KR20090087030A - 마이크로파이버 셀룰로스를 포함하는 계면활성제 증점 시스템 및 그의 제조방법 - Google Patents

마이크로파이버 셀룰로스를 포함하는 계면활성제 증점 시스템 및 그의 제조방법 Download PDF

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존 엠. 스웨이지
네일 에이. 모리슨
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씨피 켈코 유에스, 인코포레이티드
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Abstract

미립자가 내부에 현탁되도록 마이크로파이버 셀룰로스를 이용하는 계면활성제 시스템이 기재되어 있다. 이들 시스템을 제조하는 방법도 기재되어 있다.
마이크로파이버 셀룰로스, 계면활성제, 미립자, 계면활성제 시스템

Description

마이크로파이버 셀룰로스를 포함하는 계면활성제 증점 시스템 및 그의 제조방법{SURFACTANT THICKENED SYSTEMS COMPRISING MICROFIBROUS CELLUOSE AND METHODS OF MAKING SAME}
본 발명은 마이크로파이버 셀룰로스를 포함하는 계면활성제 증점 시스템 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
바디 워시, 샴푸, 주방 세제, 세탁 세제, 자동차 세제 등의 계면활성제 기반 제품은, 고농도의 계면활성제를 이용함으로써, 점성 상승 계면활성제를 배합함으로써, 또는, 계면활성제를 소량의 염, 예컨대 나트륨염 등과 배합함으로써, 증점되는 경우가 있다. 이들 제제는 풍부하고 원활하게 보이는 고점성의 제품으로 되지만, 이들은 미립자의 현탁을 허용하도록 충분히 낮은 전단 점성(shear viscosity)을 제공하지는 못한다. 이러한 미립자로는 에스테틱제(aesthetic agent)(장식 비즈(beads), 진주광택제, 기포, 방향제 비즈 등) 또는 활성 성분(불용성 효소, 봉입 활성제, 예컨대, 보습제, 제올라이트, 각질 박리제(예컨대, 알파 하이드록실 및/또는 글라이콜산 혹은 폴리에틸렌 비즈), 비타민제(예컨대, 비타민 E) 등), 또는 이들 양쪽 모두를 들 수 있다.
잔탄검, 카복시메틸셀룰로스(CMC), 하이드록시에틸셀룰로스(HEC), 하이드록 시프로필메틸셀룰로스(HPMC) 등의 종래의 증점제 및 현탁 조제, 그리고 많은 종류의 폴리아크릴레이트는 계면활성제-증점 시스템에서 충분히 기능하지 않고, 때로는 흐려짐, 겔화 및/또는 상분리로 인한 투명도의 손실 또는 충분한 현탁 특성의 결여를 초래할 경우도 있다. 예를 들어, 잔탄검은 낮은 계면활성제-점증성을 지니는 소정의 바디 워시 제제에서 우수한 현탁 특성을 부여하지만, 상기 검은 높은 계면활성제 증점성을 지닌 시스템에서는 그의 현탁 능력을 잃어, 통상, 탁함, 불규칙한 외관 및 거칠거나 덩어리진 조직(texture)으로 된다. 종래의 증점제의 다른 예로서의 셀룰로스 제품(CMC, HEC, HPMC 등)은 신뢰할 수 없는 현탁성을 제공하고 또한 계면활성제 상용성에 대해서 상당한 제한을 지닌다. 아크릴레이트 시스템은 잘 알려져 있지만, 이들 시스템은 항상 충분한 선명도 레벨을 얻을 수는 없고, 높은 농도의 중합체를 필요로 하며, 자연스러운 것으로 여겨지지 않는다. 염은 종종 계면활성제-증점 시스템에서 높은 전단 점성을 증가시키는 능력을 지닐 경우도 있지만 장기간 현탁 능력을 부여하지 못한다.
현재 소비자 제품 산업에 있어서는, 많은 대체 증점제가 기능하지 않는 고(high) 계면활성제 시스템을 위한 현탁 조제로서 뿐만 아니라, 미립자가 내부에 현탁되어 있는 투명한 계면활성제-증점 시스템을 제공하는 것이 요망되고 있다.
