응용 과제 8 화장품의 제조
화장품 제조는 기본적으로 분산 공정, 유화 공정, 가용화 공정, 혼합 공정, 분쇄 공정으로 반 제품이 제조되고 성형 및 포장 공정을 통해 완제품이 생산된다.
대부분 6가지 공정을 통해 화장품이 제조되지만 제조하는 제품의 특성이나 적용하는 제조 설비에 따라 공정이 생략되기도 한다.
기초 화장품과 메이크업 화장품은 제조 공정이 서로 다르기 때문에 각각 공정별로 구분하여 이해할 수 있다.
이 과제에서는 기초 화장품과 메이크업 화장품의 제조 공정을 중심으로 간단한 기초 지식을 이해하고 화장품의 제조 공정에 대해 알아보기로 하자.
로션 제조
〈과제 목표〉
1. 크림, 로션을 생산하는 공정을 설명할 수 있다.
2. 유화 장치의 구조와 작용을 설명할 수 있다.
3. 유화 장치를 운전하여 크림, 로션을 생산할 수 있다.
4. 스킨로션, 에센스를 생산하는 공정을 설명할 수 있다.
5. 가용화 장치의 구조와 작용을 설명할 수 있다.
6. 가용화 장치를 운전하여 스킨로션, 에센스를 생산할 수 있다.
7. 트윈케이크를 생산하는 공정을 설명할 수 있다.
8. 혼합 장치, 분쇄 장치의 구조와 작용을 설명할 수 있다.
9. 혼합 장치, 분쇄 장치를 운전하여 트윈케이크를 생산할 수 있다.
〈사용 재료〉
공 정 사 용 재 료
분산 공정 수용성 점증제(천연 고분자, 합성 고분자, 무기물)
유화 공정 고급 지방산, 유지, 왁스 에스테르, 고급 알코올, 탄화수소, 유화제 (계면활성제), 방부제, 합성 에스테르, 실리콘 오일, 산화방지제, 보 습제, 점증제, 중화제, 금속 이온 봉쇄제, 첨가제, 향료, 색소, 정제수
가용화 공정 보습제, 중화제, 점증제, 수렴제, 산화방지제, 금속 이온 봉쇄제, 알 코올, 가용화제(계면활성제), 방부제, 첨가제, 향료, 색소, 정제수
혼합 공정 유기합성 색소, 천연 색소, 기능성 안료, 무기 안료, 진주광택 안료, 고분자 분체
분쇄 공정 분체, 결합제, 방부제, 산화방지제, 첨가제, 보습제, 향료
성형 및 포장 공정 용기, 바킹, 캡, 알루미늄 접시, 케이스, 성형천
〈기계 및 기구〉
공 정 기 계 및 기 구
분산 공정 용해 탱크, 아지 믹서(agi mixer), 모터
유화 공정 용해 탱크, 열교환기, 호모 믹서(homo mixer), 패들 믹서(paddle
mixer), 모터, 온도 기록계, 압력계, 냉각기, 여과 장치
가용화공정 용해 탱크, 아지믹서, 모터, 여과 장치
혼합 공정 혼합기, 믹서, 모터, 여과 장치
분쇄 공정 분쇄기, 믹서, 모터, 여과 장치
성형 및 포장 공정 성형기, 성형천, 자동 충진 설비, 포장기
〈관계 자료〉
1. 화장품의 종류
⑴ 사용 부위에 따른 분류
화장품은 사용 부위에 따라 피부에 사용하는 화장품과 두발에 사용하는 화장품으로 분류된다.
피부에 사용하는 화장품에는 피부를 청결히 하고 수분과 유분의 균형(moisture balance)을 유지하며 신진대사를 원활하게 하여 피부 항상성(homeostasis) 기능을 유 지시켜 주는 기초 화장품, 피부를 아름답게 가꾸고 외부 환경으로 부터 보호 기능과 심리적인 만족감을 부여하는 메이크업 화장품, 몸에 대한 건강미를 실현시켜 주는 바 디 화장품, 몸과 마음을 연결시켜 주는 향기의 예술 또는 액체의 보석이라 할 수 있 는 방향 화장품이 있다.
두발에 사용하는 화장품은 두발을 청결히 하고 영양을 부여하여 두피 및 모발을 건 강하게 유지시켜 주는 화장품이다.
⒜ 기초 화장품 ⒝ 메이컵 화장품 ⒞ 두발 화장품
그림 8-1 피부에 사용하는 화장품과 두발 화장품
⑵ 형상에 따른 분류
화장품은 기술적 특징에 따라 유화 제품, 가용화 제품, 분산 제품 등으로 구분한다.
에멀션화(유화, emulsification)란 서로 섞이지 않는 두 액체 중에서 한 액체가 미세 한 입자 형태로 다른 액체에 분산된 현상을 말하며, 이러한 상태의 혼합물을 에멀션 (유화, emulsion) 이라 한다. 주로 유백색의 형상을 같는 크림류, 로션류, 화운데이션 등이 이에 해당된다.
가용화(solubilization)란 물에 대한 용해도가 아주 작은 물질을 가용화제(계면활성 제, surfactant)가 물에 용해될 때 일정 농도 이상에서 생성되는 미셀(micelle)을 이용 하여 용해도 이상으로 용해시키는 기술을 말한다. 이를 이용하여 만든 제품은 투명한 형상을 갖는 스킨로션, 에센스, 향수 등이 있다.
