화장품의 물리화학 콜로이드와 계면 1편

1. 화장품의 콜로이드 과학과 계면과학

화장품은 여러 가지 성분으로 이루어져 있고 그 형태도 여러가지이다. 그리고 화장품이 나타내는 상태는 각각의 물리화학적 의미를 갖는다. 화장품을 한마디로 말하면 용해된 상태와 용해되지 않는 것이 혼합된 상태가 있다. 이와같은 상태의 물질 및 그 변화를 연구대상으로 하는 것이 콜로이드 및 계면 과학이므로 화장품의 물리화학이 콜로이드 및 계면과학을 의미한다고 해도 과언은 아니다. 여기서 콜로이드의 정의와 분류 및 계면의 정의에 대하여 간단히 서술한 후, 화장품과 관련 깊은 항목에 대하여 기술한다.

 

1.-1 콜로이드와 계면

1) 콜로이드 (Colloid)

화장품의 상태는 물리화학적으로 표현하면 분산계(dispers system) 또는 분산(dispersion)이다. 콜로이드도 분산계이지만 엄밀히 정의하기는 어렵다. 분산계는 일정한 형태로 연속된 매질중에 입자가 여기저기 분산되어 존재하는 걔이다. 매질은 분산매(dispersion medium), 입자는 분산상(dispersion phase)이라고 한다. 분산매는 기상, 액상, 고상의 어느 것이라도 해당되고 분산 상은 전술한 3가지 상 뿐만 아니라, 독리바된 분자나 이온을 가리키기도 한다.

분산계는 분산 입자의 크기에 따라 분자 분산계(molecular dispersion), 콜로이드분산계(colloidal dispersion)와 조대분산계(coarse dispersion)으로 나눌 수 있다. 분자분산계는 크기가 1nm 정도까지 고립된 분자 또는 이온이 분산된 계이며, 용액(solution) 또는 고용제(solid solution)와 동의어이다. 분산입자의 크기가 1,000nm를 훨씬 넘어서 불균일함이 분명한 계가 조대분산계이고, 시간이 경과됨에 따라 분리된다. 콜로이드 분산계는 분자분산계와 조대분산계의 중간형태이며, 1-1000nm정도 크기의 입자가 분산된 계이다. 그러나 입자크기의 범위는 엄밀한 것은 아니고, 일반적으로 조대 분산계도 콜로이드 과학의 대상으로 본다. 

 

콜로이드분산계는 분명하게 균일하며 안정한 상태(분자분산계)와 불균일하며 불안정한 상태(조대분산계)의 그 중간이다. 그래서 콜로이드 분산계는 분산입자의 성질에 따라 3가지로 분류된다.

 

1-1) 분자콜로이드; Molecular colloid

고분자 용매에 용해된 ㅅ낭태, 즉 고분자 용액을 의미한다. 계는 순수한 용액이며 열역학적으로 안정되어 있다. 현재는 고분자 용액을 분자 콜로이드라고 하지 ㅇ낳는다. 고분자 화합물으느 고분자 화학의 대상이다.

 

1-2) 회합 콜로이드; Association colloid

비교적 작은 분자나 이온이 다수 모여 회합체를 만들며, 콜로이드 크기의 입자로서 용해되어 있다. 이 회합체를 미셀(micelle)이라 한다. 회합체는 열역학적으로 평평한 상태에 있고 회합콜로이드도 순수하게 안정한 계라고 할 수 있다.

 

1-3) 분산 또는 입자 콜로이드; disperse colloid

전술한 2가지의 계는 열역학적으로 평형상태에 있고, 순수하게 안정되어 있으며, 가역적인 계이다. 그러므로 혼합시키는 것만으로 자연적으로 생성되는 계이다. 이에 대하여 분산콜로이드는 거시적으로는 균일하게 보여도, 분산매와 분산상이 명확히 다른 상으로 간주되는 다상계이며, 열역학적으로는 불안정한 계이다. 그러므로 분산콜로이드는 단순히 혼합시키더라도 일반적으로 생성되지 않는다. 그러나 분산콜로이드는 분산입자의 조밀함이나 표면 전하등에 의해, 정도의 차이는 있으나 안정화되어 있다.  또 분산 콜로이드는 그 분산매와 분산상의 관계로부터 아래 표와 같이 분류된다.

분산매	분산상	명칭	예
기상	기상	-	-
	액상	에어로졸	스프레이제품, 안개
	고상	에어로졸	파우더스프레이, 연기
액상	기상	기포	쉐이빙폼
	액상	에멀전	유액, 우유
	고상	서스펜전	네일에나멜
고상	기상	기세로겔	스펀지
	액상	겔	포마드, 젤라틴젤리
	고상	고체콜로이드	착색유리

 

 

오늘날 콜로이드 과학의 주 대상은 회합몰로이드와 분산콜로이드인데, 화장품에서 다루는 대상도 동일하다. 예를 들면 화장수는 회합콜로이드, 유액은 에멀전, 네일 에나멜은 서스펜션이다. 단, 화장품은 단순한 ㅋ로로이드계뿐만 아니라, 유화 파운데이션, 크림, 헤어폼등과 같이 복합된 계인 경우가 많다. 화장품의 과제는 회합콜로이드의 경우, 생성된 것이 안정되어 있기 때문에, 어떻게 필요로 하는 회합콜로이드를 형성시키는가에 있다. 또 분산 콜로이드의 경우, 첫째는 목적으로 하는 분산콜로이드를 어떻게 하여 젲도하는가이며, 두번째는 순수하게 안정한 계가 없기 때문에 어떻게 하여 안정성을 향상시키는가에 있다.