키토산의 성질과 화장품 원료로써의 이용

서언

키토산(Chitosan)은 게나 새우 등의 갑각류나 곤충류 외골격의 구성 성분으로써 자연계에 넓게 분포된 키틴(Chitin)을 탈아세틸화하여 얻어진 염기성 다당이다.

최근 이 키틴, 키토산이 미이용의 천연자원으로써 공업적 이용이 관심을 모으고, 갖가지 분야에서 활발한 연구가 행하여지기 시작하였다. 그 중에서도 화장품 원료로써의 이용은 가장 선행된 실용화 例이므로 이의 개요에 대해서 서술해 보겠다.

1. 화학구조

키토산 및 그 기원 원료인 키틴은 전자가 2-아미노-2-데옥시글루코스(D-글루코사민)가 □-(1→4) 글루코시드 결합을 하여 수천 분자가 직쇄상으로 결합한 고분자이며, 화학적으로는 (1,4)-2-데옥시-□-d-글루칸(그림1)의 구조를 가지며, 후자는 키토산의 C2번 탄소의 아미노기가 아세틸화된(1,4)-2-아세트아마이드-2-데옥시-□-d-글루칸(그림2)의 구조를 가지고 있다. 여기에서 주의할 것은 편의상 키토산, 키틴 이라고 분별하여 불리어지고 있지만, 자연계에 있어서는 반드시 그 구별이 명확하지 않고, 키토산도 키틴도 각각 상당한 아세틸화□, 탈아세틸화□를 그 분자 내에 가지고 있어서, 관례적으로 탈아세틸화체가 많은 경우를 키토산이라고 칭한다. 일반적으로 키토산은 80∼95%의 탈아세틸화체를 함유하고 있다.

2. 화장품에의 이용

화장품 원료로써의 키토산의 개발은 서독의 두발 화장품 메이커인 웰라社에 의해 세계에서 처음으로 다루어졌다.

그림 1  키토산                          그림 2  키틴

(1,4)-2-아미노-2-데옥시                  (1,4)-2-아세트아마이드-2-

-□-d-글루칸                             데옥시-□-d-글루칸

당시는 1950년대에 발흥한 석유화학 공업의 발전에 밀려서 고분자화학공업이 쇠퇴하였고, 결과로써 합성 고분자가 수 많은 점에서 천연 고분자를 능가하여 구축되게 되었다. 그러나, 그 후에 일어난 제 1차 석유쇼크는 석유자원의 고갈에 대한 염려와 코스트의 상승을 초래하여 다시 천연 고분자의 부흥이 이루어지기 시작하였다.

이 배경을 근거로, 웰라社는 천연고분자의 두발 화장품 원료로써의 연구개발을 개시하였다. 그 즈음, 구비 조건으로써 안전성, 안정성, 유용성, 공급성, 코스트, 마케팅 요소 등의 모든 면을 만족하는 원료의 개발이 목표가 되었다. 그 결과, 최종적으로 키토산이 종합적으로 우수하다는 결론이 얻어져 안전성 등을 가진 응용개발에 착수하였다.

실제 시장에의 공급은 1979년경에 유럽지역을 중심으로 개시되었다. 현재, 샴푸, 린스, 트리트먼트, 헤어셑트로션, 브로로션 등의 두발화장품에 보습제, 모발 보호제, 유연 향상제, 헤어셑트용 수지 등의 목적으로 배합되어 세계각국에서 시판되고 있다.

3. 기본물성

키토산은 그 구조상, 몇 가지의 특징을 가지고 있다. 그 제 1은 분자 내에 아미노기를 가지므로 산의 존재 하에서 용해되어 암모니움화되어 양이온성을 나타내는 것이다. 제 2는 분자 내에 알콜성 수산기를 가져서, 분자 내 및 분자간에 수소결합 등의 강한 상호작용을 가지는 점이다. 제 3은 글루코시드 결합에 의해 축합된 다당류이어서 비교적 굴곡성이 적은 딱딱한 구조를 가진 것이다. 제 4는 분자량이 104∼106 정도인 고분자로서의 특성이다. 이 4가지의 특징이 화장품 원료로써 이용될 경우에 여러 가지 형태로 발현되므로, 본 항에서는 이 중에서 기본 물성인 점도 특성 및 응용 특성인 모발에의 흡착성의 2가지에 대해서 서술해 보겠다.

3. 1  점도특성

키토산은 양이온성의 고분자 전해질이므로, 물에 녹아서 독특한 점도 거동을 나타낸다. 그 점도는 분자량, 탈아세틸화도, 對 이온 種이나 용해 시의 pH, 이온 강도에 의해서도 다르지만 1% 용액에서, 개략 102∼104 cp의 사이가 된다.