분산(dispersion)이란 넓은 의미로 어떤 분산매가 분산상에 퍼져있는 현상을 말한다. 좁은 의미로 고체가 액체속에 퍼져있는 현상으로 국한하여 말하며 메이크업 화장품은 안료를 여러 종류의 분산상에 분산시킨 제품이다.
⑶ 사용 목적에 따른 분류
화장품의 사용 목적은 피부의 청정, 미화, 보호로 볼 수 있다.
청정 작용이란 피부 표면의 더러움이나 노폐물 등을 제거하여 청결히 하는 것이며, 미화 작용은 피부의 수분•유분이 균형을 이루어 아름답게 가꾸는 것이고 보호 작용 은 유해한 외부 환경으로 부터 피부를 보호해 주는 기능을 말한다.
2. 유화 제품
유화 제품은 수성 성분과 유성 성분이 피부에 잘 흡착되기 쉬운 상태로 만들어, 수 분과 유분을 공급하여 매끄러운 피부 상태를 가꾸어 주는 기초 화장품이다.
유화란 서로 섞이지 않는 두 액체인 물과 오일계에서 한 액체가 다른 액체 속에 미 세한 입자 형태로 분산되어 있는 것을 말한다. 이들은 일정 시간 이상 동안 안정한 상태로 존재하나, 열역학적으로는 불안정한 계를 이룬다.
유화는 분산 형태에 따라 친수성 유화(oil-in-water, O/W형), 친유성 유화 (water-in-oil, W/O형), 다중 유화(multiple emulsion, O/W/O형 또는 W/O/W형) 등으 로 나누고 있으며 제품 종류로는 크림류, 로션류 등이 있다. 표8-1은 크림류, 로션류 의 주성분이며, 그림 8-3은 제조 공정도이다.
표 8-1 크림류, 로션류의 주성분
분 류 원 료 종 류
유 지 마카데미아너트오일, 아보카도오일, 올리브오일, 피마자오일, 아몬드오일
왁스에스테르 호호바오일, 밀납, 카나우바왁스, 칸델리나왁스, 라놀린
탄화수소 스쿠알란, 유동파라핀, 바셀린, 고형파라핀, 마이크로크리스탈린왁스, 세레신
지방산 라우린산, 미리스틴산, 팔미틴산, 스테아린산, 올레인산, 이소스테아린산
고급알코올 세틸알코올, 스테아릴알코올, 헥사데실알코올, 옥틸도데실알코올
실리콘 디메틸폴리실록산, 메틸페닐실록산, 사이크로메치콘, 고분자실리콘
에스테르 이소프로필미리스테이트, 세틸헥사노에이트
보습제 글리세린, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 솔비톨, 소듐락 테이트, 피롤리돈카르본산, 디프로필렌글리콜, 말티톨, 히아루론산, 나토검
점증제 구아검, 로커스트빈검, 펙틴, 산탄검, 카르복시비닐폴리머, 셀룰로오스유도체
알코올 에틸알코올
유화제 글리세릴스테아레이트, POE 소르비탄지방산에스테르, POE 알킬에스테르,
POE POP 블록폴리머, POE 경화피마자유에스테르
중화제 수산화칼륨, 수산화나트륨, 트리에탄올아민
금속염봉쇄제 에틸렌디아민테트라아세틱애시드
방부제 파라벤유, 이미다졸리디닐우레아
완충제 구연산, 유산
금속비누 마그네슘스테아레이트, 칼슘스테아레이트, 알루미늄스테아레이트
첨가제 알란토인, 감초산, 감마오리자놀, 비타민류
식물추출물 식물혼합추출물, 허브추출물, 솔잎추출물, 카모마일, 로즈마리, 알로에, 녹차
마린추출물 마린콜라겐, 해조추출물
미백제 비타민C 유도체, 쌍백피, 닥나무, 알부틴, 코직산
수렴제 위치하젤, 탄닌산
비타민 A, B, D, E, H
기 타 색소, 향료, 산화방지제, 자외선차단제, 정제수
+-- 정제수 ----+ 1차 유화 2차 유화
수상 | 보습제 | 3,600rpm, 3분 동안 3,600rpm, 3분 동안
성분 | 점증제 +--------------------------------------+
| 중화제 | ↑ ↑ |
+-- 완충제 ----+ 70∼80℃ | 탈 기
가 열 | ↓
| | 여 과
+- 유지 -----+ | | ↓
| 왁스에스테르 | | | 냉 각
| 지방산 | | | ↓
유상 | 고급알코올 | | | 저 장
성분 | 에스테르 +--------------+ | ↓
| 탄화수소 | 70∼80℃ | 충 전
| 실리콘 | 가열 |
| 유화제 | |
| 방부제 | |
+- 산화방지제 ---+ |
|
첨가제 ---+ 차례로 투입 |
추출물 +-----------------------------+
향료 ---+
그림 8-3 크림, 로션 제조 공정도
3. 가용화 제품
가용화 제품은 일반적으로 피부를 청결하게 하고 건강을 유지시켜 주는 화장수이다.
