KR20110099370A

KR20110099370A - 전분을 이용한 코팅 성형물

Info

Publication number: KR20110099370A
Application number: KR1020100018345A
Authority: KR
Inventors: 이명일
Original assignee: 이명일
Priority date: 2010-03-02
Filing date: 2010-03-02
Publication date: 2011-09-08

Abstract

본 발명은 전분(Starch)을 이용한 표면코팅 및 표면 개질을 통하여 전분고유의 물리, 화학적 특성을 유지하면서도, 내수성 및 물리적 안정성, 사용감 및 성형성 개선을 부여한 전분코팅 성형물에 관한 것이다.

Description

전분을 이용한 코팅 성형물{Improved waterproof for coating starch composition}

많은 식물에서 전분이 생성되지만 가장 널리 사용되는 것은 옥수수, 찰옥수수밀,쌀 찹쌀과 같이 분말로 사용될 수 있는 곡물의 씨앗이다.다른 전분 공급원은 감자와 같은 괴경,뿌리,고구마 칡가루, 사고야자의 속을 포함한다.감자 전분과 찰옥수수전분이 성형에 가장 많이 이용되는 전분이다.전분이나 펄프 등은 시중에서 저렴하게 구할 수 있는 반면에 전분 가공물이 친수성 물성이라 수분이 쉽게 침투하기 때문에 물기가 많이 존재하는 일상생활에 널리 사용하기엔 심각한 취약점이 있다. 전분계 프리믹스의 가공기술에 대해서는 현재 많은 진전이 이루어져 있으나,그 표면에 내수성 및 물리적인 저항력을 부여해 줄 수 있는 코팅 방법이 개발 된다면 그 용도가 상당히 넓어질 수 있고 광범위하게 사용될 수 있다.

화장품 및 의약품, 제지 등에 많이 사용되어왔던 탈크는 특히 화장품에 있어서도 가장 많이 사용되어 지는 물질로서 주로 천연의 탈크를 분쇄하여 탈크의 표면을 실리콘 오일 등의 오일성 물질을 코팅처리 내수성을 부여하여 사용해 왔다. 그러나 최근 탈크(Talc) 성분에서 발암물질인 석면이 검출되어 파동이 있었다. 주요 선진국에서는 1975년 이전에 탈크에서 석면이 없어졌거나 규제가 엄격히 제한되고 있다. 그런데 우리나라에서는 이에 대한 관리가 전혀 없어 면역 체계가 약한 영유아나 환자를 비롯한 많은 사람들이 오랫동안 석면에 노출되었다고 볼 수 있다. 탈크 파동의 경우, 석면에만 문제점이 치중되어 탈크 자체의 위험이 제대로 알려지지 않은 것도 문제다. 이런 것들로 본 발명은 탈크가 아닌 인체에 무해한 전분(Starch)을 이용한 코팅방법을 제공한다.

화장품산업과 같이 인체에 직접적으로 사용되는 물질로 문제점이 발견된 탈크의 사용보다는 인체에 무해한 전분을 이용하여 화장품원료로서 적합한 성형물을 제공한다. 화장품 제조에 있어서 전분 코팅은 내수성이 낮고, 사용감, 성형감이 낮은 단점이 있다. 전분 조성물은 공기 중에서 주변 수증기를 충분히 흡수 할 수 있기 때문이다. 전분은 저렴한 가격에 쉽게 구할 수 있는 반면에 전분 가공물이 친수성 물질이라 수분이 쉽게 침투하기 때문에 물기가 많이 존재하는 일상 생활에서 널리 사용하기에는 심각한 취약점이 있다. 또 전분은 무한정 오일이 스며들고 온도가 높아지게 될 경우에는 점성이 생겨서 사용하기에 불편함도 함께 따른다. 본 발명은 이러한 단점을 극복하기 위해 전분에 금속 비누(Metal soap)로 물리적인 코팅을 하여 기존의 불편했던 문제점을 해결하도록 한다.

본 발명은 전분(Starch)을 이용한 금속비누(Metal soap)코팅을 이용하여 내수성,사용감 및 성형성 개선을 부여하여 화장품제조 원료로서 우수한 전분(Starch) 코팅성형물을 제공한다.