그 점도특성은 非뉴튼 유동을 나타내고, 상온에서는 엇갈림 응력에 의해 겉보기 점도가 변화하는 칙소트로피性을 나타낸다. 이것은 막대모양의 분자쇄가 수중에서 서로 수소결합 등의 分子間力으로 결합하여 삼차구조를 구축하므로 겔 狀이 되거나 응력이 늘어남으로써 구조 파괴가 일어나 유동성이 있는 졸로 변화하기 때문이다. 그리고, 정치하면 가교구조가 다시 칙소트로피性은 온도의존성이 있고, 승온에 따라서 뉴튼유동을 나타내게된다. 이것은 주쇄 세그멘트의 결합축에 대한 회전 등이 미크로 브라운 운동에의해 커지게 되고, 구조 구축이 되지 않기 때문인 것으로 생각된다.

또한, 점도는 pH에 의해 크게 영향을 받아 알칼리 영역에서는 아미노기가 프리로 되어 침전되지만 산성에서는 pH의 저하와 함께 겉보기 점도가 상승하는 다이라탄시性을 나타낸다. 이것은 주쇄 상의 아미노기의 대전상태가 변화하여 분자간 상호작용이 약해지므로 분자 형상이 직쇄로부터 球形으로 변화하여 생기는 성질로 생각된다.

이와 같이, 키토산의 점도 특성은 각종 요인에 의해 크게 좌우되므로, 화장품원료로써 이용되는 경우에는 평균분자량, 분자량 분포, 탈아세틸화도, 대이온 종, pH, 이온강도, 병용물질, 용매 등등 많은 점을 배려하는 것이 필요하다.

3. 2  모발에의 흡착성

화장품원료로써의 키토산은 그 특성을 살려 크림, 유액, 화장수, 팩, 화운데이션, 입욕제, 비누, 치약 등의 수성 베이스 첨가제로써 폭넓게 이용할 수 있으나, 앞에서 서술했듯이 현재, 실용화는 샴푸, 린스, 트리트먼트, 셑트로션 또는 헤어스프레이 등의 세발·두발 화장품을 중심으로 진행되어졌고, 이 경우 키토산이 원로로써의 특성을 발휘하기 위해서는 모발에 대한 흡착성이 중요한 요소가 된다. 그러므로 이하에서는 이 점에 대하여 서술 해 보도록 하겠다.

처음에 키토산이 흡착하는 상대인 모발의 구조와 특성에 대해서 간단하게 설명하면, 그림 3의 모발의 횡단면에 나타내었듯이, 그 구조는 크게 3 층으로 나뉘어져, 最內層의 毛髓質(모수질:Medulla), 그 바깥을 감싸고 있는 모피질(Cortex) 및 최외증의 모소피(Cuticle)로 되어있다.

중심의 모수질에는 수질세포가 존재하는데 間隙(간극)이 많고, 손상된 모발에서는 空洞化된 경우도 있어 이것이 白毛의 원인이 된다.

모피질은 모발 조직의 대부분을 차지하며 피질세포와 그것을 包埋하고있는 세포간물질로 되어있다. 그리고, 피질세포 내에는 이 세포에 특징적인 마크로필라멘트라고 불린다. 주로 케라틴으로 된 섬유상 단백질이 존재하고, 이것이 모발의 섬유로써의 구조가 유지되는 제일 큰 이유가 된다.

케라틴은 硬단백질이고, 含硫아미노산인 시스틴이 많이 함유된 폴리펩티드 사슬의 프로토필라멘트가 9+2 배열로 결합한 미크로필라멘트가 다시 수백단위 결합한 고차 구조의 마크로필라멘트가 된다. 모발이 나타내는 특징인 물리특성은 이 케라틴 중의 기본단위인 폴리펩티드 사슬이 디설파이드결합에의해 강하게 결합되고, 더욱 분자쇄가 □-헬릭스구조를 나타내는 점과 각종 고차 단계의 코일狀 구조 및 분자쇄 사이에 있어서 수소결합 등의 상호작용을 갖는다는 것이 크게 관여하고 있다.

최외층의 모소피는 모피질에 대한 보호막의 기능을 갖고 있으며, 5∼10층의 인편(비늘조각)狀 세포가 層積된 구조로 되어있고 이것이 모발 표면의 특성을 결정한다. 이 모소피의 단백질은 모피질 중의 케라틴 단백질과는 약간 성질이 다르고, 시스틴이나 세린의 함량이 높고 또한, 섬유구조의 구축화가 그다지 진행되지 않았다는 것이 알려져 있다. 그리고, 퍼머넨트웨이브劑나 염색제의 주성분인 치오글리콜산이나 산화 염료는 저분자이므로 침투하여 모발내부의 모피질이 작용점으로써 주로 관여 하지만, 키토산과 같은 고분자는 침투성이 거의 없고, 주로 모발 표면의 모소피와의 상호작용이 문제가 된다.

