CNC(Cellulose Nanocrystals) 함량 변화에 따른 에멀젼의 유변학적 및 안정성 특성 연구

A Study of the Rheological and Stability Characteristics of Emulsions with Cellulose Nanocrystal (CNC) Content.

본 연구는 합성 점증제를 보완할 수 있는 천연 소재로서 셀룰로오스 나노크리스탈(Cellulose Nanocrystals, CNC)의 활용 가능성을 평가하는 데에 목적이 있다. 합성 점증제의 사용량을 크게 줄이면서도 고점도 형태의 에멀젼을 안정적으로 유지하는 능력을 확인하는 것이다. Carbopol 940과 CNC의 조성을 각기 달리하여 총 4가지 에멀젼을 제조하였고 냉·해동 순환 안정성 시험, 온도 순환 안정성 시험, 가속안정성 시험을 통해 각각의 물리·화학적 특성을 비교하였다. 현미경 분석 결과 0.5% CNC가 단독 첨가된에멀젼이 가장 균일한 분산도를 보였고, CNC 함량이 증가할수록 응집 현상이 나타났다. 에멀젼 분석 결과백색의 에센스, 로션, 크림 제형이 제조되었고 그중에서도 CNC 0.5%와 소량의 Carbopol 940이 혼합된에멀젼은 Carbopol 940 0.5%가 단독 첨가된 샘플과 흡사한 수준의 고점도 크림 형태로 제조되었다. 두 에멀젼은 모든 안정성 시험에서 상 분리가 발생하지 않았고, 나머지 CNC 단독 첨가된 두 에멀젼은 크리밍현상이 나타났다. 종합적인 크리밍 분율 결과에서는 가장 극값들을 기준으로 50.49∼71.00%, 91.42∼ 96.77%로 CNC 농도가 증가함에 따라 높게 측정되었다. 각 pH 값이 화장품 안전기준에 속하는 범위인pH 3.0∼9.0 사잇값으로 이전 Cycle 대비 ±0.2 이내의 변화가 나타나 안정함을 확인하였다. 점도 변화 결과 부문에서 CNC와 소량의 Carbopol 940이 혼합 조성된 에멀젼이 Carbopol 940이 단독 첨가된 에멀젼에 비해 비교적 적은 변화 폭을 보여 안정적인 유변학적 특성을 갖는 것을 확인하였고, CNC가 단독 첨가된 에멀젼들은 점도가 낮게 측정되었으나 그 변화 폭이 상당히 미미하여 매우 안정적인 것을 확인하였다.

The purpose of this study is to evaluate the feasibility of utilizing Cellulose Nanocrystals (CNC) as a natural complementary agent to synthetic thickeners. The key objective was to determine their ability to stabilize high viscosity emulsions while significantly reducing the amount of synthetic thickener used. A total of four emulsions were prepared with different compositions of Carbopol 940 and CNC, and their physicochemical properties were compared using Freeze-Thaw Cycling, Temperature Cycling, and Accelerated Stability Tests. Microscopic analysis showed that the emulsion with 0.5% CNC only showed the most uniform dispersion, and agglomeration occurred as the CNC concentration increased. The emulsion analysis resulted in white essence, lotion, and cream formulations, with the emulsion containing 0.5% CNC mixed with a small amount of Carbopol 940 resulting in a highly viscous cream that was comparable to the sample containing 0.5% Carbopol 940 alone. These emulsions showed no phase separation in all stability tests, while the other two CNC-only emulsions showed creaming. The overall creaming fraction results increased with increasing CNC concentration, ranging from 50.49 to 71.00% and 91.42 to 96.77% for the most extreme values. Each pH value was within the range of pH 3.0 to 9.0 sat, which is within the cosmetic safety standard, and the change from the previous cycle was within ±0.2, confirming its stability. In terms of viscosity change results, the emulsion composed of a mixture of CNC and a small amount of Carbopol 940 showed a relatively small change compared to the emulsion with Carbopol 940 only, confirming that it has stable rheological properties, while the emulsion with CNC only showed a lower viscosity, but the change was quite insignificant, confirming that it is highly stable.