KR102062093B1 - 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩 및 이의 제조방법 - Google Patents

다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩 및 이의 제조방법 Download PDF

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권혜진
임준우
정나슬
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숭실대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩 및 이의 제조방법에 대한 것으로서, 복수 개의 구획을 포함하고, 상기 복수의 구획은 시간이 경과함에 따라 온도에 반응하여 서로 다른 곡률로 변형되는 적어도 하나 이상의 자가변환 구획을 포함하며, 상기 시간이 경과된 후 3차원 형상을 가지는 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩과 이의 제조방법이다.

Description

다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩 및 이의 제조방법{MULTI-LAYER AND MULTI-COMPARTMENTED SELF-TRANSFORMING MASK PACK AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩 및 이의 제조방법에 대한 것으로서, 보다 자세하게는 수평 또는 수직의 다중구획으로 설계되고, 피부 접촉시 시간이 지날수록 자가변환을 하여 입체적 표면에 정확하게 밀착될 수 있는 기능성 마스크팩과 그 제조방법에 대한 것이다.
마스크팩은 기초화장품의 제품류 가운데 생산량 3위를 차지하고 있으며, 기능 성분을 함유한 시트 마스크팩, 하이드로젤 마스크팩, 고무 마스크팩, 바이오 셀룰로오스 마스크팩 등 다양한 팩들이 개발되어 시판되고 있다. 또한, 안면의 입체적인 모양에 맞추어 제작된 시트나 매트릭스를 이용하여 피부에 다양한 영양분과 수분 등을 공급할 수 있도록 고안된 기능성 마스크팩의 시장이 확대되어 감에 따라 이에 관련된 다양한 기술개발과 연구가 이루어지고 있다.
기존의 마스크팩은 피부에 전달하고자 하는 기능성 물질을 담지하고 방출하는 기술개발에 집중되었으나, 최근에는 새로운 섬유고분자 소재기술 개발과 더불어 사용자의 편의성을 강조한 마스크팩의 연구가 주목받고 있다. 특히, 절개형이나 걸이형 마스크팩을 고안함으로써 안면 밀착력이 개선되고 흘러내림을 방지하는 제품 개발이 활발히 진행되고 있다.
그러나, 절개형 마스크팩은 개인의 안면 형상 차이에 따라 여전히 정확한 밀착력을 보이지 않으며, 걸이형 마스크팩은 개인의 얼굴 크기와 입체적 굴곡에 따라 사용시 불편함을 야기할 수 있다.
따라서 여전히 개인의 안면 형상과 입체적 굴곡의 정도에 따라 마스크팩이 정확하게 밀착되고, 흘러내리지 않는 마스크팩 기술개발이 필요한 실정이며, 이와 더불어 피부의 개인별 특성에 따라 개별적으로 혹은 얼굴의 부분에 따라 유효성분을 다르게 전달하는 기능성을 가지는 맞춤형 마스크팩의 개발과 제조가 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 적용대상에의 입체적 형상의 굴곡 상태에 대하여 다중 구획된 설계를 수행하고, 시간이 지남에 따라 피부 온도에 반응하는 물질로 인해 자가 접힘으로써 다중 구획된 설계대로 능동적으로 자가변환하는 마스크팩을 제공하는 것이다.
특히 본 발명은 하이드로젤을 기반으로 온도 반응성(민감성) 물질을 각 구획별 또는 층별로 조성비를 다르게 도입함으로써, 온도에 따른 팽창비의 차이에 따라 자가 접힘의 정도를 제어하여 개인별로 상이한 안면의 굴곡 상태에 따라 맞춤형으로 밀착력을 높이는 마스크팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 안면을 구획화하여 부위별로 가장 적합한 유효성분을 맞춤형으로 함께 제공함으로써 개인의 부위별 피부상태에 필요한 기능을 향상시키는 마스크팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 안면의 굴곡 상태에 따라 설계된 대로 온도 민감성 물질 및/또는 유효성분의 조성비를 달리함으로써, 시간에 따라 자가변환되어 안면 밀착성과 기능성을 향상시키는 하이드로젤 기반의 맞춤형 마스크팩의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩은, 복수 개의 구획을 포함하고, 상기 복수의 구획은 시간이 지남에 따라 온도에 반응하여 서로 다른 곡률로 변형되는 적어도 하나 이상의 자가변환 구획을 포함하며, 상기 시간이 경과된 후 3차원 형상을 가진다.
이때 상기 복수 개의 구획은, 적어도 하나 이상의 상기 자가변환 구획, 및 상기 온도에 반응하지 않아 상기 시간이 지남에도 곡률 변화가 없는 적어도 하나 이상의 비변환 구획을 포함할 수 있다.
또한 상기 복수 개의 구획은 적용대상의 3차원 형상의 곡률에 따라 결정될 수 있다.
여기에서 상기 자가변환 구획은, 온도에 반응하여 팽창률이 달라지는 적어도 하나 이상의 온도 민감성 물질을 포함하는 제1층 및 상기 온도 민감성 물질을 포함하지 않는 제2층을 포함하는데, 상기 온도에 반응한 이후에는 상기 제1층 및 제2층의 팽창률이 상이하여 곡면으로 구부러지게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복수 개의 구획은 젤(gel)화된 친수성 고분자 물질을 포함하고, 상기 자가변환 구획은 적어도 하나 이상의 온도 민감성 물질을 포함한다.
이때 상기 온도 민감성 물질은 N-이소프로필 아크릴아미드(N-isopropyl acrylamide, NIPAM), 폴리 N-이소프로필 아크릴아미드(poly N-isopropyl acrylamide, pNIPAM), 폴리 2-디메틸아미노에틸 메타크릴레이트(poly 2-(dimethylamino)ethyl methacrylate, pDMAEMA), 히드록시프로필 셀룰로오스( hydroxypropylcellulose, HPC), 폴리비닐카프로락탐(polyvinylcaprolactame), 폴리비닐메틸에테르(polyvinyl methyl ether)로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 온도 민감성 물질은 N-이소프로필 아크릴아미드(N-isopropyl acrylamide, NIPAM)이고, 온도 반응 후의 예상 곡률 변화에 따라 0 초과 20 이하 %(w/v)로 포함되도록 구성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복수 개의 구획은, 폴리아크릴아마이드(polyacrylamide), 셀룰로오스검, 폴리에틸렌클리콜 다이아크릴레이트, 폴리에틸렌크리콜, 메타아크릴레이트, 소듐폴리아크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 글리세릴아크릴레이트/아크릴릭애씨드 공중합체, 스타이렌/아크릴레이트 공중합체, 소듐아크릴레이트, 크로스폴리머-2, 및 폴리비닐알콜로 이루어진 중합체 그룹과, 구아검, 카라기난검, 로커스트빈검, 젤란검, 잔탄검, 및 소듐알지네이트로 이루어진 고분자 그룹 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질이 포함된 하이드로젤(hydrogel)인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복수 개의 구획은 포토리소그래피법(Photolithography), 3D 프린팅 방법, 또는 성형/몰드법으로 형성될 수 있으나, 이에 반드시 한정되는 것은 아니다.
