2020. 10. 14 작성.
1. 실험 목적
자외선 차단 성분이 무엇인지 공부하고 자외선 차단의 원리를 이해하면서 선스틱을 제조할 수 있다. 이를 통해, 여드름 피부에 효과적인 무기자차 선스틱을 제조하고 실험을 통해 자외선 차단의 중요성을 깨닫는다.
2. 실험 원리
(A) 티타늄디옥사이드(TiO2) : 금속 티타늄과 산소로 구성된 자연 발생 화합물. 자외선으로부터 피부를 보호하는 자외선 차단 제품에서 무기자차의 중요성분임.
→ 화장품에서의 기능 : 자외선 차단 효과 때문에 자외선 차단제로 사용될 뿐만 아니라, 화장품의 질을 감소시키는 자외선을 화장품으로부터 보호하는 데 사용됨. 티타늄디옥사이드 자체가 백색의 파우더이기 때문에 화장품 색상을 불투명하게 만듦. 하지만 최근에는 기술 발전으로 인해 티타늄디옥사이드 입자 사이즈를 아주 미세하게 제작할 수 있기 때문에 최근에는 티타늄디옥사이드가 포함된 화장품이라도 불투명하지 않음. 그렇기 때문에 예전과 다르게 백색이 아닌 자외선 차단제 혹은 화장품을 생산하거나 백탁 현상이 일어나지 않는 자외선 차단제를 출시할 수 있게 됨. 이는, 소비자의 제품 선호도를 높이는 데 기여함.
(B) 징크옥사이드(ZnO) : 분말 형태의 산화된 아연. 천연에서는 홍아연석으로 존재하고 이를 연소하거나 가열하여 징크옥사이드로 생산함. 티타늄디옥사이드와 동일하게 자외선을 차단하는 데 중요한 역할임. 화장품뿐만 아니라, 안료, 윤활제 등 여러 소비재에 이용됨.
→ 화장품에서의 기능 : 여러 화장품에 사용되지만 자외선 차단제로 가장 많이 사용됨. 징크옥사이드는 티타늄디옥사이드와 동일하게 자외선 중 UVA, UVB를 물리적으로 차단하여 자외선 차단제 역할을 하면서 광노화를 예방하는 데 일조함.
(C) 아보카도 오일 : 지질 성분으로 인해 지질로 구성된 피부와의 친화성이 높음. 자외선 흡수하는 데 그 효과가 뛰어남. 기미 발생 예방, 콜라겐 촉진 효과 및 피부 노화 예방 효과가 있음. 윤기있는 피부를 만들어주는 데 도움을 줌.
→ 화장품에서의 기능 : 피부가 약한 유아나 임산부에게도 사용할 수 있을 정도로 순하기 때문에 민감성 피부나 다른 피부 질환 환자까지 사용이 가능함. 특히, 민감한 피부를 진정시키거나 아토피, 염증 등 문제성 피부를 보호하는 데 효과적임.
(D) 코코넛 오일 : 보습과 모공 수축 효과에 탁월함. 비누 기초 성분이나 화장품 성분으로 사용됨. 코코넛 오일의 성질과 탁월한 살균 효과때문에 염증, 습진 같은 문제성 피부나 감염 피부를 치유하는 데 사용됨.
(E) 시어버터 : 시어나무의 열매로부터 채취가 가능함. 수분 공급, 재생 및 항산화 효과가 탁월하기 때문에 화장품에 많이 포함된 성분임. 다른 성분뿐만 아니라 시어버터 또한, 자외선 차단 효과도 있는데 그 효과는 약 SPF 6이다.
(F) 비타민 E : 지용성 비타민으로 토코페롤이라고도 불리움. 비타민 E 자체로도 항산화 성분이 탁월하기에 화장품에 비타민 E 성분을 넣어 화장품의 산화를 방지하여 화장품 보존 및 사용 기간을 늘림. 비타민 E 그대로를 화장품에 사용하기보다 에스터 상태로 화장품에 사용됨.
→ 화장품에서의 기능 : 자외선 및 햇빛으로 인한 표피 손상을 예방하고 피부 화상 정도를 감소시킴. 그뿐만 아니라, 자외선 차단제의 활성 성분을 안정하게 만들어 자외선 차단제의 효과를 증가시키는 데 사용됨. 클렌징 중 발생하는 피부의 수분 손실을 방지하고 오히려 피부를 보호해주는 효과때문에 클렌징 화장품 성분으로 포함되는 경우가 있음.
(G) 비즈왁스 : 꿀벌이 분비하는 왁스. 기초 화장품뿐만 아니라, 메이크업 화장품, 목욕 제품, 자외선 차단제 등 다양한 화장품에서 사용됨.
→ 화장품에서의 기능 : 로션, 크림 등의 화장품은 유상과 수상, 두 상이 존재함. 비즈왁스는 화장품이 유상과 수상으로 분리되는 것을 방지해주는 역할을 함. 피부의 수분을 뺏기지 않도록 하며, 립밤, 립스틱 등과 같이 형체를 단단하게 잡아줌과 동시에 발림성을 좋게 만드는 역할을 함. 발림성을 좋게 만들어주는 데는 비즈왁스의 가소성 때문임. (가소성 : 외부 힘으로 인해 형태가 바뀐 다음, 외부 힘이 사라져도 본래의 모양으로 돌아가지 않는 성질을 의미함.)
