KR102667369B1 - 분무건조 공정을 이용한 돔형 실리카 입자 제조방법 - Google Patents

분무건조 공정을 이용한 돔형 실리카 입자 제조방법 Download PDF

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김상희
이금정
이준배
이서윤
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코스맥스 주식회사
숭실대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 분무건조 공정을 이용한 돔형 실리카 입자 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 돔형 실리카 입자에 관한 것이다.
본 발명의 분무건조 공정을 이용한 돔형 실리카 입자 제조방법은 합성 과정 없이 수 분 내에 이루어지는 분무건조법을 통해 돔형 실리카 입자를 제조함으로써, 장시간의 합성 시간이 필요 없으므로 제조 공정이 간소화될 수 있다. 또한, 분무건조의 재료 및 공정변수 조절을 통해 입자의 크기, 크기분포를 조절할 수 있고, 세척 및 건조 공정을 생략할 수 있으며, 템플레이트 및 소성 과정 없이 돔형 실리카 입자를 효과적으로 제조할 수 있음을 확인하였다.

Description

분무건조 공정을 이용한 돔형 실리카 입자 제조방법 {Method for manufacturing dome-shaped silica particles using a spray drying process}
본 발명은 분무건조 공정을 이용한 돔형 실리카 입자 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 돔형 실리카 입자에 관한 것이다.
실리카 또는 실리카 입자는 화장품에 함유되는 무기 화합물로, 고체 입자들의 응집을 방지하거나 빛을 산란시켜 자연스러운 피부 보정 기능을 하는 등의 목적으로 사용된다. 실리카를 통해 화장품의 점도를 조절할 수 있기 때문에 스킨 케어, 베이스 메이크업, 색조 제품 등 다양한 용도의 제품에 이용되고 있다.
실리카 입자를 합성하는 방법에는 졸겔법 (Sol-gel), 마이크로에멀젼법 (Microemulsion), 스토버법 (Stober) 등이 있지만 이는 수 시간의 교반 과정을 포함하며, 이후 세척 및 건조 공정이 추가로 요구된다는 단점이 있다. 또한, 템플레이트(Template) 없이 구형을 제외한 형태의 실리카 입자를 제조하는 것은 힘들며, 합성된 입자들의 크기나 크기분포 또한 간단히 제어할 수 없다는 단점이 있다.
이러한 배경 하에, 분무 건조 공정을 이용하여 돔형 실리카 입자를 제조하는 기술을 개발하였으며, 상기 공정은 단시간 내에 돔형 실리카를 제조할 수 있을뿐만 아니라 템플레이트 및 소성 과정 없이 돔형 실리카 입자를 효과적으로 제조할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
대한민국 등록특허 제10-0651243호
일 양상은 1) 0.05 wt% 초과 내지 7 wt% 미만의 실리카 졸을 포함하는 실리카 용액을 제조하는 단계; 및 2) 상기 실리카 용액을 분무 건조시키는 단계를 포함하는, 돔형(dome-shaped) 실리카 입자를 제조하는 방법을 제공한다.
다른 양상은 상기 방법으로 제조된 돔형(dome-shaped) 실리카 입자를 제공한다.
일 양상은 1) 0.05 wt% 초과 내지 7 wt% 미만의 실리카 졸을 포함하는 실리카 용액을 제조하는 단계; 및 2) 상기 실리카 용액을 분무 건조시키는 단계를 포함하는, 돔형(dome-shaped) 실리카 입자를 제조하는 방법을 제공하는 것이다
본 명세서에서의 용어 "실리카(silica)"는 무기산화물로서 모래, 진흙, 백토, 수정, 오팔 등에 풍부하며 식물 일부에서도 발견되는 미네랄 성분이다. 상기 실리카는 규소와 산소가 결합한 무기산화물이며, 피지 분비를 조절하여 모공 청결에 도움을 주며, 화장품의 성분이 수분에 의해 엉키거나 덩어리지는 현상을 방지하기 위한 원료로도 사용될 수 있다.
상기 실리카는 화장품에서 흡습제와 농축제로 주로 사용될 수 있으며, 점도를 조절하는데에도 도움을 줄수 있다. 또한, 상기 실리카로 제조된 파우더는 투명감이 높아 자연스러운 화장이 가능하며 빛의 산란 효과가 우수하여 피부결 보정에도 도움을 줄 수 있다.
본 명세서에서의 용어 "분무건조(Spray Drying)"는 고체와 액체가 혼합되어 있는 혼합물을 열풍 기류에 노출시켜 용액상에서 액체를 순간적으로 증발시킴으로써 고체 미립자를 획득하는 건조 방식을 의미한다. 상기 분무건조를 위해서는 액체를 증발시키기 위한 고온의 열풍 기류를 생성하는 공정과 액체와 고체 혼합물을 노즐 또는 스프레이에 의해 미립화시켜 분무하는 공정이 필요하다.
본 명세서에서의 용어 "돔형(dome-shaped)"은 속이 빈 반구 형태를 의미하는 것일 수 있다. 상기 돔형은 일측이 개방된 오목 반구형, 입구가 개방된 그릇형, 바구니형, 원개형 등으로 설명될 수 있다.
상기 방법에 있어서, 상기 실리카 용액(콜로이달 실리카 용액)은 용매에 실리카 또는 실리카 졸(silica sol)을 희석, 분산 및/또는 혼합하여 제조하는 것일 수 있다
상기 용매에 포함되는 실리카 졸은 5 내지 50 nm의 평균 입자 지름을 갖는 것일 수 있으며, 구체적으로, 5 내지 50 nm, 5 내지 45 nm, 5 내지 40 nm, 5 내지 35 nm, 5 내지 30 nm, 5 내지 25 nm, 5 내지 20 nm, 10 내지 50 nm, 10 내지 45 nm, 10 내지 40 nm, 10 내지 35 nm, 10 내지 30 nm, 10 내지 25 nm 또는 10 내지 20 nm의 평균 입자 지름을 갖는 것일 수 있다.
상기 용매는 물, 에탄올, 메탄올, 아세톤 및 디클로로메탄(dichloromethane) 로 구성된 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
상기 실리카 용액은 0.05 wt% 내지 7 wt%의 실리카 졸을 포함하는 것일 수 있으며, 구체적으로 0.05 내지 7 wt%, 0.05 wt% 초과 내지 7 wt% 미만, 0.05 내지 6.5 wt%, 0.05 내지 6 wt%, 0.05 내지 5.5 wt%, 0.05 내지 5 wt%, 0.05 내지 4.5 wt%, 0.05 내지 4 wt%, 0.05 내지 3.5 wt%, 0.05 내지 3 wt%, 0.05 내지 2.5 wt%, 0.05 내지 2 wt%, 0.05 내지 1.5 wt%, 0.05 내지 1 wt%, 0.07 내지 7 wt%, 0.07 wt% 초과 내지 7 wt% 미만, 0.07 내지 6.5 wt%, 0.07 내지 6 wt%, 0.07 내지 5.5 wt%, 0.07 내지 5 wt%, 0.07 내지 4.5 wt%, 0.07 내지 4 wt%, 0.07 내지 3.5 wt%, 0.07 내지 3 wt%, 0.07 내지 2.5 wt%, 0.07 내지 2 wt%, 0.07 내지 1.5 wt%, 0.07 내지 1 wt%, 0.1 내지 7 wt%, 0.1 내지 6.5 wt%, 0.1 내지 6wt%, 0.1 내지 5.5 wt%, 0.1 내지 5 wt%, 0.1 내지 4.5 wt%, 0.1 내지 4 wt%, 0.1 내지 3.5 wt%, 0.1 내지 3 wt%, 0.1 내지 2.5 wt%, 0.1 내지 2 wt%, 0.1 내지 1.5 wt%, 0.1 내지 1 wt%, 0.5 내지 7 wt%, 0.5 내지 6.5 wt%, 0.5 내지 6wt%, 0.5 내지 5.5 wt%, 0.5 내지 5 wt%, 0.5 내지 4.5 wt%, 0.5 내지 4 wt%, 0.5 내지 3.5 wt%, 0.5 내지 3 wt%, 0.5 내지 2.5 wt%, 0.5 내지 2 wt%, 0.5 내지 1.5 wt%, 0.5 내지 1 wt%, 1 내지 7 wt%, 1 내지 6.5 wt%, 1 내지 6wt%, 1 내지 5.5 wt%, 1 내지 5 wt%, 1 내지 4.5 wt%, 1 내지 4 wt%, 1 내지 3.5 wt%, 1 내지 3 wt%, 1 내지 2.5 wt%, 1 내지 2 wt% 또는 1 내지 1.5 wt%의 실리카 졸을 포함하는 것일 수 있다.
