코스메카코리아는 산업통상자원부가 추진하는 ‘World Class 300’에서 ‘세계 시장 선도형 융복합 제형 화장품 개발’ 과제로 R&D 사업에 선정됐다. 이번 개발 과제는 ①톤 보정용 제형 기술 ②고온 안정도 특성의 신 클렌저 제형 기술 ③기능성 융복합 안료 기술 ④Lotus Leaf Technology ⑤제타전위차 기술이다. 코스메카코리아는 다섯 가지 기술별로 제품을 개발해 시장에 출시한 상태다. 또 각 기술을 2가지 이상 융합해 신개념의 제품을 추가 개발중이다. 이 기술에 대해 소개한다. _ 편집자 주
Ⅰ. 서론
빠르게 변화하는 화장품 시장의 트렌드에 대응하기 위해서 스킨케어, 메이크업, 선 제품 등의 화장품 유형 간 결합, 전기와 전자기기와의 결합, 바이오, 메디컬, 한의학, 식품 등 다양한 업종 기술 간 결합이 필요하다. 세계 시장을 선도할 다양한 형태의 융복합 화장품 개발을 위해서 파우더 광학적 특성을 이용한 톤 보정용 제형 기술, 고온 안정도 특성의 신 클렌저 제형 기술, 기능성 융복합 안료 기술, Lotus leaf technology, 제타전위차 기술 등 총 5가지의 융복합 기술을 개발하였다.
Ⅱ. 본론
1. 파우더 광학적 특성을 이용한 톤보정용 제형 기술
1) 연구배경
현재 색조용 화장품 소재로 사용하고 있는 진주광 택안료는 모재Substrate에 무기색소, 유기색소 등을 표면처리하여 착색안료를 만들고, 백색안료는 TiO2 및 ZnO를 사용한다. 그러나 백색안료로 사용하고 있는 TiO2 및 ZnO는 사용감 및 발림성 측면에서 뭉치거나 엉키는 단점을 갖고 있기 때문에 제품 처방 시 많은 제한이 따르고 있다.
본 연구를 통해 화장품 제형에서 발림성과 사용감 이 우수한 SiO2, BNBoron Nitride powder의 장점 과 피부결점을 보정(은폐력)할 수 있는 TiO2의 장점을 결합한 안료를 개발하기 위해 모재 SiO2, BN powder에 TiO2를 표면처리 하여 최적 제품을 개 발하고자 하였다.
2) 연구내용 및 결과
SiO2의 표면에 이산화티탄을 코팅한 신규소재 및 제형 개발
TiO2의 표면처리량은 SiO2의 무게비로 5~70%로 비율을 조절하였다. SEM분석을 통해 TiO2 표면 처리 비율 30% 이상에서는 불균일한 결정이 존재하는 것을 확인하였으며 이 이상의 표면처리 농도에서는 표면처리 결정의 문제점인 결정층의 깨짐이 발생할 위험이 있는 것을 확인하였다(그림 1).
또한 인조 가죽과 피부에 시료를 도포하여 발림성 평가를 진행한 결과, 30%에서 피부 발림성이 가 장 자연스러우면서 부드러운 느낌을 나타내었다. 피부에서는 TiO2 50%에서 은폐력이 떨어져 TiO2 첨가량이 많을수록 은폐력이 저감되는 것으로 나 타났다(그림 2).
본 TiO2 표면처리 SiO2 분체는 표면처리 농도 30%에서 화장품 소재에 쓰이는 소재로 적절한 사용감과 발림성을 나타내며, 소재 적용 시 품질에 문제가 없는 것으로 평가되었다.
BN 표면에 이산화티탄을 코팅한 신규소재 및 제형 개발
TiO2의 표면처리량은 BN powder의 무게비로 2~10%로 비율을 조절하였다. SEM분석을 통해 BN powder에 TiO2표면처리 비율 10%에서 일정한 크기의 표면처리를 확인할 수 있었다(그림3).
