KR20170062136A - 양친매성 이방성 분체를 포함하는 이중 연속상 유화 조성물 - Google Patents

양친매성 이방성 분체를 포함하는 이중 연속상 유화 조성물 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 양친매성 이방성 분체, 비극성 오일 및 물을 포함하는 이중연속상 유화(Bi-continuous emulsion) 조성물이고, 상기 양친매성 이방성 분체는, 친수성인 제1고분자 스페로이드 및 소수성인 제2고분자 스페로이드를 포함하고, 상기 제1고분자 스페로이드 및 제2고분자 스페로이드는 적어도 부분적으로 상대 고분자 스페로이드를 침투하는 구조로 결합하고, 상기 제1고분자 스페로이드와 제2고분자 스페로이드는 (메트)아크릴레이트계 고분자를 포함하는, 이중연속상 유화 조성물에 관하여 기술한다

Description

양친매성 이방성 분체를 포함하는 이중 연속상 유화 조성물{Bi-continuous emulsion type composition comprising AMPHIPHILIC ANISOTROPIC PARTICLES}
본 명세서는 양친매성 이방성 분체를 포함하는 이중 연속상 유화 조성물 및 그 제조방법에 관한다.
계면활성제를 사용하는 유화시스템에서는 계면활성제의 HLB (Hydrophile-Lipophile Balance)값에 따라 수중유형(O/W) 또는 유중수형(W/O) 유화 제형을 형성한다. 즉, 수상과 유상을 혼합하여 유화하여 내상과 외상이 구분되는 경시적으로 안정한 유화 시스템을 형성하는 것이다.
이중연속상 유화 제형(Bi-Continuous Emulsion, BCE)은 내외상의 구분 없이 두 가지의 상이 공존하는 제형으로, 유상과 수상이 상호 교차되어 연속적으로 존재하는 제형이다. 도 1에 수중유형, 유중수형 및 이중연속상 유화 제형을 모식적으로 나타낸 구조도를 나타낸다. 이중연속상 유화 제형은 “Soft solid”라고도 불리며, 연속상에 입자가 웨팅(wetting)되어 스피노달 분리(Spinodal Decomposition)를 일으켜 안정화되는 유화 제형이다. 이러한 구조적 특성에 따라 BIJEL(Bicontinuous Interfacially Jammed Emulsion Gel)라고 부르기도 한다. 이중연속상 유화 제형은 독특한 제형의 성질로 인하여 촉매, 분리 공정, 세포 공학, 연료 전지, 태양열 전지, 장벽 물질, 센서 등의 다양한 분야에서 적용되고 있다.
종래의 계면활성제를 사용하여 이중연속상 유화 제형을 형성하는 것은 지극히 제한적인 삼성분계(물, 오일, 계면활성제)의 조성비에서만 구현이 가능하며, 유화 계면막의 유동성 때문에 안정화가 어려운 문제가 있어 왔다.
고분자로 이루어진 구형 미세 입자는 그 제조방법에 따라서 사이즈와 형태가 조절됨에 따라 응용 가능성이 확대되고 있다. 그 응용 예들 중에 하나로 미세 구형 입자를 이용하여 안정화된 거대 유화 입자를 형성할 수 있는 피커링 에멀젼이 있다. 구형 입자의 친수성/소수성 정도에 따라서 수상과 유상 사이에 접촉각(θ)이 차이가 나고 접촉각 90° 이상에서는 O/W 유화 입자를 형성하고 90° 이하에서는 W/O 유화 입자를 형성한다.
미세 구형 입자에 친수성과 소수성을 동시에 가지는 양친매성을 부여함으로써 새로운 이방성 분체를 제조하려는 시도가 있어 왔다. 그 예로 야누스 구형입자를 들 수 있다. 하지만 이러한 구형의 형태학적 제한 때문에 화학적인 이방성에는 한계가 있다. 즉, 형태학적으로는 이방성일지라도 전체적으로 소수성이거나 친수성이어서 화학적 이방성에 한계가 있었다.
이에 기하학적인 형태 조절과 함께 화학적인 이방성을 부여함으로써 계면활성력을 가지는 이방성 분체의 제조가 시도되어 왔으나, 양친매성 이방성 분체의 그 응용가능성이 크다는 장점에도 불구하고 현재까지는 그 대량 생산이 가능한 제조방법이 구체적으로 개발되지 못하였고, 산업적으로 균일하게 대량 생산하기 어렵다는 문제점이 있어 실질적인 산업적인 응용이 이루어지지 않았다.
본 발명의 선행기술은 한국 공개특허 제1997-0025588호에 기재되어 있다.
일 관점에서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 유화 안정성이 우수한 이중연속상 유화 조성물을 제공하는 것이다.
다른 관점에서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 수상과 오일상 각각의 특성을 동시에 부여할 수 있는 이중연속상 유화 조성물을 제공하는 것이다.
또 다른 관점에서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 다양한 온도 범위에서 제형이 안정하게 유지되는 이중연속상 유화 조성물을 제공하는 것이다.
또 다른 관점에서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 경시 안정성이 우수한 이중연속상 유화 조성물을 제공하는 것이다.
