카올린이라는 이름은 중국 장시성 경덕진 인근의 가오링 마을에서 유래했습니다. 명나라와 청나라 시대, 경덕진은 중국의 유명한 도자기 수도였습니다. 도자기 생산에 사용되는 필수 백토는 주로 가오링 지역에서 채굴되었기 때문에, 이 광물에 "가오링의 흙"을 뜻하는 "가오링토(高陵土)"라는 이름이 붙었습니다. 이후 서양 선교사와 학자들이 이 이름을 카올린으로 음역했습니다. 에픽 파우더의 HTS315 공기 분급기는 카올린 분급에서 최고의 정밀성을 제공하도록 설계되었습니다. 카올린 분급의 정밀성은 원하는 미용적 특성을 얻는 데 매우 중요합니다. 현대 카올린 분급 기술, 특히 첨단 공기 분급 기술은 효율성과 정확성 면에서 기존 방식을 대체하여 고성능 응용 분야에 필수적인 엄격하게 제어된 입자 크기 분포를 생산할 수 있게 되었습니다.
I. 카올린의 특성
1. 카올린 구조
카올린은 카올리나이트 그룹의 대표적인 점토 광물로, 1:1 층상 결정 구조를 가지고 있습니다. 각 층은 하나의 실리카 사면체 시트(T)와 하나의 알루미나 팔면체 시트(O)로 구성되어 있으며, 이를 TO 층이라고 합니다.
각 결정층은 실리카 사면체와 알루미나 팔면체 시트를 통해 단단히 결합되어 있습니다. 이 층들은 수소 결합으로 연결되어 있어 물 분자가 쉽게 끼어들지 않습니다. 결과적으로 카올린은 팽윤되지 않으며 양이온 교환 용량(CEC)이 낮습니다.
카올린 결정은 일반적으로 미세한 판상/육각형 판상이며, 뚜렷한 이방성을 나타냅니다. 표면 특성에 대해 살펴보면, 실리카 사면체 면은 일반적으로 pH 4 이상에서 음전하를 띠는 산소 음이온을 가지고 있습니다. 알루미나 팔면체 면은 pH 6 이하에서 양전하를 띠고 pH 8 이상에서는 음전하로 전이되는 수산기를 노출합니다.
카올린 대 몬모릴로나이트
| 미네랄 종류 | 구조적 특성 | 속성 | 응용 프로그램 시나리오 |
| 카올린(1:1, TO) | 다층 구조, 팽창 없음 | 낮은 CEC, 경미한 틱소트로피 | 머드 마스크, 루즈 파우더, 매트 립스틱 |
| 몬모릴로나이트(2:1, TOT) | 층은 물과 이온을 통과시킬 수 있으며 팽창이 가능합니다. | 높은 CEC, 강한 부기, 상당한 비후 | 강력한 증점제, 콜로이드 침강 방지 응용 분야 |
카올린의 SEM 이미지
전형적인 층을 나타내는 카올린 입자의 SEM 이미지 판 모양. 이 판상 구조는 카올린에 뛰어난 피복성과 흡착 특성을 부여하는 동시에 수성 현탁액에 틱소트로피 특성을 부여합니다. 참고: 이미지의 판 모양 구조는 단일 TO 층이 아니라 여러 개의 평행 TO 층이 쌓인 것입니다.
화장품에서 카올린의 다양한 기능(유분 흡착부터 질감 향상까지)은 근본적으로 입자 크기 분포에 의해 결정되는데, 이는 엄격한 카올린 분류 과정을 통해 정확하게 정의됩니다. 따라서 효과적인 카올린 분류는 특정 화장품 제형에 맞는 카올린을 개발하는 데 중요한 첫 단계입니다.
2. 물리화학적 특성
친수성/소수성
천연 카올린은 친수성이 매우 강한 표면을 가지고 있어 물에 쉽게 젖습니다. 이러한 친수성은 결정 표면의 노출된 수산기와 층 내부의 음전하에서 비롯됩니다. 반면, 활석과 같은 소수성 분말은 물에 뜨고 젖지 않는 경향이 있습니다.
카올린은 표면 처리를 통해 개질될 수 있습니다. 예를 들어, 실릴화(예: 트리에톡시카프릴릴실란)는 소수성을 부여하여 유성 시스템에 분산하는 데 적합합니다. 표면 히드록시기가 감소된 소성 카올린은 소수성이 약간 증가하지만 전반적으로 친수성을 유지합니다.
오일 흡수율과 수분 흡수율
카올린은 우수한 오일 흡수 용량는 색조 화장품에서 유분 조절에 매우 중요한 역할을 합니다. 유분 흡수율은 일반적으로 ASTM D281 방법으로 측정하며, 분말 100g당 흡수된 유분의 양으로 표현됩니다. 고급 카올린은 일반적으로 100g당 45~60g의 유분 흡수율을 보입니다. 다공성 구조를 갖는 소성 카올린은 더 높은 유분 흡수율을 나타낼 수 있습니다.
