The Physical Properties and Performance of Products for Eyelash Monofilaments

속눈썹용 원사의 물리적 성질 및 제품성능

Abstract

In this study, the flat-section monofilaments of PBT for artificial eyelashes was developed, and the physical properties of the circular cross-section of artificial eyelashes were compared and observed, and the main performance of the artificial eyelash prototype was observed through processing for artificial eyelashes. In addition, a satisfaction survey of the prototype was conducted through a survey of consumers and artificial eyelash operators. It was found that the bending stiffness value of the monofilaments increased significantly as the thickness increased. As a result of measuring the bending properties of the flat-section PBT monofilaments, the bending stiffness was significantly lower than that of the circular-section PBT specimens of the same thickness. The deformed cross-section PBT monofilaments with flat cross sections developed in this study showed a light weight factor of less than 50% compared to the existing circular cross-section PBT ones. The adhesive strength of the developed PBT artificial specimens was greater than that of the existing circular cross-section yarn. It was also observed that the curl stability over time was excellent. As a result of the consumer survey, it was possible to obtain more than 85% of positive answers in the case of consumer subjects, and it was possible to investigate that the satisfaction of the operator subjects was more than 80% compared to the existing round-section eyelashes.

1. 서론

섬유를 활용한 메이크업(make-up)에 사용되는 대표적인 도구 및 섬유제품은 아이 메이크업(eye makeup)에 사용되는 인조 속눈썹(eyelash)과 아이라이너(eyeliner), 그리고 다양한 브러시(brush) 등을 들 수 있다. 현재 메이크업용 도구들은 다양한 동물(염소, 흑담비, 말, 다람쥐, 족제비 등)의 모(毛)를 사용한 제품과 인조모(artificial fur)를 사용한 제품으로 구분될 수 있다.

미용 과학적인 면에서 인조속눈썹에 관한 다양한 연구가 진행되고 있다^1-8). 인조모의 경우 적합한 탄성과 레질리언스, 그리고 성형성 등의 물성을 갖는 나일론(Nylon)과 PBT(Polybutylene terephtalate) 인조모가 사용되며, 최근에는 우수한 물리적 성질, 염색성, 가공성이 우수한 PBT소재^9-14) 인조모가 메이크업 도구용 섬유로 널리 활용되고 있다.

메이크업용 도구 및 섬유제품에 사용되는 인조모는 메이크업의 종류에 따라 적합한 기능을 보유하여야 한다. 일반 브러시와 같이 메이크업의 단순한 기능을 요하는 메이크업용 도구에는 기술 및 가공의 난이도가 높지 않은 인조모를 사용하므로 중국과 같은 저임금 국가에서 생산되는 인조모를 사용하여 제품생산이 이루어지고 있다.

현재 연장용 인조 속눈썹에 사용되는 인조모는 단순 원형단면의 PBT 원사가 사용되고 있어, 각 제품에 요구되는 기능(Table 1)을 충족시키지 못하여 고부가가치 제품에 활용되지 못하고 있다.

Table 1. Required characteristics of artificial eyelash

본 연구에는 인조모의 높은 기능과 가공 난이도를 요하는 인조 속눈썹용 고부가가치 인조모 개발을 위한 물리적성질 및 제품성능을 연구 범위로 하고 있다. 현재 사용되고 있는 연장용 인조 속눈썹은 단면이 원형과 타원형인 PBT 인조모를 자연 속눈썹 가닥과 접착제로 접착하는 방법으로 시술되나, 접촉면이 작아 쉽게 떨어지는 단점이 있다(Table 2).

Table 2. High value-added artificial eyelash material

이에 본 연구에서는 인조 속눈썹용 이형단면 원사를 개발하여 물리적 특성을 관찰하였으며, 인조 속눈썹용 원사 가공을 통해서 인조모 시료의 주요 성능을 관찰하였다. 또한 소비자와 시술자 설문조사를 통해 시료의 만족도 조사를 관찰하여 인조 속눈썹용 원사 개발 및 제품개발을 위한 데이터 축적과 최적 조건 제시가 본 연구의 목적이라고 할 수 있다.

2. 실험

2.1 시료

실험에 사용한 시료는 실제로 인조 속눈썹용 합성섬유 모노필라멘트(Shin-young H&B Co., Korea)를 이용하여 실험에 사용하였다.