또 다른 관점에서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 흐름성이 없는 특징적인 겔(gel) 제형의 유화 조성물을 제공하는 것이다.
양친매성 이방성 분체, 비극성 오일 및 물을 포함하는 이중연속상 유화(Bi-continuous emulsion) 조성물이고,
상기 양친매성 이방성 분체는,
친수성인 제1고분자 스페로이드 및 소수성인 제2고분자 스페로이드를 포함하고,
상기 제1고분자 스페로이드 및 제2고분자 스페로이드는 적어도 부분적으로 상대 고분자 스페로이드를 침투하는 구조로 결합하고,
상기 제1고분자 스페로이드와 제2고분자 스페로이드는 (메트)아크릴레이트계 고분자를 포함하는, 유화 조성물을 제공한다.
일 관점에서, 본 발명은 유화 안정성이 우수한 이중연속상 유화 조성물을 제공할 수 있다.
다른 관점에서, 본 발명은 수상과 오일상 각각의 특성을 동시에 부여할 수 있는 이중연속상 유화 조성물을 제공할 수 있다.
또 다른 관점에서, 본 발명은 다양한 온도 범위에서 제형이 안정하게 유지되는 이중연속상 유화 조성물을 제공할 수 있다.
또 다른 관점에서, 본 발명은 경시 안정성이 우수한 이중연속상 유화 조성물을 제공할 수 있다.
또 다른 관점에서, 본 발명은 흐름성이 없는 특징적인 겔(gel) 제형의 유화 조성물을 제공할 수 있다.
도 1은 수중유형(O/W), 유중수형(W/O) 및 이중연속상(BCE) 유화 제형을 도식화하여 나타낸 그림이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 출원의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 본 출원에 개시된 기술은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 출원의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 각 구성요소를 명확하게 표현하기 위하여 구성요소의 폭이나 두께 등의 크기를 다소 확대하여 나타내었다. 또한, 설명의 편의를 위하여 구성요소의 일부만을 도시하기도 하였으나, 당업자라면 구성요소의 나머지 부분에 대하여도 용이하게 파악할 수 있을 것이다. 또한, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 출원의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원의 사상을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다.
본 명세서에서 “치환된”은 별도의 정의가 없는 한, 본 발명의 작용기 중 하나 이상의 수소 원자가 할로겐 (F, Cl, Br 또는 I), 히드록시기, 니트로기, 이미노기(=NH, =NR, R은 탄소수 1-10의 알킬기이다), 아미디노기, 히드라진 또는 히드라존기, 카르복시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1-20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3-30의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2-30의 헤테로시클로알킬기로 치환되는 것을 의미할 수 있다.
본 명세서에서 본 명세서에서 "(메트)아크릴"은 아크릴(acryl) 및/또는 메타크릴(methacryl)을 의미할 수 있다.
본 명세서에서 양친매성 이방성 분체의 입자 크기는 분체 입자의 가장 긴 길이인 최장경(maximum length)을 측정한 것이다. 본 명세서에서 양친매성 이방성 분체의 입자 크기 범위는 조성물 내에 존재하는 양친매성 이방성 분체의 95% 이상이 상기 범위 내에 속함을 의미한다.
본 발명 일 실시예에 따르면, 양친매성 이방성 분체를 포함하는 이중연속상 유화(Bi-continuous emlusion) 조성물을 제공한다. 본 실시예에 따르면 일반적인 분자 수준의 계면활성제에 의하여 형성되는 계면막이 동적 유화 상태를 이루는 반면 상기 양친매성 이방성 분체에 의하여 형성되는 유화 계면막의 두께가 수백 nm로 증가하며, 분체 간의 강한 결합을 통하여 견고한 계면막을 형성하게 된다. 이에 따라 본 실시예에 따른 조성물은 양친매성 이방성 분체를 포함하여 조밀하고 안정한 연속상 계면을 유지하고, 안정적인 이중연속상 유화 제형을 형성할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 이중연속상 유화 조성물은 양친매성 이방성 분체 및 비극성 오일을 포함할 수 있다.
상기 비극성 오일은 조성물 총 중량에 대하여 40중량% 내지 65중량%, 예를 들어 56 중량% 내지 60중량%로 포함할 수 있다. 상기 비극성 오일은 양친매성 이방성 분체, 비극성 오일 및 물의 합계 중량에 대하여 예를 들어, 40중량% 이상, 41 중량% 이상, 42 중량% 이상, 43 중량% 이상, 44 중량% 이상, 45 중량% 이상, 46 중량% 이상, 47 중량% 이상, 48 중량% 이상, 49 중량% 이상, 50 중량% 이상, 51 중량% 이상, 52 중량% 이상, 53 중량% 이상, 54 중량% 이상, 55 중량% 이상 또는 56 중량% 이상이고, 60 중량% 이하, 59 중량% 이하, 58 중량% 이하, 또는 57 중량% 이하로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서 안정적인 이중연속상 유화 제형을 형성할 수 있으며, 경시적으로 안정한 제형을 유지할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 양친매성 이방성 분체는 조성물 총 중량에 대하여 1.0 중량% 이상, 1.5 중량% 이상, 2.0 중량% 이상, 2.5 중량% 이상, 3.0 중량% 이상, 또는 3.5 중량% 이상이고, 8.0 중량% 이하, 7.5 중량% 이하, 7.0 중량% 이하, 6.5 중량% 이하, 6.0 중량% 이하, 5.5 중량% 이하, 5.0 중량% 이하, 4.5 중량% 이하, 또는 4.0 중량% 이하일 수 있으며, 예를 들어, 1 중량% 내지 8중량%, 예를 들어 2 중량% 내지 4 중량%로 포함할 수 있다. 상기 범위 내에서 안정적인 이중연속상 유화 제형을 형성할 수 있으며, 경시적으로 안정한 제형을 유지할 수 있다. 양친매성 이방성 분체 함량이 높아질수록 보다 조밀한 계면을 형성하여 제형 안정성이 우수할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 물은 상기 양친매성 이방성 분체는 조성물 총 중량에 대하여 22 중량% 내지 59 중량%, 예를 들어 36 중량% 내지 44 중량%로 포함할 수 있다. 상기 범위 내에서 안정적인 이중연속상 유화 제형을 형성할 수 있으며, 경시적으로 안정한 제형을 유지할 수 있다.
