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혼합 계면 활성제를 이용한 Silicone 에멀젼의 제조)

  • 요약
  • 실리콘의 유화; 유화제의 계면 화학적 성질을 이용한 반전 유화법 사용

    • 유화제; 비 이온성 계면 활성제. 음이온성 계면 활성제.

    • 보조 유화제; 화장품용 계면 활성제,

    • SPAN. TWEEN계의 비 이온성 계면 활성제를 사용하였을 경우 HLB13, 14 영역에서
      가장안정한 에멀젼을 얻을 수 있고,

    • SLS의 음이온성 계면 활성제를 사용하였을 경우 보조 유화제로 long-chain alcohol을 함께 사용하였을 경우 SLS와 long-chain alcohol의 조성비가 1:3인 경우 가장 안정한 에멀젼을 얻을 수 있다,

    • 피부에 독성과 자극성이 없는 화장품용 계면 활성제인 ARLACEL-60과 BRIJ-58을 사용하였을 경우 HLB 14에서 가장 안정한 에멀젼을 얻을 수 있다,

    • 가장 안정한 계면 활성제 조성에서 입자의 크기와 분포도에서 입자의 크기가 작을수록 더욱 안정한 에멀젼을 얻을 수 있다,
  • 서론
  • 규소(Silicone)는 : 유기물에 규소를 결합시킨 규소수지 즉 실리콘이다, 즉 규소-산소의 결합을 갖는 화합물 실리콘은 일반적으로 계면 특성, 내열성,내 약품성,통기성,전기절연성등 모든 분야에 우수한 특성을 보이고 있다,벤젠,톨루엔등 무극성 용매에 잘 녹고, 알콜과 같은 극성용매에는 잘 녹지 않는다,

    • 에멀젼을 제조하는 방법 ; 유화제의 계 면화학적 성질을 이용하는 방법과 호모믹서, 콜로이드 밀 등의 기계적인 힘에 의하여 유화하는 물리적인 방법이 있으며,이 두 가지 방법을 병용하는 경우가 있다,

    • 기계적인 방법 : 연속 제조 가능하고

    • 미세한 에멀젼을 제조시; 계면 화학적 성질을 이용하는 것이 더 유용하다,

    • 에멀젼의 제조시; 유화제를 연속상에 첨가하는가 분산상에 첨가하는가에 따라서 에멀젼의 물성이 달라진다,

    • 일반적으로 O/W 에멀젼 제조하는 경우 ; 친수성이 강한 유화제를 사용하므로 유화제를 물에 첨가하는 것이 더 유효할 것이라는 생각이 일반적이나,실제로 오일상에 첨가하는 것이  더 미세한 에멀젼을 얻을 수 있다, 미세한 에멀젼을 얻기 위해서는 기계적인 방법보다 계면 화학적 성질을 이용하는 것이 더욱 효과적이다,

       

  • 계면 화학적 성질을 이용하는 방법 : 반전 유화법, 상 유화법, 전상 온도 유화법등
    • 반전유화법 (phase iversion emulsification)

    • 실험
    • 1. 시료 및 시약
      • 실리콘 ; 10.000Cst (Centistockes)
      • 유화제
    • 비 이온성 계면 활성제
      • orbitan monostearate (이하 SPAN 60)
      • Sorbitan monopalmitate (이하 SPAN 40)
      • Srobitan monolaurate (이하 SPAN 20)
      • POE(20)  Sorbitan monostearate (이하 TWEEN 60)
      • POE(20)  Sorbitan monopalmitate(이하 TWEEN 40)
      • POE(20)  Sorbitan monolaurate  (이하 TWEEN 20)
    • 음이온성 계면활성제 ; Sodium Laurylsulfate (이하 SLS)
    • 보조유화제 ; Long chain alcohol (이하 LCA)은 cetyl alcohol (이하 CA), tearyl aicohol (이하 SA)
    • 화장품공업의 계면 활성제 ; Arlacel - 60 (Sorbitan stearate)--ICI, BRIJ-50 (POE(20) cetyl alcohol)---ICI
  • 실리콘 에멀젼의 제조
  • ① 비 이온성 계면 활성제를 이용한실리콘 에멀젼의 제조 :  반전유화를 이용 제조, The Coposition of Nonionic Surfactants for Silicone Emulsion

                  Nonionic surfactant(g)                                  Cosmetic(g)    Co-surfactant(g)
HLBvalue--------------------------------------------------------------------
          SPAN 20  SPAN 40  SPAN 60  TWEEN20  TWEEN60 Arlacel-60 BRIJ-50  CA   SA

12           0.966                                                  1.134
13           0.633                                                  1.467
14           0.300                                                  1.800

12                      0.743                                       1.357
13                      0.487                                       1.613
14                      0.231                                       1.869

12                                      0.575      1.525
13                                      0.376      1.724
14                                      0.178      1.922

12           0.725                                                 0.850                              0.350  0.175
13           0.475                                                 1.100                              0.350  0.175
14           0.225                                                 1.350                              0.350  0.175

12                      0.558                                      1.017                              0.350  0.175
13                      0.365                                      1.210                              0.350  0.175
14                      0.173                                      1.402                              0.350  0.175

