KR20190026478A - 전분 항균스크럽비드의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전분 항균스크럽비드의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 전분 항균스크럽 비드의 제조방법은 직경 1~ 100㎛의 전분 100중량부에 고분자바인더 0.1~ 5중량부를 혼합하여 입자화하여 인체에 무해하고 자연계에서 생분해되는 기능을 가지는 전분항균스크럽 비드를 제공할 수 있는 것이다.

Description

전분 항균스크럽비드의 제조방법 {Manufacture method of starch antibiosis scrub beads}

본 발명은 전분 항균스크럽비드의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 생활용품과 화장품에서 환경 유해 물질로 지정되어 사용이 금지되고 있는 플라스틱 비드의 대체 소재로서 상기 플라스틱 비드의 문제점인 자연계에서의 생분해문제를 해결하여 안전한 사용이 가능한 전분 항균스크럽비드의 제조방법에 관한 것이다.

화장품 또는 생활용품 산업에 있어서 주로 사용되는 플라스틱 비드는 비누, 치약, 페이스워시 등에 스크럽 목적으로 들어가는 미세한 플라스틱 알갱이이다.

미국에서 하루에 수생서식지로 유입되는 마이크로 비드의 양이 약 8조개로 추산된다는 분석이 나온다. 환경과학과 테크놀리지 저널을 통해 발표된 과학기사에 의하면, 매일 테니스장 300개를 덮을 수 있는 양이다. 이러한 플라스틱 마이크로 비드의 문제점은 자연계에서 분해되는데 시간이 너무나 오래 걸리기 때문에 사실상 영원히 존재하는 것으로 봐야 한다.

물고기, 양서류 등 수생 동물들에게 프라스틱 마이크로 비드는 맛있는 먹이로 보이지만 생산과정에서 사용되는 일부 화학물질과 물속에서 마이크로 비드가 흡수하는 오염물질 때문에 독성을 함유하고 있다. 플라스틱 마이크로 비드를 먹은 작은 동물이 더 큰 동물에게 잡아먹히면, 마이크로 비드는 먹이사슬을 타고 계속해서 올라가고 결국 인간에게 올라온다. 또한, 최근 연구에서는 플라스틱 마이크로 비드 때문에 산호초가 굶어 죽을 수 있다는 것이 밝혀졌다.

산호에서는 산호충이 플라스틱 마이크로 비드와 진짜 먹이를 구분하지 못할 때, 플라스틱 성분이 소화기를 막아 산호초에 필요한 영양분 소화능력을 저해할 수 있다. 따라서, 현재 미국 등 주요 산업국가에서는 플라스틱 마이크로 비드의 사용을 금지하고 있고 국내에서도 사용금지를 결정하였다.

이에 본 발명자는 이를 대체할 소재를 연구하던 중 위와 같은 플라스틱 마이크로 비드를 대체하여 안심하고 사용할 수 있는 스크럽제 개발을 진행하던 중 전분을 이용하여 플라스틱 마이크로 비드의 문제점을 해결할 수 있다는 것을 실험과정을 통해 확인하고 이를 대체 할 수 있는 기술을 개발하였다.

대한민국 특허공개 제2009-0008544호 대한민국 특허출원 제2015-0189833호

본 발명은 전분이 화장품이나 생활용품 재형 내에서 쉽게 뭉겨지거나 오염되지 않도록 하여 기존의 플라스틱 스크럽비드를 대체하여 스크럽제로서의 기능을 가질 수 있는 전분 항균스크럽비드를 제공하고자 한다.

따라서, 본 발명의 전분 항균스크럽비드는 주원료를 식품소재인 전분을 사용함으로서 친환경적이고, 자연 생태계에 무해하며 소비자가 안심하고 사용할 수 있는 마이크로 플라스틱 비드를 대체할 수 있는 전분 항균스크럽비드의 제조 방법을 제공하고자 하는 데 있는 것이다.