본 실시예에서 상기 양친매성 이방성 분체와 비극성 오일은 양친매성 이방성 분체 : 비극성 오일의 중량비로 1 : 15~30예를 들어 1:25일 수 있다. 상기 범위 내에서 안정적인 이중연속상 유화 제형을 형성할 수 있으며, 경시적으로 안정한 제형을 유지할 수 있다.
본 실시예에서 상기 양친매성 이방성 분체와 물은 양친매성 이방성 분체 : 물의 중량비로 예를 들어 1 : 2~20, 1 :4~15, 또는 1:5일 수 있다. 상기 범위 내에서 안정적인 이중연속상 유화 제형을 형성할 수 있으며, 경시적으로 안정한 제형을 유지할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 양친매성 이방성 분체, 비극성 오일 및 물은 양친매성 이방성 분체 : 비극성 오일 : 물의 중량비로 1: 15~30 : 4~15일 수 있다. 상기 범위 내에서 안정적인 이중연속상 유화 제형을 형성할 수 있으며, 경시적으로 안정한 제형을 유지할 수 있다.
상기 비극성 오일은, 예를 들어 비극성 탄화수소계 오일을 사용할 수 있으며, 예를 들어, 헥산, 옥탄, 데칸, 도데칸, 테트라데칸, 헥사데칸, 미네랄 오일, 유동 파라핀, 이소헥사데칸, 이소도데칸, 오조케라이트, 하이드로제네이티드폴리(C6-14올레핀), 하이드로제네이티드폴리데센, 스쿠알란, 스쿠알렌, 파라핀, 이소파라핀, 세레신, 바셀린, 디메치콘, 데카메칠사이클로펜타실록산, 하이드로제네이티드폴리이소부텐등을 사용할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
상기 물은 증류수, 탈이온수 등을 사용할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 양친매성 이방성 분체는 친수성인 제1 고분자 스페로이드 및 소수성인 제2 고분자 스페로이드를 포함하며, 상기 제1 고분자 스페로이드 및 제2 고분자 스페로이드는 적어도 부분적으로 상대 고분자 스페로이드를 침투하는 구조로 결합하고, 상기 제1 고분자 스페로이드와 제2 고분자 스페로이드는 (메트)아크릴레이트계 고분자를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 스페로이드는 고분자로 구성된 하나의 몸체로서, 예를 들어 구형체(sphere), 구상체(globoid) 또는 타원형체(oval shape)일 수 있으며, 몸체 단면에서 가장 긴 길이를 기준으로 마이크로 단위 또는 나노 단위의 장축 길이를 가질 수 있다.
예시적인 일 구현예에 따르면, 상기 (메트)아크릴레이트계 고분자는 알킬기를 갖는 (메트)아크릴레이트계 모노머의 중합체를 포함할 수 있다.
예시적인 일 구현예에 따르면, 상기 알킬기를 갖는 (메트)아크릴레이트계 모노머는 비치환된 탄소수 1~20의 선형 또는 분지형의 알킬기를 갖는 (메트)아크릴산 에스테르를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메틸(메트)아크릴레이트, 에틸(메트)아크릴레이트, 프로필(메트)아크릴레이트, n-부틸(메트)아크릴레이트, t-부틸(메트)아크릴레이트, 이소-부틸(메트)아크릴레이트, 펜틸(메트)아크릴레이트, 헥실(메트)아크릴레이트, 헵틸(메트)아크릴레이트, 에틸헥실(메트)아크릴레이트, 옥틸(메트)아크릴레이트, 이소옥틸(메트)아크릴레이트, 노닐(메트)아크릴레이트, 데실(메트)아크릴레이트, 라우릴(메트)아크릴레이트 등을 포함할 수 있다.
일예에서, 상기 제1 고분자 스페로이드는 친수성 관능기가 추가적으로 도입될 수 있다.
일예에서, 상기 친수성 관능기는 음전하 또는 양전하를 가진 관능기 또는 PEG(Polyethylene glycol) 계열일 수 있으며, 카르복실산기, 설폰기, 포스페이트기, 아미노기, 알콕시기, 에스테르기, 아세테이트기, 폴리에틸렌글리콜기 및 하이드록실기로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상일 수 있다.