12                                    0.432                        1.143                              0.350  0.175
13                                    0.282                        1.293                              0.350  0.175
14                                    0.134                        1.441                              0.350  0.175

12           1.239                                0.861
13           0.987                                1.113
14           0.733                                1.367

12                      1.008                     1.092
13                      0.802                     1.298
14                      0.596                     1.504

12                                     0.817      1.283
13                                     0.651      1.449
14                                     0.483      1.617

12                                                                             0.706     1.394
13                                                                             0.515     1.585
14                                                                             0.323     1.777

  • Water ; 30g  surfactants ; 2.1g  400rpm  40℃HLB for surfactans ; SPAN 20(8,6), SPAN 40(6.7), SPAN 60(4.3), TWEEN 20(16.9) TWEEN 60(14.9) Arlacel 60(4.7)  BRIJ 58(15.7)
  • @. 실리콘 7g 에 대하여 계면 활성제 2.1g을 첨가해서
  • @. 60℃에서 400rpm의 교반속도로 혼합시킨 후, 증류수 30g을 0.48g/min의 속도로 첨가,
  • @ 교반속도와 증류수 첨가속도를 일정하게 유지시키면서 유화온도를 천천히 40℃로 냉각하여 실리콘을 유화,
  • @ 에멀젼의 제조시 증류수의 증발을 방지하기 위해 실리콘 고무로 반응조의의 상부를 밀폐,
  • @ 물의 첨가가 종료되면 교반속도를 500rpm 으로 유지시키고 상온 (20℃)까지 냉각,

     Silicone (7g)
     Surfactants (20℃)--
     melted at 60℃------                    Water(30g)
     400rpm, 40℃--------      0.48 g/min        
 cooloig, 500rpm, 20℃--------------------
                              Silicone emulsion

                 실리콘 에멀젼의 계통도
              H
w - Ht
    H
WS = ------------   (1)      HWt = 1-HWS   (2)
              H
S - Ht
     HWS ; 1g 당 SPAN계의 사용량(g)     HWt ; 1g당 TWEEN계의 사용량(g)
     H
W ; 원하는 HLB값                        Ht ; 사용한 TWEEN 계의 HLB 값
     H
S ; 사용한 SPAN 계의 HLB 값
 위 식에 의해서 HLB값 범위 12-14에서 조성을 변화하면서 실리콘 에멀젼의 제조
  -----안정성, 입자크기, 입자분포 확인,

  • ② 음이온성 계면 활성제를 이용한 실리콘 에멀젼의 제조
  • @ SLS와 보조유화제 LCA 즉 CA와SA를 이용한 실리콘 에멀젼의 제조는 ①과 같은 방법으로 제조, SLS와 LCA의 몰비는 3:1--1:3으로 각각 변화 시키면서 에멀젼의 제조
  • @ 계 면활성제와 보조 계면 활성제의 조성

The Composition of Anionic Surfactants for Silicone Emulsion

Mole Ratio
                     SLS(g)                 CA(g)                 SA(g)    
(SLS:LCA)

  3 : 1               1.575                  0.350                  0.175
  1 : 1               1.050                  0.700                  0.350
  1 : 3               0.525                  1.050                  0.525
  1 : 0               2.100                    -                      -

 * silicone ; 7g, surfactants ; 2.1g   400rpm  40℃

  • ③ 에멀젼의 안정성과 입자의 크기
  • 에멀젼의 안정성은 원심분리후 분리되어 나오는 실리콘오일의 량을 상대적인 값으로 측정한다, 즉 원심분리기 용기 내에 동일 한 무게로 에멀젼 시료를 장치하고, 동일한 원심분리조건 (12,000rpm, 15mon)에서 석출 되는 실리콘 오일의량을 측정하여 다음의 식으로 원심분리후 오일의 석출량을 측정한다,]

    • WS
    • Oil separatcend percent (%) = ----- 100
    • W0
    • Ws
    • Centrifugal stabilitty = 1 -----
    • W0
    • W0 ; 원심분리전 실리콘에멀젼의 무게(g),   Ws ; 원심분리후 석출된 오일의 무게(g)
    • Parti-cle sine analyzer (ELZONE 620 PC)로 에멀젼의 입자크기 분포를 측정,
  • 결과 및 고찰
  • ① 원심분리를 통한 안정성의 평가
    • 원심분리를 통한 에멀젼의 안정성 평가는 에멀젼의 장시간 저장에 따른 안정성을 단 시간내에 평가하기 위해 고안된 방법으로, 원심분리에 의해 파괴되는 에멀젼의 오일상 무게를 상대적인 비율로 환산하여 나타내는 것이 일반적이다,
  • ② 비이온계 계면활성제의 종류와 조성비에 따른 에멀젼의 안정성 평가
    • ㉮ TWEEN 60 +SPAN계 비 이온성 혼합 계면 활성제
    • ㉯ TWEEN 20 + SPAN계 비 이온성 계면 활성제
    • ㉰ TWEEN 60 + SPAN계 계면 활성제와 LCA의 혼합유화제
  • ③ 음이온성 계면 활성제와 보조유화제의 조성비에 따른 에멀젼의 안정성 변화
  • ④ 화장품용 계면 활성제를 이용한 에멀젼의 안정성 변화
  • ⑤ 유화제 종류에 따른 에멀젼의 입자 크기와 분산성

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