사용한 후 헹구고 헤어드라이기로 건조한 후, 전문 평가원 5명이 모발의 손놀림시 감촉을 관능평가하였다.
평가기준
5점: 감촉 우수
4점: 감촉 양호
3점: 감촉 보통
2점: 감촉 미흡
1점: 감촉 불량
2) 정전기 방지 효과 평가
동일한 샴푸로 세발한 후 실시 예에 따라 제조된 컨디셔너 조성물들을 일정한 방법에 따라 사용 후 헹구고 헤어드라이기로 건조한 후, 전문 평가원 5명이 빠른 속도로 20회씩 빗질 후 정전기 방지 효과를 관능평가하였다.
평가기준
5점: 방지효과 우수
4점: 방지효과 양호
3점: 방지효과 보통
2점: 방지효과 미흡
1점: 방지효과 불량
실시예 5 내지 실시예 6의 헤어 컨디셔너 시료와 비교예 9 내지 비교예 12의 섬유유연제 시료 6종 각각에 대해 상기 평가방법에 따라 시험하였으며 그 결과는 표 8에 나타내었다.
모발 부드러움 (5점) 정전기 방지능력 (5점)
실시예 5 4.6 4.3
실시예 6 4.4 4.3
비교예 9 3.9 4.0
비교예 10 3.8 3.9
비교예 11 4.2 4.0
비교예 12 3.9 3.8
평가 결과, 합성예 1의 양이온 계면활성제를 사용한 실시예 1 내지 4의 섬유유연제 시료들이 공정안정성, 유화안정성, 유연성, 장기안정성, 변색안정성에서 비교예 시료들에 비하여 우수하였으며, 저온 공정에서도 유화입자가 안정되게 생성되고 안정성이 좋음이 확인되었다.
또한, 합성예 2의 양이온 계면활성제를 사용한 실시예 5, 실시예 6의 헤어 컨디셔너 시료들이 부드러움과 정전기방지능력이 시판 제품들에 비해 우수함을 확인할 수 있었다.

Claims (5)

  1. 커피 또는 커피그라운드에서 추출한 융점이 5 내지 10℃인 커피 오일을 소수기로 사용하여 아민과 180 내지 200℃에서 에스테르반응 시켜 모노알킬 또는 디알킬에스테르 아민을 제조하는 단계; 및
    상기 모노알킬 또는 디알킬에스테르 아민을 4급화제로 4급화 반응하는 단계에 의해 제조되며,
    융점이 10℃ 이하인 것을 특징으로 하는, 저온 유화형 알킬에스테르형 커피 오일 양이온 계면활성제.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 저온 유화형 알킬에스테르형 커피 오일 양이온 계면활성제는 아래 화학식 1과 같은 구조를 가짐을 특징으로 하는, 커피 오일 양이온 계면활성제.
    <화학식 1>
    Figure 112017119063732-pat00002

    (상기 R은 C1~C4의 알킬기이며, R1은 H 또는 COR3이고, R2는 CH3 또는 CH2CH2OH이고, R3는 커피 오일에서 추출한 오일의 탄소쇄이고, X는 할로겐 이온, CH3SO4 또는 CH3CH2SO4이다.)
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 저온 유화형 알킬에스테르형 커피 오일 양이온 계면활성제 내에 디테르펜, 스테롤 또는 폴리페놀이 2종 이상 함유됨을 특징으로 하는, 커피 오일 양이온 계면활성제.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항의 저온 유화형 알킬에스테르형 커피 오일 양이온 계면활성제를 함유하는, 가정용 섬유유연제 또는 의류산업용 섬유유연제 조성물.
  5. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항의 저온 유화형 알킬에스테르형 커피 오일 양이온 계면활성제를 함유하는 헤어 컨디셔너 조성물.
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