KR20170128655A - 화장용 나노 섬유 시트 및 나노 섬유 시트의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화장용 나노 섬유 시트 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 실크 피브로인 및 양친매성 고분자를 포함하여 오일 흡수율 및 오일 보존력이 우수하며 열에 대한 내구성이 높을 뿐만 아니라 자연분해가 가능하다. 또한, 물을 용매로 사용하여 친환경적이고, 실크 피브로인 및 양친매성 고분자 복합 용액으로 전기 방사하여 제조하므로 공정이 간단하여 경제적이다.

Description

화장용 나노 섬유 시트 및 나노 섬유 시트의 제조방법{Nano fiber sheet for make-up and the method thereof}

본 발명은 실크 피브로인과 양친매성 고분자를 포함하는 화장용 나노 섬유 시트 및 상기 나노 섬유 시트의 제조방법에 대한 것이다.

최근 화장용품으로써 안면부의 피지 제거를 목적으로 기름종이가 많이 활용되고 있으며, 다양한 재질의 기름종이가 개발, 생산되고 있다. 이런 기름종이는 특히 안면부의 코와 미간 등 일상생활 속에서 피지가 집중적으로 발생하는 부위의 미용 및 쾌적감을 목적으로 사용되고 있다.

일반적으로, 기존 기름종이는 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 제지, 마, 한지 등으로 제조된다. 이 중에서 폴리프로프렌, 폴리우레탄과 같은 합성 폴리머로 제조된 기름종이는 오일 흡수량은 우수하지만 유기 용매를 이용하여 제조되고, 분해되지 않아 환경오염 문제를 일으키고 있다.

특허문헌 1: 대한민국 공개특허 제2016-0033384호

본 발명은 생체 친화적인 실크 피브로인과 양친매성 고분자를 포함하여 생분해성으로 친환경적이며, 표면적이 커서 오일 흡수량이 우수한 화장용 나노 섬유 시트를 제공한다.

본 발명은 또한, 실크 피브로인 및 양친매성 고분자의 함량을 제어함과 동시에 전기 방사하여 내구성이 우수하며, 오일 보존력이 우수한 화장용 나노 섬유 시트의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 화장용 나노 섬유 시트에 대한 것이다.

본 발명의 화장용 나노 섬유 시트는 표면적이 커서 오일 흡수율이 우수하기 때문에 안면부의 피지 제거를 목적으로 사용하는 기름종이로 사용될 수 있다.

일반적으로 기름종이는 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 제지, 마, 한지 등으로 제조된다. 특히, 폴리프로필렌, 폴리우레탄 등과 같은 합성 폴리머로 제조된 기름종이는 소수성을 나타내는 재질로 오일 흡수량이 우수한 특징을 가진다. 그러나, 폴리프로필렌으로 제조된 기름종이는 유기용매를 이용하여 제조되며, 자연적으로 분해되기 힘들어 환경오염을 일으키는 문제점이 존재한다.

그러나, 본 발명에 따른 화장용 나노 섬유 시트는 생분해성 물질인 실크 피브로인과 양친매성 고분자를 포함하고 있으며, 용매로 물을 사용하여 친환경적이므로 환경오염에 대한 문제점을 극복할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 화장용 나노 섬유 시트는 실크 피브로인을 포함함으로써, 내구성을 높여 열에 약한 양친매성 고분자의 단점을 극복할 수 있다.

본 발명은, 실크 피브로인; 및 상기 실크 피브로인과 복합체를 형성하는 양친매성 고분자를 포함하고, 오일 흡수량이 2g/g 이상인 화장용 나노 섬유 시트에 대한 것이다.

상기 실크 피브로인은 누에고치를 구성하는 단백질로 생체 적합성, 생분해성, 통기성, 및 기계적 특성이 우수하여 조직 공학적 의료용품으로 이용된다. 본 발명에서는 누에고치에서 얻은 순수한 실크 피브로인을 양친매성 고분자와 복합체로 사용하여 섬유 나노 시트를 제조한다. 본 발명에 따른 섬유 나노 시트에서 실크 피브로인은 생분해성을 나타내어 친화경적이며, 열역학적으로 안정성이 낮은 양친매성 고분자와 복합체를 형성하여 열에 대한 내구성을 높이는 역할을 한다.

