마스카라 고분자공학 프로젝트 (새신 원통형용기) 12조

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1 마스카라 고분자공학 프로젝트 (새신 원통형용기) 12조
고분자공학 프로젝트 마스카라 (새신 원통형용기) 12조 박용주 , 김종수, 문성진, 함정화 노혜진, 최종운, 홍성희, 박근엽 안녕하세요 고분자 공학 프로젝트 10조 발표를 맡은 김종수라고 합니다.

2 Contents 새신 원통형 용기 아이라이너 마스카라
저희가 발표를 맡은 용기는 새신 원통형 용기입니다. 새신원통형용기란 말그대로 원통형 용기를 뜻합니다. 대표적으론 아이라이너 마스카라가 있습니다. 저희는 이중 마스카라를 선정해 발표하겠습니다. 아이라이너 마스카라

3 Contents 1. 마스카라란? 2. 용기 및 솔 설계 -솔 3. 프린팅 기술 4. 결론 -기존 마스카라 - 개선방향 -용기
①외용기 ②내용기(리필) -솔 3. 프린팅 기술 4. 결론 발표 순서는 다음과 같습니다. 기존 마스카라에 대해 알아본 후 마스카라를 개선해야 할 점을 알아보고 저희가 이것을 개선해 보겠습니다.

4 마스카라 란? 속눈썹이 짙고 길어 보이도록 하기 위하여 칠하는 화장품 마스카라 용기 및 솔 프린팅 기술 결론 Q&A
마스카라란 위 사진에서 보듯이 속눈썹을 더 예쁘게 보이게끔 하고자 하는 화장품의 일종으로, 여성분들의 눈 화장품 중 필수적인 요소라고 할 수 있습니다.

5 마스카라 란? 나일론 Or 가황고무 PP 기존 마스카라 마스카라 용기 및 솔 프린팅 기술 결론 Q&A

6 마스카라 란? 기존 마스카라 마스카라 용기 및 솔 프린팅 기술 결론 Q&A 단위 PP 휨 탄성률 kgf/cm² 17000
MC.나일론 6.나일론 66.나일론 굽힘 강도 kgf/cm² 980~1120 1000 1200 탄성계수 2472~3193 1133~2730 - 압축 강도 900940~1050 820 1060 충격 강도 9~13 6.5 5.5 내마모성 mg/1000회 3~4 8 경도 R scale R115~120 R119 R120 단위 PP 휨 탄성률 kgf/cm² 17000 충격 강도 kgf/cm². 3.8 내마모성 mg/1000회 40 Tg ºC -13 Tm 176 경도 R scale R100 마스카라의 주 성분들의 구체적 물성은 다음과 같습니다. 이는 곧 저희가 디자인할 마스카라에서 다시 비교됩니다.

7 마스카라 란? 기존 마스카라 사용 시 불편한 점 솔 용기 솔이 잘 뭉친다. 용기가 잘 깨진다. 피부에 쉽게 묻는다.
용기 및 솔 프린팅 기술 결론 Q&A 기존 마스카라 사용 시 불편한 점 솔 솔이 잘 뭉친다. 피부에 쉽게 묻는다. 빨리 굳는다. 마모가 쉽게 된다. 용기 용기가 잘 깨진다. 잔여량이 많다. 분해속도가 매우 느리다. 쓰레기 문제 디자인 하기에 앞서 기존 마스카라 제품을 쓰는데 있어서 문제가 되는 점이 무엇일까 생각해 보았습니다. 용기 부분에 있어서는 다음과 같은 문제점 들이 있습니다. 보통 파우치 안에 여러 화장품을 같이 넣어두고 다니는데, 다른 용기와 부딪치며 용기가 곧잘 깨지곤 합니다. 마스카라 용액은 왁스와 다른 여러 화학물질로 구성되어있는데 이는 점도가 매우 높아, 높은 비율의 잔여량이 남습니다. 잔여 량 문제는 앞서 많은 조들이 발표했듯이 리퀴 글라이드를 적용함으로써 해결할 수 있다고 생각합니다. 아무래도 범용고분자를 사용하다 보니 매립시 분해속도가 500년 이상 걸리는 쓰레기문제가 발생합니다. 이는 이후 생분해성 고분자를 이용해 해결하고, 리필용 용기를 적용해 쓰레기 문제를 최소화 해보고자 합니다. 솔부분에 있어서는 다음과같은 문제점이 있습니다. 마스카라를 바르다 보면 기존 나일론 솔이 쉽게 뭉치게 됩니다. 바르다보면 눈두덩이에 다시말하면 피부에 쉽게 묻습니다. 쉽게 굳기도하고요 마모도 잘 됩니다.