다음으로 모발의 특성을 결정하는 요소는 여러 가지가 있는데, 제일 큰 특징은 조성적으로 단백질로 되어있어서 발현되는 전해 고분자로써의 성질이다. 단백질은 양성 전해질인 아미노산으로 되어 있어서 주변의 pH 변화에 의해 양이온으로서도 음이온으로서도 작용한다. 게다가, 일반적으로는 모발 단백질의 등전점이 3.8 전후여서 물에 濡(젖은)한 상태에서는 마이너스로 대전되는 성질이 있어, 이 때, 양이온성 물질이 존재하면 쿨롱력에 의해 흡인되어 모발표면에 흡착되게 된다. 이 성질은 퍼머넨트웨이브나 염모처리를 한 損傷毛에서 높아지는 경향이 있다.

모발의 제일 큰 특징은 극성 고분자로써의 성질이다. 이것은 케라틴의 폴리펩티드鎖가 많은 수산기, 아미노기 또는 카르복실기 등의 극성이 높은 관능기를 그 분자 중에 가지고 있기 때문이다. 이 경우, 같은 극성이 높은 물질이 모발표면에 가까워지면 수소결합 등에 의해 이것을 흡인하는 성질이 나타낸다. 이 성질은 전기의 이온결함과 공동으로 양이온성의 극성물질의 흡착성을 높이는 결과가 된다. 이 2가지의 성질이 기본적으로는 모발표면의 성질을 결정한다.

다음으로, 모발에 대한 흡착성에 관해서, 그것에 영향을 미치는 몇 가지 요소에 대해서 서술하면, 첫째로 흡착물질의 분자량과의 관계가 있다. 일반적으로는 분자량이 낮을수록 흡착속도는 커지고, 흡착량도 증가하는 경향이 있지만, 殘留性의 면에서 보면 전하밀도나 극성밀도가 같은 경우, 반대로 분자량이 클수록 흡착량이 증가하는 경향이 있다. 이것은 저분자의 경우, 흡착해도 해리되는 것이 많지만, 고분자의 경우에는 분자 내에 상호작용을 하는 관능기를 많이 갖고 있어서, 일단, 흡착하면 해리되지 않는 것이 이유라고 생각된다. 이 점, 키토산은 고분자이므로, 흡착 잔류성이 높다는 것이 보증된다.

두 번째는 흡착물질의 분자구조와의 관계가 있다. 일반적으로 물질의 흡착성은, 그 단위전하 당 분자량(잔기 분자량)인 전하밀도와 같이 극성 밀도에 의한 영향이 제일 크고, 당연히, 밀도가 증가함에 따라서 흡착성도 높아지는 성질이 있다. 키토산의 경우, 아미노기가 100% 양이온화 되도록 하여 전하밀도가 161, 극성기밀도가 54로 상당히 커서, 높은 흡착성을 나타내는 이유가 된다. 참고로, 유사목적으로 이용되는 羊합성 고분자인 4급화 하이드록시에칠셀룰로오스의 전하밀도는 689의 비교적 낮은 수치이다.

세 번째로 pH나 이온 강도와의 관계가 있다. 일반적으로 젖은 상태에서의 모발과 키토산의 상호작용은 주로 이온 결합에 의하므로, pH나 이온강도에 의한 영향을 크게 받는다. pH에 있어서 모발은 3.8 근방의 등전점을 기준으로 pH가 높을수록 음이온성이 증가하고 역으로 pH가 낮아질수록 양이온성이 증가하는 성질이 있다. 한편, 키토산은 pH가 12∼5.5 범위에서는 물에 불용이지만, 5.5를 경계로써  용해하고, pH가 낮을수록 양이온성이 증가한다. 또한,  키토산이 흡착성을 나타내는 범위는 pH 5.5∼3.8인데, 이 범위에서는 pH가 저하될수록 모발은 음이온성이 감소되고, 키토산은 양이온성이 증가되는 상대적인 반비례 관계가 된다. 이 때문에, 최대 흡착성을 나타내는 pH는 이 범위의 중간점에 있게 되지만, 실측에서는 pH 약 4.5 전후에서 최대 흡착성이 보여진다.