일예에서, 상기 제1고분자 스페로이드는 당을 함유하는 관능기가 추가적으로 도입될 수 있다.
일예에서, 상기 당을 함유하는 관능기는 N-{N-(3-트리에톡시실릴프로필)아미노에틸}글루콘아미드, N-(3-트리에톡시실릴프로필)글루콘아미드 및 N-{N-(3-트리에톡시실릴프로필)아미노에틸}-올리고-히아루론아미드로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로부터 유래된 것일 수 있다.
일예에서, 상기 양친매성 이방성 분체는 제1 고분자 스페로이드 및 제2 고분자 스페로이드가 결합된 결합부를 기준으로 대칭 형상, 비대칭 스노우맨(snowman) 형상 또는 비대칭 역스노우맨 형상을 가질 수 있다. 상기 스노우맨 형상은 결합되는 서로 크기가 상이한 제1 및 제2 고분자 스페로이드가 결합된 것을 의미한다.
일예에서, 상기 양친매성 이방성 분체는 입자 크기가 100 내지 2500 nm일 수 있다. 다른 측면에서, 상기 양친매성 이방성 분체는 입자 크기가 100 내지 1500 nm, 100 내지 500 nm, 또는 200 내지 300 nm일 수 있다. 구체적으로, 상기 양친매성 이방성 분체는 입자 크기가 100 nm 이상, 200 nm 이상, 300 nm 이상, 400 nm 이상, 500 nm 이상, 600 nm 이상, 700 nm 이상, 800 nm 이상, 900 nm 이상, 1000 nm 이상, 1100 nm 이상, 1200 nm 이상, 1300 nm 이상, 1400 nm 이상 또는 1500 nm 이상일 수 있으며, 2500 nm 이하, 2400 nm 이하, 2300 nm 이하, 2200 nm 이하, 2100 nm 이하, 2000 nm 이하, 1900 nm 이하, 1800 nm 이하, 1700 nm 이하, 1600 nm 이하, 1500 nm 이하, 1400 nm 이하, 1300 nm 이하, 1200 nm 이하, 1100 nm 이하, 1000 nm 이하, 900 nm 이하, 800 nm 이하, 700 nm 이하, 600 nm 이하, 500 nm 이하, 400 nm 이하, 300 nm 이하 또는 200 nm 이하일 수 있다.
본 발명 일 실시예에서, 상기 양친매성 이방성 분체는 (1) 제1모노머 및 중합 개시제를 교반하여 제1고분자 스페로이드를 제조하고; 그리고 (2) 상기 제조된 제1고분자 스페로이드를, 제2모노머 및 중합 개시제와 교반하여 제2고분자 스페로이드가 형성된 이방성 분체를 제조하는 것을 포함하여 제조될 수 있다.
일예에서, 상기 (2)의 이방성 분체를 제조한 후에, (3) 상기 제조된 이방성 분체에 친수성 관능기를 도입하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 (1), (2) 및 (3)단계에서 교반은 회전 교반일 수 있다. 균일한 입자 생성을 위하여 화학적인 개질과 더불어 균일한 기계적 혼합이 필요하기 때문에 회전 교반하는 것이 바람직하다. 상기 회전 교반은 원통형 회전 반응기에서 회전 교반할 수 있으나, 회전 교반 방법을 이에 한정하는 것은 아니다.
이때, 반응기 내부 디자인은 분체 형성에 큰 영향을 미친다. 원통형 회전 반응기 내 날개(baffles)의 크기와 위치, 및 임펠러(impeller)와의 간격 정도는 생성되는 입자의 균일성에 큰 영향을 미친다. 내부 날개와 임펠러의 블레이드(blade) 간격을 최소화하여 대류 흐름과 그 세기를 균일화하고, 분체 반응액은 날개 길이 이하로 투입되며 임펠러 회전속도는 고속을 유지하는 것이 바람직하다. 200 rpm 이상의 고속도로 회전될 수 있고, 반응기의 지름과 높이의 길이 비율은 1 내지 3 : 1 내지 5, 더욱 구체적으로 지름 10 내지 30 cm 및 높이 10 내지 50 cm일 수 있다. 반응기 크기는 반응 용량에 비례하여 변화가 가능하다. 또한, 원통형 회전 반응기의 재질은 세라믹, 유리 등일 수 있고, 교반시 온도는 50 내지 90 ℃인 것이 바람직하다.
원통형 회전 반응기에서 단순 회전법은 균일한 입자의 생성을 가능하게 하고 에너지가 적게 소요되는 저에너지 방법이면서 반응 효율이 극대화되어 대량 생산을 가능하게 하는 특징이 있다. 종래 사용되었던 반응기 자체가 회전하는 텀블링 방식은 반응기 전체를 일정한 각도로 기울여서 고속으로 회전시켜야 하므로 고에너지가 필요하고 반응기의 크기가 제한적이었다. 반응기 크기의 한계 때문에 생성되는 양 또한 약 수백 mg 내지 수 g 정도의 소량으로 제한적이어서 대량 생산에 부적합하였다.
