KR20200018836A - 다공성 구조체 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다공성 구조체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 탄성 변형 가능한 소재로 형성되고, 복수 개의 공극을 포함하는 다공성의 바디; 및 상기 바디의 일 측면 및 복수 개의 상기 공극의 벽면에 제공되는 친수성 막을 포함하고, 상기 바디는 상기 바디의 일측 면에 발라진 화장품을 상기 공극의 내부로 흡수할 수 있는 다공성 구조체가 제공될 수 있다.

Description

다공성 구조체 및 그 제조 방법 {POROUS STRUCTURE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 다공성 구조체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
화장품 사용감은 소비자가 화장품을 선택할 때 중요한 요소로 작용하는 바, 화장품 제조사들은 화장품 사용감을 개선하기 위한 연구를 지속적으로 진행하고 있다. 그런데, 화장품 사용감은 기본적으로 주관적일 수 밖에 없는 것이어서, 이를 평가하기 위한 기준을 마련하는 것은 매우 까다롭다.
이러한 문제를 해결하고자, 최근 화장품 제조사들 또는 화장료 제조사들은 사용감 측정 전문 조직을 운영하여 화장품 사용감에 대한 객관적인 분석 및 수치화를 진행하고 있다. 예를 들어, 사용감 측정 전문 조직은 정밀하게 감각의 차이를 느낄 수 있도록 훈련 받은 사람들로 구성될 수 있으며, 이들은 화장품에 대해 정성적으로 느끼는 감각을 정량적으로 표현할 수 있다.
이렇게 분석, 수치화된 화장품의 사용감 데이터는 신제품 개발 및 소비자 감성 마케팅 전략에 사용될 수 있다. 예를 들어, 다우코닝, 바스프 등의 글로벌 화학기업은 판매 원료의 끈적임, 퍼짐성, 윤기 등에 대한 방대한 데이터베이스를 구축하고, 이를 바탕으로 고객에게 원료를 제공하고 있다.
특히, 본인의 취향에 보다 잘 맞으면서도 사용감이 좋은 화장품을 구매하고자 하는 고객들의 니즈가 커짐에 따라 화장품 사용감에 대한 정확한 정량화 및 데이터화에 대한 산업계의 요구는 점점 커지고 있다. 그러나 상술한 것처럼 이러한 화장품 사용감은 전문 조직을 이용하거나 화학 분석을 통해 이뤄지고 있는 실정이어서, 큰 비용과 많은 시간이 소요된다는 문제가 있다.
또한, 전문 조직이나 화학 분석을 통해 축적된 데이터는 개인별 인지 체계 및 외부 환경 요인에 영향을 받을 수 있으므로, 신뢰성 제고에 한계가 있다.
특허문헌: 한국등록특허 제10-1793902호 (2017.10.31. 등록)
본 발명의 실시예들은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로서, 화장품에 대한 사용감을 정확하고 객관적으로 측정할 수 있도록 하는 다공성 구조체 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
또한, 화장품 사용감에 대한 데이터베이스 구축을 비용적, 시간적으로 보다 효율적으로 할 수 있도록 하는 다공성 구조체 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 탄성 변형 가능한 소재로 형성되고, 복수 개의 공극을 포함하는 다공성의 바디; 및 상기 바디의 일측 면 및 복수 개의 상기 공극의 벽면에 제공되는 친수성 막을 포함하고, 상기 바디는 상기 바디의 일측 면에 발라진 화장품을 상기 공극의 내부로 흡수할 수 있는 다공성 구조체가 제공될 수 있다.
또한, 상기 바디는 소수성을 갖는 물질로 형성되는 다공성 구조체가 제공될 수 있다.
또한, 상기 바디는 탄성중합체로 형성되는 다공성 구조체가 제공될 수 있다.
또한, 상기 바디는 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS)인 다공성 구조체가 제공될 수 있다.
또한, 상기 친수성 막은 히드록시기(hydroxyl group) 또는 아민기(amine group)를 갖는 친수성 고분자로 형성되는 다공성 구조체가 제공될 수 있다.
또한, 상기 친수성 막은 폴리비닐알콜(Polyvinyl alcohol, PVA) 또는 폴리디알릴디메틸암모늄 클로라이드(polydiallyldimethylammonium chloride, PDDA)인 다공성 구조체가 제공될 수 있다.
또한, 복수 개의 상기 공극의 평균 직경은 3μm 이상 10μm 미만인 다공성 구조체가 제공될 수 있다.
