KR20190122308A - Gel type mineral oil, shear thickening fluid and preparing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 겔형 미네랄 오일, 전단농화 유체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 겔화제로 레시틴(lecithin) 및 CaCl2를 사용하여 제조되는 겔형 미네랄 오일, 겔화제 및 액화제를 첨가하여 제조되는 전단농화의 특성을 갖는 유체 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a gel mineral oil, a shear thickening fluid and a method for preparing the same, the characteristics of the shear thickening prepared by adding a gel mineral oil, a gelling agent and a liquidizing agent prepared using lecithin and CaCl 2 as a gelling agent It relates to a fluid having and a method for producing the same.
최근 식품, 화장품 공업용 증점제 등 광범위한 분야에서 겔이 사용됨에 따라 그 응용에 기대를 모으고 있다. 겔은 분산되어 있던 입자(sol)가 망상구조를 이루며 굳어진 것을 의미하며, 이때 고체인 부분을 제외한 공간을 물이 채우고 있으면 하이드로겔(hydrogel), 공기가 채우고 있으면 에어로겔(aerogel), 유기용매가 채우고 있다면 올가노겔(organogel; 이하 유기겔)이라 부른다.Recently, as gels have been used in a wide range of fields, such as thickeners for the food and cosmetic industries, it is expected to have applications. Gel means that the dispersed particles (sol) form a network structure and harden. If water fills the space except the solid part, the gel is filled with hydrogel, and if the air is filled with aerogel and organic solvent, If present, it is called an organogel.
유기겔은 비정질, 유리질 형태가 아닌 고체에 유기물 성분의 액체가 섞여 들어갈 형태의 겔이며, 유기겔은 열가소성을 갖고 있어 높은 온도에서는 쉽게 변형되고, 온도를 낮추면 다시 원래 형태로 만들 수 있다. The organic gel is a gel in which the organic liquid is mixed in a solid, not in the amorphous and glassy form. The organic gel has thermoplasticity, which is easily deformed at a high temperature, and can be returned to its original form at a lower temperature.
이러한 유기겔은 음식, 약물 전달 및 오일 회수와 같은 다양한 분야에 적용될 수 있기 때문에 다양한 연구가 진행되고 있으나, 일부 유기겔만이 음식 및 인체에 적용되고 있고, 유기겔을 형성하기 위해 높은 농도의 유기겔화제가 요구되기 때문에 생산 비용이 증가하고 상업적으로 유기겔화제의 사용이 제한되고 있는 실정이다.Various researches are being conducted because these organic gels can be applied to various fields such as food, drug delivery, and oil recovery, but only some organic gels are applied to food and human body, and high concentrations of organic gels are formed to form organic gels. Since I am required, the production cost is increased and the use of the organic gelling agent is limited commercially.
관련된 선행문헌으로 대한민국 공개특허 제10-2013-0022709호(공개일: 2013.03.07)에 개시된 "내부젤화 기술을 이용한 생리활성 물질 함유 베타락토글로불린/알긴산 나노에멀젼 전달체 및 그 제조방법"이 있다.Related prior arts are disclosed in Korean Patent Application Publication No. 10-2013-0022709 (published: 2013.03.07), "Betalactoglobulin / alginic acid nanoemulsion carrier containing bioactive substance using internal gelation technology and a method of preparing the same".
따라서, 본 발명의 목적은 세포 배양, 음식 제조 및 화장품과 같은 인체에 사용할 수 있어, 생체적합성이 우수한 겔형 미네랄 오일을 제공하는데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a gel-type mineral oil having excellent biocompatibility, which can be used in human body such as cell culture, food preparation and cosmetics.
또한, 본 발명의 다른 목적은 졸 상태의 미네랄 오일을 겔형 미네랄 오일로 제조하는 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for preparing a mineral oil in a sol form as a gel mineral oil.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 전단속도 또는 전단응력이 증가함에 따라 점도가 급격히 증가하는 전단농화의 특성을 갖는 유체를 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a fluid having a characteristic of shear thickening, the viscosity of which rapidly increases as the shear rate or shear stress increases.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)는 이하의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problem (s) mentioned above, and other object (s) not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 미네랄 오일; 및 CaCl2 및 레시틴(lecithin)를 포함하는 겔화제;를 포함하는 겔형 미네랄 오일을 제공한다. In order to solve the above problems, the present invention is a mineral oil; It provides a gel-type mineral oil comprising; and a gelling agent comprising CaCl 2 and lecithin.
또한, 본 발명은 CaCl2 및 레시틴을 알코올 용액에 용해시키고 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계; 상기 혼합 용액을 건조시켜 혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 혼합물에 미네랄 오일을 첨가하고 가열하는 단계;를 포함하는 겔형 미네랄 오일의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of dissolving and mixing CaCl 2 and lecithin in alcohol solution to prepare a mixed solution; Drying the mixed solution to prepare a mixture; It provides a method for producing a gel-type mineral oil comprising; and adding and heating the mineral oil to the mixture.
또한, 본 발명은 미네랄 오일; CaCl2 및 레시틴(lecithin)를 포함하는 겔화제; 및 알코올의 액화제;를 포함하는 전단농화 유체를 제공한다.In addition, the present invention is a mineral oil; Gelling agents including CaCl 2 and lecithin; And a liquefying agent of alcohol; provides a shear thickening fluid comprising.
