KR20240015810A - 나노 프리 실리카 입자 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 나노 프리 실리카 입자 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 특히 물유리를 이용하여 얻어진 직경이 1 내지 30 um의 화장품용 구상 실리카로서, 전자현미경(SEM)으로 측정한 결과 나노 프리(Nano free)인 것을 특징으로 하는 실리카 입자에 관한 것이다.
본 발명에 따른 실리카 입자를 포함하는 화장료는 나노 물질이 존재하지 않기 때문에 나노 유해성을 방지할 수 있으며, 흐름성이 높여 사용감을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 실리카 입자를 포함하는 화장료는 나노 물질이 존재하지 않기 때문에 나노 유해성을 방지할 수 있으며, 흐름성이 높여 사용감을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 나노 프리 실리카 입자 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물유리를 이용하여 얻어진 직경이 1 내지 30 um의 화장품용 구상 실리카로서, 나노 유해성을 방지할 수 있으며, 화장품의 마찰 계수가 낮고, 흐름성이 향상되어 화장품의 사용감을 향상시킬 수 있는 나노 프리 실리카 입자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
이하에 기술되는 내용은 단순히 본 발명과 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.
실리카는 실록산과 실란류의 무기산화물로 이산화규소, 규산무수물이라고도 불리며 규소와 산소의 결합체이다. 암석이나 토사의 주성분으로 천연수에 이온상 콜로이드상의 상태로 미량 함유되어 있고 석영, 수정, 마노, 오팔 등의 주요 성분이기도 하다.
화장품에서 실리카 입자는 피부의 피지 분비를 조절하여 깔끔한 모공 관리에 도움을 줄 수 있다. 또한, 화장품에 사용되는 분말 성분이 수분을 흡수할 경우 수분에 의해 엉키거나 덩어리가 생성되는 현상을 방지하기 위한 원료로 사용될 수 있다. 또한, 스크럽 화장료 조성물에 사용되어 피부대사 유해물질, 분비물, 외부로부터 부착된 오염물, 세균, 메이크업 물질 등을 제거하는 효과, 피부의 진피, 피하조직에 분포된 신경과 혈관을 자극하여 혈류 촉진 작용을 함으로써 잔주름을 예방해 주는 효과 및 각화된 각질을 용이하게 제거할 수 있도록 도와줌으로써 각질층이 두터워짐을 방지하여 표피가 건강하게 유지되도록 하는 필링(peeling) 효과를 나타낼 수 있다. 또한 메이크업 제품에서 사용감 개선제 등으로 사용될 수 있다.
기존에 실리카 제조는, TMOS(tetramethyl orthosilicate), TEOS(tetraethyl orthosilicate)에 약산을 서서히 가하여 실리카 입자를 키우는 방법을 사용하여 실리카 입자를 만들고 있다. 그러나 이는 비교적 쉽게 실리카 입자를 만들 수 있으나, 물유리에 비하여 가격이 비싸다는 단점이 있다.
또한 TMOS나 TEOS 대신 물유리를 사용하여 산을 가하여 실리카 입자를 제조할 경우 반응성이 커 순간적으로 미세 나노 입자가 생성되며, 입자의 크기를 조절하기 힘들 뿐만 아니라 생성된 입자 표면에 나노 입자가 많이 부착(도 1, 도 2)되어 표면이 거칠어 마찰계수가 커져 화장품에서 사용감이 나쁠 뿐만 아니라 또한 나노 입자의 생체에 대한 나쁜 영향을 고려할 때 나노 입자가 함유하지 않는 새로운 실리카 입자를 제조하는 방법이 요구되고 있다. 즉 소듐 실리케이트(sodium silicate) 용액을 이용하여 실리카 입자를 제조하는 과정에서 나노 물질이 형성될 수 있다. 나노 물질은 화장품 성분으로 포함될 경우 나노 유해성을 유발하고, 화장품의 사용감을 저하시킬 수 있다.
