KR20220054345A - 화장품 및 개인 관리를 위한 바이오-기반 및 생분해 가능한 탄성 중합체 - Google Patents

화장품 및 개인 관리를 위한 바이오-기반 및 생분해 가능한 탄성 중합체 Download PDF

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안나 케이. 크룸
로날드 브이. 레룸
존 곰리
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그랜트 인더스트리스, 아이엔씨.
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Abstract

화장품 연화제 존재하에서 비스무스 촉매와 같은 우레탄화 촉매를 사용하여 바이오-기반한 이소시아네이트와 교차-연결된 바이오-기반한 폴리올을 함유하는 폴리우레탄 탄성 중합체 고무 조성물을 공개한다. 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무는 본 발명의 추가의 관점에서 바이오-기반한 연화제 또는 바이오-기반한 연화제의 혼합물의 존재 하에서 제분된 후에 젤에 포함된다. 폴리우레탄 탄성 중합체 젤은 화장품 및 천연 오일과 좋은 호환성을 가지며 및 다른 바람직한 화장품 처방 역할 중 이러한 오일들의 젤화 제제로서 사용될 수 있다.

Description

화장품 및 개인 관리를 위한 바이오-기반 및 생분해 가능한 탄성 중합체
본 발명은 화장품에 사용을 위한 폴리에스테르(polyester) 및 폴리우레탄(polyurethane) 타입의 공급 원료 제조를 위한 조성물 및 공정/방법을 포함한다. 이 조성물은 85% 보다 더 크거나 또는 더 높은 재활용가능한, 바이오-기반한 공급 원료를 기반으로하는 탄성 중합체 시스템을 포함하며, 이는 본질적으로 생분해 가능하다. 이 조성물은 젤에 병합될 수 있으며 및 중간체인 에스테르 (medium chain esters) 및 덜 극성인 탄화수소 (less polar hydrocarbons)의 안정적인 혼합물을 형성할 수 있다.
실리콘 탄성 중합체 (Silicone elastomers) 는 광범위한 부류의 삼 차원적으로 교차-연결된 디메티콘 폴리머 (dimethicone polymers) 로 삼 차원적 폴리머 구조를 형성하고 및 화장품에 유익한 질감 및 외관을 제공한다. 이들은 일반적으로 바람직한 감각적 미적 프로파일을 만들어내고, 또한 주름 충전제 (line filler) 또는 부드러운 초점 입자 (soft focus particle) 로서 기능을 하면서 소비자의 매력을 증강 시키기 위한 생산품으로 제형화 된다. 추가로, 이들은 피부의 표면에 잉여 오일을 감소시키는 피지 흡수제로서 작용할 수 있으며 및 피부를 덜 빛나게 만드는 것으로 정의하는, 피부 보송보송하게 하는 (mattifying) 제제로서 작용할 수 있다. 더 나아가, 이 교차-연결된 디메티콘 폴리머는 조절되는 방출 폴리머로서 작용함으로써 활성제 (actives)를 전달할 수 있으며 및 또한 높은 오일 함량 제형의 오일성 질감을 감소시킬 수 있다. 실리콘 탄성 중합체는 피부관리 및 화장품을 위한 우아한 데일리 웨어 (daily wear)를 제공하기 위하여 햇빛 차단 활성제 (sun protection actives) 및 색소 (pigment) 와 같은 흔한 성분과 함께 동시-제형화 될 수도 있다. 실리콘 탄성 중합체는 꽤 안정적인 성분이나 그러나 그 기원이 합성이라는 점 및 환경에서 분해 가능하다 하더라도, 쉽게 생분해성이 아니라는 인식으로 걱정이 되고있다.
폴리에스테르는 합성적 및 자연적으로 유래 될 수 있으며 및 거친 가소성 고체 (thermoplastic solids) 로부터 낮은-점도의 오일까지 다양할 수 있다. 스피라텍스 문학 (Spiratex literature), 열가소성 폴리에스테르 탄성 중합체 (Thermoplastic Polyester Elastomers), 또는 TPE로부터, 고-성능 탄성 중합체 (high-performance elastomers) 및 유연한 폴리머 (flexible polymers)의 성질들을 합친다. 때로는 열가소성 고무라고도 불리는, 이들은 반복적인 유연 사이클 (flex cycle)을 견딜 수 있고 및 많은 화학물질과 오일에 저항성이 있는 것으로 알려진 높은 강도의 재료이다. 탄성 중합체의 성질 규명에서 중요한 계수는 경도 (hardness) 및 탄성 (resilience)이다. 경도 또는 강직성 (stiffness) 및 탄성을 측정하는 다른 방법들이 있다, 즉, ASTM D-2240에서 서술된 대로 경도 경도계 (Durometer Hardness). 테스트 방법은 경도계: 타입 A, B, C, D, DO, E, M, O, OO, OOO, OOO-S, 및 R로서 알려진 12개 타입의 고무 경도 측정하는 장치를 서술한다. 적절한 스케일 내에 있고 및 재료의 행동에 근거하여 조정하는 것이 필요하다. 탄성 중합체 폴리머는 다양한 경도를 가지는 반면에, 본 발명의 경도는 젤-유사한 재료와 일치함이 발견되었다. ASTM D2240은 경험적인 테스트 방법이며 및 유연한 젤, 즉, 폴리펩티드로 구성된 바이오폴리머 젤라틴, 을 평가하기 위하여 흔히 사용되는 과정이므로 수정되고 및 조정되었다. 간략하게, 이 방법은 본 발명의 경도 및 신축성 (탄성) 둘 다를 평가하기 위하여 질감 분석기 (texture analyzer) 를 사용하고 및 본 발명의 특정한 깊이로의 압흔기 (indenter)의 압축 및 압축 해제 힘의 프로파일에 근거한다.
화장품에서 일반적으로 사용되는 실리콘 탄성 중합체는 실리콘 고무 (silicone rubber)의 미분화된 입자 (micronized particles) (약 1-100 마이크론으로부터) 이고, 분산되고 및 아이소도데칸 (isododecane), 사이클로메티콘 (cyclomethicone) 또는 경량 실리콘 오일 (light silicone oils) 과 같은 담체 상(carrier phase)으로 반-팽창 (semi-swollen) 된다. 화장품을 위한 실리콘 탄성 중합체는 화장품학적으로 허용할 만한 성질의 올바른 균형을 얻기 위하여 강도 높은 제분 (milling) 및 담체 상으로의 희석을 요구한다. 이 높은 가공 형태에서, 실리콘 탄성 중합체와 담체 상 사이의 반사 지수 (refractive index) 가 서로 맞을 때, 최종 혼합물은 젤화된 균질한 시스템의 모양을 줄 수 있으며, 단지 추가로 감각 테스트에서 탄성 중합체의 존재를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 담체 상이 휘발성이면, 피부에 실리콘 탄성 중합체 혼합물을 펼치는 행위는 담체 상이 증기화 되고 및 바람직한 질감을 보여주는 피부에 탄성 중합체의 미분화된 "볼을 함유하는 (ball bearing)" 입자가 남게 하는 결과가 되고 및 피부에 피지 흡수를 위한 보송보송한 성질을 제공한다. 화장품에서 사용된 대로 실리콘 탄성 중합체 분산 기술 현황에는 질감 및 기능이 제조자 및 소비자에 의해 똑같이 굉장히 잘 평가되는 거의 모든 최상급 리브-언 피부관리 (premium leave-on skin care) 제품 형태가 포함된다.
분산된 실리콘 탄성 중합체의 성능이 비할 데 없으나, 실리콘이, 부분적으로, 비-재활용성인 석유 기원의 공급원료부터 기원하므로 실리콘 탄성 중합체의 대체 품이 요구된다. 그러므로, 첫 번째 목표는 재활용가능한 바이오-소스 기원의 공급 원료에 주로 기반한 고성능 분산 탄성 중합체를 창조하는 것이다. 두 번째로, 이들은 시간에 따라 화학적으로 환경 내에서 분해될 수 있지만, 실리콘은 본질적으로 미생물 작용에 의한 생분해 가능하지 않다. 그러므로 두 번째 기준은 본질적으로 생분해 가능한 탄성 중합체의 분산이다. 세 번째로, 실리콘 탄성 중합체의 본질적인 성질은 아이소도데칸 (isododecane) 과 같은 가지형 체인 탄화수소와 기능적인 호환성을 보이며 및 실리콘 액체와 좋은 호환성을 보인다. 이들은 그러므로, 그 성질이 중간정도의 극성이고, 반-소수성 (semi-hydrophobic) 이며 및 그 결과로 다른 상용화 성분 (compatibilizing ingredients) 또는 유화제 (emulsifiers)의 첨가 없이도 좀 더 극성인 에스테르로부터 상 분리가 될 것이다. 그러므로, 추가의 목표는, 실리콘 탄성 중합체로는 직접적으로 달성할 수 없는 성분으로 제조하기 위하여, 첫 번째 두 개의 기준을 충족하고 또한 에스테르나 또는 중간체인 트리글리세라이드 (medium chain triglycerides, MCT) 와 같은 좀 더 극성인 화장품 성분과의 호환성을 제공하는 분산된 젤 화 또는 두껍게 되는 고 성능의 탄성 중합체를 창조하는 것이다. 네 번째는, 실리콘 젤 대체품은 견줄만 한 감각적인 심미적 프로화일을 가져야 한다.
석유-기반한 폴리머 대체품에 대한 선택은 개인 관리 (personal care) 산업에서의 응용에 점점 중요해지고 있다. 바이오-기반 및 생분해가능한 탄성 중합체는 화장품 조성물에서 질감의 특성을 향상하기 위한 필수적 부류의 재료이다. 다양한 화장품 액체에서 부풀고 및 분산된 탄성 중합체 폴리머는 현재의 탄성 중합체 폴리머, 즉 하이드로젤(hydrogels), 실리콘 젤(silicone gels), 오일-기반한 농축제 (oil-based thickeners), 등으로 달성되지 않는 새로운 제형의 기회를 제공할 수 있다. 따라서, 실리콘 젤, 하이드로젤, 오일-기반한 농축제, 등과 비슷한 강화된 질감 특성을 가진 새로운 탄성 중합체를 개발할 필요가 있다. 본 발명에서 제시하는 바이오-기반 및 생분해가능한 젤은 화장품 및 천연 오일과 좋은 호환성을 가지고 있고 및 이러한 오일의 젤화 제제로서 사용될 수 있다.
리브 언 화장품 산업 (leave on cosmetic industry) 에 관련된 이전의 기술에는 다양한 기능을 수행하는 수많은 부류의 폴리에스테르 및 폴리우레탄 (polyurethanes) 이 포함된다. 수천의 폴리에스테르 및 폴리우레탄 (polyurethanes) 이 상업을 위해 COSING (EU의 공공 화장품 성분 데이타베이스) 에 목록화되어 있다. 이들 성분 중 많은 것이 물을 포함하는 다른 용매와 조합하였을 때 헤어스프레이 또는 결합제 (binder)로서 작용하는 흔한 전적으로 합성적으로 제조된 필름 형성하는 폴리머이다. 자주 이들은 물에 격자 (lattices) 로서 또는 분산으로서 확산되고, 자주 디 (di-) 또는 트리-아미노 체인 (tri-aminochain) 증량제(extende)와 교차결합되어 카바메이트 (carbamates)를 형성하는 프리폴리머 (prepolymers) 로부터 만들어진다. 아민-기반한 구성요소 (building block)는 짙은 냄새 프로파일이 널리퍼지고 및 최종 생산품 제형을 황색으로 만드는 흔한 현상때문에 화장품의 원자재 개발을 위해서는 바람직하지 않다. 다른 부류의 우레탄 (urethanes) 은 고체로서, 주로 석유 소스로부터 합성적인 공급원료에 기반한 비-팽창되는 미분화된 분말로서 팔린다. 예를 들어, 그랜트 산업 (Grant Industries) 은, 30-40%의 미분화된 비-팽창되는 우레탄 분말을INCI 이름 HDI/트리메티롤 헥실락톤 크로스폴리머 (HDI/Trimethylol Hexyllactone Crosspolymer) 와 함께 함유하는 생산품인, 그랜파우더 USQ (Granpowder USQ)를 판다. 이는 탁월한 촉각 및 연 초점 (soft focus) (광학적으로) 성질을 보이는 반면에, 실리콘 탄성 중합체와 유사한 탄성 성질은 가지고 있지 않다. 이는 MCTs 와 같은 중간 극성 담체 액체 (medium polar carrier fluids)에 분산시켰을 때, 탄성 성질이 조금 있거나 또는 없는 자유-유동성 분말 (free-flowing powder) 이다.
발명의 요약
앞서 말한 것의 관점에서, 본 발명은 여기서 또한 화장품 연화제 (cosmetic emollient) 라고도 불리는, 자연에 기원한 반응 용매에서, 비스므스 촉매 (bismuth catalyst) 와 같은 우레탄화 촉매를 사용하여, 다 기능성, 예를 들어, 삼중 기능성 (tri-functional) 의, 폴리우레탄 교차-링커 사이에 연결된 폴리에스테르를 사용한 바이오-기반 및 생분해 가능한 팽창될 수 있는, 탄성 비-이온성, 비-수용성 재료를 포함한다. 바람직한 촉매는 일반적으로 아민-기반한, 유기-수은 (organo-mercury) 또는 유기-주석 (organo-mercury) 기반한 우레탄 촉매와 대체되는 비-독성/안전한 그러한 것이라고 간주된다. 이 용매 부류에는 MCT를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 젤을 제조하는 공정도 포함한다. 이 공정에는 MCT 기반한 고무 탄성 중합체 (elastomer) 를, 반응 용매와 같거나 또는 다를 수 있는 용매에 동시에 또는 이어서 희석하는 공정과 함께, 제분 (milling) 공정을 포함한다. 재활용 가능한 공급 원료인 휘발성 화장품 알칸 (alkane) 이 바람직한 감각 심미적 프로파일을 달성하기 위하여 바람직하다.