또한, 본 발명은 CaCl2 및 레시틴을 알코올 용액에 용해시키고 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계; 상기 혼합 용액을 건조시켜 혼합물을 제조하는 단계; 상기 혼합물에 미네랄 오일을 첨가하고 가열하여 겔형 미네랄 오일을 제조하는 단계; 및 상기 겔형 미네랄 오일에 알코올을 첨가하는 단계;를 포함하는 전단농화 유체의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of dissolving and mixing CaCl 2 and lecithin in alcohol solution to prepare a mixed solution; Drying the mixed solution to prepare a mixture; Adding a mineral oil to the mixture and heating to prepare a gel mineral oil; It provides a method for producing a shear thickening fluid comprising; and adding alcohol to the gel mineral oil.
본 발명에 따르면, 유기 겔화제로서 레시틴 및 CaCl2를 사용함으로써 생체적합성이 우수하고 독성이 없으므로, 세포 배양, 화장품 및 음식 제조에 안전하게 사용될 수 있다. According to the present invention, by using lecithin and CaCl 2 as the organic gelling agent is excellent in biocompatibility and non-toxic, it can be safely used in cell culture, cosmetics and food production.
또한, 레시틴 및 CaCl2의 총량(5 중량% 미만)을 소량 사용하더라도 미네랄 오일을 겔화시킬 수 있어, 겔의 제조 비용을 크게 감소시킬 수 있다. In addition, the use of a small amount (less than 5% by weight) of the total amount of lecithin and CaCl 2 can gel the mineral oil, which can greatly reduce the manufacturing cost of the gel.
또한, 종래 유기 겔화제는 복수의 공정으로 제조되는데 반해, 간단한 방법으로 미네랄 오일을 겔화시킬 수 있으므로, 대량 생산이 가능하다. In addition, while the conventional organic gelling agent is manufactured in a plurality of processes, the mineral oil can be gelled by a simple method, so that mass production is possible.
도 1은 본 발명에 따른 겔형 미네랄 오일 및 졸형 미네랄 오일을 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 겔형 미네랄 오일의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전단농화 유체의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 겔형 미네랄 오일에서 CaCl2의 농도에 따른 점도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 겔형 미네랄 오일에서 전단 속도 변화에 따른 점도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 겔형 미네랄 오일에서 CaCl2/레시틴 몰비 변화에 따른 FTIR 흡수 밴드 변화를 나타낸 그래프이다.1 is a photograph showing a gel mineral oil and a sol mineral oil according to the present invention.
Figure 2 is a flow chart showing a method for producing a gel mineral oil according to the present invention.
3 is a flow chart showing a method for producing a shear thickening fluid according to the present invention.
Figure 4 is a graph showing the viscosity change according to the concentration of CaCl 2 in the gel mineral oil according to the present invention.
5 is a graph showing a change in viscosity with a change in shear rate in the gel mineral oil according to the present invention.
6 is a graph showing the change in FTIR absorption band according to the CaCl 2 / lecithin molar ratio change in the gel mineral oil according to the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.Advantages and features of the present invention, and a method of achieving the same will become apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings.
그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.However, the present invention is not limited by the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the present embodiments make the disclosure of the present invention complete, and those skilled in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the person having the scope of the invention, which is defined only by the scope of the claims.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that related related technologies and the like may obscure the gist of the present invention, detailed description thereof will be omitted.
본 발명은 미네랄 오일; 및The present invention is a mineral oil; And
CaCl2 및 레시틴(lecithin)를 포함하는 겔화제;를 포함하는 겔형 미네랄 오일을 제공한다.It provides a gel-type mineral oil comprising; a gelling agent comprising CaCl 2 and lecithin.
본 발명에 따르면, 미네랄 오일은 일반적으로 졸 상태이나, 미네랄 오일에 CaCl2 및 레시틴으로 이루어진 겔화제를 첨가함으로써, 졸 상태의 미네랄 오일을 겔형의 미네랄 오일로 변환시킬 수 있다. According to the present invention, the mineral oil is generally in a sol state, but the mineral oil in the sol state can be converted into a gel mineral oil by adding a gelling agent consisting of CaCl 2 and lecithin to the mineral oil.
구체적으로, 도 1은 본 발명에 따른 겔형 미네랄 오일을 나타낸 사진으로, 도 1에 나타낸 바와 같이 졸형이 미네랄 오일은 역 마이셀(reverse micelle) 형상이나, 겔화제로 CaCl2와 레시틴을 사용함으로써, CaCl2및 레시틴은 서로 상호 작용하여 역 원통형 마이셀을 형성할 수 있고, 역 원통형 마이셀이 서로 결합하여 미네랄 오일은 겔형으로 형성될 수 있다. Specifically, FIG. 1 is a photograph showing a gel mineral oil according to the present invention. As shown in FIG. 1, the sol-type mineral oil has a reverse micelle shape, but by using CaCl 2 and lecithin as a gelling agent, CaCl 2 And lecithin may interact with each other to form an inverted cylindrical micelle, and the inverted cylindrical micelles may bind to each other to form a mineral oil in a gel form.
이때, 상기 CaCl2 및 레시틴의 몰비(CaCl2/레시틴)는 0.125 ~ 0.5인 것이 바람직하다. 상기 몰비가 0.125 미만인 경우에는 레시틴의 헤드 기와 CaCl2와의 상호 작용이 충분히 이루어지지 않아 겔형의 미네랄 오일이 제조되지 않는 문제가 있고, 0.5를 초과하는 경우에는 CaCl2의 침전이 발생하여 겔형의 미네랄 오일을 제조할 수 없다. At this time, the molar ratio of CaCl 2 and lecithin (CaCl 2 / lecithin) is preferably 0.125 ~ 0.5. When the molar ratio is less than 0.125, there is a problem in that gel mineral oil is not produced because the interaction between the head group of the lecithin and CaCl 2 is not sufficiently performed. When the molar ratio is higher than 0.5, precipitation of CaCl 2 occurs to cause gel mineral oil. Cannot be prepared.