박테리아에 의해 유래되는(이하, 간단히 "박테리아-유래"라 표기함) 등의 마이크로파이버 셀룰로스(MFC)가 높은 계면활성제 농도를 지닌 제제 중에서뿐만 아니라 계면활성제-증점 시스템 중에서 미립자의 현탁을 제공하는 데 이용될 수 있는 것이 발견되어 있다. 또, MFC는 보조제(co-agent) 첨가 혹은 무첨가 상태로 이 목 적을 위해 이용될 수 있는 것이 발견되어 있다. 박테리아-유래 마이크로파이버 셀룰로스가 이용될 경우, 세포 지스러기(cellular debris)가 제거되어 전형적인 사용 레벨에서 투명한 용액으로 될 수 있다.
마이크로파이버 셀룰로스는 계면활성제 마이셀(micelle) 전개에 의해 영향받지 않는 것으로 보여, 이들 시스템에서 양호한 현탁성을 유지한다. 마이크로파이버 셀룰로스는 가용화되기보다는 오히려 분산되어 있기 때문에 이들 시스템 내에서 커다란 부분에 있어서 작용하기 위한 그의 능력이 고유하고, 따라서, 그렇치 않다면 대체용의 가용화된 중합체를 이용해서 종종 보여지는 탁해짐 및/또는 침강을 나타낼 수도 있는 제제에서 바람직한 현탁 특성을 얻을 수 있다.
마이크로파이버 셀룰로스를 포함하는 계면활성제 시스템을 설명한다.
"계면활성제 시스템"은 이들로 제한되지는 않지만 계면활성제-증점 및 고 계면활성제 시스템을 포함하는 것으로 의도되어 있다. 마이크로파이버 셀룰로스(MFC)는 곡류, 목재 혹은 면계 셀룰로스 섬유를 기계적으로 분산/개조함으로써 제조된 MFC 또는 미생물 발효에 의해 제조된 MFC를 포함한다. 박테리아-유래 마이크로파이버 셀룰로스가 이용될 경우, 세포 지스러기는 제거될 수 있어, 전형적인 사용 레벨에서 투명한 용액으로 될 수 있다. 본 발명은 마이크로파이버 셀룰로스를 이용함으로써 미립자가 내부에 현탁되어 있는 상태에서 높은 전단 속도에서 매우 농후한(고도로 점성인) 시스템을 얻기 위하여 계면활성제를 이용한다.
이들 시스템의 계면활성제 농도는 약 5% 내지 약 50%(w/w 활성 계면활성제)의 범위이고, 이 특정 농도는 생성물 의존성이다. 바디 워시는 전형적으로 약 5% 내지 약 15%(w/w)의 계면활성제를 함유하고, 주방 액체는 전형적으로 약 20% 내지 약 40%(w/w)의 계면활성제(40%는 "울트라"(ultra) 농축된 제품임)를 함유하며, 세탁 세제는 전형적으로 약 15% 내지 약 50%(w/w)의 계면활성제를 함유한다.
MFC는 약 0.05% 내지 약 1.0%의 농도로 존재하지만, 그 농도는 원하는 생성물에 의존할 것이다. 예를 들어, 약 0.06%(w/w)의 MFC는 바디 워시 중에 작은 알긴산염 비즈를 현탁시키는 데 바람직한 반면, 약 0.075%의 MFC는 바디 워시 중에 기포를 현탁시키는 데 바람직하고, 약 0.150%(w/w)의 MFC는 약 40%(w/w)의 계면활성제를 함유하는 시스템에 기포 혹은 비즈를 현탁시키는 데 바람직하다. 또한, MFC의 농도는 따라서 고도로 투명한 시스템이 바람직할 경우 조정될 것이다. 구체적으로는, 약 5% 내지 약 15%(w/w 활성 계면활성제)에서 매우 투명한 바디 워시는 약 0.055 내지 약 0.25%(w/w 활성 계면활성제)의 MFC 레벨에 의해 달성될 수 있다.
현탁될 미립자로는 에스테틱제(장식 비즈, 진주광택제, 기포, 방향제 비즈 등) 또는 활성 성분(불용성 효소, 봉입 활성제, 예컨대, 보습제, 제올라이트, 각질 박리제(예컨대, 알파 하이드록실 및/또는 글라이콜산 혹은 폴리에틸렌 비즈), 비타민제(예컨대, 비타민 E) 등), 또는 이들 양쪽 모두를 들 수 있다. 기타 적합한 미립자는 당업자에게 명백할 것이다.