또한, 상기 양친매성 고분자는 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌 옥사이드 및 폴리비닐 알코올로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 구체적으로, 양친매성 고분자로 폴리에틸렌 옥사이드를 사용하는 것이 바람직하다. 상기와 같은 양친매성 고분자를 포함하는 섬유 나노 시트는 오일 흡수력이 우수할 뿐만 아니라 자연적으로 분해가 가능해 환경오염에 대한 문제를 해결할 수 있다.

하나의 예시에서, 양친매성 고분자의 점도 평균 분자량은 100,000 내지 1,000,000, 200,000 내지 900,000, 300,000 내지 800,000 또는 350,000 내지 700,000 범위일 수 있다. 구체적으로, 양친매성 고분자는 350,000 내지 700,000 범위의 점도 평균 분자량을 가질 수 있다. 양친매성 고분자는 상기와 같은 점도 평균 분자량을 가짐으로써, 실크 피브로인/양친매성 고분자 혼합 용액의 점도를 조절하여 전기방사 시 효율적으로 나노 섬유를 제조할 수 있다.

하나의 예시에서, 본 발명에 따른 화장용 나노 섬유 시트의 실크 피브로인과 양친매성 고분자의 함량비는, 실크 피브로인 100 중량부 대비 양친매성 고분자 1,000 내지 10,000 중량부, 1,500 내지 9,000 중량부, 1,800 내지 7,000 중량부 또는 2,000 내지 5,000 중량부의 범위 내에 있을 수 있다. 상기와 같이 실크 피브로인과 양친매성 고분자의 함량비를 상기 범위 내로 조절함에 따라 섬유 나노 시트의 열역학적 안정성을 확보할 수 있고, 이에 따라 나노 섬유 시트의 분해 속도를 제어하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 화장용 나노 섬유 시트는 단일 나노 섬유들이 겹겹이 쌓여있는 형태일 수 있다. 구체적으로, 전기 방사된 단일 나노 섬유들이 여러 겹으로 쌓여 시트를 구성하고 있으며, 단일 나노 섬유 사이에 미세한 틈 또는 세공이 생길 수 있다. 상기 미세한 틈 또는 세공으로 인해 화장용 나노 섬유 시트의 표면적이 넓은 특징을 가질 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 단일 나노 섬유의 평균 직경은 0.2 ㎛ 내지 0.8 ㎛, 0.25 ㎛ 내지 0.75 ㎛, 0.3 ㎛ 내지 0.7 ㎛ 또는 0.4 ㎛ 내지 0.6 ㎛의 범위일 수 있다.

본 발명에 따른 화장용 나노 섬유 시트는 오일 흡수력이 우수한 양친매성 고분자를 포함하고 있어 오일 흡수량이 크다. 구체적으로, 화장용 나노 섬유 시트의 오일 흡수량은 2 g/g 이상, 2 g/g 내지 5 g/g 또는 2.2 g/g 내지 4 g/g일 수 있다.

상기 오일 흡수량은, 예를 들면 화장용 나노 섬유 시트를 2x2 cm 크기로 자른 후, 미네랄 오일에 2분 정도 담갔다 뺀 후 각각의 기름종이의 무게를 재고, 하기 일반식 2를 통해 계산된 값일 수 있다.

[일반식 2]

(C-D)/D x 100

상기 일반식 2 에서, C는 오일이 흡수된 나노 섬유 시트의 무게(g)이고, D는 오일이 흡수되지 않은 나노 섬유 시트의 무게(g)이다.

또한, 본 발명에 따른 화장용 나노 섬유 시트는 하기 일반식 1로 표시되는 오일 보존력이 90% 이상일 수 있다.