본 발명의 한 관점에서,
(a) 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무 (cross-linked polyurethane elastomer rubber);
(b) 화장품 연화제 (cosmetic emollient); 및
(c) 우레탄화 촉매 (urethanation catalyst) 를 포함하는,
교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무 조성물을 제공하며,
여기서 화장품 연화제는 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무를 상당히 둘러싸는 용매 매트릭스 (solvent matrix) 를 형성한다. 본 발명의 목적에서, "상당히 둘러싸는 (substantially surrounds)" 은 용매 매트릭스가 고무의 표면에 가까이 접촉하여 고무 표면의 상당한 부분을 덮는 것을 의미한다고 이해될 것이다. 연화제 (emollient)는, 항상 그렇지는 않으나, 고무를 완전히 에워쌀 수 있다.
본 발명의 다른 관점에서는 여기서 서술된 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무를 제조하는 공정을 제공한다. 이 공정은 폴리이소시아네이트 (polyisocyanate) 를 우레탄화 촉매 및 화장품 연화제 존재하에서 교차-연결된 폴리우레탄 고무가 형성되기에 충분한 컨디션 아래에서 적어도 두 개의 유리 하이드록실 그룹 (free hydroxyl groups) 을 가진 프리폴리머 (prepolymer)와 작용시키는 것을 포함한다.
본 발명의 추가의 관점은 여기서 서술된 대로 제분 된 (milled) 형태의 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무 조성물 및 적어도 하나의 화장품 연화제의 혼합물을 함유하는 젤 조성물은 물론 이 조성물을 만드는 방법을 포함한다. 상기 젤 조성물은 고무 분산제이고, 한 번 또는 그 이상의 제분 및 희석 단계를 거쳐 정제되고 이로써 각 단계는 목표하는 평형 된 입자 크기 범위를 생성하여 최종 생산품이 1 내지 100마이크론 (micron) 범위, 바람직하게 1 내지 60마이크론이 되도록한다. 본 발명의 더 추가의 관점은 화장품 (cosmetics), 유화제 (emulsions), 로션 (lotions), 크림(creams), 등 및 이 창의적인 조성물 및 젤을 함유하는 생산품을 포함한다.
본 발명의 결과로서, 적어도 85 또는 >98%까지도 바이오-기반한 재료의 실리콘 대체 탄성 중합체를 제공한다. 이 바이오-기반한 탄성 중합체는 "궁극적인 생분해 가능한/선천적으로 생분해 가능함 (Ultimate Biodegradable/Inherent Biodegradable)"을 달성하는 결과를 가져온 테스트를 하게 하였으며 및 이는 달리 달성되는 수행 체 (body of performance) 속성에 관련하여 이전의 기술에서는 알려지지 않았다. 주 발명은 실리콘-기반하지 않았으나 이전에는 단지 실리콘 화학에 의해서만 달성될 수 있는 높은 값의 질감 (texture)에 접근하는 탄성 중합체다. 공개된 이 발명은 그랜센스 (Gransense??) 로서 상표가 등록되었으며 및 그랜트 산업 (Grant Industries) (Elmwood Park, New Jersey, USA)으로부터 화장품 재료로서 상업적으로 구할 수 있을 것이다.
도 1은 실시 예 21에 해당하는 생분해 그래프이다.
한 관점에서, 본 발명은 화장품 연화제 (cosmetic emollient)의 존재하에서 비스므스 촉매 (bismuth catalyst) 와 같은 우레탄화 촉매를 사용하여 바이오-기반한 이소시아네이트 (bio-based isocyanate) 와 교차-연결된 바이오-기반한 폴리올 (bio-based polyol)을 포함하는 폴리우레탄 탄성 중합체 고무 조성물에 관련한 것이다. 이소시아네이트 (Isocyanates)는 이소시아네이트 그룹 (-NCO)을 함유하는 화합물이다. 이들은 알코올(하이드록실) 그룹을 함유하는 화합물과 반응하여 폴리우레탄 폴리머를 생산한다. 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무는 본 발명의 추가의 관점에서 바이오-기반한 연화제 또는 바이오-기반한 연화제의 혼합물의 존재하에서 제분된 후 젤에 포함된다. 폴리우레탄 탄성 중합체 고무 젤은 화장품 및 천연 오일과 좋은 호환성을 가지며 및 다른 바람직한 화장품의 제형적인 역할 중에 이들 오일의 젤 화 제제로서 사용될 수 있다. 실리콘 탄성 중합체 극성 대비 폴리우레탄 탄성 중합체 젤의 증가한 극성은 실리콘 탄성 중합체는 달리 호환되지 않을 점점 증가적인 극성 제형 배지에 이를 병합되게 한다.
본 발명의 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무 조성물은 바람직하게 프리폴리머 (prepolymer), 폴리이소시아네이트 (polyisocyanate), 및 화장품 연화제가 바이오-기반 및 생분해 가능한 그런 것이다. 본 발명의 어떤 바람직한 관점에서, 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무 조성물은 약 85% 이상, 바람직하게는 약 95% 이상 및 어떤 다른 실시 예에서는 약 99% 이상의 재활용 가능하고, 바이오-기반한 공급원료 또는 다르게 서술하면, 식물-유래한 (비-석유 기반한) 공급원료로 구성된다. 다른 실시 예에서, 고무 조성물은 바이오-기반한 공급원료보다는 전적으로 합성적인 또는 석유-기반한 공급원료로부터 유래한 폴리에스테르 프리폴리머 (polyester pre-polymer)를 사용하여 만들어질 수 있다. 비슷하게, 연화제 또는 연화제의 혼합물 및/또는 이소시아네이트는, 다른 실시 예에서, 바이오-기반한 공급원료보다는 합성적인 또는 석유 기반한 공급원료로부터 유래할 수 있다.
제분 및 희석 공정을 통해, 폴리우레탄 고무 조성물은 피부에서 증강된 작용시간 (playtime)을 가진 매끈하고, 끈적거리지 않고 (non-tacky), 비-오일적인 (non-oily), 습기가 있는 피부-느낌을 제공하는 탄성 중합체 젤로 전환된다. 이 발명의 탄성 중합체 젤은 오일-기반한 화장품의 오일 상 (oil phase) 에 흔히 병합되는 좀 더 극성인 화장품 연화제, 활성제, 및 첨가제에 대한 개선된 호환성을 가진 안정적인 화장품 제형을 창조하는 데 있어 화장품 제형자의 공구 박스 (tool-box) 에의 고급스러운 첨가다.
이 발명에서, 폴리우레탄 고무 조성물을 제조하는 일반화된 공정 및 이어서 이의 폴리우레탄 탄성 중합체 젤로의 전환은 다음의 단계를 따른다:
먼저, 바이오-기반한 프리폴리머 (prepolymer) 는 적절한, 조절되는 온도, 예를 들어, 약 20° C 내지 약 100° C에서, 탄성 중합체 폴리우레탄 고무 조성물을 형성하기 위한 용매(들)로서 작용하는 바이오-기반한 연화제 또는 바이오-기반한 연화제 혼합물의 반응 배지에서 비스므스 촉매와 같은 유레탄화 촉매를 사용하여 바이오-기반한 이소시아네이트와 반응시킨다. 다른 한편으로, 이 공정은 상온에서 약 24시간에 걸쳐서 교반 없이 고무 조성물을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
반응 컨디션의 결과로서, 연화제는 폴리우레탄 고무를 상당히 둘러싸고 및/또는 팽창하는 용매 매트릭스 (solvent matrix) 를 형성한다.
두 번째로, 형성된 고무는 높은 전단 제분 (high shear milling) 을 거쳐 분산으로 전환되고 이로써 제분 전 또는 후에 같은 또는 다른 바이오-기반한 연화제의 선택적 추가적 충전으로 고무 조성물에 첨가된다. 이 혼합물은 바람직하게는, 예를 들어, 고성능-전단 분산 혼합기 (high-shear disperser mixer) 와 같은, 이 분야 통상 전문가에게는 알려진 적절한 장치를 사용하여, 폴리우레탄 젤 농축액으로서 제분 된다. 제분은 고무 조성물의 입자 크기를 바람직하게 약 100마이크론 (micron) 미만의 크기로 바람직하게 감소시키며, 및 좀 더 바람직하게는 횡단면 지름이 (cross-sectional diameter) 약 1 내지 약 60마이크론 범위로 감소시킨다.
세 번째는, 탄성 중합체 농축액은 타겟으로 하는 적용 및 최종 탄성 중합체 젤의 원하는 피부-촉감 (skin-feel) 성질에 따라 휘발성 또는 비휘발성 성질을 가진 바이오-기반한 연화제가 될 수 있는 두 번째 용매로 추가로 희석하여 화장품적으로 적절한 점도가 되도록 마감한다.
어떤 관점에서, 고무 조성물은, 약 5 내지 약 25무게 퍼센트의 양의, 프리-폴리머 (pre-polymer)로 구성된다. 이 프리-폴리머는 적어도 두 개의 하이드록실 그룹을 함유한다. 바람직하게는 바이오-기반한 이소시아네이트는 약 1 내지 약 20무게 퍼센트의 양으로 존재할 수 있으며 및 선택적으로 이소시아네이트는 약 15% 내지 약 38% 또는, 다른 한편으로 약 15 내지 약 28% -NCO 그룹을 함유한다. 전체적인 이소시아네이트의 -NCO 의 폴리올 (polyol)의 -OH에 대한 몰 비는 약 2:1 내지 약 1:2 이 될 수 있다. 폴리올은 선택적으로 하이드록실 값을 50-200, 또는 다른 한편으로 90-120mg KOH/g의 값을 가질 수 있다.
고무 조성물은 또한 약 0.1 내지 약 2.5무게 퍼센트의 촉매를 포함할 수 있다.
본 발명의 고무의 다른 바람직한 관점은 이는 어떤 제분 또는 희석하기 전에 질감 분석기로 측정하였을 때 200g 보다 더 큰 경도력 (hardness force), 다른 한편으로 500g 이상, 및 4000g 이하 경도력을 가지고 및 70%, 또는 다른 한편으로 90% 보다 더 크거나 또는 같은 탄성을 가지는 것을 포함한다.
본 발명의 고무는 어떤 관점에서 OECD 301-B에 따라 궁극적으로 생분해 가능한 (ltimate Biodegradable)/본질적으로 생분해 가능한 (nherent Biodegradable) 것으로서 분류될 수 있으며 및 이는 ASTM D6866-18에 따라 >97.0% 까지 높은 바이오-기반한 탄소 (Bio-based Carbon)를 함유하게 만들어질 수 있다.
화장품 적으로 우아하고 및 안정적인 젤로 전환이 가능할 수 있는 제분 가능한 탄성 중합체 고무의 형성에는 고무 형성에 본질적인 몇 가지 물리적인 계수의 고려를 요구한다. 폴리우레탄 고무의 경도는 이것이 쉽게 젤로 가공될 수 있는지를 결정하는 중요한 인자이다. 만약 폴리우레탄 고무가 너무 딱딱하면, 고무 입자는 적절히 팽창하지 않거나 또는 연화제로 가공할 때 매끄러운 젤로 갈아지지 않을 것이다. 다른 한편으로, 만약 폴리우레탄 고무가 너무 연하면 이는 끈적끈적하고 및 팽창할만한 입자가 부족하기 때문에 젤로 쉽게 가공되지 않을 것이다. 세 가지 중요한 인자들이 폴리우레탄 고무의 경도를 결정한다:
첫 번째, 담체 액체 대비 폴리머 함량의 비율은 최적의 폴리우레탄 고무를 합성하는데 고려할 필수적인 것이다. 폴리우레탄 고무에서 바이오기반한 연화제의 총 무게 퍼센트는 70-95% 사이의 범위, 또는 다른 한편으로 70-90% 사이의 범위이어야 한다. 만약 너무 많은 담체 액체가 사용되면, 탄성 중합체 네트워크의 밀도는 점성을 유지하기에는 너무 낮을 것이다. 만약 너무 적은 담체 액체가 사용되면, 제분할 때 적절히 분산되기에는 폴리머 함량이 너무 밀집될 것이다.
두 번째로, 바이오-기반한 프리-폴리머의 바이오-기반한 하이드록실 기능성의 폴리이소시아네이트의 NCO 기능성에 대비한 비율은 2:1 에서 1:2 사이가 될 수 있으며, 및 바람직하게는 1:1이 될 수 있다.
세 번째로, 폴리우레탄 고무의 합성에 사용되는 촉매의 양은 폴리우레탄 고무가 젤로 가공되는 능력을 결정하는 또 다른 인자이다. 만약 너무 많은 촉매가 사용되면 고무는 너무-양생되고 (over-cure) 및 젤로 가공되기에는 너무 견고할 것이다. 만약 너무 적은 촉매가 사용되면 고무는 형성되지 않을 것이다. 실제로, 촉매의 양은 무게로 약 0.1-2.5% 가 될 수 있다.
본 발명의 젤 조성물은 점성이 본 발명의 많은 실시 예에서 약 15,000 내지 약 1,000,000 cP의 범위를 가질 수 있으며 및 다른 실시 예에서 약 40,000 내지 약 1,000,000 cP의 범위를 가질 수 있다. 젤은 선택적으로 OECD 301-B에 따라 궁극적으로 생분해 가능한 (Ultimate Biodegradable)/본질적으로 생분해 가능한 (Inherent Biodegradable) 것으로서 분류될 수 있으며 및 ASTM D6866-18에 따라 97.0%까지의 바이오-기반한 탄소 (Bio-based Carbon)를 함유하는 그런 것이다. 선택적으로, 알코올 또는 선택적으로 아민을 함유하는 마감제 (finisher) 가 미반응의 이소시아네이트 그룹을 차단하기 위하여 본 발명의 조성물에 첨가될 수 있다. 본 발명의 젤은, 비-뉴토니안 액체 (non-Newtonian fluid) 또는 요변성 액체 (thixotropic fluid)가 될 수 있다. 본 발명의 젤은 제한 없이 비타민 C 및 비타민 A 와 같은 비타민, 햇볕차단제 (sunscreen), 식물 추출물, 및/또는 향수와 같은 선택적인 개인적 또는 헬스케어 활성제를 포함할 수 있다.