본 발명은 또한 본 명세서에 기재된 계면활성제 시스템에 있어서 마이크로파이버 셀룰로스와 함께 CMC, 잔탄 및/또는 구아검을 이용하는 것에 관한 것이다. 마이크로파이버 셀룰로스 블렌드는 보조제를 함유하는 마이크로파이버 셀룰로스 제품이다. 2개의 블렌드는 MFC, 잔탄검 및 CMC가 6:3:1의 비율로, MFC, 구아검 및 CMC가 3:1:1의 비율로 기재되어 있다. 이들 블렌드에 의하면, MFC가 물 혹은 기타 수계 용액에 고전단 혹은 고확장성(high extensional) 혼합에 의해 "활성화"될 수 있는 건조 제품으로서 제조될 수 있다. "활성화"는 MFC 블렌드가 물에 첨가되고 보조제/공가공처리제(co-processing agent)가 수화된 경우 일어난다. 보조제/공가공처리제의 수화 후, 고전단은, 일반적으로, 마이크로파이버 셀룰로스 섬유를 효과적으로 분산시켜 진정한 항복점을 나타내는 3차원 작용성 망을 생성하는 데 필요하게 된다. 예기치 않게, 이들 마이크로파이버 셀룰로스 블렌드에 존재하는 보조제 및/또는 공가공처리제인 CMC, 잔탄 및/또는 구아검은, 아마 MFC를 지닌 이들 제제 중에 이들 중합체의 낮은 이용 레벨로 인해, 고계면활성제 시스템 중에서 그들의 일반적인 상용성의 결여에도 불구하고 많은 고 계면활성제 제제 중에서 여전히 가용화된 상태인 것(수중 활성화 후)처럼 보인다.
본 발명은 또한 보조제 및/또는 공가공처리제의 첨가 혹은 무첨가 상태에서 상기 기재된 계면활성제 시스템의 제조방법에 관한 것이다.
이하의 개요는 본 발명의 상세한 설명과 도 1 내지 도 5와 관련하여 읽을 때 더욱 잘 이해될 것이다.
0.125% MFC/잔탄/CMC(6:3:1) 블렌드를 이용하여 계면활성제-증점 특성과 현탁 특성을 모두 나타내는 바디 워시 제제는 실시예 1 및 2에 기재되어 있다. 이 바디 워시는 매우 양호한 선명도와, 기포 및 비즈를 현탁시키는 능력을 발휘한다.
바디 워시에서 발견되는 것보다 높은 계면활성제 레벨을 지니는 수작업(manual) 주방 액제 세제 및 액체 세탁 세제도 기재되어 있다. 알긴산염이 내부에 현탁되어 있는 수작업 주방 액체 세제가 실시예 3에 기재되어 있다.
방향제 비즈가 내부에 현탁되어 있는 액체 세탁 세제는 실시예 4에 기재되어 있다.
마이크로파이버 셀룰로스의 웨트-케이크(wet-cake) 형태는 기포가 내부에 현탁되어 있는 농축된 액체 세탁 비누를 포함하는 고 계면활성제 시스템을 제조하기 위하여 실시예 5에서 사용되었다.
실시예 1
기포를 지닌 액체 바디 워시를 제조하였다. 도 1은 이 시스템의 선명도 및 현탁 품질을 나타낸다. 얻어진 바디 워시는 육안 검사에 의거해서 매우 농후한 계면활성제 리올로지(rheology)를 보였고, 기포를 현탁시키는 능력을 지녔으며, 약 3.4 ㎩의 항복점(브룩필드(등록상표: Brookfield) 항복 유량계(Yield Rheometer)에 의해 측정됨)을 지녔다.
스텝 A: 소형 오스터(등록상표: Oster) 믹싱 자(mixing jar)에 탈이온수, 10% NaCl 용액, 및 카톤(등록상표: Kathon) CG를 가하였다. 마이크로파이버 셀룰로스(MFC/잔탄/CMC 6:3:1 블렌드)를 상기 물의 상부에 첨가하고 나서, 오스터(등록상표) 믹서 블레이드를 조립하고, 이 조합물을 5분간 탑 스피드(top speed)("액화" 속도)에서 혼합하였다.
스텝 B: 상기 내용물을 페인트 믹싱 블레이드(Paint mixing blade)를 구비한 400㎖ 톨형 비이커(tall-form beaker)에 옮겼다. 상기 스텝 A에 기재된 용액에 소듐 라우레스 설페이트(Sodium laureth sulfate)(제엘레이트(등록상표: JEELATE) ES-3)를 가하고, 1000 rpm에서 5분간 혼합하였다. 이어서, 이 혼합물에 소듐 코카미도 프로필 베타인(Sodium cocamido propyl betaine)(제에테릭(등록상표: JEETERIC) CAB-LC)을 가하고, 1000 rpm에서 추가로 5분간 혼합하였다. 그 후, 방향제를 첨가하였다.