또한 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복수 개의 구획은, 보습제, 탄력강화제, 미백제, 피부컨디셔닝제, 비타민제, 노화방지제, 항산화제, 소염제, 항균제, 방부보존제 및 진통제로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 유효물질을 구획별로 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 온도 민감성 물질이 반응하는 온도는 32℃ 내지 38℃ 일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩의 제조방법은, 입체 형상의 곡률 분포에 따른 복수의 구획을 설정하는 단계, 상기 설정된 복수의 구획에서의 자가변환에 따른 곡률 변화율을 예측설계하는 단계, 상기 예측설계된 자가변환을 수행하기 위한 상기 복수의 구획별 하이드로젤층의 성분 조성비를 결정하는 단, 및 상기 결정된 성분 조성비에 따라 제조된 복수의 구획을 가지는 하이드로젤층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 복수의 구획을 가지는 하이드로젤층을 형성하는 단계는, 상기 입체 형상의 윤곽에 따른 스페이스를 도입한 두 개의 투명기판 사이에 상기 결정된 조성비를 가지는 온도 민감성 물질을 포함하는 제1 프리-하이드로젤층을 형성하는 단계, 상기 투명기판 상부에 패터닝된 제1 포토마스크를 형성하는 단계, 광중합하여 패터닝된 제1 하이드로젤층을 형성하는 단계, 상기 패터닝된 제1 하이드로젤층 위에 상기 결정된 조성비를 가지고 온도 민감성 물질을 포함하지 않는 제2 프리-하이드로젤층을 형성하는 단계, 상기 제2 프리-하이드로젤층 상부에 투명기판을 형성하고, 패터닝된 제2 포토마스크를 형성하는 단계, 및 광중합하여 패터닝된 제2 하이드로젤층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
이때 상기 제1 프리-하이드로젤층 및 제1 하이드로젤층은, N-이소프로필 아크릴아미드(N-isopropyl acrylamide, NIPAM), 폴리 N-이소프로필 아크릴아미드(poly N-isopropyl acrylamide, pNIPAM), 폴리 2-디메틸아미노에틸 메타크릴레이트(poly 2-(dimethylamino)ethyl methacrylate, pDMAEMA), 히드록시프로필 셀룰로오스( hydroxypropylcellulose, HPC), 폴리비닐카프로락탐(polyvinylcaprolactame), 폴리비닐메틸에테르(polyvinyl methyl ether)로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나 이상의 온도 민감성 물질을 0초과 20이하 %(w/v) 포함한다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 프리-하이드로젤층은, N-이소프로필 아크릴아미드(N-isopropyl acrylamide, NIPAM) 0초과 20이하 %(w/v), 메틸렌비스아크릴아미드(N,N-methylene bis acrylamide, MBA) 0.01 내지 0.1 %(w/v), 광개시제를 포함하고, 상기 제2 프리-하이드로젤층은, 폴리 아크릴아미드(poly acrylamide, AAm) 0 내지 20 %(w/v), 메틸렌비스아크릴아미드(N,N-methylene bis acrylamide, MBA) 0.01 내지 0.1 %(w/v), 광개시제를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 복수의 구획을 가지는 하이드로젤층을 형성하는 단계는, 상기 복수의 구획을 3D 모델링하는 단계 및 기재 상에서 상기 모델링된 복수의 구획별로 3D 프린팅하여 상기 결정된 성분 조성비에 따라 제조된 온도 민감성 물질을 포함하는 복수의 하이드로젤층과 상기 온도 민감성 물질을 포함하지 않는 하이드로젤층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 복수의 구획별 하이드로젤층은, 수직으로 온도에 반응하여 팽창률이 달라지는 온도 민감성 물질을 포함하는 제1층과 상기 온도 민감성 물질을 포함하지 않는 제2층을 포함하는 적어도 하나 이상의 제1 구획과, 상기 온도 민감성 물질을 포함하지 않는 제2층만을 포함하는 적어도 하나 이상의 제2 구획으로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 또다른 일 실시예에 따르면, 상기 복수의 구획을 가지는 하이드로젤층을 형성하는 단계에서, 보습제, 탄력강화제, 미백제, 피부컨디셔닝제, 비타민제, 노화방지제, 항산화제, 소염제, 항균제, 방부보존제 및 진통제로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 유효물질을 도입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 개인별로 상이한 안면 형상의 굴곡에 따라 입체적으로 정확하게 밀착되어 흘러내리지 않는 마스크팩을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 피부 온도에 대응하여 안면의 입체적 형상에 따라 자가 접힘의 정도를 제어하도록 맞춤형으로 다중 구획된 마스크팩을 설계할 수 있다.
본 발명에 따라 제공된 마스크팩은, 안면의 입체적 형상에 따라 맞춤형으로 설계된 다중 구획의 마스크팩에 온도 민감성 물질과 피부 기능 개선의 유효물질을 도입함으로써, 피부 온도에 대응하여 스스로 구부러져 밀착됨과 동시에 구획별로 피부의 성능과 기능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 안면의 굴곡 상태에 따라 구획별로 설계된대로 온도 민감성 물질 및/또는 유효성분의 조성비를 달리함으로써, 시간에 따라 자가변환되어 안면 밀착성과 기능성을 향상시키는 하이드로젤 기반의 맞춤형 마스크팩의 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩이 온도에 따라 변형되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩의 제조방법을 순서대로 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩의 온도 변화에 따른 실제 변형을 나타낸 이미지이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩의 온도에 따른 곡률 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩의 일 성분 농도 변화에 따른 하이드로젤 팽창률을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩의 다른 일 성분 농도 변화에 따른 하이드로젤 팽창률을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 일 실시예에 따른 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩의 실제 피부 밀착력 실험결과를 나타낸 이미지이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성요소는 설명의 편의를 위하여 그 크기를 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
'제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 위 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 일부 용어를 정의한다.
여기에서 '다층 및 다중구획'은 수평 또는 수직적으로 공간상에 영역이 분리되어 구분된 것을 의미하는데, 수직 단면에서 2개층 또는 다층으로 구획되거나 수평적으로 입체의 형상에 따라 적어도 하나 이상으로 분획된 것을 포함하는 개념이다. 본 발명에서 '다중구획'이라 함은 수평적인 공간 구분 뿐만 아니라, 수직적으로 '다층'으로 구분된 영역도 포함된 개념으로 이해해야 할 것이다.
여기에서 '자가변환(self-transforming)'은 시간이 지남에 따라 저절로 외형이 변화하는 것을 말하며, 마스크팩의 일부가 스스로 접히거나 구부려짐으로써 형상이 입체적으로 변화되는 것을 의미한다. '자가변환'은 '자가변형(self-deforming)', '자가접힘(self-folding)'을 포함하는 개념이나, 본 발명에서의 기술사상과 범위에서 이해될 수 있는 다양한 표현으로 대체될 수 있는 개념이다.
또한, 본 발명에서 '하이드로젤'은 '하이드로겔'로도 불리는 마스크팩의 기반이 되는 연성물질(soft materials)이다. 친수성 고분자가 3차원 망상구조를 이루어 내부에 다량의 수분을 함유할 수 있는, 기계적 물성의 다양한 범위를 포함할 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에 따른 마스크팩을 제조하는 과정에서 젤(겔, gel)화되기 전, 액화된 콜로이드 상태의 물질을 '프리-젤 용액(pre-gel solution)', '프리-하이드로젤 용액', 또는 '프리-하이드로젤'이라 한다. 이때 '하이드로젤'과 '프리-젤 용액'은 물질의 상태가 다를 뿐이고 성분은 서로 동일하다.
또한, 본 발명에서 '온도 반응성'은 온도에 반응하여 시간이 지남에 따라 팽창 또는 수축되는 물질의 특성을 말하며, '온도 민감성'도 같은 의미로 정의한다.