수분 흡수율과 관련하여, 카올린은 자체 무게의 약 0.3~0.5배의 물을 흡수하여 플라스틱 페이스트를 형성합니다. 이러한 특성 덕분에 진흙 마스크에 묻어나지 않고 쉽게 바를 수 있습니다. 이에 비해 벤토나이트는 훨씬 더 높은 수분 흡수율(부피의 몇 배까지 팽창 가능)을 가지고 있습니다.
카올린의 흡착 성능은 입자 크기와 비표면적에 크게 영향을 받는다는 점에 유의해야 합니다. 일반적으로 분말이 미세할수록 오일 요구량이 높아집니다. 따라서 오일 흡수량과 피부 사용감의 균형을 고려하여 제품을 선택해야 합니다. (흡수량이 지나치게 높으면 건조하고 끈적거리는 느낌이 발생할 수 있습니다.)
백인성과 적용 범위
카올린은 본래 백색 분말이지만, 백색도는 불순물 함량(예: 산화철)과 가공 순도에 따라 달라집니다. 화장품용 카올린은 일반적으로 표백 및 정제 과정을 거쳐 백색도(ISO 명도) 85~95%를 달성합니다. 예를 들어, 한 인도산 카올린은 L-값 95±0.5, 백색도 지수 87±1을 기록합니다.
카올린은 비교적 적당한 굴절률단사정계 결정의 주요 굴절률은 약 1.56(nα ≈ 1.553–1.565, nγ ≈ 1.569–1.570)으로, 피부 각질층의 굴절률(~1.55)과 비슷합니다. 따라서 피부에 도포된 카올린 파우더는 어느 정도 투명성을 보입니다. 하지만 강력한 적용 범위 TiO₂(n ≈ 2.7)와 같은 고굴절률 안료에 의해 제공됩니다.
그러나 카올린 입자의 판상 형태는 빛 차단 및 산란 기능을 제공합니다. 파운데이션이나 콤팩트에 일정량의 카올린을 첨가하면 커버리지/매트 이산화티타늄으로 인한 뚜렷한 미백 현상 없이도 효과를 볼 수 있습니다.
또한 카올린은 aj로도 작용할 수 있습니다.무광화제 제형에서 제품의 광택을 감소시킵니다. 도포력을 평가할 때, 흑백 대비 카드의 분말 반사율 차이를 측정할 수 있습니다. 카올린은 일반적으로 활석(더 투명함)과 이산화티타늄(강한 도포력) 사이에 위치합니다.
밀도와 비중
카올린의 실제 밀도는 약 2.6~2.63 g/cm³입니다. 화장품에서 겉보기 밀도는 파우더의 푹신함을 나타내는 지표가 되는 경우가 많습니다. 경량 카올린은 공기 분류와 같은 고급 카올린 분류 공정을 통해 얻어지는 경우가 많습니다. 경량 카올린은 겉보기 밀도가 약 0.3~0.5 g/cm³로 낮은 반면, 가공되지 않은 중량 카올린은 0.8 g/cm³ 이상일 수 있습니다. 루스 파우더 제형에서 겉보기 밀도는 파우더의 뭉침과 피부 감촉에 영향을 미칩니다. 일반적으로 푹신한 파우더는 더 가볍게 느껴지지만, 압축하기 위해서는 더 높은 압축력이 필요합니다. 실험 제형 과정에서는 카올린 배치 간 겉보기 밀도 차이를 확인하고, 필요한 경우 일관된 압축을 위해 부피 비율을 조정해야 합니다.
pH 값(현탁액)
카올린은 물에서 약산성 현탁액을 형성합니다. 일반적으로 20% w/v 순수 현탁액에 포함된 미소성 천연 카올린의 pH는 약 4~6입니다. 이러한 산성도는 카올린 표면에서 수용액으로 방출되는 H⁺ 이온에 의해 발생합니다.
탈수산화로 인해 소성 카올린 현탁액은 종종 약간 더 높은 pH를 가지며 중성에 더 가깝습니다(6~7).
제형 시스템의 pH는 카올린 분산 및 안정성에 결정적인 영향을 미칩니다. pH 약 4~6에서 카올린은 응집(양극성 모서리-음극성 면 인력)되어 요변성 겔을 형성하는 경향이 있습니다. 알칼리성 조건(pH >9)에서는 모든 카올린 입자 표면이 음전하를 띠고 서로 반발하여 현탁액의 안정성은 높아지지만 점도는 낮아집니다. 따라서 약산성 제형(예: 산성 머드 마스크)에서는 카올린이 쉽게 걸쭉해질 수 있으므로 응집 정도를 사전에 평가해야 합니다. 알칼리성 제형(예: 비누 기반 클렌저)에서는 카올린이 더 쉽게 침전될 수 있으므로 현탁화제를 첨가해야 할 수 있습니다.
참고: 여기서 "응집"이란 특정 pH 및 이온 조건에서 가장자리 양성 ↔ 면 음성 인력에 의해 형성되는 가역적이고 느슨한 입자 네트워크를 말하며, 이로 인해 시스템이 정지 상태에서 두꺼워지고 전단 얇아집니다.