또한, 본 발명에 따른 겔형 미네랄 오일은 전술한 몰비 범위에서 10 ~ 103 Pa·s의 영전단 점도를 나타낼 수 있다. In addition, the gel mineral oil according to the present invention may exhibit a Young Shear Viscosity of 10 to 10 3 Pa · s in the above-described molar ratio range.
또한, 본 발명은 CaCl2 및 레시틴을 알코올 용액에 용해시키고 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계;In addition, the present invention comprises the steps of dissolving and mixing CaCl 2 and lecithin in alcohol solution to prepare a mixed solution;
상기 혼합 용액을 건조시켜 혼합물을 제조하는 단계; 및Drying the mixed solution to prepare a mixture; And
상기 혼합물에 미네랄 오일을 첨가하고 가열한 후 냉각시키는 단계;를 포함하는 겔형 미네랄 오일의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a gel-type mineral oil comprising; and adding a mineral oil to the mixture, heating and cooling.
도 2는 본 발명에 따른 겔형 미네랄 오일의 제조방법을 나타낸 순서도이다. 이하, 도 2를 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다.Figure 2 is a flow chart showing a method for producing a gel mineral oil according to the present invention. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to FIG. 2.
본 발명에 따른 겔형 미네랄 오일의 제조방법은 CaCl2 및 레시틴을 알코올 용액에 용해시키고 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계(S100)를 포함한다.Method for preparing a gel mineral oil according to the present invention comprises the step of dissolving CaCl 2 and lecithin in alcohol solution and mixing to prepare a mixed solution (S100).
이때, CaCl2 및 레시틴은 알코올 용액을 이용하여 용해되고, CaCl2 및 레시틴 각각을 알코올 용액에 용해시킨 후 서로 혼합될 수 있다. In this case, CaCl 2 and lecithin may be dissolved using an alcohol solution, and CaCl 2 and lecithin may be dissolved in an alcohol solution and then mixed with each other.
상기 CaCl2 및 레시틴의 몰비는 0.125 ~ 0.5인 것이 바람직하다. 상기 몰비 범위의 한정은 전술한 바와 동일하다. The molar ratio of CaCl 2 and lecithin is preferably 0.125 to 0.5. The limitation of the molar ratio range is the same as described above.
다음으로, 본 발명에 따른 겔형 미네랄 오일의 제조방법은 상기 혼합 용액을 건조시켜 혼합물을 제조하는 단계(S200)를 포함한다.Next, the method for producing a gel mineral oil according to the present invention includes the step of preparing a mixture by drying the mixed solution (S200).
이때, 건조 공정은 혼합 용액에 포함된 용매를 제거하기 위한 것이며, 질소 스트림을 이용하여 수행될 수 있다. At this time, the drying process is to remove the solvent contained in the mixed solution, it can be performed using a nitrogen stream.
본 발명에 따른 겔형 미네랄 오일의 제조방법은 상기 혼합물에 미네랄 오일을 첨가하고 가열하는 단계(S300)를 포함한다.Method for producing a gel-type mineral oil according to the invention comprises the step of adding a mineral oil to the mixture and heating (S300).
이때, 혼합물은 미네랄 오일 총 중량의 1 ~ 4 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 상기 혼합물이 1 중량% 미만으로 포함되는 경우에는 겔화제가 충분히 첨가되지 않아 미네랄 오일을 겔형으로 형성시킬 수 없는 문제가 있고, 4 중량%를 초과하는 경우에는 겔화제가 침전되어 겔형의 미네랄 오일을 제조할 수 없다.At this time, the mixture is preferably added in 1 to 4% by weight of the total weight of the mineral oil. If the mixture is contained in less than 1% by weight, there is a problem that the gelling agent is not added enough to form the mineral oil in a gel form. If the mixture is more than 4% by weight, the gelling agent is precipitated to prepare a gel-type mineral oil. Can't.
또한, 상기 가열은 30 ~ 55 ℃에서 수행되는 것이 바람직하다. 상기 가열이 30 ℃ 미만에서 수행되는 경우에는 겔형의 미네랄 오일을 제조할 수 없는 문제가 있고, 55 ℃를 초과하는 경우에는 겔 네트워크가 파괴되어 겔형의 미네랄 오일을 제조할 수 없는 문제가 있다. In addition, the heating is preferably carried out at 30 ~ 55 ℃. If the heating is performed at less than 30 ℃ there is a problem that can not produce a gel-type mineral oil, if it exceeds 55 ℃ there is a problem that the gel network is broken to produce a gel-type mineral oil.
또한, 본 발명은 미네랄 오일;In addition, the present invention is a mineral oil;
CaCl2 및 레시틴(lecithin)를 포함하는 겔화제; 및Gelling agents including CaCl 2 and lecithin; And
알코올의 액화제;를 포함하는 전단농화 유체를 제공한다.It provides a shear thickening fluid comprising a; liquefying agent of alcohol.
