샴푸는 두피와 모발의 노폐물을 제거하고 두피와 모발을 깨끗하게 유지하기 위해 일상생활에서 사용하는 제품입니다. 샴푸의 주요 성분은 계면활성제, 증점제, 컨디셔너, 방부제 등입니다. 그중 가장 중요한 성분은 계면활성제입니다. 계면활성제는 세정, 거품 생성, 점도 조절, 피부 순화뿐만 아니라 양이온 응집에도 중요한 역할을 합니다. 양이온성 고분자는 모발 표면에 침착될 수 있는데, 이 과정은 표면 활성과 밀접한 관련이 있으며, 표면 활성은 실리콘 에멀젼, 비듬 방지 활성 성분 등 다른 유익한 성분의 침착에도 도움을 줍니다. 계면활성제 시스템이나 전해질 농도를 변경하면 샴푸 내 컨디셔닝 고분자의 효과에 연쇄 반응이 일어날 수 있습니다.
1.SLES 테이블 활동
SLS는 보습 효과가 뛰어나고 풍성한 거품을 생성하며, 순간적으로 거품이 빠르게 생성되는 경향이 있습니다. 그러나 단백질과 강하게 반응하여 피부에 자극이 심하기 때문에 주계열 활성제로는 거의 사용되지 않습니다. 현재 샴푸의 주 활성 성분은 SLES입니다. SLES의 피부 및 모발 흡착 효과는 SLS에 비해 현저히 낮습니다. 에톡실화 정도가 높은 SLES 제품은 흡착 효과가 거의 없습니다. 또한 SLES로 만든 거품은 안정성이 좋고 경수에 대한 저항성이 강합니다. 피부, 특히 점막은 SLS보다 SLES에 훨씬 더 잘 반응합니다. 소듐라우레스설페이트와 암모늄라우레스설페이트는 시중에서 가장 널리 사용되는 두 가지 SLES 계면활성제입니다. 롱 지커(Long Zhike) 등의 연구에 따르면, 라우레스 설페이트 아민(SLES)은 거품 점도가 높고, 거품 안정성이 우수하며, 거품량이 적당하고, 세정력이 좋으며, 세척 후 모발이 부드러워지는 장점이 있습니다. 반면, 라우레스 설페이트 암모늄염(SLES)은 알칼리 조건에서 암모니아 가스가 발생하기 때문에 더 넓은 pH 범위에서 사용 가능한 라우레스 설페이트 나트륨(Sodium laureth)이 더 널리 사용되고 있습니다. 그러나 Sodium laureth는 암모늄염보다 피부 자극성이 더 높습니다. SLES의 에톡시 단위 수는 일반적으로 1~5개입니다. 에톡시 그룹을 첨가하면 황산염 계면활성제의 임계 미셀 농도(CMC)가 감소합니다. 에톡시 그룹을 하나만 첨가했을 때 CMC가 가장 크게 감소하며, 2~4개를 첨가했을 때는 감소폭이 훨씬 작아집니다. 에톡시 단위가 증가할수록 AES의 피부 적합성이 향상되며, 약 10개의 에톡시 단위를 함유한 SLES에서는 피부 자극이 거의 관찰되지 않습니다. 하지만 에톡시기를 도입하면 계면활성제의 용해도가 증가하여 점도 형성이 저해되므로 적절한 균형을 찾아야 합니다. 시중에서 판매되는 많은 샴푸에는 평균 1~3개의 에톡시기를 함유한 SLES가 사용됩니다.
요약하자면, SLES는 샴푸 제형에서 비용 효율성이 뛰어납니다. 풍부한 거품, 경수에 대한 강한 저항성, 쉬운 점도 증가, 빠른 양이온 응집성 등의 장점을 지니고 있어 현재 샴푸에서 여전히 주류 계면활성제로 사용되고 있습니다.
