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WO2018062970A1 - 미세 유체 채널에 기반하여 순간 유화된 유화 물질을 함유하는 화장품 조성물 제조 장치 - Google Patents

미세 유체 채널에 기반하여 순간 유화된 유화 물질을 함유하는 화장품 조성물 제조 장치 Download PDF

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WO2018062970A1
WO2018062970A1 PCT/KR2017/011060 KR2017011060W WO2018062970A1 WO 2018062970 A1 WO2018062970 A1 WO 2018062970A1 KR 2017011060 W KR2017011060 W KR 2017011060W WO 2018062970 A1 WO2018062970 A1 WO 2018062970A1
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WO
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fluid
trauma
emulsified
cosmetic composition
tube
Prior art date
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PCT/KR2017/011060
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English (en)
French (fr)
Inventor
한경섭
남진
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Amorepacific Corp
Original Assignee
Amorepacific Corp
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Publication date
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    • B05B1/08—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to produce a jet, spray, or other discharge of particular shape or nature, e.g. in single drops, or having an outlet of particular shape of pulsating nature, e.g. delivering liquid in successive separate quantities

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for producing a cosmetic composition containing an emulsified material for discharging the emulsified material produced by the instantaneous emulsification by moving the trauma fluid and the inner fluid fluid along the microfluidic channel.
  • an emulsifying material can be conveniently prepared by emulsifying the emulsifying material such as O / W emulsified particles or W / O emulsified particles at the time required by the user. It relates to a cosmetic composition manufacturing apparatus to contain.
  • the fluid emulsification technique refers to a technique for dispersing a liquid of one of two fluids that do not mix with each other, such as water and oil, into small particles and dispersing the liquid in a stable state in the other liquid.
  • emulsification techniques are widely applied to lotions, creams, essences, massage creams, cleansing creams, makeup bases, foundations, eyeliners, mascaras and the like.
  • O / W (Oil in Water) emulsion particles are prepared by uniformly dispersing a hydrophobic fluid such as oil into a small particle state in a hydrophilic fluid such as water, or in a hydrophilic fluid By uniformly dispersing in a small particle state to prepare a water in oil (W / O) emulsion particles.
  • a hydrophobic fluid such as oil
  • W / O water in oil
  • Such O / W emulsified particles and W / O emulsified particles are called emulsions or emulsified materials.
  • an emulsified material using a hydrophilic fluid and a hydrophobic fluid was prepared by using a physical method.
  • a stirrer is operated to disperse particles of another fluid to one fluid after pouring both hydrophilic and hydrophobic fluids into a large container.
  • a stirrer was used such as a homomixer or a microfluidizer. That is, O / W emulsified particles or W / O emulsified particles were prepared by pouring a hydrophilic fluid and a hydrophobic fluid into a huge container and then mixing the fluids with each other using a stirrer.
  • the interfacial energy between the hydrophilic fluid and the hydrophobic fluid is lowered to easily form emulsions such as O / W emulsified particles or W / O emulsified particles, and maintain the interfacial membrane more firmly.
  • emulsions such as O / W emulsified particles or W / O emulsified particles
  • the emulsion is united, and the hydrophilic fluid and the hydrophobic fluid are separated from each other again. Can be.
  • a surfactant is added to maintain the emulsion state for a long time.
  • thickeners are added into the container to improve the viscosity of the cosmetic.
  • the thickener is added to the container, long-term stability of the product is ensured, and the viscosity of the product may be improved to improve application of the skin.
  • the housing is provided with a pump which is operable by the user to form an outer side;
  • a trauma container provided in the housing and containing a trauma fluid forming a trauma of an emulsifying material;
  • An inner wound container provided in the housing and containing an inner wound fluid forming an inner phase of an emulsifying material;
  • a fluid channel providing a path through which the trauma fluid and the inner wound fluid move and allowing the trauma fluid and the inner fluid to merge with each other to form the emulsifying material;
  • the fluid channel may further include a trauma fluid moving tube which is a path of trauma fluid flowing from the trauma container; An internal wound fluid moving tube which is a moving path of an internal wound fluid flowing from the inner wound container; A lamination part in which the trauma fluid moving tube and the inner wound fluid moving tube communicate with each other, wherein the trauma fluid flowing along the trauma fluid moving tube and the inner wound fluid flowing along the inner wound fluid moving tube meet each other; And an emulsifying action portion communicating with the lamination portion and emulsifying the trauma fluid and the inner wound fluid to form an emulsifying material.
  • the downstream side of the lamination portion is formed with an emulsifier moving tube which is connected to the lamination portion and the other side is connected to the end of the tube to provide a movement path of the emulsified material
  • the emulsifying action unit may be provided with a cosmetic composition manufacturing apparatus, characterized in that installed on the upstream side of the emulsified material moving tube.
  • the emulsifying action portion may be provided with a cosmetic composition manufacturing apparatus which is an orifice having a smaller width than the lamination portion.
  • the emulsification action unit emulsifies while moving the trauma fluid and the internal wound fluid in the same direction, emulsifies while moving so as to intersect the trauma fluid and the internal wound fluid, or of the trauma fluid to the lamination part
  • the aspect ratio of the inlet and the inlet of the inner fluid is controlled to emulsify, or the inner fluid, or a mixed fluid of the inner fluid and the outer fluid, passes through a membrane hole to form emulsified particles, or an electric field, a magnetic field, a centrifugal force, a laser.
  • the cosmetic composition manufacturing apparatus may be provided to form emulsified particles using a power source capable of generating any one or more of vibrations, or to form emulsified particles by changing the viscosity, interfacial tension and wettability of a fluid.
  • the emulsified material is discharged to the outside by the negative pressure generated in accordance with the operation of the pump, the tube is a cosmetic composition manufacturing apparatus containing an emulsified material, characterized in that the user is made of a transparent material so that the user can confirm from the outside May be provided.
  • a cosmetic composition manufacturing apparatus containing an emulsifying material may be provided, wherein the fluid channel has an inner wall of a property corresponding to the hydrophilicity of the trauma fluid.
  • the fluid channel is made of a hydrophilic material to provide a cosmetic composition manufacturing apparatus containing an emulsified material characterized in that the hydrophilic fluid is moved toward the inner wall of the fluid channel.
  • the water contact angle of the trauma fluid to the inner wall of the fluid channel is between 0 degrees and 50 degrees, and the HLB value of the surfactant added to the emulsified material is greater than 7 cosmetics containing an emulsified material
  • a composition preparation device may be provided.
  • the fluid channel is made of a hydrophobic material to provide a cosmetic composition manufacturing apparatus containing an emulsified material, characterized in that the hydrophobic fluid is moved toward the inner wall of the fluid channel.
  • the water contact angle of the traumatic fluid to the inner wall of the fluid channel is between 70 degrees and 120 degrees
  • the HLB value of the surfactant added to the emulsified material is less than 7 cosmetic composition containing an emulsified material
  • a portion of the fluid channel comprising a portion where the traumatic fluid and the inner fluid meet, wherein the fluid channel has an inner wall of a nature corresponding to the hydrophilicity of the trauma fluid and is located downstream of a portion of the fluid channel.
  • a cosmetic composition manufacturing apparatus containing an emulsified material, characterized in that it has an inner wall of a property corresponding to the hydrophilicity of the inner phase fluid.
  • the outer container and the inner container may be provided with a cosmetic composition manufacturing apparatus which is installed to be separated by a blocking film inside the housing.
  • the pump absorbs fluid by controlling button spring pump, syringe pump, tube pump, gear pump, porous pump, screw pump, pump that absorbs or discharges the fluid by capillary action, electric or vibration or sound wave or piezoelectric material. Or it may be provided with a cosmetic composition manufacturing apparatus which is one of the pump to discharge.
  • the emulsified material (emulsion) is produced by the user's pump operation and the external discharge of the made emulsified material is made, it is possible to manufacture and supply the emulsified material at the time required by the user. There is this.
  • the present invention uses the special fluid behavior characteristics of the fluids moving along the microfluidic channel and the O / W emulsified particles or W / O emulsified particles from the state of being stored as the raw material of the water and oil phase at the time required by the user
  • the same emulsified material can be conveniently prepared in a manner that is emulsified instantaneously.
  • the production and supply of the emulsified material is possible at the time required by the user, the advantage that can fully satisfy the needs of users who want to use a minimum of the surfactant and the thickener belonging to the chemical material There is this.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a cosmetic composition manufacturing apparatus containing an emulsified material according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing the configuration of a fluid channel in the apparatus.
  • FIG. 3 is an enlarged view of portion A of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a view showing a hydrophilic material coated on the emulsified material moving tube of the fluid channel.
  • FIG. 5 is a view showing a hydrophobic material coated on the emulsifier moving tube of the fluid channel.
  • 6A and 6B are views showing other examples of the emulsified material moving tube.
  • FIG. 7 is a perspective view showing the flow of fluid moving along the device by the user's pump operation.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a cosmetic composition manufacturing apparatus containing an emulsified material according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a plan view showing a configuration of a fluid channel in the apparatus, and
  • FIG. 3 is an enlarged view of portion A of FIG. 2.
  • the outer shape is formed by the housing (10).
  • One side of the housing 10 may be provided with a pump 70 operable by a user, the user can discharge the material in the housing 10 to the outside by pressing the pump 70.
  • the pump 70 operable by a user
  • the pressure of the movement path of the materials in the housing 10 becomes high.
  • the negative pressure is applied to the moving path of the materials and the materials are discharged to the outside.
  • Pump 70 is a means for discharging the fluid from the containers (21, 22) to emulsify the moment and to provide energy for discharging through the discharge port formed on the outside of the housing 10, it is disposed on one side of the housing (10)
  • the user control unit may be exposed to the outside of the housing 10, and the connection unit for discharging the mixed liquid to the outside may be provided inside the housing 10.
  • the raw material contained in the outer container 21 and the inner container 22 is supplied to the fluid channel 50 by the pressure generated by the pump 70, and the raw materials supplied to the fluid channel 50 are provided in a predetermined path. After moving along the instantaneous emulsification can be discharged to the pump 70 through the tube (60). To this end, the pump 70 may form a series of flow paths that communicate with each of the containers 21, 22.
  • the pump 70 is described as an example that includes a discharge portion exposed to the outside of the housing 10 to discharge the cosmetic, this is only one example and the spirit of the present invention is not limited thereto.
  • the discharge portion may be provided separately from the pump 70, and the pump 70 may be connected to any point of a series of flow paths connected from the containers 21 and 22 to the discharge portion to provide pressure.
  • the pump 70 is shown as an example of a push-type pump to apply a negative pressure on the movement path of the fluid in the housing 10 by the user presses and releases the operation unit.