예시적인 일 구현예에 따르면, 상기 제1모노머와 제2모노머는 동일 또는 상이할 수 있으며, 구체적으로 (메트)아크릴레이트계 모노머일 수 있다. 또한, 각 단계에서 사용되는 중합 개시제는 동일 또는 상이할 수 있고, 각 단계에서 사용되는 가교제는 동일 또는 상이할 수 있다.
예시적인 일 구현예에 따르면, 상기 (메트)아크릴레이트계 모노머는 비치환된 탄소수 1~20의 선형 또는 분지형의 알킬기를 갖는 (메트)아크릴산 에스테르를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메틸(메트)아크릴레이트, 에틸(메트)아크릴레이트, 프로필(메트)아크릴레이트, n-부틸(메트)아크릴레이트, t-부틸(메트)아크릴레이트, 이소-부틸(메트)아크릴레이트, 펜틸(메트)아크릴레이트, 헥실(메트)아크릴레이트, 헵틸(메트)아크릴레이트, 에틸헥실(메트)아크릴레이트, 옥틸(메트)아크릴레이트, 이소옥틸(메트)아크릴레이트, 노닐(메트)아크릴레이트, 데실(메트)아크릴레이트, 라우릴(메트)아크릴레이트 등을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 메틸메타크릴레이트일 수 있다.
일예에서, 상기 중합 개시제는 라디칼 중합 개시제일 수 있으며, 구체적으로, 퍼옥사이드계, 아조계 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 또한, 과황산암모늄, 과황산나트륨, 과황산칼륨도 사용 가능하다. 예를 들어 상기 중합 개시제는 아조비스이소부티로니트릴일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
예시적인 일 구현예에 따르면, 상기 (1)에서 제1 모노머 및 중합 개시제는 100 내지 1000 : 0.1 내지 2 의 중량비로 혼합할 수 있다. 다른 측면에서, 상기 제1 모노머 및 중합 개시제는 100 내지 750 : 1, 또는 100 내지 500 : 1, 또는 100 내지 250 : 1의 중량비로 혼합할 수 있다.
다른 측면에서, 상기 (1)에서 제1모노머, 중합 개시제 및 가교제를 첨가할 수 있다. 제1모노머, 중합 개시제 및 가교제를 중량비로 80~150: 0.5~2:0.5~2 예를 들어, 100:1:1로 혼합할 수 있다.
예시적인 일 구현예에 따르면, 상기 가교제는 (메트)아크릴레이트계 가교제일 수 있으며, 예를 들어 알릴메타크릴레이트(Allyl methacrylate) 및 에틸렌글리콜디메타크릴레이트(ethylene glycol dimthacrylate) 중 하나 이상일 수 있으며, 구체적으로 알릴메타크릴레이트일 수 있다.
양친매성 이방성 분체의 사이즈 및 형태는 초기 (1)의 제1 고분자 스페로이드 사이즈 조절에 의하여 영향받고, 제1 고분자 스페로이드 사이즈는 제1 모노머, 중합 개시제 및 가교제의 중량비에 따라 조절될 수 있다. 또한, 상기 범위의 중량비로 혼합함으로써, 이방성 분체의 균일도를 높일 수 있는 효과가 있다.
다른 측면에서, 상기 (1)에서 안정화제를 더 첨가하여 제1 모노머, 중합 개시제 및 안정화제를 100 내지 1000 : 1 : 0.001 내지 20의 중량비로 혼합할 수 있다.
예시적인 일 구현예에 따르면, 상기 안정화제는 이온성 비닐 고분자일 수 있으며, 구체적으로 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrollidone) 및 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol) 중 하나 이상일 수 있으며, 예를 들어 폴리비닐피롤리돈일 수 있다. 이온성 고분자는 거대 분자쇄의 팽창에 의해서 외상의 점도를 상승시켜 분체들의 유동성을 감소시킨다. 이는 고분자 중합으로 생성되는 분체들이 상호간의 엉김, 합일(결합)등을 방지, 균일한 사이즈를 유지할 수 있도록 한다.
또한, 양친매성 이방성 분체가 300 내지 400 nm의 크기를 가질 경우, 제1모노머, 중합 개시제 및 가교제의 중량비가 110 내지 130 : 1 : 1 내지 5, 구체적으로 115 내지 125 : 1 : 2 내지 4인 제1고분자 스페로이드로부터 제조될 수 있다.
또한, 양친매성 이방성 분체가 1100 내지 2500 nm의 크기를 가질 경우, 제1모노머, 중합 개시제 및 가교제의 중량비가 100 내지 150 : 0.5 내지 2 : 0 내지 2, 구체적으로 115 내지 125 : 1 : 0인 제1고분자 스페로이드로부터 제조될 수 있다.
또한, 비대칭 스노우맨 형상의 양친매성 이방성 분체는 제1 모노머, 중합 개시제 및 가교제의 중량비가 100 내지 200 : 0.1 내지 1 : 5 내지 15, 구체적으로 110 내지 130 : 1 : 9 내지 11 로 제조된 제1 고분자 스페로이드로부터 제조될 수 있다.