전분(Starch)는 포도당이 그 기본구조로 되어 있으며 긴 사슬모양의 아밀로오스(Amylose)와 가지처럼 연결된 아밀로펙틴(Amylopectin))의 두 타입이 복합으로 이루어져 있는 물질이다. 포도당 한 분자와 또 다른 포도당 한 분자가 반응적 하 면 물 한 분자가 빠져나가면서 두 포도당이 연결되는 축합반응이 일어난다. 이러한 축합 반응이 여러 번 진행 될수록 연결되는 포도당의 수가 많아지고 사슬이 길어진다. 전분은 이러한 포도당의 축합반응이 굉장히 많이 진행되면서 만들어진 거대 분자 이다. 무미의 백색분말로 찬물,알코올 기타 용제에 불용성이며 분자량은 5만~20만이고 비중은 1.65정도이다. 분자식은 (C6H10O5)n으로 글루코오스 단위체 (Monomer)가 α-1,4 결합을 한 다당류이다. 아밀로오스와 아밀로펙틴의 비율은 녹말의 종류에 상관없이 대체로 일정한 편이다. 일반적으로는 아밀로오스 20∼25%, 아밀로펙틴 75∼80%가 함유되어 있다. 그러나 모든 녹말 분자들이 그러 한 것은 아니며, 찹쌀·찰옥수수 등은 아밀로오스는 거의 없고 아밀로펙틴만으로 이루어져 있다.

아밀로오스 구조

아밀로펙틴의 구조

발수성을 요구하는 제품을 만들기 위하여 분체를 여러 가지 물질로 표면 처리하여

사용하게 되는데 그 중 금속비누는 그 중 한가지 물질로 피부에 매우 부드럽고 촉

촉한 느낌을 주고 색소의 발색이 우수하며 성형성이 우수하고 피부 부착력이 뛰어난 특성을 제공한다. 금속 비누의 지방산 성분은 피지의 주성분인 지방산과 유사하므로 피부 친화성이 우수하며 화학적 분자 구조는 아래와 같다.

[ 지방산 화학구조]

코팅에 사용한 코팅물로 금속비누는 탄소분포가C12~C25 의 포화 또는 불포화 지방산에 2가 내지는 3가의 금속이온 즉 Zn , Al, Ca, Mg, Ti, Zr 등이 치환된 염화 물을 사용할 수 있다.

또한 부가적으로 사용한 수 있는 코팅물로는 고급알콜 또는 실리콘오일등을 들 수 있다. 알코올은 분자 내에 수산기(-OH)를 가지고 있는 물질로 그 가운데 탄소수가 적은 것을 저급 알코올, 탄소수가 6개 이상인 것을 고급 알코올이라고 한다. 저급 알코올은 현재 석유를 원료로 하여 제조되지만 고급 알코올은 천연에서 얻어지는 경우가 많다. 즉 고래왁스(경랍) 속에는 고급알코올과 고급카르복시산의 에스테르가 포함되어 있다. 따라서 이 에스테르를 가수분해하면 고급카르복시산과 고급알코올이 얻어진다. 예를 들면 고래왁스 속의 탄소수 16의 알코올인 헥사데칸올(세틸알코올)과, 탄소수 16의 카르복시산인 헥사데칸산(팔미트산)의 에스테르에서는 탄소수 16의 카르복시산과 탄소수 16의 알코올이 얻어진다. 탄소수가 증가하고 포화도가 높아질수록 유상에서 고체로 되며 물에는 거의 녹지 않고 중성이다. 탄소수가 6~12의 것은 용제 및 가소제,12~16의 것은 세제나 계면활성제,16이상의 것은 화장품,의약품 등에 사용된다.

고래 기름의 가수분해에 의해 탄소수 18의 옥타데칸올(스테아릴알코올)도 얻어지 며 또한 꿀벌이 만드는 밀랍에서는 탄소수 30의 알코올, 즉 트리아콘탄올 CH(CH)CHOH가 얻어진다. 대부분의 천연 유지는 고급카르복시산의 글리세롤에스테르 로서 존재한다. 이것을 가수분해하여 고급카르복시산으로 하는 대신 수소에 의해 접촉환원하면 에스테르의 카르복시산 부분이 알코올로 환원된다. 예를 들면 우지(牛脂)의 접촉환원에 의해 탄소수 16과 18의 알코올이 얻어지며 야자기름의 접촉수소화에 의해 탄소수 8, 10, 12, 14의 알코올이 얻어진다. 이들 고급알코올은 알킬황산에스테르나트륨염 CH(CH)CHOSOONa 형태의 세제 원료가 되며 가역제로도 이용된다.

