D상유화법 (D-Phase Emulsification)

화장품학

한 줄 정의: 계면활성제와 다가알코올(폴리올) 수용액이 이루는 등방성 계면활성제상(D상)에 오일을 분산시켜 겔 상태의 O/D 에멀전을 만든 뒤 수중유(O/W) 에멀전을 얻는 방법으로, 미세하고 균일한 에멀전을 저에너지로 얻기 위해 활용되는 유화법입니다.

쉽게 풀면

계면활성제를 물과 다가알코올(폴리올)에 녹이면 어느 조성 구간에서 계면활성제가 많이 든 균일한(등방성) 용액이 생기는데, 유화 문헌에서는 이 계면활성제상을 D상이라 부릅니다. D상유화법은 이 구조를 거치도록 제조 순서를 설계해서, 오일을 넣었을 때 큰 덩어리 대신 아주 작은 방울로 쪼개지게 만드는 방법입니다.

오일을 이 용액에 분산시키면 계면활성제상이 오일 방울을 둘러싼 겔 상태를 거친 뒤 수중유(O/W) 에멀전이 됩니다. 이렇게 만든 에멀전은 별도의 강한 힘을 가하지 않아도 입자가 균일하게 나오는 경우가 많습니다.

왜 중요한가

D상유화법은 상전이유화법과 함께 저에너지 유화 기술의 한 갈래로, 고압 균질기 같은 고에너지 설비 없이도 미세 유화 입자를 얻을 수 있어 제조 공정의 효율성을 높이는 데 관심을 받습니다. 또한 친수성 계면활성제만으로 미세한 수중유(O/W) 에멀전을 만들 수 있다고 보고되어 화장품 제형 연구에서 다뤄집니다.

고에너지 균질화 설비 없이도 미세 유화 입자를 얻을 수 있다는 점은 소규모 생산 설비를 가진 업체나 열에 민감한 처방에 특히 유리하여, 저에너지 유화 기술 전반에 대한 관심 속에서 함께 연구되는 방법입니다.

어떤 절차인가

D상유화법은 일본의 Sagitani 등이 1980년대에 보고한 유화법으로, 원 문헌에서는 계면활성제상(surfactant phase, D상) 유화라고도 부릅니다(Sagitani, Hirai, Nabeta, & Nagai, 1986; Sagitani, 1988). 문헌에 나오는 흐름을 단계 수준에서 정리하면 다음과 같습니다.

계면활성제상 만들기: 비이온 계면활성제, 물, 다가알코올(폴리올)로 등방성(isotropic) 계면활성제 용액을 만듭니다. Sagitani 등(1986)은 폴리올이 이 방법에 꼭 필요한 성분이라고 보고했습니다.
오일 분산: 이 용액에 오일을 분산시켜, 계면활성제상이 연속상이고 오일이 분산된 겔 상태의 에멀젼(O/D)을 거칩니다.
수중유(O/W) 에멀젼: 최종적으로 입자가 미세하고 균일한 O/W 에멀젼을 얻습니다.

어떤 조성에서 계면활성제상이 나타나는지는 계면활성제–오일–폴리올 수용액의 삼성분 상평형도로 먼저 확인합니다(Sagitani 등, 1986).

용어 주의: D상을 라멜라 액정으로 설명하는 자료도 있지만, 위 원 문헌은 D상을 등방성 계면활성제상으로 기술합니다. 액정을 경유하는 방법은 문헌에서 액정유화법(liquid crystal emulsification)이라는 별도의 이름으로 다루어집니다(Suzuki, Takei, & Yamazaki, 1989). 글을 읽을 때 저자가 ‘D상’을 어느 뜻으로 쓰는지 확인해야 합니다.

언제 쓰고 무엇을 얻나

쓰는 경우: 강한 기계적 힘 대신 계의 상거동을 이용해 미세한 O/W 에멀젼을 얻으려 할 때 씁니다. 이런 접근을 통틀어 저에너지 유화법이라고 합니다(Solans & Solé, 2012).
폴리올의 종류가 결과를 좌우합니다: Sagitani 등(1986)에 따르면 1,3-부탄다이올 같은 알칸다이올은 등방성 계면활성제상에 녹는 오일의 양을 늘리고 더 미세한 에멀젼을 주었고, 글리세롤 등은 반대 방향의 효과를 보였습니다.
오일 종류에 따른 차이: Endoo와 Sagitani(1991)는 식물성 오일(트라이글리세라이드)이 탄화수소 오일보다 유화하기 어려운 이유를 상평형도로 설명하고, D상유화법으로 여러 식물성 오일을 1 µm 이하(서브마이크론) 입자로 유화했다고 보고했습니다. 같은 논문은 이 방법이 친수성 계면활성제만으로 미세한 O/W 에멀젼을 만들 수 있다고 적었습니다.
얻는 것: 입자 크기와 분포, 그리고 어떤 조성 범위에서 방법이 성립하는지에 관한 정보입니다. 반대로 특정 처방에서 성립한 조건이 다른 오일이나 계면활성제에 그대로 옮겨지지는 않습니다.