또한 인조 가죽과 피부에 시료를 도포하여 발림성 평가를 진행한 결과, 10%에서 피부 발림성이 가장 자연스러우면서 부드러운 느낌을 나타내었다. 인 조가죽의 발림성은 비슷한 차이를 보였으나, 피부에서는 TiO2 표면처리량 10%에서 발림성이 가장 우수하였다. 가죽에서의 차이는 표면처리 된 TiO2가 일부 뭉쳐진 입자들이 존재하는데 10%에서는 뭉쳐진 입자들이 없는 것으로 나타나 사용감이 더 우수한 것으로 확인됐다(그림 4).
본 TiO2 표면처리 BN powder 분체는 표면처리 농도 10%에서 화장품 소재에 쓰이는 소재로 적절한 사용감과 발림성을 나타내며, 소재 적용 시 품질에 문제가 없는 것으로 평가되었다.
2. 고온 안정도 특성의 신 클렌저 제형 기술
1) 연구배경
지방산 중화 타입의 폼 클렌저는 거품력 및 세정력은 우수하나 40℃ 이상의 고온에서 안정도가 불안하다. 기존 지방산 중화폼은 중화반응의 정도에 따라 경도를 형성하나, 이러한 경우 유리전이 온도가 낮아 40℃ 이상에서는 상 분리가 발생하고 외부 자극에 의한 물성 변화를 가져온다.
중국 시장은 고온에 안정적인 제품에 대한 니즈가 강하여 중화권을 비롯한 동남아시아 및 할랄 시장으로의 확대를 위해서는 고온안정도가 확보된 제품 개발이 요구되고 있다.
따라서 본 연구를 통해 계면활성제에 의해 마이셀을 형성하고 폴리올 및 염 등을 이용하여 회합수를 조절하며 고분자 폴리머를 사용하여 세정력이 뛰어난 고온 안정성의 제품을 개발하고자 하였다.
2) 연구내용 및 결과
Lamellar liquid crystal 구조 형성을 위해 염과 폴리올의 함량을 조절하고 검화를 100% 반응하여 회합수를 증가시키기 위한 처방을 설계하였다.
설계된 처방으로 개발된 제품을 각각 4℃, 30℃, 44℃, 50℃, -10℃와 25℃의 냉해동 순환의 조건에서 제품을 보관한 후, 물리적‧화학적 변화를 확인하였다. 현미경을 통한 입자 상태를 비교한 결과, 5가지 조건에서 모두 입자 상태에 차이가 없음을 확인하였으며, 44℃와 50℃ 조건에서도 성상 분리 없이 안정성을 유지하는 것을 알 수 있었다.(그림 5).
점도 측정 결과, 4℃와 Cycle 등 저온을 포함한 조건에서는 소폭 상승하는 경향을 보였고 그 외의 조건에서는 소폭 하락하는 경향을 보였으나 그 차이가 크지 않았으며 44℃와 50℃ 조건에서도 30℃에서와 유사한 점도를 유지하였다.
굴절률 측정 결과, 모든 조건에서 유사한 굴절률을 나타내어 44℃와 50℃에서도 30℃와 유사한 투명도를 가지며 분리나 석출이 일어나지 않았음을 확인하였다.
염의 함유를 통한 회합수의 증가는 계면활성제와 물의 결합력을 감소시켜 계면활성제끼리 응집력을 강화시켰으며, 폴리올의 함량 조절을 통한 회합수의 증가는 물을 hydrophobic한 상태로 만들어 계면활성제끼리 응집력을 강화시켜주었다. 또한 검화를 100% 반응시켜 계면활성제의 임계미셀농도Critical Micelle Concentration, CMC를 증가시켜 회합수를 증가시켰다.
본 기술을 적용한 폼 클렌저는 40℃ 이상 고온의 조건에서도 30℃ 조건과 비교하여 품질에 문제가 없는 안정적인 제품으로 평가되었다.
3. 기능성 융복합 안료 기술
1) 연구배경
피부에 안전하고 효능효과의 유효성을 가진 색조 화장품에 대한 관심이 높아지고 있다. 하지만 수용성의 유효성분은 색조제품 제형에 적용이 어려운 실정이다.