  • the ejection of the raw material from the containers 21 and 22, the movement in the fluid channel 50, and the ejection of the cosmetic may be realized by the pressure in a single direction formed by the pump 70. Therefore, there is an advantage that the configuration of the device can be simplified.
  • non-powered pumps include button-spring pumps, syringe pumps, flexible tube pumps, gear pumps, porous pumps, thread inserting pumps, and the like.
  • a pump for absorbing or discharging fluid by capillary action may be applied by applying an orifice, a rollerball, a pencil, or the like to the discharge port.
  • a pump for controlling the electrical, vibration, sound waves, piezoelectric material (piezoelectric material) to absorb or discharge the fluid may be applied as the power pump.
  • the housing 10 is provided with a trauma container 21 in which the trauma fluid is accommodated, and an inner trauma container 22 in which the trauma fluid is accommodated.
  • the trauma container 21 and the inner container 22 may be provided inside the housing 10 to form one fluid container 20.
  • a blocking film 23 extending in the vertical direction and separating the inner space of the fluid receiving part 20 is installed at the center of the fluid receiving part 20. The trauma fluid is accommodated on one side of the barrier film 23 to form the trauma container 21, and the trauma fluid is received on the other side to form the inner container 22.
  • the trauma container 21 and the trauma container 22 are respectively connected to the trauma fluid injection tube 30 and the trauma fluid injection tube 40 which are the paths of trauma fluid and the trauma fluid stored therein. That is, the trauma fluid accommodated in the trauma container 21 may be discharged out of the trauma container 21 along the trauma fluid injection tube 30. Similarly, the inner wound fluid contained in the inner wound container 22 may be discharged out of the inner wound container 22 along the inner wound fluid inlet tube 40.
  • the fluid channel 50 may be formed on the bottom surface of the housing 10, for example, in the form of a moving passage for moving the fluid.
  • the installation position and shape of the fluid channel 50 is not limited thereto.
  • opening and closing control means such as valves may be provided at the connection portions of the respective containers 21 and 22 and the flow paths 30 and 40 so that the contents may be discharged into the flow paths 30 and 40 only when pressure is applied. .
  • the present invention instead of using a syringe pump using a positive pressure as a cosmetic composition manufacturing apparatus, a microfluidic channel 50 using a single negative pressure was applied. That is, the present invention has the advantage that the apparatus according to the present invention can be directly applied to a general cosmetic container and pump structure by using a method in which a single negative pressure is applied to the microfluidic channel 50 as a discharge method of the emulsified material.
  • the interfacial fluid and the interphase fluid have high interfacial tension and do not easily mix with each other, it has been quite difficult to form and maintain emulsion particles without using an excessive amount of surfactant (1% to 5%).
  • the surfactant or the like is used. There is an advantage that the emulsification can be achieved quickly by not using or adding a minimum amount.
  • the principle that any one of the two fluids that do not easily mix with each other breaks the flow of the other fluid to form emulsified particles may also help to reduce the surfactant.
  • the present invention has developed a microfluidic channel 50 applicable to the container, and adopted an instant emulsification method that enables emulsification based on the amount of discharge once at a desired time.
  • injection holes communicating with the trauma fluid injection tube 30 and the internal injury fluid injection tube 40 may be formed. That is, the fluid channel 50 is an inner wound which is an inlet passage of the inner fluid which moves along the trauma fluid inlet 51 and the inner wound fluid inlet 51, which is an inlet passage of the trauma fluid moved along the trauma fluid inlet 30. Fluid inlet 54.
  • the trauma fluid introduced into the fluid channel 50 through the trauma fluid inlet 51 may be divided into a first branch pipe 52 and a second branch pipe 53 to be moved downstream to the pump 70.
  • downstream means a direction in which the fluid stored in the fluid receiving portion 20 is discharged to the outside through the pump 70 through the fluid channel 50 and the tube 60 by a user's pump operation. do.
  • the first branch pipe 52 and the second branch pipe 53 may be referred to as trauma fluid moving pipes because they provide a path of trauma fluid in the fluid channel 50.
  • the internal wound fluid introduced into the fluid channel 50 through the internal wound fluid inlet 54 may be moved downstream along the internal wound fluid moving tube 55.
  • the trauma fluid moving tube that is, the trauma fluid moving along the first branch pipe 52 and the second branch pipe 53 and the inner wound fluid moving along the inner wound fluid moving pipe 55 are mutually supported at the lamination part 56.
  • the lamination portion 56 means a point where the trauma fluid and the inner fluid meet first in the housing 10.
  • the trauma fluid and the internal fluid which are met at the lamination part 56 pass through the emulsification part 58 and become an emulsion, that is, an emulsion material.
  • an emulsion material that is, an emulsion material.
  • the orifice 58 having a relatively narrower width than the lamination portion 56 is provided as the emulsifying action portion (58).
  • the trauma fluid and the inner fluid which are met at the lamination part 56 pass through the orifice 58 and the direction of force of the trauma fluid in the narrowing direction (vertical direction) inside the orifice 58 and the flow direction of the fluid (horizontal direction) (orifice ( 58) the shear force is applied to the inner phase fluid in a diagonal direction gathered toward the center side to interrupt the flow of the inner phase fluid and form an emulsifying material.
  • capillary instability increases when two non-mixing fluids pass through the orifice 58 with the interface unstable, and the channel with the orifice 58 does not have a small energy compared to the channel without the channel.
  • the flow can be interrupted and the broken internal fluid is formed into a sphere to maintain a stable state.
  • the emulsification unit 58 is to allow the trauma fluid to stop the flow of the mixed fluid so that the mixed fluid is dispersed in the trauma fluid in the form of particles.
  • the orifice is provided as the emulsification unit 58.
  • the spirit of the present invention is not limited thereto.
  • the emulsification method using the orifice as in the present embodiment may be referred to as flow-focusing emulsification, which allows the fluids of different phases to flow in the same direction, but by placing the orifices at the confluence of the trauma fluid This allows the flow to break (Flow-Focusing).
  • the flow of the trauma fluid changes in the diagonal direction inside the orifice and can transmit a stronger shear force to the mixed fluid, thereby forming emulsified particles more easily and forming emulsified particles of a certain size.
  • various embodiments may be applied to the emulsifying unit 58.
  • a method of emulsifying while moving fluids of different phases in the same direction (Co-Flow method), so that fluids of different phases may intersect.
  • Method of emulsifying while moving (Cross-Flow method)
  • Method of forming emulsified particles in the lamination part (Step Emulsification method)
  • Step Emulsification method by controlling the aspect ratio of the inlet of the trauma fluid to the lamination part and the inlet of the inner phase fluid to be large or low.
  • a method of forming emulsion particles by passing a mixed fluid of two phases through a hole of a membrane may be used (Membrane Emulsification method).
  • the emulsifying unit 58 may use a power source, for example, an electric field, a magnetic control, a centrifugal control, an optical control, a vibration control, a piezoelectric material.
  • a power source for example, an electric field, a magnetic control, a centrifugal control, an optical control, a vibration control, a piezoelectric material.
  • a channel in which emulsion particles are formed using Piezoelectric control or the like may be used.
  • the emulsifying unit 58 may form emulsified particles by changing the viscosity, interfacial tension and wettability of the fluid, for example, electrorheological (ER) or magnetorheological (MR) fluids, photo-sensitive Fluids may be applied.
  • ER electrorheological
  • MR magnetorheological
  • the emulsified material formed through the orifice 58 is moved toward the tube 60 along the emulsified material moving tube 57.
  • an emulsifier discharge port 59 is formed at the end of the emulsifier moving tube 57 to communicate with the tube 60 to serve as a passage through which the emulsifier material exits the fluid channel 50.
  • upstream refers to a direction opposite to the direction of movement of the fluid by the user's pump operation as an opposite direction of “downstream", that is, the pump 70, the tube 60, the fluid channel 50 and the fluid. Means the direction toward the receiving portion 20.
  • the size and content of the emulsified particles is an important factor in determining the quality of the cosmetics.
  • the injection ratio of the trauma fluid to the internal fluid is generally equal or higher.
  • the injection amount of the trauma fluid may be 1 to 30 times the injection amount of the internal fluid.
  • the inflow velocity of the fluid is determined by the structural elements of the fluid channel 50 and the flow conditions of the fluid, and thus the size and content of the emulsified particles. Will be different.
  • Structural elements of the fluid channel 50 may be, for example, the height ratio of the channel, the width of the orifice, and the width ratio of the injection channel of each fluid.
  • the flow conditions of the fluid may include, for example, the strength of the negative pressure, the flow rate ratio of the two fluids, and the viscosity ratio of the two fluids.
  • Emulsion particles have a smaller channel height, a narrow orifice width, a higher negative pressure intensity, a larger flow rate ratio of the trauma fluid to the internal fluid, and a higher viscosity of the internal fluid than the trauma fluid.
  • the size of the emulsion particles is increased, and on the contrary, the size of the emulsified particles is increased.
  • a method for adjusting the flow rate ratio between the inner-phase fluid and the trauma fluid a method of adjusting the inner diameter of each injection port of the inner-phase fluid and the trauma fluid is used. Specifically, when the inner diameter of the trauma fluid inlet is made twice as large as the inner diameter of the inner wound fluid inlet, the flow rate of the trauma fluid under the single negative pressure is increased by two times compared to the inner wound fluid. In this way, the flow rate ratio between the inner fluid and the outer fluid can be adjusted. In addition, in order to increase the content of the emulsified particles, the flow rate ratio of the two fluids should be made to be the same as much as possible. However, when the inner phase fluid moves faster than the trauma fluid, the trauma fluid lacks a force to cut off the flow of the inner fluid, thereby making it difficult to form emulsion particles.
  • the width ratio of the trauma fluid channel and the inner fluid fluid channel by adjusting the width ratio of the trauma fluid channel and the inner fluid fluid channel, the content of the emulsified particles due to the speed control at the portion where the two fluids meet (the lamination part) even without adjusting the injection flow rate ratio of the two fluids.
  • the width of the trauma fluid channel is reduced to half the width of the trauma fluid channel, even if the trauma fluid is injected twice as fast, the trauma fluid is twice as fast at the joint where the two fluids meet, Not only emulsified particles are formed in the same effect as when the inner phase fluid is injected at the same flow rate ratio, but also because the inner fluid is doubled, the content can also be doubled.
  • the emulsified material having passed through the emulsified material moving tube 57 in which the orifice 58 is formed is moved to the tube 60 through the emulsified particle discharge port 59.
  • the tube 60 is made of a transparent material so that the user can check the emulsified material moved through the tube 60 from the outside.
