수크로스 에스터 유화제를 사용한 고함량 오일 함유 O/W 에멀젼의 제조 및 특성 분석

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

High-oil-content oil-in-water (O/W) emulsions were prepared by varying the oil fraction and the type of surfactant, and their rheological, textural, and structural characteristics were systematically investigated. Confocal laser scanning microscopy (CLSM) revealed that emulsions containing 70% oil formulated with sucrose ester surfactants exhibited a densely packed microstructure in which oil droplets were compressed into polyhedral shapes within a continuous aqueous network. This structural arrangement is characteristic of high internal phase emulsions (HIPEs) and was associated with elevated rheological parameters, including yield stress and viscosity.
When shear stress was applied to these structured emulsions, the aqueous network collapsed, inducing a rapid phase inversion. During this process, the dispersed oil phase transitioned into the continuous phase, resulting in a pronounced decrease in viscosity. Concurrently, exposure of the oil phase at the surface led to a noticeable increase in surface gloss. The rheological behavior of the high–oil-content O/W emulsions was analyzed using the Herschel–Bulkley model, and the resulting rheological parameters were compared across different formulations.
Sucrose ester–based emulsions exhibited higher yield stress, viscosity, hardness, and adhesiveness, indicating a more robust internal structure. In contrast, emulsions stabilized with sorbitan-based surfactants displayed a softer, creamier texture, demonstrating clear differentiation in sensory attributes. Furthermore, sucrose ester–based HIPEs showed enhanced ultraviolet (UV) protection and cleansing efficacy during the phase inversion process, as the oil phase became the continuous phase. These findings demonstrate that structural transitions in HIPE systems influence not only physicochemical properties but also functional performance, highlighting the potential of surfactant selection as a key factor in designing high–oil-content emulsion formulations.

국문 초록 (Abstract)

오일 함량 및 계면활성제 종류에 따라 고함량 오일을 함유한 O/W 에멀젼을 제조하고, 각 제형의 유변학적·텍스처 특성과 구조적 차이를 종합적으로 분석하였다. 공초점 레이저 주사 현미경(confocal laser scanning microscopy, CLSM)을 이용한 미세구조 관찰 결과, 수크로스 에스터 계면활성제를 사용한 오일 함량 70% 에멀젼에서는 수상 네트워크 구조 내에 오일 분산상이 다면체(polyhedral) 형태로 압축·밀집된 구조를 형성하고 있음을 확인하였다. 이러한 구조는 고내상 에멀젼(high internal phase emulsion, HIPE)과 같은 특징을 나타내며, 항복응력과 점도와 같은 유변학적 특성값이 높게 나타나는 경향을 보였다.
또한 이러한 구조의 에멀젼에 전단력을 가할 경우, 수상 네트워크 구조가 붕괴되면서 급격한 상반전(phase inversion) 현상이 발생하였다. 이 과정에서 분산상이던 오일상이 연속상으로 전환되며 점도가 급격히 감소하였고, 오일상이 외부 연속상으로 노출됨에 따라 제형 표면의 광택(gloss)이 증가하는 특성이 관찰되었다. 고함량 오일 함유 O/W 에멀젼의 유변학적 거동을 Herschel–Bulkley 모델로 해석하여 유변학적 매개변수를 산출하고, 제형 간 특성을 비교하였다.
수크로스 에스터 기반 에멀젼은 높은 항복응력, 점도, 경도 및 부착성을 나타내어 견고한 구조적 특성을 지니는 반면, 솔비탄 계열 계면활성제를 사용한 에멀젼은 상대적으로 부드럽고 크림성이 우수한 텍스처를 보여 제형감 측면에서 뚜렷한 차별성을 나타냈다. 추가적으로, 수크로스 에스터 기반 고내상 에멀젼은 상반전 과정에서 오일상이 연속상으로 전환됨에 따라 UV 차단력 및 세정 효능이 향상되는 기능적 장점도 확인되었다. 이러한 결과는 고내상 에멀젼에서의 구조적 변화가 단순한 물성 차이를 넘어 실제 기능성 발현에도 직접적인 영향을 미침을 시사한다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장. 서론 1
• 제 2 장. 이론적 배경 3
• 2.1. 에멀젼의 안정성 3
• 2.2. 고내상 에멀젼 4
• 2.3. 수크로스 에스터(sucrose ester) 계면활성제 6
• 제 3 장. 실험 8
• 3.1. 사용 재료 8
• 3.2. 제조 방법 9
• 3.3. 분석 13
• 1) 미세구조(Confocal) 관찰 13
• 2) 유동 특성 분석 13
• 3) 텍스처 특성 분석 13
• 4) 시차주사 열량계(DSC)에 의한 결정성 특성 분석 13
• 5) 점탄성 특성 분석 14
• 6) SPF(Sun protection factor) 측정 14
• 제 4 장. 결과 및 고찰 15
• 4.1. 계면활성제 종류에 따른 고함량 오일 함유 O/W 에멀젼 15
• 4.2. 고함량 오일 함유 O/W 에멀젼의 선크림 제형 적용 30
• 제 5장. 결론 47
• 참 고 문 헌 49
• ABSTRACT 54