이하에서는, 도 1 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩 및 이의 제조방법을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 마스크팩은 그 적용대상이 다양할 수 있으나, 일 실시예에 따르면 얼굴용 팩으로 한정할 수 있다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크팩이 얼굴에 부착되기 전 2차원 평면 형상으로 시작해서 얼굴에 붙이고 난 뒤 시간이 경과함에 따라 온도에 반응하여 구부러짐으로써 점차 자기 얼굴의 입체적 3차원 형상에 맞게 자가변환되어 밀착되는 것을 개략적으로 나타낸다.
구체적으로 도 1의 첫번째 그림과 같이 마스크팩은 사용 전에 2차원 평면으로 눈과 입 부분이 개방되어 있고, 코 부분에 밀착하도록 코의 형상에 따라 일부가 절개된 형태이다. 이때 마스크팩의 개략적인 단면도는 수직으로 2개의 층으로 구분되어 있다. 시간이 경과하면서 피부 온도에 따라 반응하는 온도 민감성 물질이 포함된 하부층(피부 접촉층)의 팽창률이 떨어지고(수축되고), 이에 반해 온도 민감성 물질이 포함되지 않은 상부층의 팽창률은 변화가 없어 곡률이 증가한다.
그러면 도 1의 마지막 그림과 같이 얼굴의 입체적인 형상에 따라 자동적으로 변형되어 정확하게 밀착하는 3차원 형상의 마스크팩이 된다.
일반적으로 얼굴의 가운데 평평한 부분보다 바깥 쪽 부분에서 곡률반경이 크게 줄어들기 때문에 마스크팩을 얼굴의 입체 형상에 따라 복수 개의 구획으로 구분하고 구획별로 평균 곡률을 계산하여 시간에 따라 피부온도에 감응하는 물질을 마스크팩에 도입함으로써 개별 얼굴 형상 맞춤형 마스크팩을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 마스크팩은 시간이 경과함에 따라 입체적 형상으로 자동 변형되는 것이므로 신개념의 4D 마스크팩으로 볼 수 있다. 종래의 마스크팩은 3차원 형상이더라도 흘러내리지 않기 위한 걸개 또는 걸이 등의 별도 장치를 두었으나, 본 발명에 따른 마스크팩은 안면의 복수 개 구획 각각의 곡률에 따라 변환하도록 곡률 변화율을 미리 계산하고 그러한 결과가 되도록 마스크팩의 각 구획의 성분 조성비를 결정하여 제작함으로써 별도의 장치나 구성 없이도 흘러내리지 않고 정확하게 밀착된 마스크팩을 제공할 수 있다.
도 2에서 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩이 온도에 따라 변형되는 모습을 구체적으로 나타내었다.
도 2는 안면의 입체적 형상에 따라 복수 개로 구획된 마스크팩의 형태를 보인다. 안면의 구획은 입체형상에 따라 크게, 이마, 눈 주위, 코 주위, 두 뺨, 및 입과 턱 부분으로 구획될 수 있으나 이에 한정되지 않고 다양하게 구분될 수 있다.
도 2에서는 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명하기 위해 턱 부분의 구획을 확대하였다. 턱 부분의 구획은 중앙의 비교적 평평한 부분과 양 쪽으로 크게 휘어진(구부러진) 부분의 형태를 가진다.
양 쪽으로 구부러진 부분을 제1영역(1)이라 하고, 가운데의 비교적 평평한 부분을 제2영역(2)이라 한다. 상면에서 보면 제1영역(1) 사이에 제2영역(2)이 배치되고, 측면(단면)에서 보면 제2영역(2) 위에 제1영역(1)이 이격되어 구비된다.
이들 제1영역(1)과 제2영역(2)은 각각 마스크팩의 복수의 구획에 포함될 수 있다. 즉, 마스크팩에서 복수 개의 구획은 2차원 형태의 평면 구획만을 의미하는 것이 아니라 단면에서 다층으로 구분된 영역도 포함하는 개념이다.
도 2를 참조하면 두 종류의 영역으로 구성된 턱 부분의 마스크팩은 소정의 온도, 예를 들면 실온(25℃) T1에서 제1영역(1)과 제2영역(2)의 팽창률이 유사하므로 곡률 역시 유사하다. 그래서 상기 두 영역이 적층된 부분에서의 휨 정도가 완만하게 된다. 또한 중앙의 제2영역(2)에서는 곡률이 거의 0에 가깝게 평평하다.
그러다가 T1보다 높은 소정의 온도, 예를 들면 피부온도(36~37℃) T2로 온도를 올려주면 제1영역(1)에서의 팽창률과 제2영역(2)에서의 팽창률이 상이하고, 제1영역(1)에서의 팽창률이 낮아지고 수축율이 증가하여 원형 튜브 형상으로 구부려진다. 즉, 제1영역(1)에서의 곡률반경이 줄어들어 곡률이 증가되며, 중앙의 제2영역(2)에서는 온도에 따라 곡률반경의 변화가 없어 여전히 곡률이 0에 가깝다.
이로 인해 피부 온도와 유사한 T2에서는 양 끝단의 제1영역(1)이 원형튜브 형상으로 휘어져서 안면의 입체 형상에 맞추어 밀착될 수 있다.
이러한 기능을 가능하게 하는 것은 제1영역(1)과 제2영역(2)에 있어서 T2 온도 하에서 온도에 감응하여 팽창률이 변화하는 온도 민감성 물질의 조성비 차이에 있다.
다시 T2 에서 T1으로 온도를 낮추어주면 제1영역(1)에서 온도 민감성 물질의 팽창률이 증가하여 곡률이 낮아진다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1영역(1)은 시간이 경과함에 따라 온도에 반응하여 팽창률이 변화하고, 그에 따라 곡률이 변화하는 온도 민감성 물질을 포함하는 하이드로젤층으로 구성될 수 있다.
제1영역(1)은 피부 온도에 감응하여 팽창률이 낮아져서 수축으로 인해 곡률이 증가되는 자가변환 구획으로 볼 수 있다.
한편 제2영역(2)은 상기 온도 민감성 물질이 포함되지 않은 하이드로젤층으로 구성될 수 있으며, 시간이 경과하여도 온도 변화에 대응하지 않기 때문에 곡률이 거의 0에 가깝게 일정하다. 즉, 비변환 구획에 해당한다.
본 발명의 일 측면에 따른 마스크팩은 적용 대상의 3차원 형상의 곡률에 따라 자가변환 구획과 비변환 구획을 포함하는 복수 개의 구획을 설정하고, 피부 온도에 대응하여 상기 복수 개의 구획 중 자가변환 구획에 해당하는 곡률로 자가변환 할 수 있는 온도 민감성 물질의 조성비를 결정하여 제조할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 마스크팩의 기본 소재는 시트타입이나 워시오프타입(물로 씻어내는 방식)에 사용되는 소재일 수 있으나 바람직하게는 면, 부직포, 셀룰로오스, 하이드로젤 등으로 지지체가 구성되는 시트타입의 소재를 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서 시트타입의 하이드로젤(hydrogel) 마스크팩을 이용할 수 있다. 하이드로젤은 친수성 고분자가 3차원 망상구조를 이루어 내부에 다량의 수분을 함유할 수 있도록 젤(gel)화된 물질이다. 친수성 고분자의 종류, 농도 및 가교도, 혼합물질을 조절하면 하이드로젤의 기계적 물성을 자유롭게 제어할 수 있기 때문에 본 발명의 기능성 자가변환 마스크팩의 기반 연성물질(soft materials)로 사용한다.