실리콘 오일은 내열성, 물리 화학적인 안정성 외 전기적인 특수성이 있다. 현재

가장 많이 사용하는 디메칠 실리콘 오일이다. 디메칠 실리콘 오일은 무색투명, 무취한 액체로 저점도부터 고점도에 이르기까지 다양하여 사용 용도에 따라 점도를 선택 할 수가 있다. 또 비극성으로 일반적으로 비극성 용제에는 용해되지만 극성 용제에는 난용성이다. 일반적으로 저점도의 것 일수록 용해되기 쉽다.

실리콘 오일은 공기 중에서도 산화에 대해 극히 안정적이며 고온으로 갈수록 산화

가 촉진된다. 보통의 조건 하에서는 화학적으로 불활성이기 때문에 금속을 거의

부식시키지 않는다. 디메틸 실리콘 오일은 기계, 전자, 화학, 섬유, 종이, 건축, 토목 및 화장품 산업분야에 이르기까지 폭넓게 사용되고 있으며, 특히 윤활유, 전기절연유, 열매유, 광택제, 소포제, 섬유유연제, 발수제, 화장품 첨가제로 다양하게 사용되고 있다.

실시 예 1 ~ 8 금속비누 함량에 따른 내수성 및 사용감, 성형성 조사

	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6	실시예7	실시예8	비교예1
마그네슘 미리스테이트 함량%	1	2.5	5	10	15	20	25	40	0
내수성	2	2	3	4	5	5	5	5	1
사용감	2	3	3	5	5	5	4	3	1
성형성	1	1	3	3	3	3	3	3	3

코팅에 사용된 실험기구는 제이분체사의 초고속 원료 혼합기를 이용했으며, 실험 조건은 5000rpm에, 코팅시간을 20분으로 설정하고, 피코팅물로 옥수수전분을 사용했으며 코팅물로는 마그네슘 미리스테이트를 농도별로 코팅하여 그 결과를 코

팅 되지 않은 전분(비교예1)과 비교 평가하였다.

내수성 실험방법

마개가 있는 50ml Falcon tube에 물을 35ml투입하고 시료를 1g취해 튜브에 투입 뚜껑을 닫고 10 ~ 15회 세차게 흔든다. 이후 시료가 물에 가라앉거나 부유된 정도, 맑게 분리되는 정도를 육안으로 식별하여 가라앉지 않고 깨끗하게 분리된 정도를 5점 척도로 평가하였다.

5점 : 시료와 물이 깨끗하게 분리됨

4점 : 약간의 부유물이 있으나 정체 후 분리됨

3점 : 일부의 시료가 가라앉고 뷰유물이 있으나 대부분의 시료는 분리됨

2점 : 시료의 절반 정도가 가라앉고 절반 정도는 분리됨

1점 : 대부분의 시료가 가라앉음.

사용감 실험

금속비누(Metal soap) 코팅 함량에 따른 사용감의 평가기준은 화장품연구경력이 1년 이상인 20인을 대상으로 비교 조사하여 표에 나타내었다.

사용감이라 함은 피부에 닿았을 때 피료의 피부밀착성과 피부에서의 마찰시 느껴지는 부드러운 촉감 정도를 5점 척도로 관능 평가를 하였다.

5점 : 부드럽고 촉촉하여 지속력이 오래간다.

4점 : 부드럽다.

3점 : 보통이다.

2점 : 부드럽지 못하고 유분감이 적다.

1점 : 촉감이 많이 거칠다.

성형성 실험

직경 3cm의 알루미늄 소재의 성형 접시에 성형물을 채우고 Oil Press Machine(JE-Press 350 성일산업기계제작)으로 성형물을 압착 한 다음 30cm의 높이에서 바닥으로 3회 자유 낙하 시험하여 성형물의 깨지는 정도를 측정한다.