구체적으로, 본 발명에 따른 전단농화 유체는 미네랄 오일, 겔화제 및 액화제를 포함하고, CaCl2 및 레시틴의 겔화제를 첨가하여 제조되는 겔형 미네랄 오일에 액화제를 첨가하여 전단속도 또는 전단응력이 증가함에 따라 점도가 급격히 증가하는 전단농화의 특성을 갖는 유체를 제조할 수 있다. Specifically, the shear thickening fluid according to the present invention includes a mineral oil, a gelling agent and a liquefying agent, and the shear rate or shear stress is increased by adding a liquefying agent to the gel-type mineral oil prepared by adding a gelling agent of CaCl 2 and lecithin It is possible to prepare a fluid having the property of shear thickening, the viscosity of which rapidly increases with increasing.
특히, 본 발명에 따른 전단농화 유체(STF: Shear-Thickening Fluid)라고 불리는 액체를 활용해 액체 방탄복을 제조할 수 있으며, 방탄복 내부 액체는 온도에 상관없이 액상을 유지하다가 피격을 받은 순간에만 단단해진다. 이러한 전단농화 유체는 고속으로 날아온 탄환 등이 신체를 관통하지 못하도록 막을 뿐만 아니라 발사체가 가하는 충격 에너지를 넓은 범위로 분산시켜주는 역할도 한다. In particular, a liquid body armor can be prepared using a liquid called Shear-Thickening Fluid (STF) according to the present invention, and the liquid body inside the body body becomes hard only at the moment when it is hit while maintaining a liquid regardless of temperature. . The shear thickening fluid not only prevents bullets flying at high speed from penetrating the body, but also distributes a wide range of impact energy applied to the projectile.
상기 CaCl2 및 레시틴의 몰비는 0.125 ~ 0.5인 것이 바람직하고, 상기 몰비 범위를 전술한 한정 이유와 동일하다. The molar ratio of CaCl 2, and that the lecithin is 0.125 ~ 0.5, and preferably, is the same as the reason for limiting the above-mentioned molar ratio range.
또한, 상기 알코올은 구체적으로 에탄올을 사용할 수 있으며, 알코올의 농도는 128 ~ 214 mM인 것이 바람직하다. 상기 알코올의 농도가 전술한 범위 외에서는 전단농화의 특성이 발현되지 않아 전단농화 유체를 제조할 수 없는 문제가 있다. In addition, the alcohol may be specifically used ethanol, the concentration of the alcohol is preferably 128 ~ 214 mM. If the concentration of the alcohol is outside the above-mentioned range, there is a problem in that the shear thickening fluid is not expressed, and thus the shear thickening fluid cannot be prepared.
또한, 본 발명은 CaCl2 및 레시틴을 알코올 용액에 용해시키고 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계;In addition, the present invention comprises the steps of dissolving and mixing CaCl 2 and lecithin in alcohol solution to prepare a mixed solution;
상기 혼합 용액을 건조시켜 혼합물을 제조하는 단계;Drying the mixed solution to prepare a mixture;
상기 혼합물에 미네랄 오일을 첨가하고 가열하여 겔형 미네랄 오일을 제조하는 단계; 및Adding a mineral oil to the mixture and heating to prepare a gel mineral oil; And
상기 겔형 미네랄 오일에 알코올을 첨가하는 단계;를 포함하는 전단농화 유체의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a shear thickening fluid comprising; adding an alcohol to the gel mineral oil.
도 3은 본 발명에 따른 전단농화 유체의 제조방법을 나타낸 순서도이다.3 is a flow chart showing a method for producing a shear thickening fluid according to the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전단농화 유체의 제조방법은 전술한 겔형 미네랄 오일의 제조방법에서 제조된 겔형 미네랄 오일에 알코올을 첨가하는 단계(S400)를 추가로 포함한다. Referring to Figure 3, the method for producing a shear thickening fluid according to the present invention further comprises the step of adding alcohol to the gel mineral oil prepared in the gel mineral oil manufacturing method described above (S400).
이때, 상기 CaCl2 및 레시틴의 몰비는 0.125 ~ 0.5인 것이 바람직하고, 상기 가열은 30 ~ 55 ℃에서 수행되는 것이 바람직하다. At this time, the molar ratio of CaCl 2 and lecithin is preferably 0.125 ~ 0.5, the heating is preferably carried out at 30 ~ 55 ℃.
또한, 본 발명에 따른 전단농화 유체의 제조방법에서 겔형 미네랄 오일에 첨가되는 알코올의 농도는 128 ~ 214 mM인 것이 바람직하다. 상기 알코올의 한정이유는 전술한 바와 동일하다. In addition, the concentration of the alcohol added to the gel mineral oil in the method for producing a shear thickening fluid according to the present invention is preferably 128 ~ 214 mM. The reason for limitation of the alcohol is the same as described above.
실시예 1: 겔형 미네랄 오일의 제조 1Example 1 Preparation of
1. 혼합 용액 제조1. Preparation of mixed solution
CaCl2 및 레시틴을 각각 메탄올에 용해시켜 100 mM의 저장 용액을 제조하였다. 원하는 농도에 도달할 때까지 메탄올 내의 레시틴을 CaCl2와 혼합하였다. 이때, 원하는 농도는 레시틴 농도를 40 mM로 고정한 후 CaCl2를 5 mM의 농도로 첨가(CaCl2/레시틴의 몰비=0.125)하는 방법으로 조절되었다. CaCl 2 and lecithin were each dissolved in methanol to prepare a 100 mM stock solution. Lecithin in methanol was mixed with CaCl 2 until the desired concentration was reached. At this time, the desired concentration was adjusted by fixing the lecithin concentration to 40 mM and then adding CaCl 2 to a concentration of 5 mM (molar ratio of CaCl 2 /lecithin=0.125).