본 발명의 마스크팩은 폴리아크릴아마이드(polyacrylamide), 셀룰로오스검, 폴리에틸렌클리콜 다이아크릴레이트, 폴리에틸렌크리콜, 메타아크릴레이트, 소듐폴리아크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 글리세릴아크릴레이트/아크릴릭애씨드 공중합체, 스타이렌/아크릴레이트 공중합체, 소듐아크릴레이트, 크로스폴리머-2, 및 폴리비닐알콜로 이루어진 중합체 그룹과, 구아검, 카라기난검, 로커스트빈검, 젤란검, 잔탄검, 및 소듐알지네이트로 이루어진 고분자 그룹 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질이 포함된 하이드로젤로 제조할 수 있으나 이에 반드시 제한되는 것은 아니다.
바람직하게는, 아크릴아마이드(acrylamide, AAm)(이하, 'AAm'이라 한다)를 친수성 단량체로 하여 마스크팩의 기반 연성물질인 하이드로젤을 만들 수 있다.
한편, 본 발명의 마스크팩에서 온도에 반응하여 시간이 지남에 따라 자가변환으로 입체적 형상을 유도하는 성분은 온도 민감성 물질이다. 일 실시예로서, 온도 민감성 물질은 N-이소프로필 아크릴아미드(N-isopropyl acrylamide, NIPAM), 폴리 N-이소프로필 아크릴아미드(poly N-isopropyl acrylamide, pNIPAM), 폴리 2-디메틸아미노에틸 메타크릴레이트(poly 2-(dimethylamino)ethyl methacrylate, pDMAEMA), 히드록시프로필 셀룰로오스( hydroxypropylcellulose, HPC), 폴리비닐카프로락탐(polyvinylcaprolactame), 폴리비닐메틸에테르(polyvinyl methyl ether)로 이루어진 중합체 군에서 적어도 하나 이상 선택될 수 있으나, 이에 반드시 제한되는 것은 아니다.
바람직하게는, 본 발명의 마스크팩의 하이드로젤층에 도입되는 온도 민감성 물질은 N-이소프로필 아크릴아미드(N-isopropyl acrylamide, NIPAM)(이하, 'NIPAM'이라 한다)로서, 최종 입체형상의 곡률에 대응하여 조성비를 달리하여 사용할 수 있다.
마스크팩의 적용대상의 입체 형상에 따라 맞춤형으로 정확한 밀착도를 갖기 위해서 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크팩은 소정의 시간 경과 후 다양한 곡률로 변형되는 복수 개의 구획을 가지도록 형성되어야 한다.
마스크팩의 제조 과정 이전에 각 마스크팩의 복수의 구획별로 곡률 변화를 예상하고 그러한 예측결과대로 수행할 수 있는 구획별 마스크팩 성분비를 설계할 수 있는데 자세한 방법은 후술하도록 한다.
복수 개의 구획간 경계는 없지만 구획별로 성분 조성비의 차이가 있고, 이러한 성분 조성비는 미리 예측, 설계될 수 있다.
미리 설계된 조성비를 가지면서 복수 개의 구획을 가지는 마스크팩은 다양한 방법으로 제조할 수 있다. 일례로, 포토리소그래피법(Photolithography), 3D 프린팅 방법, 또는 성형/몰드법으로 마스크팩을 제조할 수 있으며 어느 하나의 방법에 제한되는 것은 아니다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예로서 포토리소그래피법(Photolithography)으로 자가변환 마스크팩을 제조하는 방법을 도 3a 내지 도 3d로 설명하고자 한다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따라 포토리소그래피법으로 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩의 제조방법을 순서대로 나타낸 단면도이다. 이러한 프로세스는 입체형상의 곡률을 반영하여 시간 경과 후에 피부 온도에 따라 마스크팩의 자가변환이 제어될 수 있도록 마스크팩의 복수 개 구획별 성분 조성비를 미리 예측, 설계한 이후의 과정이다.
도 3a를 참조하면, 투명기판(11)의 상부 양 끝단에 스페이서(12)를 두고 프리-젤 용액(13)을 형성한다. 그 위에 투명기판(11)을 형성한다.
투명기판(11)은 광중합 반응을 위해 자외선(UV) 파장대역이 통과할 수 있는 기재로서, UV 파장대역의 빛이 통과될 수 있는 투명고분자 필름으로도 대용이 가능하다. 투명기판(11)은 석영(quartz)판, 글래스기판, 실리콘기판, 사파이어판 등일 수 있으나 바람직하게는 석영판을 사용한다.
스페이서(12)는 액체 상태의 물질이 외부로 흐르지 않도록 경계 부분에 도입되는 장치로서, 복수 개의 구획별로 성분비가 상이한 하이드로젤층을 형성하기 위해서 안면 윤곽의 가장자리를 따라서 도입될 수 있다.
프리-젤 용액(13)은 광중합 반응 후 젤화되어 하이드로젤층을 형성하기 이전 상태의 물질로서, 하이드로젤을 형성하는 친수성 고분자 단량체 물질, 광개시제, 가교제, 온도 민감성 물질인 이소프로필 아크릴아미드(N-isopropyl acryamide, NIPAM)가 포함된다. 프리-젤 용액(13) 부분은 마스크팩 공정 후, 마스크팩의 복수 개의 구획 중 피부에 접촉 시 피부온도에 반응하여 시간이 경과함에 따라 팽창률이 변하여 곡률반경이 작아지는 구획에 해당된다.
프리-젤 용액(13)은 하이드로젤의 전구 물질, 즉 단량체 물질을 기반으로 총 중량 대비 이소프로필 아크릴아미드(N-isopropyl acryamide, NIPAM) 20%(w/v), 메틸렌비스아크릴아미드(N,N-methylene bis acrylamide, MBA)(이하, 'MBA'라 한다) 0.1%(w/v)로 구성될 수 있으나 이에 반드시 한정되는 것은 아니다.
프리-젤 용액(13)에 포함되는 광개시제는 Irgacure2959(Sigma, USA)를 용매 dimethyl sulfoxide(DMSO, Sigma, USA)에 10%(w/v)용액을 만들어 최종 농도가 0.2%(w/v)가 되도록 첨가할 수 있다.
최종적으로 자가변환된 이후의 입체 형상의 곡률에 맞게 구부러질 수 있도록 온도 민감성 물질인 NIPAM은 그 함량비가 0을 초과하여 20중량%까지 달라질 수 있다. 이러한 자가변환의 제어기술은 프리-젤 용액(13)을 만들기 이전에 구획별로 미리 계산되어 설계될 수 있다.
상하부의 투명기판(11)을 형성하고 난 뒤, 상부 투명기판(11) 위에 안면 윤곽에 따른 복수 개의 구획에 따라 패터닝된 포토마스크(14)가 형성된다. 포토마스크(14)는 노광시킬 영역을 제외한 부분에서 UV가 통과되지 않는 블랭크마스크로서 금속막과 포토레지스트로 구성될 수 있다. 도 3a의 일례에 따르면 포토마스크(14)는 d2의 간격으로 이격되고 d1의 길이로 노출된 노광 영역을 가진다.
상기 노광 영역으로 UV가 조사되어 통과되면 광중합 반응이 개시되고 도 3b와 같은 온도 민감성 물질을 포함한 젤화된 제1 하이드로젤층(13')을 얻을 수 있다. 이때 제1 하이드로젤층(13')의 직경은 d1이고 두께는 w1이 될 것인데, 일례로 d1은 안면의 입체 형상에 따른 구획별로 상이하지만, w1은 1mm 내지 2mm일 수 있다.