물에 녹지 않는 물질을 가용화하여 열역학적으로 안정화시킨 투명 액상으로, 주성분 은 보습제, 알코올, 정제수를 기본 원료로 하여 사용 목적에 따라 산이나 알칼리, 점증 제 등 기타 성분을 배합한 것으로 종류로는 유연 화장수, 수렴 화장수, 세정 화장수, 다층식 화장수 등이 있다. 표8-2와 그림8-4는 화장수의 주성분과 화장수 제조 공정도 이다
표 8-2 화장수(스킨로션, 에센스)의 주성분
분 류 원 료
보습제 글리세린, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 솔비톨, 말티 톨, 다가알코올, 히아론산, 아미노산, 나토검
알코올 에틸알코올
유연제 식물유, 에스테르유
가용화제 POE 경화피마자유, POE 올레일알코올에테르
방부제 파라벤류
수용성 고분자 알긴산염, 셀룰로오스유도체, 퀸시드검, 카르복시비닐폴리머, 산탄검
완충제 구연산, 젖산, 아미노산
중화제 트리에탄올아민
금속이온봉쇄제 에틸렌디아민테트라아세틱애시드
첨가제 식물혼합추출물, 항염증제
기 타 색소, 향료, 산화방지제, 정제수
+-- 정제수 ----+
수상 | 보습제 +-------→ 용해 --------→ 혼합 ---+
성분 | 중화제 | 실온 ↑ 가용화 |
| 금속이온봉쇄제 | | |
| 첨가제 | | |
+- 추출물 ----+ | |
| |
| |
+- 에탄올 --------+ | |
| 방부제 +--------→ 용해 -----+ |
알코올 | 가용화제 | 실온 |
성 분 | 유연제 | |
| 산화방지제 | |
+- 향료 --------+ ↓
색재 ------------------------------------------→ 착 색
조 색
↓
여 과
↓
충 전
그림 8-4 화장수(스킨로션, 에센스)의 제조 공정도
4 4. 분산 제품
분산 제품은 수용성 고분자 물질을 기제(정제수 등)에 분산시킨 제품을 말한다. 기 초 화장품의 제형 안정화를 위해 사용되는 점증제나 메이크업 화장품에 사용되는 무 기, 유기, 펄 안료 등을 여러 종류의 기제에 분산시켜 메이크업의 기능, 효과, 편리성 을 고려하여 각종 제형 등으로 만들고 있다. 이는 피복성과 착색성을 향상시켜 자연 색 피부를 연출하는 미적 역할, 외부 환경으로 부터 피부를 보호하는 역할, 아름다운 외모의 변신에 대한 만족감인 심리적 역할을 가지고 있다.
기본적인 원료는 표8-3과 같이 착색 안료, 백색 안료, 체질 안료, 펄 안료 등의 분 체 부분과 탄화수소, 유지, 왁스, 합성 에스테르류 등의 유분과 보습제, 계면활성제 등 이며 또한 여기에 방부제, 첨가제, 산화방지제, 향료 등을 넣는다.
표 8-3 트윈케이크의 주성분
분 류 원 료
체질 안료 활석, 카올린, 운모, 세리사이트, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 무수규산
착색 안료 유기 합 성 식품, 의약품 및 화장품용 타르색소
천 연 베타카로틴, 키사민, 카민, 클로로필
무기 황색 산화철, 흑색 산화철, 적색 산화철, 산화크롬
백색 안료 산화티탄, 아연화
펄 안료 운모티탄, 옥시염화비스마스
금속비누 마그네슘스테아레이트, 칼슘스테아레이트, 알루미늄스테아레이트
합성고분자분말 나일론파우더, 폴리에틸렌파우더
천 연 물 펄파우더, 셀룰로오스파우더, 실크파우더
유 지 마카데미아너트오일, 아보카도오일, 올리브오일, 피마자오일, 아몬드오일,
탄화수소 스쿠알란, 유동파라핀
에스테르 이소프로필미리스테이트, 세틸헥사노에이트
실 리 콘 디메틸폴리실록산, 메틸페닐실록산, 사이크로메치콘
보 습 제 글리세린, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 솔비톨, 소듐 락테이트, 피롤리돈카르본산, 디프로필렌글리콜, 말티톨
+-- 체질안료 ---+
분체 | 백색안료 |
성분 | 유기착색안료 +-→ 혼합 분쇄 ─→ 바인더 ----------+
| 무기착색안료 | 분무 혼합 |
+-- 합성고분자분말-+ ↑ |
| |
+-- 탄화수소 ---+ | |
결합제 | 유지 +-------------------------+ ↓
성 분 | 에스테르 | 조 색
+-- 실리콘 ---+ ↓
+--→ 분 쇄
방부제 ---+ | ↓
보습제 | | 성 형
산화방지제 +--------------------------------+
추출물 |
향료 ---+
그림 8-5 트윈케이크의 제조 공정도
5. 화장품의 제조 공정
⑴ 분산 공정
분산 공정은 분산매를 분산상에 넣고 고속 교반기를 회전하면서 요구되는 품질 수 준(외관 및 입자)을 만들기 위해 완전히 혼합, 용해시키는 작업 과정이다.
① 분산의 개요
화장품에서 분산 형태의 종류로는 액체 중에 액체 미립자가 분산되어 있는 형태를 에멀션(유화, emulsion), 액체 중에 고체 미립자가 분산되어 있는 형태로 고체 입자의 크기에 따라 콜로이드(colloid)와 서스펜션(suspension, dispersion)으로 나누고 있다.
② 분산계의 형태
분산계는 입자를 형성하는 분산상과 입자가 분산하고 있는 분산매로 나누고 계의 종류(기체, 액체, 고체)에 따라 표8-4와 같이 형태가 결정된다.