정의
요변성 젤 특성
탄성 중합체 젤에서 바람직한 폴리에스테르 및/또는 폴리우레탄 연결은 시간이 지남에 따라 수소 결합을 형성하는 능력이 있도록 한다. 젤의 이러한 행위는 요변성 특성 (thixotropic property)을 갖게 한다. 요변성 액체 (thixotropic fluid) 는 시간에 의존적으로서 비-뉴토니안 위 플라스틱 행위 변화 (non-Newtonian pseudoplastic behavioral change) 를 보인다. 정적인 컨디션 (static conditions) 하에서 이들 타입의 젤은 (이 발명의 범위 내에서) "위-플라스틱 (pseudo-plastic)" 으로 보일 것이나 그러나 일정한 힘 (교반, 혼합, 진탕, 전단) 이 적용될 때면 흐르기 시작할 것이며 및 점성이 감소 될 것이다. 적용되는 힘이 없을 때 및 일정한 기간 후에 이 젤은 이의 초기 정적인 상태로 회복될 것이다. 요변성 액체의 흔한 실시 예는 요구르트 (yogurt) 및 폴리비닐 알코올 접착제 젤 (polyvinyl alcohol adhesive glue gel) 이다. 전통적인 오일, 왁스 (waxes), 고무, 또는 분말에 비교하여 요변성 젤을 제형에 병합할 때 많은 제형상의 이점이 있다. 실시 예에는 이것에만 국한하지 않으나 적용할 때 필름의 두께 유지 및 적용하는 동안에 화장품 생산품의 퍼짐성 (spreadability) 의 개선 및 소프트하고 (soft) 및 우아한 (elegant) 촉감을 주는데 사용하는 것이 포함된다.
요변성 젤은, 스프레이 (sprays) 에서 현탁 및 농조화 (thickening) 제제로서 작용하는 것은 물론이고 피부 관리 (skin care) 및 개인 관리 (personal care) 에서 메모리 타입 (memory type) 으로서 적용하는 것과 같은, 제형 상에 많은 이점을 제공한다. 추가로, 요변성 재료는 공정 보조제로서 간주 되며, 및 개인 관리 용품의 증강된 안정성, 및 조절되는 퍼짐성을 제공할 수 있다. 실리콘 탄성 중합체에 비교하여 전단 박막 행동 (shear thinning behavior) 은 다른 성분을 제형에 병합할 때 혼합의 수월성을 증가시킬 수 있다. 감소된 점성은 혼합할 때 및 전단 분산 공정 장치에서 더 적은 부담감을 요구할 것이며 및 개인 관리 활성제의 좀 더 빠른 병합이 필요하게 되어, 이로써 생산에서 비용의 절감 및 시간 절약을 가져오게 된다. 요변성 젤의 다른 이점은 제형을 안정화하고 및 상 분리를 최소화하며 및 잠재적으로 입자 현탁, 즉, 색소, 를 안정화시킨다.
궁극적인 생분해가능성 (Ultimate Biodegradability) - 테스트 화합물이 미생물에 의해 완전히 사용되어 이산화탄소 (carbon dioxide), 물 (water), 및 미네랄 염, 및 새로운 미생물 세포 구성성분 (바이오 매스) 을 생산하는 결과가 될 때 달성되는 분해 수준.
본질적인 생분해 가능성 (Inherent Biodegradability)-생분해 가능성의 어떤 테스트에서 명백한 생분해 가능성 (일차 또는 궁극적인) 을 입증하는 화학물질의 분류.
탄력성의 (Elastic) - 다양성 (variety) 및 변화 (change) 를 포함할 수 있는; 유연하고 (flexible) 및 적응력이 있는(adaptable).
탄성 중합체 (Elastomer) - 예를 들어 고무와 같이, 물리적 스트레스에 의해 왜곡되었을 때 제 모양으로 되돌아올 수 있는 탄력성 성질을 가진 천연 또는 합성 폴리머/거대분자 재료.
폴리머 (Polymer) -주로 또는 전적으로 많은 수의 비슷한 유닛이 함께 결합되어 구성된 분자 구조를 가진 물질, 예를 들어 플라스틱 (plastics) 및 수지 (resis) 로서 사용되는 많은 합성적 유기 재료; 단백질은 폴리펩티드 분자를 가지며, 이는 다양한 아미노산 모노머 유닛으로부터 만들어진 천연 폴리머이다. 핵산은 수 백만의 뉴클레오타이드 유니트로 구성된 거대한 천연 폴리머이다.
적절한 폴리머 및 프리폴리머에는 이것에만 국한하지 않으나 다음을 포함한다:
아제레이트 폴리올즈(Azelate Polyols)
부타네디올/아디픽 에시드 코폴리머 (Butanediol/adipic acid copolymer)
부타네디올/아제레익 에시드 코폴리머 (Butanediol/azelaic acid copolymer)
부타네디올/세바식 에시드 코폴리머 (Butanediol/sebacic acid copolymer)
카프릴로일 글리세린/세바식 에시드 코폴리머 (Capryloyl Glycerin/sebacic acid copolymer)
피마지 오일 유래한 폴리하이드록시스테아릭 에시드 (Castor oil derived Polyhydroxystearic acid)
셀루로오즈 (Cellulose)
콜라겐 (Collagen)
디헵틸 섞시네이트 (및) 카프릴로일 글리세린/세바식 에시드 코폴리머 ((Diheptyl succinate (and) capryloyl glycerin/sebacic acid copolymer))
디리놀레익 에시드/프로파네디올 코폴리머(Dilinoleic acid/propanediol copolymer)
다이머 에시드 디올 (Dimer acid diol)
레시틴 (Lecithin)
폴리(폴리올 세바케이트) ((Poly(polyol sebacate))
폴리부틸렌 섞시네이트 (Polybutylene succinate)
폴리카프로락톤 (Polycaprolactone)
폴리에스테르(Polyester)
폴리에틸렌 글라이콜 (Polyethylene Glycol)
폴리글리세롤 (Polyglycerol)
포리글리코라이드 (Polyglycolides)
폴리하이드록시알카노에이트 (Polyhydroxyalkanoates)
폴리하이드록시부티레이트 (Polyhydroxybutyrates)
폴리락틱에시드 및 폴리락타이드 (Polylactic acid and Polylactides)
폴리락타이드-코-글리코라이드(Polylactide-co-glycolides)
폴리?ツザ瓚絹? (Polysaccharides)
프로파네디올/아디픽 에시드 코폴리머 (Propanediol/adipic acid copolymer)
프로파네디올/아제락틱 에시드 코폴리머 (Propanediol/azelaic acid copolymer)
프로파네디올/세바식 에시드 코폴리머 (Propanediol/sebacic acid copolymer)
프로필렌 글라이콜/아디픽 에시드 코폴리머 (Propylene glycol/adipic acid copolymer)
프로필렌 글라이콜/아제락틱 에시드 코폴리머 (Propylene glycol/azelaic acid copolymer)
프로필렌 글라이콜/세바식 에시드 코폴리머 (Propylene glycol/sebacic acid copolymer)
풀루란(Pullulan)
전분(Starch)
트리메틸펜타네디올/ 아디픽 에시드 코폴리머 (Trimethylpentanediol/adipic acid copolymer),
및 이들의 혼합물.
탄성 중합체 고무의 합성을 위한 바람직한 폴리올 (polyol) 은 효과적인 분자량 280-3000 g/mol 사이 및 다른 한편으로 500-3,000 g/mol 사이를 가진 디올 (diol)- 또는 폴리올 (polyol)-기능화된 폴리에스테르이다. 폴리올은 산성 값 <2 (mg KOH/g), 하이드록실 값50-200 사이 또는 90-200 (mg KOH/g) 사이, 및 물 함량 <0.1 (K.F., w/w%)를 가져야 한다.- 바람직한 프리폴리머는 디리놀레익 에시드/프로파네디올 코폴리머 (dilinoleic acid/propanediol copolymer)로 100% 바이오-기반한 소스로부터 유래하며 및 화장품 오일과 좋은 호환성을 가지고 있다. 바람직하게 코폴리머는 하이드록실 그룹에서 종료되어야 하며 및 하이드록실 그룹은 카복실릭 에시드 보다는 이소시아네이트와 좀 더 쉽게 반응하므로, 낮은 산성 값을 가져야 한다. 피마자 오일 (caster oil) 은 천연적으로 다수의 하이드록실 그룹을 함유하기 때문에 폴리우레탄 고무의 합성을 위한 폴리올로서 또한 사용될 수 있다. 추가로, 폴리우레탄 탄성 중합체 젤을 합성하는데 사용될 수 있는 많은 폴리올 들을 구할 수 있다.
적절한 폴리올에는 이것에만 국한하지 않느나 다음을 포함한다:
1,2-에타네디올 (1,2-ethanediol)
1,2-프로파네디올 (1,2-propanediol)
1,3-프로파네디올 (1,3-propanediol)
카프리릴 글라아콜(caprylyl glycol)
피마자 오일(castor oil)
옥수수 오일(corn oil)
디에틸렌 글라이콜(diethylene glycol)
에틸렌 글라이콜 (ethylene glycol)
에틸렌 옥사이드 (ethylene oxide)
글리세롤 (glycerol)
헵타네[디올(heptanediols)
헥사네디올(Hexanediols)
수소화된 또는 에폭시화된 야채 오일 (hydrogenated or epoxidized vegetable oil)
아이소메릭 부타네디올 (Isomeric butanediols)
아이소소르비드(isosorbide)
아마씨 오일 (linseed oil)
올리브 오일 (olive oil)
다른 하이드록시 함유하는 화합물(other hydroxy containing compounds)
펜타에리트리톨(pentaerythritol)
펜타네디올(Pentanediols)
폴리테트라메틸렌 에테르 글라이콜 (polytetramethylene ether glycol)
프로필렌 글라이콜 (propylene glycol)
프로필렌 옥사이드 (propylene oxide)
실라놀 (silanol)
슈가 알코올(sugar alcohols)
트리에틸렌 글라이콜에테르 글라이콜(Triethylene glycolether gylcol),
및 이들의 혼합물.
적절한 카복실릭 에시드는 하기를 포함하고, 이것에만 국한되지 않는다:
아젤라익 에시드 (Azelaic acid)
시트릭 에시드 (Citric acid)
디리노레익 에시드 (Dilinoleic acid)
다이머 에시드 (Dimer acid)
이타코닉 에시드 (Itaconic Acid)
락틱 에시드 (Lactic acid)
폴리락틱 에시드 (Polylactic acid)
세바식 에시드 (Sebacic acid)
트리리놀레익 에시드 (Trilinoleic acid),
및 이들의 혼합물.
폴리우레탄 고무의 합성에 사용되는 연화제는 에스테르 (esters), 에테르(ethers), 알칸(alkanes), 또는 이들의 혼합물이 될 수 있다. 이 고무가 젤로 되는 공정에 사용되는 연화제는 에스테르 (esters), 에테르(ethers), 알칸(alkanes), 또는 이들의 혼합물이 될 수 있다. 연화제는 바람직하게는 점성이 20oC 에서 1-65 (mPas) 사이를 가진다. 연화제의 퍼짐 값 (mm2/10분)은 바람직하게는 500-2500 사이이다.
적절한 연화제 또는 용매는 하기를 포함하고, 이것에만 국한되지 않는다:
부틸 락테이트(Butyl Lactate)
부틸렌 글라이콜(Butylene glycol)
C12-15 알킬 락테이트 (C12-15 Alkyl Lactate)
C12-15 알킬 벤조에이트(C12-C15 Alkyl benzoate)
C13-C15 알칸 (C13-C15 alkanes)
C16-18 알칸 (C16-18 alkanes)
C18-C22 알칸( C18-C22 alkanes)
카프릴릭/카프릭 트리글리세라이드(Caprylic/Capric Triglyceride)
카프릴릭/카프릭/ 섞시닉 트리글리세라이드 (Caprylic/Capric/Succinic Triglyceride)
카프릴릴-카프릴레이트/카프레이트 피마자 오일 (Caprylyl-Caprylate/Caprate Castor oil)
세틸 에틸헥사노에이트 (Cetyl Ethylhexanoate)
코코- 카프릴레이트/카프레이트(Coco-Caprylate/Caprate
코코글리세라이드(Cocoglycerides)
데실 올레에이트 (Decyl oleate)
디부틸 아디페이트 (Dibutyl adipate)
디카프릴릴 카보네이트 (Dicaprylyl Carbonate)
디카프릴릴 에테르(Dicaprylyl Ether)
디헵틸 섞시네이트 (Diheptyl Succinate)
도데칸(Dodecane)
에틸 락테이트 (Ethyl lactate)
에틸헥실이소노나노에이트(Ethylhexyl Isononanoate)
글리세린 (Glycerin)
글리세릴 트리헥사노에이트(Glyceryl trihexanoate)
글리세릴 트리헵타노에이트 (Glyceryl triheptanoate)
글리세릴 트리옥타노에에트(Glyceryl trioctanoate)
헤미스콰에렌(Hemisqualane)
헵틸 운데실레네이트(Heptyl Undecylenate)
이소도데칸 (Isododecane)
이소노닐 이소노나노에이트(Isononyl Isononanoate)
이소프로필 미리스테이트 (Isopropyl Myristate)
이소프로필 팔미테이트 (Isopropyl palmitate)
조조바 오일 (Jojoba oil)
미리스틸 미리스테이트(Mirystyl Myristate)
네오펜틸 글라이콜 디헵타노에이트 (Neopentyl Glycol Diheptanoate)
옥틸 팔미테이트 (Octyl palmitate)
오레일 유르케이트 (Oleyl Eurcate)
올리브 스쿠알렌(Olive squalane)
폴리뷰텐 (Polybutene)
프로필렌 카보네이트 (Propylene carbonate)
프로필렌 글라이콜 (Propylene glycol)
프로필렌 글라이콜 디카프릴레이트/디카프레이트 (Propylene glycol dicaprylate/dicaprate)
쉬 버터 에틸 에스테르 (Shea butter ethyl esters)
스쿠알렌 (Squalane)
트리데칸 (Tridecane)
트리에틸헥사노인 (Triethylhexanoin)
트리헵타노인 (Triheptanoin)
운데칸 (Undecane),
및 이들의 혼합물.