[일반식 1]

1-(A-B)/A x 100

상기 일반식 1 에서, A는 오일이 흡수된 나노 섬유 시트의 무게(g)이고, B는 상기 오일이 흡수된 나노 섬유 시트를 1kg의 강철 바에 의해 프레싱 한 후 측정한 나노 섬유 시트의 무게(g)이다.

구체적으로, 나노 섬유 시트는 상기 일반식 1로 표현되는 오일 보존력이 90% 이상, 92% 이상, 또는 95% 이상 일 수 있다. 상기 일반식 1로 표현되는 오일 보존력의 상한값은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면 100% 이하, 99% 이하 일 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 나노 섬유 시트의 두께는 15 ㎛ 내지 30 ㎛, 17 ㎛ 내지 27 ㎛ 또는 20 ㎛ 내지 25 ㎛의 범위일 수 있다. 구체적으로, 나노 섬유 시트의 두께는 20 ㎛ 내지 25 ㎛ 범위일 수 있다.

본 발명은 또한, 화장용 나노 섬유 시트의 제조방법에 대한 것이다.

본 발명에 따른 화장용 나노 섬유 시트의 제조방법은 실크 피브로인을 포함하는 제 1 용액과 양친매성 고분자를 포함하는 제 2 용액을 혼합하여 복합 용액을 제조하는 단계; 및 상기 복합 용액을 전기 방사하는 단계를 포함한다.

본 발명의 화장용 나노 섬유 시트의 제조방법에 따라 제조된 나노 섬유 시트는 오일 흡수량 및 오일 보존력이 우수하며, 열에 대한 내구성도 향상됐을 뿐만 아니라 자연적으로 분해가 가능하여 친환경적이다.

본 발명의 화장용 나노 섬유 시트의 제조방법은 실크 피브로인과 양친매성 고분자를 물(H2O)에 용해시킨 복합 용액을 전기 방사하는 것이 특징이다.

구체적으로, 상기 복합 용액을 제조하는 단계는 제 1 용액 및 제 2 용액의 용매로 물(H2O)을 사용할 수 있다. 상기와 같이 용매로 물을 사용하여 전기방사 하므로, 유기용매에 합성 고분자를 용해시켜 기름종이를 만드는 기존방식에 비해 친환경적인 제조방법이다.

기존의 기름종이 제조방법은 엠보싱 구조와 작은 다공성 구조를 만들어 기름종이의 표면적을 넓히기 위해 여러 과정이 요구됐다. 그러나, 본 발명에 따른 섬유 나노 시트의 제조방법은 표면적을 넓히기 위한 별도의 공정이 필요하지 않으며 제조단계도 간단하여 공정 경제성 측면에서도 유리한 제조방법이다.

하나의 예시에서, 상기 복합 용액을 제조하는 단계는 실크 피브로인을 0.1 내지 0.5 wt%의 비율로 포함하는 제 1 용액과 양친매성 고분자를 5 내지 10 wt%의 비율로 포함하는 제 2 용액을 혼합하는 것을 포함할 수 있다. 실크 피브로인의 비율을 상기 범위로 조절하여, 본 발명의 따른 제조방법에 의해 제조된 섬유 나노 시트의 열역학적 안정성을 높일 수 있다. 또한 양친매성 고분자의 비율을 상기 범위로 조절하여 상기 복합 용액의 점도를 최적으로 만들 수 있다. 그러나, 상기 복합 용액이 최적의 점도를 충족하지 못한다면 전기방사가 되지 않을 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 양친매성 고분자는 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌 옥사이드 및 폴리비닐 알코올로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 구체적으로, 상기 양친매성 고분자는 폴리에틸렌 옥사이드일 수 있다. 상기 양친매성 고분자는 오일 흡수력이 우수할 뿐만 아니라 자연적으로 분해되어 친환경적이다.

상기 복합 용액을 전기 방사하는 단계에서, 주사기(needle tip)와 콜렉터(collecting plate) 사이의 거리가 10cm 내지 30cm일 수 있다. 주사기와 콜렉터 사이의 거리가 10cm 미만인 경우는 섬유의 두께가 증가하며 용매의 증발이 늦어지기 때문에 섬유가 뭉쳐 섬유상이 뭉개질 수 있고 비드가 생길 수 있으며, 30cm 초과인 경우는 전기방사되어 만들어지는 섬유의 두께가 감소하는 문제점이 있다.