표 8-4 분산계의 여러 가지 형태
분산상 분산매 명 칭 실 예
기 체 기 체 분산계로 존재하지 않음
액 체 기 체 액체 에어로졸 안개, 스프레이
고 체 기 체 고체 에어로졸 연기, 먼지
기 체 액 체 거품 세이빙 폼
액 체 액 체 에멀션(유화, emulsion) 크림, 로션, 우유, 버터
고 체 액 체 콜로이드, 서스펜션 도료, 잉크, 수지 에멀션
기 체 고 체 고체 콜로이드 스폰지 고무, 합성피혁
액 체 고 체 고체 콜로이드 물을 흡수한 합성피혁
고 체 고 체 고체 콜로이드 파우더 화장품, 착색유리
③ 분산계의 제조법
분산계 제조법은 분자, 이온 등을 집합시켜서 미립자화 하는 응집법과 커다란 입자 를 분쇄하
그림 8-6 입형 교반 장치
여 미립자로 만드는 분산법이 있다.
④ 교반기
교반 장치의 종류는 교반기 설치 위치에 따라 그림8-6과 같은 입형(top mixer),
그림8-7과 같은 측면형(side mixer), 그림8-8과 같은 저면형(bottom mixer)이
있고 회전 날개의 종류에 따라 프로펠러(propeller) 형과 임펠러(impeller) 형으로
나누고 있다.
교반기의 회전 속도는 240∼3,600 rpm으로 화장품 제조에서 분산 공정의 특성에 맞게
선택해 사용하고 있다.
⒜ 측면형 ⒝ 저면형
그림 8-7 측면형과 저면형 교반 장치
축방향 프로펠러 축방향 프로펠러(안전링) 반경사 방향 임펠러
축방향 패들 반경사 방향 터빈 축,반경사 방향 터빈 축방향 패들
반경사 방향 터빈 반경사 방향 패들 축방향 스피럴 리본 반경사 방향 패들
그림 8-8 교반 날개의 종류
그림 8-9 편심 설치
화장품 제조 분산 공정에서 사용되는 입형(top mixer) 교반 장치의 교반 효율을 높이기 위해서 올바른 교반기 설
치가 중요하다.
교반의 목적, 액의 비중, 점도의 성질, 혼합 상태, 혼합 시간 등을 고려하여 교반기를 편심 설치 하거나 그림8-10과 중심 설치를 한다.
그림 8-10 중심 설치
그림8-9와 같은 편심 설치의 경우는 탱크내 용액을 교반할 때 동심원의 흐름이 없어져 균일도 가 향상되며 주로 저점도액을 분 산할 때 사용된다.
중심 설치의 경우는 탱크내 용액을 강한 환류 형태로 만들기 때문에 교반 효과가 증대 되어 고점도 액이나 다량의
고형 물질을 함유한 형태를 분산할 때 사용한다.
⑵ 유화 공정
유화 공정은 유상 원료와 수상 원료를 70∼80℃까지 온도를 올린 후 유화 장치를 이용하여 균일하게 혼합, 유화한 후 탈기와 여과 작업을 거친 후 28∼30℃의 실온으 로 냉각하여 안전하고 품질이 일정한 크림, 로션과 같은 유액을 만드는 작업 과정이다.
① 유화기
유화기(homomixer)의 임펠러(impeller)는 터빈형의 회전 날개를 원통으로 둘러싼 구 조로 물의 흐름이 대류가 일어나게 하여 균일한 유화 입자를 얻을 수 있게 설계되어 있으며 보조 장치로 스테이터 로드, 운류판, 모터로 구성된 장치이다.
고점도와 저점도용이 있다.
그림 8-11 전자동 진공 유화 장치
② 유화 장치
㉠ 진공 유화 장치
진공 유화 장치는 밀폐된 진공 상태의 유화 탱크에 용해 탱크 원료가 자동 주입된 후 교반 속도, 온도 조절, 시간 조절, 탈기, 냉각 등이 컴퓨터로 완전 자동 조작이 가능한 장치로 규모는 수십 Kg에서 수십 ton의 크기가
있으며 현재 가장 많이 사용 되는 장치이다.
그림 8-12 개폐식 유화 장치
㉡ 개폐식 유화 장치
그림8-12와 같이 개폐식 유화 장치는 유화 제품 제조 시 기포가 생성되기 쉽고 고 온유화시 수분 증발이 발
생한다.
유화 장치의 형태는 그림 8-11과 같은 전자동 진공 유화 장치와 유사하며 단지 필요시 개폐할 수 있다.
㉢ 기타 유화 장치로
고압 호모지나이저(homogeniger), 콜로이드밀, 초음파 유화기 등이 있으며 그림8-13은 전자 동 진공유화 장치 구조이며, 그림8-14는 유화제품 제조 공정도이다.