나노물질에 관하여 유럽 화장품 규정(EC Cosmetic Regulations) 1223/2009는 1-100nm 범위의 불용성 또는 생물지속성 물질을 나노 물질로 규정하고 화장품 출시 전에 나노 물질의 존재여부를 위원회에 보고하여야 하고, 나노 물질 형태의 모든 성분은 성분 리스트에 명기할 것을 요구하고 있다. 또한 2011년에 발표된 나노 입자에 대한 권고(Recommendation 2011/696)에는 전자현미경 (SEM) 관찰결과 100 nm 이하인 입자가 숫자로 50%이하인 경우 나노 프리(nano free)라 할 수 있다고 권고하고 있다. 이는 입자의 평균직경이 10 마이크론(um)이라고 가정할 때 100 나노미터 이하의 입자가 무게 또는 부피비로 100만분의 1 이하의 극소량만이 함유되어 있다는 것을 의미하는 것이다.
본 발명자들은 물유리(Na2SiO3수용액)를 이용하는 실리카 입자 제조방법에서 중요 공정변수를 제어함으로써 '나노 프리 실리카(Nano free silica)'를 얻을 수 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 물유리를 이용하여 직경이 1 내지 30 um의 화장품용 구상 실리카 입자를 제조하면서도 나노 유해성을 방지할 수 있으며, 화장품의 마찰 계수가 낮고 흐름성이 향상되어 화장품의 사용감을 향상시킬 수 있는 나노 프리 실리카 구형 입자 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 물유리를 이용하여 얻어진 직경이 1 내지 30 um의 화장품용 구상 실리카로서,
전자현미경(SEM)으로 측정한 결과 나노 프리(Nano free)인 것을 특징으로 하는 실리카 입자를 제공한다.
바람직하기로 실리카 입자의 마찰계수(gf)가 160 gf 이하, 또는 아발론체 에너지(Avalanche Energy)가 20 mj/kg 이하인 것이다.
또한 본 발명은 물유리 또는 물유리와 물의 혼합물;에 오일;과 유화제;를 첨가하고 교반하여 혼합용액을 제조하는 제1단계;
상기 혼합용액에 약산 또는 약산 수용액을 첨가하여 반응시키는 제2단계;
상기 제2단계의 반응물에 강산 수용액을 첨가하고 반응시키는 제3단계; 및
상기 제3단계의 결과물을 건조하고 분쇄하는 제4단계;를 포함하는 특징으로 하는 실리카 입자의 제조방법을 제공한다.
바람직하기로 상기 오일은 유동파라핀, 경유 또는 등유인 것이다.
바람직하기로 유화제는 HLB(Hydrophilic Lipophilic Balance)가 4 내지 6인 것이다.
구체적으로 상기 약산은 초산, 탄산, 구연산 및 젖산으로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 것일 수 있다.
바람직하기로 상기 강산 수용액은 최종 수용액의 pH가 5 내지 7이 되도록 첨가하는 것이다.
바람직하기로 상기 약산 수용액의 첨가는 2종 이상의 농도가 다른 수용액을 낮은 농도부터 순차적으로 투입하는 것이다.
바람직하기로 상기 강산 수용액의 첨가는 2종 이상의 농도가 다른 수용액을 낮은 농도부터 순차적으로 투입하는 것이다.
또한 본 발명은 상기 기재의 실리카 입자 제조방법에 의하여 제조된 실리카 입자를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 기재의 실리카 입자를 포함하는 화장품을 제공한다.
본 발명에 따르면 물유리를 이용하여 얻어진 직경이 1 내지 30 um의 화장품용 구상 실리카로서, 나노 유해성을 방지할 수 있으며, 화장품의 마찰 계수가 낮고 흐름성이 향상되어 화장품의 사용감을 향상시킬 수 있는 나노 프리 실리카 입자 및 그의 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따라 물유리를 약산처리 후 입자의 전자현미경 사진이다.
도 2는 종래기술에 따라 강산으로 산처리 중 깨진 입자의 전자현미경 사진이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 실리카 제조과정을 나타낸 순서도이다.
