[코스인코리아닷컴 권태흥 기자] 무(無)계면활성제 분산·유화는 가능할까? 9월 30일부터 10월 2일까지 코엑스에서 열린 제14회 국제첨단소재기술대전에 참가한 스타트업 ㈜퍼스트랩(Fust Lab)의 디브렉스(DEBREX)가 그런 가능성을 보여줌으로써 업계 관계자들의 시선을 모았다. 

계면활성제는 화장품 제조에서 세정, 유화의 목적으로 사용된다. 다만 가려움, 피부장벽 손상 등 민감성 피부 반응을 일으킨다. 또한 유화/분산 기술을 기반으로 제조됨에 따라 전체 화장품 제형 중 유화/분산 비중은 70~80% 이상이며, 공정에서도 에너지 및 시간의 60~70%를 차지한다. 이에 따라 업계에선 계면활성제 사용을 최소화하는 공정 개발이 과제였다.

부스에서 만난 박명진 팀장은 “기존 초음파 장비의 경우 에너지가 사방으로 퍼지는 산란형 구조라 효율이 낮았다. 이에 비해 퍼스트랩의 디브렉스는 300-700kHz급 중주파 초음파를 360º 방향에서 발생시킨 초음파 에너지가 반응기 내부 유로에 집속되는 구조다. 계면활성제나 첨가제 없이도 물과 기름을 나노(nm) 단위로 균일하게 유화·분산시킬 수 있다”라고 말했다. 

그 원리는 초음파 파쇄 및 캐비테이션(cavitation)이다. 즉 기존 초음파 장비보다 강력한 에너지로 원료와 공정 조건에 따라 기름 입자를 수십~수백nm 수준으로 미세화하고 균일하게 분산시킨다. 입자가 극도로 가늘고 균일해지면 계면활성제라는 ‘화학적 풀’이 없이도 층이 분리되지 않고 오랫동안 융합 상태를 유지한다. 실제 6개월 이상 안정성을 유지하는 것으로 입증됐다. 

캐비테이션은 액체를 매우 빠른 속도로 움직이거나 강한 에너지(초음파)를 가할 때 액체가 순간적으로 찢어지며 기포가 발생하는 현상이다. 기포가 커진 후 주위의 높은 압력에 의해 순간적으로 붕괴(implosion)된다. 이때 집속형 초음파 기술을 이용해 캐비테이션을 정밀하게 제어하면 계면활성제를 최소화하고도 오일과 물 입자, 혹은 난용성 파우더 입자를 나노 크기로 아주 균일하게 쪼갤 수 있다. 이른바 '물리적 나노 유화·분산 공정'이다. 

퍼스트랩의 김예진 팀장은 “디브렉스를 활용함으로써 무계면화성제 화장품은 ➊ 계면활성제 사용량을 줄임으로써 관련 피부 자극 요인을 최소화하는 제형 설계에 유리하다. 또 ➋ 불필요한 첨가물이 줄어들고 유효 성분(레티놀, 세라마이드, 스쿠알란 등)이 나노 입자 크기로 줄어들어 피부에 효과적으로 흡수된다. 이밖에 ➌ 합성 화학물질이나 잔여 화학 성분을 배제한 클린 뷰티, 친환경 제형 생산이 가능해지는 이점이 있다”라고 강조했다. 

현재 코스맥스 LG생활건강 등 주요 기업에서 샘플 테스트 및 제품화가 진행 중이라는 귀띔이다. 계면활성제뿐 아니라 점증제, 안정제 등 보조 화학 첨가물 사용량을 줄여 처방을 단순화할 수 있다는 점도 매력적이다. 발림성이나 화잘먹 등 텍스처가 요구되는 경우 일부 첨가하면 된다. 

김예진 팀장은 “퍼스트랩의 기술 핵심은 계면활성제의 사용을 완벽하게 없애거나 대폭 줄이는 것이지, 화장품에 들어가는 모든 첨가제를 배제한다는 뜻은 아니다. 예를 들어 물과 기름을 섞이게 하는 것을 ‘화학적 끈’이라고 하면 디브렉스의 초음파 기술은 ‘물리적 초미세 나노화’로 대체한다고 설명할 수 있다”라고 덧붙였다. 

업계 전문가에 따르면 화장품 유화·분산 공정에서 호모믹서 등 교반기 방식은 오일/왁스 상을 70~80°C 이상 가열한 뒤, 강력한 교반기로 오랜 시간 유화시키고 다시 상온까지 식히는(Cooling) 과정을 거쳐야 한다. 이 과정에서 전기 에너지 소비와 제조 시간(리드타임)의 대부분이 소모된다. 또 제형 안정성을 위해 들어가는 고품질 화학 유화제 및 보조 첨가제 등 전체 원료 비중도 유의미한 비중을 차지한다.   

만약 퍼스트랩의 디브렉스처럼 물리적 나노 유화 공정으로 전환한다면 ▲ 가열·냉각 단계 최소화 ▲ 공정 시간 단축 ▲ 원료비 절감 등은 물론 원료 처방 단순화라는 부수적 효과를 볼 수 있다는 게 김예진 팀장의 조언이다. 

특히 “물리적 나노 유화는 입자가 나노 크기로 미세화되고 균일하게 분산되면서, 원료와 조성에 따라 기존의 불투명한 유화 제형보다 받투명 또는 투명한 성상을 구현할 수 있다. 또한 기본 점도가 낮아져 스킨, 앰플, 묽은 에센스 형태의 촉촉한 성상을 띠게 된다. 자외선차단제의 경우 유화제로 인한 백탁 현상이 생기지 않는다”라고 김 팀장은 부연했다.  

한편 퍼스트랩의 ‘초음파 집속 기술’은 △ 2026 CES 이노베이션 어워즈 2년 연속 수상 △ Hello Tomorrow 2026 Deep Tech Pioneer 선정 △ 기술계의 노벨상이라 불리는 ‘에디슨 어워즈 골드’ 등을 수상했다. 국내에서도 대한민국 지식재산대전 최우수상(2024), 나노코리아 나노산업기술부문 조직위원장상(2025) 등 숱한 수상으로 화제를 모았다.