① 패들 모터 ⑩ 패들 임펠러(회전) 19 제어판
② 패들 감속기 ⑪ 패들 임펠러(고정) 20 혼합 탱크 온도계
③ 호모 모터 ⑫ 스크랩퍼(scraper) 21 쟈켓 온도계
④ 모터 베이스 ⑬ 호모 믹서(교반부) 22 패들 믹서 측정기
⑤ 감속 기어 박스 ⑭ 혼합 탱크 23 호모 믹서 측정기
⑥ 진공 게이지 ⑮ 드레인 밸브 24 호모 믹서 전압계
⑦ 상부 유리판 16 보조 실린더 25 패들 믹서 스위치
⑧ 혼합 탱크 상판 17 프레임 26 스위치
⑨ 플레이트 판 18 혼합 탱크 회전핸들 27 호모 믹서 유화 속도 조절기
그림 8-13 전자동 진공 유화 장치 구조도
그림 8-14 유화 제품(크림, 로션) 제조 공정도
그림 8-15 유화 탱크의 종류 및 회전수
그림 8-16 유화 탱크의 종류 및 회전수
표 8-5 유화 제품(로션) 제조 처방
구 분 원 료 명(영문명) 함량(wt,%)
지방산 스테아린산(stearic acid) 1.0
고급알코올 세토스테아릴알코올(cetostearyl alcohol) 1.0
탄화수소류 마이크로크리스탈린왁스(microcrystalline wax) 1.0
스쿠알란(squalane) 7.0
유화제 글리세릴스테아레이트(glyceryl stearate) 1.0
글리세릴스테아레이트/피이지-100 스테아레이트
(glyceryl stearate/peg-100 stearate) 0.5
스테아린산솔비탄(sorbitan stearate) 0.5
폴리소르베이트(polysorbate 60) 1.3
방부제 파라옥시안식향산메틸(methyl parahydroxybenzoate) 0.2
파라옥시안식향산프로필
(propyl parahydroxybenzoate) 0.1
이미다졸리디닐우레아(imidazolidinyl urea) 0.2
유 지 트리(카프릴,카프린산)글리세라이드
(caprylic/capric acid triglyceride) 3.0
마카데미아너트오일(macadamia nuts oil) 0.5
로즈히프오일(rose hips oil) 0.5
메도폼시드오일(meadowfoam seeds oil) 0.5
에스테르 세틸옥타노에이트(cetyl octanoate) 3.0
실리콘오일 메틸폴리실록산(methyl polysiloxane) 0.5
비타민 초산토코페롤(dl-α-tocopheyl acetate) 1.0
보습제 글리세린(glycerin) 5.0
1.3-부틸렌글리콜(1,3-butylene glycol) 5.0
히아루로닉애시드추출물(hyaluronic acid extract) 1.0
금속염봉쇄제 에틸렌디아민테트라아세틱애시드(edta) 1% 수용액 2.0
중화제 트리에탄올아민(triethanolamine) 0.25
점증제 산탄검(xanthan gum) 1% 수용액 5.0
카르복시비닐폴리머(carboxyvinylpolymer) 1% 수용액 15.0
추출물 혼합식물추출물(mixed plants extract) 0.5
향 료 향(perfume) 0.2
정제수 이온교환수 43.25
⑶ 가용화 공정
그림8-18과 같은 가용화 공정은 수상 원료를 용해 탱크에 넣은 후, 그림8-17과 같 은 교반기를 회전시키면서 향을 포함한 표8-6과 같은 알코올상 원료를 서서히 첨가하 여 가용화하고 여과 작업을 거친 후 투명한 제품을 얻는 작업 과정이다.
ⓐ 교반기 종류
ⓑ 제조 탱크
그림 8-17 가용화 제조 장치
그림 8-18 가용화 제품(스킨로션, 에센스) 제조 공정도
표 8-6 가용화 제품(에센스) 제조 처방
구분 원료명(영문명) 함량(wt,%)
보습제 글리세린(glycerin) 10.0
1,3-부틸렌글리콜(1,3-butylene glycol) 5.0
폴리에틸렌글리콜 4000(polyethylene glycol 4000) 1.0
히아루로닉애시드추출물(hyaluronic acid extract) 5.0
비타민 초산토코페롤(dl-α-tocopheyl acetate) 0.5
디엘-판테놀(dl-panthenol) 0.1
소염제 알란토인(allantoin) 0.1
방부제 파라옥시안식향산메틸(methyl parahydroxybenzoate) 0.2
가용화제 폴리옥시에틸렌경화피마자유
(polyoxyethylene hydrogenated castor oil) 1.0
점증제 산탄검(xanthan gum) 1% 수용액 5.0
카르복시비닐폴리머(carboxyvinylpolymer) 1% 수용액 15.0
구아검(guar gum) 1% 수용액 5.0
실리콘오일 사이크로메치콘(cyclomethicone) 0.2
알코올 에틸알코올 95%(ethyl alcohol) 8.0
중화제 트리에탄올아민(triethanolamine) 0.15
추출물 혼합식물추출물(mixed plants extract) 2.0
향 료 향(perfume) 0.2
정제수 이온교환수 41.55
⑷ 혼합 공정
혼합 공정은 체질 안료, 착색 안료, 백색 안료, 진주 광택 안료, 기능성 안료 등의 분체를 혼합기에 넣고 균일한 상태로 혼합하는 예비 혼합 작업과 결합제와 첨가제 등 을 첨가한 후 균일하게 분쇄하는 최종 혼합 작업으로 나눈다.
① 혼합기의 종류
그림 8-19 V형 혼합기
혼합기의 종류는 회전형과 고정형으로 나뉜다. 회전형은 용기 자체가 회전하는 것으 로 원통형, 이중 원추형, 정입방형, 피라미드형, V형 등이 있으며 고정형은 용기가 고 정되어 있고 내부에는 스크루(screw) 형, 리본(ribbon) 형 등의 교반 장치가 회전한다.
㉠ V형 혼합기
그림8-19와 같은 V-형 혼합기 드럼 내 부의 혼합물은드럼 회전에 의해 1/2, 1/4, 1/8 ...... 1/n 등과 같이 연속적으로 세분화 하여 혼합(mixing)이 이루어지고 사각이
없는 이상적인 전체 혼합이 진행된다.
드럼 내부에 교반봉이나 노줄을 부착한 혼합기도 있다.
그림 8-20 원추형 혼합기
㉡ 원추형 혼합기
그림8-20과 같이 원추형 혼합기는 드럼 내에 개방된 스크루가 자전 및 공전을 동 시에 진행하면서 투입된 원료에 복잡한 혼 합운동이 이루어진다.