  • the part surrounding the tube 60 of the housing 10 should also be made of a material that can be visually confirmed from the outside so that the emulsified material moved through the tube 60 can be confirmed from the outside.
  • a pump 70 is installed at the end of the tube 60, and the user may take out the emulsified substance that has passed through the cosmetic composition manufacturing apparatus 1 through the outlet of the pump 70.
  • the fluid channel 50 may vary in properties of the material produced according to the hydrophilicity of the trauma fluid.
  • the material for producing the fluid channel 50 will be described.
  • FIG. 4 is a view showing a hydrophilic material coated on the emulsified material moving tube of the fluid channel.
  • FIG. 5 is a view showing a hydrophobic material coated on an emulsifier moving tube of the fluid channel.
  • the trauma fluid contained in the trauma container 21 is a hydrophilic fluid and the inner trauma fluid contained in the inner container 22 is a hydrophobic fluid
  • the emulsified material passed through the fluid channel 50 is O. / W becomes an emulsified particle.
  • the emulsifier moving tube 57 is preferably made of a hydrophilic material or the inner wall of the tube in contact with the fluid is coated with a hydrophilic material.
  • the emulsifying material has a configuration in which the outside is made of a hydrophilic fluid and the hydrophobic fluid is dispersed therein, when the emulsifying material moving tube 57 is made of a hydrophilic material, the hydrophilic fluid part of the emulsifying material is formed into an emulsifying material moving tube ( It is attracted to the wall of 57). Therefore, the O / W emulsion particles as described above can be smoothly moved along the emulsion material moving tube 57 while maintaining the shape and structure.
  • the emulsified material moving tube 57 is described as being made of a hydrophilic material.
  • the fluid channels 50 may be made of all hydrophilic materials.
  • only a part of the emulsifier moving tube 57 may be made of a hydrophilic material.
  • an example in which the inner wall of the emulsifier moving tube 57 is coated with a hydrophilic material may be possible.
  • the water contact angle may be set to 0 degrees to 50 degrees when the emulsion moving tube 57 has hydrophilicity. In this case, the O / W emulsion particles may flow more smoothly.
  • the emulsifier moving tube 57 is made of a hydrophilic material, the hydrophilic fluid portion of the emulsifying material is attracted to the wall of the emulsion moving tube 57. Therefore, the O / W emulsion particles can be stably produced.
  • a surfactant having a high hydrophile-lipophile balance (HLB) value is an index which shows the balance of hydrophilicity and hydrophobicity, and it is preferable that the HLB value of surfactant added to an emulsifying material is more than seven. That is, a large HLB value means that the ratio of hydrophilicity is large, and if the value is more than 7, preferably 8 to 16, O / W emulsified particles are easily generated.
  • the interfacial tension between the trauma fluid and the inner phase fluid has become an important factor in forming the emulsified particles. That is, in the past, the phase of the emulsified particles was determined by the HLB value of the surfactant regardless of the hydrophilicity of the inner wall of the channel or the vessel.
  • the entire emulsification apparatus is configured by using a surfactant having an HLB value matching the phase of the emulsified particles.
  • the trauma fluid contained in the trauma container 21 is a hydrophobic fluid and the inner fluid contained in the inner container 22 is a hydrophilic fluid
  • the emulsified material passed through the fluid channel 50 is W /. O becomes an emulsified particle.
  • the emulsifier moving tube 57 is preferably made of a hydrophobic material or the inner wall of the moving tube is coated with a hydrophobic material.
  • the emulsifying material has a configuration in which the outside is made of a hydrophobic fluid and the hydrophilic fluid is dispersed therein, when the emulsifying material moving tube 57 is made of a hydrophobic material, the hydrophobic fluid portion of the emulsifying material is formed into an emulsifying material moving tube ( It is attached to the wall of 57). Therefore, the above W / O emulsified particles can be smoothly moved along the emulsified material moving tube 57 while maintaining its shape and structure.
  • the emulsifier moving tube 57 is described as being made of a hydrophobic material in this embodiment, the fluid channels 50 are all made of a hydrophobic material in consideration of manufacturing convenience, or only a part of the emulsion moving tube 57 is hydrophobic. It is also possible to make the material.
  • the contact angle WCA with water may be set to 70 degrees to 120 degrees.
  • the W / O emulsified particles may flow more smoothly.
  • the emulsifier moving tube 57 is made of hydrophobic material, the hydrophobic fluid portion of the emulsifying material is attracted to the wall of the emulsion moving tube 57. Therefore, the W / O emulsified particles can be stably produced.
  • a surfactant having a low hydrophile-lipophile balance (HLB) value it is preferable to add a small amount of a surfactant having a low hydrophile-lipophile balance (HLB) value to the W / O emulsified particles.
  • HLB value of the surfactant added to the emulsifying material is preferably less than 7. That is, a large HLB value means that the ratio of hydrophobicity is large, and if the value is less than 7, preferably 3 to 6, W / O emulsified particles are easily generated.
  • hydrophobic fluids which are internal phase fluids, are prepared in an amount of 0% to 30%. This hydrophobic fluid is injected into the fluid channel 50 through the internal wound fluid inlet 54, and the hydrophilic fluid, which is a trauma fluid, is injected into the fluid channel 50 through the trauma fluid inlet 51.
  • the hydrophilic fluid which is an inner phase fluid is prepared in a content of 50% to 80%.
  • the hydrophobic fluid which is a traumatic fluid
  • the hydrophilic fluid which is an internal fluid
  • the trauma fluid channel is divided into two branch pipes, thereby doubling the formation process and speed of the emulsified particles.
  • the hydrophilicity of the channel inner wall is the factor that has the greatest influence on the formation of the emulsified particles in the microfluidic channel 50. Even when the hydrophilic fluid is injected, the hydrophilic fluid moves to the inner phase while passing through the emulsion moving tube 57.
  • FIG. 6 is a view showing modified examples of the emulsified material moving tube shown in FIG. 4.
  • the emulsion material transfer tube 57 is made of a hydrophilic material or the inner wall coating upstream portion is made of hydrophobic material, the downstream portion is made of a hydrophobic material or inner wall coating This can be done.
  • the trauma fluid is a hydrophilic fluid
  • the inner fluid is a hydrophobic fluid.
  • the emulsified material entering the emulsifier moving tube 57 forms O / W emulsion particles in a state in which a hydrophobic fluid is located in the hydrophilic fluid in an upstream portion of the emulsifying material moving tube 57.
  • the stable O / W emulsion particles in this state will pass through the downstream portion of the emulsion moving tube 57, the inner wall is made or coated with a hydrophobic material.
  • the inner wall of the stable O / W emulsified particles are in contact with the wall of the downstream portion of the emulsified material moving tube 57 to the minimum area because the hydrophilic fluid is located.
  • the stable O / W emulsified particles move upstream of the emulsified substance moving tube 57 to move to the emulsified particle discharge port 59 with minimal frictional force, so that the O / W emulsified particles are firmly in shape and structure. I can keep it.
  • the emulsified material moving tube 57 may be made of a hydrophobic material or an inner wall coating of an upstream part, and a downstream part of a hydrophilic material. Inner wall coating may be achieved.
  • the trauma fluid is a hydrophobic fluid
  • the inner fluid is a hydrophilic fluid.
  • the emulsified material entered into the emulsified material moving tube 57 forms W / O emulsified particles in an upstream portion of the emulsified material moving tube 57.
  • the stabilized W / O emulsified particles pass through the downstream portion of the emulsified material moving tube 57 whose inner wall is made or coated with a hydrophilic material.
  • the hydrophobic fluid since the hydrophobic fluid is located on the inner wall of the stable W / O emulsified particles, the hydrophobic fluid comes into contact with the wall of the downstream portion of the emulsified material moving tube 57 only in a minimum area.
  • the stable W / O emulsified particles move upstream of the emulsified substance moving tube 57 to move to the emulsified particle discharge port 59 with minimal frictional force, thereby maintaining the shape and structure of the W / O emulsified particles continuously. It becomes possible.
  • FIG. 7 is a perspective view showing the flow of fluid moving along the device by the user's pump operation.
  • the trauma fluid may be a hydrophilic fluid such as water and the inner phase fluid may be a hydrophobic fluid such as oil.
  • the hydrophilic fluid and the hydrophobic fluid are stored separately in separate containers. For example, hydrophilic fluid is stored in the trauma container 21 and hydrophobic fluid is stored in the inner box container 22.
  • the hydrophilic fluid is moved along the trauma fluid inlet tube 30 to the trauma fluid inlet 51 of the fluid channel 50, and the hydrophobic fluid of the fluid channel 50 along the inner trauma fluid inlet tube 40. It moves to the inner phase fluid inlet 54.
  • the hydrophilic fluid transferred to the fluid channel 50 moves to the lamination section 56 along the first branch pipe 52 and the second branch pipe 53, and the hydrophobic fluid flows along the inner phase fluid moving pipe 55.
  • the branch 56 is moved. In other words, the hydrophilic fluid and the hydrophobic fluid meet each other at the lamination portion 56 of the fluid channel 50.
  • the inner fluid and the outer fluid flow through the orifice 58, and an emulsification phenomenon occurs, and the emulsified material passed through the orifice 58 moves along the emulsion moving tube 57.
  • the emulsified material formed by this process is called O / W (Oil in Water) emulsified particles because the oil is dispersed in water. That is, the emulsified material in a form in which the hydrophilic fluid surrounds the hydrophobic fluid is made.
  • the O / W emulsified particles passing through the emulsifier discharge port 59 of the fluid channel 50 may be discharged to the user through the inlet of the pump 70 through the tube 60.
  • the trauma fluid may be a hydrophobic fluid such as an oil and the internal fluid may be a hydrophilic fluid such as water. Hydrophobic fluid is then stored in the trauma container 21 and hydrophilic fluid is stored in the inner container 22.
  • the hydrophobic fluid moves along the trauma fluid inlet tube 30 to the trauma fluid inlet 51 of the fluid channel 50, and the hydrophilic fluid of the fluid channel 50 along the inner trauma fluid inlet tube 40. It moves to the inner phase fluid inlet 54.
  • the hydrophobic and hydrophilic fluids moved to the fluid channel 50 are met at the laminations 56 of the fluid channel 50.
  • the inner fluid and the outer fluid flow through the orifice 58, and an emulsification phenomenon occurs, and the emulsified material passed through the orifice 58 moves along the emulsion moving tube 57.
  • the emulsified material formed by this process is called W / O (Water in Oil) emulsified particles because water is dispersed in oil.
  • W / O Water in Oil
  • an emulsifying material is formed in which the hydrophobic fluid surrounds the hydrophilic fluid.
  • the W / O emulsified particles passing through the emulsifier discharge port 59 of the fluid channel 50 may pass through the tube 60 to be taken out to the user through the injection port of the pump 70.