Table 3은 실험에 사용한 모노필라멘트의 사양을 나타내었다.

Table 3. Specimens used in experiments

2.2 원사의 물리적 특성 평가

2.2.1 인장강도, 신도, 탄성회복율

원사의 인장강도와 신도 측정은 KS K 0412기준으로 시료에 초하중을 가하여 정속인하식방식으로 클램프속도 30cm, 인장속도(30±2)cm/min로 표준상태에서 측정하였다.

탄성회복률은 KS K 0435 기준으로 클램프 사이를 500mm로 하여 시험편을 한쪽 클램프에 물리고, 다른 한쪽에 규정된 초하중을 건 다음 클램프를 조인다. 50mm/min의 인장 속도로 파지 거리의 3%까지 잡아당긴 다음 곧바로 같은 속도로 원위치로 돌아와 하중이 제거되도록 하고 그 상태로 2min 유지한 후 다시 같은 속도로 파지 거리의 3%까지 잡아당긴다. 이 절차가 끝난 다음 기록된 하중-신장곡선으로부터 회복신장길이를 재고 탄성회복율을 계산하였다.

2.2.2 치수변화율

원사의 치수변화율 측정은 KS K 0215기준에 의하여 건열과 열수에 의한 치수변화율을 측정하였다.

2.2.3 굽힘특성

원사의 굽힘특성은 소비자가 인조 속눈썹 제품을 사용시 부드러운 터치, 착용감과 밀접한 관계가 있어 KES-FB system (FB 2)을 활용하여 굽힘강성(B)과 이력(2HB)을 측정하였다.

2.2.4 원사의 가공공정

원사는 Figure 1과 같은 공정을 통하여 선단이 첨예한 속눈썹용 원사로 가공된다. Figure 1에 관련 공정도를 나타내었다.

Figure 1. Tapering finishing of PBT monofilaments.

2.3 개발시료의 성능평가

2.3.1 경량률

원형단면사와 이형단면사의 경량률 측정은 각 원사의 일정길이에 대한 무게를 측정하여 원사의 번수를 계산하여 다음의 식(1)에 따라 경량률(%)을 산출하였다.

\(\begin{aligned}Light\;weight=\frac{B}{A}\times 100\end{aligned}\)       (1)

where,

A: Circular section mono filament denier

B: Deformed section mono filament denier

2.3.2 접착강도

속눈썹 연장은 인모 한올에 인조 속눈썹 한올씩을 전용 글루(Glue)로 접착시켜 속눈썹의 길이를 길게 늘리는 시술이다. 인모에 접착된 인조 속눈썹은 외부 환경에 의해 쉽게 탈락되며, 본 과제에서는 접착 지속성을 다음과 같은 방법으로 측정하였다. 원형단면사와 이형단면사의 접착강도측정은 표준시험방법이 없어, 속눈썹(인모)에 해당되는 원형단면 원사에 각각의 인조모를 전용 글루접착제(Glue adhesive)로 접착시킨 후 건조하여 Table 4에 따라 접착강도를 측정하였다.

Table 4. Adhesive strength measurement conditions

2.3.3 컬(Curl)의 경시 안정성 평가

인조 속눈썹 완제품에 대한 평가이며, 인조 속눈썹에 부여된 컬(curl)이 외부환경에 의해 변형되는 정도를 측정하여 평가하였다. 인조 속눈썹의 선단 컬 경시안정성 평가방법으로 80℃ 물에 10분간 침지한 후 인조 속눈썹 선단 컬의 변형 정도를 평가하였다. 인조 속눈썹의 경시안정성 시험에 대한 표준규격이 없어 Figure 2 시험법을 고안하여 진행되었다.

Figure 2. How to measure the deformation of curls.

컬의 변형율(deformation rate, %)은 식(2)으로 계산하였다.

\(\begin{aligned}De\; formation\; rate(\%)=\frac{A-B}{B} \times 100\end{aligned}\)       (2)

where,

A: Angle after hotwater soaking

B: Angle before hotwater soaking

2.4 시료 설문조사

개발 인조모로 제작된 인조 속눈썹 시료(플랫 래쉬 제품)에 대한 평가를 외부기관인 한국속눈썹교육협회에 의뢰하여 소비자와 시술자를 대상으로 한 수요자 설문조사(총 274명)가 Table 5와 같이 조사되었다.

