증점제의 일종인 카보폴(carbopol) 980이라는 카보머1 분말을 사용해서 카보머 프리젤 만드는 테스트.
무턱대고 젤타입 손소독제를 만드려고 하다 실패한 후 카보머 분말 사용법을 알아놔야 겠다는 필요성을 느끼게 되었다.
목표는 두가지. 시판되는 젤 타입 손 소독제 정도와 다른 액체와 섞어서 쓸 용도의 떡 같은 제형.
정제수를 쓰는게 맞겠지만 한번 따면 며칠 내로 다 써야한다고 해서 매번 구입하기가 귀찮아 수돗물로 테스트 한다. 대량으로 구입하려니 보관할 장소도 없고.
정제수 만드는 필터같은건 어디서 안파나 비싸지 않게...
재료 배합비 찾기.
우선 어느 정도의 재료 배합비가 필요한지 테스트하기 위해 물 + 카보머 총량을 100g으로 정하고 테스트 하기로 한다.
카보머를 섞을 때 주의할 점은 따뜻한 물에 비해 차가운 물에서는 카보머가 잘 풀리지 않는다는 것과 카보머 분말을 한번에 다 넣어버리면 역시 제대로 풀리지 않고 덩어리져 돌아다니는 부분이다.
대략 목욕물 정도의 온도에서 조금씩 카보머 분말을 넣어서 덩어리가 거의 없도록 잘 풀어놓은 뒤 수산화나트륨 1% 수용액을 조금씩 부어가며 점도를 늘린다.
최종적으로 젤이 적당한 단단함을 갖추었을 때 만들어진 젤의 총중량를 재면 수산화나트륨수용액의 중량을 알수 있고 그렇게 되면 수산화나트륨의 중량 또한 알 수 있게 된다.
이렇게 나온 중량을 이용하여 카보폴 980과 수산화나트륨의 중량비를 미리 구해놓으면 다음에 카보머 젤을 만들 때 이 데이터를 이용하여 젤이나 화장품 등을 빠르고 편하게 만들수 있을 것이다.
만약 수산화나트륨이 위험해서 꺼려진다면 비교적 안전한 탄산수소나트륨(베이킹소다)을 사용해서 테스트 자료를 만들어 놓으면 마찬가지로 편리하게 사용할수 있다.
pH 농도에 대해서
카보머는 물의 양에 따라 pH가 1~3의 강산성인데 정확한 자료는 보이지 않았다. 다만 강산성 상태에서 카보머는 젤화 되지않고 pH 4 이상에서 젤화가 되며 pH가 9이상이면 다시 젤화가 풀린다고 한다.
6.0~7.5 정도의 pH가 가장 이상적인 상태라고 하니 카보머 젤이 가장 빡빡한 상태에서는 자동으로 적당한 pH농도가 맞춰지는 셈이다.
결국 pH농도에 크게 신경 쓸 필요는 없다는 뜻이 된다.
다음은 참고용으로 웹에서 찾은 수산화 나트륨의 pH농도.
수산화나트륨 1% 수용액의 pH는 계산 과정이 길어져서 다른 글로 분리했다.
결과만 가져오면 수산화나트륨 1%의 pH는 약13.4. 1%만 해도 엄청나다. 이 정도면 거의 계산이 무의미하겠는데...
수산화나트륨 pH계산은 했는데 문제는 pH 값이 다른 용액이 섞이면 어떻게 되는지 모르겠다.
pH 값이 이온의 개수와 직접 관계가 있다고 알고 있는데 그럼 pH 8, pH 6의 용액이 1:1의 양으로 섞이면 pH 7이 되는건가?
만약 그렇다고 하면 카보머 분말이 포함된 물(카보머용액)을 pH 3이라고 가정하면 10^-3=0.001mol, NaOH 1% 용액은 0.25mol.
그러면 NaOH 용액은 1/250만 넣으면 중성이 된다고 생각할 수 있겠다. 만약 카보머용액의 pH가 2라면 1/25, pH가 1이라면 1/2.5.
