대부분의 사람들이 올해초 시카고를 강타한 극한의 소용돌이에 대해 이야기하고 있었을 때 많은 사람들이 생산, 운송, 보관 및 사용하는 제품들이 동결때문에파괴되지 않도록 보호할 방법을 모색하고 있었습니다. 이번 블로그 게시물에서는 동결 - 해동 제품들을 겨울철 거친 지역에서 사용할 수 있도록 안정적으로 만드는 방법에 대한 몇 가지 팁을 간략하게 설명하고자 합니다.

모든 제품 개발은 원하는 성능이 달성되어도 의도된 시간 및 온도에서의 안정성이 확인될 때 성공적으로 평가됩니다.

안정성 테스트를 계획할 때 제품이 특정 기후를 가진 지역에서 제조되고 다른 기후의 다른 지역의 소비자에게 운송될 수 있다고 가정합니다. 또한 운송 및 보관 중에 발생할 수있는 온도 변동을 고려해야 합니다. 일부 지역에서는 추운 날씨로 겨울 내내 얼어 붙기도 합니다. 안정성 테스트를 통해 생산자는 제품과 동일한 특성을 가진 제품을 소비자에게 전달할 수 있습니다. 이 테스트는 제품이 동결융해 안정성을 확인하거나 제품을 동결 온도로부터 보호되어야 함을 나타냅니다

제품이 안정되어 있지 않을 때 어떤 현상이 일어날까요?

제품이 안정적이지 않으면 동결될 때 초기 특성과 성능 중 하나 또는 모두를 돌이킬 수 없을 정도로 잃어 버립니다. 해동하면 다른 것으로 보이는 제품 (위상 분리, phase separation)으로 이어지며, 냉동 전과 다르게 또는 다른 냄새가 나는 제품으로 이어집니다. 이는 제품의 외관상의 변화일뿐만 아니라 성능 저하를 의미할 수도 있습니다.

어떤 제품들이 동결 후 파괴에 취약할까요?

동결융해 안정성은 액체 기반 제품에서 주요 쟁점이 될 수 있습니다. 쉽게 상상할 수 있듯이 제품에 물이 많이 포함되어 있을 때 문제가 될 수 있습니다. 이러한 제품은 화장품 로션, 크림 및 스킨 클렌져부터 수성 페인트 및 코팅제, 농약, 세척 제품에 이르기까지 다양합니다.

귀사의 제품을 동결융해 안정성(FREEZE-THAW STABLE) 제품으로 만들 수 있는 제안들

배합에서 사용하는 성분들로 얼마나 안정적으로 얼거나 융해될 것인지를 결정합니다. 다음은 동결 해동 안정 배합을 설계하는 방법에 대한 몇 가지 제안들입니다.

• 물을 바인딩 할 수 있는 재료를 사용하십시오. 물이 성분에 강하게 바인딩 될수록, 제제가 동결되는데 더 시간이 걸립니다. 이것은 제제의 동결 저항성을 증가시킵니다.
• 배합 전반에 걸쳐 제형 성분이 균일하게 분산되고 그 위치에 유지될 수 있으며, 해동후에 발생할 수 있는 구조적 변화를 줄일 수 있는 효율적인 안정제를 사용하십시오. 높은 항복응력을 갖는 안정제는 동결동안 형성된 결정의 빠른 성장을 방지하고 해동 후 상분리를 피하는 응집을 감소시킵니다.
• 가능한 경우 글리콜과 같은 용매 또는 부동액 제제를 사용하십시오. 이러한 용제의 사용 농도에 따라 제품은 전체 포뮬라의 어는점을 낮추거나 제품의 동결 저항성을 높이고 동결 해빙 안정성 문제를 방지합니다.

얼음 결정 성장을 조절할 수 있는 첨가제를 사용하십시오. 동결 및 해동 중 에멀젼 내의 얼음 결정이 균일하게 분산되면 유제의 점차적인 생성을 피할 수 있습니다.

물론 이것들은 간단히 시도할 수 있는 팁일 뿐이며, 무엇을 해야하는지에 대한 대안은 아닐 수 있습니다. 성능 및 안정성 요구 사항을 모두 만족시키는 공식을 설계하는 것은 매우 어려울 수 있습니다. 여기에는 많은 최적화와 테스트가 필요합니다.

Cellulose Fibrills 의 동결융해 안정성은 무엇일까요?

셀룰로오스 피브릴은 물 현탁액으로 분산되는 경우가 많습니다. 배합되지 않은 상태라면(not formulated) 이들은 동결융해가 안정적이지 않습니다. 왜냐하면, 물이 결정화되면서 셀룰로스 피브릴 표면의 하이드록실 그룹에 형성된 수소결합을 파괴하기 때문입니다. 이용 가능한 하이드록실 그룹이 이웃하는 셀룰로오스 피브릴과 수소 결합을 형성합니다. 또한 물이 결빙되면, 아직 동결되지 않은 피브릴의 높은 농도, 피브릴과 피브릴의 접촉점이 증가하여 이러한 현상이 더욱 두드러집니다.

생성된 셀룰로오스 - 셀룰로오스 수소 결합 (hornification)은 상당히 강력합니다. 따라서 일반적인 실험실 분산 장비를 사용하여 이후 피브릴을 수상 (해동 후)으로 재분산시키는 것은 거의 불가능합니다.

순수한 셀룰로오스 피브릴 물 현탁액을 동결시키면 원 섬유 네트워크가 붕괴되어 물질의 초기 표면적이 높아지고 물 보유 능력이 저하됩니다. 이는 재료 특성 및 성능에 부정적 영향을 미칩니다. 그렇기 때문에 제품 특성을 손상시키지 않도록 물의 온도보다 높은 온도에서 보관해야 합니다.

셀룰로스 피브릴을 사용하는 제제는 동결융해 안정성을 가질까요?

셀룰로오스 피브릴은 hornification 으로 인해 동결 융해가 안정되지 않습니다. 그렇다고 이것이 셀룰로오스 피브릴을 함유한 제제의 동결융해가 불안정하다는 것을 의미하지는 않습니다. 제형에서, 피브릴은 보다 희석되고 다른 성분의 존재로 인해 서로의 접촉이 감소됩니다

셀룰로오스 피브릴은 양호한 안정제이고 높은 물 결합 용량을 가지기 때문에 동결 융해 안정성을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다. 위에 서술했듯이, 이 두 가지 특성은 동결융해가 안정한 제제를 얻는데 도움이 될 수 있습니다.