도 3c의 과정에서, 하부 투명기판(11) 양 끝에 w2의 두께로 스페이서(12)를 다시 적층하고 패터닝된 상기 제1 하이드로젤층(13') 위에 w1+w2의 두께만큼 프리-젤 용액(15)을 형성한다. 이때 형성되는 프리-젤 용액(15)은 광중합 반응 후 젤화되어 하이드로젤층을 형성하기 이전 상태의 물질로서, 하이드로젤을 형성하는 친수성 고분자 단량체 물질을 기반으로 광개시제, 가교제가 혼합된 물질이다. 그러나, 도 3a의 프리-젤 용액(13)과 달리 온도 민감성 물질을 포함하고 있지 않다.
여기서의 프리-젤 용액(15) 부분은 마스크팩 공정 후, 마스크팩의 복수개의 구획 중 피부에 접촉해도 피부온도에 반응하여 팽창률이 변하지 않는 비변환 구획에 해당된다.
구체적으로 일 실시예에 따르면, 프리-젤 용액(15)은 하이드로젤의 전구 물질, 즉 단량체 물질을 기반으로 총 중량 대비AAm 20%(w/v), MBA 0.1%(w/v)로 구성될 수 있으나 이에 반드시 한정되는 것은 아니다.
이때의 프리-젤 용액(15)에 포함되는 광개시제는 도 3a의 광개시제와 동일할 수 있다.
프리-젤 용액(15) 위에 다시 투명기판(11)을 적층하고 난 뒤, 그 위에 안면 윤곽에 따른 복수 개의 구획에 따라 또 다르게 패터닝된 포토마스크(16)가 형성된다. 포토마스크(16)는 패턴된대로 노광시킬 영역을 제외한 부분에서 UV가 통과되지 않는데, 도 3c의 일례에 따르면 포토마스크(16)는 2d1+d2의 길이로 노출된 노광 영역을 가진다.
상기 노광 영역으로 UV가 조사되어 통과되면 광중합 반응이 개시되고 도 3d와 같이 제2 하이드로젤층(15')를 얻을 수 있다. 도 3d를 참조하면, 하부면에서 볼 때, 길이 d1, 두께 w1인 온도 민감성 물질을 포함한 제1 하이드로젤층(13'), 길이 d2, 두께 w1+w2이고 온도 민감성 물질을 포함하지 않는 제2 하이드로젤층(15'), 및 길이 d1, 두께 w1인 온도 민감성 물질을 포함한 제1 하이드로젤층(13')으로 구획된 최종적인 마스크팩을 얻을 수 있다.
이러한 포토리소그래피 방법으로 마스크팩이 착용될 적용대상의 입체 형상에 따라 구획별로 온도 민감성 물질의 성분 조성비를 달리하는 마스크팩을 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로서, 상기 도 3a 내지 도 3d에 도시하지 않았으나, 프리-젤 용액(13) 및 프리-젤 용액(15) 각각에 피부 상태 개선 효과를 낼 수 있는 피부 유효물질 또는 의료용 치료 목적으로 사용될 수 있는 유효 약물 성분을 추가로 더 포함할 수 있다.
피부 기능 개선 물질이나 유효 약물 성분이 포함된 상기 프리-젤 용액(13) 및 프리-젤 용액(15) 각각은 광중합 반응 후 제1 하이드로젤층(13') 및 제2 하이드로젤층(15')으로 젤화되어 마스크팩 적용대상의 복수 개의 구획으로 분류될 수 있는 바, 복수 개의 구획별로 다양한 피부 개선 효과 또는 치료 효과를 낼 수 있을 것이다.
구체적으로 상기 피부 유효물질은 보습제, 탄력강화제, 미백제, 피부컨디셔닝제, 비타민제, 노화방지제, 항산화제 등일 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 상기 유효 약물 성분은 소염제, 항균제, 방부보존제 및 진통제일 수 있으며 이에 반드시 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 유효 약물 성분이 구획별 하이드로젤층에 포함될 경우 본 발명의 마스크팩은 피부 상처나 화상 부위에 부착하여 의료적 기능을 수행하는 밴드나 패치로도 활용 가능할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 다른 측면에 따라 자가변환 마스크팩을 제조하는 전반적인 프로세스를 설명한다.
도 4를 참조하면, 먼저 마스크팩이 적용되는 대상의 입체적 형상, 형태를 모델링하는 과정을 수행한다(S1). 이 과정은 마스크팩을 부착할 얼굴 형태, 신체 형태의 3차원 입체 형상에 대해 곡률 분포를 사람마다 개별화, 특정화하며 평균적인 곡률 분포를 학습하는 단계에 해당한다.
개인별 맞춤형으로 지속적인 마스크팩 생산을 위해 얼굴 형태에서 곡률이 급변하는 구획을 복수 개 지정하고 그에 대한 곡률 반경을 계산하여 정보화하는 것을포함할 수 있다.
또한 대중화된 상품 공급을 위해 특색별, 지역별, 인종별 안면 형태의 모델링을 수행하여 평균적인 복수 개의 구획별 곡률 반경 또는 곡률 분포를 학습하고, 정보화하는 것을 포함할 수도 있다.
일반적으로, 얼굴의 경우 이마, 눈, 볼, 턱 부분으로 나누고 각각 양 측면과 코 부분의 높이나 급격한 곡률 변화를 반영한 다중 구획을 설정할 수 있다.
이러한 대상 형태의 모델링 후, S2 단계에서는 학습되어 정보화된 입체 형상의 곡률 분포에 따른 복수의 구획에서의 자가변환에 따른 곡률 변화율을 예측설계한다.
본 발명의 일 실시예에 따라 제조하는 마스크팩은 최초에 2차원 평면 상태에서 피부에 접촉 후 온도가 상승함에 따라 그에 반응하여 온도 민감성 물질의 팽창률이 달라져서 수축되어 피부에 밀착되는 것이므로, 입체 형상에 따라 구획별 곡률 반경, 또는 곡률에 따라 최종적인 팽창률과 그에 최적화된 온도 민감성 물질의 성분 조성비가 계산되어야 한다.
일례로, 온도 민감성 물질을 포함하지 않아 피부온도 하에서도 곡률 변화를 일으키지 않는 비변환 구획용 하이드로젤층과, 온도 민감성 물질을 포함하여 피부 온도에서 곡률 변화를 일으키는 자가변환 구획용 하이드로젤층에 있어서, 온도 민감성 물질의 조성비를 달리하면서 팽윤 전과 팽윤 후의 기계적 물성을 측정하고, 그 결과값으로부터 예상되는 곡률반경을 계산하여 데이터베이스화 할 수 있다.
상기 하이드로젤층의 물성 분석을 위한 실험 예는 제한되지 않으나, 일 실시예로서, 제조한 하이드로젤층을 증류수에 최소 12시간 이상 담가 충분히 팽윤시킨 후 무게(Ws)를 측정하고, 이를 다시 60℃ 이상에서 최소 12시간 이상 건조시킨 후 무게(Wd)를 측정하여 팽윤비(Qm)를 하기 식(1)과 같이 얻을 수 있다.
(1)
Figure 112018103256099-pat00001
온도가 변화함에 따라 비변환 구획용 하이드로젤층의 곡률 변화는 거의 0에 가까워 변동이 없을 것이지만, 자가변환 구획용 하이드로젤층은 피부온도 하에서의 자가접힘을 예측하기 위하여 비변환 구획용 하이드로젤층의 물성과 대비한 기계적 물성 인자별로 측정 결과값을 확보해야 한다.
비변환 구획용 하이드로젤층에 있어서, 하이드로젤을 만든 직후와 팽윤시킨 후의 팽윤비(Qi1, Qf1), 압축강도(E1), 두께(t1), 상기 하이드로젤을 만든 직후와 팽윤시킨 후의 팽윤비로부터 하기 식(2)에 따라 계산된 팽창비(S1)를 구할 수 있다.
