A Study on the Encapsulation of Cosmetic Oil Using Computational Fluid Dynamics

Oil is used in various industries, including the agricultural sector, food industry, and functional cosmetics. These oils are chemically unstable and prone to oxidation when exposed to oxygen, light, moisture, or high temperatures. Therefore, various attempts have been made to encapsulate them so that they are not exposed to such environments. When oil is injected into a refrigerant with greater density, the oil can be encapsulated as it rises due to buoyancy caused by the density difference. In this study, oil encapsulation was simulated to find the optimal conditions for operating equipment using computational fluid dynamics (CFD) for multiphase flows. Water or serum can be used as a refrigerant. The viscosity of water is relatively small, and if it is used as a refrigerant, oil droplets can be produced well even if oil and water are continuously injected in the equipment. However, the viscosity of serum is very high, and if it is used, the oil is stretched out and does not leave the nozzle. The results show that when using serum as a cooling medium, oil encapsulation is possible if the injection is stopped for some time after instantaneous injection at high speed.

전산유체역학을 이용한 화장품 오일 캡슐레이션 현상에 대한 연구

농업분야를 비롯한 식품산업 등 다양한 산업에서 사용되고 있는 오일은 기능성 화장품 개발에도 주요한 원료로 사용되고 있다. 오일은 산소나 빛, 습기 또는 고온에 노출되면 화학적으로 불안정하고 산화되기가 쉬운 특징이 있어 이러한 환경에 그대로 노출되지 않도록 캡슐화하기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다. 오일보다 밀도가 큰 냉매 안에 오일을 주입하면, 오일과 냉매의 밀도차로 인한 부력에 의해 오일이 떠오르면서 오일을 캡슐화 할 수 있는데, 본 연구에서는 이러한 방식의 오일 캡슐레이션 장비를 개발함에 있어 오일 캡슐화의 최적의 장비 구동조건을 찾기 위하여 다상유동에 대한 전산해석을 이용하여 오일 캡슐레이션 현상을 모사하였다. 냉매로는 물이나 세럼(Serum)을 이용할 수 있는 데, 상대적으로 점도가 상당히 작은 물을 냉매로 사용했을 경우는 오일과 물을 지속적으로 주입시키는 방식으로 장비를 구동하더라도 오일액적이 잘 생성됨을 알 수 있었으나, 점도가 매우 큰 세럼을 냉매로 사용했을 경우는 오일이 액적의 형태로 노즐에서 이탈되지 않고 길게 늘어지는 양상을 나타냈다. 세럼을 냉매로 이용한 경우는 오일을 연속으로 주입시키는 방법 대신 짧은 순간 빠르게 주입한 후 얼마의 시간동안 주입을 멈춰 부력에 의해 오일액적을 노즐로부터 이탈시키는 방법을 이용하면 오일액적 생성이 가능함을 알 수 있었다.