8 개선 마스카라 마스카라 용기 및 솔 프린팅 기술 결론 Q&A
저희가 설계한 마스카라의 상상도입니다. 초록색부분은 외용기, 내용기는 빨간색부분입니다 마스카라액을 직접 담고 있는 용기로 액을 다 사용한 후에는, 액이 가득찬 새로운 내용기를 다시 외용기에 채웁니다., 그리고 솔부분으로 이루어져있습니다.

9 마스카라 용기 및 솔 프린팅 기술 결론 Q&A 용기 및 솔 설계

10 외용기 용기 및 솔 마스카라 용기 및 솔 프린팅 기술 결론 Q&A
먼저 외용기입니다. 위 그림에서 초록색 부분에 해당합니다. 직접접으로 외부환경과 맞닿아있어, 내구성이 중요한 부분입니다.

11 용기 및 솔 외용기 -compounding process
마스카라 용기 및 솔 프린팅 기술 결론 Q&A 외용기 -compounding process 고분자 원재료에 여러종류의 첨가제나 보강재등을 가하여 사용목적에 적합하고 압출, 사출 등의 성형가공이 가능한 중간제품을 제조하는 공정 -상용화제 잘 섞이지 않는 폴리머를 섞이게금 안정화해주는 물질. 실제 플라스틱은 Compounding proces라는 과정을 거쳐 만들어집니다. Compounding process는 옆의 그림처럼 이루어져있고요. 이를 간략히 설명하자면, 고분자 원재료에 여러 종류의 첨가제나 보강재를 가하여 사용하기 적합한 플라스틱을 만들어내는 과정입니다. Compounding proces에도 여러 기법이 있지만 저희는 이 중 여러 고분자를 섞어서 사용하는 blended 공법을 이용했습니다. 이 blended 공법을 할 때 잘 섞이지 않는 물질의 경우 잘 섞이게 금 상용화제를 넣어줍니다.

12 용기 및 솔 외용기 PP(poly propylene) + PCL(polycaprolactone)
마스카라 용기 및 솔 프린팅 기술 결론 Q&A 외용기 PP(poly propylene) + PCL(polycaprolactone) -PP/PCL(90/10) blended 물질 1)분해속도 조절 가능 2)기존 PP대비 충격강도 상승 Blended할 두 가지 종류의 고분자입니다. 익숙한 범용고분자인 PP와 생분해성 고분자인 PCL (polycaprolactone)입니다. 기존 PP의 경우 화장품 용기에 사용될 필수적 조건인 내화학성, 내후성, 내구성등 모두 우수한 편에 속하지만, 분해속도문제와 비교적 쉽게 깨진다는 문제가 있었습니다. 이를 해결하기 위해 PCL과 blended했습니다. 한편 PCL의 구조식에서 알 수 있듯이 극성분자이며 주쇄에 산소가 있어 고분자간 인력이 우수할것이라고 예측할 수 있습니다. 실제로 이는 우수한 충격강도로 나타납니다.

13 용기 및 솔 마스카라 용기 및 솔 프린팅 기술 결론 Q&A 외용기 단위딘 PP PCL PP/PCL(90/10)+1phr PP/PCL(90/10)+3phr PP/PCL(90/10)+5phr 인장강도 kgf/cm² 309.0 187.4 263.8 256.9 243.1 충격강도 3.8 16.7 10.8 12.7 15.3 상용화제: SEBS-g-MAH 한편, PCL과 PP는 구조식에서 알 수 있듯이 무극성,극성으로 잘 섞이지 않습니다. 이때 상용화제로 : SEBS-g-MAH 를 넣어줍니다. 이 상용화제를 5phr넣어주면 다음과 같은 15.3 이라는 충격강도를 얻을 수 있습니다. 이는 기존 PP대비 4배 정도 증가한 값으로 충격에 강해진 소재입니다. PCL과 PP를 Blended함으로써 분해속도를 조절, 쓰레기 문제 해결, 잘 깨진다는 충격도 상당량 보완 했습니다.

14 내용기 용기 및 솔 마스카라 용기 및 솔 프린팅 기술 결론 Q&A
내용기, 다쓴후 새로운 용액이 채워진 용기로 리필 될 용기입니다. 그림에서 빨간색 부분으로 되어 있습니다. 리필 될 부분 이다 보니 외용기 부분보다 쓰레기문제가 더 크게 작용한다고 할 수 있습니다.

