Electro-rheological Measurements of Phase Inversion of Emulsions under Shear Flow

전단응력 하에서 에멀젼 상 변이의 측정을 위한 전기 유변학적 연구

This study aims at measuring electrical and rheological properties of cosmetic emulsions on the skin under shear flow. The effects of volume ratio and surfactants on structural changes of emulsions were examined by determining the changes of electrical resistance, viscosity, and morphology. As the ratio of the internal phase increased, the phase inversion occurred more quickly. The viscosity change was found to increase with increasing of the variation of electrical resistance of the emulsions. This phenomenon may be caused by decreased resistant force against the shear flow because of the breakdown of the internal phase. Surfactants a]so played a key ro]e on phase transition of emulsions. It is likely that polymeric surfactants anchoring on the emulsion surface reinforced the interfacial mechanical strength. As the concentration of surfactants increased, the phase transition occurred more slowly. It has been demonstrated that the phase changes of emulsions under shear flow can be monitored on the real-time basis by using a JELLI$\^$TM/ chip system, a combination of conductiometry and rheometry. Our approach is expected to a useful experimental tool for predicting the phase transition of the cosmetic products during skin application.

본 연구는 다양한 종류의 에멀젼에 전단응력을 가하며 그때 일어나는 에멀젼의 상 변이를 전기, 유변학적 특징을 통해 실시간으로 측정해 보는 것이다. 전기 전도도의 변화는 자체 제작한 JELLI$^{TM}$(Joint Electro-rheometer for Liquid-Liquid Inversion) 칩을 이용하였으며, 동시에 유변물성측정장치(rheometer)를 이용하여 유변물성의 변화를 측정하였다 JELLI$^{TM}$ 칩과 인조 피부를 유변물성측정장치 사이에 장착하고 그 사이에 다양한 종류의 에멀젼을 얇게 발라준 후, 일정한 전단응력을 주며 시간에 따른 저항과 점도 값의 변화를 측정하였다. O/W 제형의 경우 시간에 따라 저항 값이 커지는 경향을 보였으며 저항 값은 내부 상이 많을수록 더 급격한 변화를 나타냈다. 이때의 점도 변화를 보면, 저항 값의 변화가 클수록 점도의 변화도 큼을 볼 수 있었다. 이것은 내부 상의 파괴로 인해 외부의 힘에 저항하는 힘이 약해졌기 때문이라고 예상된다. 이런 결과를 이용하여 전단응력에 의한 에멀젼 상 변이 특성과 정도를 실시간, 정량적 비교할 수 있었다.