또한, 복합 용액을 전기 방사하는 단계에서 전기방사 장치의 전압은 11 내지 20 kV일 수 있다. 이때 전기 방사 장치의 전압이 11 kV 미만이면 방사용액에 미치는 전압의 힘이 부족하여 용액의 표면에서 방출되는 섬유의 두께가 증가하고 완전히 섬유상을 가지지 못하는 비드가 생길 수 있다. 전기 방사 장치의 전압이 20 kV를 초과하면 전압이 너무 과하여 섬유의 두께가 감소하고, 방사용액의 표면장력이 빨리 깨지면서 섬유를 형성하기 전에 콜렉터로 이동하여 일정한 두께의 섬유를 만들기 어렵다.

복합 용액을 전기 방사하는 단계에서 방사용액의 유속은 0.05mL /hr 내지 2 mL/hr 일 수 있다. 전기방사 용액의 방출 유속과 섬유의 방출 속도가 비례하지 않아서 방사용액의 유속이 2 mL/hr를 초과하면 방사용액이 손실되고, 유속이 0.05 mL/hr 미만인 경우 유속이 너무 줄어 방사가 끊길 수 있다.

상기와 같은 방법을 거치는 경우, 친환경적이며, 우수한 오일 흡수력 및 오일 보존력을 가지며, 동시에 열역학적 안정성이 우수한 화장용 나노 섬유 시트를 제조할 수 있다.

본 발명의 나노 섬유 시트는 오일 흡수율 및 내구성이 우수할 뿐만 아니라 생 분해가 가능하여 친환경적이다.

또한, 본 발명의 나노 섬유 시트의 제조방법은 간편한 공정 및 낮은 환경적 유해를 가지고 있기 때문에, 공정 경제성 측면 및 환경적 측면에서 유리하다.

도 1은 주사전자현미경(SEM)을 통해, 본 발명의 나노 섬유 시트를 촬영한 것이다.
도 2는 나노 섬유 시트별 오일 흡수 실험 후 시트의 사진이다.
도 3은 나노 섬유 시트별 오일 흡수 실험의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 나노 섬유 시트별 오일 보존력 실험의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 나노 섬유 시트별 열역학적 안정성 실험의 결과를 나타낸 그래프이다.

이하 상기 서술한 내용을 바탕으로, 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위를 한정하려는 것은 아니다.

실시예 1

누에고치를 1g/L 탄산나트륨(Na₂CO₃) 용액에 넣고 85℃에서 30분간 가열하여 세리신 단백질과 불순물 등을 제거하고 증류수로 세척하여 순수한 실크 피브로인을 추출하였다. 추출한 실크 피브로인을 24시간 동안 40℃에서 건조한 후 9.3M 브롬화리튬 용액에 60℃에서 4시간 동안 가열하여 용해시켜 실크 피브로인 용액을 제조하였다. 상기 실크 피브로인 용액을 48시간 동안 증류수에 삼투압으로 투석시켜 순수한 실크 피브로인을 얻었다.

상기 순수한 실크 피브로인과 용매인 물을 혼합하여 제조된 실크 피브로인 용액(실크 피브로인 0.3 중량%)과 점도 평균 분자량이 400,000g/mol(Sigma Aldrich)인 폴리에틸렌 옥사이드을 물과 혼합하여 제조된 폴리에틸렌 옥사이드 용액(폴리에틸렌 옥사이드 8 중량%)을 혼합한 후 교반하여 실크 피브로인/폴리에틸렌 옥사이드 복합 용액을 제조하였다. 상기 복합 용액을 10 mL의 실린지에 넣고 25G needle을 이용하여 시간당 0.1 mL/h의 속도로 전기 방사하여 섬유 나노 시트(기름종이)를 제조하였다.