유변학적 거동
카올린 수분산은 전단 박화와 틱소트로피를 나타냅니다. 카올린 농도가 높을수록(>10–15% w/w), 페이스트는 정지 상태에서 항복 응력을 발생시켜 유동을 시작하려면 특정 응력을 가해야 합니다. 이는 정적인 조건에서 카올린 입자 간의 단면 정전기적 상호작용에 의해 형성된 느슨한 네트워크 구조에서 기인합니다.
• 항복 응력
◦ 정의: 유체 또는 페이스트에서 흐름을 시작하는 데 필요한 최소 응력입니다.
◦ 직관적 이해: 붓 위에 놓여도 꺼지지 않는 치약과 같습니다. 이는 항복 응력 때문입니다. 치약은 압착했을 때만 흐릅니다.
◦ 중요성: 항복 응력이 높을수록 재료는 정지 상태에서 모양을 유지하며 침하 또는 흐름에 저항합니다.
• 틱소트로피
◦ 정의: 재료의 점도가 전단(교반, 적용)에 의해 감소하고 방치하면 점차 회복되는 특성입니다.
◦ 직관적 이해: 꿀이나 진흙 마스크와 같습니다. 저으면 묽어지지만, 방치하면 다시 걸쭉해집니다.
◦ 중요성: 틱소트로피는 화장품을 바르기 쉽게 만들지만 바르고 난 후 바로 흘러내리지 않고 제자리에 고정시켜줍니다.
• 실험 데이터는 항복 응력이 고체 함량에 따라 대략 기하급수적으로 증가한다는 것을 보여줍니다. 예를 들어, 30% 카올린 페이스트는 20% 페이스트보다 항복 응력이 상당히 높습니다.
• 또한 pH와 이온 강도는 유변학에 상당한 영향을 미칩니다. 항복 응력과 요변성 루프 면적은 낮은 pH(예: 약 4)에서 최대치를 보입니다. pH가 8 이상으로 상승하면 응집이 약해지고 항복 응력이 감소합니다.
• 동시에 전해질(특히 Ca²⁺, Mg²⁺와 같은 다가 양이온)은 전기 이중층을 압축하여 입자 응집을 빠르게 유도하고 항복 응력과 점도를 크게 증가시킵니다. 따라서 고농도의 염을 함유하는 제형(예: 수렴제나 보습 토너에 함유된 전해질)은 카올린 페이스트를 증점시킬 수 있으므로 주의가 필요합니다.
첨가 증점제 또는 콜로이드 안정제 (예: 잔탄검, 셀룰로스 유도체)는 카올린 현탁액의 항복 응력과 틱소트로피 회복률을 추가로 조정하여 다양한 적용 요구 사항을 충족할 수 있습니다(예: 마스크는 흘러내리지 않는 도포가 필요하지만 쉽게 펴 바를 수 있어야 합니다. 액체 파운데이션은 쉽게 분배하기 위해 항복 응력이 낮아야 할 수 있습니다).
3. 기원 및 분류
일반적으로 원고령토 광석에는 다음이 필요합니다. 정화 그리고 분류 화장품 등급 사양을 충족합니다. 일반적인 공정은 다음과 같습니다.
(1) 세탁: 카올린과 석영/장석의 비중 차이를 이용하여 물 속의 침전을 통해 모래 물질을 제거합니다.
(2) 분쇄/탈응집: 분쇄기나 밀을 사용하여 큰 응집물을 1차 결정으로 분해합니다.
(3) 원심분류: 침전 속도에 따라 제품을 다양한 입자 크기 등급(예: D50 2µm, 5µm, 10µm)으로 분리합니다. HTS315 공기 분급기와 같은 최신 공기 분급 시스템은 특정 화장품 용도에 필수적인 정밀한 입자 크기 분할을 달성하는 데 매우 효과적이며, 촉감, 불투명도, 오일 흡수율과 같은 특성에 직접적인 영향을 미칩니다. 적절한 카올린 분급은 품질 관리에 있어 중요한 단계입니다.
(4) 화학적 표백 : 하이드라진이나 이산화황 등의 환원제를 사용하여 산화철 불순물을 제거하여 백색도를 향상시키는 방법이다.
(5) 소성 : 카올린을 500~800℃로 가열하여 결정수를 제거하여 메타카올린 또는 비정질 소성 카올린을 얻는다.
(6) 표면처리 : 앞서 언급했듯이 실란이나 금속비누를 사용하여 소수성을 강화하거나 유상과의 적합성을 개선합니다.
가공 차이의 영향: 세척된 카올린(미소성)은 결정 구조를 유지하여 더 높은 가소성을 제공하며, 머드 마스크 및 도포성이 요구되는 시스템에 적합합니다. 소성된 카올린은 격자 구조가 붕괴되어 취성이 높고 다공성 입자를 형성하여 오일 흡수율은 높지만, 현탁 안정성은 다소 낮습니다(틱소트로픽 네트워크 부족). 아래 표는 다양한 원산지 및 가공법에 따른 카올린의 일반적인 물리적 특성을 요약한 것입니다.
