KR101944972B1 - 화장료용 바이오차 기반 바이오 탄소튜브, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 화장료 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화장료용 바이오차 기반 바이오 탄소튜브, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 화장료 조성물에 관한 것으로, 본 발명의 바이오차 기반 바이오 탄소튜브는 큰 비표면적과 다공성 구조를 가지고 있어, 스크럽제로 활용시 스크럽 기능뿐만 아니라 이물질 또는 피지의 제거 또는 흡착능이 우수하며, 다공성 구조 내에 산화되기 쉬운 기능성 화장료 물질을 탑재하여 상기 기능성 물질의 안정성 증진 및 피부로의 효과적인 전달능을 보여줄 수 있어 신규한 화장료 소재로 사용가능하다

Description

화장료용 바이오차 기반 바이오 탄소튜브, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 화장료 조성물{Bio-carbon tube based on biochar for cosmetics and manufacturing method thereof and cosmetic composition containing the same}

본 발명은 화장료용 바이오차 기반 바이오 탄소튜브, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 화장료 조성물에 관한 것이다.

바이오차(biochar)는 산소가 없는 혐기성 조건에서 유기물질을 가열하여 얻는 것으로 토양의 지력향상 뿐만 아니라 탄소를 수백 년간 토양에 붙잡아 두는 좋은 친환경제제이다. 바이오차는 지구온난화를 유발하는 이산화탄소를 흡수한다는 사실이 알려지면서 이와 관련된 연구가 전 세계적으로 활발하게 이루어지고 있다.

바이오차는 토양파괴의 방지 및 황폐화된 토양의 개량 효과와 더불어, 우수한 보수력과 보비성(비료를 보호하는 능력)이 있어 식물체에 수분공급을 용이하게 하며 수확량의 증가 효과가 증명되어 농업분야에 획기적인 자극이 되고 있으나, 그 외의 산업분야에서는 거의 활용되지 않아 바이오차를 산업적으로 활용하기 위한 기술의 개발이 필요한 상황이다. 더욱이, 바이오차로 활용하기 위한 원료는 농업계, 산림계 및 폐기물계의 부산물 등 자연계의 모든 바이오매스가 될 수 있기 때문에 자원 순환 측면에서도 상당한 의의가 있다.

기존 화장품 산업에서 탄소소재 기반의 원료는 숯이 주로 활용되고 있었으나, 숯을 기반으로 한 탄소소재는 원재료(참나무 등의 목본식물)의 특성상 구조가 치밀하고 단단하여, 화장료 조성물에 사용될 경우 민감한 피부에 부작용을 발생할 수 있는 단점이 있다.

본 발명에서는 화장품 산업에 이용가능한 탄소소재 기반의 신소재를 개발하기 위해 초본식물 바이오매스를 열분해하여, 육각형 모양의 공극을 가지는 바이오차를 개발하였다.

한편, 한국공개특허 제2017-0082949호에는 '토마토 숯을 이용한 화장수 제조방법'이 개시되어 있고, 한국공개특허 제2018-0031395호에는 '해조류 바이오매스를 이용한 활성 바이오차의 제조방법'이 개시되어 있으나, 본 발명의 화장료용 바이오차 기반 바이오 탄소튜브, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 화장료 조성물에 대해서는 기재된 바가 없다.

본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 본 발명자들은 탄소소재 기반의 기능성 화장품을 개발하기 위해, 초본식물의 바이오매스를 저속열분해하여 육각형 모양의 공극을 가지는 바이오차 기반 바이오 탄소튜브를 제조하였고, 상기 바이오차 기반 바이오 탄소튜브의 공극 내부에 쉽게 산화되어 저장성이 떨어지는 기능성 화장료 원료를 탑재하여 상기 화장료 원료의 안정성을 증대시킬 수 있음을 확인함으로써, 신규한 탄소소재의 기능성 화장료 소재를 완성하였다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 세절한 초본식물을 300~500℃의 온도 및 혐기조건에서 1~4시간 동안 열분해하는 단계를 포함하는 다각형 및 비정형 모양의 공극을 가지는 바이오차(biochar) 기반 바이오 탄소튜브(bio-carbon tube)의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 다각형 및 비정형 모양의 공극을 가지는 바이오차 기반 바이오 탄소튜브를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 바이오차 기반 바이오 탄소튜브를 유효성분으로 포함하는 화장료 조성물을 제공한다.