15 용기 및 솔 내용기 (리필) 폴리 케톤 1) 친환경적: 주원료 CO 2) 내구성 : PBT대비 230%이상 우수한 충격강도
마스카라 용기 및 솔 프린팅 기술 결론 Q&A 내용기 (리필) 폴리 케톤 1) 친환경적: 주원료 CO 2) 내구성 : PBT대비 230%이상 우수한 충격강도 3) 내화학성: 염화칼슘등 화학물질에 저항성을 보유한 안전한 소재 4) 내마모성: 매우 튼튼해 반영구적 물질로 분류 5) 밀 폐 성 : 최우수 수준의 기체 차단성을 보유 BUT UV취약함. 내용기에 사용할 고분자는 폴리 케톤으로써 다음과 같은 장점을 가지고 있습니다. 주원료중 하나가 CO임으로 탄소 배출문제에있어서 매우 친환경적입니다. 또한 충격강도 역시 기존 범용고분자에 비해 우수합니다. 그밖에 화장품용기로써 가져야할 내화학성, 밀폐성, 내마모성이 우수합니다. 그러나 자외선에 있어 취약해 내후성이 부족하다는 치명적인 약점이 있습니다.

16 용기 및 솔 내용기 (리필) 좋은 충격강도 내후성 부족 (자외선에 취약) → 용기에 필름 부착 마스카라 용기 및 솔
프린팅 기술 결론 Q&A 내용기 (리필) 단위딘 PP Poly Ketone 860D 1030D 충격강도 kgf/cm² 3.8 16.7 10.8 좋은 충격강도 내후성 부족 (자외선에 취약) → 용기에 필름 부착 이를 구체적인 수치로 나타낸 것 입니다. 실제로 PP보다 우수한 충격강도를 가지고있으나, 아래 표에서 보듯. 내후성이 매우 좋지 않은 것을 알 수 있습니다. 이는 용기에 필름을 부착함으로써 해결을 하고 자합니다.

17 용기 및 솔 내용기 (리필) PI 필름(25um 두께 90%자외선 차단) 카본 세라믹 필름(90%이상자외선 차단) 마스카라
프린팅 기술 결론 Q&A 내용기 (리필) PI 필름(25um 두께 90%자외선 차단) 카본 세라믹 필름(90%이상자외선 차단) 먼저 간략히 각 필름에 대해 설명드리겠습니다 PI필름이란 폴리아마이드 필름으로 비결정성 고분자 입니다. 이를 부작하면 기계적 물성을 증가시키고 자외선을 차단해주는 장점이 있습니다. 다른 필름인 카본 세라믹필름이란 carbon black과 세라믹을 혼합하여 만든 필름으로 자외선은 막아주지만 가시광선은 투과시킨다는 장점을 가지고있습니다. 이 필름을 실리콘계 미점착 시트를 이용해 이중으로 부착한다면 자외선떄문에 비롯된 내후성문제와, 필름이 쉽게 떨어져 나갈수있기에 쓰레기문제를 동시에 해결할 수 있습니다.

18 용기 및 솔 내용기 (리필) PI 필름 카본 세라믹 필름 광학 특성 투명율 88% JIS K7105 광투과율 @380nm
마스카라 용기 및 솔 프린팅 기술 결론 Q&A 내용기 (리필) 광학 특성 투명율 88% JIS K7105 광투과율 @380nm 0.6% 0% JIS K0115 @400nm 54% 40% @550nm 87% PI 필름 카본 세라믹 필름 구체적인 자외선 차단이 어느 정도 되는지를 표로 나타낸 것입니다. Pi필름의 경우 380nm 영역의 자외선은 거의 0에가까운 투과율을 보이고 카본세라믹 필름의경우 100퍼센트에 가까운 자외선 차단을 보입니다. 이렇게 이중코팅을 함으로써 자외선 때문에 발생하는 폴리 케톤의 내후성문제를 해결했습니다.

19 용기 및 솔 마스카라 용기 및 솔 프린팅 기술 결론 Q&A 솔 다음은 솔 설계입니다.