도 2는 종래기술에 따라 강산으로 산처리 중 깨진 입자의 전자현미경 사진이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 실리카 제조과정을 나타낸 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 실리카 입자는 물유리를 이용하여 얻어진 직경이 1 내지 30 um의 화장품용 구상 실리카로서,
전자현미경(SEM)으로 측정한 결과 나노 프리(Nano free)인 것을 특징으로 하는 실리카 입자를 제공한다.
본 발명에서 전자현미경(SEM) 관찰결과 "나노 프리(Nano free)"라 함은 유럽 화장품 위원회에서 정한 나노 프리 기준에 적합한 것으로서, 전자현미경 관찰결과 100 nm 이하인 입자가 숫자로 50% 이하인 경우이며, 100 나노미터 이하의 입자가 무게 또는 부피비로 100만분의 1 이하의 극소량만이 함유되어 있다는 것을 의미하는 것이다.
바람직하기로 본 발명의 실리카 입자는 실리카 입자의 마찰계수(gf)가 160 gf 이하, 또는 아발론체 에너지(Avalanche Energy)가 20 mj/kg 이하인 것이다. 이 경우 화장품의 마찰 계수가 낮고 흐름성이 향상되어 화장품의 사용감을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 실리카 입자는 물유리를 통하여 얻어지면서도 나노 프리 실리카 입자로서, 화장료에 포함될 경우 나노 유해성을 원천적으로 방지할 수 있으며, 사용감을 개선할 수 있다.
본 발명에 따른 실리카 입자는 물유리 또는 물유리와 물의 혼합물;에 오일;과 유화제;를 첨가하고 교반하여 혼합용액을 제조하는 제1단계;
상기 혼합용액에 약산 또는 약산수용액을 첨가하여 반응시키는 제2단계;
상기 제2단계의 반응물에 강산 수용액을 첨가하고 반응시키는 제3단계; 및
상기 제3단계의 결과물을 건조하고 분쇄하는 제4단계;를 포함하는 특징으로 하는 실리카 입자의 제조방법을 통하여 제조될 수 있다.
이하, 상기 실리카 입자의 제조방법의 각 제조단계별 기술구성을 그림 1을 참조하여 더욱 상세히 살펴보도록 한다.
본 발명의 실리카 입자 제조방법은 물유리만을 원료로 사용할 수 있으며, 필요에 따라 물로 희석하여 사용할 수 있다. 이때 물의 양은 임의로 조절 가능하며, 바람직하기로는 물유리와의 혼합액 중 1 내지 50 중량%로 사용할 수 있다. 물의 양이 증가함에 따라 제조되는 실리카의 다공성도 증가하게 된다.
본 발명에서는 물유리 또는 물유리와 물의 혼합액에 오일과 유화제를 첨가하여 친유형 유화(제1단계)를 만든다. 이 때 사용할 수 있는 오일은 하이드로 카본 오일인 것이 좋으며, 구체적으로 유동파라핀, 경유, 등유 또는 폴리부텐 등 다양한 종류를 사용할 수 있으며, 유동파라핀이나 등유를 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우 화재 등의 안전성의 문제 및 경제성을 향상시킬 수 있다.
또한 상기 유화제로는 HLB(Hydrophilic Lipophilic Balance)가 4 내지 6인 것이 좋으며, 구체적인 예로는 이소르비탄 스테아레이트, 소르비탄 이소스테아레이트, 소르비탄 올레이트, 소르비탄 리놀레이트, 및 폴리글리세린 폴리리놀레이트로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 것이 좋다. 상기 유화제의 사용량은 오일 100 중량부에 0.1 중량부 내지 20 중량부로 사용할 수 있다. 유화제 양이 너무 적으면 충분히 균일한 유화를 만들지 못해 입자의 균일성이 나빠지며, 또한 유화제 양이 너무 많아지면 입자의 크기가 너무 작아져 원하는 크기의 실리카 입자를 얻을 수 없다.