본 발명의 바이오차는 큰 비표면적과 다공성 구조를 가지고 있어, 스크럽제로 활용시 스크럽 기능뿐만 아니라 이물질 또는 피지의 제거 또는 흡착능이 우수하며, 특히, 본 발명의 바이오차 기반 바이오 탄소튜브는 육각형 모양을 포함한 다공성 구조 내에 산화되기 쉬운 기능성 화장료 물질을 탑재하여 상기 기능성 물질의 안정성 증진 및 피부로의 효과적인 전달능을 보여줄 수 있어 신규한 화장료 소재로 사용가능하다.

또한, 본 발명의 바이오매스 유래 친환경 바이오차는 스크럽제와 같은 세정제 형태의 화장료에 적용 시, 기존의 미세플라스틱 기반의 스크럽제와는 달리, 물과 함께 하수도로 떠내려가더라도 천연소재라 환경오염을 유발하지 않으며, 기존 하폐수 처리시설에 의해 쉽게 분리되는 특성을 가지고 있다.

도 1은 육각형 모양의 공극을 가지는 바이오차의 모습을 보여주는 전자현미경 사진이다.
도 2는 본 발명의 바이오차를 이용한 기능성화장품 개발 모식도이다.
도 3은 바이오차 기반 바이오 탄소튜브의 전자현미경 사진으로, 600℃의 열분해 온도 조건에서 제조된 경우 바이오차 기반 바이오 탄소튜브의 골격이 붕괴되는 것을 확인한 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 세절한 초본식물을 300~500℃의 온도 및 혐기조건에서 1~4시간 동안 열분해하는 단계를 포함하는 다각형 및 비정형 모양의 공극을 가지는 바이오차(biochar) 기반 바이오 탄소튜브(bio-carbon tube)의 제조방법 및 상기 방법에 의해 제조된 다각형 및 비정형 모양의 공극을 가지는 바이오차 기반 바이오 탄소튜브를 제공한다.

본 발명의 일 구현 예에 따른 제조방법에 있어서, 상기 바이오차의 공극 모양은 바람직하게는 육각형 모양일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

또한, 본 발명의 일 구현 예에 따른 제조방법에 있어서, 상기 초본식물의 열분해 후 바이오차의 입자크기를 조절하기 위해 분쇄나 가공 공정을 수행하면 육각형 및 다공성 구조체의 골격이 깨지기 때문에, 초본식물은 0.5mm 이하, 바람직하게는 0.01~0.5mm의 크기로 절단한 후에 열분해하는 것이 바람직하다.

본 발명의 용어 '초본식물(herbaceous plants)'은 줄기에 목재를 형성하지 않는 식물을 의미하며, 이에 한정하지 않으나, 벼, 보리, 강아지풀, 바랭이, 민들레, 냉이, 할미꽃, 애기똥풀, 꽃다지, 제비꽃, 양지꽃, 초롱꽃, 괭이밥, 광대나물, 씀바귀, 비비추, 관중, 둥굴레, 옥잡화 또는 꽃잔디 등일 수 있다.

또한, 본 발명의 바이오차는 초본식물을 이용하여 제조하는 것이 바람직하나, 목본식물을 이용하여 제조할 수도 있다.