한편, 이온 강도와의 관계에서는 염화나트륨 등의 염 농도가 증가 할수록 모발에의 키토산의 흡착성은 저하되는데, 이것은 나트륨 이온 등에 의한 키토산과의 경합흡착의 결과, 나트륨 이온에 의해 모발의 음이온기가 차폐되어 키토산의 흡착이 저해되기 때문인 것으로 생각된다. 이 이온강도의 영향은 이온의 종류에 의해서도 좌우되며, 나트륨보다도 2가인 칼슘 쪽이 크고, 多價 이온일수록 증가하는 경향이 보여진다. 또한, 동시에 키토산 자체에도 음이온 인 황산이온 등이 결합하여 흡착저해를 일으키는 것도 있다.

네 번째는 공존물질과의 관계인데, 키토산을 화장품의 원료로써 이용할 경우, 複數의 타 원료와 병용하는 것이 대부분이다. 예를 들면, 린스나 트리트먼트는 양이온계면활성제를 이용하는 것이 많아, 이 때, 이들 활성제는 키토산에 비해 저분자여서 모발에의 흡착속도가 크고, 경합흡착하여, 키토산의  흡착을 저하시키는 원인이 된다.  또는, 샴푸에서는 洗淨基劑로써 음이온 계면활성제가 이용되는데, 이 경우는 키토산과 이온결합에 의해 복합염을 형성하여 극성을 잃어버려, 침전생성과 흡착저해를 일으킨다.

이상의 점을 정리하면, 키토산은 분자 내에 아미노기를 가지며, 산성 분위기 하에서 양이온성 고분자로써의 역할을 하는데, 한편, 모발표면은 같은 조건에서 마이너스로 대전 되므로, 양자는 이온 결합으로 흡착된다. 이 성질이 키토산의 화장품 원료로써의 특성이 발휘되는 중요한 요소이다. 단, 흡착성은 pH, 이온 강도, 공존물질 등에 의해 크게 좌우되므로, 화장품에의 제품화에 대해서는 이러한 점을 배려할 필요가 있다.

4. 유용성

화장품은 복수의 성분으로 구성되는 복합제제로, 유지, 에스테르, 탄화수소, 물 등의 기제와 이것을 유화, 가용화, 분산화되어 제제로써의 제형을 만드는 계면활성제, 제제의 안정성을 유지시켜주는 방부제, 산화방지제, 관능적 부가가치를 높여주는 색소, 향료 및 약리작용을 기대하여 배합되는 비타민이나 호르몬 등의 많은 원료가 병용되는 것이 보통이다. 이들 원료를 기능의 면에서 크게 구별하면, 물리 화학적 특성을 이용하는 경우와 약리효과를 이용하는 경우의 2가지가 있다. 화장품의 경우에는 藥用 화장품을 빼면 원료에 요구되는 기능은 물리화학적 특성을 이용하는 경우가 대부분이다. 이러한 의미로부터 의약품에 사용되는 □유효성□의 용어와 대비시켜서 화장품에서는 □유용성□의 단어를 사용한다.

키토산의 유용성은 크게 나눠서 製劑化原料로써의 이용특성과 모발 등에 흡착되어 발휘되는 기능특성의 2종류가 있다. 이들의 특성을 세별하면 다음과 같다.

제제화원료로써의 이용특성

1. 증점성(증점, 겔화, 유화 안정, 분산안정, 발포성 개량, 결합)

2. 보호 콜로이드 형성성(에멀젼 보호막, 분산 입자 보호막, 세정 보조)

3. 금속 封鎖性

모발 등에 흡착 후 발휘되는 기능 특성

4. 보습성

5. 대전 방지성(헤어플라잉 방지, 먼지부착 방지)

6. 마찰 저항 저감성(櫛通 개선)

7. 유연성 향상(감촉 개선)

8. 피막 형성성(헤어스타일 유지, 보호막)

다음으로, 이들의 각 특성에 대해서 설명하겠다.

4. 1  증점성

앞에서도 서술했듯이 키토산은 양이온성의 전해 고분자로, 종래에 범용 되었던 알긴산, 펙틴, 카르복시메칠셀룰로오스 등의 음이온성 고분자에 비해서 pH가 산성에서도 침전을 일으키지 않고, 전해 고분자여서 메칠셀룰로오스 등의 비이온성 고분자보다도 증점성이 우수하다. 이 때문에, 샴푸, 린스 등의 洗髮, 두발 화장품을 시작으로써 화장수, 유액 등의 기초 화장품, bath jelly 등의 입욕제, 치약 등의 水系 베이스 제품의 증점제로써 폭넓게 이용할 수가 있다. 또한, 강한 칙소트로피性을 갖고있고, 소량의 첨가로 겔화가 가능하며 얻어진 젤리는 선명하고 투명성이 높아서 젤리狀 제품에의 응용에 적합하다.