3점 : 3회 이상 안정

2점 : 2회 안정

1점 : 1회 붕괴

실시예 9 ~ 16 금속비누 종류에 따른 내수성 및 사용감 조사

시험항목	실시예9	실시예10	실시예11	실시예12	실시예13	실시예14	실시예15	실시예16	비교예2
내수성	5	5	5	5	5	5	5	5	5
사용감	4	3	3	4	4	4	3	4	3
성형성	3	3	3	3	3	3	3	3	3

실험조건은 실시예 1 ~ 8 과 동일조건으로 하고 금속비누의 종류에 따른 성형물의 개선 효과를 탈크코팅 성형물과 비교평가하였다. 이때 실시 예는 금속비누의 함량 을 15% 로 하였고, 비교예2 의 탈크코팅 성형물은 탈크에 실리콘 오일 디메치콘 10%가 코팅된 성형물을 사용하였다.

실시예 9 : 마그네슘 미리스테이트(Magnesium Myristate)

실시예 10 : 마그네슘 스테아레이트(Magnesium Stearate)

실시예 11 : 아연 스테아레이트(Zinc stearate)

실시예 12 : 알루미늄 스테아레이트(Aluminium stearate)

실시예 13 : 칼슘 스테아레이트(Calcium Stearate)

실시예 14 : 아연 팔미테이트(Zinc Palmitate)

실시예 15 : 아연 라우레이트(Zinc Laurate)

실시예 16 : 아연 미리스테이트(Zinc Myristate)

비교예 2 : 코팅탈크

코팅탈크 : 탈크(Talc)에 실리콘오일디메치콘 10%를 코팅한 탈크를 비교 예로

사용함.

실시 예 17 ~21 전분의 종류에 따른 내수성 및 사용감 조사

	실시예17	실시예18	실시예19	실시예20	실시예21	비교예3
내수성	5	5	5	4	5	5
사용감	4	4	4	2	3	3
성형성	3	3	3	3	3	3

코팅에 사용된 실험기구는 제이분체사의 초고속 원료 혼합기를 이용했으며, 실험 조건은 5000rpm에, 코팅시간을 20분으로 설정하고, 금속비누(Metal soap) 중 마그네슘 미리스테이트 함량을 15% 고정 시킨 후 전분의 종류 별로 내수성,사용감, 성형성을 측정하였다.

실시예 17 : 옥수수전분

실시예 18 : 고구마전분

실시예 19 : 감자전분

실시예 20 : 밀가루

실시예 21 : 현미가루

비교예 3 : 코팅탈크

실시 예 22 ~ 27 추가코팅물 종류에 따른 내수성 및 사용감 조사

전분(Starch)은 친수성 물질로 공기 중에서 주변의 수증기를 흡수하기 때문에

물기가 많이 존재하는 일상생활에서 널리 사용하기에는 큰 취약점이 있었다.

또 전분은 무한정 오일이 스며들기 때문에 자체적인 오일코팅 또한 불가능했다.

하지만 본 발명에서와 같이 전분은 금속비누(Metal soap)를 이용하여 코팅이 가능했고 내수성, 사용감에서 기존보다 더 좋은 결과를 나타내었다.

이번 조사에서는 금속비누로 1차적인 코팅이 된 전분에 고급알콜인 세틸알콜 또는 실리콘오일인 디메치콘을 추가적으로 농도별 코팅을 하여 성형물의 사용감 변화를 비교하여 보았다.

	실시예22	실시예23	실시예24	실시예25	실시예26	실시예27
내수성	5	5	5	5	5	5
사용감	4	5	4	5	4	5
성형성	3	4	3	4	4	4

실시예 22 : 세틸알코올(Cetyl Alcohol) 5%

실시예 23 : 세틸알코올(Cetyl Alcohol) 10%

실시예 24 : 스테아릴알코올(Stearyl Alcohol) 5%

실시예 25 : 스테아릴알코올 (Stearyl Alcohol) 10%

실시예 26 : 디메칠 실리콘 오일 (Dimethyl Silicon Oil)5%

실시예 27 : 디메칠 실리콘 오일 (Dimethyl Silicon Oil)10%

Claims

피코팅물로서 전분을 사용하고 코팅물질로 금속비누 2내지 40중량%를 함유하는 화장품용 전분 코팅성형물.
제1항에 있어서 코팅물의 사용감을 더 효과적으로 개선하기 위해 고급알콜 1내지 15중량% 또는 디메칠 실리콘 오일 1내지 15중량%를 함유하는 전분 코팅성형물.