또한, 본 발명의 일 구현 예에 따른 제조방법에 있어서, 상기 바이오차 제조를 위한 열분해 온도는 300~500℃의 온도일 수 있고, 바람직하게는 350~450℃일 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 사용된 초본식물의 바이오매스 중량 또는 절단 크기에 따라 육각형 모양의 공극이 생성될 수 있도록 조절할 수 있다. 상기 열분해 온도가 600℃ 이상일 경우, 초본식물을 열분해하더라도 육각형 모양의 공극이 생성되지 않거나, 육각형 모양의 공극이 일부 생성되더라도 강성(rigidity)이 약해 화장품 제조 공정 중에 육각형 모양이 깨지게 된다.

본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 바이오차 기반 바이오 탄소튜브는, 직경이 1~25nm인 메조(meso)공, 직경이 0.4~1nm인 미세(micro)공 및 직경이 0.4nm 미만인 서브마이크로(submicro)공으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 공극을 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 상기 바이오차 기반 바이오 탄소튜브를 유효성분으로 포함하는 화장료 조성물을 제공한다.

본 발명의 바이오차 기반 바이오 탄소튜브는 상기에서 전술한 것과 같으며, 본 발명의 바이오차는 큰 비표면적 및 다공성 구조를 이용하여 피부의 이물질 제거용 또는 기능성 화장료 원료의 전달용으로 사용할 수 있다.

본 발명의 바이오차와 유사한 숯 분말은 피지, 땀, 각질 등의 피부노폐물 및 화장료 잔류물에 대한 뛰어난 흡착력으로 인한 세정효과를 인정받아 스크럽제(각질제거 화장품)와 같은 화장료에 이용되고 있다.

바이오차는 숯과 유사한 기능을 가지고 있을 뿐만 아니라, 큰 비표면적을 활용한 피부외부 이물질제거에 적용할 수 있어, 화장품 산업에서 환경적인 문제를 발생하고 있는 스크럽제인 미세플라스틱을 효과적으로 대체할 수 있는 친환경 스크럽 소재로 응용가능하다.

본 발명의 화장료 조성물에 있어서, 바이오차 기반 바이오 탄소튜브를 산화나 열 등에 취약한 기능성 화장료 원료의 전달용으로 사용 시, 상기 바이오차 기반 바이오 탄소튜브의 메조공 또는 서브마이크로공 내에 화장료 원료를 탑재할 수 있다. 상기 공극 내로 기능성 화장료 원료의 탑재방법은 침지와 같은 방법일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 당업계의 공지된 방법을 통해 바이오차 기반 바이오 탄소튜브의 공극 내로 기능성 화장료 원료를 저장할 수 있다.

또한, 상기 기능성 화장료 원료를 탑재한 바이오차는 온도 또는 피부 감응성 피막소재로 그 외부를 코팅할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 기능성 화장료 원료는 피부에 작용하여 주름개선, 미백, 보습, 피부톤 개선 또는 항산화 효과등을 부여할 수 있는 물질로, 그 종류로는 아스타잔틴, 알파카로틴, 베타카로틴, 제아잔틴, 루테인, 라이코펜, 베타크롭토잔틴, 칸타잔틴, 비타민A, 비타민C, 비타민D, 비타민E, 비타민K, 유비퀴논, 히아루로닉에시드, 알파하이드록시에시드, 아세틸 글루코사민, 코지산 및 이의 유도체, 알부틴, 아스코르브산 및 이의 유도체, 히드로퀴논 및 이의 유도체, 레조르시놀, 사이클로알카논, 메틸렌디옥시페닐 알칸올 또는 2,7-디니트로인다졸 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

또한, 상기 화장료 조성물은 지방 물질, 유기 용매, 용해제, 농축제 및 겔화제, 연화제, 항산화제, 현탁화제, 안정화제, 발포제(foaming agent), 방향제, 계면활성제, 물, 이온형 또는 비이온형 유화제, 충전제, 금속이온 봉쇄제 및 킬레이트화제, 보존제, 비타민, 차단제, 습윤화제, 필수 오일, 염료, 안료, 친수성 또는 친유성 활성제, 지질 소낭 중에서 선택된 하나 이상의 보조제를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 화장료 조성물은 스크럽제, 클렌징폼, 클렌징로션, 클렌징크림, 바디 클렌저, 크림, 팩, 에센스, 로션, 페이스트, 겔, 스킨, 세럼, 파운데이션, 비누, 삼푸, 린스, 헤어토닉 및 패취로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나의 제형을 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 이들 각 제형의 조성물은 그 제형의 제제화에 필요하고 적절한 각종의 기제와 첨가물을 함유할 수 있으며, 이들 성분의 종류와 양은 당업자에 의해 용이하게 선정될 수 있다.

