항복응력(화장품) (Yield Stress (Cosmetic))

한 줄 정의: 제형이 흐르기 시작하기 위해 넘어야 하는 최소한의 응력 값으로, 이 값보다 작은 힘에서는 고체처럼 형태를 유지하고 넘어서면 액체처럼 흐르기 시작하는 문턱값입니다.

쉽게 풀면

마요네즈나 치약을 떠올려 보면, 용기를 살짝 기울이기만 해서는 흘러내리지 않다가 어느 정도 힘을 주어 짜야 비로소 나오는 것을 경험했을 것입니다. 이때 흐르기 시작하는 순간에 필요했던 최소한의 힘이 바로 항복응력입니다. 항복응력을 넘지 않는 작은 힘에서는 제형이 마치 고체처럼 자기 형태를 유지하고, 이 문턱을 넘는 순간부터 액체처럼 흐르기 시작합니다. 화장품 크림이 용기 안에서는 흘러내리지 않다가 손으로 눌러 짤 때는 나오는 것도 이 원리 덕분입니다.

왜 중요한가

항복응력은 제형이 보관 중 형태를 유지하면서도 사용할 때는 쉽게 짜지거나 발릴 수 있게 하는 균형을 결정짓는 핵심 물성이어서, 크림이나 겔 타입 화장품의 처방 설계에서 중요하게 다뤄집니다. 또한 유화 입자나 고체 성분이 침전되지 않고 균일하게 분산 상태를 유지하는 데도 항복응력이 관여하는 것으로 알려져 있습니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"허셜-벌클리 모델을 적용하여 산출한 결과, 증점제 함량이 증가할수록 항복응력 값이 증가하는 경향을 보였다."

수학적 모델을 이용해 항복응력을 산출하고 처방 성분과의 관계를 보고하는 문장입니다.

"항복응력이 충분히 확보된 시료에서는 저장 기간 동안 안료 입자의 침강이 거의 관찰되지 않았다."

항복응력이 입자 침강 방지에 기여했음을 설명하는 예문입니다.

조금 더 깊게 보면

항복응력은 대체로 허셜-벌클리(Herschel-Bulkley) 모델이나 빙엄(Bingham) 모델과 같은 유변학적 모델을 이용해 응력-변형률 곡선으로부터 산출됩니다. 실제로는 아주 명확한 경계값이라기보다는 매우 낮은 전단속도에서 점도가 급격히 변화하는 구간으로 나타나는 경우가 많아, 측정 방법과 모델 선택에 따라 산출값이 달라질 수 있습니다.

주의할 점

항복응력은 이상적인 물리량이라기보다 실험적으로 근사되는 값이므로, 서로 다른 측정 방법이나 모델로 얻은 항복응력 수치를 직접 비교할 때는 신중해야 합니다.