상기 방법에 있어서, 상기 분무 건조시키는 단계는 상기 실리카 용액을 분무건조기로 분무 건조시키는 단계일 수 있으며, 구체적으로 상기 실리카 용액을 분무건조기에 공급하는 단계 및 상기 공급된 실리카 용액을 분무 건조시키는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
상기 분무 건조시키는 단계에서 상기 실리카 용액의 공급 속도(상기 실리카 용액을 분무건조기에 공급하는 속도)는 0.1 내지 10 ml/min인 것일 수 있으며, 구체적으로 0.1 내지 10 ml/min, 0.1 ml/min 초과 내지 10 ml/min 미만 0.1 내지 8 ml/min, 0.1 내지 7 ml/min, 0.1 내지 6.6 ml/min, 0.1 내지 6 ml/min, 0.1 내지 5 ml/min, 0.1 내지 4 ml/min, 0.1 내지 3.5 ml/min, 0.1 내지 3.3 ml/min, 1 내지 10 ml/min, 1 내지 8 ml/min, 1 내지 7 ml/min, 1 내지 6.6 ml/min, 1 내지 6 ml/min, 1 내지 5 ml/min, 1 내지 4 ml/min, 1 내지 3.5 ml/min, 1 내지 3.3 ml/min, 2 내지 10 ml/min, 2 내지 8 ml/min, 2 내지 7 ml/min, 2 내지 6.6 ml/min, 2 내지 6 ml/min, 2 내지 5 ml/min, 2 내지 4 ml/min, 2 내지 3.5 ml/min, 2 내지 3.3 ml/min, 2.5 내지 10 ml/min, 2.5 내지 8 ml/min, 2.5 내지 7 ml/min, 2.5 내지 6.6 ml/min, 2.5 내지 6 ml/min, 2.5 내지 5 ml/min, 2.5 내지 4 ml/min, 2.5 내지 3.5 ml/min, 2.5 내지 3.3 ml/min, 3 내지 10 ml/min, 3 내지 8 ml/min, 3 내지 7 ml/min, 3 내지 6.6 ml/min, 3 내지 6 ml/min, 3 내지 5 ml/min, 3 내지 4 ml/min, 3 내지 3.5 ml/min, 3 내지 3.3 ml/min, 3.3 내지 10 ml/min, 3.3 내지 8 ml/min, 3.3 내지 7 ml/min, 3.3 내지 6.6 ml/min, 3.3 내지 6 ml/min, 3.3 내지 5 ml/min, 3.3 내지 4 ml/min 또는 3.3 내지 3.5 ml/min일 수 있다.
상기 분무 건조시키는 단계에서 상기 가스 주입 속도 (공기 유량의 공급 속도)는 200 L/h 내지 700 L/h일 수 있으며, 구체적으로 200 내지 700 L/h, 200 초과 내지 700 L/h 미만, 200 내지 650 L/h, 200 내지 600 L/h, 200 내지 550 L/h, 200 내지 500 L/h, 200 내지 450 L/h, 200 내지 400 L/h, 200 내지 350 L/h, 200 내지 300 L/h, 250 내지 700 L/h, 250 내지 650 L/h, 250 내지 600 L/h, 250 내지 550 L/h, 250 내지 500 L/h, 250 내지 450 L/h, 250 내지 400 L/h, 250 내지 350 L/h, 250 내지 300 L/h, 300 내지 700 L/h, 300 내지 650 L/h, 300 내지 600 L/h, 300 내지 550 L/h, 300 내지 500 L/h, 300 내지 450 L/h, 300 내지 400 L/h, 300 내지 350 L/h, 350 내지 700 L/h, 350 내지 650 L/h, 350 내지 600 L/h, 350 내지 550 L/h, 350 내지 500 L/h, 350 내지 450 L/h, 350 내지 400 L/h, 400 내지 700 L/h, 400 내지 650 L/h, 400 내지 600 L/h, 400 내지 550 L/h, 400 내지 500 L/h, 400 내지 450 L/h, 450 내지 700 L/h, 450 내지 650 L/h, 450 내지 600 L/h, 450 내지 550 L/h, 450 내지 500 L/h, 500 내지 700 L/h, 500 내지 650 L/h, 500 내지 600 L/h, 500 내지 550 L/h, 550 내지 700 L/h, 550 내지 650 L/h, 550 내지 600 L/h, 600 내지 700 L/h 또는 600 내지 650 L/h일 수 있다.
상기 분무 건조시키는 단계에서 분무건조기 내부 온도(분무건조기 노즐 입구의 주입 온도)는 80 내지 200 ℃로 유지되는 것일 수 있으며, 구체적으로 80 내지 200 ℃, 80 ℃ 초과 내지 200 ℃ 미만, 80 내지 180 ℃, 80 내지 170 ℃, 80 내지 160 ℃, 80 내지 150 ℃, 80 내지 140 ℃, 80 내지 135 ℃, 90 내지 200 ℃, 90 내지 180 ℃, 90 내지 170 ℃, 90 내지 160 ℃, 90 내지 150 ℃, 90 내지 140 ℃, 90 내지 135 ℃, 100 내지 200 ℃, 100 내지 180 ℃, 100 내지 170 ℃, 100 내지 160 ℃, 100 내지 150 ℃, 100 내지 140 ℃, 100 내지 135 ℃, 110 내지 200 ℃, 110 내지 180 ℃, 110 내지 170 ℃, 110 내지 160 ℃, 110 내지 150 ℃, 110 내지 140 ℃, 110 내지 135 ℃, 120 내지 200 ℃, 120 내지 180 ℃, 120 내지 170 ℃, 120 내지 160 ℃, 120 내지 150 ℃, 120 내지 140 ℃, 120 내지 135 ℃, 130 내지 200 ℃, 130 내지 180 ℃, 130 내지 170 ℃, 130 내지 160 ℃, 130 내지 150 ℃, 130 내지 140 ℃, 130 내지 135 ℃, 135 내지 200 ℃, 135 내지 180 ℃, 135 내지 170 ℃, 135 내지 160 ℃, 135 내지 150 ℃, 또는 135 내지 140 ℃일 수 있다.