표 1: 다양한 원산지/가공 방법의 카올린에 대한 물리적 매개변수 비교
| 유형/원산지 | 주요 특징 | D50(µm) | 비표면적(m²/g) | 백색도(ISO %) | 오일 흡수율(g/100g) | pH (5% 페이스트) |
| 중국, 장시(세탁) | 천연 미세 입자 크기, 미량의 철 불순물 | ~2–4 | 15~25세 | 85–90 | 45–55 | 4.0–5.5 |
| 조지아, 미국 (소프트) | 작은 혈소판 크기, 높은 밝기 | ~1–3 | 20~26세 | 90–93 | 50~60세 | 5.0–6.0 |
| 조지아, 미국 (소성) | 다공성, 고휘도, 경도 증가 | ~1–2 | 30~50세 | 93–95 | 80~90세 | 6.0–7.0 |
| 브라질, 아마존 | 불순물이 매우 낮은 "아마존 화이트 클레이" | ~3–5 | 10~20 | >93 | 40~50세 | 5.0–6.0 |
| USP 라이트 카올린 | 초미세 분쇄, 분산제가 포함될 수 있음 | ~1 | 20~30세 | 85–90 | ~60 | 4.5–7.5 |
| 표면 처리(예: 실란) | 실란 개질, 소수성, 친유성 | 베이스 매트에 따라 다름 | 기본 소재와 유사 | 85–92 | 기본 소재와 유사 | – |
참고: 다양한 공급업체의 공개 정보 및 문헌에서 수집한 데이터입니다. 백색도는 ISO 밝기 또는 환산된 Hunter L 값입니다. 특정 등급은 공급업체 데이터시트를 참조하십시오.
정확한 카올린 분류를 통한 카올린 성능 최적화
적합한 카올린 등급을 선택하는 것은 입자 크기 분포에 큰 영향을 받는 카올린의 특성을 이해하는 데 달려 있습니다. HTS315 공기 분류기와 같은 장비를 활용하여 엄격한 카올린 분류 프로토콜을 구현하면 배치별 일관성을 보장하고, 최종 화장품의 유분 조절, 질감, 커버력 등 특정 성능 특성을 목표로 할 수 있습니다.
II. 화장품에 카올린을 적용하는 방법
카올린은 색조 화장품, 스킨케어, 퍼스널 케어 등 화장품 전반에 걸쳐 광범위하게 사용됩니다. 주요 기능은 다음과 같습니다. 오일/땀 흡착, 피부 질감 및 감촉 개선, 커버력 및 매트 효과 향상, 현탁액 안정화.
1. 다양한 제품에 적용
컬러 화장품
루스 파우더와 세팅 파우더에서 카올린은 5-15%의 함량으로 유분 흡수 필러로 자주 사용되어 유분 조절, 지속력, 그리고 부드러운 매트 효과를 제공합니다. 미세 입자가 피부 표면의 과도한 피지를 흡착하여 번들거림을 줄여줍니다. 굴절률이 피부와 비슷하여 백악질처럼 하얗게 변하는 현상을 방지합니다.
카올린은 압축 파우더 콤팩트와 파운데이션에도 사용되며, 일반적으로 10-30%로 첨가되어 벌킹 필러와 커버력 보조제로 작용합니다. 탤크에 비해 카올린은 유분 흡수력이 높아 지성 피부 타입의 유분 조절 효과를 향상시키지만, 과다하게 사용하면 파우더가 너무 건조해지고 윤기가 없어질 수 있습니다. 따라서 마이카나 실리카와 함께 사용하는 경우가 많습니다.
컨실러나 컨투어 제품과 같은 크림 컬러 화장품에는 종종 3–10% 카올린이 함유되어 있는데, 이는 오일 흡수 특성을 활용하여 오일 이동을 방지하고 페이스트의 농도를 높여 침전을 방지합니다.
참고: 아이섀도와 같은 눈 화장에서 카올린 함량은 일반적으로 5–8% 이하로 유지되어 색상 재현과 피부 접착에 영향을 미치지 않지만, 오일 흡수는 기름진 눈꺼풀의 주름을 방지하는 데 도움이 될 수 있습니다.
클렌징 제품
클렌징 마스크/머드 마스크는 카올린의 가장 대표적인 용도 중 하나입니다. 일반적인 제형에서 카올린은 다른 점토(예: 벤토나이트, 몬모릴로나이트)와 혼합되며, 카올린 함량은 최대 20–40%(수성 페이스트 형태)에 달할 수 있습니다. 카올린은 머드 마스크의 주요 흡착제 역할을 하며, 모공에 침투하여 유분, 먼지, 불순물을 흡착하여 모공을 깨끗하게 하고 기름기를 제거합니다.
각질 제거 스크럽에 함유된 미세한 카올린 파우더는 가벼운 연마제 역할을 하여 피지를 흡수하면서 죽은 피부 세포를 제거하는 데 도움이 되며, 견과류 껍질처럼 미세한 흠집이 생기지 않습니다.