또한, 증점성은 단적으로 제품의 점도를 상승시키는 데에만 그치지 않고, 유화제품이나 현탁제품의 분리속도를 지연시켜 相분리 등을 막는 안정제로써의 기능도 같이 갖고 있다. 그외, 샴푸 등에서는 泡沫에 점성을 줌으로써, 發泡 지속성의 향상이나 크리미에서 작은 거품을 만드는 포말 改質의 목적으로도 이용된다.

4. 2  보호 콜로이드 형성성

에멀젼이나 분산입자는 열역학적으로 불안정한 系이어서, 경시에 회합, 합일, 상분리 또는 침전 등의 劣化를 초래하기 쉽다. 이때, 키토산 등의 전해 고분자를 첨가하면 에멀젼이나 분산 입자의 표면에 이온결합, 수소결합 또는 소수 결합 등에 의해 흡착되어 균일한 피복막을 형성하는 성질이 있다. 이 막은 표면전하의 중화, 제거에 작용됨과 동시에 전기적 이중막이나 물리적 보호막으로 되어, 결과로써 에멀젼이나 분산입자의 회합, 합일을 억제하고 제품의 안정화를 도모하는 보호 콜로이드로써 작용한다. 이 성질은 汚濁입자의 再부착방지를 목적으로 한 빌더로써도 이용될 수 있어서 샴푸나 비누에의 첨가도 행해진다.

일반적으로 다성분系인 화장품은 철, 동, 알루미늄, 칼슘 등의 금속의 혼입에 의해 품질저하를 일으키기 쉽다. 이 때문에, 안정화를 목적으로써 EDTA를 시작으로 하는 각종 킬레이트제가 첨가된다. 키토산은 분자 중에 유리의 아미노기를 갖고 있어서, 이들 금속과 착체를 만드는 성질이 있어서 킬레이트제로써의 이용이 가능하다. 일반적으로는 多價일수록 킬레이트 작용은 강해지는 경향이 있다.

4. 3  금속 封鎖性

일반적으로 多成分系인 화장품은 철, 동, 알루미늄, 칼슘 등의 혼입에의해 품질 특성의 劣化를 가져오기 쉽다. 이 때문에, 안정화를 목적으로써 EDTA를 시작으로 하는 각종 킬레이트劑가 첨가된다. 키토산은 분자 중에 유리의 아미노기를 갖고 있기 때문에 이들 금속과 착체를 만드는 성질이 있어, 킬레이트제로써의 이용이 가능하다. 일반적으로는 多□일수록 킬레이트 작용은 강해지는 경향이 있다.

4. 4  보습성

건강한 모발은 통상 10∼14%의 수분을 함유하고 있다. 이것은 물분자가 모발의 주성분인 케라틴 단백질과 회합하여 유지되기 때문이다. 그리고, 물은 케라틴의 섬유구조 구축과 그 특성 발현에 크게 관여하고 있다. 예를 들어, 모발의 탄력성이나 유연성은 물분자가 케라틴 섬유의 친수기와  수소결합에 의해 회합하고 별도의 섬유의 친수기와도 회합하여, 느슨한 가교구조를 형성하여 이 구조가 변형에 대해서 彈性을 나타내는 이유가 된다. 또한, 모발 중의 수분이 감소되면 이 介在役으로써의 기능이 깨어져서 구조가 부서지기 쉽게 되어 강도가 저하되게 된다. 실제로 모발의 인장강도는 함유수분량의 저하에 비례하여 감소한다. 또한, 퍼머넨트웨이브나 염모처리를 한 손상모는 케라틴의 섬유구조가 산화나 환원에 의해 절단되어 秩序性을 잃은 구조 변성을 일으키고, 포라스화가 진행되어서 물의 보유능이 저하되어 결과로써 강도의 감소를 가져온다. 切毛나 枝毛가 많은 것은 이러한 구조변성이 발생의 원인이다.

모발 중에는 이외에 케라틴 섬유와  회합하지 않은 自由水가 있는데, 이것은 모발로부터의 흡착, 탈착이 비교적 용이하여 환경습도에 의해 크게 변화된다. 일반적으로는 상대습도가 30%에서 모발 중의 수분 함량이 6%일 경우 습도가 70%로 되면 수분 함량은 14%로 증가되고, 동시에 모발도 팽윤되어 체적이 20% 정도 증가한다.