상기 방법으로 제조된 돔형 실리카 입자의 평균 크기는 입자의 평균 직경을 말하며, 0.1 내지 10 ㎛일 수 있으며, 구체적으로 0.1 내지 10 ㎛, 0.1 내지 8 ㎛, 0.1 내지 6 ㎛, 0.1 내지 5 ㎛, 0.1 내지 4.5 ㎛, 0.1 내지 4 ㎛, 0.1 내지 3.5 ㎛, 0.1 내지 3 ㎛, 0.1 내지 2.5 ㎛, 0.1 내지 2 ㎛, 0.1 내지 1.5 ㎛, 0.5 내지 10 ㎛, 0.5 내지 8 ㎛, 0.5 내지 6 ㎛, 0.5 내지 5 ㎛, 0.5 내지 4.5 ㎛, 0.5 내지 4 ㎛, 0.5 내지 3.5 ㎛, 0.5 내지 3 ㎛, 0.5 내지 2.5 ㎛, 0.5 내지 2 ㎛, 0.5 내지 1.5 ㎛, 1 내지 10 ㎛, 1 내지 8 ㎛, 1 내지 6 ㎛, 1 내지 5 ㎛, 1 내지 4.5 ㎛, 1 내지 4 ㎛, 1 내지 3.5 ㎛, 1 내지 3 ㎛, 1 내지 2.5 ㎛, 1 내지 2 ㎛, 1 내지 1.5 ㎛, 1.5 내지 10 ㎛, 1.5 내지 8 ㎛, 1.5 내지 6 ㎛, 1.5 내지 5 ㎛, 1.5 내지 4.5 ㎛, 1.5 내지 4 ㎛, 1.5 내지 3.5 ㎛, 1.5 내지 3 ㎛, 1.5 내지 2.5 ㎛, 1.5 내지 2 ㎛, 2 내지 10 ㎛, 2 내지 8 ㎛, 2 내지 6 ㎛, 2 내지 5 ㎛, 2 내지 4.5 ㎛, 2 내지 4 ㎛, 2 내지 3.5 ㎛, 2 내지 3 ㎛, 2 내지 2.5 ㎛, 2.5 내지 10 ㎛, 2.5 내지 8 ㎛, 2.5 내지 6 ㎛, 2.5 내지 5 ㎛, 2.5 내지 4.5 ㎛, 2.5 내지 4 ㎛, 2.5 내지 3.5 ㎛, 2.5 내지 3 ㎛, 3 내지 10 ㎛, 3 내지 8 ㎛, 3 내지 6 ㎛, 3 내지 5 ㎛, 3 내지 4.5 ㎛, 3 내지 4 ㎛, 3 내지 3.5 ㎛, 3.5 내지 10 ㎛, 3.5 내지 8 ㎛, 3.5 내지 6 ㎛, 3.5 내지 5 ㎛, 3.5 내지 4.5 ㎛ 또는 3.5 내지 4 ㎛일 수 있다.
상기 방법으로 제조된 돔형 실리카 입자의 두께는, 돔 형태를 구성하는 직경이 다른 내부 동심원 및 외부 동심원의 평균 직경 차이값의 1/2을 말하며, 0.1 내지 2 ㎛일 수 있으며, 구체적으로 0.1 내지 2 ㎛, 0.1 내지 1.8 ㎛, 0.1 내지 1.6 ㎛, 0.1 내지 1.4 ㎛, 0.1 내지 1.2 ㎛, 0.1 내지 1.0 ㎛, 0.1 내지 0.8 ㎛, 0.1 내지 0.6 ㎛, 0.1 내지 0.5 ㎛, 0.3 내지 2 ㎛, 0.3 내지 1.8 ㎛, 0.3 내지 1.6 ㎛, 0.3 내지 1.4 ㎛, 0.3 내지 1.2 ㎛, 0.3 내지 1.0 ㎛, 0.3 내지 0.8 ㎛, 0.3 내지 0.6 ㎛, 0.3 내지 0.5 ㎛, 0.4 내지 2 ㎛, 0.4 내지 1.8 ㎛, 0.4 내지 1.6 ㎛, 0.4 내지 1.4 ㎛, 0.4 내지 1.2 ㎛, 0.4 내지 1.0 ㎛, 0.4 내지 0.8 ㎛, 0.4 내지 0.6 ㎛, 0.5 내지 2 ㎛, 0.5 내지 1.8 ㎛, 0.5 내지 1.6 ㎛, 0.5 내지 1.4 ㎛, 0.5 내지 1.2 ㎛, 0.5 내지 1.0 ㎛, 0.5 내지 0.8 ㎛ 또는 0.5 내지 0.6 ㎛일 수 있다.
상기 방법에 있어서, 상기 실리카 용액에 포함되는 실리카 졸 농도를 조절하여 제조되는 실리카 입자의 크기를 조절할 수 있는 것일 수 있으며, 구체적으로 실리카 졸 농도가 증가할수록 제조되는 실리카 입자의 크기가 증가하는 것일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 실리카 용액의 농도가 약 0.05 wt%인 경우에는 1 ㎛ 미만 크기의 입자가 형성되면서 돔 형태를 형성하지 않은 것을 확인하였으며, 약 7 wt%인 경우에는 4 ㎛ 이상 크기의 입자가 형성되면서 돔 형태를 형성하지 않은 것을 확인하였다. 따라서, 실리카 용액의 농도가 약 0.1 wt% 내지 5 wt%인 경우 약 0.5 내지 4 ㎛의 입자 크기를 갖는 돔형 실리카 입자를 제조할 수 있다.
상기 방법에 있어서, 상기 1) 가스 주입 속도, 2) 시료 공급 속도, 3) 내부 온도 및 4) 주입되는 입자의 크기로 구성된 군에서 선택된 하나 이상을 조절하여 제조되는 실리카 입자의 형태 및 크기를 조절할 수 있는 것일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 가스 주입 속도가 700 L/h 이상이거나, 200 L/h 이하일 경우에는 돔 형태가 구성되지 않은 것을 확인하였는 바, 공기 유량은 속도는 200 L/h 초과 내지 700 L/h 미만, 구체적으로는 300 L/h 내지 600 L/h일 경우 효과적으로 돔형 실리카 입자를 제조할 수 있음을 알 수 있다.
일 구현예에 있어서, 시료 공급 속도가 증가할수록 돔형 실리카 입자 제조 효율이 증가하였으나, 시료 공급 속도가 10 ml/min인 경우에는 구형 실리카 입자만 형성되는 것을 확인하였는 바, 시료 공급 속도는 0.1 ml/min 초과 내지 10 ml/min 미만, 구체적으로는 3.3 ml/min 내지 6.6 ml/min일 경우 효과적으로 돔형 실리카 입자를 제조할 수 있음을 알 수 있다.
일 구현예에 있어서, 분무 건조기의 초기 내부 온도가 증가할수록 돔형 실리카 입자 제조 효율이 증가하였으나, 200 ℃인 경우에는 입자가 과도하게 수축되어 구멍(hole)이 닫힌 형태의 입자가 형성되어 돔형 실리카 입자 제조 효율이 감소하는 것을 확인하였는 바, 초기 내부 온도는 80 ℃ 초과 내지 200 ℃ 미만, 구체적으로는 100 ℃ 내지 160 ℃일 경우 효과적으로 돔형 실리카 입자를 제조할 수 있음을 알 수 있다.
일 구현예에 있어서, 주입되는 실리카 입자의 크기가 증가할수록 돔형 실리카 입자 제조 효율이 감소하였으며, 특히 입자 지름이 80-90 nm인 경우 거친 표면을 갖는 구형 입자가 형성되는 것을 확인하였는 바, 주입되는 실리카 입자의 크기(지름)은 10 nm 내지 50 nm일 경우 효과적으로 돔형 실리카 입자를 제조할 수 있음을 알 수 있다.
상기 방법은 제조된 돔형 실리카 입자를 회수하는 단계를 추가로 포함하는 것일 수 있다. 상기 회수하는 단계는 당업계에서 통상적으로 사용하는 과정을 통해 회수하는 것일 수 있다.
또한, 상기 방법은 제조된 돔형 실리카 입자를 회수하기 위해 세척하거나 및/또는 건조하는 단계를 포함하지 않는 것일 수 있다.
다른 양상은 상기 돔형 실리카 입자를 제조하는 방법으로 제조한 돔형 실리카(dome-shaped) 입자를 제공하는 것이다. 상기에서 설명한 내용과 동일한 부분은 상기에도 공히 적용된다.