매일 사용하는 세안제에는 세정력과 질감을 강화하기 위해 1-5% 카올린이 첨가되는 경우가 있습니다. 카올린은 계면활성제와 상승작용을 하여 기름과 기름기를 제거하고 크림에 부드럽고 풍부한 느낌을 부여합니다.
일부 오일 컨트롤 로션/프라이머에는 장시간 피지 흡착을 위한 미량의 카올린(1–3%)이 함유되어 있어 매트한 마무리를 유지하는 동시에 약간의 미끄러짐을 제공하여 바르기 쉽습니다.
헤어 및 바디 케어
카올린은 드라이 샴푸 스프레이/파우더에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 10-30%의 비율로 첨가하여 옥수수 전분, 실리카 등과 혼합할 수 있습니다. 드라이 샴푸 베이스 파우더로 사용하면 모발과 두피의 유분을 효과적으로 흡수하여 볼륨감 있고 산뜻한 머릿결을 연출합니다. 카올린 입자는 활석보다 작아 흰 잔여물이 적고 빗질도 쉽습니다. 이러한 특성 덕분에 많은 무수 샴푸 제품에 널리 사용됩니다.
발한 억제제/탈취 제품(예: 언더바디 파우더, 발/탈취 파우더)에서 카올린은 땀의 수분을 흡수하고 냄새 분자(예: 단쇄 지방산)를 흡착하여 체취를 줄이는 데 도움을 줍니다. 일반적으로 15-30%를 중탄산나트륨, 산화아연 등과 함께 사용하여 물리적 흡착 및 항균 효과를 동시에 제공합니다.
카올린은 암모니아와 유기 아민을 흡착하는 능력이 있어 땀과 발 냄새 완화에 도움이 될 수 있습니다. 규조토와 같은 냄새 흡착제에 비해 카올린은 순하고 피부 자극 가능성이 낮습니다.
선케어
카올린 자체는 주요 자외선 차단제는 아니지만, 물리적인 불투명화 보조제로 작용할 수 있습니다. 연구에 따르면 미세 카올린을 자외선 차단제에 첨가하면 자외선 산란 및 흡수율이 증가할 수 있습니다. 동시에 카올린은 건조한 피부에 느낌을 주어 높은 SPF 제품의 번들거림을 줄여줍니다.
그러나 카올린의 보호 효과는 특수 UV 안료(TiO₂, ZnO)에 비해 훨씬 낮으며, 카올린을 첨가하는 이유는 보조적 역할과 질감을 고려하기 위한 것입니다.
입술 연지
매트 립스틱, 립 머드, 그리고 기타 고유분 페이스트 시스템에서 카올린은 구조화제 및 매트 파우더로 자주 사용됩니다. 일반적으로 3-10%를 사용합니다. 카올린은 페이스트 내의 유분을 일부 흡수하여 땀(유분 분비)을 방지하고, 페이스트의 경도를 높여 변형을 방지합니다. 또한, 카올린은 매트한 마무리감을 부여하여 립스틱 본연의 광택을 감소시킵니다. 카올린 입자는 미세하기 때문에 약간 거친 느낌을 줄 수 있으므로, 매끄러운 발림성을 위해 탈크나 마이카와 같은 부드러운 파우더와 함께 사용해야 합니다.
크림 & 로션
크림이나 로션과 같은 스킨케어 제형에서 카올린은 저농도(일반적으로 <2%)로 사용되며, 주로 촉감 개선 및 증점/현탁액 형성을 돕습니다. 또한, 카올린의 흡착 특성은 여드름 크림에 사용되어 피부 표면의 염증성 삼출물을 흡착하여 건조 및 트러블 치유에 도움을 줄 수 있습니다(일부 여드름 패치는 점토가 체액을 흡수하는 원리를 이용합니다).
2. [핵심] 제형 및 공정 고려 사항
분산 순서 및 사전 습윤
카올린은 미세한 분말이므로 물에 직접 첨가하면 응집 및 뭉침 현상이 발생하기 쉽습니다. 카올린의 분류, 올바른 분산 순서 및 방법이 매우 중요합니다.
일반적으로 권장됩니다 사전 적심 카올린을 소량의 액체와 혼합하여 슬러리 형태로 만든 후 본 배치에 투입합니다. 수성 시스템의 경우, 글리세린이나 프로필렌 글리콜을 카올린과 1:1~1:2 비율로 혼합하여 미리 혼합할 수 있습니다. 이때 각 입자 표면이 먼저 젖도록 하여 물과 직접 접촉하여 뭉침이 발생하는 것을 방지합니다.
사전 분산이 불가능한 경우, 카올린을 중속 또는 고속 교반하면서 수용액에 천천히 체질하여 투입할 수 있으며, 초기 응집물이 분해될 때까지 충분한 교반을 유지합니다. 먼지 발생을 줄이려면 카올린을 슬러리(예: 50% 고형분 페이스트) 형태로 첨가하는 것을 고려하십시오.
또한, 순서에 있어서 카올린은 1차 증점제와 전해질을 첨가하기 전에 분산되어야 합니다. 점도가 높거나 이온 강도가 높으면 점토의 응집 해제가 방해받을 수 있기 때문입니다.
