친환경 기능소재 '생분해 마이크로캡슐 Aro-capsule FP'
친환경 기능소재 '생분해 마이크로캡슐 Aro-capsule FP'
  • 차승환 책임연구원(대하맨텍 기술연구소) ( office@thekbs.co.kr)
  • 승인 2019.11.29 12:10
  • 매거진 : 2019년 10월호
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차승환 책임연구원(대하맨텍 기술연구소)

개요

화장품은 물론 퍼스널케어, 헤어케어등 모든 분야에서 특정한 기능을 발휘하는 기능성 소재의 적용은 제품차별화 및 고급화 측면에서 일반적인 연구개발 활동이라고 할 수 있다. 또한 이러한 기능소재를 기능저하, 석출, 산화 등 부작용 없이 제형내에 안정하게 적용하면서 최종 소비자가 사용할 때, 최고의 기능을 발휘할 수 있도록 하는 것이 중요한 과제가 된다. 이러한 관점에서 대하맨텍이 개발한 친환경 생분해 마이크로캡슐 Aro-capsule FP는 적절하고 효율적인 소재안정화의 대안이다.

Aro-capsule FP는 5~15 micron 지름의 구상(Shperical)캡슐 수분산 slurry으로 0.1 micron(100nm) 이하의 천연물 막(capsule shell)으로 불안정한 기능소재를 안정한 상태로 보존한다. 각종 불안정한 기능성소재를 캡슐내에 포집하여 제형내에 안정화하고 고객이 제품을 사용하는 최종단계에서 캡슐내의 기능소재를 release하여 소재의 효율성을 극대화 시킨다. 특히 캡슐의 껍질물질을 천연물로 구성함으로써 피부자극이 없으며, 기존 마이크로캡슐 등의 미세플라스틱 우려를 해소한다.

Fruit Peel Mimetic Technology (피부와 과일껍질의 역할)

Aro-capsule FP의 capsule shell 구성물질과 작용메커니즘

마이크로캡슐은 통상 멜라민등 고분자물질인 capsule shell을 형성하여 만들어진 응용소재로, 오랫동안 인쇄, 섬유 등 다양한 산업현장에서 사용되어 왔다. 특히 최근 20여년 사이에는 향료를 캡슐내에 담지하여 섬유유연제 등 일반소비자들에 친숙한 생활용품에 널리 사용되고 있다. 대하맨텍은 2000년 국내 최초로 멜라민캡슐을 양산하여 국내 L사의 섬유유연제 S제품에 20여년째 공급하고 있으며, 동일한 용도로 일본의 N사등에도 공급하는 등 마이크로캡슐 개발에 20여년의 경험과 기술을 보유하고 있다. 이러한 마이크로캡슐은 탁월한 소재 안정화기능과 편리한 release mechanism( Pressure sensitive release )을 가지고 있음에도 피부에 직접 접촉하는 화장품이나 위생용품에 적용되지 못한 이유는 합성고분자로 구성되어 있으며, 일부 용도에는 미세플라스틱의 우려도 있어서 그 기능에 비해 적용범위가 좁기 때문이다.

이에 대하맨텍은 피부에 무해하고 환경문제에 있어서도 문제가 없는 친환경 생분해마이크로캡슐 개발을 진행했고, 이 과정에서 과일의 구조에 주목했다. 사과나 망고등 대부분의 과일껍질은 Cellulose와 같은 섬유질이나 다양한 천연당류로 구성되어 있으며 주요한 기능은 껍질내의 과육을 신선하게 보존하고 외부로부터 과일을 보호한다. 또한 껍질만 남게되면 자연계내에서 미생물에 의해 신속하게 분해된다. 이와 같은 특성은 우리 피부가 가지는 성분이나 물성과 매우 유사하다.

Aro-capsule FP는 과일껍질의 주성분인 Cellulose, Sorbitol, Alginate와 같은 천연물들을 대하맨텍 고유의 합성방식을 통하여 천연물고분자를 만들고, 이를 Capsule shell로 형성시켜 완성한 캡슐이다. Aro-capsule FP는 피부, 헤어 혹은 섬유등에 부착되어 문지름등으로 내용물은 release되고, 나머지 capsule shell 물질은 생분해된다.

생분해 마이크로캡슐 Aro-capsule FP의기능과 특성

Ⅰ 캡슐의 core material (담지물질)의 조건

Aro-capsule FP는 마이크로캡슐이 물에 수분산되어있는 수분산 slurry 상태로 제공된다. 캡슐의 제조공정이 수상(water base)에서 이루어 지므로 물에 용해되지 않는 오일상의 물질이 Aro-capsule FP의 core material이 될 수 있다.