  • an emulsified material (emulsion) is produced by the user's pump operation and an external discharge of the made emulsified material is made, so that an emulsified material can be produced and supplied at a time required by the user.
  • the surfactant or thickener used to prepare the emulsified material can be reduced with minimal use. There is this.
  • the present invention relates to a cosmetic composition manufacturing apparatus containing an emulsified material emulsified on the basis of a microfluidic channel, which is applicable to the cosmetic industry.

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Abstract

본 발명은 미세 유체 채널에 기반하여 순간 유화된 유화 물질을 함유하는 화장품 조성물 제조 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 외형을 이루고 일측에 사용자에 의해 조작 가능한 펌프가 설치되는 하우징; 상기 하우징에 제공되고, 유화 물질의 외상을 이루는 외상 유체를 수용하는 외상 용기; 상기 하우징에 제공되고, 유화 물질의 내상을 이루는 내상 유체를 수용하는 내상 용기; 상기 외상 유체와 상기 내상 유체가 이동되는 경로를 제공하고 상기 외상 유체와 상기 내상 유체가 서로 합쳐짐으로써 상기 유화 물질을 형성하게 하는 유체 채널; 및 상기 유화 물질을 상기 유체 채널로부터 배출하는 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 유화 물질을 함유하는 화장품 조성물 제조 장치가 제공될 수 있다.

Description

미세 유체 채널에 기반하여 순간 유화된 유화 물질을 함유하는 화장품 조성물 제조 장치
본 발명은 외상 유체와 내상 유체가 미세 유체 채널을 따라 이동하여 순간 유화가 이루어짐으로써 제작되는 유화 물질을 외부로 토출시키기 위한 유화 물질을 함유한 화장품 조성물 제조 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 미세 유체 채널을 따라 이동하는 유체들의 특별한 유체 거동 특성을 이용하여 사용자가 필요로 하는 시점에서 O/W 유화입자 또는 W/O 유화입자와 같은 유화 물질을 순간 유화되는 방식으로 편리하게 제조할 수 있는 유화 물질을 함유하는 화장품 조성물 제조 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 유체의 유화 기술이란 물과 오일처럼 서로 섞이지 않는 두 가지 유체 중 하나의 액체를 작은 입자로 분산시켜서 다른 하나의 액체 내에 안정한 상태로 분산 배치시키는 기술을 의미한다. 화장품 분야에서, 유화 기술은 로션, 크림, 에센스, 마사지 크림, 클렌징 크림, 메이크업 베이스, 파운데이션, 아이라이너, 마스카라 등에 광범위하게 적용되고 있다. 즉, 위에서 나열한 화장품을 제조하기 위해, 물과 같은 친수성 유체 내에 오일과 같은 소수성 유체를 작은 입자 상태로 균일하게 분산시킴으로써 O/W(Oil in Water) 유화입자를 제작하거나, 또는 소수성 유체 내에 친수성 유체를 작은 입자 상태로 균일하게 분산시킴으로써 W/O(Water in Oil) 유화입자를 제작한다. 이와 같은 O/W 유화입자와, W/O 유화입자는 에멀션(emulsion) 또는 유화 물질이라 불리고 있다.
이러한 유화 물질을 제조하기 위하여, 종래에는 물리적인 방법을 사용하여 친수성 유체와 소수성 유체를 이용한 유화 물질을 제조하였다. 예를 들어, 대한민국 등록특허공보 제10-0222000호에 개시된 것처럼, 종래에는 거대한 용기에 친수성 유체와 소수성 유체를 모두 쏟아 부은 후에 일 유체에 대한 다른 유체의 입자를 분산시키기 위하여 교반기를 작동하였다. 예를 들어, 교반기는 호모믹서 또는 마이크로플루디어저 등이 사용되었다. 즉, 거대한 용기 내에 친수성 유체와 소수성 유체를 부은 후, 교반기를 이용해 유체들을 서로 섞음으로써 O/W 유화입자 또는 W/O 유화입자가 제작되었다.
위와 같은 작업에 더하여, 용기 내에 계면활성제를 투입함으로써, 친수성 유체와 소수성 유체간의 계면에너지를 낮춰서 O/W 유화입자 또는 W/O 유화입자와 같은 에멀션이 용이하게 형성되며, 계면 막을 보다 단단하게 유지시켜서 유화입자의 합일을 방지한다. 구체적으로, 교반기의 작업에 의해 O/W 유화입자나 W/O 유화입자와 같은 에멀션이 형성되더라도, 교반기의 작업이 정지되어 일정 시간이 흐르면 에멀션이 합일되어, 다시 친수성 유체와 소수성 유체가 서로 분리될 수 있다. 이러한 현상을 방지하기 위해, 즉, 유화된 작은 입자들이 안정되어 에멀션 상태를 오랜 기간 동안 유지하기 위해 계면활성제가 투입된다.
또한, 유화 물질의 유동도를 낮춤으로써 합일 및 분리를 막아주고, 화장품의 점도성을 향상시키기 위해 용기 내에 추가로 점증제가 투입된다. 점증제가 용기 내에 투입됨으로써 제품의 장기 안정도가 보장되며, 제품의 점도성이 향상되어 피부에 발림성이 좋아지게 될 수 있다.
그러나, 위와 같은 종래 기술에 따르면, 유화 물질을 함유한 화장품 조성물의 제작 시, 대량의 유화 물질을 미리 제조한 이후에 사용자의 요구에 맞추어 기 제작된 제품을 판매해야 하므로 유화 물질의 제작 시기와 사용자의 실제 사용 시기 사이에 긴 공백 기간이 발생하게 되는 문제점이 있었다.
또한, 대량의 유화 물질을 오랜 기간 보관 시, 제품의 장기적인 안정도를 고려하여 제작, 포장, 운송 등의 과정에서 여러 제약이 발생할 수 밖에 없는 문제점이 있었다.
또한, 화장품 분야의 고객들은 화학 물질에 속하는 계면활성제와 점증제를 최소한으로 사용한 제품에 대한 요구가 꾸준히 늘어가고 있지만, 종래에는 제품의 오랜 보관만을 고려할 뿐, 위와 같은 소비자들의 요구를 전혀 고려하지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 미세 유체 채널에서의 유체들의 거동 특성을 이용하여 O/W 유화입자나 W/O 유화입자와 같은 유화 물질(에멀션)을 사용자가 필요로 하는 시점에 순간 유화되는 방식으로 제조함으로써 유화 물질의 제작과 동시에 사용자의 제품 이용이 이루어질 수 있는 유화 물질을 함유하는 화장품 조성물 제조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 외형을 이루고 일측에 사용자에 의해 조작 가능한 펌프가 설치되는 하우징; 상기 하우징에 제공되고, 유화 물질의 외상을 이루는 외상 유체를 수용하는 외상 용기; 상기 하우징에 제공되고, 유화 물질의 내상을 이루는 내상 유체를 수용하는 내상 용기; 상기 외상 유체와 상기 내상 유체가 이동되는 경로를 제공하고 상기 외상 유체와 상기 내상 유체가 서로 합쳐짐으로써 상기 유화 물질을 형성하게 하는 유체 채널; 및 상기 유화 물질을 상기 유체 채널로부터 배출하는 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 유화 물질을 함유하는 화장품 조성물 제조 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 유체 채널은, 상기 외상 용기로부터 유입되는 외상 유체의 이동 경로인 외상 유체 이동관; 상기 내상 용기로부터 유입되는 내상 유체의 이동 경로인 내상 유체 이동관; 상기 외상 유체 이동관과 상기 내상 유체 이동관이 서로 연통되는 부분으로서 상기 외상 유체 이동관을 따라 흐르는 외상 유체와 상기 내상 유체 이동관을 따라 흐르는 내상 유체가 서로 만나는 합지부; 및 상기 합지부와 연통되고, 상기 외상 유체와 상기 내상 유체를 유화시켜 유화 물질을 형성하는 유화 작용부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유화 물질을 함유하는 화장품 조성물 제조 장치가 제공될 수 있다.
또한, 유체의 이동 흐름을 기준으로, 상기 합지부의 하류에는 일측이 상기 합지부에 연결되고 타측이 상기 튜브의 단부에 연결되어 상기 유화 물질의 이동 경로를 제공하는 유화물질 이동관이 형성되고, 상기 유화 작용부는 상기 유화물질 이동관의 상류 측에 설치되는 것을 특징으로 하는 화장품 조성물 제조 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 유화 작용부는 상기 합지부보다 작은 폭을 갖는 오리피스인 화장품 조성물 제조 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 유화 작용부는, 상기 외상 유체와 상기 내상 유체를 같은 방향으로 이동시키면서 유화시키거나, 상기 외상 유체와 상기 내상 유체를 교차할 수 있도록 이동시키면서 유화시키거나, 상기 합지부로의 상기 외상 유체의 진입구와 상기 내상 유체의 진입구의 종횡비를 조절하여 유화시키거나, 상기 내상 유체, 또는 상기 내상 유체와 상기 외상 유체의 혼합 유체를 멤브레인 구멍으로 통과시켜 유화 입자를 형성하거나, 전기장, 자기장, 원심력, 레이저, 진동 중 어느 하나 또는 그 이상을 발생시킬 수 있는 동력원을 이용하여 유화 입자를 형성하거나, 유체의 점도와, 계면장력, 젖음성을 변화시켜 유화입자를 형성하는 화장품 조성물 제조 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 유화 물질은 상기 펌프의 작동에 따라 발생하는 음압에 의해 외부로 토출되고, 상기 튜브는 사용자가 외부에서 확인할 수 있도록 투명한 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 유화 물질을 함유하는 화장품 조성물 제조 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 유체 채널은 상기 외상 유체의 친수도에 대응하는 성질의 내벽을 가지는 것을 특징으로 하는 유화 물질을 함유하는 화장품 조성물 제조 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 외상 유체가 친수성 유체이면, 상기 유체 채널은 친수성 재료로 제조되어 상기 친수성 유체가 상기 유체 채널의 내벽을 향하여 이동하게 되는 것을 특징으로 하는 유화 물질을 함유하는 화장품 조성물 제조 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 유체 채널의 내벽에 대한 상기 외상 유체의 물 접촉 각은 0도 내지 50도 사이이고, 상기 유화 물질에 첨가되는 계면활성제의 HLB 값은 7 초과인 것을 특징으로 하는 유화 물질을 함유하는 화장품 조성물 제조 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 외상 유체가 소수성 유체이면, 상기 유체 채널은 소수성 재료로 제조되어 상기 소수성 유체가 상기 유체 채널의 내벽을 향하여 이동하게 되는 것을 특징으로 하는 유화 물질을 함유하는 화장품 조성물 제조 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 유체 채널의 내벽에 대한 상기 외상 유체의 물 접촉 각은 70도 내지 120도 사이이고, 상기 유화 물질에 첨가되는 계면활성제의 HLB 값은 7 미만인 것을 특징으로 하는 유화 물질을 함유하는 화장품 조성물 제조 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 외상 유체와 상기 내상 유체가 만나는 부분을 포함하는 상기 유체 채널의 일 부분은 상기 외상 유체의 친수도에 대응하는 성질의 내벽을 가지고, 상기 유체 채널의 일부분의 하류에 위치하는 상기 유체 채널의 다른 부분은 상기 내상 유체의 친수도에 대응하는 성질의 내벽을 가지는 것을 특징으로 하는 유화 물질을 함유하는 화장품 조성물 제조 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 외상 용기와 상기 내상 용기는 상기 하우징의 내부에 차단막에 의해 분리되도록 설치되는 화장품 조성물 제조 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 펌프는 버튼 스프링 펌프, 시린지 펌프, 튜브 펌프, 기어 펌프, 다공성 펌프, 나사 펌프, 모세관 현상에 의해 유체를 흡수하거나 토출하는 펌프, 전기 또는 진동 또는 음파 또는 압전물질을 제어하여 유체를 흡수하거나 토출하는 펌프 중 하나인 화장품 조성물 제조 장치가 제공될 수 있다.