2. 혼합물 제조2. Mixture Manufacturing
농도는 흄 후드 하 질소 스트림을 사용하였으며, 55 ℃의 진공 오븐에 적어도 24시간 동안 넣어 용매를 제거하였다. The concentration used a nitrogen stream under a fume hood and was placed in a vacuum oven at 55 ° C. for at least 24 hours to remove solvent.
3. 겔형 미네랄 오일 제조3. Gel mineral oil production
용매를 제거한 후 미네랄 오일을 첨가하고, 용액이 균질하고 투명할 때까지 55 ℃에서 교반하고 가열하여 겔형 미네랄 오일을 제조하였다. 겔형 미네랄 오일의 부피는 4 mL로 고정하였다.After removing the solvent, mineral oil was added, and the gel mineral oil was prepared by stirring and heating at 55 ° C. until the solution was homogeneous and transparent. The volume of gel mineral oil was fixed at 4 mL.
실시예 2: 겔형 미네랄 오일의 제조 2Example 2 Preparation of
CaCl2의 농도를 10 mM로 첨가(CaCl2/레시틴의 몰비=0.25)한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 겔형 미네랄 오일을 제조하였다. The concentration of CaCl 2 was added to 10 mM, except that (molar ratio = 0.25 in the CaCl 2 / lecithin), and performs the same procedure as in Example 1 to prepare a gel-like mineral oil.
실시예 3: 겔형 미네랄 오일의 제조 3Example 3: Preparation of Gel Mineral Oil 3
CaCl2의 농도를 15 mM로 첨가(CaCl2/레시틴의 몰비=0.375)한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 겔형 미네랄 오일을 제조하였다. Gel-like mineral oil was prepared in the same manner as in Example 1, except that the concentration of CaCl 2 was added to 15 mM (molar ratio of CaCl 2 /lecithin=0.375).
실시예 4: 겔형 미네랄 오일의 제조 4Example 4 Preparation of Gel Mineral Oil 4
CaCl2의 농도를 20 mM로 첨가(CaCl2/레시틴의 몰비=0.5)한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 겔형 미네랄 오일을 제조하였다.It was added to a concentration of 20 mM in CaCl 2, except that (CaCl 2 / lecithin molar ratio = 0.5) and performs the same procedure as in Example 1 to prepare a gel-like mineral oil.
실시예 5: 전단농화 유체의 제조 1Example 5 Preparation of
상기 실시예 1에세 제조된 겔형 미네랄 오일에 에탄올을 128 mM의 농도로 첨가하여 전단농화 유체를 제조하였다.Shear thickening fluid was prepared by adding ethanol at a concentration of 128 mM to the gel mineral oil prepared in Example 1 above.
실시예 6: 전단농화 유체의 제조 2Example 6 Preparation of
상기 실시예 1에세 제조된 겔형 미네랄 오일에 에탄올을 214 mM의 농도로 첨가하여 전단농화 유체를 제조하였다.Shear thickening fluid was prepared by adding ethanol at a concentration of 214 mM to the gel mineral oil prepared in Example 1 above.
실험예 1: CaCl2 및 레시틴의 몰비 및 농도에 따른 점도 분석Experimental Example 1: Viscosity analysis according to the molar ratio and concentration of CaCl 2 and lecithin
본 발명에 따른 겔화된 미네랄 오일에서 CaCl2 및 레시틴의 몰비 및 농도에 따른 점도를 분석하고, 그 결과를 도 3에 나타내었다. 도 4의 (a), (b) 및 (c)는 각각 (1) 미네랄 오일, (2) 미네랄 오일 및 (3)의 미네랄 오일의 CaCl2 농도에 따른 영전단 점도를 나타낸 것이다.The viscosity according to the molar ratio and concentration of CaCl 2 and lecithin in the gelled mineral oil according to the present invention was analyzed, and the results are shown in FIG. (A), (b) and (c) of FIG. 4 show the Young's shear viscosity according to CaCl 2 concentration of (1) mineral oil, (2) mineral oil and (3) mineral oil, respectively.
구체적으로, 미네랄 오일의 농도는 40 mM로 고정한체, CaCl2의 농도를 0 ~ 35 mM로 변화시키면서 영전단점도(zero shear viscosity)를 측정하였으며, 미네랄 오일은 Sigma-Aldrich 사 제품(1), BAYER사 제품(2) 및 JOHNSON & JOHNSON사 제품(3)을 사용하였다.Specifically, the concentration of mineral oil was measured at 40 mM, and the zero shear viscosity was measured while changing the concentration of CaCl 2 from 0 to 35 mM, and the mineral oil was manufactured by Sigma-Aldrich (1), The BAYER company (2) and JOHNSON & JOHNSON company (3) were used.