또한, 최근 이슈되고 있는 종래의 플라스틱 비드의 문제점인 환경 유해성을 해결하고, 인체에 유해한 방부제를 함유하지 않으며 자연계에서 생 분해력을 가질 수 있는 안전한 식품소재인 전분을 사용하여 소비자들이 안심하고 사용할 수 있는 플라스틱을 대체한 항균스크럽비드를 제공하고자 하는데 있는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 전분 항균스크럽비드의 제조방법은 직경 1~ 100㎛의 전분 100중량부에 고분자바인더 0.1~ 5중량부를 혼합시켜 0.1~ 1.0mm 크기의 입자 형태를 가지는 항균스크럽비드를 제조하고, 상기 항균스크럽비드는 인체에 무해하고 자연계에서 생분해되는 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 전분과 상기 고분자바인더를 혼합할 때, 유황 미립자 0.05~ 1중량부를 더 포함시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고분자바인더는 소듐 카르복시 메틸셀룰로오즈, 포타슘 카르복시메칠 셀룰로오즈, 하이드록시 메틸셀룰로오즈, 하이드록시 에틸 셀룰로오즈, 하이드록시 프로필 메틸셀룰로오즈, 젤라틴, 한천, 카르복시 비닐 폴리머, 폴리옥시 에칠렌글리콜 에테르에서 최소 1개 이상 선택되는 것을 특징으로 한다.

또한. 상기 고분자바인더의 pH는 4~ 8인 것을 특징으로 한다.

종래 생활용품과 화장품에 널리 사용되어 왔던 플라스틱 마이크로 비드를 대체할 수 있는 전분 항균스크럽비드를 선보임으로 비드의 주 사용처인 생활용품과 화장품 산업에 있어서 안심하고 안전하게 사용할 수 있는 장점이 있는 것이다.

또한, 유황을 혼합시킴으로 인하여 항균성을 부여하여 전분의 단점인 미생물오염을 방지할 수 있는 장점도 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 전분 항균스크럽비드 제조방법의 흐름도.

이하에서는 도면을 첨부하여 본 발명의 제조방법을 상세하게 기술하고자 한다. 본 발명을 상세하게 설명함에 앞서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 도 1은 본 발명에 의한 전분 항균스크럽비드 제조방법의 흐름도이다.

상기 전분 항균스크럽비드의 제조방법은 직경 1~ 100㎛의 전분 100중량부에 고분자바인더 0.1~ 5중량부를 혼합시켜 0.1~ 1.0mm 크기의 입자 형태를 가지는 항균스크럽비드를 제조하는 것이며 상기 항균스크럽비드는 인체에 무해하고 자연계에서 생분해되는 기능을 가지는 것을 특징이다. 이하에서는 단계별로 자세히 설명하기로 한다.

전분을 금속비누로 표면 처리하여 코팅하는 단계

전분(Starch)은 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 반응하면 물 한 분자가 빠져나가면서 두 포도당이 연결되는 축합반응이 일어난다. 이러한 축합반응이 여러 번 진행될수록 연결되는 포도당의 수가 많아지고 사슬이 길어진다.

전분은 이러한 포도당의 축합반응이 굉장히 많이 진행되면서 만들어진 거대 분자이다. 무미의 백색분말로 찬물, 알코올 기타 용제에 불용성이며 분자량은 5만~ 20만이고 비중은 1.65 정도이다. 분자식은 셀룰로오스(C₆H10O5)n으로 글루코오스 단위체(Monomer)가 α-1,4 결합을 한 다당류이다. 아밀로오스와 아밀로펙틴의 비율은 녹말의 종류에 상관없이 대체로 일정한 편이다. 일반적으로 총 100중량부라고 가정하면 아밀로오스 20~ 25중량부, 아밀로펙틴 75~ 80중량부가 함유되어 있다.

그러나, 모든 녹말 분자들이 그러한 것은 아니며 찹쌀·찰옥수수 등은 아밀로오스는 거의 없고 아밀로펙틴으로 오직 이루어져 있다. 상기 전분을 처리하지 않고 바인더를 이용하여 비드를 만들 경우에 전분 비드 입자가 제품의 제형 내에서 시간이 지남에 따라 물이 침투하여 Swelling(팽창)되며 쉽게 깨지는 현상이 발생하여 스크럽제로서의 기능을 잃게 된다.

따라서, 전분을 적절한 수준의 내수성(耐水性)을 갖게 하도록 표면 처리가 필요한데, 물과의 접촉을 차단하기 위한 발수성을 부여하기 위해 전분 100중량부에 금속비누를 0.1~ 10중량비로 전분에 코팅하여 어느 정도 내수성을 갖는 코팅된 전분을 제조하였다. 상기와 같이 제조된 전분의 크기는 직경 1~ 100㎛이며 더욱 바람직하게는 2~ 10㎛이다.

상기 금속비누의 함량이 10중량부 이상을 사용할 경우 내수성은 좋아지나 금속비누가 너무 과하게 코팅된 전분은 그래뉼(알갱이) 형성이 제대로 안되어 스크럽비드를 만들기가 어렵고, 만들어진다 하여도 비드가 오히려 쉽게 깨져 버리는 형상이 발생하여 스크럽비드의 품질이 현저하게 떨어진다. 그리고, 0.1 중량부 미만이 되면 첨가 효과가 미미하여 거의 의미가 없게 된다.