이때 전기방사 장치의 전압은 13 kV이고, needle tip과 collecting plate 사이의 거리는 18cm였다.

비교예 1

시판되고 있는 존슨앤존슨 사의 기름종이를 입수하여 준비하였다.

비교예 2

시판되고 있는 개츠비(GATSBY) 사의 기름종이를 입수하여 준비하였다.

비교예 3

실크 피브로인/폴리에틸렌 옥사이드 복합 용액 대신 폴리에틸렌 옥사이드 용액을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 섬유 나노 시트(기름종이)를 제조하였다.

실험예 1 - 나노 섬유 시트의 생분해성 확인

본 발명에 따른 섬유 나노 시트의 형태, 생분해성을 확인하기 위하여, 실시예 1에서 제조된 기름종이(크기:2x2 cm, 두께:21.7±1.7㎛)를 대상으로 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 촬영을 수행하였으며, 3개월 동안 상온에서 방치한 후 다시 주사전자현미경 촬영을 수행하였고, 측정된 결과를 도 1에 나타내었다. 이때, 도 1의 (a)는 제조된 직후 촬영한 섬유 나노 시트이고, (b)는 3개월 동안 상온에서 방치한 후 촬영한 섬유 나노 시트이다.

도 1를 살펴보면, 실시예 1에 따른 단일 나노 섬유의 평균 직경은 0.53±0.18 ㎛(N=20) 임을 알 수 있다. 또한, 실시예 1의 단일 나노 섬유 시트를 3개월 상온에 방치한 경우, 표면상태가 변하며 분해되고 있는 것을 확인할 수 있다.

실험예 2 - 오일 흡수 속도 측정

본 발명에 따른 나노 섬유 시트가 오일을 흡수하는 속도를 확인하기 위하여, 실시예 1, 비교예 1 및 2의 나노 섬유 시트를 2x2 cm 크기로 자른 후 미네랄 오일을 세 방울 떨어뜨린 후의 모습을 촬영하였고, 그 결과를 도 2에 나타내었다. 이때 도 2의 (a)는 실시예 1의 나노 섬유 시트이고, (b)는 비교예 1의 나노 섬유 시트이고, (c)는 비교예 2의 나노 섬유 시트를 촬영한 사진이다.

도 2를 살펴보면, 실시예 1의 나노 섬유 시트는 오일이 바로 흡수된 것을 확인하였고, 비교예 1 및 비교예 2의 나노 섬유 시트는 수분 동안 머물면서 오일이 서서히 흡수되는 것을 확인하였다. 이러한 결과로부터, 실시예 1의 나노 섬유 시트의 오일 흡수 속도가 비교예들보다 우수하다는 것을 알 수 있다.

실험예 3 - 오일 흡수량 실험

본 발명에 따른 나노 섬유 시트의 오일 흡수량을 확인하기 위하여, 실시예 1 및 비교예 1 내지 3의 나노 섬유 시트를 2x2 cm 크기로 자른 후 각각의 무게를 쟀다. 그런 다음 미네랄 오일에 2분 정도 담갔다 뺀 후 각각의 무게를 재고, 하기 일반식 2를 통해 오일 흡수량을 계산하였다. 그 결과들을 도 3에 나타내었다.

[일반식 2]

(C-D)/D x 100

상기 일반식 2 에서, C는 미네랄 오일에 담근 후 측정된 나노 섬유 시트의 무게(g)이고, D는 미네랄 오일레 담그기 전 측정된 나노 섬유 시트의 무게(g)이다.

도 3을 살펴보면, 실시예 1의 나노 섬유 시트는 비교예 1 내지 3의 나노 섬유 시트와 비교하여 높은 오일 흡수량을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과로부터, 실시예 1의 나노 섬유 시트는 오일 흡수량이 비교예들보다 우수하다는 것을 알 수 있다.