최근 유럽, 미국, 일본에서는 동물성 추출물이 생명윤리 문제로 인식됨에 따라 식물성 추출물로 소재전환을 하는 등 빠르게 대응하고 있다.
따라서 안료의 함유성분 중 동물성 추출물, 시안화합물의 식물성 물질로의 전환이 필요하며, 항산화‧항여드름과 같은 기능적 발현을 갖는 하이브리드 융복합 안료가 요구된다.
본 연구를 통해 스킨케어 효능을 지니는 식물 유래 천연색소 발굴 및 효능·효과 검증을 통해 식물성 하이브리드 융복합 안료를 개발하고자 하였다.
2) 연구내용 및 결과
스킨케어 효능을 지니는 식물유래 천연색소 발굴
레드비트, 블랙커런트, 스피루리나, 황련으로부터 각각 적색, 자색, 녹색, 황색의 색소를 추출 및 제조하였다(그림 6).
유효성을 가진 천연 색소 여부 확인을 위해 항산화, 항염, 항노화, 미백 효능시험을 진행하였다.
항산화 활성을 확인하기 위해 DPPH 라디칼 소거능을 측정한 결과, 4종의 천연 색소추출물 모두에서 항산화 활성을 확인할 수 있었으며, 라디칼 소거능은 레드비트, 블랙커런트, 황련, 스피루리나 순으로 확인되었다(표 1).
항염 활성을 확인하기 위해 NO 생성 억제와 염증 유발 인자 5-lipoxygenase와 cyclooxygenase-2의 활성 저해를 측정한 결과, 가장 항염 효과가 우수한 색소 추출물은 블랙커런트와 레드비트로 확인되었다(표 2).
주름 개선의 항노화 효과를 확인하기 위해 콜라겐 분해효소와 엘라스틴 분해효소의 저해활성을 측정한 결과, 4종의 색소추출물 모두 콜라겐 및 엘라스틴 분해효소의 활성을 저해하는 것으로 나타났다(표 3).
미백활성을 확인하기 위해 멜라닌 형성의 원인인 tyrosinase 활성 저해를 측정한 결과, 황련을 제외한 레드비트, 블랙커런트, 스피루리나 색소추출물에서 tyrosinase 저해 활성이 나타났다(표 4).
식물성 천연 색소가 함유된 분체 개발 연구
스킨케어 효능을 지니는 식물 유래 천연 색소를 화장품에 적용하기 위해 안정도가 확인된 식물성 하이브리드 융복합 안료를 개발하고자 하였다.
융복합 안료 개발을 위해 블랙커런트 색소와 실리카의 복합화를 진행한 결과, 외관 컬러는 적색 또는 자색을 띠었다. 변색안정도 역시 기존의 블랙커런트 색소추출물은 광 조건에서 불안정한 것에 비해 융복합 안료는 파괴나 변형 없이 안정한 것으로 판단되어 복합화에 따라 변색 안정도가 개선되었음을 확인하였다(그림 7).
4. Lotus Leaf Technology
1) 연구배경
미세먼지 악화로 인해 안티폴루션 화장품에 대한 소비자의 니즈가 증가하고 있으며 기존 기술의 단점을 보완할 수 있는 신기술과 신소재의 개발이 요구되고 있다.
따라서 연잎이 물을 밀어내는 원리인 미세돌기를 모티브로 하여 미세돌기를 형성하는 신소재와 제형을 개발하여 피부 유해 물질을 효과적으로 차단할 수 있는 제품을 개발하고자 하였다(그림8).
2) 연구내용 및 결과
천연 유래 고분자 다당류 개발
본 연구에 사용된 버섯 균사체 및 효모 균주의 발효배양에 따른 세포외 다당체의 함량과 각 균주의 다당체 생성을 비교한 결과, 다른 9종의 균주에 비해 흑효모의 성장 속도가 매우 빠르며(그림 9), 다당체 함량 또한 큰 차이를 나타내는 것을 확인하였다(그림 10).
흑효모 다당체의 함량을 페놀-황산법으로 측정해본 결과, 다당체가 약 73% 함유되어 있는 것으로 나타났다.