또한, 상기 바디의 두께는 0.5mm 이상 1mm 미만인 다공성 구조체가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 베이스 물질과 경화제를 혼합하여 제1 혼합액을 형성하는 단계; 상기 제1 혼합액에 극성 용액을 혼합하여 제2 혼합액을 형성하는 단계; 상기 제2 혼합액을 경화하여, 탄성 변형 가능하고 복수 개의 공극을 포함하는 다공성의 바디를 제조하는 단계; 및 상기 바디를 코팅 물질에 침지시켜 상기 바디의 일측 면 및 상기 공극의 벽면을 친수성 막으로 코팅하는 단계를 포함하고, 상기 친수성 막이 제공된 상기 바디는 화장품을 흡수하여 상기 공극 내에 수용할 수 있는 것인 다공성 구조체의 제조 방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 제2 혼합액을 형성한 이후 상기 제2 혼합액을 진공 상태로 기 설정된 시간 보관하여 기포를 제거하는 단계를 더 포함하는 다공성 구조체의 제조 방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 바디를 제조한 이후 상기 바디를 동결 건조기에서 건조시켜 잔여 용매를 제거하는 단계를 포함하는 다공성 구조체의 제조 방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 친수성 막으로 코팅하는 단계는, 상기 바디를 산소 플라즈마 처리하는 단계; 상기 바디를 상기 코팅 물질에 침지시키는 단계; 상기 바디에 잔류하는 상기 코팅 물질을 블로어로 제거하는 단계; 및 상기 바디를 건조하는 단계를 포함하는 다공성 구조체의 제조 방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 베이스 물질은 소수성을 갖는 탄성중합체인 다공성 구조체의 제조 방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 베이스 물질은 폴리디메틸실록산인 다공성 구조체의 제조 방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 코팅 물질은 히드록시기 도는 아민기를 포함하는 친수성 고분자 용액인 다공성 구조체의 제조 방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 코팅 물질은 폴리비닐알콜 또는 폴리디알릴디메틸암모늄 클로라이드인 다공성 구조체의 제조 방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 베이스 물질과 상기 극성 용액은 3:1 이상 1:1 이하의 질량비로 혼합되고, 상기 극성 용액은 물과 물보다 표면 장력이 더 작은 용액이 1:0.5 이상 1:3 이하의 질량비로 혼합되는 다공성 구조체의 제조 방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 물보다 표면 장력이 더 작은 용액은 에탄올 용액인 다공성 구조체의 제조 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 다공성 구조체 및 그 제조 방법에 의하면, 화장품에 대한 사용감을 정확하고 객관적으로 측정할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 화장품 사용감에 대한 대한 데이터베이스 구축을 비용적, 시간적으로 보다 효율적으로 할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 구조체의 구성을 보여주는 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1의 다공성 구조체에 화장품이 흡수되어 있는 모습을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 구조체와 친수성 막을 갖지 않는 단순한 다공성 구조체에 화장품이 흡수되는 모습을 보여주는 실험 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 구조체의 제조 방법을 보여주는 순서도이다.
도 5는 도 4에서 친수성 막을 코팅하는 단계를 구체적으로 보여주는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 물성 측정 장치의 개략적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 구조체와 소수성 막이 공극에 코팅되어 형성된 다공성 구조체의 물성 측정 결과를 보여주는 그래프이다.
도 8은 서로 다른 크기의 공극 및 두께를 갖는 다공성 구조체의 물성 측정 결과를 보여주는 그래프이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 구조체의 구성을 보여주는 개략적인 도면이고, 도 2는 도 1의 다공성 구조체에 화장품이 흡수되어 있는 모습을 보여주는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 구조체(10)는 탄성 변형 가능한 소재로 형성되고 복수 개의 공극(12)을 포함하는 다공성의 바디(11)와, 바디(11)의 일측 면 및 복수 개의 공극(12)의 벽면에 제공되는 친수성 막(13)을 포함할 수 있다. 이러한 바디(10)는 바디(11)의 일측 면에 발라진 화장품(20)을 공극(12)의 내부로 흡수할 수 있도록 제공된다.
구체적으로, 바디(11)와 소수성을 갖는 물질로서, 사람의 피부와 유사한 특성을 제공할 수 있도록 탄성을 갖는 소재로 형성될 수 있다. 일 예로 바디(11)는 탄성중합체일 수 있으며, 본 실시예에서는 바디(11)가 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, 이하 'PDMS'라고 함)로 제공되는 것을 예로 들어 설명한다. 그러나 바디(11)의 소재는 이에 한정되지 않으며, 폴리우레탄(polyurethane), 실리콘 기반의 탄성중합체인 상표명 eco-flex, dragon skin 등의 소재가 사용될 수도 있다.
이러한 바디(11)의 내부에는 복수 개의 공극(12)이 제공되며, 이러한 공극은 바디(11)를 형성하는 베이스 물질이 극성 용액과 혼합된 후 경화됨으로써 형성될 수 있다. 이와 같은 제조 방법에 대한 구체적인 내용은 후술하겠다.
바디(11)의 일측 면 및 공극(12)을 형성하는 벽면에는 친수성 막(13)이 제공될 수 있다. 여기서 친수성 막(13)은 히드록시기(hydroxyl group)를 갖는 친수성 고분자로 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 친수성 막(13)으로 폴리비닐알콜(Polyvinyl alcohol, 이하 'PVA'라고 함) 소재가 사용되는 것을 예로 들어 설명한다. 그러나, 친수성 막(13)의 소재는 이에 한정되지 않으며, 아민기(amine group)를 갖는 친수성 고분자가 사용될 수도 있고, 일 예로 폴리디알릴디메틸암모늄 클로라이드(polydiallyldimethylammonium chloride, 이하 "PDDA"라고 함)가 사용될 수 있다.