이와 같이, 모발 중의 수분 함량을 일정하게 유지하는 것은 모발의 건강유지를 위해 미용과학상 중요한 테마가 된다. 이러한 수분 유지 즉, 보습을 목적으로써 글리세린, 프로필렌글리콜 등의  다가 알콜류로 대표되는 갖가지 보습제를 화장품 원료로써 이용하는 것이 널리 행해졌다. 이것은 분자 중의 수산기 등이 수소결합에 의해 물분자와 결부시켜 그것을 유지하는 성질을 이용한 것이다.

키토산은 분자 중의 아미노기와 수산기가 극성이 높은 친수기이고 잔기 당의 전하, 극성기 밀도가 커서 높은 수분 유지 작용을 나타낸다. 그러한 유지능은 중화염 자체에서 최고 35% 정도이고, 글리세린과 프로필렌글리콜의 중간 정도의 보습성을 갖고있다(그림 4).

더욱이, 종래에 이용된 많은 보습제가 비이온성 또는 음이온성 저분자 화합물로 흡착성이 낮고, 탈리되기 쉬운 것에 비해, 키토산은 양이온성 고분자여서 흡착, 지속성이 높고, 실질적으로는 수십 배의 보습능을 가진 물질로 생각된다.

4. 5  대전 방지성

모발은 전체로써는 소수성 물질로, 높은 전기 저항을 갖지만, 동시에 분자 내에 아미노기나 카르복실기 등을 가진 전해 고분자이기도 해서 低습도 환경 하에서 브러싱 등을 하면 마찰이나 먼지 부착 등의 폐해 원인이 된다.

이런 정전기에 의한 폐해를 방지하는 방법으로써는 정전기의 발생억제와 발생된 정전기의 축적억제, 제거 등이 고려된다. 최초의 발생 억제 방법으로써는 모발의 마찰저항을 감소 시키고, 브러싱 시의 정전기 발생을 미연에 막는 것이 중요하다. 이러한 모발의 마찰저항의 원인은 인편상 구조, 표면 극성, 수분 등이 관계하며, 모발 표면의 平滑化, 극성의 저하 등에 의해 감소 시킬 수 있다. 이러한 목적으로 키토산을 이용하면 모발 표면에 흡착하여 균일한 피복막을 형성하고 이것이 평골화와 극성의 저하 역할을 하여 마찰저항의 감소 저감 효과를 나타내게 된다. 다음의 축적억제와 제거는 모발의 수분함량을 높임으로써 導電性을 증대시키고, 발생 전하를 반대 부호의 전하에 의해 중화 제거하는 방법이 있다. 통상, 모발은 85% RH 조건 하에서 약 1.5×1013□ 정도의 상당히 높은 표면 고유저항을 갖는데, 이것을 모발의 수분 함량을 증가시키는 등의 방법으로 저하시키면 발생된 정전하는 표면 전파나 공중 방전에 의해 확산 감소되어 정전 밀도가 저하되는 효과가 있다. 또한, 표면 정전하는 일반적으로 마이너스 전하인 경우가 많고, 여기에 플러스 전하를 주면 중화 제거된다. 현재, 이러한 목적으로 염화세칠트리메칠암모니움 등의 양이온 계면활성제가 널리 이용되는데, 흡착성의 項에서도 서술했듯이, 저분자 화합물이어서, 지속성에는 약간 문제가 잇다. 이에 비해, 키토산은 같은 양이온성 물질이지만 고분자여서 흡착 지속성이 크고, 형성된 피복막이 높은 保水性을 가지므로, 그 보유 수분에 의해 모발표면의 導電性이 증가되고, 발생된 정전하의 축적을 억제함과 동시에 양이온기를 가져서, 모발표면의 마이너스 전하를 중화 제거하는 효과가 높아, 前記한 양이온 계면활성제에 비해서 우수한 대전 방지성을 발휘하는 결과가 된다.

표 1은 키토산의 용액으로부터 流延法으로 조제한 막의 표면 고유저항을 측정한 것인데, 평균적으로 108□ 오다의 치가 얻어진다. 이것은 모발의 표면 고유저항 치에 배해 약 5桁 낮은 치로, 모발 표면의 피복막도 간은 특성을 나타낸다고 생각되므로, 충분히 정전밀도를 내리는 효과가 있는 値이다.

실제적인 효과의 확인으로써는 키토산 용액을 모발에 도포하여, 대전방지성의 응용 효과로써의 헤어드라이 방지와 코밍 특성의 개선에 대한 파넬 테스트가 행해졌는데, 0.1% 이상의 농도에서 유효하다는 결과가 얻어졌다. 또한, 먼지부착 방지에 대해서는 카본 분말을 이용한 더스트챔버법에 의한 目視 관찰에서 표 2의 좋은 결과가 얻어졌다.

