헤어스프로이

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배경

헤어스프레이는 모발이 원하는 스타일을 유지하도록 도와주는 퍼스널 케어 제품에 속합니다. 이 제품에는 미세한 미스트처럼 적용되는 필름 형성 성분이 포함되어 있습니다. 건조되면 이러한 화학 물질은 모간을 함께 고정하는 작은 접착제 같은 반점을 형성합니다. 헤어스프레이는 가압 가스로 구동되는 에어로졸 또는 펌프를 수동으로 눌러 분사되는 비 에어로졸로 제조됩니다.

연혁

여성들은 고대부터 머리카락을 고정하기 위해 천연 화합물(예:점토 및 잇몸)을 사용해 왔습니다. 현대 헤어스프레이는 제2차 세계 대전 중 미 육군이 에어로졸 스프레이 용기를 개발할 때까지 탄생하지 않았습니다. 군대는 넓은 지역에 살충제를 살포할 수 있도록 이 기술을 만들었습니다. 향후 10여 년 동안 에어로졸 기술은 페인트, 코팅, 퍼스널 케어와 같은 다른 산업으로 확산되었습니다. 최초의 상업용 헤어스프레이는 1940년대 후반에 출시되었습니다. 이 초기 제품은 천연 ​​수지인 셸락을 사용하여 모발을 제자리에 고정했습니다. 지난 50년 동안 연구원들은 헤어스프레이 성분의 품질과 이를 전달하는 데 사용되는 에어로졸 포장을 모두 개선했습니다. 이후 헤어스프레이는 헤어 케어 시장의 중요한 부분이 되었습니다.

원자재

홀딩 에이전트

헤어스프레이는 장쇄 화합물인 폴리머로 모발을 코팅하여 작동합니다. 최초의 헤어 스프레이에 천연 수지 재료(예:셸락)가 사용되었기 때문에 폴리머를 수지라고 하는 경우가 있습니다. 폴리머를 모발 유지제로 유용하게 만드는 주요 특성은 건조 시 필름을 형성하는 능력입니다. 헤어 스프레이를 모발에 바르면 액체 방울이 두 모발 섬유의 교차점에 도달할 때까지 모간을 따라 흘러내립니다. 이 섬유 교차점에서 물방울이 건조되면 머리카락을 서로 결합시키는 보이지 않는 필름이 생성됩니다.

화학자는 헤어 스타일링 제품을 개발할 때 다양한 폴리머 중에서 선택할 수 있습니다. 예를 들어, 폴리비닐피롤리돈(PVP라고도 함)은 헤어 스타일링 제품에 사용되는 일반적인 중합체입니다. 그러나 강한 고정력을 제공하지 않으며 공기에서 수분을 흡수하는 경향이 있습니다. 이 상황을 해결하기 위해 화학자들은 PVP를 다른 중합체인 비닐 아세테이트와 결합합니다. 결과 혼합물인 PVPVA는 내습성이 개선되어 컬을 더 잘 유지하는 공중합체입니다. 그러나 적절하게 공식화되지 않은 PVPVA 공중합체는 방수성이 높아 머리카락에서 씻어내기가 어려울 수 있습니다. 또 다른 일반적인 공중합체는 비닐 아세테이트와 크로톤산으로 만들어집니다. 이 성분은 경도, 용해도 및 수분 민감성의 적절한 균형을 제공하기 때문에 인기가 있습니다.

용매

용제는 에어로졸 헤어스프레이의 중량 기준으로 가장 큰 부분을 차지합니다. 이들은 제형의 활성 성분에 대한 담체로 사용되며 화학적 활성 성분 및 추진제와의 호환성에 따라 선택됩니다. 물은 저렴한 비용으로 인해 널리 사용되는 용매입니다. 불행히도, 물을 포함하는 제형은 건조하는 데 시간이 더 오래 걸리고 많은 추진제 시스템에서 덜 용해됩니다. 물은 또한 캔 내부의 부식 가능성을 높입니다. 에탄올은 다소 비싸지 만 또 다른 인기있는 용매입니다. 그러나 에탄올은 휘발성 유기화합물(VOCs) 계열에 속하며 대기오염의 원인이 되므로 에어로졸 사용이 제한되고 있습니다. 현재까지 허용 가능한 대체 용매가 승인되지 않았습니다.