도 4를 참조하면, CaCl2/레시틴의 몰비는 B0으로 나타내었으며, 레시틴 및 CaCl2의 총량을 5 중량% 미만으로 첨가하였다. 0 mM의 CaCl2(B0=0)에서 점도는 미네랄 오일의 점도에 가까웠다. CaCl2의 농도를 5 mM(B0=0.125)로 증가시키면, 점도가 약간 증가하였고, 0 mM의 CaCl2 대비 약 10배 증가하였다. 10 mM의 CaCl2(B0=0.25)에서 점도는 급격하게 증가하였으며, (1) 및 (3)의 미네랄 오일은 15 mM CaCl2(B0=0.375)에서 최대 점도에 도달하였으며, (2)의 미네랄 오일은 20 mM CaCl2(B0=0.5)에서 최대 점도에 도달하였다. CaCl2의 농도를 더 증가시키면, (1) 및 (2) 미네랄 오일의 점도는 30 mM CaCl2(B0=0.75)까지 서서히 감소되었으며, 30 mM CaCl2 이상에서는 침전으로 인해 혼탁해졌다. (3) 미네랄 오일의 경우에는 점도가 20 mM CaCl2까지 서서히 감소되었으며, 20 mM CaCl2 이상에서는 침전이 발생되었다. Referring to FIG. 4, the molar ratio of CaCl 2 / lecithin was expressed as B 0 , and the total amount of lecithin and CaCl 2 was added at less than 5 wt%. At 0 mM CaCl 2 (B 0 = 0) the viscosity was close to that of mineral oil. Increasing the concentration of CaCl 2 to 5 mM (B 0 = 0.125) resulted in a slight increase in viscosity and about 10-fold increase over 0 mM CaCl 2 . The viscosity increased rapidly at 10 mM CaCl 2 (B 0 = 0.25), and the mineral oils of (1) and (3) reached the maximum viscosity at 15 mM CaCl 2 (B 0 = 0.375), (2) Mineral oil reached its maximum viscosity at 20 mM CaCl 2 (B 0 = 0.5). Further increasing the concentration of CaCl 2 , the viscosity of (1) and (2) mineral oils slowly decreased to 30 mM CaCl 2 (B 0 = 0.75) and became cloudy due to precipitation above 30
실험예 2: 미네랄 오일의 온도에 따른 겔화/비겔화 분석Experimental Example 2: gelation / non-gelling analysis according to the temperature of mineral oil
본 발명에 따른 미네랄 오일의 온도에 따른 겔화 및 비겔화(ungelling)를 분석하고, 그 결과를 도 5에 나타내었다. 도 5의 (a)는 가열 및 냉각 동안 미네랄 오일(1)의 점도 변화를 나타낸 그래프이고, (b)는 에탄올 첨가에 따른 미네랄 오일(1)의 비겔화를 나타낸 그래프이다.The gelation and ungelling (ungelling) according to the temperature of the mineral oil according to the present invention was analyzed and the results are shown in FIG. 5 (a) is a graph showing the viscosity change of the mineral oil (1) during heating and cooling, (b) is a graph showing the non-gelling of the mineral oil (1) with the addition of ethanol.
미네랄 오일을 20 ℃에서 110 ℃까지 가열한 후 20 ℃로 냉각시켰다. 도 5의 (a)는 가열 및 냉각 동안 점도 변화를 나타낸다. 미네랄 오일을 가열하면 점도가 약 60 ℃까지 서서히 감소하다가 110 ℃에서 급격히 감소한다. 이는 겔 네트워크가 약 60 ℃에서 파괴되는 것을 나타낸다. 110 ℃에서 미네랄 오일의 원래 점도와 가깝게 나타나고, 미네랄 오일을 냉각시키면 약 50 ℃까지 점도가 급격히 증가하고, 냉각할수록 가열 전의 점도에 도달하는 것을 알 수 있다. The mineral oil was heated from 20 ° C to 110 ° C and then cooled to 20 ° C. 5 (a) shows the viscosity change during heating and cooling. When heating mineral oil, the viscosity gradually decreases to about 60 ° C and then rapidly decreases at 110 ° C. This indicates that the gel network breaks at about 60 ° C. It can be seen that at 110 ° C., close to the original viscosity of the mineral oil, when the mineral oil is cooled, the viscosity rapidly increases to about 50 ° C., and the cooling reaches the viscosity before heating.
또한, 액화제(비겔화제)로 에탄올을 사용하여 미네랄 오일을 액화시켰다. 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이, 미네랄 오일의 영전단 점도를 에탄올을 첨가하여 측정하였다. 에탄올의 농도가 증가하면 미네랄 오일의 점도가 감소하고, 385 mM의 에탄올이 사용되면 미네랄 오일의 본래 점도에 가까워졌다. 이러한 점으로 미뤄보아 에탄올을 소량 첨가하면 겔이 간단하게 액화되는 것을 알 수 있다. 비겔화된 미네랄 오일은 에탄올을 제거하면 다시 겔화될 수 있다. In addition, mineral oil was liquefied using ethanol as a liquefaction agent (non-gelling agent). As shown in FIG. 5B, the Young Shear viscosity of the mineral oil was measured by adding ethanol. Increasing the concentration of ethanol decreased the viscosity of the mineral oil, and using 385 mM ethanol approached the original viscosity of the mineral oil. From this point of view, it can be seen that the gel is easily liquefied when a small amount of ethanol is added. Ungelled mineral oil can be gelled again by removing ethanol.