또한 온도 민감성 물질을 포함한 자가변환 구획용 하이드로젤층에 있어서, 하이드로젤을 만든 직후와 팽윤시킨 후의 팽윤비(Qi2, Qf2), 압축강도(E2), 두께(t2), 상기 하이드로젤을 만든 직후와 팽윤시킨 후의 팽윤비로부터 하기 식(2)에 따라 계산된 팽창비(S2)를 구할 수 있다. 다양한 조성의 온도 민감성이 부여된 자가변환 구획용 하이드로젤층의 팽윤 거동은 대기온도 25℃와 피부온도 37℃에서 각각의 팽윤비를 측정하여 평가할 수 있을 것이다.
(2)
Figure 112018103256099-pat00002
상기 비변환 구획용 하이드로젤층의 팽창비(S1)와 자가변환 구획용 하이드로젤층의 팽창비(S2)의 차이값(Δε)을 계산하고, 이를 바탕으로 열에 의한 바이메탈 스트립(bimetallic strip) 곡률 식(3)에 각각의 물성 인자를 대입하면, 소정의 온도 민감성 물질의 조성비를 가지는 자가변환 구획용 하이드로젤층의 곡률 반경(r)을 계산하여 예측할 수 있다.
(3)
Figure 112018103256099-pat00003
따라서, 이러한 계산된 자가변환 구획용 하이드로젤층의 곡률 반경(r)과, 상기 S1 단계에서 마스크팩 적용대상의 입체 형태에 대하여 모델링한 곡률반경 데이터를 매칭함으로써, 피부온도 하에서 기 확보된 정보에 상응하는 곡률반경으로 자가변환될 수 있는 적절한 온도 민감성 물질의 조성비를 찾을 수 있게 된다.
상술한 곡률 반경(r)을 구하는 수식은 일 실시예일 뿐이며, 다양한 방법으로 온도 민감성 물질이 포함된 하이드로젤층의 온도 변화별 곡률 변화율을 예측할 수 있다.
다음으로 S3 단계에서는 적용 대상의 입체형상에 따라 복수 개로 구분된 구획별로 상기 설계된 조성비에 따른 온도 민감성 하이드로젤층을 형성할 수 있다.
즉, 이 단계에서는 상술한 수식으로부터 예측된 곡률 반경을 가지는 온도 민감성 물질의 조성비에 따라 자가변환 구획용 하이드로젤층을 형성한다.
또한 S4 단계에서는 구획별로 설계된 조성비에 따라 온도 비민감성 하이드로젤층, 달리 말하면 비변환 구획용 하이드로젤층을 형성한다.
S3 및 S4 단계에서의 하이드로젤층은 상술한 바와 같이 포토리소그래피법이나 3D 프린팅 방법으로 형성될 수 있다.
포토리소그래피법으로 형성하는 방법은 도 3a 내지 도 3d에서 설명하였으므로 이하에서는 3D 프린팅 기법을 설명한다.
즉, 본 발명의 또다른 측면에서의 3D 프린팅 방법을 이용하여 제조하는 마스크팩은 복수의 구획별로 3D 모델링하는 단계, 기재 상에서 상기 모델링된 복수의 구획별로 3D 프린팅하여 상기 결정된 성분 조성비에 따라 제조된 온도 민감성 물질을 포함하는 복수의 자가변환 구획용 하이드로젤층과 상기 온도 민감성 물질을 포함하지 않는 비변환 구획용 하이드로젤층을 형성하는 단계를 포함한다.
구체적인 3D 프린팅 기법은 광경화 적층방식으로서 SLA(Stereo Lithography Apparatus)를 이용하거나, 또는 DLP(Digital Light Processing) 방식을 이용할 수 있는데, 공지된 방식이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 4와 같은 과정을 통해 생산된 마스크팩은 후처리 공정 및 포장의 과정(S5)를 통해 출하될 수 있을 것이다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 자가변환 마스크팩의 제조방법을 통해 제조된 마스크팩의 시간 경과에 따른 온도 반응 결과는 도 5a 내지 도 5c에 나타내었다.
도 5a는 2차원 평면 형태로 제조된 마스크팩의 일부 단면이 시간이 경과함에 따라 구부러지는 모습과 그에 대한 실제 변형을 나타낸 이미지이다.
마스크팩의 제조 후 제품 상태는 (3)처럼 2차원 평면이지만, 시간이 경과됨에 따라 (2)와 (1)의 모습처럼 끝단이 구부러져 자동적으로 접히게 된다. (2)는 온도에 반응하면서 점차 구부러지는 모습의 단면과 이미지이고, (1)은 온도에 반응하여 최종적으로 완전히 구부러져 말려진 형태의 단면과 이미지이다.
최초 (3)의 상태에서는 곡률이 거의 0이지만, (2)와 (1)로 진행될수록 곡률반경이 급감하면서 곡률이 증가한다. 피부 온도에서 자동적으로 감응함으로써 안면의 부위별 굴곡 모양에 따라 자가변환으로 맞춤형 4D 마스크팩을 구현할 수 있다.
도 5b는 대기온도 25℃(T1)에서 점차 피부온도 37℃(T2)로 온도가 변화함에 따라 (a) 내지 (d) 단계로 본 발명의 마스크팩이 자가변환하면서 양 끝단이 자동적으로 접혀 구부러지는 실제 변형의 이미지이다. 본 발명의 다층 및 다중구획의 자가변환 마스크팩을 피부에 부착시키면 일정 시간 경과 후 (d)의 이미지와 같이 온도 민감성 물질이 포함된 양 끝단 구획에서는 곡률이 증가됨에 따라 안면의 밀착력과 착용감이 커진다.
마스크팩의 각 구획별로 피부 기능성을 개선시키는 유효성분을 포함시킨다면 맞춤형으로 유효성분의 피부 침투율을 높일 수 있어 마스크팩의 기능성을 획기적으로 향상시킬 수 있다.
도 5c는 도 5b와 반대로 피부온도 37℃(T2)에서 대기온도 25℃(T1)로 온도를 감소시킴에 따라 (d) 내지 (g) 단계로 본 발명의 마스크팩이 자가변환하면서 양 끝단의 구부러진 형태가 다시 펴지는 모습을 나타내는 이미지이다. 즉 실험 대상이 되는 마스크팩의 일부에 있어서, 양 끝단에 위치한 구획에 온도 민감성 물질이 포함됨에 따라 점차 낮아지는 온도에 반응하여 곡률이 감소되어 다시 펼쳐진 상태로 변한다.
도 5a 내지 도 5c의 시간 경과에 따른 (a) 내지 (g) 단계별 곡률 변화를 도 6의 그래프로 나타내었다.
즉, 실험대상은 상기 도 2에서 안면의 턱 부분 구획을 포함하는 마스크팩의 일부인데, 양 끝단 구획은 제1영역(1)이고 가운데 구획은 제2영역(2)임을 설명한 바 있다. 실험대상의 마스크팩 일부 단면으로 살펴보면 양 끝단 구획은 제1영역(1)과 제2영역(2)이 수직방향으로 적층된 구조이고, 가운데 구획은 제2영역(2)만으로 구성되어 있다.
그리고 제1영역(1)은 온도 민감성 물질을 포함하는 하이드로젤층이고 제2영역(2)은 온도 민감성 물질을 포함하지 않는 하이드로젤층이다. 다시 말하면 제1영역(1)은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크팩의 복수 개의 다중 구획 중 자가변환 구획에 해당하고, 제2영역(2)은 비변환 구획에 해당한다.
