크리밍(유화계) (Creaming (Emulsion))
쉽게 풀면
우유를 오래 두면 위쪽에 크림층이 뜨는 것을 본 적이 있을 텐데, 이 현상에서 이름을 따온 용어입니다. 오일 입자가 물보다 가벼우면 시간이 지나면서 서서히 위로 떠오르고, 반대로 무거운 경우에는 가라앉기도 합니다. 다만 입자 자체가 합쳐지거나 파괴되는 것은 아니어서, 가볍게 흔들어 주면 대부분 다시 고르게 섞이는 되돌릴 수 있는 현상입니다. 화장품 로션이나 크림을 오래 두었을 때 위아래 질감이 살짝 달라 보이는 경우가 이에 해당할 수 있습니다.
왜 중요한가
크리밍 자체는 되돌릴 수 있는 현상이지만, 진행이 심해지면 합일 같은 비가역적 불안정화로 이어질 위험이 커지기 때문에 제형의 초기 안정성 지표로 자주 관찰됩니다. 점도 조절이나 입자 크기 균일화를 통해 크리밍 속도를 늦추는 것이 화장품 처방 설계에서 중요하게 다뤄집니다. 소비자가 제품을 사용하기 전 가볍게 흔들어 사용하도록 안내 문구를 표기하는 것도 크리밍 현상에 대한 실무적 대응으로 다뤄집니다.
핵심 정리
- 크리밍은 에멀션의 분산상이 부력 때문에 위로 뜨거나 아래로 가라앉는 이동입니다. 입자의 크기, 연속상과의 밀도 차이, 연속상의 점도(또는 틱소트로피)에 따라 속도가 달라집니다.
- 입자가 서로 분리된 채로 남아 있는 동안만 크리밍이라 부릅니다. 입자가 뭉치는 응집(flocculation)이나 합쳐지는 합일(coalescence, 에멀션 파괴)과는 다르며, 크리밍은 비교적 쉽게 되돌릴 수 있습니다.
- 에멀션의 불안정화에는 응집, 합일, 크리밍·침강, 오스트발트 숙성의 네 가지가 있습니다.
- 다만 크리밍이 진행되어 입자들이 가깝게 모이면 합일 가능성이 커집니다. 그래서 크리밍은 되돌릴 수 있더라도 방치하면 되돌릴 수 없는 불안정화로 이어질 수 있습니다.
- 안정성을 위해서는 두 상의 밀도를 비슷하게 하고, 연속상의 점도를 높이거나 틱소트로피를 주고, 입자를 가능한 작게 만드는 것이 바람직합니다.
예시로 보기
Stokes의 식 v = 2r²Δρg / (9η)는 크리밍 속도의 요인을 가늠하는 데 쓸 수 있습니다. 다만 실제 에멀션의 크리밍을 정확히 예측하기에는 부족하고 영향 요인을 식별하는 용도로 쓴다고 알려져 있습니다. 가상의 예: 밀도 900 kg/m³의 기름방울이 밀도 1,000 kg/m³, 점도 1 mPa·s의 물에 있을 때(Δρ = 100 kg/m³, g = 9.81 m/s²) 계산하면 다음과 같습니다.
| 조건 | 상승 속도 |
|---|---|
| 반지름 1 μm | 2.18×10⁻⁷ m/s ≈ 0.78 mm/시간 |
| 반지름 5 μm | 5.45×10⁻⁶ m/s ≈ 19.6 mm/시간 (25배) |
| 반지름 1 μm, 점도 10배 | 약 0.078 mm/시간 (1/10) |
반지름이 5배가 되면 속도는 25배, 점도가 10배가 되면 1/10이 됩니다. 입자를 작게 하고 점도를 높이면 크리밍이 늦어진다는 말의 정량적 의미입니다.
자주 하는 오해
| 오해 | 바로잡기 |
|---|---|
| 크리밍은 에멀션이 깨진 것이다. | 크리밍에서는 입자가 합쳐지지 않고 분리된 채 이동합니다. 흔들어서 다시 퍼지는 경우가 많습니다. |
| 크리밍은 항상 위쪽에서만 일어난다. | 분산상이 연속상보다 가벼우면 뜨고 무거우면 가라앉습니다. |
| Stokes 식으로 크리밍 속도를 정확히 예측할 수 있다. | 실제 에멀션에는 Stokes 식이 충분하지 않아 영향 요인을 확인하는 정도로 씁니다. |
| 크리밍은 되돌릴 수 있으니 방치해도 된다. | 크리밍된 에멀션은 입자가 가까워 합일될 가능성이 커집니다. |
논문에서는 이렇게 쓰입니다
실제 논문에서
이 용어를 직접 쓴 국내 논문 문장을 아직 수집하지 못했습니다. 수집되는 대로 출처와 함께 싣겠습니다.
예시 문장
아래는 용어의 쓰임을 보여 주려고 만든 예시로, 실제 논문에서 가져온 문장이 아닙니다.
크리밍이 나타났지만 되돌릴 수 있었음을 확인한 안정성 평가 문장입니다.
점도 조절이 크리밍 억제에 효과가 있었음을 보고하는 예문입니다.
조금 더 깊게 보면
크리밍의 속도는 스톡스 법칙에 따라 입자 크기의 제곱과 밀도 차이에 비례하고 연속상의 점도에 반비례하는 경향이 있어, 입자를 작게 만들거나 연속상 점도를 높이면 크리밍을 늦출 수 있습니다. 실험에서는 원심분리나 장기 방치 후 층 분리 정도를 측정해 크리밍 속도를 정량적으로 평가하는 경우가 많습니다. 크리밍 방지를 위해 실무에서는 연속상에 검류나 고분자 증점제를 첨가해 점도를 높이거나, 균질화 공정을 통해 입자 크기를 균일하게 좁히는 방법이 함께 사용됩니다. 크리밍이 진행되는 속도를 정기적으로 관찰하는 것은 제형의 장기 저장 안정성을 예측하는 초기 지표로도 활용됩니다. 밀도 차이는 오일 함량이 아니라 분산상과 연속상 각각의 밀도로 정해집니다.
주의할 점
크리밍은 입자가 파괴되지 않는 가역적 현상이라는 점에서 합일과 명확히 구분되며, 이를 혼동하면 안정화 대책을 잘못 세울 수 있습니다.
헷갈리기 쉬운 용어
| 현상 | 무슨 일이 일어나나 | 되돌릴 수 있나 |
|---|---|---|
| 크리밍 | 분리된 입자가 부력으로 위나 아래로 이동 | 비교적 쉽게 가능 |
| 응집 | 입자가 서로 끌려 송이를 이룸 | 정도에 따라 다름 |
| 합일 | 입자가 부딪혀 합쳐져 커짐 | 되돌리기 어려움 |
| 오스트발트 숙성 | 작은 입자가 줄고 큰 입자가 커짐 | 되돌리기 어려움 |
참고 문헌
- McClements, D. J. (2007). Critical review of techniques and methodologies for characterization of emulsion stability. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 47(7), 611–649.
- McClements, D. J. (2015). Food emulsions: Principles, practices, and techniques (3rd ed.). Taylor & Francis Group.
- Tadros, T. F. (2009). Emulsion science and technology. Wiley-VCH.
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