참고로, 상기 금속비누(metallic soap)에 대해 간략하게 설명하면 금속비누는 지방산, 수지산(樹脂酸), 나프텐산 등 유기산의 알칼리 금속염 이외의 금속염으로 된 비누로서 알루미늄 비누, 칼슘 비누 따위가 있으며 방수제, 살충제, 살균제, 화장품, 의약품, 농약 등의 원료로 쓰인다.

이러한 코팅에 사용한 금속비누는 탄소 수(분포)가 C12~ C25의 포화 또는 불포화지방산에 2가 내지는 3가의 금속이온 즉, Zn, Al, Ca, Mg, Ti, Zr 등이 치환된 염화물을 사용할 수 있다.

상기 탄소의 수가 12 미만인 경우에 식품에 첨가한 경우에 유동성 개선이나 성형성 향상 등의 효과를 얻을 수 없고, 탄소의 수가 25를 초과하는 경우에는 공업적으로 입수가 곤란하다. 이들 지방산은 단독으로 이용하거나, 2종 이상을 조합시켜 이용할 수도 있다.

이하에서는, 본 발명에 사용되는 금속비누의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.

반응기(미도시)의 내부에 지방산과 금속 이온이 치환된 염화물을 동일 비율로 투입한 후, 100~ 120℃로 가열하여 과산화수소(전체의 1~ 60%)를 전체 지방산100중량부에 0.01~ 0.5중량부를 혼합하여 교반한 후, 물을 상기 지방산의 40~ 60중량부를 추가하여 80~ 100℃의 온도로 1~ 3시간 동안 감압 교반을 통해 제조한다.

상기 염화물의 농도는 금속비누의 생산성이나 반응 용액의 취급성을 감안하여 5~ 15중량부가 바람직할 것이다. 농도가 5중량부 이상이면 금속비누의 생산성이 실용적이고, 15중량부 이하에서는 지방산의 염화물 수용액 또는 금속비누 슬러리의 점도가 적절하게 되어 균일한 반응이 가능하다.

또한, 상기 물이 40~ 60중량부의 범위에 있으면 금속 비누의 생산성이 양호함과 동시에 더욱 고품질의 금속비누를 제조할 수 있는 것이다.

유황을 분쇄하여 미립자화하고 항균성을 부여하는 단계

본 발명의 항균스크럽비드 제조방법이 이루고자 하는 특징인 항균성을 부여하기 위해서 일반적으로 항균성을 가지고 있는 천연물인 유황을 첨가하여 전분의 단점인 쉽게 미생물에 오염이 되는 것을 방지하고자 유황을 초 미립자화하고 이를 배합하여 항균성을 부여하였다.

유황(硫黃, sulfur)이란 주기율표 6B 족에 속하는 칼로켄 원소의 일종으로 상온에서는 노란색의 고체상태를 유지하지만 고온에서는 그 반응성이 매우 커서 금, 백금을 제외한 거의 모든 금속과 반응하여 황화물을 형성하며, 천연에서는 주로 유리상태의 자연황이나 중금속과 결합된 황철석, 방연석, 섬아연석, 황동석 등의 황화물 또는 중정석, 경석고(硬石膏), 석고 등의 황산염을 비롯한 화산가스, 온천, 광천 등의 황화수소, 아황산가스, 황산의 형태로 존재한다.

유황은 칼슘, 인, 칼륨 다음으로 인체에 4번째로 많은 미네랄로, 체내의 모든 세포에서 발견되며 중요 아미노산인 시스틴(cystine), 시스테인(cysteine), 메티오닌(methionine)의 구성성분으로서 세포 자신의 생명을 위해 필수적이며, 또한 비타민인 티아민과 비오틴의 구성성분이며, 타액과 담즙 그리고 호르몬인 인슐린 속에서도 존재한다. 또한, 체중의 0.15%를 차지하며, 체내의 광물질 함량의 10%를 황이 차지한다. 이렇듯 유황은 생물의 호흡, 동화 작용 등 신진대사 활동에 없어서는 안될 가장 중요한 물질 중 하나이다. 또한, 유황은 예로부터 아토피 피부염에 효과적이고 피부 미용에 효과가 있다는 고서(古書)들이 존재하고 있어, 스크럽제의 주 소비재형인 클렌징 제품의 컨셉에도 가장 적합한 물질이다.