혼합 속도는 아래로부터 밀어 올려지는 분체의 양으로 결정되며 분체의 상승 운동, 나선 운동, 하강 운동으로
분류된다.
㉢ 리본형 혼합기
그림 8-21 리본형 혼합기
그림8-21과 같은 리본 혼합기는 고정드 럼 내부에 이중의 리본타입의 교반 날개가 있고 외측의 분립체는 중앙으로, 내측의 리본은 외측방향으로 이송하는 것에 의해 대류, 확산 및 전단 작용을 반복하여 혼합 이 이루어진다.
⑸ 분쇄 공정
분쇄 공정은 혼합 공정에서 예비 혼합된 분체 입자를 분쇄기에 의해 분체의 응집을 풀고 크기를 완전히 균일하게 분쇄하는 작업 과정이다.
① 분쇄기의 종류
분쇄기 종류는 습식, 건식, 연결식, 배치식, 알갱이, 초미 분쇄용 등으로 나누고 있으 나 화장품 제조에서는 건식 분쇄기를 가장 많이 사용한다. 그림8-22는 충격적 분쇄기 이다.
⒜ 입자의 흐름도 ⒝ 분쇄기 외형
그림 8-22 충격식 분쇄기
⑹ 충전•포장 및 성형 공정
① 충전 및 포장
충전기는 충전할 내용물의 상태, 용기의 종류, 용량에 따라 다양하다.
스킨로션, 로션류와 같은 유액상은 그림8-23과 같은 액체 자동 충전기를 크림상과 같은 입구가 넓은 것은 용기 회전식 크림 자동 충전기를 사용한다.
포장작업은 라벨 부착기, 날인기, 짐꾸리는 기계, 중량 체크 기계로 이루어져 있다.
⒜ 용기 회전식 크림 자동 충전기 ⒝ 액체 자동 충전기
그림 8-23 자동 충전기
그림 8-24 분말 제품 성형 기계
② 성형 공정
성형 공정으로 제조되는 분말 화장품 은 그림8-24와 같은 자동 프레스 기기를
사용하여 회전 테이블 금형에 접시를 넣 고 분말을 자동 정량충진한 후 회전할 때 유압에 의해 압착되어 그림8-25와 같 이 성형품을 제조하는 작업 과정이다.
표8-7은 분말제품 제조처방을 나타낸 것이고 표8-8은 화장품 제품 규격이다.
그림 8-25 분말 제품 성형작업
표 8-7 분말 제품(트윈케이크) 제조 처방
구 분 원 료 명(영문명) 함량(wt,%)
분 체 활석(talcum) 30.0
운모(mica) 10.0
이산화티탄/마이카(titanium/mica : 50/50) 15.0
이산화티탄/마이카(titanium/mica : 20/80) 5.0
견운모(sericite) 10.0
레시틴처리 세리사이트(sericite/lecithine) 2.0
키틴리퀴드처리 세리사이트(sericite/chitin liquid) 2.0
탄산칼슘(calcium carbonate) 1.0
나일론파우더(nylon powder) 1.0
황색산화철(yellow oxide of iron) 적량
흑색산화철(black oxide of iron) 적량
적색산화철(red oxide of iron) 적량
결합제 스쿠알란(squalane) 5.0
메틸폴리실록산(methyl polysiloxane) 2.0
방부제 파라옥시안식향산메틸(methyl parahydroxybenzoate) 0.1
파라옥시안식향산프로필(propyl parahydroxybenzoate) 0.05
비타민 초산토코페롤(dl-α-tocopheyl acetate) 1.0
보습제 글리세린(glycerin) 6.0
1,3-부틸렌글리콜(1,3-butylene glycol) 4.0
히아루로닉애시드추출물(hyaluronic acid extract) 2.0
추출물 혼합식물추출물(mixed plants extract) 2.0
향 료 향(perfume) 0.1
표 8-8 화장품 제품규격서
제 품 명
제 품 코 드 허 가 번 호
소 속 작성자 시행일 년 월 일
용 량 g, mL / 개 작성일 년 월 일
No 항 목 규 격 시 험 법 비 고
1 외 관 허용범위내 표준품과 비교
2 색 조 허용범위내 표준품과 비교
3 향 취 허용범위내 표준품과 비교
4 안정도 분리 및 경시 변화
없을 것 표준품과 비교 0℃, 실온, 37℃
사이클링 테스트
5 사용성 허용범위내 표준품과 비교
6 pH ± 0.5 표준품과 비교 pH 측정기
7 경도/점도 표준품과 비교 경도기 / 점도기
8 비용적 제품 시험법 219
9 분말도 98% 이상 통과 보사부 고시 90-74 대한약전
10 생균수 제품 시험법 502의 판정 기준 제품 시험법 502 clean bench
11 Challenge 제품 시험법 501의 판정 기준 제품 시험법 501
12 Pb(납) 20 ppm 이하 보사부 고시 90-74
13 As(비소) 10 ppm 이하 보사부 고시 90-74
〈 참 고 사 항 〉
〈안전 및 유의 사항〉
1. 고온으로 용융된 원료에 화상을 입지 않도록 주의한다.
2. 분진 가루 날림과 분쇄기의 고속 회전, 소음에 대해 마스크와 귀마개를 착용한다.
3. 혼합기, 분쇄기 작동시 작업복이 말려들어가지 않도록 주의한다.
4. 혼합기에서 파우더가 낙하할 때 조심한다.
5. 인화성 및 휘발성이 강한 알코올을 취급할때 주의한다.
6. 제조장 바닥면이 미끄럽기 때문에 낙상에 주의한다.