또한, 비대칭 역스노우맨 형상의 양친매성 이방성 분체는 제1 모노머, 중합 개시제 및 가교제의 중량비가 100 내지 200 : 1 : 1 내지 10, 구체적으로 110 내지 130 : 1 : 2 내지 4로 제조된 제1 고분자 스페로이드로부터 제조될 수 있다.
예시적인 일 구현예에 따르면, 상기 (2)에서 제2모노머 및 중합 개시제는 100 내지 300 : 1의 중량비로 혼합할 수 있다. 다른 측면에서, 상기 제2 모노머 및 중합 개시제는 160 내지 250 : 1, 또는 170 내지 250 : 1, 또는 180 내지 250 : 1, 또는 190 내지 250 : 1, 또는 200 내지 250 : 1, 또는 210 내지 250 : 1, 또는 220 내지 250 : 1, 또는 230 내지 250 : 1, 또는 240 내지 250 : 1의 중량비로 혼합할 수 있다.
다른 측면에서, 상기 (2)에서 가교제를 더 첨가하여 제2 모노머, 중합 개시제 및 가교제를 100 내지 300 : 1 : 0.001 내지 10의 중량비로 혼합할 수 있다. 상기 범위의 중량비로 혼합함으로써, 이방성 분체의 균일도를 높일 수 있는 효과가 있다.
예시적인 일 구현예에 따르면, 상기 가교제는 (메트)아크릴레이트계 가교제일 수 있으며, 예를 들어 알릴메타크릴레이트(Allyl methacrylate) 및 에틸렌글리콜디메타크릴레이트(ethylene glycol dimthacrylate) 중 하나 이상일 수 있으며, 구체적으로 에틸렌글리콜디메타크릴레이트일 수 있다.
다른 측면에서, 상기 (2)에서 안정화제를 더 첨가하여 제1 모노머, 중합 개시제 및 안정화제를 100 내지 1000 : 1 : 0.001 내지 20의 중량비로 혼합할 수 있다.
예시적인 일 구현예에 따르면, 상기 안정화제는 이온성 비닐 고분자일 수 있으며, 구체적으로 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrollidone) 및 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol) 중 하나 이상일 수 있으며, 예를 들어 폴리비닐알코올일 수 있다.
예시적인 일 구현예에 따르면, 상기 (2)단계에서 제2모노머 함량은 제1 고분자 스페로이드 중량이 100 중량부일 때 40 내지 300 중량부로 혼합할 수 있다. 구체적으로, 제2모노머 함량이 제1 고분자 스페로이드 중량이 100 중량부일 때 20 내지 100 중량부일 경우 비대칭 스노우맨 타입의 분체가 얻어지고, 100 내지 150 중량부, 또는 110 내지 150 중량부일 경우 대칭 형상의 분체가 얻어지고, 150 내지 300 중량부, 또는 160 내지 300 중량부일 경우 비대칭 역스노우맨 타입의 분체가 얻어진다. 또한, 상기 범위의 중량비로 혼합함으로써, 이방성 분체의 균일도를 높일 수 있는 효과가 있다.
예시적인 일 구현예에 따르면, 상기 (3)에서 친수성 관능기는 이에 제한하는 것은 아니나, 실란 커플링제와 반응 조절제를 이용하여 도입할 수 있다.
예시적인 일 구현예에 따르면, 상기 실란 커플링제는 (3-아미노프로필)트리메톡시실란, N-[3-(트리메톡시실릴)프로필]에틸렌디아민, N-[3-(트리메톡시실릴)프로필]에틸렌디암모늄 클로라이드, (N-숙시닐-3-아미노프로필)트리메톡시실란, 1-[3-(트리메톡시실릴)프로필]우레아 및 3-[(트리메톡시실릴)프로필옥시]-1,2-프로판디올로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상일 수 있으며, 구체적으로 N-[3-(트리메톡시실릴)프로필]에틸렌디아민일 수 있다.
예시적인 일 구현예에 따르면, 상기 실란 커플링제는 상기 (2)단계에서 제조된 이방성 분체 100중량부에 대하여 35중량부 내지 65중량부, 예를 들어 40중량부 내지 60중량부로 혼합할 수 있다. 상기 범위 내에서 친수화가 적절하게 이루어질 수 있다.
예시적인 일 구현예에 따르면, 상기 반응 조절제는 암모늄 하이드록사이드일 수 있다.
예시적인 일 구현예에 따르면, 상기 반응 조절제는 상기 (2)에서 제조된 이방성 분체 100중량부에 대하여 85중량부 내지 115중량부, 예를 들어 90중량부 내지 110중량부로 혼합할 수 있다. 상기 범위 내에서 친수화가 적절하게 이루어질 수 있다.
본 발명 또 다른 실시예에서, 본 발명 일실시예에 따른 양친매성 이방성 분체를 제조할 때에, 상기 (2) 단계 이후에 (4) 상기 제조된 이방성 분체에 당을 함유하는 관능기를 도입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 (4)단계에서 당을 포함하는 관능기는 이에 제한하는 것은 아니나, 당 함유 실란커플링제와 반응 조절제를 이용하여 도입할 수 있다.