또한, 도 5의 (b)에서 나타낸 바와 같이, 에탄올 128 mM 및 214 mM가 포함된 미네랄 오일에서는 약 0.1 s-1의 임계 전단농화(shear thickening)가 나타나는 것을 알 수 있다. 이러한 거동은 연성 물질로 이루어진 대부분의 겔이 인가된 전단 속도에 의해 점도가 감소하는 전단 유동화(shear thinning)가 나타난다는 점에서 매우 이례적인 결과이다. 본 발명에서, 전단농화는 128 mM 및 214 mM의 에탄올을 함유하는 미네랄 오일에서만 관찰되었다. 미네랄에 에탄올을 첨가함에 따라 점도가 감소되기 때문에 미네랄 오일에서의 역 원통형 마이셀의 길이를 짧게 할 수 있다. 일부 역 원통형 마이셀이 너무 짧아 서로 결합될 수 없지만, 전단 응력이 미네랄 오일에 가해지면 결합되지 않은 역 원통형 마이셀은 서로 연결될 수 있고, 따라서 미네랄 오일의 점도가 증가하게 되는 것으로 판단된다. In addition, as shown in (b) of FIG. 5, it can be seen that a critical shear thickening of about 0.1 s −1 occurs in mineral oil containing 128 mM and 214 mM of ethanol. This behavior is a very unusual result in that most gels made of soft materials exhibit shear thinning, the viscosity of which decreases due to the applied shear rate. In the present invention, shear thickening was only observed in mineral oils containing 128 mM and 214 mM ethanol. Since the viscosity decreases with the addition of ethanol to the mineral, the length of the inverted cylindrical micelles in the mineral oil can be shortened. Although some inverted cylindrical micelles are too short to bind to each other, it is believed that the unbonded inverted cylindrical micelles can be connected to one another when shear stress is applied to the mineral oil, thus increasing the viscosity of the mineral oil.
실험예 3: 미네랄 오일 겔화의 메커니즘 분석Experimental Example 3: Mechanism Analysis of Mineral Oil Gelation
본 발명에 따른 미네랄 오일의 겔화에 대한 메커니즘을 분석하고, 그 결과를 도 5에 나타내었다. 도 6의 (a)는 CaCl2 및 레시틴의 몰비에 따른 레시틴에서의 인산의 FTIR 흡수 밴드를 나타낸 그래프이고, (b)는 CaCl2 및 레시틴의 몰비에 따른 레시틴에서의 콜린의 FTIR 흡수 밴드를 나타낸 그래프이며, (c)의 좌측 및 우측 그림은 각각 레시틴만을 갖는 역 구형 마이셀 및 레시틴/CaCl2를 갖는 원통형 마이셀을 나타낸다.The mechanism for gelation of mineral oils according to the invention was analyzed and the results are shown in FIG. 5. Figure 6 (a) is a graph showing the FTIR absorption band of phosphoric acid in lecithin according to the molar ratio of CaCl 2 and lecithin, (b) shows the FTIR absorption band of choline in lecithin according to the molar ratio of CaCl 2 and lecithin. It is a graph and the left and right figures of (c) show inverted spherical micelles with lecithin only and cylindrical micelles with lecithin / CaCl 2 , respectively.
무기염인 CaCl2가 레시틴의 헤드 기(head group)와 상호 작용하면 헤드 기 영역은 확장되고 테일(tail) 영역은 수축되어, 임계 충전 변수(critical packing parameter)는 감소된다. 감소된 임계 충전 변수는 역 원통형 마이셀의 변환을 야기하고, 역 원통형 마이셀이 충분히 길어 네트워크로 결합하게 되어, 유기 겔을 형성한다. 결과적으로 CaCl2 및 레시틴의 헤드 기 사이의 상호 작용으로 인해 겔이 형성되는 것이다. When the inorganic salt CaCl 2 interacts with the head group of lecithin, the head group region is expanded and the tail region is contracted, thereby reducing the critical packing parameter. The reduced critical filling parameter causes conversion of the inverted cylindrical micelles and the inverted cylindrical micelles are long enough to bind into the network, forming an organic gel. As a result, a gel is formed due to the interaction between CaCl 2 and the head group of lecithin.
전술한 바와 같은 CaCl2와 레시틴의 헤드 기 사이의 상호 작용을 확인하기 위해 FTIR을 이용하여 분석하였다. 구체적으로, Ca2+와 레시틴 헤드 기에서의 인산기(PO4 -) 간의 상호 작용을 조사하였다. FTIR was analyzed to confirm the interaction between CaCl 2 and lecithin head groups as described above. Specifically, the interaction between Ca 2+ and phosphate groups (PO 4 − ) in the lecithin head group was investigated.
도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이, 미네랄 오일(1)에서의 레시틴은 1250 cm-1에서 주요 인산 흡수 밴드를 갖는다. CaCl2의 농도가 증가함에 따라 인산 밴드의 B0=0.125에서의 1248 cm-1에서 B0=0.75에서의 1242 cm-1의 범위로 레드-시프트가 관찰된다. 인산 밴드의 레드-시프트는 CaCl2가 레시틴 용액에서 용해되면 Ca2+ 및 PO4 - 사이에 상호 작용에 의한 것으로 판단된다. As shown in Fig. 6A, the lecithin in the
또한, 레시틴 헤드 기에서의 콜린(choline) 및 Cl- 사이의 상호 작용을 조사하였으며, 미네랄 오일(1)에서의 레시틴은 968 cm-1에서 콜린 흡수 밴드가 나타난다. 도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이, CaCl2 농도가 증가함에 따라 흡수 밴드는 B0=0.125에서의 970 cm-1에서 B0=0.75에서의 976 cm-1의 범위로 블루-시프트된다. 이러한 콜린 밴드의 블루-시프트는 Cl- 및 CN(CH3)3 + 사이의 상호 작용에 의한 것이다. In addition, the interaction between choline and Cl − in the lecithin head group was investigated, and lecithin in mineral oil (1) showed choline absorption bands at 968 cm −1 . As shown in Fig. 6 (b), CaCl 2 concentration is increased the absorption band at 970 cm -1 B 0 = 0.125 in the range of 976 cm -1 in the B 0 = 0.75 Blue As-shifted. The blue-shift of this choline band is due to the interaction between Cl − and CN (CH 3 ) 3 + .
