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화장품 제조하려는 데 물과 기름이 안섞여서?

MIT, 잘 섞이고 안정성 장기간 유지 새 혼합공정 개발

이덕규 기자   |   abcd@beautynury.com
입력시간 : 2017-11-15 16:10:00
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물과 기름은 잘 섞이지 않는 까닭에 예로부터 서로 어울리지 못하는 사람들을 일컬을 때 거의 상투적이다 싶을 만큼 비유되어 왔다.


문제는 품질이 우수한 화장품을 제조할 때 이렇듯 좀처럼 섞이지 않는 성질을 내포한 물과 기름을 잘 혼합하는 일이 필수적이라는 사실이다.


이와 관련, 미국 매사추세츠공과대학(MIT) 연구팀이 물과 기름을 잘 섞이지 않는다는 팩트를 완전히 바꿔놓을 수 있는 새로운 혼합방법을 개발해 화장품업계의 관심을 증폭시킬 전망이다.


서로 잘 섞이지 않는 2개의 물질을 흔들지 않고도 손쉽게 혼합할 수 있도록 하는 데 장기간 동안 안정된 상태를 유지할 수 있게 해 준다는 장점이 눈에 띄기 때문.


이에 따라 MIT 연구팀이 개발한 노하우는 비단 화장품 뿐 아니라 의약품, 가공식품 등 다양한 산업분야에서 적용이 가능할 것으로 보인다.


MIT의 크리파 K. 바라나시 부교수(전기공학‧컴퓨터공학)와 잉그리드 F. 구하 연구원, 수샨트 아난드 박사(현재는 일리노이대학 조교수) 등으로 구성된 공동연구팀은 과학저널 ‘네이처’誌의 자매지인 ‘네이처 커뮤니케이션’誌(Nature Communications) 온라인판에 지난 8일 게재한 보고서를 통해 이 같이 밝혔다.


이 보고서의 제목은 ‘응축을 활용한 나노 크기의 에멀전 창출’이다.


연구팀에 따르면 새로운 혼합공정은 소량의 계면활성제가 포함된 다량의 오일을 냉각한 후 이 오일의 표면에 공기냉각기로부터 수증기를 분무하는 방식으로 구성되어 있다.


실험을 진행한 결과 이 같은 방법을 통해 오일의 표면에 미세하고 획일적인 형태의 물방울이 생성되었고, 곧이어 오일 속으로 침전된 것으로 나타났다. 이 때 물방울의 크기는 계면활성제의 비율을 조절하면 얼마든지 조정할 수 있는 것으로 파악됐다.


연구팀은 이 대목에서 샐러드 드레싱을 만들 때 아무리 세게 흔들어도 오일과 식초가 잘 섞이지 않고, 얼핏 혼합된 듯 하다가도 수 분 이내에 다시 분리된다는 사실을 상기시켰다.


하지만 약물전달 시스템이나 가공식품 등의 분야에서 수중유적형(水中油滴型)으로든 또는 유중수적형(油中水滴型)으로든 육안으로 관측되지 않을 정도로 동일한 크기의 작은 방울을 만들 수 있어야 하고, 이것이 안정된 상태를 유지해 보다 큰 방울로 합쳐지지 않고 다른 액체로부터 계속 분리되어 있도록 하는 일이 매우 중요하다는 점을 유념해야 한다고 연구팀은 지적했다.


일반적으로 관련업계에서는 기계를 사용해 흔들거나 음파를 적용해 강한 진동을 주어 액체 내부에서 혼합이 이루어지도록 하는 ‘초음파 처리’ 공정을 통해 이 같은 에멀전제를 제조해 왔다.


그런데 이 같은 방식은 모두 대량의 에너지를 필요로 하는 데다 더 세밀하고 미세한 크기의 방울을 만들려고 할수록 더 많은 에너지가 소모되는 반면 이번에 개발된 공정은 에너지 사용량이 매우 적다는 장점이 있다고 바라나시 교수는 강조했다.


새로운 공정은 계면활성제가 첨가된 다량의 오일 내부에서 오일 분자와 물 분자가 원활하게 결합되도록 하고, 이 때 결합된 상태의 방울 내부에 매우 습한 공기가 존재하는 공간이 존재하게끔 한 후 오일 전체를 냉각하는 과정으로 구성됐다.


그러면 마치 무더운 여름날 냉수가 들어 있는 유리잔처럼 차가운 오일 표면에서 수증기가 침전된다고 연구팀은 설명했다. 뒤이어 응축된 물이 표면에서 동일한 모양의 방울을 형성하고 오일‧계면활성제 혼합물 속으로 확산됨을 관찰할 수 있었다고 덧붙였다.


무엇보다 이렇게 해서 얻어진 나노 크기의 에멀전제는 수 개월 동안 안정된 상태를 유지한 것으로 나타나 계면활성제를 첨가하지 않은 물과 기름의 경우 수 분 이내에 분리되는 것과는 확연한 차이를 드러냈다고 연구팀은 강조했다.


구하 연구원은 “이렇게 생성된 물방울은 현미경으로도 관찰하기 어려웠을 만큼 크기가 매우 미세했다”고 말했다.


바라나시 교수는 “톱-다운(top down) 방식이라 할 수 있는 흔들기 또는 초음파 처리 방법과 달리 우리가 개발한 공정은 보텀-업(bottom-up) 방식이라 할 수 있을 것”이라고 비유했다.


아난드 박사는 “나노 크기의 에멀전제를 만들어 내는 보텀-업 방식의 경우 공정이 간편해 용이한 확산이 가능하다는 장점이 눈에 띈다”며 “계면활성제가 어떻게 물과 기름의 상호작용을 변화시킬 수 있는지 알아낼 수 있었던 것은 이번 연구의 또 다른 수확물”이라고 말했다.


특히 지금까지 식품이나 의약품 등이 유통기간에 제한이 따를 수 밖에 없었던 것은 상당부분 사용된 에멀전제의 불안정성에 기인한 결과라 할 수 있다고 아난드 박사는 지적했다.


구하 연구원은 “이제 다양한 액체를 사용해 훨씬 복잡한 에멀전제를 만들 수 있는 길이 열린 것으로 보인다”며 “비단 화장품, 의약품 및 식품 뿐 아니라 석유화학이나 가스산업 등 다른 많은 업종에도 적용이 가능할 것”이라고 결론지었다.

 
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