7. 먼저 기계 내부 및 주위를 철저히 점검한 후에 스위치를 'ON’한다.
8. 분쇄기나 분무기의 공회전에 대해 주의한다.
9. 부품 및 공구의 정리, 정돈 및 안전 커버의 위치 확인을 철저히 한다.
10. 원료 평량 및 용해 작업은 청결히 하고 정확하게 확인한다.
11. 미생물에 오염되지 않도록 주의를 한다.
〈실습 순서〉
1. 로션 제조
⑴ 운전 준비 점검
① 기계 주변을 정리, 정돈하고, 각 탱크의 믹서 회전수 및 스팀 작동 상태를 점검 한다.
② 각 부분의 회전수 및 베어링을 점검하여 주유한다.
③ 각 파이프 라인을 점검하여 이음새에서 원료가 새는 곳을 미리 예방한다.
④ 진공 펌프를 작동하여 혼합 탱크가 진공 상태일 때 공기가 새는 것을 점검하고 압력 게이지의 작동 여부를 점검한다.
⑤ 냉각기의 냉매량을 점검하고 냉각 설정 온도의 일치 여부를 확인한다.
⑥ 내용물을 이송하는 로터리 펌프와 여과 장치의 필터 상태를 점검한다.
⑦ 각 부분의 안전 장치를 확인하고 기계의 내부 및 주위를 먼저 살핀 후에 스위치 를 'ON' 한다.
⑵ 원료 계량 작업
① 유성 성분 중 오일류, 왁스류, 계면활성제, 점증제 분말은 각각 따로 계량한다.
② 수성 성분과 정제수를 혼합 탱크에 투입한다.
③ 향, 색소, 기타 유용성 활성 성분은 별도로 계량하여 보관해 둔다.
⑶ 유상 조제 작업
① 용융 탱크에 유상 원료 중 고형 원료를 넣고 온도(70∼75℃)를 올린 후 아지 믹서(agi mixer)를 150rpm 속도로 교반하여 용해시킨다.
② 유상 원료 중 오일류를 넣고 온도(70∼75℃)를 올린 후 아지믹서를 150rpm 속도 로 교반하여 표8-9와 같은 조건에서 완전히 용해시킨다.
표 8-9 유상 조제 작업시 제조량에 대한 교반 시간
제조량(㎏) 시간(분)
100 20
500 30
3,000 50
6,000 90
③ 1차 유화 직전에 계면활성제와 유용성 활성 성분을 넣고 용융 상태를 확인한다.
⑷ 분산 작업
① 혼합 탱크에 정제수를 투입한 후 실온에서 아지 믹서와 호모 믹서를 교반하면서 수용성 원료들을 넣고 파우더 원료들은 정제수 일부에 습윤 후 투입한다.
② 별도의 분산조에 실온에서 정제수 일부를 넣고 아지 믹서를 표8-10의 조건에서 교반하면서 점증제를 서서히 넣어 엉기지 않도록 골고루 분산한다.
표 8-10 분산 작업시 제조량에 대한 교반 시간
제조량(㎏) 시간(분)
100 30
500 50
3,000 90
6,000 120
③ 혼합 탱크 수용성 성분의 온도(50℃)를 올리면서 호모 믹서를 작동한다.
④ 유화 직전에 중화제를 넣는다.
⑸ 유화 작업
① 혼합 탱크의 수상 온도를 50℃까지 올리면서 호모 믹서를 약하게 회전 (1,800rpm)시킨다.
② 유화전에 그림8-26과 같은 혼합 탱크는 진공 상태로 수상의 온도는 75∼80℃ 유 지, 아지 믹서의 교반은 100rpm 및 호모 믹싱은 3,600rpm으로 고속회전 하면서 유상 을 200메시(mesh)로 여과하여 서서히 넣으면서 유화를 한다.
표 8-11 1차 유화시 제조량에 대한 유화 시간
제조량(㎏) 시간(분)
100 3
500 4
3,000 5
6,000 7
③ 계속해서 내용물을 유화하면서 추가로 점증제 분산액을 넣어 표8-11과 같은 조 건에서 유화를 한 후 1차 유화를 끝마친다.
④ 1차 유화 후 색소, 향, 기타 활성 성분을 넣고 계속해서 표8-12와 같은 조건에서 2차 유화를 한다
표 8-12 2차 유화시 제조량에 대한 유화 시간
제조량(㎏) 시간(분)
100 3
500 5
3,000 10
6,000 15
그림 8-26 진공 유화
⑹ 탈기 작업
① 유화가 끝난 후 내용물의 기포를 제거하기 위해 혼합 탱크를 진공 상태로 만든 다.
② 진공 펌프를 작동하여 혼합 탱크의 내부 상태를 진공으로 걸었다가 바람을 빼는 식의 반복된 연속적인 동작으로 10분 동안 탈기를 한다.
⑺ 냉각 작업
혼합 탱크의 내용물을 플레이트 냉각기로 통과시켜 28∼30℃까지 냉각시킨다. 플레 이트 냉각기의 구조와 작용은 그림 8-27에서 볼 수 있다
⑻ 여과 및 저장 작업
냉각된 반제품은 200메시의 여과망을 통과시켜 이물질을 제거한 후 저장 용기에 담 아 실온(25±2℃)에 보관한다.
⒜ 열교환기 외형도
⒝ 내부 기구도
그림 8-27 플레이트 열교환기
2. 에센스 제조
⑴ 원료 계량 작업
① 알코올 용해성 원료인 에틸 알코올, 가용화제, 방부제 등은 각각 따로 계량한다.