양친매성 천연 성분 및 연잎구조 제품 개발
양친매성 보호막으로 미세먼지를 정전기적으로 방어하며, 고분자 다당류와 양친매성 천연 성분으로 미세먼지 차단의 2중 보호막 시스템을 구축하고자 하였다.
고분자와 양친매성 성분 결합을 위해 흑효모 유래 베타-글루칸과 계면활성이 우수한 홍삼에서 추출한 사포닌 분획의 물리적‧화학적 결합을 유도하여 연잎의 모형을 생성시켰으며, 나노실리카를 이용한 미세돌기 형성을 위해 Sol-gel법으로 나노실리카를 합성하였다(그림 11).
홍삼-베타글루칸을 첨가한 나노 실리카 합성물은 구형의 미세돌기가 생성되었고 홍삼-베타글루칸의 함량이 증가할수록 구형 모형의 미세돌기가 다량 생성되는 것을 관찰하였다(그림 12).
개발된 나노 실리카를 제형에 혼합하여 미세먼지 차단 효과를 확인해본 결과, 무처치군 대비 시험제품 처치군의 미세먼지 흡착량의 감소율은 약 36%로 나타나 미세먼지 차단에 우수한 효능을 나타냄을 확인하였다 (그림 13).
고분자 막을 형성하는 제품 개발
피부에 고분자막을 형성하여 친수성 성분은 피부 안쪽으로, 소수성 성분은 피부 바깥쪽으로 정렬되게 하여 미세먼지를 차단하고자 하였다. 형성된 고분자막은 1차적으로 정전기적 반발력을 통해, 2차적으로는 높은 접촉각을 통해 미세먼지를 방어할 수 있다(그림 14).
미네랄 워터, 베타글루칸, 콜라겐 등과 같은 수상 소재에 특정 실리콘과 유화제를 처리하여 고분자막을 형성하였다. 개발된 소재가 미세먼지와 충분히 반발을 일으킬 수 있는 -10 ~ -150mV의 제타전위를 갖는지 확인하였으며, 고분자막 형성 소재를 슬라이드에 균일하게 도포 후 물을 한 방울 떨어뜨려 고분자막과 물방울이 이루는 접촉각을 측정하였다.
다양한 수상 소재 중 베타글루칸을 함유한 고분자막에서 86˚로 가장 높은 접촉각을 가지는 것을 확인할 수 있었다(그림 15).
높은 접촉각을 가지는 고분자막은 미세먼지 제거 및 세정에 도움이 되는 것을 확인하였다.
5. 제타전위차 기술
1) 연구배경
제타 전위 기술은 화학적‧물리적 영향없이 원하는 방향의 입경 분포도를 반영구적으로 유도, 유지할 수 있는 세계 유일의 분산 기술이다. 제타 전위 기술을 이용하여 흡수력, 사용감, 밀착력 및 효능이 우수한 제형을 개발하고자 하였다.
2) 연구내용 및 결과
RFPTM 시그널에 의한 다양한 화장품 제형의 안정화 개선 연구
RFPTM 시그널이 적용된 화장품의 제형은 전기역학적 변이를 통해 반영구적 물성변화를 나타내며, 처리에 따른 물성변화는 입경분포도 및 제타전위차를 통해 관찰하였다.
클렌징 폼에 RFPTM 처리 시, 제타포텐셜 값이 14.47% 증가하였으며, 입경 또한 19.96% 감소하였다(표 5). 이를 통해 관능평가 시, 세척력, 버블 형성, 발림성이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
마스크 팩의 수상액에 RFPTM 처리 시, 제타포텐셜 값이 155% 증가하였으며, 입경 또한 23% 감소하였다(표 6). 이를 통해 개발된 마스크팩은 흡수력이 개선 되어 짧은 시간 내에 시트 마스크 효과를 낼 수 있을 것이라 기대하여 인체적용시험을 진행해보았다.