제안되는 본 발명에 따르면, 사용자의 펌프 조작에 의해 유화 물질(에멀션)이 제작됨과 동시에, 만들어진 유화 물질의 외부 토출이 이루어지게 되므로, 사용자가 필요로 하는 시점에 유화 물질의 제작 및 공급이 가능한 장점이 있다.
이에 따라, 대량의 유화 물질을 오랜 기간 보관할 필요가 없어지므로, 제품의 장기적인 안정도를 고려한 보관, 운송 등의 여러 제약 조건이 본 발명에서는 더 이상 적용되지 않게 되는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 미세 유체 채널을 따라 이동하는 유체들의 특별한 유체 거동 특성을 이용하여 사용자가 필요로 하는 시점에 수상과 유상의 원료로 보관되던 상태로부터 O/W 유화입자 또는 W/O 유화입자와 같은 유화 물질을 순간 유화되는 방식으로 편리하게 제조할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 사용자가 필요로 하는 시점에 유화 물질의 제작 및 공급이 가능하므로, 화학 물질에 속하는 계면활성제와 점증제를 최소한으로 사용하기를 원하는 사용자의 요구를 충분히 만족시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유화 물질을 함유하는 화장품 조성물 제조 장치를 보여주는 사시도이다.
도 2는 상기 장치 중 유체 채널의 구성을 보여주는 평면도이다.
도 3은 도 2의 A 부분을 확대하여 보여주는 도면이다.
도 4는 상기 유체 채널의 유화 물질 이동관에 친수성 재료가 코팅된 모습을 보여주는 도면이다.
도 5는 상기 유체 채널의 유화 물질 이동관에 소수성 재료가 코팅된 모습을 보여주는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 상기 유화 물질 이동관의 다른 예들을 보여주는 도면이다.
도 7은 사용자의 펌프 조작에 의해 상기 장치를 따라 이동하는 유체의 흐름을 보여주는 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용은 제한되지 않는다. 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유화 물질을 함유하는 화장품 조성물 제조 장치를 보여주는 사시도이다. 그리고, 도 2는 상기 장치 중 유체 채널의 구성을 보여주는 평면도이고, 도 3은 도 2의 A 부분을 확대하여 보여주는 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 화장품 조성물 제조 장치(1)는, 그 외형이 하우징(10)에 의해 형성된다. 하우징(10)의 일측에는 사용자에 의해 조작 가능한 펌프(70)가 제공될 수 있고, 사용자는 펌프(70)를 가압함으로써 하우징(10) 내의 물질들을 외부로 토출시킬 수 있다. 예를 들어, 사용자가 펌프(70)를 가압하면, 하우징(10) 내의 물질들의 이동 경로의 압력이 높아지게 된다. 이러한 상태에서 사용자가 펌프(70)의 가압을 해제하면, 물질들의 이동 경로에 음압(negative pressure)이 걸리게 되면서 물질들을 외부로 토출시키게 된다.
펌프(70)는 유체를 용기들(21, 22)로부터 배출시켜 순간 유화한 후 하우징(10)의 외측에 형성된 토출구를 통해 토출시키는 에너지를 제공하는 수단으로서, 하우징(10)의 일측에 배치되되, 사용자가 조작할 수 있는 조작부는 하우징(10)의 외측으로 노출되고, 혼합액을 외부로 토출하기 위한 연결부는 하우징(10)의 내부에 제공될 수 있다. 펌프(70)에 의해 형성되는 압력에 의해 외상 용기(21)와 내상 용기(22)에 수용되어 있던 원료들이 유체 채널(50)로 제공되고, 유체 채널(50)로 공급된 원료들이 소정의 경로를 따라 이동하며 순간 유화된 후 튜브(60)를 통해 펌프(70)로 토출될 수 있다. 이를 위해, 펌프(70)로부터 각각의 용기들(21, 22)까지는 서로 연통되는 일련의 유로를 형성할 수 있다.
본 실시예에서 펌프(70)는 하우징(10)의 외부로 노출되어 화장료를 배출하는 토출부를 포함하는 구성인 것을 예로 들어 설명하나, 이는 일 예에 불과하며 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 토출부는 펌프(70)와 별도로 제공되고, 펌프(70)는 용기들(21, 22)로부터 토출부까지 연결되는 일련의 유로 중 임의의 지점에 연결되어 압력을 제공할 수도 있다.
본 실시예에서는 펌프(70)로서 사용자가 조작부를 눌렀다 떼는 동작에 의해 하우징(10) 내부의 유체들의 이동경로 상에 음압이 걸리도록 하는 누름식 펌프를 예로서 도시하였다. 이 경우, 펌프(70)에 의해 형성되는 단일한 방향으로의 압력에 의해 용기(21, 22)로부터의 원료 토출과, 유체 채널(50) 내에서의 이동과, 화장료의 토출이 모두 구현될 수 있으므로, 장치의 구성을 간단하게 할 수 있다는 장점이 있다.
그러나, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않으며, 펌프(70)로는 다양한 방식의 펌프가 사용될 수 있다. 예를 들어, 무동력 펌프로는, 버튼 스프링(button-spring) 펌프, 시린지(syringe) 펌프, 튜브(flexible tube) 펌프, 기어(gear) 펌프, 다공성(porous) 펌프, 나사(thread inserting) 펌프 등이 이용되거나, 토출구에 오리피스(orifice), 롤러볼(rollerball), 펜슬(pencil) 등을 적용하여 모세관 현상(capillary action)에 의해 유체를 흡수하거나 토출하는 펌프가 적용될 수 있다. 또한, 동력 펌프로는, 전기, 진동, 음파, 압전물질(piezoelectric material)을 제어하여 유체를 흡수하거나 토출하는 펌프가 적용될 수 있다.
하우징(10)에는 외상 유체가 수용되는 외상 용기(21)와, 내상 유체가 수용되는 내상 용기(22)가 제공된다. 예를 들어, 외상 용기(21)와 내상 용기(22)는 하나의 유체 수용부(20)를 이루도록 하우징(10)의 내부에 제공될 수 있다. 구체적으로, 유체 수용부(20)의 중앙에는 상하 방향으로 연장되어 유체 수용부(20)의 내부 공간을 구분하는 차단막(23)이 설치된다. 그리고, 차단막(23)을 중심으로 일측에는 외상 유체가 수용되어 외상 용기(21)를 이루고, 타측에는 내상 유체가 수용되어 내상 용기(22)를 이루게 된다.
외상 용기(21)와 내상 용기(22)는 각각 내부에 저장된 외상 유체와 내상 유체의 이동 경로인 외상 유체 주입관(30)과 내상 유체 주입관(40)에 연결되어 있다. 즉, 외상 용기(21) 내에 수용된 외상 유체는 외상 유체 주입관(30)을 따라 외상 용기(21) 밖으로 배출될 수 있다. 이와 유사하게, 내상 용기(22) 내에 수용된 내상 유체는 내상 유체 주입관(40)을 따라 내상 용기(22) 밖으로 배출될 수 있다.
외상 유체 주입관(30)과 내상 유체 주입관(40)은 각각 그 일측이 유체 채널(50)에 연결되어 있다. 유체 채널(50)은, 예를 들어, 유체를 이동시키기 위한 이동 통로 형태로 하우징(10)의 바닥면에 형성될 수 있다. 다만, 유체 채널(50)의 설치 위치 및 형상이 이에 제한되는 것은 아니다.
여기서, 각각의 용기(21, 22)와 유로(30, 40)의 연결 부위에는 압력이 작용할 때에만 유로(30, 40)로 내용물이 토출될 수 있도록 판막과 같은 개폐 조절 수단이 제공될 수 있다.
본 발명에서는 화장품 조성물 제조 장치로서 기존의 양압을 이용한 시린지 펌프를 사용하는 대신에, 단일 음압을 사용한 미세 유체 채널(50)을 적용하였다. 즉, 본 발명은 유화 물질의 토출 방식으로서 미세 유체 채널(50)에 단일 음압이 걸리는 방식을 이용함에 따라 일반적인 화장품 용기와 펌프 구조에 본 발명에 따른 장치가 바로 적용이 가능한 장점이 있다.
종래에는, 외상 유체와 내상 유체의 계면장력이 높아서 서로 쉽게 섞이지 않으므로 과량의 계면활성제(1% ~ 5%) 등을 사용하지 않고는 유화입자를 형성하고 유지하는 것이 상당히 어려웠다. 그러나, 본 실시예에 따르면 극소 특성 길이(밀리미터 이하)를 갖는 미세 유체 채널(50)에서 표면력(surface force)이 유체에 미치는 영향이 체적력(body force)에 비해 월등히 크므로, 계면활성제 등을 사용하지 않거나 최소량의 첨가로 빠르게 유화 작용이 이뤄질 수 있다는 장점이 있다. 또한, 서로 쉽게 섞이지 않는 두 유체 중 어느 하나의 유체가 다른 유체의 흐름을 끊어서 유화입자를 형성하게 되는 원리도 계면활성제를 줄이는데 도움이 된다.미세 유체 채널(50)을 이용한 유화 방식은 위와 같은 많은 장점이 있지만, 대형 탱크와 교반기를 사용하는 기존 유화 장치에 비해 생산 속도에 한계가 있어서, 화장품 제조 장치에 적용하기가 어려웠다. 이와 같은 생산 속도의 이슈를 해결하기 위해, 본 발명은 용기에 적용 가능한 미세 유체 채널(50)을 개발하여 사용자가 원하는 시점에 1회 토출량을 기준으로 유화가 가능한 순간 유화 방식을 채택하였다.