1,5-펜타메틸렌 디이소시아네이트 트라이머(1,5-pentamethylene diisocyanate trimer) 가 폴리우레탄 탄성 중합체의 합성을 위해 바람직한 이소시아네이트 (isocyanate) 로서 사용되었다. 바이오-기반한 공급원료로부터 유래한, 이 이소시아네이트는, 폴리우레탄 촉매 및 연화제의 존재하에서 폴리올과 쉽게 반응하여 폴리우레탄 고무를 형성한다. 추가로, 산업에서 널리 사용되는 많은 두-기능성 이소시아네이트 (di-functional isocyanates)를 구할 수 있다.
적절한 기능화된 이소시아네이트는 하기를 포함하고, 이에 국한되지 않는다:
1,1' -메틸렌비스(4-이소시아나토사이클로헥산) ((1,1'-Methylenebis(4-isocyanatocyclohexane))
1,3,3-트리메틸-1-(이소시아나토메틸)-5-이소시아나토사이클로헥산 ((1,3,3-Trimethyl-1-(isocyanatomethyl)-5-isocyanatocyclohexane))
1,3,5-트리아진-2,4,6(1H,3H,5H)-트리온, 1,3,5-트리스[(5-이소시아나토- 1,3,3-트리메틸사이클로헥실)메틸])) ((1,3,5-Triazine-2,4,6(1H,3H,5H)-trione, 1,3,5-tris[(5-isocyanato- 1,3,3-trimethylcyclohexyl)methyl]))
1,3-비스(이소시아나토메틸)사이클로헥산 ((1,3-Bis(isocyanatomethyl)cyclohexane))
1,3-디아제티딘-2,4-디온, 1,3,-비스 4-[(2-이소시아나토페닐)메틸]페닐] ((1,3-Diazetidine-2,4-dione, 1,3-bis[4-[(2-isocyanatophenyl)methyl]phenyl]))
1,3-디아제티딘-2,4-디온, 1,3,-비스[4-[(4-이소시아나토페닐)메틸]페닐] ((1,3-Diazetidine-2,4-dione, 1,3-bis[4-[(4-isocyanatophenyl)methyl]phenyl]))
1,3-페닐렌 디이소시아네이트 (3-Phenylene diisocyanate)
1,3- 프로파네디올, 2-에틸-2-(하이드록시메틸)-, 반응 생산물 5-이소시아나토-1-(이소시아나토메틸)-1,3,3-트리메틸사이클로헥산 ((1,3-Propanediol, 2-ethyl-2-(hydroxymethyl)-, reaction products 5-isocyanato-1-(isocyanatomethyl)- 1,3,3-trimethylcyclohexane))
1,4-페닐렌 디이소시아네이트 (1,4-Phenylene diisocyanate)
1,5-디이소시아나토-2-메틸펜탄 (1,5-Diisocyanato-2-methylpentane)
1,5- 펜타메틸렌 디이소시아네이트 (1,5-Pentamethylene diisocyanate)
1,5- 펜타메틸렌 디이소시아네이트 이량체 (1,5-Pentamethylene diisocyanate dimer)
1,5- 펜타메틸렌 디이소시아네이트 삼량체 (1,5-Pentamethylene diisocyanate trimer)
1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트 (1,6-Hexamethylene diisocyanate)
1,8-디이소시아나토-2,4-디메틸옥탄 (1,8-Diisocyanato-2,4-dimethyloctane)
2,2,4-트리메틸헥산 1,6-디이소시아네이트 (2,2,4-Trimethylhexane 1,6-diisocyanate)
2,2'-디이소시아나토디페닐메탄 (2,2'-Diisocyanatodiphenylmethane)
2,4,4-트리메틸헥산 1,6-디이소시아네이트 (2,4,4-Trimethylhexane 1,6-diisocyanate)
2,4,6-트리이소프로필-m-페닐렌 디이소시아네이트 (2,4,6-triisopropyl-m-phenylene diisocyanate)
2,4'-메틸렌디페닐 디이소시아네이트 (2,4'-Methylenediphenyl diisocyanate)
2,4'-톨루엔 디이소시아네이트 (2,4-Toluene diisocyanate)
2,4'-톨루엔 디이소시아네이트 삼량체 (2,4-Toluene diisocyanate trimer)
2,4- 톨루엔 디이소시아네이트 이량체 (2,4-Toluenediisocyanate dimer)
2,5(6)-비스(이소시아나토메틸)바이사이클로[2.2.1]헵탄 ((2,5(6)-Bis(isocyanatomethyl)bicyclo[2.2.1]heptane))
2,6-토루엔 디이소시아네이트 (2,6-Toluene diisocyanate)
3,3'-디메톡시-4,4'-바이페닐렌 디이소시아네이트 (3,3'-Dimethoxy-4,4'-biphenylene diisocyanate)
3,3'-디메틸-4,4'-바이페닐렌 이소시아네이트 (3,3'-Dimethyl-4,4'-biphenylene isocyanate)
4,4',4''- 트리이소시아나토트리페닐메탄 (4,4',4''-Triisocyanatotriphenylmethane)
4,4-MDI 우레티디논 (4,4-MDI uretidinone)
4,4'-메틸렌디페닐 디이소시아네이트 (4,4'-Methylenediphenyl diisocyanate)
80% 2,4-TDI; 20% 2,6-TDI, 이성질체 혼합 (blend of isomers)
벤젠, 1-[(2,4-디이소시아나토페닐)메틸]-3-이소시아나토-2-메틸 ((Benzene, 1-[(2,4-diisocyanatophenyl)methyl]- 3-isocyanato-2-methyl))
비스(이소시아나토메틸)사이클로헥산 ((Bis(isocyanatomethyl)cyclohexane))
디페닐 옥사이드 4,4'-디이소시아네이트 (Diphenyl oxide 4,4'-diisocyanate)
디페닐메탄디이소시아네이트 (Diphenylmethanediisocyanate)
헥사메틸렌 디이소시아네이트 바이우렛 (Hexamethylene diisocyanate biuret)
헥사메틸렌 디이소시아네이트 이량체 (Hexamethylene diisocyanate dimer)
헥사메틸렌 디이소시아네이트 이소시아누레이트 (Hexamethylene diisocyanate isocyanurate)
메틸 2,6-디이소시아나토헥사노에이트 (Methyl 2,6-diisocyanatohexanoate)
나프탈렌, 1,5-디이소시아나토 (Naphthalene, 1,5-diisocyanato)
옥타하이드-4,7-메타노-1H-인덴디메틸 디이소시아네이트 (Octahydro-4,7-methano-1H-indenedimethyl diisocyanate)　
폴리메틸렌폴리페닐 폴리이소시아네이트 (Polymethylenepolyphenyl polyisocyanate)
트리스(4-이소시아나토페닐) 티오포스페이트 ((Tris(4-isocyanatophenyl) thiophosphate)),
및 이들의 혼합물.
비스무스 (Bismuth) 또는 아연 (zinc) 기반한 폴리우레탄 촉매는 이들의 상대적으로 낮은-독성 때문에 폴리우레탄 고무의 합성에 바람직하다. 그러나, 유기메탈성 (organometallic) 및 아민 (amine) 기반한 폴리우레탄 촉매도 또한 사용될 수 있다. 비스므스 기반한 촉매는 아민, 수은, 또는 주석 (tin) 기반한 촉매에 비해 상대적으로 낮은 독성 때문에 화장품에 적용하는데 바람직하다.
가능한 우레탄화 촉매는 하기를 포함하고, 이에 국한되지 않는다:
납 (Lead ) 화합물
수은 (Mercury) 화합물 ((즉, 수은 염 (mercury salts), 수은 하이드록사이드(mercury hydroxide), 수은 데카노에이트(mercury decanoate), 비스(페닐 머큐리) 도데세닐 섞시네이트 (bis(phenyl mercury) dodecenyl succinate)), 및
스탠노우스 (Stannous) 화합물 ((즉 스탠노우스 옥토에이트 (stannous octoate), 스탠노우스클로라아드 (stannous chloride)).
주석 (tin), 수은 (mercury) 및 납 (lead) 에 비해 상대적으로 감소된 독성을 가진 바람직한 우레탄화 촉매는 하기를 포함하고, 이에 국한되지 않는다:
산 인산염 복합체 (Acid Phosphate complex)
알루미늄 (Aluminum)
비스-(2-디메틸아미노에틸)-에테르 ((Bis-(2-dimethylaminoethyl)-ether))
비스므스 카복실리에트 (Bismuth carboxylate)
비스므스 에스테르 (Bismuth esters)
비스므스 시트레이트 (Bismuth Citrate)
비스므스 알카노에이트 (Bismuth alkanoates)
비스므스 네오데카노에이트 (Bismuth neodecanoate)
디메틸아미노프로필아민 (Dimethylaminopropylamine)
DABCO (1,4-디아자바이사이클로[2.2.2]옥탄 및 DABCO 유도체 ((DABCO (1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane and DABCO derivative))
금속 복합체 (Metal complex)
혼합된 카복실레이트 (Mixed carboxylate)
N-메틸이미다졸 (N-methylimidazole)
N-메틸모르포린 (N-methylmorpholine)
3차 아민 (Tertiary amines)
트리에틸아민 (Triethylamine)
아연 아세테이트 (Zinc acetate)
아연 아세틸아세토네이트 (Zinc acetylacetonate)
아연 복합체 (Zinc complex)
아연 에스테르 및 알카노에이트 (Zinc esters and alkanoates)
아연 네오데카노에이트 (Zinc neodecanoate)
아연 옥토에이트 (Zinc octoate)
아연 옥살레이트 (Zinc oxalate)
지르코늄 (Zirconium),
및 이들의 혼합물.
화장품 분말은 최종 화장품 생산품에서 바람직한 이의 질감, 흡수력, 제형 안정성, 및 연-초점 (soft-focus) 양상을 변경시킴으로써 젤의 성능을 증강하기 위하여 본 발명된 탄성 중합체와 조합될 수 있다. 분말은 구조적인 지지를 제공하거나 또는 필터로서 작용하거나 또는 좀 더 "보송보송하게 (mattifying), 연 초점 (soft focus)" 모습을 갖기 위하여 젤의 최종 모습을 변경하기 위하여 사용될 수 있다. 분말은, 이것에만 국한하지 않으나, 생산품의 최종 제형인, 압력 파우더 (press powders), 로션 (lotions), 크림 (creams), 헤어 젤 (hair gels), 헤어크림 (hair creams), 마스카라 (mascaras), 바디 크림 (body creams), 세룸 (serums), 립 케어 (lip care),에 좋은 슬립(slip) 및 매끄러움을 제공하기 위하여 사용될 수 있다. 분말은 제형으로부터 한정된 양의 액체를 흡수하는 본질적인 성질 때문에 최종 제형의 점성을 수정하기 위하여 또한 사용될 수 있다.
적절한 분말은 하기를 포함하고, (합성적 및 자연적) 및 이들의 혼합을 포함하고, 이에 국한되지 않는다:
아크릴레이트 코폴리머 (Acrylate copolymer)
알루미나 (Alumina)
알루미늄 옥사이드 (Aluminum Oxide)
알루미늄 실리케이트 (Aluminum Silicate)
보론 나이트라이드(Boron Nitride)
버터 코트된 분말(Butter coated powders) ((여기서 버터는, 이것에만 국한하지 않으나, 쉬아 (Shea), 망고 (Mango), 코코아 (Cocoa), 아몬드 (Almond) 가 될 수 있으며, 여기서 분말은, 이것에만 국한하지 않으나, 미카 (Mica), 탈크(Talc), 알루미늄 (Aluminum), 셀루로오즈 (Cellulose), 폴리하이드록시알카노에이트 (Polyhydroxyalkanoate) 이다.))
칼슘 전분 옥태닐 섞시네이트 (Calcium Starch Octenylsuccinate)
셀루로오즈 (Cellulose)
셀루로오즈 아세테이트 (Cellulose Acetate)
디메티콘/비닐 디메티콘 교차폴리머 (Dimethicone/Vinyl dimethicone crosspolymer)
글라스 비드 (Glass beads)
카올린 크레이 (Kaolin Clay)
미카 (Mica)
천연 왁스 (Natural waxes) ((이것에만 국한하지 않으나, 카나우바 왁스 (Carnauba Wax), 비왁스(Beeswax), 피마자 오일(Castor oil) 등과 같은))
나일론 (Nylon)
폴리부틸렌 섞시네이트 (Polybutylene Succinate)
폴리에스테르 (Polyester)
폴리에틸렌 (Polyethylene)
폴리하이드록시알카노에이트 (Polyhydroxyalkanoate)
폴리락틱 에시드 (Polylactic acid)
폴리메틸실세퀴옥산 (Polymethylsilsequioxane)
폴리프로필렌 (Polypropylene)
폴리테트라풀루오로에틸렌 (Polytetrafluoroethylene)
폴리우레탄 분말 (Polyurethane powder) ((헥사메틸렌 디이소시아네이트 (hexamethylene diisocyanate) 및 트리메틸올 헥실 락톤 (trimethylol hexyl lactone)의 코폴리머의 분말과 같은))
폴리비닐알코올(Polyvinylalcohol)
폴리비닐클로라이드 (Polyvinylchrloride)
세리사이트 (Sericite)
실리카 (Silica)
전분 (Starch)
합성 왁스 (Synthetic waxes)
파라핀 왁스 (Paraffin wax)
탈크 (Talc)
트리메톡시실리케이트 (Trimethoxysilicate)
제오라이트 (Zeolite)
아연 스테아레이트 (Zinc Stearate)
아연 옥사이드 (Zinc oxide) 및
티타늄 디옥사이드 (Titanium dioxide).