실험예4 - 오일 보존력 확인

본 발명에 따른 나노 섬유 시트의 오일 보존력을 확인하기 위하여, 실시예 1 및 비교예 1 내지 3의 나노 섬유 시트를 2x2 cm 크기로 자르고 오일에 2분 정도 담갔다 뺀 후 각각의 무게를 쟀다. 그런 다음 1kg의 강철 바에 의해 프레싱 한 후 각각의 무게를 재고, 하기 일반식 1을 통해 오일 흡수량을 계산하였고, 그 결과들을 도 4에 나타내었다.

[일반식 1]

1-(A-B)/A x 100

상기 일반식 1에서, A는 오일이 흡수된 나노 섬유 시트의 무게(g)이고, B는 상기 오일이 흡수된 나노 섬유 시트를 1kg의 강철 바에 의해 프레싱 한 후 측정한 나노 섬유 시트의 무게(g)이다.

도 4를 살펴보면, 실시예 1의 나노 섬유 시트는 비교예 1 내지 3의 나노 섬유 시트와 비교하여 높은 오일 보존력을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1의 나노 섬유 시트는 다른 비교예들보다 표준 편차 폭이 줄어든 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과로부터, 실시예 1의 나노 섬유 시트는 오일 보존력이 비교예들보다 우수하다는 것을 알 수 있다.

실험예 5 - 열역학적 물성 확인

본 발명에 따른 나노 섬유 시트의 열에 대한 내구성을 확인하기 위하여, 실시예 1 및 비교예 3의 나노 섬유 시트에 대하여 0 내지 600℃의 온도범위에서 중량비 감소율을 측정하였고, 그 결과를 도 5에 나타내었다.

도 5를 살펴보면, 350℃ 이하의 온도에서 실시예 1의 나노 섬유 시트가 비교예 3의 나노 섬유 시트보다 중량 감소량이 적은 것으로 보아 열역학적 안정성이 증가된 것을 알 수 있다.

Claims (9)

1. 실크 피브로인; 및
   상기 실크 피브로인과 복합체를 형성하는 양친매성 고분자를 포함하고,
   오일 흡수량이 2g/g 이상인 화장용 나노 섬유 시트.
2. 제 1 항에 있어서,
   실크 피브로인 100 중량부 대비 양친매성 고분자 1,000 내지 10,000 중량부를 포함하는 화장용 나노 섬유 시트.
3. 제 1 항에 있어서,
   양친매성 고분자는 점도 평균 분자량이 100,000 내지 1,000,000 의 범위 내에 있는 화장용 나노 섬유 시트.
4. 제 1 항에 있어서,
   양친매성 고분자는 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌 옥사이드 및 폴리비닐 알코올로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 화장용 나노 섬유 시트.
5. 제 1 항에 있어서,
   단일 나노 섬유의 평균 직경이 0.2 ㎛ 내지 0.8 ㎛의 범위 내에 있는 화장용 나노 섬유 시트.
6. 제 1 항에 있어서,
   하기 일반식 1로 표시되는 오일 보존력이 90% 이상인 화장용 나노 섬유 시트:
   [일반식 1]
   1-(A-B)/A x 100
   상기 일반식 1에서, A는 오일이 흡수된 나노 섬유 시트의 무게(g)이고, B는 상기 오일이 흡수된 나노 섬유 시트를 1kg의 강철 바에 의해 프레싱 한 후 측정한 나노 섬유 시트의 무게(g)이다.
7. 실크 피브로인을 포함하는 제 1 용액과 양친매성 고분자를 포함하는 제 2 용액을 혼합하여 복합 용액을 제조하는 단계; 및
   상기 복합 용액을 전기 방사하는 단계를 포함하는 제 1 항의 화장용 나노 섬유 시트의 제조방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   복합 용액을 제조하는 단계는 실크 피브로인을 0.1 내지 0.5 wt%의 비율로 포함하는 제 1 용액과 양친매성 고분자를 5 내지 10 wt%의 비율로 포함하는 제 2 용액을 혼합하는 것을 포함하는 화장용 나노 섬유 시트의 제조방법.
9. 제 7 항에 있어서,
   양친매성 고분자는 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌 옥사이드 및 폴리비닐 알코올로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 화장용 나노 섬유 시트의 제조방법.

Images