이와 같이 바디(11)의 일측 면 및 공극(12)을 친수성 막(13)으로 코팅함으로써 바디(11)는 전체적으로 친수성으로 개질될 수 있다. 친수성으로 개질된 바디(11)는 탄성을 가짐과 동시에 공극(12) 내로 화장품을 일정 수준 흡수하여 수용할 수 있다. 구체적으로, 도 2에 도시된 것처럼, 바디(11)의 일면에 화장품이 도포되었을 때, 이 화장품은 시간의 경과하거나, 사용자가 수 회 문질러주는 동작을 수행하면 친수성 막(13)을 바디(11)의 일측 면을 통해 공극(12) 내로 침투하여 공극(12) 내에 수용될 수 있다.
이는 사람의 피부에 화장품, 특히 에멀션(emulsion) 형태의 화장품이 발라졌을 때, 화장품이 사용자 피부의 내 각질층 사이로 일부 흡수되고 피부 표면에 소정량 잔류하여 끈적임 특성을 나타내는 것과 매우 유사하다. 즉, 다공성 구조체(10)는 화장품을 흡수하는 것 및 화장품이 피부 표면에서 끈적임 특성을 나타내는 것에 있어서 피부를 모사할 수 있다.
이때, 바디(11)에 제공된 복수 개의 공극(12)의 평균 직경은 3μm 이상 10μm 미만으로 제공될 수 있다. 공극(12)이 이와 같은 크기를 가질 때, 사람의 피부와 유사한 수준의 화장품 흡수도를 가질 수 있으며, 후술할 물성 측정 장치(100)에서 다공성 구조체가 민감하게 반응할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 구조체(10)와 친수성 막을 갖지 않는 단순한 다공성 구조체에 화장품이 흡수되는 모습을 보여주는 실험 사진이다. 도 3의 위쪽 행은 친수성 막을 갖지 않는 단순한 다공성 구조체의 실험 사진이고, 아래쪽 행은 친수성 막(13)을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 구조체(10)의 실험 사진이다.
도 3을 참조하면, 공극의 크기와 관계없이 친수성 막을 갖지 않는 단순한 다공성 구조체의 경우 화장품이 그 표면장력을 그대로 유지하며 다공성 구조체에 흡수되지 않는 것을 알 수 있다. 그리고, 공극(12)의 평균 크기가 2μm인 경우에는 화장품이 거의 흡수되지 않은 상태이며, 10μm 이상인 경우에는 화장품이 거의 모두 다공성 구조체(10)에 흡수된 것을 알 수 있다. 본 실시예에서와 같이 5μm일 때에는 적정량이 다공성 구조체(10)의 내부로 흡수되고 표면에도 화장품이 잔존하고 있다.
또한, 바디(11)의 두께는 0.5mm 이상 1mm 미만일 수 있으며, 바디(11)가 이와 같은 크기를 가질 때 후술할 물성 측정 장치(100)에서 민감하게 반응할 수 있다. 이와 관련된 구체적인 내용은 후술하겠다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 구조체(10)는 화장품을 흡수하는 데 있어서 사람의 피부와 유사한 특성을 갖는다. 구체적으로, 다공성 구조체(10)는 사람의 피부와 마찬가지로 탄성을 가짐으로써 피부의 탄력, 반력 등을 모사할 수 있으며, 화장품을 일부 흡수할 수 있어 피부의 화장품 흡수 작용을 모사할 수 있다.
따라서, 다공성 구조체(10)는 화장품의 사용감을 정확하고, 객관적으로 측정하기 위한 기재로서 작용할 수 있다. 예를 들어, 다공성 구조체(10)에 화장품을 도포한 후, 롤링 동작을 수행하는 데 필요한 하중 또는 흡수에 소요되는 시간 등을 측정하면 이는 화장품이 얼마나 잘 발려지는 지에 대한 데이터가 될 수 있고, 접촉 후 떨어지는데 필요한 하중을 측정하면 이는 화장품의 끈적이는 정도에 대한 데이터가 될 수 있다.
또한, 다공성 구조체(10)를 서로 다른 종류의 화장품의 테스트에 반복적으로 사용될 수 있으며, 이 경우 각 화장품의 데이터를 서로 비교 평가 할 수 있으므로, 객관적인 데이터를 확보할 수 있다. 이는, 실질적으로 동일한 물성을 갖는 복수 개의 다공성 구조체(10)를 사용하는 경우에도 마찬가지이다. 예를 들어, 실질적으로 동일한 물성을 갖는 복수 개의 다공성 구조체(10)는 동일한 제조 공정을 통해 형성된 다공성 구조체(10)를 복수 개로 분할함으로써 제공될 수 있다.