Table 5. Eyelash prototype survey overview

Table 6에는 소비자를 대상으로 한 설문조사항목을 나타내었고, Table 7에는 시술자를 대상으로 한 설문조사항목을 나타내었다.

Table 6. Consumer survey items for eyelash prototypes

Table 7. Questionnaire items for the operator of the eyelash prototype

3. 결과 및 고찰

3.1 원사의 물리적 특성 평가

3.1.1 인장강도와 신도

모노필라멘트의 사강도는 시료의 굵기와 밀접한 관계가 있으며, 시료원사의 굵기가 커질수록(Cir 020, Flat 020) 사강도는 높아지는 경향을 나타내었다.

원사의 사강도는 원형단면 PBT 원사의 경우 굵기가 굵을수록 신도는 조금 작고, 편평단면 PBT 원사는 증가하는 경향을 보였다. 탄성회복률의 경우는 원형단면 PBT 원사의 경우는 큰 차이가 없었으며, 편평단면 PBT 원사는 굵을수록 감소하는 경향을 보였다.

Table 8에 단면모양에 따른 모노필라멘트의 강도와 신도를 나타내었다.

Table 8. Monofilament strength and elongation according to cross-sectional shape

3.1.2 치수변화율

원사의 건열상태와 열수에서의 치수변화율을 관찰하였다. 열수에서의 수축율값이 건열에서보다 조금 큼을 관찰할 수 있었다. 단면모양에 따라서도 원형단면사가 상대적으로 평편단면사보다 수축이 조금 큼을 확인할 수 있었다.

Table 9에 단면모양에 따른 시료의 치수변화율을 나타내었다.

Table 9. Monofilament dimensional change rate according to cross-sectional shape

3.1.3 굽힘특성

시료들은 굵기가 커짐에 따라 굽힘강성 값은 큰 폭으로 증가하였으며, 평편단면 PBT 원사(Flat 016, Flat 022)는 같은 굵기의 원형단면 PBT 원사(Cir 015, Cir 020)에 비해 굽힘강성(B)이 현저하게 작은 값을 나타내었다.

이와 같은 결과에서 평편단면의 인조 속눈썹이 원형단면 인조 속눈썹보다 소프트 한 터치를 나타낼 수 있을 것으로 판단되며, 또한 속눈썹 연장 시술된 인모와 인조 속눈썹 접착부위에 전달되는 외력을 감소시켜 접착 지속성 향상에도 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다.

Table 10에 단면모양에 따른 굽힘특성값을 나타내었다

Table 10. Monofilaments bending characteristics according to cross-sectional shape

*B: Bending rigidity indicates the degree of resistance of a material to bending deformation

**2HB: Moment of hysteresis shows recovery performance against bending deformation

3.1.4 원사의 가공공정 전후의 형태관찰

속눈썹용 인조모 가공은 강 알칼리용액(NaOH)에서 원사의 선단부분을 테이퍼(taper)형태로 가공하고, 염색과정을 거쳐 부드러운 터치와 심미적인 특성을 부여하는 공정이다. 속눈썹용 소재의 가공공정 전후의 전자현미경 사진을 나타내었다(Figure 3).

Figure 3. Electron microscope before and after alkali hydrolysis processing; (a) Circular cross-section monofilament before alkali hydrolysis processing, (b) Circular cross-section monofilament after alkali hydrolysis processing, (c) Flat cross-section monofilament before alkali hydrolysis processing, (d) Flat cross-section monofilament after alkali hydrolysis processing.

3.2 인조모속눈썹시료의 성능평가

3.2.1 경량률

인조 속눈썹은 가벼우며 시술후 심미적인 특성을 나타내어야 한다. 본 실험에서는 기존에 인조 속눈썹용으로 활용되는 원형단면사와 비교하여 평편단면 PBT 원사의 경량률을 측정하였다. 원형단면사의 직경과 평편단면사의 장축의 길이가 유사한 원사들 간의 번수를 비교하였다. 실험방법으로 시료의 일정길이에 대한 무게를 측정하고, 각 시료의 번수를 계산하여 경량율을 비교하였다.