2. 아미노산 계면활성제
최근 SLES에 다이옥산이 함유되어 있다는 점 때문에 소비자들은 아미노산 계면활성제 시스템, 알킬 글리코사이드 계면활성제 시스템 등과 같이 보다 순한 계면활성제 시스템으로 눈을 돌리고 있습니다.
아미노산 계면활성제는 주로 아실 글루타메이트, N-아실 사르코시네이트, N-메틸아실 타우레이트 등으로 나뉜다.
2.1 아실 글루타메이트
아실글루타메이트는 모노나트륨염과 디나트륨염으로 나뉜다. 모노나트륨염의 수용액은 산성이고, 디나트륨염의 수용액은 알칼리성이다. 아실글루타메이트 계면활성제 시스템은 적절한 발포성, 보습 및 세척성을 가지며, 경수 저항성은 SLES와 유사하거나 그 이상이다. 안전성이 매우 높아 급성 피부 자극이나 과민 반응을 일으키지 않고 광독성이 낮다. 눈 점막에 대한 일회성 자극은 경미하며, 손상된 피부에 대한 자극(질량 분율 5% 용액)은 물과 유사하다. 아실글루타메이트의 대표적인 예로는 디소듐 코코일글루타메이트가 있다. 디소듐 코코일글루타메이트는 매우 안전한 천연 코코넛산과 글루탐산을 아실염화물로 처리하여 제조한다. (Li Qiang 등) "실리콘 무첨가 샴푸에 코코일글루탐산이나트륨 적용에 관한 연구"에서 코코일글루탐산이나트륨을 SLES 시스템에 첨가하면 시스템의 거품 생성 능력을 향상시키고 SLES 유사 증상인 샴푸 자극을 줄일 수 있다는 사실을 발견했습니다. 희석 배율이 10배, 20배, 30배, 50배일 때는 코코일글루탐산이나트륨이 시스템의 응집 속도와 강도에 영향을 미치지 않았습니다. 희석 배율이 70배 또는 100배일 때는 응집 효과는 좋지만 점도 증가가 어려워집니다. 이는 코코일글루탐산이나트륨 분자에 두 개의 카르복실기가 있고 친수성 머리 부분이 계면에서 차단되기 때문입니다. 이로 인해 접촉 면적이 커져 임계 패킹 매개변수가 작아지고, 계면활성제가 쉽게 구형으로 응집되어 벌레 모양의 미셀 형성이 어려워지고 점도 증가가 어려워집니다.
2,2 N-아실 사르코시네이트
N-아실 사르코시네이트는 중성에서 약산성 범위에서 습윤 효과를 나타내고, 강력한 발포 및 안정화 효과를 가지며, 경수 및 전해질에 대한 내성이 높습니다. 가장 대표적인 것은 소듐 라우로일 사르코시네이트입니다. 소듐 라우로일 사르코시네이트는 세정 효과가 탁월합니다. 이는 천연 라우르산과 소듐 사르코시네이트를 프탈화, 축합, 산성화 및 염 형성의 4단계 반응을 통해 제조한 아미노산형 음이온 계면활성제입니다. 소듐 라우로일 사르코시네이트는 발포 성능, 거품량 및 소포 성능 면에서 소듐 라우레스 설페이트와 유사합니다. 그러나 동일한 양이온 고분자를 함유하는 샴푸 시스템에서 두 물질의 응집 곡선에는 뚜렷한 차이가 있습니다. 발포 및 마찰 단계에서 아미노산 시스템 샴푸는 설페이트 시스템 샴푸보다 마찰 미끄러움이 낮습니다. 세척 단계에서 아미노산 샴푸는 황산염 샴푸에 비해 세척 시 미끄러움이 약간 낮을 뿐만 아니라 세척 속도도 느립니다. 왕콴(Wang Kuan) 외 연구진은 라우로일사르코시네이트나트륨과 비이온성, 음이온성, 양쪽성 계면활성제의 복합 시스템을 연구했습니다. 계면활성제 투입량 및 비율과 같은 변수를 변경하여 이성분계에서는 소량의 알킬 글리코시드가 상승적인 증점 효과를 나타내는 반면, 삼성분계에서는 비율이 시스템의 점도에 큰 영향을 미친다는 것을 발견했습니다. 특히 라우로일사르코시네이트나트륨, 코카미도프로필베타인, 알킬 글리코시드의 조합이 더 나은 자체 증점 효과를 나타냅니다. 아미노산 계면활성제 시스템은 이러한 증점 방식을 참고할 수 있습니다.