전단 조건
카올린 입자는 처음에는 약한 응집체로 존재할 수 있으므로 분해에 충분한 기계적 전단이 필요합니다.
의 조합 프로펠러 교반 및 균질화 일반적으로 다음과 같이 사용됩니다. 먼저 패들 블레이드를 사용하여 저속 교반으로 분말을 적시고 분산시킨 후, 중속-고속 교반(예: 규모에 따라 300~800 rpm)으로 전환하여 5분 이상 교반하여 현탁액을 균일하게 합니다. 가능하다면, 이후 고전단 처리(예: 3000~5000 rpm 로터-스테이터 균질화기)를 1~3분간 실시하면 미세 응집물을 크게 줄이고 슬러리 안정성을 향상시킬 수 있습니다.
시스템 점도가 효과적인 균질화에 너무 높으면 가볍게 가열(예: 40°C)하거나 일부 계면활성제를 미리 첨가하면 습윤과 분산에 도움이 될 수 있습니다.
과도한 전단력은 입자 크기를 감소시키고 점도를 증가시킬 수 있으므로, 일반적으로 화장품 내 카올린 분산에는 볼밀, 콜로이드밀 등의 분쇄 장비를 사용하지 않습니다. 전반적으로, 중속-고속 교반을 통한 철저한 습윤 및 팽윤과 더불어 단시간 고전단 균질화를 병행하는 것이 카올린 분산에 효과적인 표준 운영 절차(SOP)입니다.
3. 제형 성분과의 호환성
계면활성제와의 호환성
카올린은 다양한 전하를 가진 계면활성제와 다르게 상호 작용하므로 제형 설계 시 이를 고려해야 합니다.
음이온 계면활성제 (예: SLS, 비누 베이스): 일반적으로 상용성이 좋습니다. 물 속 음이온성 계면활성제의 음이온은 카올린의 양전하를 띤 가장자리에 흡착될 수 있지만, 카올린은 일반적인 알칼리성 pH에서 전반적으로 음전하를 띠고 음이온성 계면활성제 자체가 분산 안정성을 제공하기 때문에 카올린은 일반적으로 음이온성 계면활성제 시스템에서 잘 현탁됩니다.
양쪽성/비이온성 계면활성제 (예: 코카미도프로필아민 옥사이드, APG): 일반적으로 카올린 분산에 큰 영향을 미치지 않습니다. 양쪽성 계면활성제는 pH에 따라 다른 전하를 가질 수 있지만, 일반적으로 저농도에서는 점토 네트워크에 미치는 영향이 제한적이며 보조 습윤제로 사용될 수 있습니다. 비이온성 계면활성제는 주로 물의 표면 장력을 감소시켜 습윤을 돕고 응집을 일으키지 않으며, 현탁액의 안정화에도 도움을 줄 수 있습니다.
양이온 계면활성제 (예: 4급 암모늄 컨디셔닝제): 특별한 주의가 필요합니다. 양이온성 계면활성제는 카올린에 강하게 흡착됩니다(카올린 표면과 중간층의 일반적으로 음전하로 인해). 이로 인해 두 가지 잠재적 문제가 발생합니다. 1) 제형 내 양이온성 계면활성제의 유효 농도가 감소하여(점토에 의해 흡착/"섭취") 효능에 영향을 미칠 수 있습니다. 2) 양이온은 점토 입자를 연결하여 응집을 유발하고 점도를 급격히 증가시킬 수 있습니다. 연구에 따르면 카올린-양이온성 계면활성제 시스템에서는 점토-계면활성제 복합 네트워크가 형성되어 항복 응력이 증가합니다.
따라서 양이온성 계면활성제(예: 양이온성 유화제, 헤어 컨디셔너)와 카올린을 모두 필요로 하는 제형에서는 시스템이 두꺼워지고 안정성이 떨어질 수 있습니다. 공존이 필요한 경우 다음을 권장합니다. (1) 직접 접촉을 최소화합니다. 예를 들어, 카올린을 수상에 분산시키고 저온에서 유상과 미리 유화시킨 양이온성 계면활성제를 첨가합니다. (2) 시스템 점도에 대한 다양한 첨가 순서의 영향을 사전 테스트합니다. (3) 필요한 경우 격리제(예: 폴리인산염)를 사용하여 카올린 표면을 사전 처리하고 양이온 흡착을 방지하는 부위를 차지합니다.
전해질, 다가 이온의 효과
많은 제형에는 전해질이 포함되어 있는데, 전해질 이온은 카올린 입자 사이의 전하 반발을 약화시켜 응집을 일으킬 수 있습니다. 2가 양이온 Ca²⁺, Mg²⁺와 같은 계면활성제는 특히 효과적이며, 카올린 입자를 연결하고, 규산염 표면과 음이온 계면활성제의 음전하를 중성화하여 현탁액을 겔 상태로 만들 수 있습니다. 경험에 따르면 2가 염의 농도가 0.1%를 초과하면 카올린 페이스트의 점도와 항복 응력이 크게 증가할 수 있습니다.