이와 같이 다공성 구조체(10)를 이용하게 되면, 화장품의 사용감 데이터를 수집하는데 많은 인력을 필요로 하지 않으므로 비용을 절감할 수 있고, 보다 빠른 시간 내에 데이터를 수집할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 구조체의 제조 방법에 대해 도면을 참조하여 설명하겠다. 본 실시예를 설명함에 있어, 다공성 구조체는 상술한 실시예에서의 다공성 구조체(10)로 이해될 수 있으며, 상술한 설명과 도면 부호를 원용한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 구조체의 제조 방법을 보여주는 순서도이고, 도 5는 도 4에서 친수성 막을 코팅하는 단계를 구체적으로 보여주는 순서도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 구조체의 제조 방법은, 베이스 물질과 경화제(curing agent)를 혼합하여 제1 혼합액을 형성하는 단계(S110)와, 제1 혼합액에 극성 용액을 혼합하여 제2 혼합액을 형성하는 단계(S120)와, 제2 혼합액을 경화하여, 탄성 변형 가능하고 복수 개의 공극(12)을 포함하는 다공성의 바디(11)를 제조하는 단계(S140)와, 바디(11)를 코팅 물질에 침지시켜 바디(11)의 일측 면 및 공극(12)의 벽면을 친수성 막(13)으로 코팅하는 단계(S150)를 포함하고, 친수성 막(13)이 제공된 바디(11)는 화장품(20)을 흡수하여 공극(12) 내에 수용할 수 있도록 제공된다.
구체적으로, 베이스 물질은 바디(11)를 형성하는 것으로서, 상술한 것처럼, 소수성을 갖는 탄성중합체일 수 있으며, 일 예로 PDMS일 수 있다. 베이스 물질은 경화제가 용해되거나 경화제와 혼합될 수 있도록 액상 또는 저점도인 상태로 제공될 수 있다. 베이스 물질과 경화제는 10:1의 질량비로 혼합되어 제1 혼합액이 될 수 있다(S110).
베이스 물질과 경화제가 혼합된 제1 혼합액은 극성 용액과 혼합되어 제2 혼합액이 된다(S120). 극성 용액은 소수성을 갖는 베이스 물질과 잘 혼합되지 비용매로서 작용하며, 베이스 물질의 경화 시 베이스 물질 내에서 공극(12)을 형성하게 된다. 구체적으로, 극성 용액은 베이스 물질 내에서 표면에너지에 따라 구 형상을 형성할 수 있고, 이와 같은 구 형상은 향후 공극(12)화 된다. 구체적으로, 베이스 물질 내에서 구 형태를 갖는 극성 용액은 경화 온도(예를 들어 70℃)에서 쉽게 증발하지 않고 구 형태로 남아있게 되고, 이에 의해 공극(12)이 형성될 수 있다. 공극(12)을 형성한 극성 용액은 건조(예를 들어, 동결 건조) 과정을 거치며 제거될 수 있다.
이와 같은 베이스 물질은 극성 용액과 3:1 이상 1:1 이하의 질량비로 혼합될 수 있다. 여기서 극성 용액의 양이 증가할수록 공극율(porosity)이 증가할 수 있는데, 극성 용액의 양이 이보다 많아지게 되면 베이스 물질과 충분히 혼합되기 어렵고, 이보다 작으면 공극율이 작아져 피부 모사를 위한 성능이 충분히 나타나지 않게 된다. 바람직하게는 베이스 물질과 극성 용액의 질량비는 3:2일 수 있다.
또한, 극성 용액은 물과 물보다 표면 장력이 더 작은 용액의 혼합액일 수 있다. 물은 상대적으로 큰 구를 형성하고, 물보다 표면 장력이 더 작은 용액은 상대적으로 작은 구를 형성하게 되며, 이들이 혼합됨으로써 전체적으로 작은 크기의 공극을 형성할 수 있다. 또한, 물보다 표면 장력이 더 작은 용액은 물보다 휘발성이 더 큰 용액일 수 있는데, 이 경우 물보다 표면 장력이 더 작은 용액이 먼저 증발되어 빠져나감으로써 1차적으로 공극을 형성하고, 물이 증발됨으로써 1차적으로 형성된 공극들 사이에서 2차적으로 공극을 형성하는 바, 전체적으로 고르게 공극이 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 물보다 표면 장력이 더 작은 용액으로서 에탄올을 사용한 것을 예로 들어 설명한다.
여기서, 물과 물보다 표면 장력이 더 작은 용액은 1:0.5 이상 1:3 이하의 질량비로 혼합되어 극성 용액을 형성할 수 있다. 즉, 본 실시예에서는 물과 에탄올의 질량비가 1:0.5 이상 1:3 이하일 수 있다. 물에 대한 에탄올의 비율이 높아질 수록 공극의 크기가 작아지고 균일한 분포를 보이기는 하나, 상기의 비율보다 더 높거나 낮은 경우에는 에탄올의 증발량과 물에 의한 증발량의 차이에 의해 전체적인 공극율이 줄어들 수 있다. 바람직하게는 물과 물보다 표면 장력이 더 작은 용액은 1:1의 질량비로 혼합될 수 있다.
이와 같이, 베이스 물질과 극성 용액의 질량비, 극성 용액을 구성하는 용액들 사이의 질량비의 조절을 통해 공극(12)의 크기가 조절될 수 있다. 본 실시예에서는 베이스 물질로 PDMS를 사용하고, 베이스 물질과 극성 용액의 질량비를 3:2로 하고, 극성 용액을 물과 에탄올을 1:1로 혼합하여 구성하였을 때, 복수 개의 공극(12)의 평균 직경이 5μm로 형성되는 것을 확인하였다. 또한, 극성 용액을 물로만 형성하였을 때, 즉 PDMS와 물이 3:2의 질량비로 혼합되어 제2 혼합액이 되었을 때 공극은 평균 직경이 25μm로 형성되는 것을 확인하였다.