예시적인 일 구현예에 따르면, 상기 당 함유 실란커플링제는 N-{N-(3-트리에톡시실릴프로필)아미노에틸}글루콘아미드, N-(3-트리에톡시실릴프로필)글루콘아미드 및 N-{N-(3-트리에톡시실릴프로필)아미노에틸}-올리고-히아루론아미드로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
예시적인 일 구현예에 따르면, 상기 반응 조절제는 암모늄 하이드록사이드일 수 있다.
일예에서, 상기 반응 조절제는 상기 (2)단계에서 제조된 이방성 분체 100중량부에 대하여 85중량부 내지 115중량부, 예를 들어 90중량부 내지 110중량부로 혼합할 수 있다. 상기 범위 내에서 당을 함유하는 관능기의 도입이 적절하게 이루어질 수 있다.
상기 방법에 따른 양친매성 이방성 분체의 제조는 가교제를 사용하지 않아 제조상 엉김이 없어 수율이 높고 균일하며, 단순 교반 방법을 이용하여 텀블링 방법에 비해 대량 생산이 용이하다. 특히, 300 nm 이하 크기의 나노 사이즈를 수십 g 내지 수십 kg 단위로 대량 생산할 수 있는 이점이 있다.
본 실시예에 따른 조성물은 이중연속상 유화 제형을 갖는 조성물일 수 있다. 상기 제형은 유상과 수상이 상호 교차되어 연속적으로 존재하는 제형이므로 유상 성분의 특징과 수상 성분의 특징을 동시에 부여하는 독특한 효과를 나타낼 수 있다.
본 실시예에 따른 조성물은 경도가 7 내지 60(mN)일 수 있다. 상기 범위 내에서 안정하면서 이중연속상 특유의 사용감을 제공할 수 있다.
본 실시예에 따른 조성물은 이중연속상 유화 제형의 특징상 흐름성 없는 겔(gel) 제형을 형성할 수 있다.
본 실시예에 따른 조성물은 넓은 온도 범위에서 경시 유화 안정성을 나타낼 수 있으며, 상기 온도는 예를 들어 -15℃ 내지 60℃ 일 수 있다.
본 발명 실시예들에 따른 조성물은 연속적인 상의 계면을 지탱하는 독특한 줄기(stem) 구조를 가져, 이러한 특성을 이용하여 화장료, 촉매, 분리 공정, 세포 공학, 연료 전지, 태양열 전지, 장벽 물질, 센서 등의 다양한 분야에서 사용될 수 있다.
예를 들어 상기 조성물을 화장료 조성물에 사용할 경우, 오일의 세정력과 물의 산뜻함을 동시에 부여하는 클렌징용 화장료를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 화장료 조성물은 화장품학 또는 피부과학적으로 허용가능한 매질 또는 기제를 함유하여 제형화될 수 있다. 이는 국소적용에 적합한 모든 제형으로서, 현탁액, 마이크로에멀젼, 마이크로캡슐, 미세과립구 또는 이온형(리포좀) 및 비이온형의 소낭 분산제의 형태로, 또는 크림, 스킨, 로션, 파우더, 연고, 스프레이 또는 콘실 스틱의 형태로 제공될 수 있다. 또한 포말(foam)의 형태로 또는 압축된 추진제를 더 함유한 에어로졸 조성물의 형태로도 사용될 수 있다. 이들 조성물은 당해 분야의 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 화장료 조성물은 분체, 지방 물질, 유기용매, 용해제, 농축제, 겔화제, 연화제, 항산화제, 현탁화제, 안정화제, 발포제(foaming agent), 방향제, 계면활성제, 물, 이온형 또는 비이온형 유화제, 충전제, 금속이온봉쇄제, 킬레이트화제, 보존제, 비타민, 차단제, 습윤화제, 필수 오일, 염료, 안료, 친수성 또는 친유성 활성제, 지질 소낭 또는 화장품에 통상적으로 사용되는 임의의 다른 성분과 같은 화장품학 또는 피부과학 분야에서 통상적으로 사용되는 보조제를 함유할 수 있다. 상기 보조제는 화장품학 또는 피부과학 분야에서 일반적으로 사용되는 양으로 도입된다. 본 발명의 실시예들에 따른 화장료 조성물은 피부 개선 효과를 증가시키기 위하여 피부 흡수 촉진 물질을 더 함유할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
[ 제조예 1-3] 양친매성 이방성 분체의 제조
제조예 1. 폴리메틸메타크릴레이트 (PMMA) 제1 고분자 스페로이드 제조
물 80g, 메탄올 20g 및 안정화제로서 폴리비닐피롤리돈(PVP, Mw 360,000)를 혼합하여 분산 용액을 제조하고, 메틸메타크릴레이트 10g, 중합 개시제로서 아조비스이소부티로니트릴(Azobisisobutyronitrile, AIBN) 0.1g alc 가교제로서 알릴메타크릴레이트 0.1g을 혼합하여 모노머 용액을 제조한다. 모노머 용액을 분산 용액에 첨가하고 30분간 질소 퍼징한 후, 62℃ 12시간동안 반응시켰다. 반응은 원통형 회전 반응기에서 교반하였으며, 원통형 회전 반응기는 지름 11cm, 높이 17cm, 유리재질이고, 500 rpm의 속도로 회전시켰다.
