화장품용 비이온 유화제의 다양한 HLB(Hydrophilic-Lipophilic Balance)측정법 및 계산법에 대한 연구

Abstract

에멀젼(Emulsion)은 수성상과 유성상이 계면활성물질(유화제)에 의하여 하나의 상처럼 보이는 분산 상태로 존재한다. 이러한 에멀젼은 어떤 유화제를 사용하는지에 따라 유화용액의 분산 안정성이 크게 좌우될 뿐만 아니라, 수성상과 유성상에서의 의도한 물성 구현 가능 여부 또한 결정된다. 원료 공급사에서는 HLB(Hydrophilic-Lipophilic Balance)라는 개념으로 유화제의 친수도 혹은 소수도를 표현하여 판매하지만, 실제 연구에 적용시 제공받은 HLB 값이 예측과 벗어난 결과를 보이는 경우가 많으며 HLB값 산출 방법도 공개되지 않고 있다. 또한, 특수한 목적에 의해 유화제를 합성하여 사용하는 경우도 다수인만큼 상용유화제 뿐만 아니라 합성유화제에도 HLB을 예측할 수 있는 방법이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 DIW(De-Ionized Water)를 수성상으로, Squalane을 유성상으로 기준을 정하고, 화장품용으로 사용되는 비이온 유화제 9종(Almax-2070, Span80, Span20, HCO-40, HCO-60, Polyglyceryl-10 Oleate, Tween60, Tween80, Tween20)을 사용하여 HLB값과 및 친수도(소수도)에 관한 산재된 개념들을 취합하여 정량적 계산 및 정성적 비교하는 연구를 진행하였다. 구체적으로는 현존하는 HLB개념 중 Griffin, Davies, MarvinSketch프로그램의 ChemAxon method를 이용하여 유화제의 친수성 혹은 소수성을 정량적으로 계산해 보았고, Contact angle 측정과 Winsor phase 이론에 근거한 시각적 판단방법을 사용하여 정량적으로 유화제의 친수성 혹은 소수성을 상대 비교하는 실험에 대해 연구하였다. 정량적인 측정방법에서는 Griffin, Davies, ChemAxon 방법 순으로 공급사에서 제공하는 HLB값과 오차율이 적었다. 하지만, Griffin법은 분자 내 작용기들의 상대적 가중치를 고려하지 못한 단점이 있어 오차율이 발생하였고, Davies법은 작용기의 가중치가 생겼지만 그 종류가 제한적이라는 단점이 있었으며, ChemAxon법은 화학 구조를 입력하면 쉽고 빠르게 계산되는 장점이 있으나 오차율이 가장 컸었다. 정성적인 측정방법에서는 Contact angle을 측정했을 때, HLB증감에 따른 Contact angle의 증감 경향성은 일치하나, 측정방법의 특성상 Powder, Wax, Paste상의 원료를 측정이 불가하여 적용이 제한적이었다. Winsor Phase이론을 근거하여 9종의 유화제에 대해 ‘DIW-Squalane-Surfactant’ 혼합물의 상분리 거동을 관찰하는 실험을 통해 직관적이고 시각적으로 유화제의 상대적 친수도 혹은 소수도를 비교할 수 있었으며, 특히 WInsorⅢ Phase에서는 ‘DIW-Squalane-Surfactant’ 3상의 계면장력이 최소화되어 Particle size가 최소로 나타나는 경향성과 일치하는 실험결과를 볼 수 있었다. 본 연구에서 진행한 정량적 방법 및 정성적 방법을 종합적, 상호 보완적으로 사용하여 HLB 값에 대한 객관성 및 신뢰성을 확보할 수 있으며, 수 많은 유화제 중 해당 수성상과 유성상에 알맞은 유화제를 빠르게 선별하는데 유용할 것으로 예상한다.