한편, 본 실시예에서는, 베이스 물질과 경화제가 먼저 혼합된 후 극성 용매와 혼합되는 것을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않으며, 극성 용매가 베이스 물질과 먼저 혼합되고 경화제가 그 이후에 혼합될 수도 있다.
제2 혼합액이 형성되면, 제2 혼합액의 형성 시 발생된 용액 내 기포를 제거하기 위해 제2 혼합액을 진공 상태에 기 설정 시간 동안 노출시켜 기포를 제거할 수 있다(S130). 예를 들어, 제2 혼합액은 데시케이터(desicator) 상에 놓여진 채로 진공에 노출될 수 있으며, 본 실시예에서는 제2 혼합액이 1시간 동안 데시케이터에 진공으로 놓여진 것을 예로 들어 설명한다.
그리고, 제2 혼합액을 경화하여 탄성 변형 가능하고 복수 개의 공극(12)을 포함하는 다공성의 바디(11)를 형성한다(S140). 이와 같은 경화 과정은 기 설정된 온도, 예를 들어 70℃로 기 설정된 시간 동안 가열됨으로써 이뤄질 수 있다.
경화가 완료된 바디(11)에는 미처 증발되거나 공극(12)으로부터 빠져나가지 못한 잔여 용매가 남아 있을 수 있으며, 이러한 잔여 용매는 동결 건조기(Freeze drier)에 의해 제거될 수 있다.
이와 같이 생성된 바디(11)의 일측 면 및 공극(12)의 벽면은 친수성 막(13)으로 코팅된다(S160). 친수성 막(13)으로 코팅하는 단계(S160)는 구체적으로, 바디(11)를 친수성으로 화학처리 하기 위해 산소 플라즈마(O2 plasma) 처리하는 단계(S161)와, 바디(11)를 코팅 물질에 침지시키는 단계(S162)와, 바디(11)에 잔류하는 코팅 물질을 제거하는 단계(S163)와, 바디(11)를 건조하는 단계(S164)를 포함할 수 있다.
여기서 친수성 막(13)을 형성하기 위한 코팅 물질은 히드록시기 도는 아민기를 포함하는 친수성 고분자 용액일 수 있으며, 일 예로, PVA 또는 PDDA가 사용될 수 있다. 본 실시예에서는 코팅 물질로서 3 중량%의 PVA 수용액을 분당 2,000rpm으로 회전시키는 조건하에서 바디(11)를 침지하는 것을 예로 들어 설명한다.
침지 후 바디(11)에 잔류하는 코팅 물질은 블로어 등에 의해 제거될 수 있다. 친수성 막(13)으로서 바디(11)의 표면 및 공극(12)에 형성된 부분을 제외한 잔류 물질은 제거될 수 있다. 예를 들어, 바디(11)의 겉보기 면 전체에 코팅 물질이 묻어 있을 수 있는데, 본 과정에서 바디(11)의 일측 면을 제외한 다른 측면의 코팅 물질이 제거될 수 있다.
이와 같은 과정을 통해 적어도 바디(11)의 일측 면 및 친수성 막(13)으로 코팅된 복수 개의 공극(12)을 갖는 다공성 구조체(10)가 제조될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 물성 측정 장치에 대해 도면을 참조하여 설명하겠다. 본 실시예를 설명함에 있어, 다공성 구조체는 상술한 실시예에서의 다공성 구조체(10)로 이해될 수 있으며, 상술한 설명과 도면 부호를 원용한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 물성 측정 장치의 개략적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 물성 측정 장치(100)는 화장품의 특성, 특히 끈적임 정도를 측정하기 위해 제공되는 것으로서, 본체(110)와, 본체(110)에 마련되어 화장품이 도포되어 있는 제1 다공성 구조체(210)를 지지하는 베이스(120)와, 자유단부에 고정된 제2 다공성 구조체(220)를 구비하고 제2 다공성 구조체(220)를 하강시켜 제1 다공성 구조체(210)에 접촉시킨 후 제2 다공성 구조체(220)를 승강시켜 제2 다공성 구조체(220)를 제1 다공성 구조체(210)로부터 이격시키는 승하강 구동부(130)와, 제2 다공성 구조체(220)가 제1 다공성 구조체(210)로부터 분리될 때 제2 다공성 구조체(220)에 가해지는 하중을 측정하는 감지부(140)와, 감지부(140)에서 측정된 결과를 사용자에게 제공하고 사용자로부터 소정의 입력을 받을 수 있는 사용자 인터페이스부(150), 및 승하강 구동부(130)와 감지부(140)와 사용자 인터페이스부(150)를 제어하는 제어부(160)를 포함할 수 있다.
여기서, 제1 다공성 구조체(210)와 제2 다공성 구조체(220)는 친수성으로 개질된 복수의 공극을 포함하는 상술한 다공성 구조체일 수 있다.