폴리우레탄 탄성 중합체를 젤로 가공할 때, 새로이 형성되는 폴리머적인 미세입자가 반응하기 위하여 호환 가능한 연화제가 사용되어야 한다. 반응 및 제분 공정 동안에 입자가 팽창되게 하기 위하여 높은 극성을 가진 트리글리세라이드(Triglycerides), 에스테르(esters), 및 에테르(ethers) 가 사용될 수 있다. 바람직한 연화제에는 글리세릴 트리헥사노에이트 (glyceryl trihexanoate), 글리세릴 트리헵타노에이트 (glyceryl triheptanoate), 및 글리세릴 트리옥타노에이트 (glyceryl trioctanoate) , 또는 이의 혼합물과 같은 식물 기원한 중급 체인 트리글리세라이드 (medium chain triglycerides, MCT) 가 포함된다. 일단 탄성 중합체 고무가 농축된 젤로 가공되면, 바람직한 점성이 달성될 때까지 건조한 피부 감을 가진 휘발성 연화제가 젤에 첨가될 수 있다. 이 공정 동안에 트리글리세라이드 (Triglycerides), 에스테르(esters), 에테르(ethers), 및 알칸 (alkanes) 이 사용될 수 있다.
폴리우레탄 탄성 중합체 젤의 안정성은 고무의 합성 및 젤 가공에 사용된 연화제 또는 연화제 혼합물에 의존한다. 만약 연화제/들의 극성 (polarity) 이 너무 낮으면, 젤은 초기에는 형성될 수 있으나, 시간이 감에 따라 분리될 것이다. 일반적으로, 트리글리세라이드 (Triglycerides), 에스테르(esters), 에테르(ethers), 및 알칸 (alkanes) 이 여러 조합으로 사용될 수 있다. 바람직하게 중급 체인 트리글리세라이드, C9-C12 알칸 (C9-C12 alkanes), 및 짧은-체인 지방산 유래한 에스테르와 같은 식물 기원한 연화제 및 카프릴레이트/카프레이트 (caprylate/caprate) 와 같은 알코올의 혼합물. 어떤 관점에서, 연화제는 2차 용매로 간주될 수 있으며 및 예를 들어, 트리헵타노인 (triheptanoin); 운데칸 (undecane); 트리데칸(tridecane) 중으로부터 선택될 수 있다. 다른 한편으로, 2차 용매는 자연적으로 유래한 알칸 (alkanes) 또는 자연적으로 유래한 에스테르 (esters) 이다.
젤 조성물은 여기서 서술된 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체, 바람직하게는 미세화된 형태로, 및 화장품 연화제의 혼합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 어떤 젤 조성물은 약 5 내지 약 30무게 % 또는 약 5 내지 17무게 %의 미세화된 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무 조성물을 포함할 수 있다.
젤 조성물은 또한 하나 또는 그 이상의 화장품 적으로 허용 가능한 성분 또는 연화제를 약 70 내지 약 95 무게 %의 양으로 또는 약 83 내지 약 95무게 %의 양으로 포함할 수 있다.
실시 예
하기의 실시 예에서, 우리는 바이오-기반 및 생분해 가능한 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무 및 바이오-기반 및 생분해 가능한 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 젤을 서술한다. 이 탄성 중합체 고무는 탄성 중합체 젤로 가공되며 이는 화장품 성분으로서 최적의 성능을 위하여 추가로 가공될 수 있다.
본 발명의 서술에서 요약된 대로, 폴리우레탄 고무의 형성은 촉매 및 충분한 양의 바이오-기반한 화장품 연화제의 존재하에서 적어도 두 개의 하이드록실 그룹을 함유하는 바이오-소스적인 프리-폴리머 (pre-polymer) 와 폴리이소시아네이트 (polyisocyanate) 와의 교차-연결이 관여된다. 실시 예를 위하여 선택된 프리-폴리머는 C18-불포화 지방산 이량체 및 하이드록실 값이 60-80 mg KOH/g 범위 내에 있는 1,3-프로파네디올 (1,3-propanediol, DAPD) 및 바이오-기반한 알리파틱 폴리이소시아네이트 (aliphatic polyisocyanate), 약 20% NCO 함량을 함유하는 펜틸렌 디이소시아네이트 삼량체 (pentylene diisocyanate trimer, PDT)의 코폴리머 이었다. 비스므스 촉매는 비스므스 네오데카노에이트 (bismuth neodecanoate) 이었다. 화장품 연화제는 코코-카프릴레이트/카프레이트 (coco-caprylate/caprate) 및 글리세릴 트리헵타노에이트 (glyceryl triheptanoate) 의 혼합이다.
실시 예 1: 폴리우레탄 고무의 합성
8온스 유리 항아리(8oz glass jar) 에 11.25g (12.5 wt%) DAPD 폴리올(polyol), 3.15g (3.5 wt%) PDT, 18.81g (20.9 wt%) 의 글리세릴 트리헵타노에이트 (glyceryl triheptanoate) 및 56.34g (62.6 wt%) 의 코코-카프릴레이트/카프레이트 (coco-caprylate/caprate) 를 첨가하였다. 이 혼합물은 프로펠러 믹서기 (propeller mixer) 로 10분 동안 교반시키고 및 0.45g (0.5 wt%)의 비스므스 촉매를 첨가시켰다. 추가로 5분 동안 혼합물을 교반한 후에, 교반은 멈추고 및 반응기는 오일 베스 (oil bath) 에 넣고 및 60 °C로 가열시켰다. 혼합물은 양생된 고무 (cured rubber) 가 형성될 때까지 가열시키고 이에 반응기는 열로부터 제거되었다. 전형적인 젤화 시간은 5분에서 2시간 사이 범위이다.
실시 예 2: 고-밀도 폴리우레탄 고무의 합성
8온스 유리 항아리에17.05g (18.9 wt%) DAPD 폴리올(polyol), 4.77g (5.3 wt%) PDT, 16.9g (18.78 wt%) 의 글리세릴 트리헵타노에이트 (glyceryl triheptanoate) 및50.6g (56.2 wt%) 의 코코-카프릴레이트/카프레이트 (coco-caprylate/caprate)를 첨가하였다. 이 혼합물은 프로펠러 믹서기 (propeller mixer) 로 10분 동안 교반시키고 및 0.68g (0.76 wt%) 의 비스므스 네오데카노에이트 (bismuth neodecanoate) 가 첨가되었다. 추가로 5분 동안 혼합물을 교반한 후에, 교반은 멈추고 및 반응기는 오일 베스 (oil bath) 에 넣고 및 60 °C로 가열시켰다. 혼합물은 양생된 고무 (cured rubber) 가 형성될 때까지 가열시키고 이에 반응기는 열로부터 제거되었다. 전형적인 젤화 시간은 5분에서 2시간 사이 범위이다.
실시 예 3: 저-밀도 폴리우레탄 고무의 합성
8온스 유리 항아리에 6.82g (7.58 wt%) DAPD 폴리올(polyol), 1.91g (2.12 wt%) PDT, 20.27g (22.5 wt%) 의 글리세릴 트리헵타노에이트 (glyceryl triheptanoate) 및 60.73g (67.5 wt%) 의 코코-카프릴레이트/카프레이트 (coco-caprylate/caprate)를 첨가하였다. 이 혼합물은 프로펠러 믹서기 (propeller mixer) 로 10분 동안 교반시키고 및 0.68g (0.76 wt%) 의 비스므스 네오데카노에이트 (bismuth neodecanoate) 가 첨가되었다. 추가로 5분 동안 혼합물을 교반한 후에, 교반은 멈추고 및 반응기는 오일 베스 (oil bath) 에 넣고 및 60 °C로 가열시켰다. 혼합물은 양생된 고무 (cured rubber) 가 형성될 때까지 가열시키고 이에 반응기는 열로부터 제거되었다. 전형적인 젤화 시간은 5분에서 2시간 사이 범위이다.
실시 예 4: 글리세릴 트리헵타노에이트 (glyceryl triheptanoate) 에서 폴리우레탄 고무의 합성
8온스 유리 항아리에 11.25g (12.5 wt%) DAPD 폴리올(polyol), 3.15g (3.5 wt%) PDT, 및 75.15g (83.5 wt%) 의 글리세릴 트리헵타노에이트 (glyceryl triheptanoate) 를 첨가하였다. 이 혼합물은 프로펠러 믹서기 (propeller mixer) 로 10분 동안 교반시키고 및 0.45g (0.5 wt%) 의 비스므스 네오데카노에이트 (bismuth neodecanoate) 가 첨가되었다. 추가로 5분 동안 혼합물을 교반한 후에, 교반은 멈추고 및 반응기는 오일 베스 (oil bath) 에 넣고 및 60 °C로 가열시켰다. 이 혼합물은 양생된 고무 (cured rubber) 가 형성될 때까지 가열시키고 이에 반응기는 열로부터 제거되었다. 전형적인 젤 화 시간은 5분에서 2시간 사이 범위이다.
실시 예 5: 코코-카프릴레이트/카프레이트 (coco-caprylate/caprate) 에서 폴리우레탄 고무의 합성
8온스 유리 항아리에 11.25g (12.5 wt%) DAPD 폴리올(polyol), 3.15g (3.5 wt%) PDT, 및 75.15g (83.5 wt%) 의 코코-카프릴레이트/카프레이트 (coco-caprylate/caprate) 를 첨가하였다. 이 혼합물은 프로펠러 믹서기 (propeller mixer) 로 10분 동안 교반시키고 및 0.45g (0.5 wt%) 의 비스므스 네오데카노에이트 (bismuth neodecanoate) 촉매가 첨가되었다. 추가로 5분 동안 혼합물을 교반한 후에, 교반은 멈추고 및 반응기는 오일 베스 (oil bath) 에 넣고 및 60 °C로 가열시켰다. 이 혼합물은 24시간 동안 가열시켰으며 이 시간 동안에 탄성 중합체 젤이 형성되지 않았다.
실시 예 1-5에서 서술된 고무 형성을 위한 실험적 계수 및 특성 데이터
재료 실시 예1
고무 		실시 예 2
고무 		실시 예 3
고무 		실시 예 4
고무 		실시 예 5
고무
wt %
질량
 wt %
질량
 wt %
질량
 Wt %
질량
 Wt %
질량
DAPD 12.5 11.25 18.94 17.05 7.58 6.82 12.5 11.25 12.5 11.25
PDT 3.5 3.15 5.3 4.77 2.12 1.91 3.5 3.15 3.5 3.15
비스므스 네오데카노에이트 (Bismuth neodecano-ate) 0.5 0.45 0.76 0.68 0.3 0.27 0.5 0.45 0.5 0.45
코코-카프릴레이트/카프레이트(Coco-Caprylate/Caprate) 20.9 18.81 18.78 16.9 22.52 20.27 0 0 83.5 75.1
글리세릴 트리헵타노에이트(Glyceryl Triheptanoate) 62.6 56.34 56.22 50.6 67.48 60.73 83.5 75.15 0 0
총 100 90 100 90 100 90 100 90 100 90
모습
(Appearance) 		중간정도로 경도,
흐릿한 고무
 단단한,
흐릿한 고무
 유연한, 흐릿한, 고무
 중간정도로 경도,
투명한 고무
 투명한 용액,
젤 형성 없음
질감 분석기, 힘,
(그램 (g)) 		1269.8 3234.2 230.82 1176.9
고무 형성 안됨
질감 분석기, 힘,
(뉴톤 (N)) 		12.45 31.72 2.26 11.54
고무 형성 안됨
탄성 (Resilience), % 96.4 95.3 82.3 96.3
고무 형성 안됨
실시 예 6: 휘발성 화장품 연화제를 함유하는 탄성 중합체 젤을 제조하는 공정
혼합 용기에 100g의 실시 예 1 고무 및 11.1g의 글리세릴 트리헵타노에이트를 넣는다. 이 혼합물은 높은 전단 혼합을 적용하여 제분하여 (milled) 일반적으로 서브-100마이크론 (sub-100 micron) 입자를 함유하는 점성이 있는 페이스트 (paste) 를 생성한다. 이 혼합물은 추가로 12.3g의 글리세릴 트리헵타노에이트 (glyceryl triheptanoate) 로 희석시켜 높은 전단 혼합에 의해 부드러운, 농축된 프리-탄성 중합체 (pre-elastomer) 를 형성하고 이는 그 후 높은 전단 제분을 통해 분산되어 폴리우레탄 입자가 약 60마이크론 이하로 되도록 한다. 입자 농축액은 추가로 18g 의C9-C12 알칸 (alkanes) (Vegelight 1214, Grant Industries, USA) 을 첨가하여 섞어서 희석시켜 약간 휘발성인 질감을 가지고 및 점성102,440 cP (Brookfield DV-I+, Spindle TD, 1.5 RPM) 인 매끄러운 화장품 탄성 중합체를 생성한다. 이 탄성 중합체 젤은 그랜트 산업 (Grant Industries, Elmwood Park, NJ, USA) 으로부터 그랜센스 (Gransense??) 생산 라인의 한 부분으로서 상업적으로 구할 수 있을 것이다.
실시 예 7. 비-휘발성 화장품 연화제를 함유하는 탄성 중합체 젤을 제조하는 공정
혼합 용기에 100g의 실시 예 1 고무 및 11.1g의 글리세릴 트리헵타노에이트를 넣는다. 이 혼합물은 앞의 실시 예에서 서술된 대로 제분시킨다. 이 혼합물은 12.3g의 글리세릴 트리헵타노에이트 (glyceryl triheptanoate) 로 희석시켜 높은 전단 혼합으로 부드럽고, 농축된 프리-탄성 중합체 (pre-elastomer) 를 형성하여 폴리우레탄 입자가 약 60마이크론보다 적게 감소시킨다. 입자 농축액은 추가로 30g의 글리세릴 트리헵타노에이트를 첨가하여 혼합으로 희석하여 습기가 있는 피부 감촉 및 점성이 416,667 cP (Brookfield DV-I+, Spindle TE, 0.6 RPM) 인 탄력 있는 화장품 탄성 중합체를 생산하게 한다. 이 탄성 중합체 젤은 그랜트 산업 (Grant Industries, Elmwood Park, NJ, USA) 으로부터 그랜센스 (Gransense??) 생산 라인의 한 부분으로서 상업적으로 구할 수 있을 것이다.