도 6은 마스크팩의 일부를 대상으로 도 5a 내지 도 5c와 같이 시간 경과에 따라 온도를 T1에서 T2로 증가하였다가(Heating), 다시 T2에서 T1으로 감소하면서(Cooling) (a) 내지 (g) 단계별로 제1영역(1)과 제2영역(2)의 곡률 변화를 나타낸 그래프이다. 여기서 곡률은 곡률반경(R)의 역수인 K로 나타내었는데, 곡률반경(R)이 줄어들수록 곡률(K)은 증가하게 된다.
온도의 Heating 과정에서는 온도 민감성 물질이 포함된 하이드로젤층인 제1영역(1)의 곡률은 자가접힘 현상으로 인해 증가하지만, 온도 민감성 물질을 포함하지 않는 하이드로젤층인 제2영역(2)의 곡률은 자가접힘 현상이 없어서 변화가 없다. 따라서, 피부 온도로 증가된 (d) 단계에서 양 끝단 구획인 제1영역(1)은 자가접힘으로 구부러지고, 가운데 구획인 제2영역(2)은 변화가 없어 평형을 이룬다. 그로 인해 얼굴의 양 끝부분의 입체 형상에 꼭 맞도록 밀착력이 높아진다. 온도의 Cooling 과정에서는 이와 반대로 진행된다.
한편, 상기 도 1 및 도 2에서 설명한 바와 같이, 마스크팩 적용대상의 입체적 형상에 따라 때로는 구획별로 자가변환 구획과 비변환 구획을 수직방향으로 적층하여 형성해야 하는데, 이때 각각의 층별로 온도 민감성 물질의 조성비를 달리하여 그로인한 팽창비를 다르게 하여 자가접힘의 정도를 미리 설계할 수 있다.
그에 대한 실험예로서 도 7과 도 8에 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩의 일부 성분 농도 변화에 따른 하이드로젤층의 팽창률/팽창비(Expansion ratio) 변화를 나타내었다.
도 7은 하이드로젤층의 기반 물질로서 친수성 고분자의 단량체가 되는 AAm과 온도 민감성 물질 NIPAM의 조성비를 다르게 하면서 대기온도(25℃)와 피부온도(37℃)에서의 팽창률을 도시하였다. 즉, AAm과 NIPAM 의 총 농도를 20%(w/v)로 고정하고 NIPAM 농도를 0 부터 20%(w/v)까지 조절하면서 제조한 하이드로젤층의 팽창비의 결과이다.
NIPAM의 농도가 증가할수록 하이드로젤층의 온도 민감성이 증가하여 25℃와 37℃에서의 팽창비 차이가 커지는 것을 알 수 있다. 이는 임계하한온도(low critical solution temperature, LCST) 32℃를 가지는 NIPAM이 농도가 높아질수록 LCST 이상인 37℃에서 상호작용이 커져서 하이드로젤층의 수축 정도가 커지기(팽창률이 작아지기) 때문이다.
도 7에서 AAm이 20%(w/v), NIPAM이 0%(w/v)인 조성비는 온도 민감성 물질이 포함되지 않는 비변환 구획에 적용될 수 있는 조성비이고, NIPAM이 0부터 20%(w/v)로 증가되는 조성비는 온도 민감성 물질을 포함하는 자가변환 구획에 적용될 수 있는 조성비가 될 것이다. 비변환 구획과 자가변환 구획에 적용될 수 있는 조성비로 각각 제어된 하이드로젤층의 적층 구조를 미리 설계하면 이들 다층간 팽창비의 차이로 인해 구부러지는 정도가 달라져서 입체 형상에 맞춤형으로 밀착되는 마스크팩을 제조할 수 있다.
또한 도 8은 AAm 단독으로 중합하여 온도 민감성이 없는 하이드로젤층에서 단량체 AAm의 농도와 가교제 MBA의 농도를 조절하였을 때의 팽창률/팽창비(Expansion ratio) 변화를 나타낸 것이다.
즉, 도 8 그래프 하단 축은 MBA의 농도를 0.1%(w/v)로 고정하고 단량체 AAm의 농도를 12%(w/v)부터 20%(w/v)까지 증가시켰을 때의 팽창비를 나타내고, 그래프 상단 축은 AAm 농도를 20%(w/v)로 고정하고 MBA의 농도를 0.01%(w/v)부터 0.2%(w/v)까지 증가시킬 때의 팽창비를 나타낸 것이다.
도 8에 의하면 AAm은 20%(w/v)까지 증가시킬 때 팽창비가 선형적으로 다소 증가하지만, MBA는 0.2%(w/v)로 증가시킬수록 팽창비가 반대로 선형적으로 감소하는 것을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다층 및 다중구획의 자가변환 마스크팩의 조성비 설계시 도 7 및 도 8과 같은 각 성분 물질의 팽창비를 활용할 수 있다.
즉, 마스크팩의 제조 후 제품 출시 단계에서는 자가변환 구획과 비변환 구획을 포함하는 모든 복수 개의 구획의 팽창률이 대기온도에서 동일하여 2차원 평면을 유지해야 한다. 또한, 판매된 이후 소비자가 마스크팩을 착용하면, 피부온도에 대응한 자가변환 구획과 비변환 구획의 팽창률의 차이로 인해 입체형태의 각 부분별로 적절한 곡률로 다양하게 구부러질 수 있어야 한다.
일례로 안면 턱 부분의 형상에 따라 양 끝단의 곡률이 가운데 부분보다 크게 하기 위해서 양 끝단 구획에서의 팽창비 차이가 크게 마스크팩을 제조할 필요가 있다면, 도 7에서 양 끝단 구획의 NIPAM 조성비를 20%(w/v)로 하는 것을 선택할 수 있다. 양 끝단의 자가변환 구획의 NIPAM 조성비가 20%(w/v)일 때 대기온도와 피부온도의 팽창률 차이는 대략 0.5 정도로 매우 커지기 때문이다.
한편, 자가변환 구획도 비변환 구획과 함께 대기온도 하에서는 평평한 상태를 유지해야 하기 때문에 NIPAM 조성비가 20%(w/v)인 지점에서 대기온도에서의 팽창률 0.5에 맞추어 비변환 구획에서의 단량체 AAm 농도와 가교제 MBA 농도를 선택할 수 있다. 즉, 도 8에서 팽창률이 0.5인 부분을 찾아 하단 축에 기준하여 AAm 18%(w/v)와 MBA 0.1%(w/v)의 조성비를 선택하거나, 상단 축에 기준하여 AAm 20%(w/v)와 MBA 0.1%(w/v)의 조성비를 선택할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 일 실시예에 따른 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩의 실제 피부 밀착력 실험결과를 나타낸 이미지이다.
도 9에서 안면의 턱 윤곽을 반원형으로 개략적으로 도시하면서 호 형태의 마스크팩을 접촉시킨 실험 결과를 나타내었다.