논문에는 이렇게 적는다

D상유화법을 쓴 논문을 읽거나 쓸 때 확인할 항목입니다.

계의 구성: 계면활성제의 종류, 오일의 종류, 폴리올의 종류. 세 가지 모두 결과에 영향을 주므로 빠지면 재현할 수 없습니다.
상평형도: 어떤 성분으로 그린 상평형도인지, 계면활성제상(D상) 영역을 어떻게 판정했는지. 라멜라 액정은 편광현미경에서 복굴절을 보이고 등방성 상은 보이지 않으므로, 관찰 결과가 제시되어 있는지 봅니다.
D상의 뜻: 등방성 계면활성제상인지 라멜라 액정상인지 본문에서 정의했는지.
비교 대상: “기존 방법보다 입자가 작다”는 주장이라면 비교한 유화법과 조건이 같은 수준으로 기술되어 있는지.
입자 측정: 측정 방법과 측정 시점. 제조 직후의 값만으로는 안정성을 말할 수 없으므로 시간에 따른 변화를 함께 봅니다.

서술 예(가상의 문장): “비이온 계면활성제/오일/폴리올 수용액 계의 상평형도에서 등방성 계면활성제상 영역을 확인하고, 이 조성에서 D상유화법으로 O/W 에멀젼을 제조하였다.”

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.

"D상유화법을 적용하여 제조한 에멀전은 기존의 직접 유화법 대비 평균 입경이 더 작고 균일한 분포를 보였다."

D상 구조를 거친 유화 공정이 입자 크기와 균일도 측면에서 유리했음을 보고하는 문장입니다.

"계면활성제와 물의 조성비를 변화시켜 D상 영역을 확인한 후, 해당 조성에서 오일을 첨가하여 유화계를 형성하였다."

D상이 나타나는 조성 구간을 먼저 확인하고 유화를 진행하는 실험 절차를 설명한 예문입니다.

조금 더 깊게 보면

D상은 원 문헌에서 등방성 계면활성제상(surfactant phase)을 가리키며, 액정을 경유하는 액정유화법과는 구별됩니다. 조성삼각도(계면활성제-물-오일)를 이용해 D상이 나타나는 영역을 먼저 파악하고, 그 경로를 따라 오일을 첨가하는 방식으로 공정이 설계됩니다. 입자 크기와 상 거동은 편광현미경이나 동적광산란 등으로 확인하는 경우가 많습니다.

주의할 점

D상 영역은 계면활성제 종류와 조성비에 매우 민감하게 달라지므로, 동일한 원료라도 온도나 비율이 조금만 바뀌어도 D상유화법의 결과가 달라질 수 있어 재현성 확보에 주의가 필요합니다.

헷갈리기 쉬운 용어

상거동을 이용하는 유화법끼리, 그리고 방법과 결과물을 가리키는 말을 구분합니다.

용어	가리키는 것	D상유화법과의 차이
D상유화법	계면활성제상(D상)에 오일을 분산시킨 상태를 거쳐 O/W 에멀젼을 얻는 방법	—
라멜라 액정 유화	라멜라 액정 구조가 유화를 안정화하는 제형 기술	액정(복굴절을 보임)이 관여한다는 점에서, 등방성 계면활성제상을 거치는 D상유화법과 다름
상전이유화법	에멀젼의 유형이 뒤바뀌는 전환을 이용하는 방법	이용하는 현상이 상의 뒤바뀜(전상)임
상전이온도	비이온 계면활성제 계에서 에멀젼 유형이 바뀌는 온도	방법이 아니라 계의 특성값
나노에멀젼	입자가 매우 작은 에멀젼(결과물)	제조 방법이 아니라 결과물의 종류

참고 문헌

Sagitani, H., Hirai, Y., Nabeta, K., & Nagai, M. (1986). Effect of types polyols on surfactant phase emulsification. Journal of Japan Oil Chemists' Society, 35(2), 102–107.
Sagitani, H. (1988). Formation of O/W emulsions by surfactant phase emulsification and the solution behavior of nonionic surfactant system in the emulsification process. Journal of Dispersion Science and Technology, 9(2), 115–129.
Endoo, M., & Sagitani, H. (1991). Preparation of triglyceride O/W emulsions by D phase emulsification. Journal of Japan Oil Chemists' Society, 40(2), 133–139.
Suzuki, T., Takei, H., & Yamazaki, S. (1989). Formation of fine three-phase emulsions by the liquid crystal emulsification method with arginine β-branched monoalkyl phosphate. Journal of Colloid and Interface Science, 129(2), 491–500.
Solans, C., & Solé, I. (2012). Nano-emulsions: Formation by low-energy methods. Current Opinion in Colloid & Interface Science, 17(5), 246–254.

표의 기준값은 위 문헌에 근거한 관례이며, 분야·학술지마다 다른 기준을 쓸 수 있습니다.