2.3 N-메틸아실타우린
N-메틸아실 타우레이트의 물리적, 화학적 성질은 동일한 사슬 길이를 가진 알킬황산나트륨과 유사합니다. 또한 우수한 거품성을 가지며 pH 및 수질 경도의 영향을 거의 받지 않습니다. 약산성 범위, 심지어 경수에서도 우수한 거품성을 유지하므로 알킬황산염보다 사용 범위가 넓으며, N-라우로일글루탐산나트륨 및 라우릴인산나트륨보다 피부 자극이 적습니다. SLES와 매우 유사하거나 훨씬 낮은 자극성을 가진 순한 계면활성제입니다. 대표적인 예로는 메틸코코일타우르산나트륨이 있습니다. 메틸코코일타우르산나트륨은 천연 유래 지방산과 메틸타우르산나트륨의 축합 반응으로 생성됩니다. 풍부한 거품과 우수한 거품 안정성을 지닌 일반적인 아미노산 계면활성제이며, pH 및 수질 경도의 영향을 거의 받지 않습니다. 메틸코코일타우르산나트륨은 양쪽성 계면활성제, 특히 베타인계 양쪽성 계면활성제와 상승적인 증점 효과를 나타냅니다. 정샤오메이(Zheng Xiaomei) 외 연구진은 "샴푸에 사용되는 4가지 아미노산 계면활성제의 적용 성능 연구"에서 소듐 코코일 글루타메이트, 소듐 코코일 알라네이트, 소듐 라우로일 사르코시네이트, 소듐 라우로일 아스파르테이트를 대상으로 샴푸에서의 적용 성능에 대한 비교 연구를 수행하였다. 소듐 라우레스 설페이트(SLES)를 기준으로 거품 생성 능력, 세정력, 점증 능력, 응집 능력을 분석하였다. 실험 결과, 소듐 코코일 알라네이트와 소듐 라우로일 사르코시네이트의 거품 생성 능력은 SLES보다 약간 우수하였고, 세정력은 네 가지 아미노산 계면활성제 모두 큰 차이 없이 SLES보다 약간 우수하였으며, 점증 능력은 전반적으로 SLES보다 낮았다. 증점제를 첨가하여 시스템의 점도를 조절함으로써, 소듐 코코일 알라닌 시스템의 점도는 1500 Pa·s까지 증가시킬 수 있는 반면, 나머지 세 가지 아미노산 시스템의 점도는 여전히 1000 Pa·s 미만입니다. 네 가지 아미노산 계면활성제의 응집 곡선은 SLES보다 완만하여, 아미노산 샴푸는 헹굼이 더 느리고, 황산염 시스템은 약간 더 빠르게 헹궈짐을 나타냅니다. 요약하자면, 아미노산 샴푸 제형을 걸쭉하게 만들 때, 비이온성 계면활성제를 첨가하여 미셀 농도를 높여 점도를 높이는 것을 고려할 수 있습니다. 또한, PEG-120 메틸글루코스 디올레에이트와 같은 고분자 증점제를 첨가할 수도 있습니다. 더불어, 이러한 제형에서는 빗질성을 개선하기 위해 적절한 양이온성 컨디셔너를 배합하는 것이 여전히 어려운 과제입니다.