표 1  대전 방지(필름의 節錄抵抗)

필름 조제 시의 건조 조건	5o 풍건	250o 풍건	50o 풍건	50o 진공건조
필름 두께(□)	50	35	30	25
표면 고유저항 (□-g/cm2)	3×108	5×108	2×108	1.4×108

표 2  먼지 부착 방지

	2% 용액의 분무 도포 科(□)
	10	5	2.5	1	0
카본 부착도	거의 부착 안함	거의 부착 안함	극소량 부착	약간 부착	보통 부착

4. 6  마찰저항 저감성

앞에서도 서술했듯이, 모발은 그 표면의 형태나 화학적 특성에 의해 통상 어느 정도의 動마찰계수를 갖는다. 이 때문에, 무리한 브러싱이 모발을 상하게 하는 원인이 된다. 더욱이, 모발의 마찰저항을 감소시키는 것은 머리카락 건강 유지의 点에서도 중요한 의미를 갖는다.

현재, 이러한 목적으로 일반적으로 양이온 계면활성제나 油脂, 탄화수소, 에스테르類를 배합한 린스 제제가 이용되고 있는데, 키토산도 모발 표면에 활택성(滑澤性)이 있는 피복막을 형성하므로 유효하다.

4. 7  유연성 향상

모발은 건강한 상태인 경우, 손가락으로 만져보면 가볍고, 쓰다듬었을 때 부드러운 감촉이 이상적이다. 이 효과는 지금까지 서술한 보습성, 대전 방지성, 마찰저항 저감성 등의 종합적인 관능효과로써 나타나는 성질이다. 더욱이, 이미 서술한 각 특성으로부터도 그 효과의 높음을 추측할 수 있으나, 파넬테스트의 결과로부터도 이러한 사실은 결부된다.

4. 8  피부 형성성

고분자의 속성으로써 피막을 형성하는 성질이 있는데, 키토산도 조건을 적당히 선택함으로써 양호한 피막을 형성시킬 수가 있다. 이 성질을 모발 화장품의 원료로써 이용할 경우, 그 용도는 헤에셑트用의 固定樹脂와 모발의 보호막 형성 수지의 2가지가 있다. 종래, 이러한 목적으로는 아라비아 검, 트라간트를 시작으로 하는 천연 호료(糊料), 폴리비닐피로리돈으로 대표되는 합성 고분자 등 많은 원료가 개발 이용되었다. 그러나, 그 대부분은 非이온系나 음이온系 고분자이어서, 모발에 대한 흡착성의 점에서 문제가 있고, 또한 유연성 등의 각종 면에서 장단점이 있고, 많은 요구를 만족시키는 원료의 개발이 요구되었다. 키토산은 이러한 의미에서 거의 요구를 만족하는 원료라고 생각된다.

표 3  키토산 필름의 특성

투명성 헤이즈 (%)	파단강도 (□/□)	파단 伸度 (%)	인장 강도 (g)	透濕度 (g/□/24hrs)	산소투과도 (□/□/24hrs)
0.9	560	7	30	흡습되어 구멍남	＠103

표3에 피막으로써의 특성을 파악 할 목적으로, 유연법으로 성막한 필름을 이용하여 그 物性値를 측정한 결과를 정리하였다.

헤이즈는 피막투명성의 지표로써 이용되는 것으로, 수치가 작을수록 투명도가 높다는 것을 나타낸다. 유사용도로 공급되는 비닐피로리돈系 양이온 고분자에서는 2∼5%의 値를 나타내므로, 키토산 피막은 상당히 우수한 투명성을 가졌다고 할 수 있다.

파단강도, 파단신도, 인장강도는 피막의 물리적 특성을 나타낸 것으로, 전술한 유사용도의 고분자에서는, 각각 140, 44, 3의 値를 나타내는 것으로부터, 파단신도가 약간 작은 점을 빼면 우수한 강도를 가진 피막이다. 다만, 강도는 함수율, 건조조건 등에 의해 크게 영향을 받는다.

투습도는 피막 자신이 강한 흡습성을 가지므로, 천공되어 측정은 불가능하지만 매우 큰 것으로 생각된다.

또한, 산소 투과도에 대해서도 큰 수치가 얻어졌는데, 이것은 피막 중의 수분에 의한 용존투과가 크게 관여하기 때문이다.

이들 결과를 종합해 보면, 키토산 피막은 투명하고, 강도가 높고 또한, 통기성이 좋은 막이며, 헤어셑트용 수지로써 또는 피부 보호막으로써 유용하다고 생각된다.

다음으로, 이러한 키토산 피막을 실제로 응용한 경우의 특성에 대하여, 헤어셑트 효과를 예로 하여 서술 해 보겠다.