첨가제

헤어스프레이에는 폴리머와 솔벤트 외에도 많은 화학 첨가제가 포함되어 있습니다. 예를 들어, 가소제는 폴리머의 효과를 수정하기 위해 추가됩니다. 여기에는 이소프로필 미리스테이트, 디에틸 프탈레이트 및 헤어스프레이 필름을 보다 유연하고 덜 부서지도록 만드는 실리콘과 같은 화학 물질이 포함됩니다. 아미노메틸 프로판올(AMP), 수산화암모늄, 모르폴린, 시클로헥실아민 및 붕산염 에스테르와 같은 중화 및 부식 방지제가 수지 용해도를 제어하고 캔 내부의 녹을 방지하는 데 도움이 됩니다.

추진제

추진제는 이름에서 알 수 있듯이 캔에서 헤어스프레이를 밀어내는 역할을 합니다. 캔에 낮은 압력으로 저장할 수 있는 가스입니다. 원래 CFC(클로로플루오로카본 가스)가 사용되었지만 상층 대기의 오존층 파괴에 연루된 것으로 의심되어 금지되었습니다. 부탄과 프로판과 같은 탄화수소 추진제는 CFC를 대체하기 위해 사용되었습니다. 이 가스는 캔에 일정량의 압력을 전달하도록 설계된 부탄과 프로판의 혼합물입니다. 예를 들어 추진제 부탄 40은 증기압이 40lb/in ² 인 부탄과 프로판의 혼합물입니다. (18kg/cm ² ). 탄화수소 추진제는 1980년대에 캘리포니아와 몇몇 다른 미국 주들이 대기 오염에 기여하는 것으로 나타났기 때문에 헤어스프레이에 사용할 수 있는 가스의 양을 입법화하기 시작하기 전까지 매우 인기가 있었습니다. 이 법안은 탄화수소 사용을 줄였습니다.

Dupont에서 일하는 과학자들은 새로운 종류의 추진제를 개발했습니다. 이들은 수소불화탄소(HFC)로 알려져 있으며 CFC의 많은 특성을 가지고 있지만 오염 정도는 아닙니다. 인기 있는 HFC는 1,1,-디플루오로에탄(추진제 152A)과 1,1,1,2,-테트라플루오로메탄(추진제 134A)입니다. 비교적 비싸지만 속건성 헤어스프레이를 만드는 데 사용됩니다.

포장

에어로졸 헤어스프레이는 전통적으로 주석 도금 강철 또는 알루미늄으로 만든 용기에 포장되어 왔습니다. 패키지에는 캔을 밀봉하고 내용물을 분배하는 밸브가 장착되어 있습니다. 밸브는 액체 제품을 캔을 통해 위쪽으로 운반하는 플라스틱 딥 튜브에 연결됩니다. 밸브의 상부에는 밸브를 열고 제품을 해제하기 위해 눌러지는 버튼 또는 작동기가 장착되어 있습니다.

밸브 자체는 매우 복잡한 장비입니다. 그것은 딥 튜브에 부착되는 꼬리 부분이 있는 몸체 부분으로 구성됩니다. 밸브 본체의 중앙 부분은 추진제와 액체 농축액이 함께 혼합되는 혼합 챔버 역할을 합니다. 이 혼합 과정은 매우 격렬하며 헤어스프레이를 매우 미세한 안개로 분해하는 데 도움이 됩니다. 밸브 본체의 상단에는 혼합 챔버에서 디스펜스 버튼으로 제품을 공급하는 스템이 있습니다. 전체 밸브 어셈블리는 알루미늄 또는 양철 강철의 링 모양 조각인 금속 컵에 들어 있습니다.

디자인

화학자는 헤어스프레이 제형을 디자인할 때 효능, 안전성, 비용, 소비자 관심도, 규제 고려 사항을 비롯한 몇 가지 주요 매개변수를 고려해야 합니다. 제품의 기능은 주요 고려 사항입니다. 공식화 화학자들은 선택할 수 있는 성분이 수천 가지가 아니더라도 수백 가지가 있습니다. 그들은 원하는 홀드 특성을 제공하는 수지를 선택하고 이를 가소제 및 모발에 적절한 느낌을 주는 기타 성분과 결합하는 것으로 시작합니다.