3. 비이온성 알킬 글리코사이드 계면활성제
아미노산 계면활성제 외에도 비이온성 알킬 글리코사이드 계면활성제(APG)는 낮은 자극성, 환경 친화성, 우수한 피부 적합성으로 인해 최근 널리 주목받고 있습니다. 지방 알코올 폴리에테르 설페이트(SLES)와 같은 계면활성제와 결합하면 비이온성 APG는 SLES의 음이온 그룹 간의 정전기적 반발력을 감소시켜 막대형 구조의 큰 미셀을 형성합니다. 이러한 미셀은 피부 침투가 적어 피부 단백질과의 상호작용 및 그로 인한 자극을 줄여줍니다. 푸옌링(Fu Yanling) 등은 SLES를 음이온성 계면활성제로, 코카미도프로필 베타인과 라우로암포아세트산나트륨을 양쪽성 계면활성제로, 데실 글루코사이드와 코코일 글루코사이드를 비이온성 계면활성제로 사용하여 시험한 결과, 음이온성 계면활성제가 가장 우수한 발포성을 보였고, 그 다음으로 양쪽성 계면활성제, 그리고 APG가 가장 낮은 발포성을 나타냈습니다. 음이온성 계면활성제를 주 계면활성제로 사용하는 샴푸는 뚜렷한 응집 현상을 보이는 반면, 양쪽성 계면활성제와 APG(알칼리 폴리글리콜)를 사용하는 샴푸는 거품 생성 능력이 가장 떨어집니다. 응집 현상은 나타나지 않았습니다. 헹굼 및 젖은 모발 빗질 특성은 APG > 음이온 > 양쪽성 계면활성제 순으로 좋았지만, 마른 모발에서는 음이온과 양쪽성 계면활성제를 주 계면활성제로 사용하는 샴푸의 빗질 특성은 비슷했습니다. APG를 주 계면활성제로 사용하는 샴푸의 빗질 특성이 가장 나빴습니다. 닭 배아 융모막 검사 결과, APG를 주 계면활성제로 사용하는 샴푸가 가장 순했고, 음이온과 양쪽성 계면활성제를 주 계면활성제로 사용하는 샴푸도 가장 순했습니다. APG는 임계 미셀 농도(CMC)가 낮아 피부와 피지 지질에 매우 효과적인 세정제입니다. 따라서 APG는 주 계면활성제로 작용하여 모발을 건조하고 푸석하게 만들 수 있습니다. 피부에는 순하지만, 피지 성분을 제거하여 피부 건조를 악화시킬 수도 있습니다. 따라서 APG를 주 계면활성제로 사용할 때는 피부 지질 제거 정도를 고려해야 합니다. 비듬 예방을 위해 적절한 보습제를 첨가할 수 있습니다. 건조함의 경우, 저자는 이를 유분 조절 샴푸로도 사용할 수 있다고 언급했으나, 이는 참고용일 뿐입니다.
요약하자면, 현재 샴푸 제형에서 계면활성제의 주요 구성은 여전히 음이온성 계면활성제에 기반하며, 크게 두 가지 시스템으로 나뉩니다. 첫째, SLES를 양쪽성 계면활성제 또는 비이온성 계면활성제와 결합하여 자극을 줄인 제형입니다. 이 제형은 거품이 풍부하고 점도가 높으며, 양이온성 및 실리콘 오일 컨디셔너의 응집 속도가 빠르고 가격이 저렴하여 여전히 시장에서 주류를 이루는 계면활성제 시스템입니다. 둘째, 음이온성 아미노산염을 양쪽성 계면활성제와 결합하여 거품 생성 능력을 향상시킨 제형으로, 시장 개발의 핵심입니다. 이 제형은 순하고 거품이 풍부합니다. 그러나 아미노산염 제형은 응집 및 헹굼이 느려 모발이 비교적 건조해질 수 있습니다. 비이온성 APG는 피부와의 우수한 친화성으로 인해 샴푸 개발의 새로운 방향으로 떠오르고 있습니다. 이러한 제형 개발의 과제는 거품을 더욱 풍부하게 만들 수 있는 효율적인 계면활성제를 찾는 것과, 두피 건조에 미치는 APG의 영향을 완화하기 위해 적절한 보습제를 첨가하는 것입니다.
게시 시간: 2023년 12월 21일