20 용기 및 솔 -솔 ▶나일론(nylon) -장점: 미세하게 가공 가능 → 풍성한 속눈썹 형성
마스카라 용기 및 솔 프린팅 기술 결론 Q&A -솔 ▶나일론(nylon) -장점: 미세하게 가공 가능 → 풍성한 속눈썹 형성 -단점: 낮은 탄성 → 속눈썹에 액 뭉침 현상 발생 ▶가황 고무 -장점: 높은 탄성 → 낮은 뭉침 현상 빈도 -단점: 힘든 미세가공 → 솔의 굵기 증가 → 피부에 묻는 빈도 증가 기존 마스카라 솔에는 주로 나일론과 가황 고무가 쓰입니다. 나일론은 미세하게 가공함으로써 풍성한 속눈썹을 잘 만들수 있는 반면, 낮은 탄성으로 인해 액 뭉침 현상이 자주 발생한다는 단점이있습니다. 가황고무의 경우 높은 탄성력을 가지고있지만, 미세가공이 힘들어 솔의 굵기가 증가하여 눈 화장에 어려움이 있습니다. 앞서 언급한 나일론과 가황고무의 장점을 모두 가지고있는 물질을 생각하게 되었습니다.

21 용기 및 솔 -솔 -Hard segment: ex) Polyamide(우수한 기계적 물성)
마스카라 용기 및 솔 프린팅 기술 결론 Q&A -솔 ▶열 가소성 엘라스토머: Hard segment+ Soft segment -Hard segment: ex) Polyamide(우수한 기계적 물성) -Soft segment: ex) Polyester(유연한 탄성체와 같은 물성) 그렇게 찾아낸 물질이 열 가소성 엘라스토머입니다. 이는 copolymer의 일종으로 생각할 수 있는데, 우수한 기계적 물성의 Hardsegment부분과 탄성체와같은 물성을 보이는 Softsegment부분으로 나누어져 있습니다. 이 두 부분이 적당히 조화를 이룬 물질이 엘라스토머입니다.

22 용기 및 솔 -솔 ▶열 가소성 엘라스토머의 장점 -가황고무의 성격을 지니고 있으나 가황을 필요로 하지 않는다.
마스카라 용기 및 솔 프린팅 기술 결론 Q&A -솔 ▶열 가소성 엘라스토머의 장점 -가황고무의 성격을 지니고 있으나 가황을 필요로 하지 않는다. -고무와 나일론의 장점 결합(높은 탄성 + 우수한 가공성) -1회의 공정으로 성형 가능 → 비용 절감 (고무의 경우 3단계 필요) -뛰어난 기계적 물성 → 리필용기에 적합 이와 같은 엘라스토머의 장점으로는 다음과 같은 것 들이있습니다. 가황 고무와같은 높은 탄성력을 가지고 있지만 가황 과정이 필요 없습니다. 또한 우수한 가공성과 높은 탄성력을 가지고있습니다. 이는 눈화장에 직접적으로 연결되는 장점입니다. 많은 공정을 거치지않아도 된다는 장점이있습니다. 여러 뛰어난 여러 기계적 물성을 가지있습니다. 이는 저희가 설계한 마스카라용기는 기존의 것보다 더 오래사용할텐데 이에 적합하다고 할수있습니다.

23 용기 및 솔 ▶PEBAX™: Poly(amide 12 –b-tetramethylene oxide)
마스카라 용기 및 솔 프린팅 기술 결론 Q&A ▶PEBAX™: Poly(amide 12 –b-tetramethylene oxide) -우수한 성형 가공성 -내가수분해성, 내약품성 우수→세척에 용이 지속적 사용 가능한 고급 솔! 이 모식도는 여러 가지 열가소성 엘라스토머를 비교한 것입니다. 이 중 여러가지 물성이 좋은 TPAE를 저희가 사용할 솔의 주 성분으로 선정했습니다. 이것을 보면 마모성이 좀 떨어진다고 할 수 있는데 이는 엘라스토머들끼리 비교한 것입니다. TPAE는 나일론보다 우수한 내마모성을 가지고 있습니다. 저희는 리필용기만 갈아주고 다른 부분은 계속 사용하는데, TPAE의 뛰어난 물성중, 가수분해성, 내화학성은 세척에 용이하며 지속적으로 이용에 적합하다는 것을 알수있습니다.