정확한 pH값을 알수 없다는게 문제인데, 카보머의 pH를 중간인 2로 잡는다면 100/25 = 4g을 넣어야 한다.
이거 맞나? 전제가 틀리면 다 틀리는데...
모르겠다. 그냥 내 몸으로 직접 테스트하는 수 밖에 ㅋㅋ
화학공부 열심히 할걸 그랬구만. 다 쓸데가 있네.
카보폴 980 + 수산화나트륨 (수돗물).
카보머 분말의 중량은 단계별로 2g, 4g의 두가지 중량을 우선 테스트 한다.
100g 중 카보머 분말 2g
카보머 분말을 조금씩 투입해서 섞어도 제대로 풀리지 않는 것은 똑같았다. 한참을 휘저어도 한번에 넣은거랑 별 차이가 없길래 그냥 다 부어버리고 열심히 저었다.
대략 30분 정도? 한참을 따뜻한 물에서 중탕하며 카보머를 섞었는데 이거 하려면 아무래도 전동 블렌더 같은 도구가 없으면 안되겠다. 시간 소모도 크고 아주 그냥 팔이 빠지는 줄 알았다...
물과 카보머 분말만 섞었을 때는 약간의 점성이 있긴하지만 대단치는 않고 밀가루 풀 혹은 미음 비슷한 느낌이다.
약간의 독특한 플라스틱 냄새도 난다.
음... 한방에 성공할 줄은 몰랐는데... 손소독제 베이스에 직접 넣었을 때는 왜 실패한거지? 카보머가 덜 풀려서 그랬나?
이번에는 (거의)다 풀린 카보머 용액에 수산화나트륨 1% 용액을 조금씩 부으며 섞으니 제대로 젤화 된다.
수산화나트륨 용액은 2g씩 부었는데 처음 2g만 해도 상당히 젤화가 진행되어 최종 상태와 큰 차이는 없었다.
두번째로 NaOH용액을 부을 때 실수해서 NaOH용액을 총 5g정도 넣게 되었는데 그래도 문제 없이 잘 만들어 졌다. 다음에는 좀 더 조금씩 정확하게 넣으며 테스트 해 봐야겠다.
현재 상태의 재료 비율은 카보폴 980 2g, NaOH 0.05g의 중량비, 약 1:40의 비율이다.
제형도 딱 적당하다. 내가 원했던게 이정도였다. 좀 물렁한 젤리 정도의 느낌.
음. 이리보고 저리봐도 잘 만들어졌다.
카보머 젤이 완성되었으니 실전 테스트를 해 봐야지. 그래서 팔에다 조금 발라보았다.
만약 수산화나트륨이 과하게 들어가서 pH가 지나치게 높아졌다면 피부 표면이 녹으면서 따끔거리는 느낌이 있을 것이고 그정도는 아니더라도 카보머 젤을 씻어낸 후 녹은 피부 표면으로 인해 한동안 미끌거릴 것이다.
락스나 수산화나트륨 수용액 같은 강염기를 다루다가 피부에 묻으면 언제나 경험할수 있는 일이다.
결과는 성공.
팔에 바른 카보머 젤을 약 3분 정도 지난 후 수돗물로 씻어냈는데 아무 문제 없었다. 피부가 미끌거리지도 않았고 손상된 단백질 특유의 냄새도 없었다.
베이킹소다를 쓰면 더 안심이 될테니 다음번 테스트에는 가능하면 베이킹소다를 구해서 만들어봐야겠다.
그런데... 처음부터 이렇게 잘 되었으면 얼마나 좋았을까.
100g 중 카보머 분말 4g
좀 더 뻑뻑한 프리젤을 만들기 위해 카보머 분말을 100g 중 4g을 사용하여 카보머 젤을 만들어 보았다.