얻어진 제1고분자 스페로이드에 메탄올을 넣어 원심분리기로 12000rpm에서 60분씩 3회 세척하고, 감압펌프로 상온 건조 후 막자사발로 분쇄하여 분체로 제조하였다. 도 4에 제조된 제1고분자 스페로이드의 전자현미경 사진을 나타낸다.
제조예 2. 양친매성 이방성 분체 제조
물 37g 및 안정화제로 폴리비닐알코올 1.38g을 혼합하여 분산용액을 제조한다. 상기 제조예 1에서 제조된 제1고분자 스페로이드 0.5g과 상기 분산용액을 혼합하여 상온, 500rpm으로 한시간 동안 혼합하고, 여기에 메틸메타크릴레이트 5.0g, 가교제로서 에틸렌글리콜디메타크릴레이트 0.5g 및 중합 개시제로서 아조비스이소부티로니트릴 0.05g의 혼합물을 첨가하여 상온에서 500rpm으로 24시간 동안 반응시킨다. 저해제로서 하이드로퀴논(hydroquinone) 0.025g을 첨가하고 75℃, 500rpm으로 24시간 동안 반응 시킨다. 반응은 원통형 회전 반응기에서 수행하였고, 이후 메탄올을 넣어 원심분리기로 12000rpm에서 60분씩 3회 세척하고, 감압펌프로 상온 건조 후 막자사발로 분쇄하여 분체로 제조하였다. 약 350nm 크기의 양친매성 이방성 분체가 제조되었으며, 현미경 사진을 도 5(a)에 나타낸다.
제조예 3. 친수화 처리 된 양친매성 이방성 분체의 제조
상기 제조예 2에서 얻어진 양친매성 이방성 분체의 수분산 용액 600g에 실란 커플링제로서 N-[3-(트리메톡시실릴)프로필]에틸렌디아민(N-[3-(Trimethoxysilyl)propyl]ethylenediamine) 30g과 반응 조절제로서 암모늄 하이드록사이드(Ammmonium hydroxide) 60g을 혼합하여 25℃에서 24시간 동안 반응시켜 친수성 관능기를 도입하였다. 반응은 원통형 회전 반응기에서 교반하였다. 상기 실란 커플링제로 이용된 화합물은 표 1에 나타내었다.
Figure pat00001

Claims (14)

  1. 양친매성 이방성 분체, 비극성 오일 및 물을 포함하는 이중연속상 유화(Bi-continuous emulsion) 조성물이고,
    상기 양친매성 이방성 분체는,
    친수성인 제1고분자 스페로이드 및 소수성인 제2고분자 스페로이드를 포함하고,
    상기 제1고분자 스페로이드 및 제2고분자 스페로이드는 적어도 부분적으로 상대 고분자 스페로이드를 침투하는 구조로 결합하고,
    상기 제1고분자 스페로이드와 제2고분자 스페로이드는 (메트)아크릴레이트계 고분자를 포함하는, 유화 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은 상기 양친매성 이방성 분체를 조성물 총 중량에 대하여 1중량% 내지 8중량%로 포함하는 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은 상기 비극성 오일을 조성물 총 중량에 대하여 40중량% 내지 60중량%로 포함하는 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 양친매성 이방성 분체와 비극성 오일은 양친매성 이방성 분체 : 비극성 오일의 중량비로 1 : 15~30로 포함되는 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 양친매성 이방성 분체, 비극성 오일 및 물은 양친매성 이방성 분체:비극성 오일:물의 중량비로 1 : 4~15로 포함되는 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 비극성 오일은 탄화수소계 오일인, 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (메트)아크릴레이트계 고분자는 알킬기를 갖는 (메트)아크릴레이트계 모노머의 중합체를 포함하는, 조성물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 알킬기를 갖는 (메트)아크릴레이트계 모노머는 비치환된 탄소수 1~20의 선형 또는 분지형의 알킬기를 갖는 (메트)아크릴산 에스테르를 포함하는, 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 양친매성 이방성 분체는 제1고분자 스페로이드 및 제2고분자 스페로이드가 결합된 결합부를 기준으로 대칭 형상, 비대칭 스노우맨(snowman) 형상 또는 비대칭 역스노우맨 형상을 갖는, 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 양친매성 이방성 분체는 입자 크기가 100 내지 2500nm인, 조성물.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1고분자 스페로이드는 친수성 관능기가 추가적으로 도입된 것인, 조성물.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 친수성 관능기는 카르복실산기, 설폰기, 포스페이트기, 아미노기, 알콕시기, 에스테르기, 아세테이트기, 폴리에틸렌글리콜기 및 하이드록실기로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상인, 조성물.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1고분자 스페로이드는 당을 함유하는 관능기가 추가적으로 도입된 것인, 조성물.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 당을 함유하는 관능기는 N-{N-(3-트리에톡시실릴프로필)아미노에틸}글루콘아미드, N-(3-트리에톡시실릴프로필)글루콘아미드 및 N-{N-(3-트리에톡시실릴프로필)아미노에틸}-올리고-히아루론아미드로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상으로부터 유래된 것인, 조성물.
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