대기온도 T1 하에서는 밀착력이 충분하지 않아 턱과 마스크팩이 쉽게 분리된 반면, 피부온도 T2 하에서는 곡률이 증가하여 턱 부위에 안정적으로 밀착되는 것을 확인하였다. 이로 인해 본 발명의 마스크팩은 절개 또는 걸이 등의 흘러내림 방지 장치가 없어도 안면 피부에 도입 시 빠른 시간 내에 자동적으로 형태 변환이 이루어져 안정적으로 밀착되는 착용감을 보인다는 것을 알 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
11 : 투명기판
12 : 스페이서
13 : 제1 프리-젤 용액
13' : 제1 하이드로젤층
14 : 제1 포토마스크
15 : 제2 프리-젤 용액
15' : 제2 하이드로젤층
16 : 제2 포토마스크

Claims (18)

  1. 복수 개의 구획을 포함하고,
    상기 복수의 구획은 시간이 경과함에 따라 온도에 반응하여 서로 다른 곡률로 변형되는 적어도 하나 이상의 자가변환 구획을 포함하며,
    상기 시간이 경과된 후 3차원 형상을 가지는 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복수 개의 구획은,
    적어도 하나 이상의 상기 자가변환 구획, 및 상기 온도에 반응하지 않아 상기 시간이 경과함에도 곡률 변화가 없는 적어도 하나 이상의 비변환 구획을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 복수 개의 구획은 적용대상의 3차원 형상의 곡률에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 자가변환 구획은,
    온도에 반응하여 팽창률이 달라지는 적어도 하나 이상의 온도 민감성 물질을 포함하는 제1층 및 상기 온도 민감성 물질을 포함하지 않는 제2층을 포함하고,
    상기 자가변환 구획은 상기 온도에 반응한 후 상기 제1층 및 제2층의 팽창률이 상이하여 곡면으로 구부러지는 것을 특징으로 하는 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 복수 개의 구획은 젤(gel)화된 친수성 고분자 물질을 포함하고,
    상기 자가변환 구획은 적어도 하나 이상의 온도 민감성 물질을 포함하는 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 온도 민감성 물질은 N-이소프로필 아크릴아미드(N-isopropyl acrylamide, NIPAM), 폴리 N-이소프로필 아크릴아미드(poly N-isopropyl acrylamide, pNIPAM), 폴리 2-디메틸아미노에틸 메타크릴레이트(poly 2-(dimethylamino)ethyl methacrylate, pDMAEMA), 히드록시프로필 셀룰로오스( hydroxypropylcellulose, HPC), 폴리비닐카프로락탐(polyvinylcaprolactame), 폴리비닐메틸에테르(polyvinyl methyl ether)로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 온도 민감성 물질은 N-이소프로필 아크릴아미드(N-isopropyl acrylamide, NIPAM)이고, 온도 반응 후의 예상 곡률 변화에 따라 0 초과 20 이하 %(w/v)로 포함되는 것을 특징으로 하는 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 복수 개의 구획은,
    폴리아크릴아마이드(polyacrylamide), 셀룰로오스검, 폴리에틸렌클리콜 다이아크릴레이트, 폴리에틸렌크리콜, 소듐폴리아크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 글리세릴아크릴레이트/아크릴릭애씨드 공중합체, 스타이렌/아크릴레이트 공중합체 및 폴리비닐알콜로 이루어진 중합체 그룹과,
    구아검, 카라기난검, 로커스트빈검, 젤란검, 및 잔탄검으로 이루어진 고분자 그룹 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질이 포함된 하이드로젤(hydrogel)인 것을 특징으로 하는 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 복수 개의 구획은 포토리소그래피법(Photolithography), 3D 프린팅 방법, 또는 성형/몰드법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 복수 개의 구획은,
    보습제, 탄력강화제, 미백제, 피부컨디셔닝제, 비타민제, 노화방지제, 항산화제, 소염제, 항균제, 방부보존제 및 진통제로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 구획별로 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 온도는 32℃ 내지 38℃ 인 것을 특징으로 하는 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩.
  12. 입체 형상의 곡률 분포에 따른 복수의 구획을 설정하는 단계;
    상기 설정된 복수의 구획에서의 자가변환에 따른 곡률 변화율을 예측설계하는 단계;
    상기 예측설계된 자가변환을 수행하기 위한 상기 복수의 구획별 하이드로젤층의 성분 조성비를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 성분 조성비에 따라 제조된 복수의 구획을 가지는 하이드로젤층을 형성하는 단계를 포함하는 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩의 제조방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 복수의 구획을 가지는 하이드로젤층을 형성하는 단계는,
    상기 입체 형상의 윤곽에 따른 스페이스를 도입한 두 개의 투명기판 사이에 상기 결정된 조성비를 가지는 온도 민감성 물질을 포함하는 제1 프리-하이드로젤층을 형성하는 단계;
    상기 투명기판 상부에 패터닝된 제1 포토마스크를 형성하는 단계;
    광중합하여 패터닝된 제1 하이드로젤층을 형성하는 단계;
    상기 패터닝된 제1 하이드로젤층 위에 상기 결정된 조성비를 가지고 온도 민감성 물질을 포함하지 않는 제2 프리-하이드로젤층을 형성하는 단계;
    상기 제2 프리-하이드로젤층 상부에 투명기판을 형성하고, 패터닝된 제2 포토마스크를 형성하는 단계; 및
    광중합하여 패터닝된 제2 하이드로젤층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩의 제조방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제1 프리-하이드로젤층 및 제1 하이드로젤층은,
    N-이소프로필 아크릴아미드(N-isopropyl acrylamide, NIPAM), 폴리 N-이소프로필 아크릴아미드(poly N-isopropyl acrylamide, pNIPAM), 폴리 2-디메틸아미노에틸 메타크릴레이트(poly 2-(dimethylamino)ethyl methacrylate, pDMAEMA), 히드록시프로필 셀룰로오스( hydroxypropylcellulose, HPC), 폴리비닐카프로락탐(polyvinylcaprolactame), 폴리비닐메틸에테르(polyvinyl methyl ether)로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나 이상의 온도 민감성 물질을 0초과 20이하 %(w/v) 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩의 제조방법.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 제1 프리-하이드로젤층은, N-이소프로필 아크릴아미드(N-isopropyl acrylamide, NIPAM) 0초과 20이하 %(w/v), 메틸렌비스아크릴아미드(N,N-methylene bis acrylamide, MBA) 0.01 내지 0.1 %(w/v), 광개시제를 포함하고,
    상기 제2 프리-하이드로젤층은, 폴리 아크릴아미드(poly acrylamide, AAm) 0 내지 20 %(w/v), 메틸렌비스아크릴아미드(N,N-methylene bis acrylamide, MBA) 0.01 내지 0.1 %(w/v), 광개시제를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩의 제조방법.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 복수의 구획을 가지는 하이드로젤층을 형성하는 단계는,
    상기 복수의 구획을 3D 모델링하는 단계; 및
    기재 상에서 상기 모델링된 복수의 구획별로 3D 프린팅하여 상기 결정된 성분 조성비에 따라 제조된 온도 민감성 물질을 포함하는 복수의 하이드로젤층과 상기 온도 민감성 물질을 포함하지 않는 하이드로젤층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩의 제조방법.
  17. 제 12항에 있어서,
    상기 복수의 구획별 하이드로젤층은,
    수직으로 온도에 반응하여 팽창률이 달라지는 온도 민감성 물질을 포함하는 제1층과 상기 온도 민감성 물질을 포함하지 않는 제2층을 포함하는 적어도 하나 이상의 제1 구획과,
    상기 온도 민감성 물질을 포함하지 않는 제2층만을 포함하는 적어도 하나 이상의 제2 구획으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩의 제조방법.
  18. 제 12항에 있어서,
    상기 복수의 구획을 가지는 하이드로젤층을 형성하는 단계에서,
    보습제, 탄력강화제, 미백제, 피부컨디셔닝제, 비타민제, 노화방지제, 항산화제, 소염제, 항균제, 방부보존제 및 진통제로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 도입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 및 다중구획된 자가변환 마스크팩의 제조방법.
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