상기 오일 혼합시 수상과 유상의 비율은 임의로 조절할 수 있으며, 바람직하기로는 내상인 수상이 30 내지 80 중량부, 더욱 바람직하기로는 50 내지 70 중량부로 포함되는 것이다. 실리카 입자의 생산성과 균질성을 동시에 만족시킬 수 있다.
본 발명의 실리카 입자의 제조방법은 상기 제1단계의 혼합용액에 약산 또는 약산 수용액을 첨가하여 반응시키는 제2단계;를 포함한다.
상기 약산은 특별히 한정되지 않으며, 구체적으로는 초산, 탄산, 구연산, 젖산으로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 것을 사용할 수 있다. 약산 수용액으로 사용할 경우 수용액의 농도는 임의로 조절할 수 있으며, 구체적으로는 1 내지 50 중량%, 바람직하게는 1 내지 30 중량% 수용액으로 제조하여 사용할 수 있다. 상기 약산 또는 약산 수용액의 첨가량은 상기 오일 투입량의 0.5 내지 10 중량배의 양으로 사용할 수 있다. 바람직하기로 상기 약산 수용액은 2종 이상의 농도로 제조하여 낮은 농도의 약산 수용액을 첨가한 후 순차적으로 높은 농도의 수용액을 첨가하는 것이 좋다. 이 경우 제조되는 실리카 입자의 표면이 더욱 매끄럽고, 마찰 계수가 낮아 흐름성을 더욱 개선할 수 있다.
본 발명의 실리카 입자의 제조방법은 상기 제2단계의 반응물에 강산 수용액을 첨가하여 반응시키는 제3단계;를 포함한다.
상기 강산은 구체적으로 황산, 염산 또는 질산일 수 있으며, 강산 수용액으로 사용할 경우 수용액의 농도는 1 내지 20 중량%로 제조하여 사용할 수 있다. 상기 강산 수용액의 첨가량은 최종 수용액의 pH가 5 내지 7이 되도록 첨가하는 것이 좋다. 이 경우 제조되는 실리카 입자가 터지면서 나노 입자가 생성되는 것을 방지할 수 있다. 바람직하기로 상기 강산 수용액은 2종 이상의 농도로 제조하여 낮은 농도의 강산 수용액을 첨가한 후 순차적으로 높은 농도의 수용액을 첨가하는 것이 좋다. 이 경우 제조되는 실리카 입자의 표면이 더욱 매끄럽고, 마찰 계수가 낮아 흐름성을 더욱 개선할 수 있다.
본 발명의 실리카 입자의 제조방법은 상기 제3단계의 결과물인 실리카를 건조하고 분쇄하는 제4단계;를 포함한다. 상기 건조 및 분쇄는 공지의 방법들이 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 실리카 입자의 제조방법은 물유리를 이용하여 1 내지 30 um의 화장품용 구상 실리카 입자를 제조하면서도 나노 입자의 생성을 방지하여 나노 유해성을 방지할 수 있으며, 마찰 계수가 낮고 흐름성이 향상되어 화장품의 사용감을 향상시킬 수 있으며, 생산성 높게 실리카 입자를 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
Sodium silicate 300 kg, 물 30 kg을 혼합한 후 실온에서 교반하여 균일하게 하였다. 여기에 유동파라핀 200 kg과 유화제로 소르비탄 이소스테아레이트를 20 kg 혼합액을 첨가한 후 상온에서 교반하여 유중수형 유화를 생성시켰다. 여기에 초산 5 중량% 수용액을 700 kg을 입자가 깨지지 않도록 주의하면서 서서히 첨가하여 입자를 생성시켰다.
여기에 10 중량% 염산 수용액을 서서히 가하여 최종 용액의 pH가 5내지 7로 맞추어 입자를 단단하게 굳혀주었다. 침전된 실리카 입자만 취하여 세척한 후 건조하고 체질하여 나노 프리 실리카를 제조하였다. 제조된 실리카 입자를 전자현미경 사진으로 촬영 한 결과 나노 프리 상태를 보여주었다.