폴리머가 좋은 스타일링 수지를 만들기 위해서는 특정 특성이 있어야 합니다. 그것은 머리카락에 실질적이지만 여전히 쉽게 씻어낼 수 있는 필름을 증착해야 합니다. 머리카락이 필름을 깨지 않고 움직일 수 있도록 유연하게 머리카락을 잡아야 합니다. 머리카락의 자연스러운 광택을 감소시키지 않도록 투명해야 합니다. 머리카락을 빗질할 때 부스러지지 않아야 합니다. 대기로부터 수분을 흡수하여 끈적거리지 않아야 합니다.

헤어스프레이에 사용되는 성분은 피부에 장기간 접촉될 수 있으므로 자극적이지 않고 민감하지 않도록 설계해야 합니다. 흡입 시 위험하지 않은지 확인하려면 A. 압축 공기 송풍기. B. 압력 테스터. C. 제품 충전제. D. 공기 대피기. E. 로타리 캐퍼. F. 추진제 압력 필러 밸브. 비동물성 대체 테스트가 점점 더 많이 이용되고 있지만 의학적 안전성은 동물 흡입 테스트로 결정할 수 있습니다. 이것은 펌프 디스펜서에 의해 생성된 입자가 가압 가스에 의해 생성되는 입자보다 훨씬 커서 폐로 이동할 가능성이 적기 때문에 비 에어로졸 제품의 경우 문제가 되지 않습니다. 같은 이유로 비 에어로졸은 에어로졸보다 더 젖고 끈적일 수 있습니다.

화학자들은 기분 좋은 향기와 사용하기 쉬운 포장을 사용하여 소비자에게 더 매력적으로 보이도록 헤어스프레이를 디자인합니다. 일부 향료는 제형에 포함된 화학 물질의 냄새를 단순히 덮도록 설계되었습니다. 다른 것들은 매우 향기롭게 설계되었습니다. 포장 디자인 옵션은 또한 제품의 미적 매력을 높이는 데 도움이 됩니다. 여기에는 토글 밸브 및 대형 액추에이터 버튼과 같이 사용하기 쉬운 디스펜서가 포함됩니다.

일반적으로 헤어스프레이는 8oz(237ml)의 제품을 전달하도록 설계되었지만 더 작은 크기와 더 큰 크기가 모두 제공됩니다. 캔의 압력은 일반적으로 40~80lb/in ² 입니다. (18 및 36kg/cm ² ) 사용되는 추진제의 유형에 따라 다릅니다. 헤어스프레이는 최소 3년의 보관 수명을 갖도록 설계되었지만 5년 이상 지속되는 것으로 알려져 있다는 점도 중요합니다.

제조
프로세스

에어로졸 헤어스프레이의 제조에는 고도로 자동화된 장비가 필요합니다. 이 장비를 운영하는 데 드는 비용 때문에 대부분의 헤어스프레이 마케팅 담당자는 계약 제조업체로 알려진 전문 공급업체에서 제품을 생산하도록 선택합니다.

일괄 처리

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1 제조 과정에서 조제분유는 스테인리스강, 코팅 알루미늄 또는 유리 섬유 강화 폴리에스터로 구성된 대형 배치 탱크에서 액체 농축액으로 준비됩니다. 이러한 배치는 2,000갤런(7,5701)만큼 클 수 있습니다. 탱크에는 직경이 수 피트인 블레이드가 있는 대형 터빈 믹서가 장착되어 있습니다. 용매를 탱크에 먼저 넣은 다음 다른 성분을 채웁니다. 용매는 공식의 가장 큰 비율을 구성하고 80 중량% 이상으로 존재할 수 있습니다. 다른 성분의 농도 범위는 일부 pH 조절제의 경우 1/10%, 방향제의 경우 몇 %, 수지의 경우 약 10%입니다. 주어진 공식에서 성분의 용해도에 따라 이 혼합 단계는 짧게는 30분에서 길게는 몇 시간이 걸릴 수 있습니다. 일부 성분은 분말 형태이기 때문에 배치 과정에서 혼합물이 적절하게 용해되도록 주의 깊게 모니터링해야 합니다. 혼합이 완료된 후 농축액은 사양에 맞는지 확인하기 위해 테스트한 다음 채우기 전에 저장 탱크로 옮깁니다.