Table 11에서와 같이 2종의 평편단면 PBT 원사 모두 40 ~ 50% 경량률을 나타내었다. 이는 이형단면 PBT 원사의 단면구조가 가로방향과 세로방향 비율이 다른 평편한 구조로 설계되어 있어, 원형단면사 보다 단면적이 작기 때문인 것으로 판단된다.

Table 11. Comparison of percent of light weight

3.2.2 접착강도

속눈썹 연장은 인모(human eyelash) 한올에 인조모 속눈썹 한올씩을 전용 글루(glue)접착제로 접착시켜 속눈썹의 길이를 길게 늘리는 시술로 인모에 접착된 인조 속눈썹은 외부 환경에 의해 쉽게 탈락되며, 본 연구에서는 접착 지속성을 늘리기 위한 섬유소재에 대한 연구를 진행하였다. 인조 속눈썹의 접착강도 시험에 대한 표준규격이 없어 Figure 4와 같이 시료를 준비한 후 인장강도 시험을 진행하였다.

Figure 4. Samples for testing the adhesive strength of artificial eyelashes.

Figure 5에서와 같이 기존의 원형단면사에 비해 개발 이형단면 PBT 인조모의 접착강도가 큰 결과를 나타내었다. 인모와 인조 속눈썹의 접착 지속성은 접착부위의 상태, 그리고 접착부위에 가해지는 외력의 정도에 의해 결정된다.

Figure 5. Adhesive strength comparison of samples.

따라서 접착부위의 접착면적과 표면상태는 인조 속눈썹의 접착 지속성에 영향을 미친다. 또한 인조 속눈썹의 굽힘강성은 접착부위에 전달되는 외력의 정도에 영향을 주며, 굽힘강성이 낮은 인조 속눈썹의 접착 지속성이 향상될 수 있다.

본 연구에서 연구된 PBT 인조모는 접착 지속성을 향상시킬 수 있도록 원사의 단면구조와 표면상태를 설계하였으며, 일반 원형단면의 인조모와 비교하여 평편 PBT 인조모는 굽힘강성이 낮아 인모와 인조 속눈썹의 접착 지속성 증가에 영향을 미칠것으로 예상되었다.

3.2.3 컬(Curl)의 경시안정성 평가

컬(curl)의 경시안정성은 인조 속눈썹 완제품에 대한 평가이며, 인조 속눈썹에 부여된 컬이 외부환경에 의해 변형되는 정도를 측정하여 평가하는 것이다.

Figure 2에서와 같이 실제 현미경에서 침지 전·후의 인조 속눈썹 이미지를 추출하여 인조 속눈썹 이미지의 처음과 끝부분이 이루는 각도를 측정하고, 침지 전·후의 각도를 비교하여 인조 속눈썹 선단 컬의 변형 유·무를 평가하였다.

Table 12에는 기존 원형단면 PBT 원사와 평편단면 PBT 원사로 제작된 인조 속눈썹 제품의 컬 경시안정성 시험 결과를 나타내었다. 모든 인조 속눈썹 제품들이 10% 미만의 변형률을 나타내었으며, 일부품목을 제외한 대부분의 시료가 5%미만의 변형률을 나타내어 컬 경시안정성이 우수함을 알 수 있었다.

Table 12. Evaluation of temporal stability of artificial eyelash curls

3.3 수요자 설문결과

3.3.1 소비자 대상 설문결과

Figure 6과 같이 평편 PBT 인조모를 사용하여 제작된 인조 속눈썹 제품에 대한 평가를 위해 외부기관인 한국속눈썹교육협회에 의뢰하여 소비자를 대상으로 한 수요자 관능평가를 실시하였으며, 결과는 다음과 같다. 설문은 5점 척도법으로 단순화 구성하여 산술적으로 표현하였다.

Figure 6. Results of consumer survey items for eyelash prototypes.