이번에는 섞기 좀 쉬울까 싶어 카보머 분말을 컵에 미리 다 붓고 그 위에 좀 뜨거운 물을 부었는데 전체적으로는 큰 차이가 없었지만 카보머 분말이 뭉쳐서 풀리지 않는 부분이 더 많이 생겼다.
그냥 얌전히 카보머를 조금씩 넣어서 섞는게 제일 낫겠다. 그리고 확실히 전동 기구의 도움 없이는 엄청 힘들다. 카보머 농도가 1% 이하로 낮은 젤을 만들게 아니라면 꼭 전동기구를 구입하는게 현명한 일이라는 것을 느꼈다.
수산화나트륨 용액은 5g을 사용했다.
이 상태에서의 카보머 vs NaOH 비율은 4g : 0.05g, 80 : 1 이다.
만들어진 카보머 젤은 2% 농도에 비해 더 뻑뻑하고 단단했는데 손으로 뭉개는 느낌은 큰 차이 없었지만 눈으로 보기에 형태가 약간 차이가 있었다.
2% 카보머 젤을 흐물거리는 덩어리라고 표현한다면 4% 카보머 젤은 가루를 적신 뭉치를 꾹 눌러서 붙여놓은 느낌. 실제로 그런 형태라는 것은 아니고 2% 젤에 비해서 그런 느낌이 든다는 것이다.
이렇게 만들어진 젤에서 다른 용도의 테스트를 위해 5g 씩 두번, 10g을 제외하고 여기에 물을 부어 보았다. 추가한 물의 중량은 약 210g.
이건 미리 만들어 놓은 카보머 프리젤과 무수에탄올을 섞어 젤타입 손소독제를 만드는 상황을 가정한 테스트다.
바로 아래의 사진이 그렇게 다시 만든 젤.
처음에는 물을 추가하니 묽은 죽처럼 점도가 있는 액체 상태였는데 여기에 수산화나트륨 용액을 추가하니 다시 젤이 되어버렸다. 이렇게 다시 젤화된 형태는 2% 카보머 젤과 비슷했다.
이제 간단하게 계산할 차례.
NaOH 용액은 0.476g이 줄어든 뒤 다시 약 10g이 추가 되었으나 NaOH 용액을 추가할 때 눈대중으로 했으니 줄어든 것을 무시하고 1% NaOH 용액 총량은 15g으로 잡는다.
카보머 분말은 최초 젤 중량 105g 중 4g이 포함되어 있었으니 10 x 0.038 = 0.38g이 줄어들었다.
그러면 카보머 3.62g : NaOH 0.15g. 최종 중량비는 대략 24:1 정도가 된다.
하지만 NaOH 용액 추가 시 5g일 때와 10g일 때의 차이가 그리 크지 않았으니 대략적으로 카보머 vs NaOH의 범위를 잡아본다면 약 3.62 : 0.1 ~ 3.62 : 0.15, 36 : 1 ~ 24 : 1 정도의 범위라고 말할 수 있다. 그러나 NaOH 비율을 카보머 대비 1/10까지 테스트 한 결과 역시 큰 점도 변화 없이 젤 형태를 유지했다.
정리
요약하면 대략 100g의 4% 카보머 프리젤 제작에 필요한 1% 수산화나트륨 용액은 최소 10g 정도다. 추가된 용액을 생각하면 실제 카보머 분말의 중량비는 3.64%가 되는데 다른 액체와 섞어 쓰기에 부족함이 없다.
다만 프리젤을 물이 아닌 알콜이 대다수인 액체 안에 넣을 때는 물에 넣은것 보다 점도가 덜한것 같고, 다른 액체와 섞을 때 pH가 낮아질 것을 대비하여 프리젤 형태로 만들어 놓을 때는 pH값을 가능한 높게 두는 것이 좋을 것 같다.
0.5% 젤, 화장품 블렌더 사용
카보머를 물에 섞을 때 손으로 섞은 것과 블렌더를 이용해 섞은 것이 차이가 좀 난다. 어떤 차이냐면 덩어리 유무와 투명도가 어떻냐는 것이다.