본 발명의 제형이 페이스트, 크림 또는 겔인 경우에는 담체 성분으로서 동물섬유, 식물섬유, 왁스, 파라핀, 전분, 트라칸트, 셀룰로오스 유도체, 폴리에틸렌 글리콜, 실리콘, 벤토나이트, 실리카, 탈크 또는 산화아연 등이 이용될 수 있다.

본 발명의 제형이 계면-활성제 함유 클렌징인 경우에는 담체 성분으로서 지방족 알코올 설페이트, 지방족 알코올 에테르설페이트, 설포숙신산 모노에스테르, 이세티오네이트, 이미다졸리늄 유도체, 메틸타우레이트, 사르코시네이트, 지방산 아미드 에테르 설페이트, 알킬아미도베타인, 지방족 알코올, 지방산 글리세리드, 지방산 디에탄올아미드, 식물성 유, 리놀린 유도체 또는 에톡실화 글리세롤 지방산 에스테르 등이 이용될 수 있다

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

제조예 1. 바이오 필링제(Bio-peeling)용 활성화된 바이오차 기반 바이오 탄소튜브의 제조

종래 화장품에서는 탄소소재가 가진 우수한 기능에도 불구하고 적용시킨 사례가 한정적으로, 대부분 숯이 첨가된 필오프(peel-off) 타입의 팩 제품과 숯 함유 비누가 있다.

본 발명에서는 초본계 바이오매스 활용 바이오차 기반 바이오 탄소튜브 (bio-carbon tube)를 이용하는 것으로, 이는 종래의 숯은 단단한 목질계 원료의 특성에서 기인된 단단한 탄소 구조체가 민감한 피부에 자극과 통증을 줄 수 있는 단점을 보완하기 위해 다양한 초본계 원료를 사용하여 목적에 따라 다양한 탄소구조체의 강도를 선택할 수 있다.

건성용 피부를 위해서는 각질제거를 위해 미세기공이 적은 바이오차를 사용하고, 저자극성을 위해 목재 기반의 바이오차 보다는 초본식물류를 이용한 바이오차를 사용하여 제조하고자 하며, 지성용 피부를 위해서는 유분제거를 위해 미세기공이 많은 활성화된(activated) 바이오차를 사용하고, 유분흡착능력을 높이기 위해 목재 기반의 바이오차를 이용하고자 하였다. 활성화된 바이오차는 가스활성화법과 약품활성화법(activation by chemicals)으로 제조할 수 있으나 화장품 소재로 사용될 활성화된 바이오차는 오염의 가능성이 없는 수증기를 고온에서 사용하여 제조한다. 또한, 복합성용 피부를 위해서는 건성용과 지성용을 혼합하여 각질과 유분제거를 동시에 수행할 수 있게 제조하고자 하였다.

제조예 2. 바이오 전달(Bio-transfer)용 바이오차 기반 바이오 탄소튜브의 제조

육각형 모양의 바이오차를 제조하여, 항노화 효과를 가지나 공기와 접촉 시 쉽게 산화되어 저장성이 짧은 기능성 화장료 물질을 바이오차의 공극 내에 저장한 후 피부에 바를 때 육각형 고리가 깨지면서 피부로 기능성물질을 전달하도록 개발하였다.

초본식물류를 이용하여 육각형 모양의 바이오차를 제조하고자 하였으며, 그 과정은 하기와 같다:

1 단계 : 초본식물을 0.5mm 이하로 절단.