상기 돔형 실리카 입자의 평균 크기는 입자의 평균 직경을 말하며, 0.1 내지 10 ㎛일 수 있으며, 구체적으로 0.1 내지 10 ㎛, 0.1 내지 8 ㎛, 0.1 내지 6 ㎛, 0.1 내지 5 ㎛, 0.1 내지 4.5 ㎛, 0.1 내지 4 ㎛, 0.1 내지 3.5 ㎛, 0.1 내지 3 ㎛, 0.1 내지 2.5 ㎛, 0.1 내지 2 ㎛, 0.1 내지 1.5 ㎛, 0.5 내지 10 ㎛, 0.5 내지 8 ㎛, 0.5 내지 6 ㎛, 0.5 내지 5 ㎛, 0.5 내지 4.5 ㎛, 0.5 내지 4 ㎛, 0.5 내지 3.5 ㎛, 0.5 내지 3 ㎛, 0.5 내지 2.5 ㎛, 0.5 내지 2 ㎛, 0.5 내지 1.5 ㎛, 1 내지 10 ㎛, 1 내지 8 ㎛, 1 내지 6 ㎛, 1 내지 5 ㎛, 1 내지 4.5 ㎛, 1 내지 4 ㎛, 1 내지 3.5 ㎛, 1 내지 3 ㎛, 1 내지 2.5 ㎛, 1 내지 2 ㎛, 1 내지 1.5 ㎛, 1.5 내지 10 ㎛, 1.5 내지 8 ㎛, 1.5 내지 6 ㎛, 1.5 내지 5 ㎛, 1.5 내지 4.5 ㎛, 1.5 내지 4 ㎛, 1.5 내지 3.5 ㎛, 1.5 내지 3 ㎛, 1.5 내지 2.5 ㎛, 1.5 내지 2 ㎛, 2 내지 10 ㎛, 2 내지 8 ㎛, 2 내지 6 ㎛, 2 내지 5 ㎛, 2 내지 4.5 ㎛, 2 내지 4 ㎛, 2 내지 3.5 ㎛, 2 내지 3 ㎛, 2 내지 2.5 ㎛, 2.5 내지 10 ㎛, 2.5 내지 8 ㎛, 2.5 내지 6 ㎛, 2.5 내지 5 ㎛, 2.5 내지 4.5 ㎛, 2.5 내지 4 ㎛, 2.5 내지 3.5 ㎛, 2.5 내지 3 ㎛, 3 내지 10 ㎛, 3 내지 8 ㎛, 3 내지 6 ㎛, 3 내지 5 ㎛, 3 내지 4.5 ㎛, 3 내지 4 ㎛, 3 내지 3.5 ㎛, 3.5 내지 10 ㎛, 3.5 내지 8 ㎛, 3.5 내지 6 ㎛, 3.5 내지 5 ㎛, 3.5 내지 4.5 ㎛ 또는 3.5 내지 4 ㎛일 수 있다.
상기 돔형 실리카 입자의 두께는 돔 형태를 구성하는 직경이 다른 내부 동심원 및 외부 동심원의 평균 직경 차이값의 1/2을 말하며, 0.1 내지 2 ㎛일 수 있으며, 구체적으로 0.1 내지 2 ㎛, 0.1 내지 1.8 ㎛, 0.1 내지 1.6 ㎛, 0.1 내지 1.4 ㎛, 0.1 내지 1.2 ㎛, 0.1 내지 1.0 ㎛, 0.1 내지 0.8 ㎛, 0.1 내지 0.6 ㎛, 0.1 내지 0.5 ㎛, 0.3 내지 2 ㎛, 0.3 내지 1.8 ㎛, 0.3 내지 1.6 ㎛, 0.3 내지 1.4 ㎛, 0.3 내지 1.2 ㎛, 0.3 내지 1.0 ㎛, 0.3 내지 0.8 ㎛, 0.3 내지 0.6 ㎛, 0.3 내지 0.5 ㎛, 0.4 내지 2 ㎛, 0.4 내지 1.8 ㎛, 0.4 내지 1.6 ㎛, 0.4 내지 1.4 ㎛, 0.4 내지 1.2 ㎛, 0.4 내지 1.0 ㎛, 0.4 내지 0.8 ㎛, 0.4 내지 0.6 ㎛, 0.5 내지 2 ㎛, 0.5 내지 1.8 ㎛, 0.5 내지 1.6 ㎛, 0.5 내지 1.4 ㎛, 0.5 내지 1.2 ㎛, 0.5 내지 1.0 ㎛, 0.5 내지 0.8 ㎛ 또는 0.5 내지 0.6 ㎛일 수 있다.
상기 돔형 실리카 입자는 광산란(소프트 포커스) 효과를 갖는 것일 수 있으며, 광산란 효과를 증진시키는 것일 수 있다.
상기 돔형 실리카 입자는 분광 변각 광도계로 측정하였을 때 SFF 값이 0.2 내지 0.5를 나타내는 것일 수 있으며, 구체적으로 0.2 내지 0.5, 0.2 내지 0.45, 0.2 내지 0.4, 0.2 내지 0.35, 0.25 내지 0.5, 0.25 내지 0.45, 0.25 내지 0.4, 0.25 내지 0.35, 0.3 내지 0.5, 0.3 내지 0.45, 0.3 내지 0.4 또는 0.3 내지 0.35의 SFF값을 갖는 것일 수 있다.
본 명세서에서의 용어 "광산란(소프트 포커스)"는 방송용 장비나 사진기의 광학적 특성을 표현하는 기능적 표현으로 연초점 효과를 의미하는 것으로서, 구체적으로는 사물의 표면을 뿌옇게 표현함으로서 심미적인 효과를 얻는 것을 의미한다. 색조화장품에서 소프트 포커스 효과는 무기 소재 파우더의 흐릿해 보이는 반투명 (Semi transfer) 광학 특성인 광산란 반사 (Diffused reflection) 현상에서 발생하며, 일반적인 소프트 포커스 효과는 구상의 반투명 소재가 투명 산란 반사 (Sperical translucent diffused reflection) 현상을 통해 나타내는 것으로 알려져 있다. 상기 소프트 포커스는 분광 변각 광도계 (Goniophotometer)를 사용하여 측정할 수 있으며, 일반적으로 물체표면에 입사된 방사속에 대한 것으로 표면에서 반사되는 방사속의 비로 정의되며, 가장 완전한 확산 반사면을 갖는 것은 산화마그네슘 계열로 모든 측색기기의 표준 백색 면으로 이용되고 있다.
상기 돔형 실리카 입자는 구형 실리카 입자보다 소프트 포커스 효과가 향상된 것일 수 있으며, 구체적으로 상기 돔형 실리카 입자는 구형 실리카 입자보다 소프트 포커스 효과가 10% 이상, 30% 이상, 50% 이상, 70% 이상, 90% 이상, 100% 이상, 150% 이상, 180% 이상, 10% 내지 300%, 10% 내지 250%, 10% 내지 200%, 30% 내지 300%, 30% 내지 250%, 30% 내지 200%, 50% 내지 300%, 50% 내지 250%, 50% 내지 200%, 70% 내지 300%, 70% 내지 250%, 70% 내지 200%, 90% 내지 300%, 90% 내지 250%, 90% 내지 200%, 100% 내지 300%, 100% 내지 250%, 100% 내지 200%, 150% 내지 300%, 150% 내지 250%, 150% 내지 200%, 180% 내지 300%, 180% 내지 250% 또는 180% 내지 200% 증진된 것일 수 있다.
따라서, 상기 돔형 실리카 입자는 소프트 포커스 증진제, 소프트 포커스제, 및/또는 소프트 포커스 효과 첨가제 등으로 사용될 수 있다.
또 다른 양상은 상기 돔형 실리카 입자를 제조하는 방법으로 제조한 돔형 실리카(dome-shaped) 입자를 포함하는, 화장료 조성물을 제공하는 것이다. 상기에서 설명한 내용과 동일한 부분은 상기 조성물에도 공히 적용된다.
상기 돔형 실리카 입자 또는 이를 포함하는 화장료 조성물은 발림성 향상, 점도 조절, 밀착력 향상, 및 광산란(소프트 포커스) 효과 향상으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 용도를 갖는 것일 수 있다. 따라서, 상기 조성물은 발림성 향상제, 점도 조절제, 밀착력 향상제, 소프트포커스 제제 및/또는 광산란 증진제일 수 있다.
상기 화장료 조성물은 구형 실리카 입자를 포함하는 조성물 또는 돔형 실리카 입자를 포함하지 않는 조성물보다 발림성이 향상되거나, 점도를 효과적으로 조절하거나, 피부 밀착력을 향상시키거나 및/또는 광산란 효과를 향상시키는 것일 수 있다.