24 용기 및 솔 -우수한 기계적 강도 -유연성 조절 가능→고무영역 대체 가능 단위 나일론 TPAE 인장 강도 kgf/cm²
마스카라 용기 및 솔 프린팅 기술 결론 Q&A -우수한 기계적 강도 -유연성 조절 가능→고무영역 대체 가능 단위 나일론 TPAE 인장 강도 kgf/cm² 520~770 2916~5364 탄성 계수 1133~2730 2009~41237 비중 - 1.078~1.11 0.94~1.01 TPAE의 구체적인 물성입니다. 나일론이나 실리콘 고무보다 인장강도, 탄성 계수등 많은 부분의 기계적 강도가 훨씬 우수합니다.

25 용기 및 솔 ▶제품 적용 방안 마스카라 용기 및 솔 프린팅 기술 결론 Q&A
한편으로 눈 화장을 할 때 있어서 여러 종류의 브러시가 존재하는데. 이는 원하는 눈썹모양에따라 다르게 쓰입니다. 저희는 이 여러가지 기능을 한꺼번에 쓸 수 있는 기능을 생각했습니다.

26 용기 및 솔 -엘라스토머의 장점은 탄성이므로 이를 이용해서 솔의 형태를 바꾸는 방법을 생각해보았다. ▶제품 적용 방안
마스카라 용기 및 솔 프린팅 기술 결론 Q&A ▶제품 적용 방안 -엘라스토머의 장점은 탄성이므로 이를 이용해서 솔의 형태를 바꾸는 방법을 생각해보았다. Figure 2.나선형 브러쉬 Figure 1.일자형 브러쉬 그렇게 만들어낸 것이 어플리케이터에 약간의 비틀림 현상 주어 브러쉬의 모양이 변함으로써 다른 형태의 브러쉬가 되어 여러 형태의 눈화장에 용이하게 쓰이도록 했습니다.

27 마스카라 용기 및 솔 프린팅 기술 결론 Q&A 프린팅

28 프린팅 마스카라 용기 및 솔 프린팅 기술 결론 Q&A ▶고분자 성형 기법 -사출방식(Injection Molding): 고분자에 열을 가하여 가소화 시키고 유합으로 용융수지를 금형에 쏘아 넣어 제품을 만들어 내는 방식 -압출방식(Extrusion): 고체고분자가 일정한 베럴을 통과하면서 녹고 직경이 일정한 파이프나 봉, 필름, 시트로 성형되는 방식 -중공성형(Blow Molding): 고분자를 용융시켜 Preform(Parison)을 만든 후 그것을 금형에 넣어 내부에 기체로 압력을 가하여 용기와 같은 내부가 빈 성형품을 만드는 가공방법

29 프린팅 마스카라 용기 및 솔 프린팅 기술 결론 Q&A ▶고분자 성형 기법 -사출방식(Injection Molding): 고분자에 열을 가하여 가소화 시키고 유합으로 용융수지를 금형에 쏘아 넣어 제품을 만들어 내는 방식 -압출방식(Extrusion): 고체고분자가 일정한 베럴을 통과하면서 녹고 직경이 일정한 파이프나 봉, 필름, 시트로 성형되는 방식 -중공성형(Blow Molding): 고분자를 용융시켜 Preform(Parison)을 만든 후 그것을 금형에 넣어 내부에 기체로 압력을 가하여 용기와 같은 내부가 빈 성형품을 만드는 가공방법

30 결론 3.8 15.3 10.8 단위 나일론 6 TPAE 인장 강도 kgf/cm² 520~770 2916~5364 탄성 계수
마스카라 용기 및 솔 프린팅 기술 결론 Q&A 단위 PP PP/PCL(90/10)+5phr(외용기) Poly Ketone 1030D(내용기) 충격강도 kgf/cm² 3.8 15.3 10.8 단위 나일론 6 TPAE 인장 강도 kgf/cm² 520~770 2916~5364 탄성 계수 1133~2730 2009~41237 결론입니다. 저희가 디자인한 마스카라는 친환경적인 소재와 함께 리필이라는 방식을 적용해, 쓰레기문제를 해결했습니다. 동시에 기존 마스카라보다 더 오래 사용할 수 있게 금 충격강도를 높인 물질을 선정했습니다. 또한 솔에 있어서는 가황 고무의 높은 탄성력으로 적은 액 뭉침 현상과 와 나일론의 미세한 가공을 통한 섬세한 눈 화장이 가능하다는 장점을 모두 가지고 있는 TPAE라는 물질을 선정해 기존 마스카라의 솔로 개선했습니다. 한편 솔의 모양을 변형을 추가해 여러종류의 눈화장도 가능하게끔 하였습니다.

31 마스카라 용기 및 솔 프린팅 기술 결론 Q&A 질의 응답