Sodium silicate 300 kg, 물 30 kg을 혼합한 후 실온에서 교반하여 균일하게 하였다. 여기에 유동파라핀 200 kg과 유화제로 소르비탄 이소스테아레이트를 20 kg 혼합액을 첨가한 후 상온에서 교반하여 유중수형 유화를 생성시켰다.
여기에 중량기준으로 초산 1%, 2%, 5%, 10% 수용액을 각각 200 kg을 입자가 깨지지 않도록 주의하면서 서서히 첨가하여 입자를 생성시켰다.
여기에 중량기준으로 1%, 2%, 5%, 10%, 20% 염산 수용액을 각각 서서히 가하여 최종 용액의 pH가 5내지 7로 맞추어 입자를 단단하게 굳혀주었다. 침전된 실리카 입자만 취하여 세척한 후 건조하고 체질하여 나노 프리 실리카를 제조하였다. 제조된 실리카 입자를 전자현미경 사진으로 촬영 한 결과 나노 프리 상태를 보여주었다.
| 실시예 1 | 실시예2 | |
| 평균입자 크기 (um) | 7.2 | 8.5 |
| 흡유량 (ml/g) | 1.35 | 1.43 |
| 최종용액 pH | 6.5 | 6.1 |
| 마찰계수 (gf) | 142.3 | 131.2 |
| 아반론체에너지 (mj/kg) | 14.5 | 13.8 |
상기 표 1에 나타나는 바와 같이 본 발명에 따라 제조된 실리카 입자는 나노 프리 입자인 것이 확인되었다. 또한 약산 및 강산을 투입시 농도를 순차적으로 높여 투입한 실시예 2의 경우 실시예 1에 비하여 더욱 우수한 물성을 가지는 것을 확인하였다.
Claims (10)
- 물유리를 이용하여 얻어진 직경이 1 내지 30 um의 화장품용 구상 실리카로서,
전자현미경(SEM)으로 측정한 결과 나노 프리(Nano free)인 것을 특징으로 하는 실리카 입자.
- 제1항에 있어서,
실리카 입자의 마찰계수(gf)가 160 gf 이하, 또는 아발론체 에너지(Avalanche Energy)가 20 mj/kg 이하인 것을 특징으로 하는 실리카 입자.
- 물유리 또는 물유리와 물의 혼합물;에 오일;과 유화제;를 첨가하고 교반하여 혼합용액을 제조하는 제1단계;
상기 혼합용액에 약산 또는 약산 수용액을 첨가하여 반응시키는 제2단계;
상기 제2단계의 반응물에 강산 수용액을 첨가하고 반응시키는 제3단계; 및
상기 제3단계의 결과물을 건조하는 제4단계;를 포함하는 특징으로 하는 실리카 입자의 제조방법.
- 제3항에 있어서
상기 오일은 유동파라핀, 경유 또는 등유인 것을 특징으로 하는 실리카 입자의 제조방법.
- 제3항에 있어서,
상기 유화제는 HLB(Hydrophilic Lipophilic Balance)가 4 내지 6인 것을 특징으로 하는 실리카 입자 제조방법.
- 제3항에 있어서,
상기 약산은 초산, 탄산, 구연산 및 젖산으로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 실리카 입자 제조방법.
- 제3항에 있어서,
상기 약산 수용액의 첨가는 2종 이상의 농도가 다른 수용액을 낮은 농도부터 순차적으로 투입하는 것을 특징으로 하는 실리카 입자 제조방법.
- 제3항에 있어서,
상기 강산 수용액의 첨가는 2종 이상의 농도가 다른 수용액을 낮은 농도부터 순차적으로 투입하는 것을 특징으로 하는 실리카 입자 제조방법.
- 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항 기재의 실리카 입자 제조방법에 의하여 제조된 실리카 입자.
- 제1항 기재의 실리카 입자를 포함하는 화장품.
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| KR20200102445A (ko) | 2017-12-27 | 2020-08-31 | 닛키 쇼쿠바이카세이 가부시키가이샤 | 다공질 실리카 입자 및 그 제조 방법 |
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