상기 화장료 조성물은 분광 변각 광도계로 측정하였을 때 SFF 값이 0.2 내지 0.5를 나타내는 것일 수 있으며, 구체적으로 0.2 내지 0.5, 0.2 내지 0.45, 0.2 내지 0.4, 0.2 내지 0.35, 0.25 내지 0.5, 0.25 내지 0.45, 0.25 내지 0.4, 0.25 내지 0.35, 0.3 내지 0.5, 0.3 내지 0.45, 0.3 내지 0.4 또는 0.3 내지 0.35의 SFF값을 갖는 것일 수 있다.
상기 화장료 조성물은 구형 실리카 입자를 포함하는 조성물 또는 돔형 실리카 입자를 포함하지 않는 조성물보다 소프트 포커스 효과가 증진된 것일 수 있으며, 구체적으로, 상기 돔형 실리카 입자를 포함하는 화장료 조성물은 구형 실리카 입자를 포함하는 조성물 또는 돔형 실리카 입자를 포함하지 않는 조성물보다 소프트 포커스 효과가 10% 이상, 30% 이상, 50% 이상, 70% 이상, 90% 이상, 100% 이상, 150% 이상, 180% 이상, 10% 내지 300%, 10% 내지 250%, 10% 내지 200%, 30% 내지 300%, 30% 내지 250%, 30% 내지 200%, 50% 내지 300%, 50% 내지 250%, 50% 내지 200%, 70% 내지 300%, 70% 내지 250%, 70% 내지 200%, 90% 내지 300%, 90% 내지 250%, 90% 내지 200%, 100% 내지 300%, 100% 내지 250%, 100% 내지 200%, 150% 내지 300%, 150% 내지 250%, 150% 내지 200%, 180% 내지 300%, 180% 내지 250% 또는 180% 내지 200% 증진된 것일 수 있다.
상기 화장료 조성물의 제형은 특별히 제한되는 바가 없으며, 예를 들어, 스킨류, 로션류, 에센스류, 크림류, 팩류, 파운데이션류, 패치류, 헤어토닉류, 마이크로 니들 패치류 및 메이크업베이스류 중 선택된 어느 하나의 제형을 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 화장료 조성물은 화장료의 제형 또는 사용 목적에 맞게 임의로 선정한 물질을 첨가할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 정제수, 유분, 계면활성제, 보습제, 고급 알코올, 증저점제, 킬레이트제, 색소, 지방산, 산화방지제, 방부제, 왁스, pH 조절제, 향료 등이 첨가될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 화장료 조성물의 제형이 페이스트, 크림 또는 젤인 경우, 담체 성분으로서 동물성유, 식물성유, 왁스, 파라핀, 전분, 트라칸트, 셀룰로오스 유도체, 폴리에틸렌 글리콜, 실리콘, 벤토나이트, 실리카, 탈크 또는 산화아연 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 화장료 조성물의 제형이 파우더 또는 스프레이인 경우, 담체 성분으로서 락토스, 탈크, 실리카, 알루미늄 히드록시드, 칼슘 실리케이트 또는 폴리아미드 파우더를 포함할 수 있고, 특히, 스프레이인 경우, 추가적으로 클로로플루오로히드로카본, 프로판/부탄 또는 디메틸 에테르와 같은 추진체를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 화장료 조성물의 제형이 용액 또는 유탁액인 경우, 담체 성분으로서 용매, 용해화제 또는 유탁화제를 포함할 수 있고, 예를 들어, 물, 에탄올, 이소프로판올, 에틸 카보네이트, 에틸 아세테이트, 벤질 알코올, 벤질 벤조에이트, 프로필렌글리콜, 1,3-부틸글리콜 오일, 글리세롤 지방족 에스테르, 폴리에틸렌 글리콜 또는 소르비탄의 지방산 에스테르를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 화장료 조성물의 제형이 현탁액인 경우, 담체 성분으로서 물, 에탄올 또는 프로필렌 글리콜과 같은 액상의 희석제, 에톡실화 이소스테아릴 알코올, 폴리옥시에틸렌 소르비톨 에스테르 및 폴리옥시에틸렌 소르비탄 에스테르와 같은 현탁제, 미소 결정성 셀룰로오스, 알루미늄 메타히드록시드, 벤토나이트, 아가 또는 트라칸트 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 화장료 조성물의 제형이 계면-활성제 함유 클렌징인 경우, 담체 성분으로서 지방족 알코올 설페이트, 지방족 알코올 에테르 설페이트, 설포숙신산 모노에스테르, 이세티오네이트, 이미다졸리늄 유도체, 메틸타우레이트, 사르코시네이트, 지방산 아미드 에테르 설페이트, 알킬아미도베타인, 지방족 알코올, 지방산 글리세리드, 지방산 디에탄올아미드, 식물성 유, 라놀린 유도체 또는 에톡실화 글리세롤 지방산 에스테르 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 화장료 조성물 제형의 일 예로서, 유연화장수, 수렴화장수, 영양화장수, 로션, 젤, 크림, 에센스, 아이에센스, 아이크림, 영양크림, 마사지크림, 클레이형 팩, 마스크팩을 포함하는 스킨케어 제품, 립스틱, 립틴트, 립글로스, 립 펜슬, 아이섀도우, 파운데이션, 파우더, 컨실러, 아이라이너, 아이섀도우, 마스카라를 포함하는 메이크업제품, 아이리무버, 메이크업리무버, 클렌징폼, 클렌징 크림, 클렌징 오일, 클렌징 워터, 손 소독제, 핸드워시, 핸드 스크럽, 바디 워시, 바디 스크럽, 쉐이빙 로션, 비누, 물티슈를 포함하는 세정제품, 바디로션, 바디오일, 바디 미스트, 바디에센스, 핸드크림, 풋크림, 왁스형 제모제을 포함하는 바디케어제품, 베이비 로션, 베이비 크림, 기저귀 발진 크림을 포함하는 유아화장품, 선크림, 선 스틱, 선 스프레이, 인공 태닝 제품을 포함하는 선케어제품, 샴푸, 린스, 헤어 컨디셔너 크림, 헤어스타일링 젤, 폼, 헤어 무스, 헤어 스프레이, 스타일링 로션, 스타일링 크림, 헤어에센스, 모발 염료, 모발 탈색 크림, 컬 활성제 겔을 포함하는 헤어제품, 매니큐어, 네일폴리쉬, 큐티클 리무버, 큐티클 크림를 포함하는 네일케어제품, 치약, 구강청결제, 구강 린스, 구강 필름, 검을 포함하는 퍼스널케어제품, 향수, 식물추출물, 소취제 및 지한제 제형으로 제조될 수도 있다.
본 발명의 분무건조 공정을 이용한 돔형 실리카 입자 제조방법은 합성 과정 없이 수 분 내에 이루어지는 분무건조법을 통해 돔형 실리카 입자를 제조함으로써, 장시간의 합성 시간이 필요 없으므로 제조 공정이 간소화될 수 있다. 또한, 분무건조의 재료 및 공정변수 조절을 통해 입자의 크기, 크기분포를 조절할 수 있고, 세척 및 건조 공정을 생략할 수 있으며, 템플레이트 및 소성 과정 없이 돔형 실리카 입자를 효과적으로 제조할 수 있음을 확인하였다.
도 1은 분무 건조 공정을 이용하여 돔형 실리카 입자를 제조하는 과정을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 2는 분무 건조 공정을 이용하여 돔형 실리카 입자를 제조하는 과정의 조건을 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 실시예 1의 조건으로 제조한 돔형 실리카의 SEM 이미지를 나타낸 도면이다.
도 4는 실시예 2 내지 4 및 비교예 1 내지 2의 조건으로 제조한 돔형 실리카 입자의 SEM 이미지를 나타낸 도면이다.
도 5는 실시예 1, 3, 5 및 비교예 3 내지 4의 조건으로 제조한 돔형 실리카 입자의 SEM 이미지를 나타낸 도면이다.