평편 PBT 인조모를 사용한 인조 속눈썹은 경량감에 있어서 138명(91%)이 기존 속눈썹에 비해서 가벼우며, 부드러운 터치감은 142명(93%)이 부드러움을 느낀다고 답변하였다. 또한 불편한 이물감은 131명(86%) 없는 것으로 조사되었다. 관리의 용이성은 128명(84%)이 긍정적으로 조사되었다. 시술 후 모양의 변형에 대해서는 127명(84%)이 변화가 없다고 응답하였으며, 기존 속눈썹대비 유지기간에 대한 항목은 기존 제품보다 길다고 느끼는 응답이 131명(87%)으로 조사되었다. 전체적으로 품질이 우수하다는 설문에는 130명(93%) 조사되고, 눈건강과 관련한 인증마크 필요성은 138명(91.7%)으로 조사되었다. 전체적으로 기존 속눈썹과 비교하여 평편 PBT 인조모를 사용한 인조 속눈썹이 모든 항목에서 85%이상 긍정적인 응답을 얻을 수 있었다.

3.3.2 시술자 대상 설문결과

Figure 7과 같이 평편 PBT 인조모를 사용하여 제작된 인조 속눈썹 제품에 대한 평가를 위해 외부기관인 한국속눈썹교육협회에 의뢰하여 시술자를 대상으로 한 수요자 관능평가를 실시하였으며, 결과는 다음과 같다. 설문은 5점 척도법으로 단순화 구성하여 산술적으로 표현하였다.

Figure 7. Results of consumer survey items for operator of the eyelash prototype.

평편 PBT 인조모를 사용한 인조 속눈썹의 시술시 기존 속눈썹 제품과 비교하여 인모에 안착감의 우수성에 대한 설문에는 87%가 긍정적으로 조사되었고, 경량감 항목은 115명(94%)이 경량감을 느끼며, 속눈썹 보호특성은 83%가 긍정적으로 조사되었다. 전체적인 고객 만족도는 90%정도가 기존 제품보다 만족도가 우수하며, 전체적인 품질수준은 94%가 우수한 것으로 응답하였다. 또한 눈건강과 관련한 인증마크의 필요성은 94%가 필요하다고 응답하였으며, 항균기능성 추가에 대해서도 90%가 필요하다고 조사되었다.

4. 결론

본 연구에서는 인조 속눈썹용 평편단면 PBT 모노필라멘트 개발을 통하여 기존 원형단면의 모노필라멘트와의 물리적 성질, 이를 활용한 인조 속눈썹용 시료의 주요 성능 특성을 비교하여 보았다. 인장강도는 모노필라멘트의 굵기가 클수록 증가하였고, 탄성회복율(%)은 큰 차이가 없었다. 원사의 건열상태와 열수에서의 치수변화율은 원형단면사가 상대적으로 평편단면사보다 수축이 조금 큼을 확인할 수 있었다.

굽힘강성(B)은 원사들은 굵기가 커짐에 따라 큰 폭으로 증가하였으며, 평편단면 PBT 원사(Flat 016, Flat 022)는 같은 굵기의 원형단면 PBT 원사(Cir 015, Cir 020)에 비해 굽힘강성(B)이 현저하게 작은 값을 나타내었다. 이는 인조 속눈썹의 접착 지속성 향상에도 큰 영향을 미칠 것으로 예상되었다.

시료 주요 성능의 경우 평편한 이형단면 PBT 원사는 원형 단면 PBT 원사와 비교하여 모두 50% 이하의 경량률을 나타내었다. 접착강도는 기존의 원형 단면사에 비해 개발 PBT 인조모의 접착강도가 큰 결과를 나타내었다. 컬의 경시안정성도 우수한 것으로 관찰되었다. 수요자 설문의 결과는 소비자 대상의 경우 평편 PBT 인조모를 사용한 인조 속눈썹에 대해 85% 이상이 긍정적인 응답을 주었으며, 시술자 대상의 경우에도 기존 원형단면의 인조속눈썹에 비하여 80% 이상 만족도가 우수함을 조사할 수 있었다.

본 연구결과로 기존 원형단면 인조 속눈썹보다 평편단면 인조 속눈썹이 주요 성능면에서 우수함을 확인할 수 있었으며, 관련 연구에 기초데이타로 활용 가능할 것으로 판단된다.

감사의 글

이 논문은 부천대학교 교내학술연구비의 지원을 받아 얻은 결과임을 보고 드립니다.