② 수용성 성분과 정제수는 혼합 탱크에 자동 주입이 되도록 한다.
③ 향, 색소, 기타 유용성 활성 성분은 별도로 계량한다.
⑵ 분산 작업
실온에서 별도의 탱크에 정제수 일부를 넣고 아지 믹서를 교반하면서 점증제를 서 서히 넣어 엉기지 않도록 골고루 분산한다.
⑶ 용해 작업
① 첨가되는 원료 중 알코올 용해성 원료를 에틸 알코올과 함께 넣고 아지 믹서를 교반하여 완전 용해시켜 알코올상을 만든다.
그림 8-28 가용화 장치
② 혼합 탱크에는 정제수와 수용성 성분을 넣고 아지 믹서를 교반하여 수상을 완전히 용해시킨다.
⑷ 가용화 작업
① 혼합 탱크의 수상을 아지 믹서로 교반하면서 서서히 점증제 분산액을 넣는다.
② 가용화전 혼합 탱크는 진공상태에서 아지 믹서를 교반하면서 알코올상을 서서히 넣고 10분 동안 그림8-28 과 같은 장치에서 가용화한다.
⑸ 여과 및 저장 작업
냉각된 반제품은 여과 장치를 통과시켜 이물질을 제거한 후 저장 용기에 담아 실온 (25±2℃)에 보관한다.
그림 8-29 혼합기
3. 트윈케이크 제조
⑴ 원료 계량 작업
색소는 조색 데이터에 준하여 계량하고 그 외 원료는 제조 지시서와 동일하게 계량하되 색소, 결합제, 그 외 원료로 구분하여 계량한다.
⑵ 혼합 작업
원료(분말상 원료, 색소류)를 그 림8-29와 같은 혼합기에 투입하여 30분간 혼합한다.
⑶
그림 8-30 분쇄기
분쇄 작업
혼합한 내용물을 그림8-30과 같 은 분쇄기로 2회 분쇄한 후 다시 혼합기에 투입한다.
⑷ 결합제 제조 작업
원료(오일류)를 스팀 이중 탱크에 투입하여 80∼90℃까지 온도를 상승시킨 후 방부제를 투입하여 호모 믹서를 사용하여 완전 용해시킨다.
⑸ 결합제 분무 및 혼합 작업
제조된 결합제를 여과(20mesh)하여 일정 용기에 담은 후(80∼85℃ 유지) 스프레이 건을 이용하여 내용물을 분무하면서 혼합시킨다. 향을 같은 방법으로 분무한 후 1회 분쇄한다.
⑹ 조색 작업
내용물을 소량(2∼3Kg) 분쇄하여 표준품과 색상을 비교한다.
색상차가 있을 경우 예상량의 색소를 소량 채취한 후 내용물에 혼합, 분쇄한 후 다 시 소량을 채취하여 색상을 비교한다. 색상이 맞을 때까지 이 과정을 반복한다.
⑺ 분쇄 및 저장 작업
색상이 맞으면 내용물을 1회 분쇄하고 300메시 여과체로 여과한 후 성형한다.
⑻ 성형 작업
① 접시 투입 : 접시 자동 투입기에 그림8-31과 같은 접시를 넣는다.
② 내용물 투입 : 호퍼에 내용물을 투입한다.
③ 성형 : 호퍼를 통과하여 접시에 채워진 내용물을 펀치로 찍어 규격 경도에 맞게 성형한다.
그림 8-31 성형 접시의 종류
④ 공기 샤워(air shower) : 그림8-32와 같은 성형된 내용물이 컨베이어를 통과하면 서 공기 샤워를 하면서 잔여 내용물 을 흡입한다.
⑤ 반제품 정리 : 성형박스에 가지런히 저장한다.
⑥ 불량 선별 : 성형물 중에서 불량품을 선별하여 송곳으로 내용물을 파낸 후 여과체로 여과하여 저장한다.
⒜ 성형 접시 ⒝ 압축 성형
그림 8-32 압축 성형된 제품
〈평가〉
영 역 평 가 사 항 평가
A B C D E
이 해 1. 화장품 제조 공정을 설명할 수 있는가 ?
2. 유화 공정의 순서를 설명할 수 있는가 ?
3. 가용화 공정의 순서를 설명할 수 있는가 ?
4. 분산, 혼합, 분쇄 공정의 순서를 설명할 수 있는가?
5. 각 공정 제조 설비의 용도와 특성을 설명할 수 있는가 ?
태 도 1. 실습 준비 상태가 양호했는가 ?
2. 안전 수칙을 정확히 잘 지켰는가 ?
3. 실습에 임한 태도가 진지했는가 ?
4. 실습 후 정리,정돈을 잘 했는가 ?
기 능 1. 화장품 제조 공정의 설비를 순서대로 운전할 수 있는가 ?
2. 유화 장치를 운전하여 크림, 로션을 제조할 수 있는가 ?
3. 가용화 장치를 운전하여 스킨로션, 에센스를 제 조할 수 있는가 ?
4. 분산, 혼합, 분쇄 장치를 이용하여 파우더 제품을 제조할 수 있는가 ?
5. 각 공정에서 화장품 제조에 필요한 기계를 운전할
수 있는가 ?
◆ 참고 자료 및 인용 문헌 ◆
1. 光井武夫,「신화장품학」, 南山堂, 1993. pp. 128∼156, 289∼296, 322∼357.
2. 藥事日報社, 「최신화장품과학」, 日本化粧品技術者會, 1988. pp 740∼755
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