아모레퍼시픽-성균관대 ‘다공성 마이크로 무기 소재 플랫폼 기술’ 개발
아모레퍼시픽-성균관대 ‘다공성 마이크로 무기 소재 플랫폼 기술’ 개발
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백탁 현상 없는 투명한 자외선 차단 소재…국제 학술지 표지논문으로 선정
아모레퍼시픽 기술연구원과 성균관대학교가 ‘다공성 마이크로 무기 소재 플랫폼 기술’을 공동개발했다. 이 연구는 국제 학술지 ‘Particle & Particle Systems Characterization’ 2020년 4월호 표지 논문에 실렸다.
아모레퍼시픽 기술연구원과 성균관대학교가 ‘다공성 마이크로 무기 소재 플랫폼 기술’을 공동개발했다. 이 연구는 국제 학술지 ‘Particle & Particle Systems Characterization’ 2020년 4월호 표지 논문에 실렸다.

 

[더케이뷰티사이언스] 아모레퍼시픽 기술연구원이 성균관대학교와 공동연구를 통해 백탁 현상이 없으면서 자외선을 효과적으로 반사하는 ‘다공성 마이크로 무기 소재 플랫폼 기술’을 개발했다.

혁신적인 무기 자외선 차단제를 만들 수 있는 관련 연구 성과는 소재 분야에서 저명한 국제 학술지인 ‘Particle & Particle Systems Characterization’ 2020년 2월 20일자 온라인판에 게재했으며, 4월호 표지 논문으로도 선정됐다. 논문명 ‘Transparent and UV‐Reflective Photonic Films and Supraballs Composed of Hollow Silica Nanospheres’.

피부 노화는 대부분 빛에 의해 발생하는 것으로 알려져 있다. 그 중에서도 특히 피부 손상을 일으키는 자외선 영역의 빛을 반사 또는 흡수하여 피부를 보호하기 위한 자외선 차단 화장품 개발이 활발하게 진행되고 있다. 자외선을 반사하는 무기 물질로는 산화아연(ZnO)과 이산화타이타늄(TiO2)등이 주로 쓰이지만, 이들 소재는 그대로 사용하면 입자의 높은 굴절률로 인해 백탁 현상이 발생하고, 제품의 제형이 뭉치는 등의 단점도 지니고 있다.

이와 같은 단점을 극복하기 위해, 아모레퍼시픽기술연구원 소재랩의 이연 박사는 성균관대학교 화학공학과 이기라 교수 연구실과 공동으로 연구과제를 진행했다. 이 연구를 통해 공동연구팀은 미세한 크기의 가운데가 비어있는 실리카 구형 입자(Silica Nanospheres)인 ‘스프라볼(Supraballs)’을 균일하게 합성 및 조립 할 수 있었다. 이러한 입자로 형성된 필름은 가시광선과 자외선 영역의 빛을 반사할 수 있도록 균일한 기공의 크기 및 기공 간격을 조절할 수 있고, 굴절률 매칭을 통해 자외선을 강하게 반사하면서도 가시광선 영역에서는 투명하게 보인다는 사실을 밝혀냈다. 이는 자연에서 카멜레온이나 녹조류 등이 빛을 산란시켜 피부색을 빠르게 변화시키는 원리와 비슷한 것이다.

아모레퍼시픽 기술연구원 박원석 기반혁신연구소장은 “이번에 발표한 연구 결과는 혁신적인 무기 소재 개발을 위한 플랫폼 기술을 확보했다는 점에서 매우 의미 있는 성과로, 피부 임상 시험 등을 통해 해당 소재의 가능성을 추가로 검증할 예정”이라고 밝혔다.

한편 아모레퍼시픽 기술연구원은 1959년 한국 최초의 자외선 차단제 ‘ABC파라솔크림’을 출시한 이래, 기초과학 연구 역량을 바탕으로 혁신적인 유기·무기 자외선 차단제 성분 개발을 이어오고 있다. 2003년에는 유기·무기 나노 복합체 기술을 활용한 ‘헤라 선 메이트 크림’을 출시했고, 2019년에는 난용성 유기 자외선 차단제 안정화 소재 기술을 활용하여 ‘아이오페 UV쉴드 선 안티폴루션’과 ‘라네즈 화이트 듀 톤업플루이드’제품에 적용하는 등 꾸준히 독창적인 원료 개발 연구를 수행해왔다.

 

Abstract

For an optically transparent, UV‐reflective film, hollow silica nanospheres smaller than the visible wavelength (<λvis) are prepared and assembled into colloidal glasses, of which interstices are then backfilled with a polymer.

The polymer refractive index is matched with the silica shell to minimize backscattering in the visible range, and the average distance between the hollow silica particles is adjusted by tuning the shell thickness to satisfy the interference resonance condition for a UV selective reflection.

The resulting composite film shows a strong UV reflection as expected, but it is translucent in visible light due to non‐negligible backscattering, which may be caused by large defects or fluctuation of the particle concentration.

In order to avoid such backscattering, another polymer is introduced of which the refractive index is matched with the average refractive index of the hollow nanospheres.

This allows an optically transparent film that selectively reflects the UV light. Furthermore, spherical aggregates of hollow silica nanospheres called “supraballs” are prepared and their average refractive index is matched with a solvent by adjusting the mixture ratio of water and ethylene glycol, which yields an optically transparent solution, selectively reflecting UV.


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