실시 예 8. 비-휘발성 화장품 연화제를 함유하는 낮은-점성의 탄성 중합체를 제조하는 공정
혼합 용기에 100g의 실시 예 1 고무 및 11.1g의 글리세릴 트리헵타노에이트를 넣는다. 혼합물은 앞의 실시 예에서 서술된 대로 제분시킨다. 이 혼합물은 12.3g의 글리세릴 트리헵타노에이트 (glyceryl triheptanoate) 로 희석시켜 높은 전단 혼합으로 부드럽고, 농축된 프리-탄성 중합체를 형성하여 폴리우레탄 입자가 약 60 마이크론보다 적게 감소시킨다. 입자 농축액은 추가로 58.4g의 글리세릴 트리헵타노에이트를 첨가하여 혼합으로 희석하여 습기를 주고 및 벨벳 같은 피부 촉감을 갖고 및 점성 37,500 cP (Brookfield DV-I+, Spindle TC, 3.0RPM) 를 갖는 쏟을 수 있는 화장품 탄성 중합체를 생산한다. 이 탄성 중합체 젤은 그랜트 산업 (Grant Industries, Elmwood Park, NJ, USA) 으로부터 그랜센스 (Gransense??) 생산 라인의 한 부분으로서 상업적으로 구할 수 있을 것이다.
본 발명의 서술에서 요약된 대로, 폴리우레탄 고무의 형성은 실시 예 1-5에 제공된 구성성분에만 국한하지 않는다. 실시 예 9를 위하여, 프리폴리머는 C18 불포화 지방산 이량체 및 하이드록실 값이 80-100 mg KOH/g 범위에 있는 바이오-유래한 1,4-부탄네디올 (1,4-butanediol, DABD) 과의 코폴리머이다. 실시 예 10을 위하여, 화장품 연화제는 이소도데칸 (isododecane) 및 코코-카프릴레이트/카프레이트 (coco-caprylate/caprate) 의 혼합물이다. 실시 예 11을 위하여, 선택된 프리-폴리머는 피마자 오일 (castor oil, CO) 이다. 실시 예 12를 위하여, 선택된 촉매는 아연 네오데카노에이트 (zinc neodecanoate) 이다. 실시 예 13을 위하여, 사용된 폴리이소시아네이트 (olyisocyanate) 는 헥사메틸렌 디이소시아네이트 삼량체 (hexamethylene diisocyanate trimer, HDT) 이다. 고무는 실시 예 1-5에 서술된 프로토콜에 따라서 표 2에 제공된 반응 당량으로부터 제조되었다.
실시 예 9-13에서 서술된 고무 형성을 위한 실험적 계수 (experimental parameters) 및 특성 데이터 (characterization data)
실시 예 9 실시 예 10 실시 예 11 실시 예 12 실시 예 13
재 료 wt % Wt % Wt % Wt % Wt %
프리-폴리머
(Pre-Polymer) 		DAPD 0 12.5 0 11.25 12.35
DABD 11.88 0 0 0 0
CO 0 0 10.8 0 0
폴리이소시아네이트(Polyisocyanate) PDT 4.04 3.5 7 3.15 0
HDT 0 0 0 0 3.6
촉매
비스므스 네오데카노에이트 (Bismuth Neodecanoate) 0.58 0.5 0.5 0 0.52
아연 네오데카노에이트 (Zinc Neodecanoate) 0
0		 0 1.8 0
연화제
(Emollient) 		코코-카프릴레이트/카프레이트 (Coco-Caprylate/Caprate) 62.62 41.75 0 61.48 62.63
글리세릴 트리헵타노에이트(Glyceryl Triheptanoate) 20.88 0 81.7 20.52 20.86
이소도데칸 (Isododecane) 0 41.75 0 0 0
총 (Total) 100 100 100 100 100
모습
(Appearance) 		중간정도 단단한, 흐릿한 고무 유연한 흐릿한 고무
 단단한 투명한 고무
 흐릿한 유연한 고무
 중간정도 단단한, 흐릿한 고무
질감 분석기, 힘, (그램 (g))
830.44 226.59 2993.06 300.81 926.33
질감 분석기, 힘, (뉴톤, (N)) 8.14 2.22 29.35 2.95 9.08
실시 예 14. 개인 관리 활성제 (personal care active)를 함유하는 탄성 중합체 젤 (elastomer gel)을 제조하는 공정
사이드-스윕 (side-sweep) 이 장치 되어 있는 혼합 용기에 실시 예 6 90g 을 넣고 120 RPM 으로 교반 한다. 여기에 20g의 미세하게 제분한 아스코르빅 에시드 (ascorbic acid) 를 1시간에 걸쳐서 한 부분씩 첨가한다. 이 혼합물은 균질할 때까지 교반시켜 점성이고, 불투명한 흰색 페이스트를 얻는다.
실시 예 15. SPF-50 자외선차단제 (Sunscreen).
SPF-50 자외선차단제를 제조하기 위하여, 실시 예 6로부터의 탄성 중합체를 포함하는, 상 A (Phase A) 에 있는 성분을 주 주전자 (main kettle) 에 균질기 (homogenizer) 로 합치고 및 고르게 될 때까지 혼합한다. 그 후 사이드-스윕 교반기 날 (side sweep agitator blade) 로 섞으면서 고르게 될 때까지 상 B (Phase B) 가 주 주전자에 첨가된다. SPF는 그랜트 산업 (Grant Industries) 으로부터의 아연 옥사이드 (zinc oxide) 및 티타늄 디옥사이드 (titanium dioxide)에 대한 추천된 사용법에 기반하여 시험관 내에서 측정되었다.
실시 예 6로부터의 그랜센스 (GransenseTM) 탄성 중합체 젤을 함유하는 SPF-50 자외선 차단제의 제조를 위한 포뮬라 (formula)
상 (Phase) 성분 상품명 성상 (description) (제조사) 무게 %
A 푸로란IDD (Purolan IDD) 이소도데칸 (란엑스) ((Isododecane (Lanxess)) 13.50
세티올 LC (Cetiol LC) 코코-카프릴레이트/카프레이트 (BASF) ((Coco-caprylate/caprate (BASF)) 2.00
벤톤 젤 ISD V (Bentone Gel ISD V) 이소도데칸 및 디스테아르디모니움 헥토라이트 및 프로필렌 카보네이트 (엘레맨티스) ((Isododecane & Disteardimonium Hectorite & Propylene carbonate (Elementis)) 12.50
그랜파우더 EDC-600 (Granpowder EDC-600) 디비닐디메티콘/디메티콘/페닐실세스퀴녹산 교차폴리머 (그랜트 산업) ((Divinyldimethicone/Dimethicone/phenylsilsesquioxane crosspolymer (Grant Industries)) 4.00
UV 컷 (UV Cut) TIO2-55-CG 티타늄 디옥사이드 및 카프릴릭/카프릭 트리글리세라이드 및 스테아릭 에시드 및 알루미나/폴리하이드록시스테아릭 에시드 (그랜트 산업) ((Titanium dioxide & caprylic/capric triglyceride & stearic acid & alumina & polyhydroxystearic acid (Grant Industries)) 20.00
UV 컷 (UV Cut) ZNO-68-CG 아연 옥사이드 및 카프릴릭/카프릭 트리글리세라이드 및 폴리하이드록시스테아릭 에시드 (그랜트 산업) ((Zinc oxide & caprylic/capric triglyceride & polyhydroxystearic acid (Grant Industries)) 25.00
그란레진 (Granresin) PMSQ-ID 폴리메틸실세스퀴녹산 및 이소도데칸 (그랜 산업) ((Polymethylsilsesquioxane & Isododecane (Grant Industries)) 5.00
실시 예 6 그란센스 탄성중합체 젤 (Gransense?? Elastomer Gel) 15.00
Pelemol PHS-8 폴리하이드록시스테아릭 에시드 (페닉스 화학) ((Polyhydroxystearic acid (Phoenix Chemical)) 2.00
B 에어로실 200 (Aerosil 200) 실리카 (에보닉스) ((Silica (Evonik)) 1.00
총 포물라 (Formula Total) 100.00
실시 예 16. W/O 에멀젼 크림 (Emulsion Cream)
본 발명으로부터의 탄성 중합체의 병합은 점성이 5,000-50,000 cPs 사이 범위가 되게 하면서 W/O 에멀젼 크림 (emulsion cream) 이 안정성을 갖도록 한다. 이 발명된 탄성 중합체의 존재는 이 제형의 극성 오일 상 (polar oil phase) 은 물론 천연 폴리글리세릴-기반한 유화제와 좀 더 높은 호환성을 제공하고 보통은 실리콘 탄성 중합체 제형으로만 얻을 수 있는 바람직한 쿠션/구름-같은 촉감을 달성하게 한다. 화장품 제형에서 제형자들 (formulators) 이 천연적으로 유래하는 계면 활성제, 연화제, 및 농축 보조제에 대해 선택을 하면서 좀 더 높은 천연 성분의 함량에 대한 시장의 요구가 있다. 이 제형에서 보여준 대로, 본 발명의 탄성 중합체는 천연적이고 및 바이오-기반한 제형 영역에서 좀 더 넓은 제형 가능성을 제공하고 및 또한 바람직한 질감 및 성능 프로파일을 가진 생산품을 개발할 수 있게 할 것이다.
실시 예 6으로부터의 그랜센스 (GransenseTM) 탄성 중합체를 함유하는 W/O 에멀젼 크림을 제조하기 위하여, 먼저 표 4로부터의 상 A (Phase A) 성분을 용기에 조합하고 및 균일한 농도가 얻어질 때까지 실온에서 균질기 (homogenizer) 로 섞는다. 사이드 용기 (side vessel) 에, 상 B (Phase B) 성분을 조합한다. 균질화 하면서 (homogenizing) 상 B의 성분을 상 A에 첨가하고 및 균일화될 때까지 섞는다.
실시 예 6로부터의 그랜센스 (GransenseTM) 탄성 중합체 젤을 함유하는 W/O 에멀젼 크림의 제조를 위한 포뮬라 (formula)
상 (Phase) 성분 상품 명 성상 (Description) (제조사)
무게 %
A 세티올 LC (Cetiol LC) 코코-카프릴레이트/카프레이트 (BASF) ((Coco-Caprylate/caprate (BASF)) 12.40
네츄어소프트800 (Naturesoft 800) 셀루로오즈 (마이크로파우더 회사)((Cellulose (Micropowders Inc)) 2.00
지아 메이 (콘) 스타치 ((Zea Mays (Corn) Starch)) 아제나풀루오 9050 (아그라나)
(Agenaflo 9050) (Agrana)		 2.00
실시 예 6 그란센스 탄성 중합체 젤 (Gransense?? Elastomer gel) 15.00
그랜서프PG14 (Gransurf PG-14) 폴리글리세릴-6-폴리리신올레에이트 및 폴리글리세릴-10 디올레에이트 (그랜트 산업) ((Polyglyceryl-6 polyricinoleate & polyglyceryl-10 dioleate (Grant Industries)) 7.00
에어로실 200 (Aerosil 200) 실리카 (에보닉)
((Silica (Evonik))		 0.20
B 탈이온화된 물 50.20
글리세린 (Glycerin) 글리세린 (Glycerin) 5.00
부틸렌 글라이콜 (Butylene Glycol) 부틸렌 글라이콜 (Butylene Glycol) 3.00
소듐 클로라이드(Sodium Chloride) 소듐 클로라이드 (Sodium Chloride) 0.70
니파구아드SCM (Nipaguard SCM) 메틸이소티아졸리논 및 프로필렌 글라이콜 및 소르비탄 카프릴레이트 (Methylisothiazolinone & propylene glycol & sorbitan caprylate) 1.00
총 포뮬라 (Formula Total) 100.00
실시 예 17. 크림에서-분말까지의 화운데이션 (Cream-to-Powder Foundation)
본 발명으로부터의 탄성 중합체의 병합은 점성이 500,000 - 1,000,000 사이 범위가 되게하면서 W/O 에멀젼 크림 (emulsion cream) 이 안정성을 갖도록한다. 실시 예 6로부터의 발명된 탄성 중합체의 존재는 아미노산 처리된 무기 색소를 사용하게 하고 및 안정화하게 한다. 아미노산 처리된 색소는 보통 색소 화장품에 사용된다 그러나 이들의 안정화를 위하여 다른 유화제 및 습윤제의 높은 퍼센트 및 수많은 조합이 일반적으로 요구된다. 극성 오일 상 (polar oil phase) 의 존재하에서 실시 예 6로부터의 발명된 탄성 중합체 젤과 천연 폴리글리세릴 및 포스포리피드-기반한 유화제의 조합은, 알려진 실리콘 탄성 중합체 쿠션/구름-같은 촉감을 달성하게 하면서, 안정적인 W/O이 되도록 한다.
실시 예 6로부터의 그랜센스 (Gransense??) 탄성 중합체를 함유하는 크림에서-파우더까지의 화운데이션을 제조하기 위하여, 표 5에 목록화되어 있는 상 A로부터의 성분을 주 용기 (main vessel) 에서 조합하고 및 균일화될 때가지 균질기로 섞는다. 별도의 용기에, 상 B의 성분을 조합하고 및 색조가 전적으로 섞여지고 및 균일화될 때까지 미세하게-분쇄한다. 균일화될 때까지 균질화 하면서(homogenizing ) 상 B를 상 A에 첨가한다. 사이드 용기에, 상 C 성분을 조합하고 및 균질기로 섞는다. 균일한 화운데이션 크림이 얻어질때까지 균질화 하면서 상 C를 상 AB에 첨가한다.