도 6은 실시예 1 및 3의 조건으로 제조한 돔형 실리카 입자의 POM 이미지를 나타낸 도면이다.
도 7은 실시예 3, 6 및 비교예 5 내지 6의 조건으로 제조한 돔형 실리카 입자의 SEM 이미지를 나타낸 도면이다.
도 8은 실시예 3, 7, 8 및 비교예 7 내지 8의 조건으로 제조한 돔형 실리카 입자의 SEM 이미지를 나타낸 도면이다.
도 9는 실시예 3, 9 및 비교예 9의 조건으로 제조한 돔형 실리카 입자의 SEM 이미지를 나타낸 도면이다.
도 10은 구형 실리카 입자와 돔형 실리카 입자의 소프트 포커스 효과를 비교분석한 결과를 나타낸 도면이다.
이하 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실험예 1: 돔형 실리카 제조 방법
돔형 실리카(dome-shaped silica)를 제조하기 위해, 하기와 같은 실험을 수행하였다.
먼저, 1 wt%의 콜로이달(colloidal) 실리카 용액 300 g를 제조하기 위해, 40 wt%의 실리카 졸(silica sol) 7.5 g (particle size 10-20nm)와 DI water 292.5 g를 혼합하여 상온에서 충분히 교반하였다.
다음으로, 분무건조기의 내부 온도(inlet temperature)는 135 ℃로 유지하고, 공기 유량(air-blower flow rate)은 600 L/h의 속도로 공급하였으며, 상기에서 제조한 1 wt% silica sol 용액은 3.3 ml/min의 시료 공급 속도(feed flow rate)로 분무건조기에 공급하였다. 상기 공급된 실리카 졸은 분무건조기 내부에서 수 분 내에 응집 및 건조되었다 (도 1 및 도 2). 상기 돔형 실리카 제조 공정의 구체적인 조건은 하기 표에 기재하였다.
Inlet Temp.
(℃)		 실리카 졸 용액 농도 (wt%) 시료 공급 속도
(ml/min) 		공기 유량
(L/h)		 입자 지름
(nm)
실시예 1 135 1 3.3 600 10-20
상기 과정을 따라 실리카 입자의 형태를 확인하기 위해서 SEM (scanning electron microscopy)을 측정하였다. SEM 측정 결과, 돔 형태를 갖는 입자들이 형성되었음을 확인하였다 (도 3).
구체적으로, 상기 형성된 입자들은 약 1.5-2 ㎛의 크기를 가지며, 작은 구멍(hole)를 갖는 구형 입자부터 완전한 돔(dome)의 형태를 띠는 입자까지 존재하는 것을 확인하였다. 또한, 완전한 돔의 형태를 갖는 실리카 입자의 두께는 약 0.5 ㎛로 균일하며, 공극의 지름보다 크기 때문에 안정적인 구조를 형성한 것을 확인하였다.
실험예 2: 실리카 졸 용액 농도에 따른 돔형 실리카 제조 공정 평가
상기 실험예 1에 기재된 돔형 실리카 제조 방법에서, 실리카 졸 용액 농도에 따른 돔형 실리카 제조 효율을 평가하고자 하기와 같은 실험을 수행하였다.
구체적으로, 상기 실험예 1에 기재된 방법과 같이 콜로이달(colloidal) 실리카 용액 300 g를 제조하였으며, 상기 실리카 농도가 다양한 용액을 제조하기 위해, 첨가되는 40 wt%의 실리카 졸(silica sol)의 양을 조절하였다. 또한, 공기 유량(air-blower flow rate)을 300 L/h의 속도로 공급한 것을 제외하고는 상기 실험예 1과 동일한 조건으로 돔형 실리카를 제조하였다. 상기 돔형 실리카 제조 공정의 구체적인 조건은 하기 표에 기재하였다.
Inlet Temp.
(℃)		 실리카 용액 농도
(wt%)		 시료 공급 속도
(ml/min)		 공기 유량
(L/h)		 입자 지름
(nm)
실시예 2 135 0.1 3.3 300 10-20
실시예 3 135 1 3.3 300 10-20
실시예 4 135 5 3.3 300 10-20
비교예 1 135 0.05 3.3 300 10-20
비교예 2 135 7 3.3 300 10-20
상기 과정을 따라 실리카 입자의 형태를 확인하기 위해서 SEM (scanning electron microscopy)을 측정하였다. SEM 측정 결과, 실리카 용액 농도에 따라 돔 형태를 갖는 입자들을 효과적으로 형성할 수 있음을 확인하였다 (도 4).
구체적으로, 실시예 2의 경우, 실시예 3 내지 4에 비해 낮은 농도인 0.1 wt%의 실리카 졸 용액을 분무 건조했으며, 입자들은 약 0.5-1.5 ㎛의 비교적 작은 크기를 갖는 것을 확인하였다. 또한, 실시예 4의 경우, 실시예 2 내지 3에 비해 높은 농도인 5 wt%의 실리카 졸을 분무 건조했으며, 입자들은 약 2-4 ㎛의 비교적 큰 크기를 갖는 것을 확인하였다. 상기 결과, 실리카 졸 용액의 농도가 증가할수록 입자의 크기가 커지는 경향을 나타내는 것을 알 수 있다.
다음으로, 비교예 1의 경우, 실시예 2, 3 내지 4 및 비교예 2에 비해 낮은 농도인 0.05wt%의 실리카 졸을 분무 건조했으며, 돔 형태의 실리카 입자가 형성되지 않은 것을 확인할 수 있었으며, 대부분의 입자가 1 ㎛ 미만의 크기로 형성되었다. 또한, 비교예 2의 경우, 실시예 2, 3 내지 4 및 비교예 1에 비해 높은 농도인 7wt%의 실리카 졸을 분무 건조했으며, 돔형 실리카가 제조되지만 4 ㎛ 이상의 구형에 가까운 입자가 일부 형성되어 돔형 실리카 제조 효율이 현저히 저하되는 것을 확인하였다.
상기 결과를 종합해보면, 각각의 실리카 졸 농도에 따른 SEM 분석 결과, 분무 건조 전의 콜로이달 실리카 용액이 0.05 wt% 초과 내지 7 wt% 미만의 실리카 졸을 포함할 때 돔형 실리카를 효과적으로 제조할 수 있으며, 구체적으로 0.1 wt% 이상 5 wt% 이하일 때 돔형 실리카가 형성되는 최적의 조건이라고 판단된다.
실험예 3: 공기 유량에 따른 돔형 실리카 제조 공정 평가
상기 실험예 1에 기재된 돔형 실리카 제조 방법에서, 공기 유량에 따른 돔형 실리카 제조 효율을 평가하고자 하기와 같은 실험을 수행하였다.
구체적으로, 상기 실험예 1에 기재된 방법과 같이 1 wt%의 콜로이달(colloidal) 실리카 용액 300 g를 제조하였으며, 공기 유량(air-blower flow rate)을 다양한 속도로 공급한 것을 제외하고는 상기 실험예 1과 동일한 조건으로 돔형 실리카를 제조하였다. 상기 돔형 실리카 제조 공정의 구체적인 조건은 하기 표에 기재하였다.
Inlet Temp.
(℃)		 실리카 용액 농도
(wt%)		 시료 공급 속도
(ml/min)		 공기 유량
(L/h)		 입자 지름
(nm)
실시예 1 135 1 3.3 600 10-20
실시예 3 135 1 3.3 300 10-20
실시예 5 135 1 3.3 400 10-20
비교예 3 135 1 3.3 200 10-20
비교예 4 135 1 3.3 700 10-20
상기 과정을 따라 실리카 입자의 형태를 확인하기 위해서 SEM (scanning electron microscopy)을 측정하였다. SEM 측정 결과, 공기 유량에 따라 돔 형태를 갖는 입자들을 효과적으로 형성할 수 있음을 확인하였다 (도 5).