제1 다공성 구조체(210)는 플레이트 형상으로 제공될 수 있으며, 일 면에 화장품이 도포된 상태일 수 있다. 제1 다공성 구조체(210)에 도포된 화장품은 에멀션 타입의 화장품일 수 있으며, 수 회 롤링 동작에 의해 화장품이 넓게 퍼진 상태로 제공될 수 있다. 또한, 제1 다공성 구조체(210)는 내부의 공극에 화장품이 침투된 상태일 수 있도록 화장품이 도포된 후 소정 시간 경과한 것일 수도 있다. 제1 다공성 구조체(210)는 베이스(120) 상에 이동 불가능하게 고정 안착될 수 있다.
제2 다공성 구조체(220)는 하방을 향해 볼록한 곡면을 가질 수 있으며, 본 실시예에서는 반구형으로 형성되는 것을 예로 들어 도시하였다. 제2 다공성 구조체(220)를 반구형으로 형성함으로써 사용자의 손가락을 모사할 수 있으며, 이에 의해 실제 전문가가 화장료의 끈적임을 테스트하는 것과 유사한 결과를 얻을 수 있다. 또한, 제2 다공성 구조체(220)를 반구형으로 형성하면 제1 다공성 구조체(210)와 최정점을 기준으로 등각 접촉이 가능하므로 보다 정확하고, 재현성 높게 물성을 측정할 수 있다.
이와 같은 제2 다공성 구조체(220)는 제1 다공성 구조체(210)와 접촉된 후 원활하게 떨어질 수 있도록 승하강 구동부(130)에 고정될 수 있으며, 승하강 구동부(140)의 이동 로드 등에 구비될 수 있는 감지부(140)에 연결될 수 있다.
사용자 인터페이스부(150)는 감지부(140)에서 측정한 결과를 문자, 영상, 음향 등을 이용해 사용자에게 제공할 수 있으며, 버튼, 터치패드 등을 구비하여 사용자로부터 측정 실행, 결과 출력 등과 관련된 명령을 입력 받을 수도 있다.
제어부(160)는 감지부(140)에서 측정한 결과를 메모리(170)에 저장할 수 있으며, 이때 사용된 화장품의 종류, 화장품의 도포량, 도포 조건(예: 롤링 횟수, 도포 후 경과 시간), 도포 환경(예: 온도, 습도) 중 적어도 하나 이상의 정보와 함께 저장할 수 있다.
도 7은 친수성의 베이스 물질에 친수성 막이 코팅되어 형성된 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 구조체와 소수성 막이 코팅되어 형성된 다공성 구조체의 물성 실험 결과를 보여주는 그래프이다.
도 7의 왼쪽 그래프는 본 실시예에 따른 다공성 구조체(10, 210, 220)가 물성 측정 장치(100)에 제공되어 측정된 결과이고, 오른쪽 그래프는 본 실시예와는 달리 상대적으로 소수성 막이 공극에 제공된 다공성 구조체가 물성 측정 장치에 제공되어 측정된 결과를 나타낸다. 그래프에서 색상의 차이는 화장품 종류에 따른 측정값을 의미하고, 두 경우 모두 공극의 크기는 5μm인 것이 사용되었다.
왼쪽 그래프에서는 명확하게 감지부(140)에 의해 하중이 측정되는 것을 확인할 수 있으나, 오른쪽 그래프에서는 다공성 구조체에 가해지는 하중이 전혀 측정되지 않는 것을 확인할 수 있다.
이는, 본 실시예에서와 같이 친수성 막(13)이 복수 개의 공극(12)에 제공된 다공성 구조체(10, 210, 220)를 이용하여 화장품의 끈적임 특성을 측정할 수 있다는 것으로 이해될 수 있다.
도 8은 서로 다른 크기의 공극과 두께를 갖는 다공성 구조체의 물성 실험 결과를 보여주는 그래프이다.
도 8에서 왼쪽의 그래프는 5μm 크기의 공극을 갖는 다공성 구조체를 이용하여 물성 측정 장치(100)로 실험한 결과이고, 오른쪽의 그래프는 25μm 크기의 공극을 갖는 다공성 구조체를 이용하여 실험한 결과이다. 여기서 색상의 차이는 다공성 구조체의 두께 차이로서, 5μm에서의 검정색은 0.75mm, 빨간색은 1.7mm, 파란색은 1.98mm이고, 25μm에서의 검정색은 1mm, 빨간색은 1.8mm, 파란색은 2.47mm이다.
도 8을 참조하면, 공극의 크기가 5μm인 경우가 보다 뚜렷한 하중값을 측정할 수 있는 것을 확인할 수 있으며, 두께가 작은 경우에 보다 민감하게 하중값이 변하는 것을 확인할 수 있다. 본 그래프에서 가장 민감하게 하중을 잘 측정할 수 있는 경우는 공극의 크기가 5μm이고 두께가 0.74mm인 왼쪽 그래프의 검정색 라인이다.
상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 물성 측정 장치(100)에 따르면, 화장품의 끈적임 특성을 정확하게 측정할 수 있다. 구체적으로, 제1 다공성 구조체(210)와 제2 다공성 구조체(220)는 피부의 화장품 흡수 현상 및 끈적임 현상을 모사할 수 있는 것으로서, 베이스(210)에 제공되며 화장품이 발라져 있는 제1 다공성 구조체(210)와 프로브 측에 제공되는 제2 다공성 구조체(220)의 접촉은 사람의 피부와 피부 사이의 접촉을 모사할 수 있다.