Na⁺와 같은 1가 이온은 상대적으로 영향이 적지만, 높은 NaCl 농도(1% 이상)는 이중층을 압축하여 약한 응집을 유발할 수 있습니다. 따라서 염을 함유한 제형(예: 사해 머드 마스크의 MgCl₂)에 카올린을 사용할 경우, 과도한 점도를 방지하기 위해 다른 증점제 사용량을 줄이거나, 소수성 처리된 카올린(이온에 덜 민감함)을 부분 대체재로 사용하는 것을 고려하십시오.
pH는 이온 상태에도 영향을 미칩니다. 높은 pH(8 이상)에서는 대부분의 금속 이온이 수산화물 침전물이나 착물을 형성하며, 음전하를 띤 카올린은 더 안정할 수 있습니다. 중성에서 약산성 pH에서는 금속 이온이 존재하여 응집을 촉진합니다. 따라서 pH를 조절할 때는 안정적인 카올린 분산을 위해 중성에서 약알칼리성으로 조절하는 것이 좋습니다(제품 특성상 산성이 요구되는 경우는 제외).
폴리머 콜로이드
카올린은 원하는 질감을 얻기 위해 증점제 폴리머와 함께 존재하는 경우가 많지만, 상승효과를 내거나 경쟁적으로 상호 작용할 수도 있으므로 구체적인 분석이 필요합니다.
구아검, 잔탄검(음이온성 다당류): 이러한 검류는 카올린 입자를 얽어매어 네트워크 강도를 증가시키고, 이는 점도 증가 및 틱소트로피(상승적 증점 효과)로 나타납니다. 잔탄검 용액은 본질적으로 틱소트로피성을 지니는데, 카올린을 첨가하면 네트워크가 중첩되어 정지 상태에서 더 강한 겔을 형성합니다. 이러한 시너지 효과는 마스크에 효과적입니다. 소량의 잔탄검(0.2~0.5%)을 첨가하면 카올린 머드 마스크가 흘러내리는 것을 방지하고 발림성을 향상시킬 수 있습니다. 단, 잔탄검의 양을 조절해야 합니다. 과다 첨가 시 마스크 건조 시 밀착력이 떨어질 수 있습니다.
셀룰로오스 유도체(HEC, CMC 등): 비이온성 또는 음이온성 셀룰로오스 중합체는 주로 연속상 점도를 증가시켜 카올린 현탁액을 안정화합니다. 특별한 불화합성은 없지만, 고농도의 셀룰로오스는 점토 입자를 감싸 침전을 지연시키고 점토 고유의 요변성을 약화시킬 수 있습니다. 카올린이 완전히 분산된 후 셀룰로오스 용액을 첨가하는 것이 좋습니다. 그렇지 않으면 고점도 환경이 응집 분해를 방해합니다.
아크릴계 유변성 개질제(예: 카보머, 음이온성): 중화되지 않은 카보머는 약한 겔 상태이며, 카올린을 첨가하면 약간 증점됩니다. 그러나 중화(pH ~7)되면 카보머 사슬이 팽창하여 음이온을 방출하고, 이 음이온은 카올린의 양전하 경계면과 정전기적으로 상호작용하여 응집이나 상분리를 일으킬 수 있습니다. 따라서 카보머 기반 크림에 카올린을 첨가할 때는 주의가 필요합니다. 카보머 함량을 조절하거나 다른 증점제(예: 이온 내성이 더 강한 아크릴레이트/스테아레스-20 메타크릴레이트 코폴리머)를 고려하기 위한 사전 테스트가 필요합니다.
몬모릴로나이트/벤토나이트 점토: 카올린은 때때로 소량의 벤토나이트(5–10%)와 혼합되어 진흙 마스크에 사용되며, 벤토나이트의 높은 팽윤성을 활용하여 구조물을 형성하고 시스템 점도와 안정성을 향상시킵니다. 카올린-벤토나이트 혼합 시스템은 계층적 구조를 형성합니다. 벤토나이트는 골격 점탄성을 제공하고, 카올린은 골격을 채우고 강화합니다.
유기 콜로이드 입자(예: 에멀젼 미세구형체, 미세캡슐): 카올린은 일반적으로 직접적인 상호 작용이 없지만 카올린이 미세캡슐 벽 재료에서 계면활성제나 하전된 분자를 흡착하여 미세캡슐 응집을 일으킬 가능성이 있습니다.
안료/UV 필터 파우더와의 조합
카올린은 색조 화장품이나 자외선 차단제에 다른 파우더와 함께 사용되는 경우가 많습니다. 적절한 조합을 통해 시너지 효과를 얻을 수 있습니다.
이산화티타늄/산화아연 함유: 물리적 자외선 차단제는 고농도에서 응집되고 가라앉는 경향이 있습니다. 카올린을 첨가하면 이러한 고굴절률 입자를 분리하여 균일한 분산을 촉진하고 밀도 차이를 줄여 침전을 방지하는 데 도움이 됩니다. 카올린은 또한 일부 유상을 흡착하여 오일 내 ZnO 등의 응집 경향을 줄일 수 있습니다.