따라서 오일형태의 기능성재료와 물에는 녹지 않으나 오일에는 용해가 가능한 난용성 기능성 분말재료를 Aro-capsule FP에 담지함으로써 안정된 캡슐은 기능소재로서 효율적으로 사용할 수 있다.

Ⅱ Aro-capsule FP를 통한 불안정한 기능재료의 안정화

Aro-capsule FP는 core material을 capsule shell을 통해 외부재료나 환경과 분리되기 때문에 휘발, 산화, 석출등 불안정한 기능재료를 안정화하고 필요할 때 최적의 기능을 발휘할 수 있도록 한다.

단순하게는 휘발로 인하여 경시적으로 성능이 저하되는 향료와 같은 소재에 Aro-capsule FP를 적용시켜 소비자가 지속성 강화(Long lasting) 효과를 느끼게 할 수 있으며, 제형내의 석출등 부작용이 우려되는 ceramide나 BEMT와 같은 소재들을 안정적으로 제형내에 적용시켜 최종적으로 제품의 효능을 극대화 할 수 있게 된다.

생분해 마이크로캡슐 Aro-capsule FP의 응용례

Ⅰ Aro-capsule FP S / Ceramide

Ceramide는 우수한 보습소재이지만 제형내에 용해가 매우 어려워서 사용량이 제한적이며, 제형내에서 석출이나 결정화등의 문제로 매우 불안정한 기능소재이다. 그러나 Ceramide를 Aro-capsule FP에 적용시켜 안정화와 캡슐화를 거친 Ceramide capsule은 제형내에서 안정하며 적용량에도 제한이 없어 제품개발의 다양성을 크게 높인다.

Ⅱ Aro-capsule FP S / BEMT

(Bis-Ethylhexyloxyphenol Methoxyphenyl Triazine)

BEMT 역시 우수한 자외선차단 소재이지만, 제형내에서의 석출문제 혹은 피부자극등의 문제로 인해서 제품에 쉽게 적용하기가 어렵다. 그러나 Aro-capsule FP로 안정화를 거친 BEMT capsule은 제품에 안정적으로 적용할 수 있고 사용감이나 피부자극면에서도 개선효과를 가져온다.

Ⅲ Aro-capsule FP GH / Fragrance (Hair care)

향료(Fragrance)는 시간이 지남에 따라서 그 효과가 사라지는 대표적인 불안정한 소재이다. 그러나, Aro-capsule FP를 통한 향료캡슐화는 실제로 소비자가 터치나 문지름을 통해서 캡슐을 건드리는 순간까지 캡슐내에 향료를 휘발로 인한 성능저하 없이 그대로 유지하기 때문에 지속성 강화효과(Long lasting effect) 차원에서 매우 효과적이다.

특히 Aro-capsule FP GH의 경우에는 캡슐에 이온특성을 부여한 표면처리를 통해 모발에 잘 부착되는 특성을 가진다. 이를, 헤어케어 제품에 적용하는 경우, 소비자는 모발건조 이후에도 시간이 경과해도 향기를 느낄수 있어서 제품에 대한 가치가 극대화 된다.

생분해 마이크로캡슐 Aro-capsule FP의 Line-up

Aro-capsule FP는 그 사용 용도에 따라서 캡슐자체의 구성요소 및 물성을 조정하여 S, GH, GF, V grade로 나뉜다. 모든 grade의 Aro-capsule FP는 공통적으로 천연물로 구성된 생분해소재로서 안전하고, 피부에 자극이 없으며 사용 후 잔존하는 캡슐물질은 모두 생분해가 된다.

S grade의 경우 Leave on type 화장품용으로서 특히 피부사용감이 우수하도록 설계되었으며, GH grade의 경우 캡슐표면의 전하표면처리를 통해서 wash off 환경에서도 모발이나 피부에 잔존하도록 설계되어 샴푸(shampoo)나 바디워시등에 적합하다.

맺음말

기본적으로 Aro-capsule FP의 기능소재로서의 매력은 ‘무궁한 가능성’에 있다. ‘캡슐안에 무엇을 담을것인가? 또 이를 어떻게 이용할 것인가?’ 는 전적으로 제품개발 연구자의 아이디어에 달려있으며, 그 아이디어에 따라서 제품의 가치와 성능이 달라진다고 생각한다.

대하맨텍의 역할은 지난 20여년간 캡슐 개발과 제조의 경험을 통해서 이러한 개발 연구자의 아이디어를 현실화 시키는데 도움을 주는 것이다.


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