유체 채널(50)에는 외상 유체 주입관(30)과 내상 유체 주입관(40)에 연통하는 주입구들이 형성될 수 있다. 즉, 유체 채널(50)은 외상 유체 주입관(30)을 따라 이동된 외상 유체의 유입 통로인 외상 유체 주입구(51) 및 내상 유체 주입관(40)을 따라 이동된 내상 유체의 유입 통로인 내상 유체 주입구(54)를 포함한다.
외상 유체 주입구(51)를 통해 유체 채널(50)로 유입된 외상 유체는 제1 분지관(52)과 제2 분지관(53)으로 나누어져서 펌프(70)를 향하는 하류 측으로 이동될 수 있다. 본 명세서에서, "하류"란, 사용자의 펌프 조작에 의해 유체 수용부(20)에 저장된 유체가 유체 채널(50)과 튜브(60)를 거쳐서 펌프(70)를 통해 외부로 토출되는 방향을 의미한다. 그리고, 제1 분지관(52)과 제2 분지관(53)은 유체 채널(50)에서의 외상 유체의 이동 경로를 제공하므로 외상 유체 이동관이라 이름할 수 있다.
이와 유사하게, 내상 유체 주입구(54)를 통해 유체 채널(50)로 유입된 내상 유체는 내상 유체 이동관(55)을 따라 하류 측으로 이동될 수 있다. 그리고, 외상 유체 이동관, 즉, 제1 분지관(52)과 제2 분지관(53)을 따라 이동한 외상 유체와 내상 유체 이동관(55)을 따라 이동한 내상 유체는 합지부(56)에서 서로 만나게 된다. 즉, 합지부(56)는 외상 유체와 내상 유체가 하우징(10) 내에서 처음 만나는 지점을 의미한다.
합지부(56)에서 만나게 된 외상 유체와 내상 유체는 유화 작용부(58)를 통과하며 에멀션, 즉 유화 물질이 된다. 본 실시예에서는 유화 작용부(58)로서 합지부(56)보다 상대적으로 좁은 폭을 가지는 오리피스(58)가 제공되는 것을 예로 들어 설명한다. 합지부(56)에서 만나게 된 외상 유체와 내상 유체는 오리피스(58)를 지나며 외상 유체가 오리피스(58) 내측 좁아지는 방향(수직 방향)과 유체의 흐름 방향(수평 방향)의 합력 방향(오리피스(58)의 중심측으로 모아지는 대각선 방향)으로 내상 유체에 전단력을 작용하여 내상유체의 이동 흐름을 끊으며 유화 물질을 형성하게 된다. 구체적으로, 서로 섞이지 않는 두 유체가 계면이 불안정한 상태로 오리피스(58)를 통과 시 모세관 불안정성(capillary instability)이 증가하고, 오리피스(58)가 있는 채널은 없는 채널에 비해 작은 에너지로도 내상유체의 흐름을 끊을 수 있고, 그로 인해 끊어진 내상 유체는 안정한 상태를 유지하려 구 형태로 형성되게 된다.
유화 작용부(58)는 외상 유체가 혼합 유체의 흐름을 끊어 혼합 유체가 입자 상태로 외상 유체 내에 분산되도록 하는 것으로서, 본 실시예에서는 오리피스가 유화 작용부(58)로서 제공되는 것을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 않는다. 구체적으로, 본 실시예에서와 같은 오리피스를 이용한 유화 방식은 Flow-focusing 방식 유화라고 할 수 있으며, 이는 서로 다른 상의 유체가 서로 같은 방향으로 흐르게 하되 합류부에 오리피스를 위치시킴으로써 외상 유체가 내상 유체의 흐름을 끊을 수 있도록 한 것이다(Flow-Focusing 방식). 이와 같이 오리피스를 이용하면, 외상 유체의 흐름이 오리피스 안쪽 대각선 방향으로 바뀌며 혼합 유체에 더 강한 전단력을 전달할 수 있고, 그로 인해 유화 입자가 더 용이하게 형성됨과 동시에 일정한 크기의 유화 입자가 형성될 수 있다.
그 외에도 유화 작용부(58)로는 다양한 실시예가 적용될 수 있는데, 예를 들어, 서로 다른 상의 유체를 서로 같은 방향으로 이동시키면서 유화시키는 방법(Co-Flow 방식), 서로 다른 상의 유체가 교차할 수 있도록 이동시키면서 유화 시키는 방법(Cross-Flow 방식), 합지부로의 외상 유체의 진입구와 내상 유체의 진입구의 종횡비를 크거나 낮게 조절함 함으로써 합지부에서 유화 입자를 형성하는 방법(Step Emulsification 방식), 내상 유체 또는 두 상의 혼합 유체를 멤브레인(Membrane)의 구멍으로 통과시켜 유화 입자를 형성하는 방법(Membrane Emulsification 방식)이 이용될 수 있다.
또한, 유화 작용부(58)는 동력원을 이용할 수도 있는데, 예를 들어 전기장 (Electrical control), 자기장 (Magnetic control), 원심력 (Centrifugal control), 레이저 (Optical control), 진동기 (Vibration control), Piezoelectric material (Piezoelectric control) 등을 이용하여 유화입자를 형성하는 방식의 채널이 이용될 수 있다.
또한, 유화 작용부(58)는 유체의 점도와, 계면장력, 젖음성을 변화시켜 유화입자를 형성할 수도 있는데, 예를 들어, Electrorheological (ER) 또는 Magnetorheological (MR) 유체(Fluids), Photo-sensitive 유체(Fluids)가 적용될 수 있다.
오리피스(58)를 통과하여 조성된 유화 물질은 유화 물질 이동관(57)을 따라 튜브(60)를 향하여 이동하게 된다. 이때, 유화 물질 이동관(57)의 단부에는 튜브(60)와 연통되어 유화 물질이 유체 채널(50)로부터 빠져나가는 통로의 역할을 하는 유화 물질 토출구(59)가 형성된다.
본 명세서에서, "상류"란, "하류"의 반대되는 방향으로서 사용자의 펌프 조작에 의한 유체의 이동 방향의 반대 방향, 즉, 펌프(70), 튜브(60), 유체 채널(50) 및 유체 수용부(20)를 향하는 방향을 의미한다.
종래에는, 유화 물질의 크기를 조절하기 위해, 유화 물질에 첨가되는 계면활성제의 양을 조절하는 방식을 사용하였다. 그러나, 본 발명에 따르면, 단지 오리피스(58)의 폭을 조절함으로써 유화 물질의 크기를 조절할 수 있게 된다. 다만, 오리피스(58)의 폭은 기 설계된 최소값이 존재하게 되고, 이에 따라 유화 물질의 크기의 최소 한계치가 존재하게 된다.
특히, 유화 장치를 사용하여 제작된 화장품의 경우, 유화입자의 크기와 함량은 화장품의 품질을 결정하는 중요한 요소이다. 유화입자가 형성되기 위해서는, 일반적으로 내상 유체에 대한 외상 유체의 주입비가 같거나 더 높아야 한다. 예를 들어, 외상 유체의 주입량은 내상 유체의 주입량의 1배 내지 30배일 수 있다.
본 발명과 같이 단일 음압을 사용하는 미세 유체 채널(50)의 경우, 유체의 유입 속도는 유체 채널(50)의 구조적인 요소와 유체의 유동 조건에 의해 결정되고, 이에 따라 유화입자의 크기와 함량이 달라지게 된다. 유체 채널(50)의 구조적인 요소는 채널의 높이, 오리피스의 너비, 각 유체들의 주입 채널의 너비 비를 그 예로 들 수 있다. 그리고, 유체의 유동 조건은 음압의 세기, 두 유체의 유량 비, 두 유체의 점도 비를 그 예로 들 수 있다.
유화입자는 채널의 높이가 낮아질수록, 오리피스의 너비가 좁아질수록, 음압의 세기가 셀수록, 내상 유체에 대한 외상 유체의 유량비가 클수록, 내상 유체의 점도가 외상 유체에 비해 높을수록 그 크기가 작아지게 되고, 이와 반대의 조건에는 유화입자의 크기가 커지게 된다.
본 발명에서는 내상 유체와 외상 유체의 유량 비를 조절하는 방법으로서, 내상 유체와 외상 유체의 각 주입구 내경을 조절하는 방법을 사용하였다. 구체적으로, 내상 유체 주입구의 내경에 비해 외상 유체 주입구의 내경을 2배 넓게 제작했을 경우, 단일 음압 하에 외상 유체의 유량은 내상 유체에 비해 2배 증가하게 된다. 이와 같은 방법으로 내상 유체와 외상 유체의 유량비를 조절할 수 있다. 또한, 유화입자의 함량을 높이기 위해서는, 두 유체의 유량비를 최대한 동일하게 만들어야 한다. 다만, 외상 유체에 비해 내상 유체가 빠르게 이동하게 되면, 외상 유체가 내상 유체의 흐름을 끊어줄 힘이 부족하여 유화입자 형성이 어려워지게 된다.
이에 대응하여, 본 발명에서는 외상 유체 채널과 내상 유체 채널의 너비 비를 조절함으로써, 두 유체의 주입 유량 비를 조절하지 않더라도 두 유체가 만나는 부분(합지부)에서의 속도 조절로 인해 유화입자의 함량을 조절할 수 있다. 예를 들어, 외상 유체 채널의 너비를 내상 유체 채널의 너비의 절반으로 줄인다면, 내상 유체가 2배로 빠르게 주입되더라도, 두 유체가 만나는 합지부에서는 외상 유체의 속도가 2배로 빨라지므로, 외상 유체와 내상 유체가 동일한 유량 비로 주입했을 때와 동일한 효과로 유화입자가 형성될 뿐만 아니라, 내상 유체가 2배로 주입되었기 때문에, 함량 또한 2배로 증가될 수 있다.
오리피스(58)가 형성된 유화 물질 이동관(57)을 통과한 유화 물질은 유화 입자 토출구(59)를 통해 튜브(60)로 이동된다. 사용자가 외부에서 튜브(60)를 통해 이동되는 유화 물질을 확인할 수 있도록, 튜브(60)는 투명한 재질로 제조된다. 이때, 하우징(10) 중 튜브(60)를 감싸는 부분 역시 외부에서 시각적으로 확인할 수 있는 재료로 제조되어야만 튜브(60)를 통해 이동되는 유화 물질을 외부에서 확인할 수 있게 된다.