스텝 C: 스텝 B에 기재된 용액에 코카마이드(cocamide) DEA(다이에탄올아마이드)를 첨가하였다. 더 많은 DEA가 첨가됨에 따라 증점이 일어났다. 이어서, 시트르산을 50% 용액으로서 가하여, pH를 원하는 레벨(이 경우 pH 5.5)까지 감소시켰다. 내용물을 상기 믹서로부터 제거하였다. 혼합 동안 비말동반된(entrained) 공기는 MFC/잔탄/CMC 6:3:1 블렌드의 존재에 의해 안정되었다.
바디 워시 샤워 겔
공정 스텝 성분 %(w/w) 그램
A 탈이온수 54.775 219.10
마이크로파이버 셀룰로스 블렌드 (MFC/잔탄/CMC 6:3:1 블렌드) 0.125 0.50
A 10% NaCl 용액 5.00 20.00
A 카톤 CG 0.10 0.40
B 제에테릭(등록상표) CAB-LC: 소듐 코카미도프로필 베타인 7.00 28.00
B 제엘레이트(등록상표) ES-3: 소듐 라우레스 설페이트 25.00 100.00
B 방향제 1.00 4.00
C 코카마이드 DEA 7.00 28.00
C 시트르산(50% 용액) 적당량 적당량
합계 100.00 400.00
실시예 2
기포 대신에 비즈의 현탁을 편입시킨 것 이외에는 실시예 1에 기재된 바와 같이 바디 워시를 제조하였다. 스텝 C의 결과로서 알긴산염 비즈를 첨가하였다. 본 실시예의 시각적인 표현은 도 2에서 볼 수 있다.
실시예 3
고 계면활성제 시스템은 수작업 주방 액체 및 세탁 세제를 이용해서 제조하였다. 알긴산염 비즈 혹은 공기를 상기 용액 중에 현탁시켰다. 팜올리브 울트라(등록상표: Palmolive Ultra) 주방 비누를 절반으로 희석하여 "통상의" 농축 주방 비누를 제조하였다. 탈이온수 중에 0.25% 마이크로파이버 셀룰로스 블렌드(MFC/잔탄/CMC 6:3:1 블렌드)를 함유하는 농축액을 먼저 제조하였다. 이 농축액은 5분 동안 "액화 속도"(탑 스피드)에서 오스터(등록상표) 블렌더 상에서 상기 용액을 혼합함으로써 제조되었다. 이어서, 마이크로파이버 셀룰로스 혼합물은 페인트 믹싱 혹은 프로펠러 블레이드를 이용해서 팜올리브 울트라(등록상표) 세제 혹은 다운 울트라(등록상표: Dawn Ultra) 세제로 1:1 희석하였다. 상기 마이크로파이버 셀룰로스 용액에 혼합하면서 상기 주방 비누를 첨가하였다. 팜올리브 울트라(등록상표) 세제 샘플 및 다운 울트라(등록상표) 세제 샘플의 양쪽 모두에 대해서 공기 및/또는 알긴산염 비즈의 우수한 선명도 및 현탁도가 얻어졌다. 상기 페인트 혹은 프로펠러 믹싱 블레이드의 비교적 낮은 전단에도 불구하고 마이크로파이버 셀룰로스는 양호하게 희석되었다. 이들 용액에 대한 항복점은 약 2.5 ㎩이었다. 시각적인 표현은 도 3에서 볼 수 있다.
실시예 4
농축된 액체 세탁 비누를 이용하는 고 계면활성제 시스템을 제조하였다. "올 스몰 앤 마이티(등록상표: All Small and Mighty) 3배 농축" 세제를 이용하였다. 0.25% 마이크로파이버 셀룰로스 블렌드(MFC/잔탄/CMC 6:3:1 블렌드) 농축액은 탑 스피드(액화)로 설정된 오스터(등록상표) 블렌더를 이용해서 증류수 중에서 활성화시켰다. 혼합 시간은 5분이었다. 마이크로파이버 셀룰로스 용액을 올 스몰 앤 마이티(등록상표) 3배 농축 세제로 1:1 희석하였다. 상기 희석에 대해서 매우 양호한 선명도 및 현탁이 얻어졌고, 그 결과 항복점은 0.62 ㎩이었다. 이 세제를 45℃ 오븐에 넣고, 열 안정성을 평가한 바, 4주간의 숙성에 걸쳐 선명도나 현탁성이 손실되는 일없이 우수한 안정성을 보였다. 시각적인 표현은 도 4에서 볼 수 있다.