(H) 알로에 분말 : 피부의 탄력을 증가시키는 알로에 특성으로 인해 콜라겐과 엘라스틴을 회복시켜 피부를 부드럽게 만듦. 보통 알로에 수딩젤이나 수분크림에 많이 들어가 있는 성분임. 피부를 진정시켜 줄 뿐만 아니라, 피부 혈액순환을 원활하게 하는 효과가 있음. 이러한 효과를 극대화하기 위해, 소비자들은 알로에 수딩젤을 냉장고나 화장품 보관 냉장고에 넣어 온도를 낮춰 사용하는 경향이 있음.
(I) 물리적 자외선 차단제 : 무기계 자외선 차단제. 보통 줄여서 흔히들 무기자차라고 불리움. 피부에 닿은 자외선을 물리적으로 반사시켜 피부를 보호함. 물리적으로 반사시킨다는 특성때문에 뻑뻑하여 잘 펴발리지 않고 얼굴이 하얗게 떠 보이는 백탁 현상이 발생함. 이러한 이유로 사용감이 좋지 않지 않아 소비자들이 잘 선호하지 않는다는 단점이 있지만, 화학적 자외선 차단제와 다르게, 바른 직후부터 자외선을 차단할 수 있고 피부 위에 오래 남아있다는 장점이 있음. 유지력이 좋다는 장점은 클렌징을 제대로 하지 않는다면 모공을 막아 트러블을 생성한다는 단점으로도 작용할 수 있음. 그렇기 때문에 무기자차 사용 시에는 2차 세안 혹은 2중 세안으로 클렌징 하는 것을 권장하고 있음. 대부분의 무기자차에는 크게 티타늄디옥사이드와 징크옥사이드 성분으로 이루어져있음.
(J) 화학적 자외선 차단제 : 유기계 자외선 차단제. 보통 줄여서 흔히들 유기자차라고도 불리움. 피부로 오는 자외선을 유기성분이 흡수해 열에너지로 전환시켜 피부를 보호함. 물리적 자외선 차단제와 다르게 바르자마자 효과가 나타나지 않기 때문에 밖으로 외출하기 전 최소 30분 전에는 발라야함. 이는 실험적으로 검증되었음. 흡수된 열에너지가 피부로 전달되기 때문에 유기자차는 민감성 피부에 자극적일 수 있으므로 민감성 피부는 유기자차가 아닌, 무기자차나 혼합자차 사용을 권장함. 또한, 뻑뻑하여 발림성이 좋지 않은 물리적 자외선 차단제와 다르게 피부에 잘 스며들며, 하얗게 뜨는 백탁 현상이 일어나지 않음. 이러한 특성때문에 무기자차보다 유기자차나 혼합자차를 많이 사용함. 옥시벤존, 아보벤존, 에칠헥메톡시신나메이트 등의 성분으로 이루어져 있으며 물리적 자외선 차단제보다 차단력이 크다는 효과를 가짐.
(K) 자외선 비즈 안에 들어있는 광변색 염료가 자외선으로 인해 색을 변화시키는 원리
자외선 비즈 안에 들어있는 광변색 염료 분자가 자외선을 받으면 분자의 구조가 변하면서 그림 속 오른쪽 분자 구조를 이루게 된다. 그림 속 오른쪽 분자 구조를 이루게 되면서 특정 파장의 빛을 반사하게 된다. 이를 통해서 우리는 자외선을 통해 자외선 비즈의 색 변화를 관찰할 수 있게 되는 것이다. 하지만 외부 에너지인 자외선을 제거하면 그림 속 왼쪽 분자 구조인 원래의 분자 구조로 되돌아오면서 처음의 색으로 돌아가게 된다. 즉, 자외선 비즈 안 광변색 염료가 자외선에 의해 분자 구조의 변형이 일어나면서 특정 파장의 빛을 반사하기 때문에 실험을 통해서 자외선 유무에 따라 색 변화 유무를 관찰할 수 있다는 것이다.
→ 이 실험을 통해 알 수 있는 점 : 자외선 차단제의 원리와 효과를 통해 우리가 일상생활 속에서 자외선 차단제를 바르고 다녀야 하는 이유를 알 수 있음.
3. 실험 과정
(1) 실험 시약 : 티타늄디옥사이드, 징크옥사이드, 알로에 분말, 아보카도 오일, 코코넛 오일, 비타민E, 비즈왁스, 시어버터
(2) 실험 기구 : 자외선 비즈, 선스틱 용기, 나무막대, 은박컵
1. 은박컵에 시어버터, 티타늄디옥사이드, 징크옥사이드, 코코넛 오일, 아보카도 오일, 비타민E를 넣고 섞어준다.
2. 비즈왁스를 은박컵에 넣고 가열장치를 사용해 녹여준다.
3. 비즈왁스가 다 녹으면 알로에 분말을 넣고 잘 섞어준다. 이때, 비즈 왁스나 코코넛 오일등 은박컵에 들어가 있는 내용물들은 지용성이고 알로에 분말은 수용성이므로 알로에 분말이 내용물과 잘 섞이기 위해서는 소량만 첨가해줄 수 있도록 한다.
4. 선스틱 용기에 용액을 담고 굳인다.
5. 완성된 선스틱의 내용을 일부 떼어와서 자외선 비즈에 발라준다.
6. 바르지 않은 자외선 비즈와 바른 자외선 비즈를 햇빛에 놓아준다. 이때, 자외선 비즈의 색이 변한 것과 변하지 않은 것을 구별해보고 어떤 것이 차단 효과가 높은 것인지 확인해본다.
4. 참고 문헌
1. 켐트리 친환경 선스틱 제품 설명서
2. Pubchem. https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/
3. K-MOOC 알기 쉬운 화장품과 피부 이야기 : 피부의 가치를 부여하는 화장품 이야기. www.kmooc.kr/courses/course-v1:KonkukK+konkuk_K007+2021_T1/about
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