구체적으로, 실시예 3의 경우, 실시예 1 및 5에 비해 낮은 유속인 300 L/h로 공기를 공급했으며, 작은 구멍(hole)을 갖는 구형 입자와 완전한 돔(dome)의 형태를 띠는 입자가 비슷한 비율로 제조됐다. 실시예 1의 경우, 실시예 3 및 5에 비해 높은 유속인 600 L/h로 공기를 공급했으며, 높은 비율로 완전한 돔의 형태를 띠는 입자가 제조되는 것을 확인하였다. 상기 결과, 분무 건조 시 공급되는 공기 유속이 증가할수록 제조되는 돔형 실리카의 비율이 증가하는 것을 확인할 수 있다.
다음으로, 비교예 3의 경우, 실시예 1, 3, 5 및 비교예 4에 비해 낮은 유속인 200 L/h로 공기를 공급했으며, 돔형 실리카는 형성되지 않고 구형 입자 및 구형에 가까운 입자가 주로 형성되었다. 또한, 비교예 4의 경우, 실시예 1, 3, 5 및 비교예 3에 비해 높은 유속인 700 L/h로 공기를 공급했으며, 돔형 실리카가 형성되지 않고 구형 입자 및 부서진 입자가 확인되었다.
다음으로, 상기 방법으로 제조된 돔형 실리카의 크기 분포를 확인하기 위해서 POM (polarized optical microscopy)을 측정하였다(도 6). POM 측정 결과, 비교예 3의 경우, 실시예 1에 비해 낮은 유속인 200 L/h로 공기를 공급했으며, 돔형 실리카 입자들이 불균일한 입자크기 분포를 나타냈다. 실시예 1의 경우, 비교예 3에 비해 높은 유속인 600 L/h로 공기를 공급했으며, 돔형 실리카 입자들이 균일한 크기로 제조되었음을 확인하였다. 따라서, 분무 건조 시 공급되는 공기 유속이 증가할수록 돔형 실리카 입자의 크기가 균일하게 생성되는 것을 확인할 수 있다.
상기 결과를 종합해보면, 공급되는 공기 유속이 증가할수록 돔형 실리카 입자의 크기가 균일하게 생성되며, 공기 공급 속도가 200 L/h 초과 내지 700 L/h 미만일 때 돔형 실리카를 효과적으로 제조할 수 있으며, 구체적으로 300 L/h 이상 600 L/h 이하일 때 돔형 실리카가 형성되는 최적의 조건이라고 판단된다.
실험예 4: 실리카 졸 용액 공급 속도 조절에 따른 돔형 실리카 제조 공정 평가
상기 실험예 1에 기재된 돔형 실리카 제조 방법에서, 실리카 졸 용액의 공급 속도 조절에 따른 돔형 실리카 제조 효율을 평가하고자 하기와 같은 실험을 수행하였다.
구체적으로, 상기 실험예 1에 기재된 방법과 같이 1 wt%의 콜로이달(colloidal) 실리카 용액 300 g를 제조하였으며, 시료를 다양한 속도로 공급하였다. 또한 공기 유량(air-blower flow rate)을 300L/h의 속도로 공급한 것을 제외하고는 상기 실험예 1과 동일한 조건으로 돔형 실리카를 제조하였다. 상기 돔형 실리카 제조 공정의 구체적인 조건은 하기 표에 기재하였다.
Inlet Temp.
(℃)		 실리카 용액 농도
(wt%)		 시료 공급 속도
(ml/min)		 공기 유량
(L/h)		 입자 지름
(nm)
실시예 3 135 1 3.3 300 10-20
실시예 6 135 1 6.6 300 10-20
비교예 5 135 1 0.1 300 10-20
비교예 6 135 1 10 300 10-20
상기 과정을 따라 실리카 입자의 형태를 확인하기 위해서 SEM (scanning electron microscopy)을 측정하였다. SEM 측정 결과, 시료 공급 속도에 따라 돔 형태를 갖는 입자들을 효과적으로 형성할 수 있음을 확인하였다 (도 7).
구체적으로, 실시예 3의 경우, 실시예 6에 비해 낮은 시료 공급 속도인 3.3 ml/min의 속도로 실리카 졸 용액을 분무 건조했으며, 작은 구멍(hole)을 갖는 구형 입자와 완전한 돔(dome)의 형태를 띠는 입자가 비슷한 비율로 제조됐다. 또한, 실시예 6의 경우, 실시예 3에 비해 높은 시료 공급 속도인 6.6 ml/min의 속도로 실리카 졸 용액을 분무 건조했으며, 돔형 실리카와 구형에 가까운 입자가 형성되었다. 상기 결과, 분무 건조 시 공급되는 시료 공급 속도가 증가할수록 제조되는 돔형 실리카의 비율이 감소하는 것을 확인할 수 있다.
다음으로, 비교예 5의 경우, 실시예 3, 6 및 비교예 6에 비해 낮은 시료 공급 속도인 0.1 ml/min의 속도로 실리카 졸 용액을 분무 건조했으며, 돔형 실리카가 제조되지만 1 ㎛ 미만의 크기의 구형 입자 및 불균일한 형태의 입자가 높은 비율로 형성되었다. 비교예 6의 경우, 실시예 3, 6 및 비교예 5에 비해 높은 시료 공급 속도인 10 ml/min의 속도로 실리카 졸 용액을 분무 건조했으며, 돔형 실리카 입자는 형성되지 않고, 0.5-2.0 ㎛의 구형 입자가 형성되었다.
상기 결과를 종합해보면, 각각의 실리카 졸 용액 공급 속도에 따른 SEM 분석 결과, 시료 공급 속도가 0.1 ml/min 초과 내지 10 ml/min 미만일 때 돔형 실리카를 효과적으로 제조할 수 있으며, 구체적으로 3.3 ml/min 내지 6.6 ml/min일 때 돔형 실리카가 형성되는 최적의 조건이라고 판단된다.
실험예 5: 분무 건조기의 초기 내부 온도 조절에 따른 돔형 실리카 제조 공정 평가
상기 실험예 1에 기재된 돔형 실리카 제조 방법에서, 분무 건조기의 초기 내부 온도 조절에 따른 돔형 실리카 제조 효율을 평가하고자 하기와 같은 실험을 수행하였다.
구체적으로, 상기 실험예 1에 기재된 방법과 같이 1 wt%의 콜로이달(colloidal) 실리카 용액 300 g를 제조하였으며, 분무 건조기의 초기 내부 온도를 다양하게 조절하였다. 또한, 공기 유량(air-blower flow rate)을 300L/h의 속도로 공급한 것을 제외하고는 상기 실험예 1과 동일한 조건으로 돔형 실리카를 제조하였다. 상기 돔형 실리카 제조 공정의 구체적인 조건은 하기 표에 기재하였다.
Inlet Temp.
(℃)		 실리카 용액 농도
(wt%)		 시료 공급 속도
(ml/min)		 공기 유량
(L/h)		 입자 지름
(nm)
실시예 7 100 1 3.3 300 10-20
실시예 3 135 1 3.3 300 10-20
실시예 8 160 1 3.3 300 10-20
비교예 7 80 1 3.3 300 10-20
비교예 8 200 1 3.3 300 10-20
상기 과정을 따라 실리카 입자의 형태를 확인하기 위해서 SEM (scanning electron microscopy)을 측정하였다. SEM 측정 결과, 분무 건조기의 초기 내부 온도 조절에 따라 돔 형태를 갖는 입자들을 효과적으로 형성할 수 있음을 확인하였다 (도 8).
구체적으로, 실시예 7의 경우, 실시예 3 및 8에 비해 낮은 온도인 100 ℃에서 실리카 졸 용액을 분무 건조했으며, 구형 실리카와 돔형 실리카가 비슷한 비율로 제조됐다. 또한, 실시예 8의 경우, 실시예 3 및 7에 비해 높은 온도인 160 ℃에서 실리카 졸 용액을 분무 건조했으며, 작은 구멍(hole)을 갖는 구형 입자와 완전한 돔(dome)의 형태를 띠는 입자가 형성되었다. 상기 결과, 분무 건조기의 초기 내부 온도가 증가할수록 제조되는 돔형 실리카의 비율이 증가하는 것을 확인할 수 있다.