튜브(60)의 단부에는 펌프(70)가 설치되고, 사용자는 펌프(70)의 배출구를 통해 화장품 조성물 제조 장치(1)를 통과한 유화 물질을 취출할 수 있다.
유체 채널(50)은 외상 유체의 친수도에 따라 제조되는 재료의 성질이 달라질 수 있다. 이하에서는, 유체 채널(50)의 제조 재료에 대하여 설명한다.
도 4는 상기 유체 채널의 유화 물질 이동관에 친수성 재료가 코팅된 모습을 보여주는 도면이다. 그리고, 도 5는 상기 유체 채널의 유화 물질 이동관에 소수성 재료가 코팅된 모습을 보여주는 도면이다.
먼저, 도 4를 참조하여 설명하면, 외상 용기(21)에 담긴 외상 유체가 친수성 유체이고 내상 용기(22)에 담긴 내상 유체가 소수성 유체인 경우, 유체 채널(50)을 통과한 유화 물질은 O/W 유화입자가 된다.
이때, 유화물질 이동관(57)은 친수성 재료로 제작되거나 또는 유체와 접촉하는 관의 내벽이 친수성 재료로 코팅되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 유화 물질은 외부가 친수성 유체로 이루어지고 그 내부에 소수성 유체가 분산되는 구성을 가지므로, 유화물질 이동관(57)이 친수성 재료로 제조되면, 유화 물질 중 친수성 유체 부분이 유화물질 이동관(57)의 벽체로 끌어당겨지게 된다. 따라서, 위와 같은 O/W 유화입자가 그 형상 및 구조를 유지한 채로 유화물질 이동관(57)을 따라 원활하게 이동될 수 있게 된다.
본 실시 예에서는 유화물질 이동관(57)이 친수성 재료로 제조되는 것으로 설명하였으나, 제조 상의 편의성을 고려하여 유체 채널(50)이 전부 친수성 재료로 제조되는 것도 가능하다. 다른 예로서, 안정된 O/W 유화입자의 형성이 보장되는 상태라면, 유화물질 이동관(57)의 일부분만이 친수성 재료로 제조되는 것도 가능하다. 또한, 유화물질 이동관(57)의 내벽이 친수성 재료로 코팅되어 있는 예도 가능할 것이다.
여기서, 유화물질 이동관(57)이 친수성을 가질 때 물과의 접촉각(water contact angle, WCA)이 0도 내지 50도로 설정될 수 있다. 이 경우 O/W 유화 입자가 보다 원활하게 흐를 수 있다.
이와 같이, 유화물질 이동관(57)이 친수성 재료로 제조되면, 유화 물질 중 친수성 유체 부분이 유화물질 이동관(57)의 벽체로 끌어 당겨지게 된다. 따라서, O/W 유화입자가 안정적으로 제조될 수 있게 된다. 이에 더하여, O/W 유화입자의 안정성을 더하기 위해, O/W 유화입자에 HLB(hydrophile-lipophile balance) 값이 높은 계면 활성제를 소량 첨가하는 것이 바람직하다. HLB 값이란 친수성과 소수성의 균형을 나타내는 지표로서, 유화 물질에 첨가되는 계면활성제의 HLB 값은 7 초과인 것이 바람직하다. 즉, HLB 값이 크다는 것은 친수성의 비율이 크다는 것을 의미하고, 그 값이 7 초과, 바람직하게, 8 내지 16이면 O/W 유화입자가 생성되기 용이해지는 것이다.
종래의 유화 장치의 경우, 외상 유체와 내상 유체 간의 계면장력이 유화 입자를 형성하는 데에 중요한 요소가 되었다. 즉, 종래에는 채널 또는 용기의 내벽의 친수도에 무관하게 계면활성제의 HLB 값에 의해 유화입자의 상이 결정되었다.
그러나, 본 발명의 경우, 좁은 채널의 너비로 인해 채널의 내벽과 유체 간의 계면장력이 유화입자를 형성하는 데에 중요한 요소가 된다. 즉, 채널 내벽의 친수도가 유화입자의 상을 결정하는 데에 중요한 요인이 되고, 이에 보조하여 유화입자의 상에 맞는 HLB값을 가지는 계면활성제를 사용하여 전체 유화 장치를 구성하는 것이다.
한편, 도 5에 도시된 것처럼, 외상 용기(21)에 담긴 외상 유체가 소수성 유체이고 내상 용기(22)에 담긴 내상 유체가 친수성 유체인 경우, 유체 채널(50)을 통과한 유화 물질은 W/O 유화입자가 된다.
이때, 유화물질 이동관(57)은 소수성 재료로 제작되거나 또는 이동관 내벽이 소수성 재료로 코팅되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 유화 물질은 외부가 소수성 유체로 이루어지고 그 내부에 친수성 유체가 분산되는 구성을 가지므로, 유화물질 이동관(57)이 소수성 재료로 제조되면, 유화 물질 중 소수성 유체 부분이 유화물질 이동관(57)의 벽체로 붙게 된다. 따라서, 위와 같은 W/O 유화입자가 그 형상 및 구조를 유지한 채로 유화물질 이동관(57)을 따라 원활하게 이동될 수 있는 것이다.
본 실시 예에서는 유화물질 이동관(57)이 소수성 재료로 제조되는 것으로 설명하였으나, 제조 상의 편의성을 고려하여 유체 채널(50)이 전부 소수성 재료로 제조되거나, 유화물질 이동관(57)의 일부분만이 소수성 재료로 제조되는 것도 가능하다.
여기서, 유화물질 이동관(57)이 소수성을 가질 때 물과의 접촉각(WCA)은 70도 내지 120도로 설정될 수 있다. 이 경우 W/O 유화 입자가 보다 원활하게 흐를 수 있다.
이와 같이, 유화물질 이동관(57)이 소수성 재료로 제조되면, 유화 물질 중 소수성 유체 부분이 유화물질 이동관(57)의 벽체로 끌어당겨지게 된다. 따라서, W/O 유화입자가 안정적으로 제조될 수 있게 된다. 이에 더하여, W/O 유화입자의 안정성을 더하기 위해, W/O 유화입자에 HLB(hydrophile-lipophile balance) 값이 낮은 계면 활성제를 소량 첨가하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 유화 물질에 첨가되는 계면활성제의 HLB 값은 7 미만인 것이 바람직하다. 즉, HLB 값이 크다는 것은 소수성의 비율이 크다는 것을 의미하고, 그 값이 7 미만, 바람직하게, 3 내지 6이면 W/O 유화입자가 생성되기 용이해지는 것이다.
일반적으로, O/W 유화입자의 경우, 내상 유체인 소수성 유체는 0% 내지 30%의 함량으로 제조된다. 이러한 소수성 유체는 내상 유체 주입구(54)를 통해 유체 채널(50)로 주입되고, 외상 유체인 친수성 유체는 외상 유체 주입구(51)를 통해 유체 채널(50)로 주입된다.
이와 달리, 본 발명의 다른 예로서, W/O 유화입자의 경우, 내상 유체인 친수성 유체는 50% 내지 80%의 함량으로 제조된다. 이러한 경우에, 앞서 설명한 O/W 유화입자와 달리, 내상 유체 주입구(54)에 외상 유체인 소수성 유체를 주입하고, 외상 유체 주입구(51)에 내상 유체인 친수성 유체를 주입하여 함량을 높일 수도 있다. 즉, 외상 유체 채널은 두 개의 분지관으로 나누어지므로 유화 입자의 형성 과정과 속도가 2배가 된다. 이러한 방식이 가능한 이유는, 미세 유체 채널(50)에서 유화 입자 형성에 가장 큰 영향을 미치는 요인은 채널 내벽(유화물질 이동관(57)의 내벽)의 친수도이기 때문에, 외상 유체 주입구(51)로 친수성 유체를 주입하더라도, 유화물질 이동관(57)을 통과하면서 친수성 유체는 내상으로 이동하는 것이다.
또 다른 예로서, 도 6은 도 4에 도시된 유화 물질 이동관의 변형 예들을 보여주는 도면이다.
먼저, 도 6a에 도시된 것처럼, O/W 유화입자를 제작하기 위하여, 유화물질 이동관(57)은 상류 부분이 친수성 재료로 제작 또는 내벽 코팅이 이루어지고, 하류 부분이 소수성 재료로 제작 또는 내벽 코팅이 이루어질 수 있다. 이때, 외상 유체는 친수성 유체이고, 내상 유체는 소수성 유체이다.
본 실시 예에 따르면, 유화물질 이동관(57)으로 진입된 유화 물질은 유화물질 이동관(57)의 상류 부분에서 친수성 유체 내에 소수성 유체가 위치한 상태로 O/W 유화입자를 이루게 된다. 이러한 상태로 안정된 O/W 유화입자는 내벽이 소수성 재료로 제작 또는 코팅된 유화물질 이동관(57)의 하류 부분을 통과하게 된다. 이때, 안정된 O/W 유화입자의 내벽은 친수성 유체가 위치하므로 유화물질 이동관(57)의 하류 부분의 벽체와 최소한의 면적으로만 접촉하게 된다. 따라서, 유화물질 이동관(57)의 상류를 거쳐서 안정된 O/W 유화입자는 최소한의 마찰력만을 받은 상태로 유화 입자 토출구(59)로 이동하게 되므로 O/W 유화입자가 그 형상 및 구조를 지속적으로 견고하게 유지할 수 있게 된다.
이와 유사하게, 도 6b를 참조하면, W/O 유화입자를 제작하기 위하여는, 유화물질 이동관(57)은 상류 부분이 소수성 재료로 제작 또는 내벽 코팅이 이루어지고, 하류 부분이 친수성 재료로 제작 또는 내벽 코팅이 이루어질 수도 있다. 이때, 외상 유체는 소수성 유체이고, 내상 유체는 친수성 유체이다.
본 실시 예에 따르면, 유화물질 이동관(57)으로 진입된 유화 물질은 유화물질 이동관(57)의 상류 부분에서 W/O 유화입자를 이루게 된다. 이러한 상태로 안정된 W/O 유화입자는 내벽이 친수성 재료로 제작 또는 코팅된 유화물질 이동관(57)의 하류 부분을 통과하게 된다. 이때, 안정된 W/O 유화입자의 내벽에는 소수성 유체가 위치하므로 유화물질 이동관(57)의 하류 부분의 벽체와 최소한의 면적으로만 접촉하게 된다. 따라서, 유화물질 이동관(57)의 상류를 거쳐서 안정된 W/O 유화입자는 최소한의 마찰력만을 받은 상태로 유화 입자 토출구(59)로 이동하게 되므로 W/O 유화입자가 그 형상 및 구조를 지속적으로 유지할 수 있게 된다.