상기 유황을 분쇄장비(미도시)를 이용하여 0.1~ 1㎛ 정도의 입자를 만들어 배합함으로서 전분 스크럽제의 항균기능을 부여하였다. 이때, 항균성은 유황의 입자의 크기에 따라 항균력이 영향을 받는데, 입자가 작으면 작을수록 효과는 커지게 된다.

상기 유황의 입자를 0.1㎛ 이하로 한 것은 최근 나노 입자에 대한 안전성 문제가 있어 100nm이상의 입자를 사용하였고, 특히 화장품에서 나노입자 규제가 있어 화장품 산업에서의 사용 확장성을 고려하여 입자의 크기를 한정하였다.

그리고, 유황의 크기가 1㎛를 초과하면 유황의 항균성이 감소할 가능성이 있어 바람직하지 못하다. 본 발명에서 초미립자 유황은 0.05~ 1중량비를 전분에 혼합하여 사용하였다. 중량비가 미미한 편인데, 그 이유는 상기와 같은 중량비의 범위일 경우에 무기물 입자인 유황이 가장 우수한 성능을 갖게 되는 것이다.

그 이유는 유황이 0.05중량부 미만이면 첨가 효과가 없으며, 1중량부를 초과하면 지방산의 염기성 화합물염 수용액 또는 금속비누 슬러리의 점도가 적절하지 못하게 된다. 참고로, 본 단계에서는 유황을 예로 들었지만, 유황에 국한되지 않고 항균성을 가지는 재료는 어떠한 것이라 할지라도 무방한 것이다.

유황이 혼합된 전분의 과립화 (Granulation) 단계

본 단계는 이전 단계에서 만들어진 금속비누가 코팅된 전분과 나노화된 유황이 혼합된 혼합물을 입자화를 하기 위한 공정으로서 항균으로 코팅된 전분을 적절한 고분자바인더와 혼합하여 입자화하는 단계이다.

이때, 사용하는 고분자바인더로는 셀룰로오즈계 고분자 물질인 소듐 카르복시 메틸 셀룰로오즈, 포타슘 카르복시 메칠 셀룰로오즈, 하이드록시 메틸 셀룰로오즈, 하이드록시 에틸 세룰로오즈, 하이드록시 프로필 메칠 셀룰로오즈와 젤라틴, 한천, 카르복시 비닐 폴리머, 폴리 옥시 에칠렌글리콜 에테르에서 선택되는 최소 하나 이상을 혼합한 고분자바인더를 0.1~ 5중량부로 상기 코팅전분과 혼합하여 전분의 그래뉼화를 완성하여 만드는 것이다. 상기 고분자바인더의 자체 농도는 순도 100%의 정품이 바람직하다.

상기 고분자바인더가 0.1중량부 미만이면 첨가효과가 너무 미미하고 5중량부를 초과하면 고분자바인더의 과다로 인하여 완성되는 항균스크럽 비드의 품질을 떨어뜨리게 될 가능성이 있기 때문이다.

여기서, 상기 고분자바인더의 pH는 4~ 8의 비교적 약산에서 중성인 것이 바람직한데, 고분자바인더가 강한 산성이나 강한 알칼리성인 경우에는 아연 등과 같은 금속성 원소와 접촉하여 급격히 발열반응을 일으켜 아연산염이 되므로 부적절하므로, 상기 중성 범위의 산도를 가진 고분자바인더는 아연 분말이 적절한 정도의 반응을 일어나도록 하여 전분 표면과 강하게 전착되도록 한다. 만일, 고분자바인더가 전분 표면과 강하게 전착되지 아니하는 경우에는 코팅화된 전분이 탈락되는 문제점이 발생하게 된다.

상기와 같은 고분자바인더를 이용하여 혼합시켜 입자(알갱이) 형태화하는 과정은 통상적인 것인데 예로서, 상기 고분자바인더와 상기 전분을 섞어서 버무려 슬러지화시켜 마치 진흙과 같은 상태로 만든 다음, 강제 분사과정을 거쳐 건조하여 입자 모형화시키는 방식 등이 있을 것이다.

본 발명에서 채택된 공정은 습식 입자형 방식으로, 그 중에서도 액체 스프레이 입자 방식이 적용되며, 이러한 액체 스프레이 방식에 의해, 전분 등이 혼합하는 과정에서 골고루 섞이고 나면 스크리닝 및 급송 단계를 거쳐 액체 스프레이가 분사된다.