다음으로, 비교예 7의 경우, 실시예 3, 7 내지 8 및 비교예 8에 비해 낮은 온도인 80 ℃에서 실리카 졸 용액을 분무 건조했으며, 돔 형태의 실리카 입자가 형성되지 않았으며, 1 ㎛ 미만의 크기인 입자가 형성되고 느린 건조 속도로 인한 불균일한 표면을 확인할 수 있다. 또한, 비교예 8의 경우, 실시예 3, 7 내지 8 및 비교예 7에 비해 높은 온도인 200 ℃에서 실리카 졸 용액을 분무 건조했으며, 돔형 실리카가 제조되지만 입자가 과도하게 수축되어 구멍(hole)이 닫힌 형태의 입자가 일부 형성되어 돔형 실리카 제조 효율이 저하되는 것을 확인하였다.
상기 결과를 종합해보면, 각각의 분무 건조기의 초기 내부 온도에 따른 SEM 분석 결과, 분무 건조기의 초기 내부 온도가 80 ℃ 초과 내지 200 ℃ 미만일 때 돔형 실리카를 효과적으로 제조할 수 있으며, 구체적으로100 ℃ 내지 160 ℃ 일 때 돔형 실리카가 형성되는 최적의 조건이라고 판단된다.
실험예 6: 실리카 입자 크기 조절에 따른 돔형 실리카 제조 공정 평가
상기 실험예 1에 기재된 돔형 실리카 제조 방법에서, 실리카 입자 크기 조절에 따른 돔형 실리카 제조 효율을 평가하고자 하기와 같은 실험을 수행하였다.
구체적으로, 상기 실험예 1에 기재된 방법과 같이 1 wt%의 콜로이달(colloidal) 실리카 용액 300 g를 제조하였으며, 실리카 입자 크기를 다양하게 조절하였다. 또한, 공기 유량(air-blower flow rate)을 300L/h의 속도로 공급한 것을 제외하고는 상기 실험예 1과 동일한 조건으로 돔형 실리카를 제조하였다. 상기 돔형 실리카 제조 공정의 구체적인 조건은 하기 표에 기재하였다.
Inlet Temp.
(℃)		 실리카 용액 농도(wt%) 시료 공급 속도
(ml/min)		 공기 유량
(L/h)		 입자 지름
(nm)
실시예 3 135 1 3.3 300 10-20
실시예 9 135 1 3.3 300 40-50
비교예 9 135 1 3.3 300 80-90
상기 과정을 따라 실리카 입자의 형태를 확인하기 위해서 SEM (scanning electron microscopy)을 측정하였다. SEM 측정 결과, 실리카 입자 크기 조절에 따라 돔 형태를 갖는 입자들을 효과적으로 형성할 수 있음을 확인하였다 (도 9).
구체적으로, 실시예 3의 경우, 실시예 9에 비해 작은 입자 지름인 10-20 nm의 실리카 졸 용액을 분무 건조했으며, 작은 구멍(hole)을 갖는 구형 입자와 완전한 돔(dome)의 형태를 띠는 입자가 비슷한 비율로 제조됐다. 또한, 실시예 9의 경우, 실시예 3에 비해 큰 입자 지름인 40-50 nm의 실리카 졸 용액을 분무 건조했으며, 거친 표면의 작은 구멍을 갖는 구형 돔형 실리카가 제조되었다. 상기 결과, 실리카 용액의 입자 크기가 증가할수록 제조되는 돔형 실리카의 비율이 감소하는 것을 확인할 수 있다.
다음으로, 비교예 9의 경우, 실시예 3 내지 9에 비해 큰 입자 지름인 80-90 nm의 실리카 졸 용액을 분무 건조했으며, 매우 거친 표면을 갖는 작은 구멍을 갖는 구형입자가 형성되며, 돔형 실리카는 형성되지 않은 것을 확인할 수 있다.
상기 결과를 종합해보면, 각각의 실리카 입자 크기에 따른 SEM 분석 결과, 효과적인 돔형 실리카 제조를 위해서 실리카 입자 지름은 10 nm 이상 50 nm 이하일 때 돔형 실리카가 형성되는 최적의 조건이라고 판단된다.
실험예 7: 돔형 실리카 입자의 소프트 포커스 효과 평가
상기 실험예 1에 기재된 돔형 실리카 제조 방법으로 제조된 돔형 실리카 입자의 소프트 포커스 효과(Soft Focus Effect, SFF)를 평가하기 위해, 하기와 같은 실험을 수행하였다.
샘플 고정용 Nitrocellulose와 각각 구형 실리카 입자 또는 돔형 실리카 입자를 혼합한 후, 검은색 은폐율지 위에 150 μm 두께로 균일하게 도포하였다. 이후 30분간 건조하여 도포막을 형성하였다. 분광 변각 광도계 (Goniophotometer) 장비 내부의 광원을 통해 빛을 45도 각도로 입사시킨 후 감지기에 의해 0도~180도 범위의 반사 빛을 측정하였다. 135도의 각도에서 반사된 빛의 강도(Ls)와 65도에서 이산된 반사 빛의 강도(Ld)의 비율을 통해 하기와 같이 소프트포커스 효과를 정의할 수 있다.
소프트 포커스 효과 (SFF) = Ld/Ls
소프트 포커스의 효과가 증가할수록 (최대 1.0) 피부 결점이나 주름, 모공을 부드럽게 처리하여 매끄럽고 섬세한 피부 표면을 연출할 수 있다.
그 결과, 구형 실리카 입자를 포함하는 조성물과 비교하여, 돔형 실리카 입자의 경우 소프트 포커스 효과가 약 188% 정도 증가한 것을 확인하였다 (도 10).
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (12)

1) 0.05 wt% 초과 내지 7 wt% 미만의 실리카 졸을 포함하는 실리카 용액을 제조하는 단계; 및
2) 상기 실리카 용액을 분무 건조시키는 단계
를 포함하는, 돔형(dome-shaped) 실리카 입자를 제조하는 방법으로서,
상기 분무 건조시키는 단계에서 상기 실리카 용액의 공급 속도는 0.1 ml/min 초과 내지 10 ml/min 미만이고; 가스 주입 속도는 200 L/h 초과 내지 700 L/h 미만이며; 및 분무건조기 내부 온도는 80 ℃ 초과 내지 200 ℃ 미만인 것인, 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 실리카 용액은 0.1 내지 5 wt%의 실리카 졸을 포함하는 것인, 방법.
삭제
삭제
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 실리카 졸의 실리카 입자 지름은 10 nm 내지 50 nm인 것인, 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 돔형 실리카 입자의 평균 크기는 0.1 내지 10 ㎛인 것인, 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 돔형 실리카 입자의 두께는 0.1 내지 2 ㎛인 것인, 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 방법은 상기 실리카 용액의 실리카 졸 농도를 조절하여 제조되는 실리카 입자의 크기를 조절할 수 있는 것인, 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 방법은 분무 건조시 1) 가스 주입 속도, 2) 시료 공급 속도, 3) 내부 온도 및 4) 주입되는 입자의 크기로 구성된 군에서 선택된 하나 이상을 조절하여 제조되는 실리카 입자의 형태 및 크기를 조절할 수 있는 것인, 방법.
청구항 1, 2 및 6 내지 10 중 어느 한 항의 방법으로 제조된, 돔형(dome-shaped) 실리카 입자로서,
상기 입자의 평균 직경이 0.5 내지 4 ㎛인 것인, 돔형 실리카 입자.
청구항 1, 2 및 6 내지 10 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 돔형(dome-shaped) 실리카 입자를 포함하는, 화장료 조성물로서,
상기 입자의 평균 직경이 0.5 내지 4 ㎛인 것인, 화장료 조성물.
KR1020230052982A 2023-02-06 2023-04-21 분무건조 공정을 이용한 돔형 실리카 입자 제조방법 KR102667369B1 (ko)

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