실시 예6로부터의 그랜센스 (Gransense??) 탄성 중합체 젤을 함유하는 크림에서-분말까지의 화운데이션 (cream-to-powder foundation) 제조를 위한 포뮬라 (formula)
상 성분 상품 명 성상 (Description) (제조사) 무게 %
A 세티올 LC (Cetiol LC) 코코-카프릴레이트/카프레이트 (BASF) ((Coco-caprylate/caprate (BASF)) 10.00
베질라이트 1214 (Vegelight 1214) 코코넛 알칸 및 코코-카프릴레이트/카프레이트 (그랜트 산업) ((Coconut alkanes & coco-caprylate/caprate (Grant Industries)) 1.00
실시 예 6 그란센스 탄성 중합체 젤 (Gransense?? Elastomer Gel) 15.00
그랜서프PG14 (Gransurf PG-14) 폴리글리세릴-6-폴리리신올레에이트 및 폴리글리세릴-10 디올레에이트 (그랜트 산업) ((Polyglyceryl-6 polyricinoleate & polyglyceryl-10 dioleate (Grant Industries)) 8.00
렉시틴 (Lecithin) 렉시틴 (Lecithin) 1.50
B NAI-TR-10 티타늄 디옥사이드 및 디소듐 스테아로일 글루타메이트 및 알루미늄 하이드록사이드 (미요시) ((Titanium dioxide & disodium stearoyl glutamate & aluminum hydroxides (Miyoshi)) 7.2
NAID-Y-77492 철 옥사이드 (CI 77492) 및 디소듐 스테아로일 글루타메이트 및 알루미늄 하이드록사이드 (미요시 아메리카) ((Iron oxides (CI 77492) & disodium stearoyl glutamate & aluminum hydroxides (Miyoshi America)) 2.10
NAID-R-77491 철 옥사이드 (CI 77492) 및 디소듐 스테아로일 글루타메이트 및 알루미늄 하이드록사이드 (미요시 아메리카) ((Iron oxides (CI 77492) & disodium stearoyl glutamate & aluminum hydroxides (Miyoshi America)) 0.47
NAID-B-77499 철 옥사이드 (CI 77492) 및 디소듐 스테아로일 글루타메이트 및 알루미늄 하이드록사이드 (미요시 아메리카) ((Iron oxides (CI 77499) & disodium stearoyl glutamate & aluminum hydroxides (Miyoshi America)) 0.19
세리사이트 DNN (Sericite DNN) 미카 (이케다) ((Mica (Ikeda)) 6.00
실리카 (Silica) 실리카 (Silica) 0.70
C 탈이온화된 물 (Deionized Water) 34.87
벤톤 하이드로클레이 2000 (Bentone Hydroclay 2000) 헥토라이트 (엘레맨티스) ((Hectorite (Elementis)) 2.00
글라이신 (Glycerin) 글라이신 (Glycerin) 5.00
부틸렌 글라이콜 (Butylene Glycol) 부틸렌 글라이콜 (Butylene Glycol) 1.00
솔라검 AX (Solagum AX) 아카시아 세네갈 검 및 잔탄 검 (샙픽) ((Acacia Senegal gum & xanthan gum (Seppic)) 0.07
렉스가드 네츄랄 (Lexgard Natural) 글리세릴 카프릴레이트 및 글리세릴 운데실레네이트 (이노렉스) ((Glyceryl caprylate & glyceryl undecylenate (Inolex)) 1.00
소듐 클로라이드 (Sodium chloride) 소듐 클로라이드 (Sodium chloride) 0.70
총 포뮬라 (Formula total) 100.00
실시 예 18. 빛나는 립스틱 (Luminous Lipstick)
본 발명된 탄성 중합체는 보통의 화장품 왁스 및 색소와의 호환성이 좋기 때문에 립-케어에 적용하기에 이상적이다. 립 케어 제형에 첨가할 때, 본 발명된 탄성 중합체는 습기, 쿠션 같은 촉감, 및 가변적인 극성 및 무극성 성분 사이에 개선된 호환성을 제공한다.
실시 예 6 로부터의 그랜센스 (Gransense??) 탄성 중합체를 함유하는 빛나는 립스틱을 제조하기 위하여, 표 6로부터의 성분의 무게를 달아, 3-갈래 날 (3-prong blade) 이 있는 주 주전자에 넣었다. 이 용기는 90-95 °C로 가열시키고 및 균일화될 때까지 섞었다. 립스틱은 75-80 °C 에서 립스틱 도구 패케지 (lipstick applicator package) 에 붇는다.
실시 예6로부터의 그랜센스 (GransenseTM) 탄성 중합체 젤을 함유하는 빛나는 립스틱의 제조를 위한 포뮬라
상 성분 상품명 성상 (Description) (제조사) 무게 %
A 정제된 캔델릴라 왁스 MD-21 (Refined Candelilla Wax MD-21) 유포리아 세리훼라 (캔델릴라) 왁스(이케다) ((Euphoria Cerifera (Candelilla) Wax (Ikeda)) 13
카마우바 왁스 (Carnauba Wax) 코페미카 세리훼라 (카마우바) 왁스 (코스터 케우넨) ((Copernica Cerifera (Carnauba) Wax (Koster Keunen)) 3
NF 황색 밀랍 423G (NF Yellow Beeswax 423 G) 밀랍 (코스터 케우넨) ((Beeswax (Koster Keunen)) 2
리타 SAO (Rita SAO) 프루너스 아미구달러스 둘시스 (스위트 아몬드) 오일 (리타 회사) ((Prunus Amygdalus Dulcis (Sweet Almond) Oil (Rita Corporation)) 18
유타놀 G (Eutanol G) 옥틸도데카놀 (BASF) ((Octyldodecanol (BASF)) 5
코코넛 오일 (Coconut Oil) 코코스 누시훼라 (코코넛) 오일 (진) ((Cocos Nucifera (Coconut) oil (Jeen)) 1.5
실시 예 6 그란센스 탄성 중합체 젤 (그랜트 산업) ((Gransense?? Elastomer Gel) (Grant Industries)) 15
D&C 적색 7, 40% 피마자 오일에 (D&C Red No. 7, 40% in Castor Oil) 리시너스 콤뮤니스 씨 오일 및 적색 7 (미요시) ((Ricinus Communis Seed Oil & Red 7 (Miyoshi)) 30
TIO2, 50% 피마자 오일에 (TIO2, 50% in Castor Oil) 티타늄 디옥사이드 (및) 피마자 오일 (미요시) ((Titanium dioxide (and) Castor Oil (Miyoshi)) 8
에어로실 200 (Aerosil 200) 실리카 (에보닉) ((Silica (Evonik)) 0.4
슈크랄로즈 (Sucralose) 슈크랄로즈 (Sucralose) 0.1
Covi-OX T-90 EU C 토코페롤 (BASF) ((Tocopherol (BASF)) 1
케스터 왁스 K-60P (Kester Wax K-60P) 폴리하이드록시스테아릭 에시드 (코스터 케우넨) ((Polyhydroxystearic Acid (Koster Keunen)) 3
총 포뮬라 (Formula Total) 100
실시 예 19. 수선용 샴푸 (Repairing Shampoo)
실시 예 8로부터의 그랜센스 (Gransense??) 탄성 중합체를 함유하는 수선용 샴푸 (Repairing Shampoo) 를 제조하기 위하여, 표 7 로부터의 성분의 무게를 달아 주 주전자 (main kettle) 에 넣고 및 균질화 한다. 섞으면서 상 B를 상 A로 뿌려 넣는다. 상 C 무게를 달아 사이드 주전자 (side kettle) 에 넣고 및 적절한 온도로 가열시키고 이어서 이를 상 AB에 첨가하고 및 10-15분 동안 섞었다. 그 후 상 D가 첨가되고 및 5-10분 동안 섞었다. 마감하기 위하여, 상 E가 첨가되고 및 포뮬라로 섞는다.
실시 예8로부터의 그랜센스 (Gransense??) 탄성 중합체 젤을 함유하는 수선용 삼푸 제조를 위한 포뮬라
상 성분 상품 명 성상 (Description) (제조사) 무게 %
A 탈이온화된 물 물 47.7
카보풀 아쿠아 SF-1 폴리머 (Carbopol Aqua SF-1 Polymer) 아크릴레이트 코폴리머 (루브리졸) ((Acrylates Copolymer (Lubrizol)) 5
B 자구아C-14S (Jaguar C-14S) 구아 하이드록시프로필트리모니움 클로라이드 (솔베이) ((Guar Hydroxypropyltrimonium Chloride (Solvay)) 0.3
C 이세룩스 울트라 마일드 (Iselux Ultra Mild) 물 (및) 소듐 메틸 이세티오네이트 (및) 코카미도프로필 베타인 (및) 소듐 메틸 올레일 타우레이트 (및) 라우릴 글루코사이드 (및) 코코-글루코사이드 (이노스펙) ((Water (and) Sodium Methyl Isethionate (and) Cocamidopropyl Betaine (and) Sodium Methyl Oleyl Taurate (and) Lauryl Glucoside (and) Coco-Glucoside (Innospec)) 37
켐베타인 C (Chembetaine C) 코카미도프로필 베타인 (루브리졸) ((Cocamidopropyl Betaine (Lubrizol)) 2
지미드 HCA-RC3 (Jeemide HCA-RC3) 코카미드DEA (진) ((Cocamide DEA (Jeen)) 3
D 실시 예 8 그란센스 탄성 중합체 젤 (그랜트 산업) ((Gransense?? Elastomer Gel (Grant Industries)) 2
유퍼란 PK 771 (Euperlan PK 771) 글라이콜 디스테아레이트 (및) 소듐 라우레스 설페이트 (및) 코카마드 MEA (및) 라우레스-10 (BASF) ((Glycol Distearate (and) Sodium Laureth Sulfate (and) Cocamide MEA (and) Laureth-10 (BASF)) 3
E 렉스가드 내츄랄 (Lexguard Natural) 글리세릴 카프릴레이트 (및) 글리세릴 운데실레네이트 (이노렉스) ((Glyceryl Caprylate (and) Glyceryl Undecylenate (Inolex)) 1
오키디아 그라스 오션 웨이브 향수 ORC 1500049 (Orchidia Gras Ocean Waves Fragrance ORC1500049) 향수 (Fragrance) 0.5
총 포뮬라 (Formula Total) 100
실시 예 20. 무수 제형 (Anhydrous Formulation)
본 발명의 탄성 중합체는 유리할 때는 무수 화장품 및 개인 케어 제형에서 사용될 수 있다. 실시 예 6로부터의 그랜센스 (Gransense??) 탄성 중합체를 함유하는 무수 포뮬라를 제조하기 위하여, 표 8로부터의 성분을 균질하게 될 때까지 섞어서 함께 조합했다. 하기에 서술된 무수 제형은 다른 무수 제형에서 화장품 활성 성분을 위한 담체로서 작용할 수 있다.
실시 예6로부터의 그랜센스 (Gransense??) 탄성 중합체 젤을 함유하는 무수 포뮬라의 제조를 위한 포뮬라.
상 성분 상품명 서술 (Description) (제조사) 무게 %
A 실시 예 6 그랜센스 탄성 중합체 젤 (Gransense ?? Elastomer gel) 70.0
세티올 B (Cetiol B) 디부틸 아디페이트 (BASF) ((Dibutyl Adipate (BASF)) 30.0
총 포뮬라 (Formula Total) 100.0
보통의 개인 케어 성분과의 호환성
본 발명의 폴리우레탄 탄성 중합체가 보통의 개인 케어 성분 (common personal care ingredients) 및 유화제와의 특유의 호환성을 보여주기 위하여, 실시 예 6로부터의 탄성 중합체를 선택된 개인 케어 성분과 1:9, 1:1, 및 9:1의 비율로 섞었다. 고체 또는 왁스가 사용될 때, 탄성 중합체 및 왁스를 왁스의 융점까지 가열시켰고 및 그 후 조합하고 및 냉각되게 하였다. 이 혼합물은 평가되고 및 하기 표의 각주에서의 주요점 (key) 에 따라 순서를 매겼다. 그랜트 산업 (Grant Industries) 으로부터의 상업적인 실리콘 탄성 중합체 브랜드가 참고로 사용되었다. 그 결과가 하기에 보여준다. 전통적인 실리콘 탄성 중합체 젤에 비교하여, 본 발명의 폴리우레탄 탄성 중합체는 화장품 에스테르는 물론 보통의 화장품 왁스에 분산될 수 있다. 흥미롭게도, 폴리우레탄 탄성 중합체 젤이 실리콘 탄성 중합체 보다 더 자외선차단제 활성 성분과 호환성이 있다.
보통의 실리콘 탄성 중합체에 비교하여 실시 예 6으로부터의 그랜센스 (GransenseTM) 탄성 중합체 젤과 다양한 화장품 원 자재의 호환성 결과 요약
원 자재
(Raw Material)		 그랜센스 탄성 중합체 (Gransense?? Elastomer)
(실시 예 6)		 그랜실 DMCM-5
(Gransil DMCM-5)
9:1 1:1 1:9 9:1 1:1 1:9
디메티콘 5 cst (Dimethicone, 5 cst) I I OD T HD C/T
이소도데칸 (Isododecane) I I OD C C C
에틸헥실 메톡시신나메이트 (Ethylhexyl methoxycinnamate) T HD OD I I OD
피마자 오일 (Castor Oil) HD HD HD I I OD
C12-15 알킬 벤조에이트 (C12-15 Alkyl Benzoate) T OD OD I OD C
코코-카프릴레이트/카프레이트 (Coco-Caprylate/Caprate) HD HD HD I OD C
밀랍 (Beeswax*) D* C* C* I* C* C*
카마우바 왁스 (Carnauba Wax*) D* D* C* I* C* I*
아보벤존 (Avobenzone*) D* D* C* I* I* I*
C= 투명(clear), T =반투명 (translucent), HD = 흐릿함/분산가능(Hazy/Dispersible), OD=불투명/분산가능 (Opaque/Dispersible), I = 호환성 없는(Incompatible)
*= 왁스 (융점까지 가열 그 후 혼합), C* = 호환성 있음 (균질함) ((Compatible (homogenous)), D* = 분산가능 (일부 결정화) ((dispersible (some crystallization)), I*= 호환성 없음 (분리) ((incompatible) (separation))
고무 경도의 평가
탄성 중합체 고무 및 고무로부터 제조된 젤 조성물은 이들의 경도 (hardness) 또는 단단함 (firmness) 에 의해 특징지어질 수 있다. 미국 젤라틴 제조 회사 (The Gelatin Manufacturers Institute of America) 는 본 발명에서 서술된 고무 및 젤의 조성물과 비슷한 특성을 가진 재료의 경도 또는 단단함을 정량하기 위하여 "잘감 분석기 (texture analyzer)" (Model TA.XT Plus, Stable Micro Systems Inc., Godalming, England) 와 같은 장치를 사용한다. 질감 분석기를 사용하여, 고무 및 젤의 표면을 5.0 kg 무게를 로드 세포 (load cell)로서 한 프로브로, 결정된 속도 1.0 mm/s로, 압축되게 하고, 및 고무 또는 젤에 10mm의 프로그램된 깊이가 되게하고, 이어서 같은 속도에서 재처치 한다. 젤 또는 고무의 압축이 진행되는 동안의 질감 분석기의 프로브에 의해 검출된 저항 힘은 린 등 (Lin et al, US 8,222,363 B2)) 에 의해서 가르쳐준 대로 "경도 (hardness)" 로 정의한다. 질감 분석기에 의해 측정된 경도 값은 그램 힘 ((Gram (g) force)) 으로서 기록되고 및 101.97 로 나누어 뉴톤 ((Newton (N)) 으로 전환될 수 있다.