채우기

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2 포장 구성 요소는 충전 기계에 배치됩니다. 빈 캔이 컨베이어 벨트를 따라 이동할 때 압축 공기 분사가 먼지와 먼지를 제거합니다.

3 충진 라인의 다음 단계에는 저장 탱크에서 액체 농축액을 이송하는 튜브에 연결된 충진 헤드라고 하는 일련의 노즐이 있습니다. 피스톤 메커니즘은 캔에 정확한 양의 액체를 주입합니다.

4 캔은 한 번에 두 가지 동작이 발생하는 다음 스테이션으로 라인을 따라 이동합니다. 기체 추진제가 캔에 주입되고 밸브 컵이 즉시 제자리에 압착됩니다. 금속 컵은 캔 입구의 테두리에 압착됩니다. 이 단단한 밀봉은 가스와 액체가 새는 것을 방지합니다.

5 가스 주입 작업 후 캔은 뜨거운 물이 채워진 긴 통을 통해 공급됩니다. 캔이 수중에서 천천히 움직일 때 밸브 밀봉이 불량하거나 캔이 새는 것을 나타내는 거품이 빠져나가는지 육안으로 확인합니다. 이 작업 단계에서 새는 캔을 제거합니다.

6 수조에서 나온 후 캔은 압축 공기 분사로 건조됩니다. 캡은 충전 라인 끝에 있는 밸브 위에 놓입니다. 이렇게 하면 배송 중에 에어로졸이 우발적으로 활성화되는 것을 방지할 수 있습니다.

7 마지막으로 완성된 제품은 상자에 포장되어 운송을 위해 팔레트에 쌓입니다.

부산물/폐기물

에어로졸 헤어스프레이의 가장 명백한 부산물은 대기 중으로 방출되는 환경 친화적이지 않은 VOC입니다. 오존층을 고갈시키는 것 외에도 이러한 화학 부산물은 흡입 남용에도 사용됩니다. 회사에서 대안(예:수동 펌프 스프레이)을 개발했지만 많은 소비자가 에어로졸 캔을 선호하고 계속 사용합니다.

품질 관리

제조 과정에서 샘플이 컨베이어 라인에서 당겨지고 모든 사양을 충족하는지 확인합니다. 모니터링되는 주요 속성에는 충전 중량, 활성 성분 농도 및 캔 압력이 포함됩니다. 스프레이 속도(초당 전달되는 제품의 양) 및 스프레이 패턴(스프레이의 물리적 크기 및 모양)과 같은 스프레이 특성도 모니터링됩니다. 캔이 스프레이될 때 막히지 않고 내부 부식이 없는지 확인하기 위해 장기 안정성 테스트가 수행됩니다.

미래

헤어스프레이의 미래는 시장 고려 사항뿐만 아니라 주 및 연방 기관의 규제 조치에 달려 있습니다. 1970년대 이후로 업계는 정부가 부과한 엄격한 제한으로 인해 어려움을 겪었습니다. 이러한 한계를 피하기 위해 연구자들은 무공해 수성 제형에 포함될 수 있는 폴리머를 계속 실험하고 있습니다. 또한 대기 중으로 더 적은 수의 오염 물질을 방출하는 몇 가지 비전통적인 에어로졸 전달 시스템을 평가하고 있습니다. 펌프 스프레이는 에어로졸에 대한 가장 잘 알려진 대안으로 펌프 내부의 스프링이 압축될 때 발생하는 물리적인 힘에 의해 작동합니다. 다른 에어로졸 대안에는 내용물을 분무하기 위해 늘어난 고무 주머니의 물리적 힘을 사용하는 백 인 더 캔 시스템이 있습니다. Hairspray 마케팅 담당자는 끊임없이 변화하는 규제 환경에 보조를 맞추기 위해 이와 같은 최첨단 기술을 계속 찾아야 합니다.

자세히 알아보기

책

달랄, 조셉, 콜린 로카포트. 헤어 및 헤어 케어 분야의 헤어 스타일링/고정 제품. 마르셀 데커, 1997.

슐러, 랜디, 페리 로마노프스키. 화장품 화학 시작. 얼루어드 퍼블리싱, 1999.

랜디 슐러