한편, NaCl은 미네랄 오일(1)의 점도에 영향을 미치지 못하는 것으로 판단되고, NaCl 및 레시틴 사이의 상호 작용이 너무 약해 미네랄 오일의 겔화를 야기하지 못하는 것으로 판단된다. On the other hand, it is judged that NaCl does not affect the viscosity of the mineral oil (1), and the interaction between NaCl and lecithin is too weak to cause gelation of the mineral oil.
이러한 결과로부터 레시틴 용액에서 CaCl2는 Ca2+ 및 Cl-로 용해되고 각각의 이온은 레시틴에서의 반대로 하전된 헤드 기와 강하게 상호 작용하며, 레시틴과 CaCl2 사이의 상호 작용은 겔을 형성하는 가장 주된 이유인 것으로 판단된다. From these results, CaCl 2 in the lecithin solution dissolves into Ca 2+ and Cl − , and each ion strongly interacts with the oppositely charged head group in lecithin, and the interaction between lecithin and CaCl 2 is the most prevalent It seems to be the reason.
Claims (13)
CaCl2 및 레시틴(lecithin)를 포함하는 겔화제;를 포함하는 겔형 미네랄 오일.
Mineral oils; And
A gel-type mineral oil comprising; a gelling agent comprising CaCl 2 and lecithin.
상기 CaCl2 및 레시틴의 몰비(CaCl2/레시틴)는 0.125 ~ 0.5인 것을 특징으로 하는 겔형 미네랄 오일.
The method of claim 1,
The molar ratio of CaCl 2 and lecithin (CaCl 2 / lecithin) is a gel mineral oil, characterized in that 0.125 ~ 0.5.
상기 겔형 미네랄 오일의 영전단 점도는 10 ~ 103 Pa·s인 것을 특징으로 하는 겔형 미네랄 오일.
The method of claim 1,
The gel-type mineral oil, characterized in that the Young's shear viscosity of 10 ~ 10 3 Pa.s.
상기 혼합 용액을 건조시켜 혼합물을 제조하는 단계; 및
상기 혼합물에 미네랄 오일을 첨가하고 가열하는 단계;를 포함하는 겔형 미네랄 오일의 제조방법.
Dissolving and mixing CaCl 2 and lecithin in an alcohol solution to prepare a mixed solution;
Drying the mixed solution to prepare a mixture; And
Adding a mineral oil to the mixture and heating; Method of producing a gel-type mineral oil comprising a.
상기 CaCl2 및 레시틴의 몰비는 0.125 ~ 0.5인 것을 특징으로 하는 겔형 미네랄 오일의 제조방법.
The method of claim 4, wherein
The molar ratio of CaCl 2 and lecithin is 0.125 ~ 0.5 method for producing a gel mineral oil.
상기 가열은 30 ~ 55 ℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 겔형 미네랄 오일의 제조방법.
The method of claim 4, wherein
The heating method for producing a gel mineral oil, characterized in that carried out at 30 ~ 55 ℃.
CaCl2 및 레시틴(lecithin)를 포함하는 겔화제; 및
알코올의 액화제;를 포함하는 전단농화 유체.
Mineral oils;
Gelling agents including CaCl 2 and lecithin; And
Shear thickening fluid comprising a liquefying agent of alcohol.
상기 CaCl2 및 레시틴의 몰비는 0.125 ~ 0.5인 것을 특징으로 하는 전단농화 유체.
The method of claim 7, wherein
Shear thickening fluid, characterized in that the molar ratio of CaCl 2 and lecithin is 0.125 ~ 0.5.
상기 알코올의 농도는 128 ~ 214 mM인 것을 특징으로 하는 전단농화 유체.
The method of claim 7, wherein
Shear thickening fluid, characterized in that the concentration of the alcohol is 128 ~ 214 mM.
상기 혼합 용액을 건조시켜 혼합물을 제조하는 단계;
상기 혼합물에 미네랄 오일을 첨가하고 가열하여 겔형 미네랄 오일을 제조하는 단계; 및
상기 겔형 미네랄 오일에 알코올을 첨가하는 단계;를 포함하는 전단농화 유체의 제조방법.
Dissolving and mixing CaCl 2 and lecithin in an alcohol solution to prepare a mixed solution;
Drying the mixed solution to prepare a mixture;
Adding a mineral oil to the mixture and heating to prepare a gel mineral oil; And
Adding an alcohol to the gel mineral oil; Method of producing a shear thickening fluid comprising.
상기 CaCl2 및 레시틴의 몰비는 0.125 ~ 0.5인 것을 특징으로 하는 전단농화 유체의 제조방법.
The method of claim 10,
The molar ratio of CaCl 2 and lecithin is 0.125 ~ 0.5 method for producing a shear thickening fluid, characterized in that.
상기 가열은 30 ~ 55 ℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 전단농화 유체의 제조방법.
The method of claim 10,
The heating method for producing a shear thickening fluid, characterized in that carried out at 30 ~ 55 ℃.
상기 겔형 미네랄 오일에 첨가되는 알코올의 농도는 128 ~ 214 mM인 것을 특징으로 하는 전단농화 유체의 제조방법.
The method of claim 10,
The concentration of the alcohol added to the gel mineral oil is a method for producing a shear thickening fluid, characterized in that 128 ~ 214 mM.
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