본 발명에서, 고무의 경도는, 압축되었을 때 고무에 의해서 적용된 그램 (gram)의 힘으로 질감 분석기에 의해 측정된 대로, 해당하는 고무 전구체로부터 탄성 중합체 젤의 성공적인 형성에서의 결정 인자다. 고무 조성물의 폴리우레탄-형성하는 성분 (즉, 프리-폴리머 및 폴리이소시아네이트 잔기) 의 농도를 다양하게 함으로서, 다양한 경도를 가진 고무가 얻어졌다. 추가로, 매트릭스로서 선택한 화장품 연화제의 정체는 고무 견고함에 영향을 준다. 제분 전 또는 형성된 고무를 희석하기 전에 질감 분석기 (texture analyzer) 로 결정한 대로, 필요로하는 성분의 혼합물이 조합되어, 최소 경도 200.0g, 바람직하게는 500.0g에서 최대로 4000g을 가진 젤이 형성 되었을 때, 적절히 굳은 젤이 형성된 것으로 결정하였다. 고무 경도가 200.0g 이하, 또는 4000g 경도 이상일 때, 적절한 탄성 중합체 고무가 상기 서술된 제분 공정을 통해 얻어질 수 없다.
질감 분석기에 의해 제공되는 추가의 계수는 고무의 탄성이다. 우리는 탄성은 압축이 풀린 후 힘 곡선의 면적 (area of the force curve) (힘-시간 면적 2-3) 을 압축 동안의 힘 곡선의 면적으로 나누고 (힘-시간 면적 1-2), 100% 로 곱한 값으로서 정의한다. 탄성 값 100% 는 이상적인 탄성 재료를 나타낸다. 실험을 통해, 적절한 폴리우레탄 고무는, 본 발명에서 서술된 대로, 탄성 값은 적어도 70%, 바람직하게는 적어도 90%가 요구된다는 것이 결정되었다.
실시 예 21-그랜센스 (GransenseTM) 탄성 중합체 젤의 궁극적인 생분해 가능성/본질적인 생분해 가능성 테스트
실시 예 6의 탄성 중합체 젤이 OECD 301 B: CO2 Evolution ((수정된 스투룸 테스트 (Modified Sturm Test)) 에 따라 시투 바이오사이언스 (Situ Biosciences, Wheeling, IL) 에서 생분해 가능성 테스트를 위해 제출되었다.
샘플이 제출되었고, 및 결과 데이터 및 그래프는 생분해 비율을 위한 정체기 (plateau)를 설정하기 위하여 곡선 맞춤 (curve fit) 에 의해 분석되었다. 도 1을 지금 참조하면, OECD 301B-생분해 그래프는 테스트 챔버 이산화탄소 (test chamber carbon dioxide) (CO2) 측정을 이론적인 최대 퍼센트 (percent of theoretical maximum) (% ThCO2) 로서 보여준다. 예측적인 맞춤 (predicted fit) (실 곡선)을 계산하기 위하여 곡선 맞춤 (curve fit)이 적용되었다. 곡선 맞춤 아래 그림자 부분은 생분해성의 결정을 위한 생분해 조건에 (10 에서 60%) 해당되며 및 요구되는 분해량이 충족하였음을 보여준다. 그 내용이 여기 참고문헌으로 병합된, WO 2014/167518A 참조.
결론적으로, 샘플은 28-일 테스트 시간 프레임이 끝나기 전에 60% 한계점을 초과하여 궁극적인 분해/본질적인 생분해의 요구조건을 달성하였다.
실시 예 22: 그랜센스 (GransenseTM) 탄성 중합체 젤의 % 바이오-기반한 탄소 함량에 대한 테스트
실시 예 6의 탄성 중합체는 % 바이오기반한 탄소를 위해 ASTM D6866-18 방법 B에 따라 베타 분석 회사 (Beta Analytic Inc, Miami, FL) 에서 방사성 탄소 동위원소 분석(Radiocarbon Isotope Analysis)을 사용하여 제출되었다. 자연적으로 존재하는 탄소 동위원소는 방사성 활성이 있고 및 식물 또는 동물이 죽은 이후 약 45,000년 후에는 아무것도 남지 않는 방식으로 붕괴된다. 결과의 해석 및 적용은 간단하다. 100%의 바이오기반 또는 생물기원한 탄소는 100%의 탄소가 자연환경에서 사는 식물 또는 동물 부산물 (바이오 매스)로부터 왔음을 제시하며 및 0% 값은 모든 탄소는 석유화학제품, 석탄, 및 다른 화석 소스로부터 유래하였음을 의미한다. 0-100% 사이의 값은 혼합물임을 제시한다. 이 값이 더 높을수록, 재료에서 천연적인 소스 성분의 부분이 더 크다.
샘플은 제출되었고, 및 결과 데이터는 이 샘플은 100% 바이오기반한 탄소 함량 (총 유기 탄소의 부분으로서) 을 함유하였다는 결론을 내렸다.

Claims (34)

  1. 교차-연결된 (cross-linked) 폴리우레탄 탄성 중합체 고무 (polyurethane elastomer rubber) 조성물로서,
    (a) 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무
    (b) 화장품 연화제, 및
    (c) 우레탄화 (urethanation) 촉매를 포함하고,
    상기 화장품 연화제는 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무를 상당히 둘러싼 용매 매트릭스 (solvent matrix) 를 형성하는 것을 특징으로 하는, 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리우레탄 탄성 중합체 고무 조성물은 제분 또는 희석 전에 질감 분석기 (texture analyzer) 로 측정하였을 때 200 g 보다 더 크고, 바람직하게는 500 g 및 4000 g 이하의 경도 힘을 가지고 탄성은 70% 와 동등하거나 또는 더 크고, 바람직하게는 90% 인 것을 특징으로 하는, 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 교차-연결된 폴리우레탄 고무는 적어도 두 개의 자유 하이드록실 그룹 (free hydroxyl groups) 을 가진 프리-폴리머 (pre-polymer) 와 형성되는 것을 특징으로 하는, 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 용매 매트릭스는 하나 또는 그 이상의 화장품 연화제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 폴리우레탄 탄성 중합체 고무는 적어도 두 개의 자유 하이드록실 그룹을 가진 프리폴리머 약 5 내지 약 25무게 퍼센트로 형성되는 것을 특징으로 하는, 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 폴리우레탄 탄성 중합체 고무는 약 1 내지 약 20무게 퍼센트의 이소시아네이트 기능화된 분자 및 OH-그룹을 가진 프리폴리머로 형성되는 것을 특징으로 하는, 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무 조성물.
  7. 제3항에 있어서, 상기 프리폴리머는 디올 (diol) 과 다이머 에시드 (dimer acid) 의 폴리에스테르 반응 산물인 것을 특징으로 하는, 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 폴리우레탄 탄성 중합체 고무는 약 15 내지 약 38무게 %의 NCO, 바람직하게는 약 15 내지 약 28무게 %의 NCO를 함유하는 폴리이소시아네이트 (polyisocyanate) 로 형성되는 것을 특징으로 하는, 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 우레탄화 촉매의 양은 약 0.1 내지 약 2.5무게 %인 것을 특징으로 하는, 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무 조성물.
  10. 제1항에 있어서, 상기 우레탄화 촉매는 비스므스 (bismuth), 아연(zinc), 또는 아민 (amine) 인 것을 특징으로 하는, 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무 조성물.
  11. 제1항에 있어서, 반응하지 않은 이소시아네이트 그룹을 멈추게 하기에 충분한 알코올 또는 아민을 함유하는 마감제 (finisher) 의 양을 추가적으로 포함하는, 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무 조성물.
  12. 제6항에 있어서, 여기서 폴리이소시아네이트 (polyisocyanate) 에 있는 NCO 및 프리폴리머 (prepolymer) 에 있는 OH 그룹 사이의 전반적인 몰 비는 2:1 내지 1:2인 것을 특징으로 하는, 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무 조성물.
  13. 제1항에 있어서, 상기 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무는 바이오-기반 및 생분해 가능한 프리폴리머로 형성된 것을 특징으로 하는, 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무 조성물.
  14. 제13항에 있어서, 여기서 프리폴리머, 폴리이소시아네이트, 및 화장품 연화제는 바이오-기반이고 및 생분해 가능하고, 여기서 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무 조성물은 약 85% 이상, 바람직하게는 약 95% 이상, 또는 약 99% 이상 재활용 가능한, 바이오-기반한 공급원료로 구성된 특징으로 하는, 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무 조성물.
  15. 제14항에 있어서, 상기 바이오-기반 및 생분해 가능한 폴리이소시아네이트는 1,5-펜타메틸렌 디이소시아네이트 삼량체 (1,5-pentamethylene diisocyanate trimer) 인, 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무 조성물.
  16. 하기를 포함하는 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무 조성물을 제조하는 공정:
    우레탄화 촉매 및 화장품 연화제의 존재하에서 교차-연결된 폴리우레탄 고무가 형성되기에 충분한 조건 아래에서 폴리이소시아네이트를 적어도 두 개의 자유 하이드록실 그룹 (free hydroxyl groups) 을 가진 프리폴리머와 반응시키는 것.
  17. 제16항에 있어서, 상기 조건은 적어도 두 개의 자유 하이드록실 그룹을 가진 프리폴리머, 우레탄화 촉매 및 화장품 연화제를 온도 약 20o 내지 약 100oC에서 반응시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 공정.
  18. 제16항에 있어서, 여기서 우레탄화 촉매는 비스므스 (bismuth), 아연(zinc), 또는 아민 (amine) 인, 공정.
  19. 제16항에 있어서, 여기서 프리폴리머, 폴리이소시아네이트, 및 화장품 연화제는 바이오-기반이고 및 생분해 가능한 것을 특징으로 하는, 공정.
  20. 제19항에 있어서, 여기서 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무 조성물은 약 85% 이상, 바람직하게는 약 95% 이상, 또는 약 99% 이상, 바이오-기반한 공급원료로 구성되는 것을 특징으로 하는, 공정.
  21. 미분화된 형태(micronized form) 로 있는 제1항의 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무 조성물 및 적어도 하나의 화장품 연화제의 혼합물을 포함하는, 젤 조성물.
  22. 제21항에 있어서, 여기서 미분화된 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무 조성물의 양은 약 30 내지 약 5 무게 %인, 젤 조성물.
  23. 제21항에 있어서, 여기서 미분화된 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무 조성물의 양은 약 5 내지 약 17무게 % 인, 젤 조성물.
  24. 제21항에 있어서, 여기서 화장품 연화제의 양은 약70 내지 약 95무게 % 인, 젤 조성물.
  25. 제22항에 있어서, 여기서 화장품 연화제의 양은 약83 내지 약 95 무게 % 인, 젤 조성물.
  26. 제21항에 있어서, 두 번째 용매를 추가적으로 포함하는, 젤 조성물.
  27. 제26항에 있어서, 여기서 두 번째 용매는 트리헵타노인(triheptanoin); 운데칸 (undecane); 트리데칸(tridecane) 으로 구성된 그룹으로부터 선택되거나; 또는 여기서 두 번째 용매는 천연적으로 유래한 알칸 (alkanes) 또는 천연적으로 유래한 에스테르인, 젤 조성물.
  28. 제24항에 있어서, 비티민 (vitamins), 자외선차단제 (sunscreens), 식물 추출물 (plant extracts), 향수 (fragrances) 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택적으로 선택된, 활성 조성물을 추가로 포함하는, 젤 조성물.
  29. 제21항에 있어서, 향수, 착색제(colorants), 방부제(preservatives), 활성 조성물 (active compositions), 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹의 한 멤버를 추가로 포함하는, 젤 조성물.
  30. 제21항에 있어서, 여기서 미분화된 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무 조성물은 횡단면 지름이 약 1 내지 약 61 마이크론 (micron)을 가지는, 젤 조성물.
  31. 제21항에 있어서, 점성이 약 15,000 cP 내지 약 1,000,000 cP의 범위, 바람직하게는 약 40,000 내지 약 1,000,000 cP의 범위를 가진, 젤 조성물.
  32. 제21항에 있어서, 여기서 젤은 비-뉴토니안 액체 (non-Newtonian fluid) 또는 요변성 액체 (thixotropic fluid) 인, 젤 조성물.
  33. 젤 조성물을 제조하는 방법으로, 하기를 포함하는 방법:
    a) 제1항의 교차-연결된 폴리우레탄 탄성 중합체 고무 조성물을 화장품 연화제의 존재 하에서 미분화하고; 및 선택적으로
    b) 단계 a) 결과로부터의 혼합물을 두 번째 용매와 조합하는 것.
  34. 제 33항에 있어서, 여기서 두 번째 용매는 트리헵타노인(triheptanoin); 운데칸 (undecane); 트리데칸(tridecane) 으로 구성된 그룹으로부터 선택되거나; 또는 여기서 두번째 용매는 천연적으로 유래한 알칸 (alkanes) 또는 천연적으로 유래한 에스테르인, 공정.
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