2 단계 : 절단한 초본식물 바이오매스를 저속열분해(350~450℃, 1~4시간)하여 육각형 모양의 바이오차 기반 바이오 탄소튜브를 제조.

3 단계 : 육각형 모양의 바이오차 기반 바이오 탄소튜브에 기능성 화장료 물질 탑재(서브마이크로공(submicro-pore)과 미세공(micro-pore)에 기능성물질 저장).

4 단계 : 화장품베이스에 상기 기능성 화장료 물질을 탑재한 바이오차 기반 바이오 탄소튜브를 혼합.

상기와 같은 과정을 통해 제조된 바이오차 기반 바이오 탄소튜브를 전자현미경으로 그 절단면을 분석한 결과, 도 1에서와 같이 육각형 모양의 공극을 가지고 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 상기 과정에서 초본식물을 바이오차 제조 전에 절단하지 않고 바이오차 제조 후에 절단하게 되면, 생성된 육각형 모양이 깨져 기능성 물질의 탑재가 불가하며, 열분해 온도가 600℃ 이상일 경우에는 육각형 모양의 바이오차 기반 바이오 탄소튜브가 생성되지 않거나, 일부 생성되더라도 기능성 물질의 탑재시 육각형 모양의 구조가 깨져 내부에 탑재된 물질이 공기에 노출될 위험이 있다(도 3).

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 다각형 및 비정형 모양의 공극을 가지는 바이오차 기반 바이오 탄소튜브를 유효성분으로 포함하는 화장료 조성물로서,
   상기 바이오차는 직경이 1~25nm인 메조(meso)공, 직경이 0.4~1nm인 미세(micro)공 및 직경이 0.4nm 미만인 서브마이크로(submicro)공으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 공극을 가지는 것을 특징으로 하며,
   상기 다각형 및 비정형 모양의 공극을 가지는 바이오차 기반 바이오 탄소튜브는 세절한 초본식물을 300~500℃의 온도 및 혐기조건에서 1~4시간 동안 열분해하는 단계를 포함하여 제조되며,
   상기 바이오차 기반 바이오 탄소튜브는 공극 내에 기능성 화장료 원료를 탑재한 것을 특징으로 하는 화장료 조성물.
5. 삭제
6. 제4항에 있어서, 상기 기능성 화장료 원료는 아스타잔틴, 알파카로틴, 베타카로틴, 제아잔틴, 루테인, 라이코펜, 베타크롭토잔틴, 칸타잔틴, 비타민A, 비타민 C, 비타민D, 비타민E, 비타민K, 유비퀴논, 히아루로닉에시드, 알파하이드록시에시드, 아세틸 글루코사민, 코지산 및 이의 유도체, 알부틴, 아스코르브산 및 이의 유도체, 히드로퀴논 및 이의 유도체, 레조르시놀, 사이클로알카논, 메틸렌디옥시페닐 알칸올 및 2,7-디니트로인다졸로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 화장료 조성물.
7. 제4항에 있어서, 상기 화장료 조성물은 지방 물질, 유기 용매, 용해제, 농축제 및 겔화제, 연화제, 항산화제, 현탁화제, 안정화제, 발포제(foaming agent), 방향제, 계면활성제, 물, 이온형 또는 비이온형 유화제, 충전제, 금속이온 봉쇄제 및 킬레이트화제, 보존제, 비타민, 차단제, 습윤화제, 필수 오일, 염료, 안료, 친수성 또는 친유성 활성제, 지질 소낭 중에서 선택된 하나 이상의 보조제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 화장료 조성물.
8. 제4항에 있어서, 상기 화장료 조성물은 스크럽제, 클렌징폼, 클렌징로션, 클렌징크림, 바디 클렌저, 크림, 팩, 에센스, 로션, 페이스트, 겔, 스킨, 세럼, 파운데이션, 비누, 삼푸, 린스, 헤어토닉 및 패취로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나의 제형을 가지는 것을 특징으로 하는 화장료 조성물.

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