RFPTM을 처리한 마스크 팩 제품을 2분 부착할 때와 10분 부착할 때의 피부 보습력을 평가한 결과, 피부 보습 지속 효과에 유사한 결과를 보이는 것으로 나타났다(그림 16). 이는 RFPTM 기술을 처리하였을 때에 피부에 빠르게 흡수되어 보습력이 증가 및 유지된다는 것을 의미한다.
RFPTM은 어떠한 화학적인 첨가물 없이 분체-오일-물의 3가지 성분을 보다 효율적으로 혼합시킬 수 있으며 이들의 입경과 전위차를 안정적으로 변화시켜 사용감, 밀착력, 흡수력 등에 긍정적 영향을 미치는 것을 확인하였다.
①톤 보정용 제형 기술 ②고온 안정도 특성의 신 클렌저 제형 기술
③기능성 융복합 안료 기술 ④Lotus Leaf Technology
⑤제타전위차 기술들을 어떻게 융합하느냐에 따라
확장성을 크게 높일 수 있어 다양한 고기능성 제품 개발이 가능하다.
Ⅲ. 결론
세계 시장을 선도할 융복합 제형 화장품을 개발하고자 모두 5가지의 복합기술을 연구하였다.
첫 번째로, 톤 보정용 제형 기술은 일반적으로 사용되는 TiO2나 펄의 사용을 자제하고 파우더 코팅 및 분산 기술을 적용하여 자연스러운 톤 보정, 분산성 향상, 피부 밀착성과 발림성이 증대되는 효과가 나도록 설계한 기술이다.
두 번째로, 고온 안정도 특성의 신 클렌저 제형 기술은 제형 상에서 폴리올 및 염 등을 이용하여 회합수를 조절하고 고분자 폴리머를 사용하였으며 유리지방산의 양을 최소화함으로써 물과 빠르게 수화하여 많은 기포가 형성되면서 고온에서도 안정되도록 하였다. 이를 통해 제품이 가지고 있는 응력을 최대화하여 외부의 온도, 물리적 스트레스에도 제품 품질이 유지되고 2차 세안 없이 한 번의 세안으로도 클렌징이 가능한 제품을 개발하였다.
세 번째로, 기능성 융복합 안료 기술은 동물성 안료를 대체하여 유효성이 검증된 안전한 하이브리드 안료를 메이크업 제품에 적용하여 스킨케어의 기능성을 동시에 가지는 제품을 개발하였다.
네 번째로, Lotus Leaf Technology 기술은 연잎 구조에서 아이디어를 얻어 제형의 접촉각을 증가시켜 초소수성 미세돌기 구조를 형성하여 미세먼지를 차단해주는 기술이다. 안티폴루션 제품은 이미 피부에 침투된 미세먼지로부터 손상된 피부를 정상으로 돌리는 제품이지만 연잎 효과는 미세먼지를 원천적으로 차단하는 기술로 기존 기술과의 차별성을 가지고 있다.
마지막으로, 제타전위차 기술은 레이저 처리를 통해 화학적 첨가물 없이 물성변화를 주는 기술로, 본 기술을 통해 제품 자체의 사용감이나 효능을 높일 수 있는 제품을 개발하였다. 제타전위차 기술을 통해 제품에 적용할 소재에 직접 적용함으로써 소재의 안정성과 효능을 높일 수 있어 기술과 소재의 융복합이 가능하다.
이번 연구개발을 통해 기능성 소재, 공법, 기술 등으로 자사만의 독자기술과 소재를 개발하여 지식재산권을 확보하였으며, 과학적 검증을 통해 기술에 대한 가치를 글로벌 시장에 선보여 화장품 시장을 선도할 수 있는 기술 경쟁력을 확보할 수 있었다.
이를 통해 천연물질을 활용한 1차 산업에서 2, 3, 4차 산업으로의 사회‧문화적 파급효과가 극대화 될 것으로 예상되며 다양한 융복합으로 맞춤형 화장품, 지속가능한 친환경 화장품, 포스트 코로나 대응, AI 분야 협업 등 추가 기술 개발을 통해 상기 분야 시장에서 기술력을 확대할 수 있을 것으로 전망한다.