피부에 도포된 화장품은 일부가 피부의 각질층 내로 스며들고 일부가 피부에 잔존하면서 끈적임 특성을 나타내게 되는데, 이와 실질적으로 동일한 현상이 제1 다공성 구조체(210)에 나타나 있는 상태인 바, 제2 다공성 구조체(220)가 제1 다공성 구조체(210)에 접촉되었다 떨어지게 되면 제2 다공성 구조체(220)에 접촉 상태를 유지하기 위한 소정의 하중이 작용하게 되고, 이러한 하중은 감지부(140)에 의해 측정될 수 있다.
이때, 승하강 구동부(130)는 끈적임 특성을 보다 원활하게 측정할 수 있도록 제2 다공성 구조체(220) 및 제1 다공성 구조체(210)가 서로 접촉된 후 일정 수준 변형될 수 있도록 제1 다공성 구조체(210)를 하방으로 더 이동시킬 수 있다.
상기와 같은 물성 측정 장치(100)에 의해 제1 다공성 구조체(210)에 도포되어 있는 화장품의 끈적임 정도는 수치화될 수 있다. 이는 사람이 수행하는 종래의 방법에 의해 높은 객관성을 가질 수 있다. 특히, 물성 측정 장치(100)에 의해 자동화된 방법으로 수치를 얻을 수 있는 바, 화장품 특성에 대한 데이터베이스를 구축함에 있어 비용적, 시간적으로 보다 더 효율적일 수 있다.
또한, 물성 측정 장치(100)는 화장품을 교체하여 반복적으로 사용될 수 있으므로, 각 화장품의 데이터를 서로 비교 평가 할 수 있는 객관적인 데이터를 확보할 수 있다.
이하는 본 발명의 실시예들의 나열이다.
항목 1은, 탄성 변형 가능한 소재로 형성되고, 복수 개의 공극을 포함하는 다공성의 바디; 및 바디의 일측 면 및 복수 개의 공극의 벽면에 제공되는 친수성 막을 포함하고, 바디는 바디의 일측 면에 발라진 화장품을 공극의 내부로 흡수할 수 있는 다공성 구조체이다.
항목 2는, 바디는 소수성을 갖는 물질로 형성되는 항목 1의 다공성 구조체이다.
항목 3은, 바디는 탄성중합체로 형성되는 항목 1 내지 항목 2의 다공성 구조체이다.
항목 4는, 바디는 폴리디메틸실록산(PDMS)인 항목 1 내지 항목 3의 다공성 구조체이다.
항목 5는, 친수성 막은 히드록시기 또는 아민기를 갖는 친수성 고분자로 형성되는 항목 1 내지 항목 4의 다공성 구조체이다.
항목 6은, 친수성 막은 폴리비닐알콜(PVA) 또는 폴리디알릴디메틸암모늄 클로라이드(PDDA)인 항목 1 내지 항목 5의 다공성 구조체이다.
항목 7은, 복수 개의 공극의 평균 직경은 3μm 이상 10μm 미만인 항목 1 내지 항목 6의 다공성 구조체이다.
항목 8은, 바디의 두께는 0.5mm 이상 1mm 미만인 항목 1 내지 항목 7의 다공성 구조체이다.
항목 9는, 베이스 물질과 경화제를 혼합하여 제1 혼합액을 형성하는 단계; 제1 혼합액에 극성 용액을 혼합하여 제2 혼합액을 형성하는 단계; 제2 혼합액을 경화하여, 탄성 변형 가능하고 복수 개의 공극을 포함하는 다공성의 바디를 제조하는 단계; 및 바디를 코팅 물질에 침지시켜 바디의 일측 면 및 공극의 벽면을 친수성 막으로 코팅하는 단계를 포함하고, 친수성 막이 제공된 바디는 화장품을 흡수하여 공극 내에 수용할 수 있는 것인 항목 1 내지 항목 8의 다공성 구조체의 제조 방법이다.
항목 10은, 제2 혼합액을 형성한 이후 제2 혼합액을 진공 상태로 기 설정된 시간 보관하여 기포를 제거하는 단계를 더 포함하는 항목 9의 다공성 구조체의 제조 방법이다.
항목 11은, 바디를 제조한 이후 바디를 동결 건조기에서 건조시켜 잔여 용매를 제거하는 단계를 포함하는 항목 9 내지 항목 10의 다공성 구조체의 제조 방법이다.
항목 12는, 친수성 막으로 코팅하는 단계는, 바디를 산소 플라즈마 처리하는 단계; 바디를 코팅 물질에 침지시키는 단계; 바디에 잔류하는 코팅 물질을 블로어로 제거하는 단계; 및 바디를 건조하는 단계를 포함하는 항목 9 내지 항목 11의 다공성 구조체의 제조 방법이다.
항목 13은, 베이스 물질은 소수성을 갖는 탄성중합체인 항목 9 내지 항목 12의 다공성 구조체의 제조 방법이다.