여기서, 상기 입자화 진행의 형태는 그래뉼레이터(granulator: 미도시)에서 수행되며, 믹싱이 완료된 입자를 중온 공기 조건하에서 유동층을 형성한 후, 바인더를 분무하여 소정의 입자(알갱이) 형태를 형성하게 되는 것이며, 형성된 상기 입자의 크기는 0.1~ 1.0mm이다. (바람직하게는 0.2~ 0.7mm)

상기 입자화시키는 과정에서 상기 바인더 용액의 도포는 노즐(미도시) 분무를 통해 상기 입자의 외주면을 완전히 감쌀 때까지 수행되는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명의 제조방법에 의한 전분 항균스크럽비드는 자연계에서 분해되지 않는 플라스틱의 대체 물질로서 인체에 안전하고 자연 생태계에 해가 없는 식품성분인 전분을 이용하여 비드(입자)를 만들되, 스크럽제로 전분이 가지고 있는 특성인 물에 쉽게 풀어지는 문제를 전분 표면처리를 통하여 내수성을 부여하고 셀룰로오즈계 바인더와 아크릴 바인더를 코팅하여 물에 쉽게 풀어지지 않는 장점이 있다.

또한, 전분의 또 다른 문제점인 약한 미생물 오염의 문제를 해결하기 위해 천연 항균 성분인 유황을 초 미립자화하여 적용함으로서 화장품이나 생활용품에서의 재형내 미생물 오염문제를 해결한 탁월한 기능도 있는 것이다.

< 실시예 1>

1. 전분을 금속비누로 표면처리하여 코팅화

소정의 반응기에 포화 지방산 (C₁₈ 60%) 568.95g을 넣고 70℃로 가열한 다음에 Zn(98%) 97.6g을 넣고 분산시킨다. 여기에 과산화수소(26%) 1g을 첨가하고, 10분정도 교반한 후, 25℃의 온도로 50ml를 추가로 첨가하여 90℃로 30분 동안 교반시켜 금속비누를 생성하였다.

전분 100g에 상기와 같이 제조된 금속비누 7g을 코팅시켜 내수성을 갖는 코팅된 전분 8㎛을 만들었다.

2. 유황 나노입자 제조

유황을 80℃의 온도에서 충분하게 건조시켜 완전히 건조된 유황을 0.5㎛의 크기로 분쇄하여 항균화시켜 입자를 얻었다.

3. 스크럽 비드의 제조

상기 코팅전분 100g과 상기 미립자된 유황 1g을 혼합한 혼합물에 소듐 카르복시 메틸셀룰로오즈 4g을 혼합해서 분사하여 0.5mm 크기의 입자 형태로 만들어 항균스크럽비드를 제조하였다.

< 실시예 2>

상기 실시예 1에서 소듐 카르복시 메틸셀룰로오즈 대신에 한천 3g을 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 항균스크럽비드를 제조하였다.

< 실시예 3>

상기 실시예 1에서 소듐 카르복시 메틸셀룰로오즈 대신에 하이드록시 에틸 세룰로오즈 4g을 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 항균스크럽비드를 제조하였다.

< 실시예 4>

상기 실시예 1에서 소듐 카르복시 메틸셀룰로오즈 대신에 포타슘 카르복시메칠 셀룰로오즈를 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 항균스크럽비드를 제조하였다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것은 명백한 것이다.

Claims (4)

1. 전분 항균스크럽비드의 제조방법에 있어서,
   상기 전분 항균스크럽비드의 제조방법은 직경 1~ 100㎛의 전분 100중량부에 고분자바인더 0.1~ 5중량부를 혼합시켜 0.1~ 1.0mm 크기의 입자 형태를 가지는 항균스크럽비드를 제조하고, 상기 항균스크럽비드는 인체에 무해하고 자연계에서 생분해되는 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 전분 항균스크럽비드의 제조방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 전분과 상기 고분자바인더를 혼합할 때, 유황 미립자 0.05~ 1중량부를 더 포함시켜 혼합하는 것을 특징으로 하는 전분 항균스크럽비드의 제조방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 고분자바인더는 소듐 카르복시 메틸셀룰로오즈, 포타슘 카르복시메칠 셀룰로오즈, 하이드록시 메틸셀룰로오즈, 하이드록시 에틸 셀룰로오즈, 하이드록시 프로필 메틸셀룰로오즈, 젤라틴, 한천, 카르복시 비닐 폴리머 및 폴리옥시 에칠렌글리콜 에테르 중에서 최소 1개 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 전분 항균스크럽비드의 제조방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 고분자바인더의 pH는 4~ 8인 것을 특징으로 하는 전분 항균스크럽비드의 제조방법.
   
   
   
   

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