실시예 5
마이크로파이버 셀룰로스의 웨트-케이크 버전을 이용해서 농축된 액체 세탁 비누를 이용하는 고 계면활성제 시스템을 제조하였다. "올 스몰 앤 마이티(등록상표) 3배 농축" 세제를 이용하였다. 1.56% 웨트-케이크 마이크로파이버 셀룰로스 농축액은 탑 스피드(액화)로 설정된 오스터(등록상표) 블렌더를 이용해서 증류수 중에서 활성화시켰다. 혼합 시간은 5분이었다. MFC의 이 웨트-케이크 형태의 활성도(고형분 %)는 이 농축액에서 약 0.25%였다. 마이크로파이버 셀룰로스 용액은 올 스몰 앤 마이티(등록상표) 3배 농축 세제를 이용해서 1:1 희석하였다. 상기 희석액에 대해서 매우 양호한 현탁이 얻어졌고, 그 결과 13 ㎩의 항복점으로 되었다. 시각적인 표현은 도 5에서 볼 수 있다.

Claims (17)

  1. 약 0.05% 내지 약 1.0%(w/w)의 농도의 마이크로파이버 셀룰로스(micro fibrous cellulose), 약 5% 내지 약 50%(w/w 활성 계면활성제)의 계면활성제, 및 미립자를 포함하는 계면활성제 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마이크로파이버 셀룰로스는 약 0.06%로 존재하는 것인 계면활성제 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 마이크로파이버 셀룰로스는 약 0.075%로 존재하는 것인 계면활성제 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 마이크로파이버 셀룰로스는 약 0.09%로 존재하는 것인 계면활성제 시스템.
  5. 제2항에 있어서, 상기 계면활성제는 약 5% 내지 약 15%(w/w 활성 계면활성제)로 존재하는 것인 계면활성제 시스템.
  6. 제4항에 있어서, 상기 계면활성제는 약 40%(w/w 활성 계면활성제)로 존재하는 것인 계면활성제 시스템.
  7. 제5항에 있어서, 내부에 현탁된 기포를 추가로 포함하는 계면활성제 시스템.
  8. 제5항에 있어서, 내부에 현탁된 비즈(beads)를 추가로 포함하는 계면활성제 시스템.
  9. 제6항에 있어서, 내부에 현탁된 비즈를 추가로 포함하는 계면활성제 시스템.
  10. 제6항에 있어서, 내부에 현탁된 기포를 추가로 포함하는 계면활성제 시스템.
  11. 마이크로파이버 셀룰로스를 물과 배합하고 혼합하는 단계;
    얻어진 혼합물에 계면활성제를 첨가하고 나서 혼합하는 단계; 및
    미립자를 첨가하고 나서 혼합하는 단계를 포함하고,
    얻어진 시스템은 투명(clear)하며, 상기 미립자가 그 내부에 현탁되어 있는 것인, 계면활성제 시스템의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 마이크로파이버 셀룰로스는 약 0.05% 내지 약 1.0%(w/w)의 농도로 존재하고, 상기 계면활성제는 약 5% 내지 약 50%(w/w 활성 계면활성제)로 존재하는 것인, 계면활성제 시스템의 제조방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 마이크로파이버 셀룰로스는 약 0.06%로 존재하는 것인, 계면활성제 시스템의 제조방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 마이크로파이버 셀룰로스는 약 0.075%로 존재하는 것인, 계면활성제 시스템의 제조방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 마이크로파이버 셀룰로스는 약 0.09%로 존재하는 것인, 계면활성제 시스템의 제조방법.
  16. 제11항에 있어서, 상기 계면활성제는 약 5% 내지 약 15%(w/w 활성 계면활성제)로 존재하는 것인, 계면활성제 시스템의 제조방법.
  17. 제11항에 있어서, 상기 계면활성제는 약 40%(w/w 활성 계면활성제)로 존재하는 것인, 계면활성제 시스템의 제조방법.
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