항목 14는, 베이스 물질은 폴리디메틸실록산인 항목 9 내지 항목 13의 다공성 구조체의 제조 방법이다.
항목 15는, 코팅 물질은 히드록시기 도는 아민기를 포함하는 친수성 고분자 용액인 항목 9 내지 항목 14의 다공성 구조체의 제조 방법이다.
항목 16은, 코팅 물질은 폴리비닐알콜 또는 폴리디알릴디메틸암모늄 클로라이드인 항목 9 내지 항목 15의 다공성 구조체의 제조 방법이다.
항목 17은, 베이스 물질과 극성 용액은 3:1 이상 1:1 이하의 질량비로 혼합되고, 극성 용액은 물과 물보다 표면 장력이 더 작은 큰 용액이 1:0.5 이상 1:3 이하의 질량비로 혼합되는 항목 9 내지 항목 16의 다공성 구조체의 제조 방법이다.
항목 18은, 물보다 표면 장력이 더 작은 큰 용액은 에탄올 용액인 항목 9 내지 항목 17의 다공성 구조체의 제조 방법이다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 다공성 구조체 및 그 제조 방법을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합, 치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
10: 다공성 구조체 11: 바디
12: 공극 13: 친수성 막
100: 물성 측정 장치 110: 본체
120: 베이스 130: 승하강 구동부
140: 감지부 150: 사용자 인터페이스부
160: 제어부

Claims (18)

  1. 탄성 변형 가능한 소재로 형성되고, 복수 개의 공극을 포함하는 다공성의 바디; 및
    상기 바디의 일측 면 및 복수 개의 상기 공극의 벽면에 제공되는 친수성 막을 포함하고,
    상기 바디는 상기 바디의 일측 면에 발라진 화장품을 상기 공극의 내부로 흡수할 수 있는 다공성 구조체.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 바디는 소수성을 갖는 물질로 형성되는 다공성 구조체.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 바디는 탄성중합체로 형성되는 다공성 구조체.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 바디는 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS)인 다공성 구조체.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 친수성 막은 히드록시기(hydroxyl group) 또는 아민기(amine group)를 갖는 친수성 고분자로 형성되는 다공성 구조체.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 친수성 막은 폴리비닐알콜(Polyvinyl alcohol, PVA) 또는 폴리디알릴디메틸암모늄 클로라이드(polydiallyldimethylammonium chloride, PDDA)인 다공성 구조체.
  7. 제5 항에 있어서,
    복수 개의 상기 공극의 평균 직경은 3μm 이상 10μm 미만인 다공성 구조체.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 바디의 두께는 0.5mm 이상 1mm 미만인 다공성 구조체.
  9. 베이스 물질과 경화제를 혼합하여 제1 혼합액을 형성하는 단계;
    상기 제1 혼합액에 극성 용액을 혼합하여 제2 혼합액을 형성하는 단계;
    상기 제2 혼합액을 경화하여, 탄성 변형 가능하고 복수 개의 공극을 포함하는 다공성의 바디를 제조하는 단계; 및
    상기 바디를 코팅 물질에 침지시켜 상기 바디의 일측 면 및 상기 공극의 벽면을 친수성 막으로 코팅하는 단계를 포함하고,
    상기 친수성 막이 제공된 상기 바디는 화장품을 흡수하여 상기 공극 내에 수용할 수 있는 것인 다공성 구조체의 제조 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 혼합액을 형성한 이후 상기 제2 혼합액을 진공 상태로 기 설정된 시간 보관하여 기포를 제거하는 단계를 더 포함하는 다공성 구조체의 제조 방법.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 바디를 제조한 이후 상기 바디를 동결 건조기에서 건조시켜 잔여 용매를 제거하는 단계를 포함하는 다공성 구조체의 제조 방법.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 친수성 막으로 코팅하는 단계는,
    상기 바디를 산소 플라즈마 처리하는 단계;
    상기 바디를 상기 코팅 물질에 침지시키는 단계;
    상기 바디에 잔류하는 상기 코팅 물질을 블로어로 제거하는 단계; 및
    상기 바디를 건조하는 단계를 포함하는 다공성 구조체의 제조 방법.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 베이스 물질은 소수성을 갖는 탄성중합체인 다공성 구조체의 제조 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 베이스 물질은 폴리디메틸실록산인 다공성 구조체의 제조 방법.
  15. 제9 항에 있어서,
    상기 코팅 물질은 히드록시기 도는 아민기를 포함하는 친수성 고분자 용액인 다공성 구조체의 제조 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 코팅 물질은 폴리비닐알콜 또는 폴리디알릴디메틸암모늄 클로라이드인 다공성 구조체의 제조 방법.
  17. 제9 항에 있어서,
    상기 베이스 물질과 상기 극성 용액은 3:1 이상 1:1 이하의 질량비로 혼합되고,
    상기 극성 용액은 물과 물보다 표면 장력이 더 작은 용액이 1:0.5 이상 1:3 이하의 질량비로 혼합되는 다공성 구조체의 제조 방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 물보다 표면 장력이 더 작은 용액은 에탄올 용액인 다공성 구조체의 제조 방법.
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