색소 함유 (산화철, 군청 등): 카올린은 무기질이며 안정적이어서 유색 안료와 화학적으로 반응할 가능성이 낮습니다. 그러나 카올린의 흡착성은 유기 표면 처리제를 포획할 수 있습니다. 예를 들어, 처리된 안료(예: 실란 처리된 흑색 산화철)는 점토와 접촉 시 처리제가 점토에 빠져 안료의 표면 친화력이 감소하고 분산이 어려워질 수 있습니다. 따라서 카올린을 많이 사용하는 경우, 유색 안료를 사용하는 것이 가장 좋습니다. 치료되지 않은 또는 색상 강도에 대한 상호 영향을 피하기 위해 수지 유형으로 미리 코팅됩니다.
진주빛 안료 함유: 진주광택 안료(TiO₂로 코팅된 운모/유리)는 형광펜에 흔히 사용됩니다. 카올린은 무광택으로 인해 진주광택이 감소할 수 있으므로 사용 시 주의가 필요합니다. 따라서 형광펜 제품에는 카올린을 사용하지 않거나, 촉감 조절을 위해 소량만 사용합니다. 사용감을 약간 조절하고 싶다면, 광택에 미치는 영향을 최소화하기 위해 입자가 큰 카올린을 사용할 수 있습니다.
구형 필러 파우더 포함 (PMMA/나일론 파우더 등): 카올린은 유기 미세구와 함께 사용하여 파우더 충진 밀도와 유분 조절을 향상시킬 수 있습니다. 그러나 카올린은 밀도가 높아 병에 가라앉는 경향이 있는 반면, 유기 미세구는 더 가볍고 떠다닐 수 있습니다. 밀도를 균일하게 하기 위해 현탁제나 표면 처리가 필요할 수 있습니다.
성능을 위한 카올린 분류 최적화
이러한 다양한 용도에서 카올린의 효과는 입자 크기 분포에 달려 있습니다. 가공 과정에서 HTS315 공기 분급기와 같은 첨단 시스템을 활용하여 정밀한 카올린 분급을 구현하면 일관된 성능을 보장할 수 있습니다. 적절한 카올린 분급은 유분 흡수력, 질감, 커버력, 현탁 안정성과 같은 주요 특성에 직접적인 영향을 미치므로, 포뮬러는 가벼운 파우더부터 풍부한 머드 마스크까지 각 화장품 용도에 맞는 이상적인 등급을 선택할 수 있습니다.
III. 품질 및 안전 체크리스트
카올린 원료와 카올린이 함유된 완제품의 품질과 안전성을 보장하기 위해 주요 검사 사항은 아래와 같습니다.
원료 순도 관리: 카올린의 각 배치에는 허용 기준을 초과하는 불순물이 없음을 확인하는 분석 인증서가 첨부되어야 합니다. 특히, 유리 결정질 실리카 (석영) 함량은 호흡성 실리카 분진 위험을 방지하기 위해 매우 낮아야 합니다(세척된 등급에서는 거의 없음). 중금속 불순물(납, 비소, 카드뮴, 수은 등)은 규정을 준수해야 합니다.
미생물학적 위험 및 관리: 카올린은 무기 미네랄이지만 건조제에 내성이 있는 세균 포자를 보유할 수 있습니다. 구매 시 총 생균수 1000 CFU/g 미만, 곰팡이 및 효모 100 CFU/g 미만, 그리고 특정 병원균이 없어야 합니다. 카올린은 감마 (감마) 조사 또는 고온 소성을 선택할 수 있습니다. 완제품에서는 카올린에 방부제가 흡착될 가능성이 있으므로 주의하십시오(4차 암모늄 화합물과 같은 일부 방부제는 점토에 흡착되어 불활성화될 수 있습니다).
제품 효능 일관성: 카올린은 천연 광물이므로 입자 크기, 백색도, 오일 흡수율은 배치마다 약간씩 다를 수 있습니다. 배치 전체에서 일관된 제품 성능을 보장하기 위해 D50 변동 범위 ±X µm, 백색도 ±Y와 같은 내부 품질 기준을 수립하십시오.
위의 체크리스트를 따르면 원자재 조달, 생산 작업, 완제품 안전에 이르기까지 체계적인 품질 관리를 보장할 수 있으며, 이를 통해 카올린이 함유된 화장품을 안전하고 효과적이며 규제 요건을 준수하는 제품으로 만들 수 있습니다.
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고성능 화장품 카올린에 필수적인 정밀한 입자 크기 분포를 달성하려면 첨단 기술이 필요합니다. 에픽 파우더당사의 HTS315 공기 분급기는 카올린 분급에 있어 최고의 정밀성을 제공하도록 설계되었습니다. 400메시 카올린을 D97 5.80µm 및 D50 15.20µm의 초미립 분말로 효율적으로 가공할 수 있습니다. 이러한 정밀한 제어는 피부 감촉, 불투명도, 유분 흡수와 같은 주요 특성을 직접적으로 향상시켜 우수한 화장품을 개발할 수 있도록 지원합니다.
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