이하에서는, 유체의 이동 흐름에 대하여 상세하게 설명한다.
도 7은 사용자의 펌프 조작에 의해 상기 장치를 따라 이동하는 유체의 흐름을 보여주는 사시도이다.
먼저, O/W 유화입자가 취출되는 과정을 설명하면 다음과 같다.
O/W 유화입자를 취출하기 위해서, 외상 유체는 물과 같은 친수성 유체이고 내상 유체가 오일과 같은 소수성 유체일 수 있다. 그리고, 친수성 유체와 소수성 유체는 별도의 용기 내에 구분되어 저장된다. 예를 들어, 친수성 유체는 외상 용기(21)에 저장되고 소수성 유체는 내상 용기(22)에 저장된다.
이러한 상태에서 사용자가 펌프(70)를 가압하게 되면, 하우징(10) 내의 유체 수용 공간과 유체 이동 경로의 압력이 높아지게 된다. 그리고나서, 사용자가 펌프(70)의 가압을 해제하면, 유체 수용 공간과 유체 이동 경로에 음압(negative pressure)이 걸리게 되면서 친수성 유체와 소수성 유체가 각 용기 밖으로 인출된다.
구체적으로, 친수성 유체는 외상 유체 주입관(30)을 따라 유체 채널(50)의 외상 유체 주입구(51)로 이동하게 되고, 소수성 유체는 내상 유체 주입관(40)을 따라 유체 채널(50)의 내상 유체 주입구(54)로 이동하게 된다. 유체 채널(50)로 이동된 친수성 유체는 제1 분지관(52)과 제2 분지관(53)을 따라 합지부(56)로 이동하게 되고, 소수성 유체는 내상 유체 이동관(55)을 따라 합지부(56)로 이동하게 된다. 즉, 친수성 유체와 소수성 유체는 유체 채널(50)의 합지부(56)에서 서로 만나게 된다.
내상유체와 외상유체는 오리피스(58)를 통과하면서 유화 현상이 일어나게 되고, 오리피스(58)를 통과한 유화 물질은 유화물질 이동관(57)을 따라 이동하게 된다. 이러한 과정에 따라 형성된 유화 물질은 물 내에 오일이 분산된 구조이므로 O/W(Oil in Water) 유화입자라 불린다. 즉, 친수성 유체가 소수성 유체를 감싸는 형태의 유화 물질이 이루어지게 된다.
이와 같은 과정에 따라 유체 채널(50)의 유화 물질 토출구(59)을 통과한 O/W 유화입자는 튜브(60)를 통과하여 펌프(70)의 주입구를 통해 사용자에게 취출될 수 있게 된다.
이와 유사하게, W/O 유화입자를 취출하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
W/O 유화입자를 취출하기 위해서, 외상 유체는 오일과 같은 소수성 유체이고 내상 유체는 물과 같은 친수성 유체일 수 있다. 그리고, 소수성 유체는 외상 용기(21)에 저장되고 친수성 유체는 내상 용기(22)에 저장된다.
이러한 상태에서 사용자가 펌프(70)를 가압하였다가 해제하면, 유체 수용 공간과 유체 이동 경로에 음압(negative pressure)이 걸리게 되면서 소수성 유체와 친수성 유체가 각 용기 밖으로 인출된다.
구체적으로, 소수성 유체는 외상 유체 주입관(30)을 따라 유체 채널(50)의 외상 유체 주입구(51)로 이동하게 되고, 친수성 유체는 내상 유체 주입관(40)을 따라 유체 채널(50)의 내상 유체 주입구(54)로 이동하게 된다. 유체 채널(50)로 이동된 소수성 유체와 친수성 유체는 유체 채널(50)의 합지부(56)에서 서로 만나게 된다.
내상유체와 외상유체는 오리피스(58)를 통과하면서 유화 현상이 일어나게 되고, 오리피스(58)를 통과한 유화 물질은 유화물질 이동관(57)을 따라 이동하게 된다. 이러한 과정에 따라 형성된 유화 물질은 오일 내에 물이 분산된 구조이므로 W/O(Water in Oil) 유화입자라 불린다. 즉, 소수성 유체가 친수성 유체를 감싸는 형태의 유화 물질이 이루어지게 된다.
이와 같은 과정에 따라 유체 채널(50)의 유화 물질 토출구(59)을 통과한 W/O 유화입자는 튜브(60)를 통과하여 펌프(70)의 주입구를 통해 사용자에게 취출될 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 사용자의 펌프 조작에 의해 유화 물질(에멀션)이 제작됨과 동시에, 만들어진 유화 물질의 외부 토출이 이루어지게 되므로, 사용자가 필요로 하는 시점에 유화 물질의 제작 및 공급이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 순간 유화되는 방식으로 친수성 유체와 소수성 유체를 결합시킨 유화 물질을 제조할 수 있으므로 유화 물질을 제조하는 데에 사용되는 계면활성제 또는 점증제를 최소한의 사용으로 줄일 수 있는 장점이 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되고, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명은 미세 유체 채널에 기반하여 순간 유화된 유화 물질을 함유하는 화장품 조성물 제조 장치에 관한 것으로서, 화장품 산업에서 이용가능성이 있다.

Claims (14)

  1. 외형을 이루고 일측에 사용자에 의해 조작 가능한 펌프가 설치되는 하우징;
    상기 하우징에 제공되고, 유화 물질의 외상을 이루는 외상 유체를 수용하는 외상 용기;
    상기 하우징에 제공되고, 유화 물질의 내상을 이루는 내상 유체를 수용하는 내상 용기;
    상기 외상 유체와 상기 내상 유체가 이동되는 경로를 제공하고 상기 외상 유체와 상기 내상 유체가 서로 합쳐짐으로써 상기 유화 물질을 형성하게 하는 유체 채널; 및
    상기 유화 물질을 상기 유체 채널로부터 배출하는 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 유화 물질을 함유하는 화장품 조성물 제조 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 유체 채널은,
    상기 외상 용기로부터 유입되는 외상 유체의 이동 경로인 외상 유체 이동관;
    상기 내상 용기로부터 유입되는 내상 유체의 이동 경로인 내상 유체 이동관;
    상기 외상 유체 이동관과 상기 내상 유체 이동관이 서로 연통되는 부분으로서 상기 외상 유체 이동관을 따라 흐르는 외상 유체와 상기 내상 유체 이동관을 따라 흐르는 내상 유체가 서로 만나는 합지부; 및
    상기 합지부와 연통되고, 상기 외상 유체와 상기 내상 유체를 유화시켜 유화 물질을 형성하는 유화 작용부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유화 물질을 함유하는 화장품 조성물 제조 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    유체의 이동 흐름을 기준으로, 상기 합지부의 하류에는 일측이 상기 합지부에 연결되고 타측이 상기 튜브의 단부에 연결되어 상기 유화 물질의 이동 경로를 제공하는 유화물질 이동관이 형성되고,
    상기 유화 작용부는 상기 유화물질 이동관의 상류 측에 설치되는 것을 특징으로 하는 화장품 조성물 제조 장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 유화 작용부는 상기 합지부보다 작은 폭을 갖는 오리피스인 화장품 조성물 제조 장치.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 유화 작용부는,
    상기 외상 유체와 상기 내상 유체를 같은 방향으로 이동시키면서 유화시키거나,
    상기 외상 유체와 상기 내상 유체를 교차할 수 있도록 이동시키면서 유화시키거나,
    상기 합지부로의 상기 외상 유체의 진입구와 상기 내상 유체의 진입구의 종횡비를 조절하여 유화시키거나,
    상기 내상 유체, 또는 상기 내상 유체와 상기 외상 유체의 혼합 유체를 멤브레인 구멍으로 통과시켜 유화 입자를 형성하거나,
    전기장, 자기장, 원심력, 레이저, 진동 중 어느 하나 또는 그 이상을 발생시킬 수 있는 동력원을 이용하여 유화 입자를 형성하거나,
    유체의 점도와, 계면장력, 젖음성을 변화시켜 유화입자를 형성하는 화장품 조성물 제조 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 유화 물질은 상기 펌프의 작동에 따라 발생하는 음압에 의해 외부로 토출되고, 상기 튜브는 사용자가 외부에서 확인할 수 있도록 투명한 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 유화 물질을 함유하는 화장품 조성물 제조 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 유체 채널은 상기 외상 유체의 친수도에 대응하는 성질의 내벽을 가지는 것을 특징으로 하는 유화 물질을 함유하는 화장품 조성물 제조 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 외상 유체가 친수성 유체이면, 상기 유체 채널은 친수성 재료로 제조되어 상기 친수성 유체가 상기 유체 채널의 내벽을 향하여 이동하게 되는 것을 특징으로 하는 유화 물질을 함유하는 화장품 조성물 제조 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 유체 채널의 내벽에 대한 상기 외상 유체의 물 접촉 각은 0도 내지 50도 사이이고,
    상기 유화 물질에 첨가되는 계면활성제의 HLB 값은 7 초과인 것을 특징으로 하는 유화 물질을 함유하는 화장품 조성물 제조 장치.
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 외상 유체가 소수성 유체이면, 상기 유체 채널은 소수성 재료로 제조되어 상기 소수성 유체가 상기 유체 채널의 내벽을 향하여 이동하게 되는 것을 특징으로 하는 유화 물질을 함유하는 화장품 조성물 제조 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 유체 채널의 내벽에 대한 상기 외상 유체의 물 접촉 각은 70도 내지 120도 사이이고,
    상기 유화 물질에 첨가되는 계면활성제의 HLB 값은 7 미만인 것을 특징으로 하는 유화 물질을 함유하는 화장품 조성물 제조 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 외상 유체와 상기 내상 유체가 만나는 부분을 포함하는 상기 유체 채널의 일 부분은 상기 외상 유체의 친수도에 대응하는 성질의 내벽을 가지고,
    상기 유체 채널의 일부분의 하류에 위치하는 상기 유체 채널의 다른 부분은 상기 내상 유체의 친수도에 대응하는 성질의 내벽을 가지는 것을 특징으로 하는 유화 물질을 함유하는 화장품 조성물 제조 장치.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 외상 용기와 상기 내상 용기는 상기 하우징의 내부에 차단막에 의해 분리되도록 설치되는 화장품 조성물 제조 장치.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 펌프는 버튼 스프링 펌프, 시린지 펌프, 튜브 펌프, 기어 펌프, 다공성 펌프, 나사 펌프, 모세관 현상에 의해 유체를 흡수하거나 토출하는 펌프, 전기 또는 진동 또는 음파 또는 압전물질을 제어하여 유체를 흡수하거나 토출하는 펌프 중 하나인 화장품 조성물 제조 장치.
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