특성의 확인은 키토산 용액을 분무한 毛束-시료로써 카를리텐션 테스트 및 플레이킹 테스트에 의해 행하여 졌다. 결과로써, 카를리텐션 테스트에서는 8시간 경과 후, 카를리텐션値의 저하율은 약 50%(키토산 부착율 3.5%)를 나타내었는데, 이 수치는 폴리비닐피롤리돈에 비해서 약 10% 양호한 수치이다. 또한, 플레이킹 테스트는 빗으로 빗어서 落層을 목시 관찰하는 방법인데, 20회 빗어도 거의 인지되지 않았다. 더욱이, 키토산에 의한 헤어셑트는 유연하여 플레이킹이 작아지는 효과가 얻어진다고 판단된다.

5. 안전성

화장품 원료는 인체에 적용되는 것이 조건이 되기 때문에, 높은 안전성이 요구된다고는 말할 필요도 없지만 같은 적용 조건의 의약품 등에 비해서 다음에 서술하는 몇 가지 점에서 다른 측면을 갖고 있다.

첫 번째는 사용 목적이 의약품인 경우는 질환의 치료가 주목적으로, 경우에 따라서 救命을 위한 최종 수단으로써 이용된다는 것이다. 더욱이, 사용의 필요성이 상당히 높고, 다소 부작용이 있어도, 이용함으로써 얻어지는 메릿트가 클 경우, 사용되는 것이 보통이다. 이에 대하여, 화장품은 단어가 나타내듯이, 화장품 및 피부의 건강 유지 등이 주목적이므로 의약품과 비교해서 본다면 필요성이 낮다고 말 할 수 있다.

두 번째는 사용기간이 의약품인 경우는 비교적 짧고, 질환의 치료기간 중에 한정되지만, 화장품은 길고, 경우에 따라서는 수년간에 걸쳐서 連用되는 경우가 있다는 점이다.

세 번째는 사용에 있어서의 관리가 의약품인 경우 철저하고 용량, 용법 등이 엄밀하게 규정되고 있고, 사용자가 의사나 약사 등의 전문가인 경우가 보통이다. 이에 비해 화장품의 용량, 용법은 세밀하게 정해져 있지 않고, 사용자도 일반 소비자이므로 오용될 위험이 크다.

더욱이 화장품의 원료는 원칙적으로 어떻게 사용해도 관계없는 면으로 부터도 절대로 안전해야 한다.

화장품 원료가 갖는 가장 큰 측면은 용법이 경피 적용이라는 점이다. 이 점은 의약품 등에서 常用되는 경구나 경정맥 투여 경로에 비해서 체내로의 흡수성의 면에서 열악하여 안전하다고 오해 할 수 있으나 적용부위의 면적이 넓고, 代謝 機序도 다른 장기와 달리, 물질에 따라서는 흡수되기 쉬운 것도 있다는 점을 고려할 때, 일반적으로 안전하다고 속단할 수 없는 점이다.

이러한 점들을 고려하여 키토산의 화장품 원료로써의 안전성을 생각할 때, 그것을 위한 두 가지가 중요하게 된다.

첫 번째는 경험적 사실의 확인이다. 여기에 대해서는 키토산의 구성단위인 D-글루코사민이 체내에서 세포막 표면이나 세포간극에서 각종 중요한 생리기능을 담당하는 펩티드글루칸 등의 단백이나 당지질의 구성성분으로써 보편적으로 존재하는 물질이라는 점과 키토산을 포함한 키틴질이 게, 새우, 곤충, 또는 버섯 등의 농수산물의 형태로 세계 각지에서 옛날부터 식용으로 공급되어졌던 실적이 있다는 점이 안전성의 한 가지 방증이다.

두 번째는 설령 경험적으로 안전하다고 추정되어도, 실제로 안전성의 확인은 동물시험이나 임상시험에 기초한 과학적인 재확인이 필요하다는 입장이다.

이러한 이유로부터, 경피 독성을 중심으로 각종 시험이 행하여 졌으므로 그 결과를 정리하여 표 4에 나타내었다.

이들의 결과로부터, 키토산은 어떠한 독성도 확인되지 않았고, 매우 안전성이 높은 화장품 원료라고 생각된다.

맺음말

키토산을 포함한 키틴類의 공업적 이용은 현재 數年 활발히 진행되어왔지만 아직 실용화의 예는 작고, 화장품 원료로써의 실용화는 소수의 성공예라고 할 수 있다. 그러나, 그의 잠재적 자원량을 생각할 때, 금후의 발전에 기대하는 바가 큰 소재로써, 한층 더 발전이 요망된다.