테스트 제작한 카보머 젤은 0.5%의 카보폴980, 수산화나트륨은 카보머의 1/10 분량으로 만들었다.
블렌더로 물을 휘젓고 있는 상태에서, 즉 물이 강하게 소용돌이 치는 상태에서 카보머 분말을 조금씩 투입하면 순식간에 카보머가 완벽하게 녹는다. 거기에 같은 양의 카보머 비율에서 점도와 투명도가 더 높은 젤이 만들어진다.
투명도는 완벽한 투명은 아니지만 제법 깨끗하다고 느낄 정도.
점도의 경우 체감상 두배 정도인데 카보폴 분말이 0.5% 비율이라도 흐르지 않는 덩어리가 되고 거기에 물을 타서 0.25% 비율로 만들면 상당히 뻑뻑한 로션 정도의 제형을 보인다.
최초 카보머 비율을 0.5%로 만들어서 미니 블렌더로 쉽게 섞을수 있었는데 좀 더 카보머 비율이 높아지면 어떻게 될지는 모르겠다. 미니블렌더가 힘이 아주 약해서 그렇다.
투명도의 경우는 손으로 섞은것 보다는 제법 깨끗해 보이지만3 시판 제품만큼 투명하지는 않은데 이건 아직도 카보머가 덜 풀려서 그런 것인지 수돗물 사용으로 탁해진 것인지 아니면 극 미세한 기포 때문에 그렇게 보이는건지 잘 모르겠다.
확실하게 하려면 1%, 2% 비율의 카보머 젤을 정제수를 이용해서 만들어 봐야 한다. 당장은 힘들고 시간 날 때 테스트 해 봐야겠다.
참고로 카보머 젤을 알콜 기반의 액체4에 넣으면 뿌옇게 흐려지던 것. 심지어 카보머가 분리되기도 하던 것도 전혀 문제가 없었다.
이번에 테스트 한 젤은 카보머 vs NaOH = 10 : 1 비율이라 예전이라면 이미 뿌옇게 변해서 밀키스 비슷한 색이 되어야 했다.
그런데 소독용 에탄올5을 사용해서 최종 에탄올 비율 62% 정도로 만들었는데 상당히 깨끗한 모습을 보였다. 카보머가 분리되는 일은 없었고 뿌옇게 흐려지는 것도 거의 없었다.
카보머 분말 비율이 0.11%로 상당히 줄긴 했지만 그래도 거의 시판 제품에 근접한 투명도였다.
혹시 전체에서 카보머가 차지하는 비율이 줄어서 그래 보이는건가? 다음엔 이 부분도 1%, 2% 프리젤을 만들어 다시 테스트 해 봐야겠다.
-> 불필요. 젤타입 손소독제 만들기 테스트 최종, 최종 참고.
2% 젤, 화장품 블렌더 사용
화장품 블렌더로 컵 안의 물을 회전시키며 카보머 분말을 투입했는데 절반을 넣기 전에 조금씩 회전이 느려지고 있었고 2/3 이상의 분말을 넣으니 반죽이 제대로 혼합되지 않았다.
이 상황을 미루어 보면 화장품 블렌더 수준으로는 아무리 해도 1% 정도가 한계선이겠고 안정적으로는 0.5%가 적정선으로 생각된다.
'My Little Hobby > 화장품 만들기' 카테고리의 다른 글
| 카보머 젤의 pH 농도를 중성으로 맞추기 (0) | 2020.03.23 |
|---|---|
| 간단한 손소독제 만들기용 에탄올 계산기 (0) | 2020.03.20 |
| 손소독제 베이스와 카보머 프리젤을 이용한 젤타입 손소독제 만들기 테스트 (0) | 2020.03.15 |
| 젤 타입 손소독제 만들기 실패 기록 (0) | 2020.03.13 |
| 집에서 손소독제 만들기 (스프레이 타입) (0) | 2020.03.08 |