포뮬러 67


안정성 및 질감을 향상하는 가소제의 역할


Istvan Lippai, Steve Puleo, Joelle Lamontagne, Kamela Benga, Jessica Dynda - Koster Keunen


가소화라는 개념이 처음 탄생한 시기는 1860년대로, 당시 유럽과 북미에서는 당구가 폭발적인 인기를


끌면서 전 세계적으로 심각한 상아 부족 현상이


발생했다. 전통적인 당구공은 코끼리 상아를 조각해 제작되었는데, 명백히 불필요하고 잔혹한 행위가 수반되었던 것은 물론 공급이 수요를 따라가지 못하는


상황에 이르렀다. 1863년, 미국의 발명가 John


Wesley Hyatt는 단단하고 부서지기 쉬운 폴리머인 나이트로셀룰로오스를 이용한 실험에 착수했다. 그러나 순수한 나이트로셀룰로오스는 너무 딱딱하고 폭발


위험이 있어 실제 성형에 사용하기 어려웠다. Hyatt는 가소제로 장뇌를 첨가하는 획기적인


시도 끝에 1869~1870년, 특허를 획득했다.1 이렇게 탄생해 Celluloid라는 상표로 등록된 물질은 열과 용매로 연화가 가능하며, 압력을 가해 완벽한 구체로 성형한 뒤 냉각하면 단단하고 광택이 나는 제품을


제작할 수 있었다. Celluloid는 상업적 성공을 거둔 최초의 열가소성 수지로서 플라스틱과 가소제의 시대를


열었다. 특정 첨가제를 사용하면 기본 폴리머를 화학적으로


변질시키지 않고도 폴리머 사슬의 이동성을 극적으로


향상할 수 있다는 사실을 발견한 Hyatt의 원리는 당구를 넘어 광범위한 분야에서 빠르게 응용되었다. 20세기 초에 이르러 다양한 기질과 용도에 맞춰


수많은 화학 물질이 등장했다. 그중에서도 단단한 건설 자재(예: 창틀)를 부드럽고 잘 늘어나는 필름(예: 수영장 라이너)으로 만들 수 있는 PVC를 가장 대표적인 사례로 들 수 있다. 결과적으로 화장품 제품에도 이러한 가소제가 도입되었다.


현재: 스킨케어의 필수 기본 요소


현대 화장품 제품은 균일한 질감, 물리적으로 오래 지속되는 안정성, 끈적이지 않는 마무리 그리고 소비자가 높은 품질을 즉각적으로 인지할 수 있는 고급스럽고 매끄러우며 크리미한 촉감과 같이 감각 및


성능 측면에서 매우 높은 기준을 충족해야 한다. 일반적인 포뮬러가 복잡하고 다양한 성분으로


구성된다는 점을 고려하면, 이러한 특성을 구현하기란 결코 쉽지 않다. 이러한 시스템은 보통 고분자 왁스 (필름 형성제, 증점제), 무기 색소 및 필러, 휘발성 및 비휘발성 오일, 계면활성제, 향료, 방부제, 활성 성분, 정제수를 혼합하는데, 각 성분은 때로는 상충하기도 하는 서로 다른 물리적 특성을 지닌다. 정교한 유변학적 제어 및 계면 제어가 미비하면,


최종 제품은 지나치게 잘 부스러지거나 상 분리가


일어나기 쉽고 건조 과정에서 갈라질 수 있다. 필름의 유연성이 부족해져 조각나거나 울퉁불퉁해질 수


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있으며, 에멀션이 번들거리거나 끈적거릴 수 있다. 어느 하나라도 결함이 발생하면 즉각적으로 소비자의


수용도가 낮아지게 된다. 스킨케어, 특히 보습 제품이라는 특정 영역에서


효능은 통상 확고하게 정립된 세 가지 카테고리를 중심으로 작용한다.


■ 연화제: 각질층의 세포 간 간격과 미세한 균열을 메워 피부 표면을 ‘복구’하고, 매끄러움과 유연성을 회복시키는 친유성 물질.2 ■ 밀폐제: 피부 표면에 연속적인 소수성 막을 형성해 경피 수분 손실량(TEWL)을 극적으로 줄여주어 사실상 물리적 차단막 역할을 수행하는 물질.3 ■ 습윤제: 어느 정도 흡습성을 지니고 있으며, 주변 환경(또는 표피/진피와 같이 더 깊은 피부 층)으로부터 수분을 흡수하여 각질층에 전달하는 능력을 지닌 분자.4 연화제가 진정한 성능을 발휘하려면, 물질의 점도가


충분히 낮아야 하고, 모세관 작용을 통해 미세한 피부 틈새로 빠르게 흘러 들어갈 수 있는 적당한 습윤성을


갖추어야 한다. 모세관 작용 과정은 온도에 대한 의존성이 큰 매개변수인 영-라플라스 모세관 압력, 표면 장력(계면 장력), 접촉각 및 체적 점도에 의해 결정된다.


오일, 왁스 또는 고분자 (왁스) 에스터 다수는


상온에서 점도가 너무 높거나 냉각했을 때 결정화되어, 피부 표면에 효과적으로 침투한 후 ‘복구’하는 능력이


크게 제한된다. 이러한 딜레마에 대해 오래 전부터 사용되었던


전통적인 해결책은 가소제를 신중하게 선택하고


배합하는 것이었다. 과학자는 적절한 가소제 시스템을 선택하여 기능적으로 추가적인 이점을 얻을 수 있으며, 이에 대해서는 본 논문의 뒷부분에서 확인할 수 있다.


화장품 분야에서 사용하는 가소제의 정의


‘가소제(plasticizer)’라는 용어의 어원은 ‘성형이 가능하다’는 뜻의 그리스어 플라스티코스(πλαστικó) 에서 유래했다. 폴리머를 다루는 과학 분야에서 가소제는 공식적으로 ‘재료의 유리전이온도와 탄성


계수를 낮춤으로써 가공성, 유연성, 팽창성을 높이기 위해 폴리머 시스템에 결합되는 물질’로 정의된다.5 화장품 포뮬러에서 가소제는 여러 가지 중요한 기능을


수행하며, 결정화를 억제하고 용융 및 용액 점도를 낮추어 제조 과정에서 혼합, 펌핑 및 충전 작업이 용이해진다. 또한 필름 형성제의 유리전이온도를 낮추어, 가능한


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