JP2003119006A - 被覆酸化物粒子、その製造法、該粒子を含有する日焼け止め剤及び該粒子の使用 - Google Patents
被覆酸化物粒子、その製造法、該粒子を含有する日焼け止め剤及び該粒子の使用Info
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Abstract
を有し、日焼け止め剤及びCMP用途において使用され
ることができる二酸化ケイ素で被覆された金属酸化物粒
子。 【解決手段】 水中に溶解させた塩基を、金属酸化物、
型XnSi(OR)4 - nの少なくとも1つの化合物及
び水を含んでいる分散液に撹拌しながら添加し、反応生
成物を分離し、場合により水で洗浄しかつ乾燥させるこ
とにより製造される被覆金属酸化物粒子。
Description
覆された金属酸化物粒子、その製造法、それを含有する
日焼け止め剤及びその使用に関する。
化亜鉛は、日焼け止め剤において幅広く使用される。そ
れらの作用は、有害な紫外線の反射、散乱及び吸収に実
質的に基づくものであり、かつ金属酸化物の一次粒子径
に実質的に依存する。
亜鉛の欠点は、それらの光触媒活性であり、それを通し
て反応が引き起こされ、それが日焼け止め剤の成分に対
する変化をまねきうる。
らの金属酸化物の光触媒活性を、例えば、それらを被膜
で取り囲むことにより、低下させるという試みがなされ
ている。
れた金属酸化物粒子、その上、その製造及び日焼け止め
剤中の成分としての使用が記載されている。ここで、欠
点は、これらの被覆金属酸化物粒子が、低い表面官能度
及び高い程度の粒子凝集を有することである。一方で
は、これは、化粧品中の粒子の配合を妨げかつ、他方で
は、沈降に関連するそれらの耐性を制限する。他の欠点
は、これらの粒子の製造の間に、水に加えて、有機溶剤
が、被膜を形成させるのを可能にするのに本質的である
という事実である。高い安全措置に加えて、EP-A-09888
53による、好ましくは水と混和性のこれらの溶剤はま
た、反応後にこれらの溶剤を水から分離するため及びそ
れらを処分するために、多い経済的出費を必要とする。
最終的には、EP-A-0988853によれば、テトラアルコキシ
シランのみが使用されることができる一方で、ハロゲン
−置換シランは例えば、明白に除外される。
は、先行技術の欠点を回避する被覆金属酸化物粒子を提
供することであった。それらは、殊に、化粧品に配合す
るのを容易にするべきであり、その中で安定であるべき
であり、かつ低い水準の光触媒活性を有するべきであ
る。
に有機溶剤が使用されるべきではない方法を提供するこ
とである。更に、二酸化ケイ素として使用されることが
できる材料の制限に関して、前駆物質は、1つのクラス
の化合物のみに制限されるべきではない。
ア及びコアを取り囲んでいる二酸化ケイ素被膜を含んで
いる被覆酸化物粒子を提供し、その際、被覆酸化物粒子
が、フタル酸ジブチル吸収の間に終点がないことにより
定義される低ストラクチャーを有することにより特徴付
けられる。
ジブチル吸収)により測定されることができる粒子の連
晶(intergrowth)度を意味する。低ストラクチャーは、
終点がDBP吸収において識別されることができず、か
つ粒子が僅かに連晶を形成するに過ぎないことを意味す
るという事実により表現される。
測定されたトルク(Nm)は、金属酸化物、例えば二酸
化チタン(図1のA)又は二酸化ケイ素にとってDBP
の一定の追加での引き続く低下を伴う明白な最大を示
す。本発明による粒子を用いると、終点は認識されるこ
とができない(図1のB)。
た、TEM写真(図2)中に見出されうる。EP-A-09888
53に従って製造された粒子は、著しくより高い凝集度を
示す(図3)。
×10- 3mol kg- 1・min- 1未満の光触媒活性を有す
る。該活性は、紫外線での照射により2−プロパノール
を酸化させてアセトンを形成させることによって測定さ
れる。結果は、速度定数の形のアセトンの形成の速度と
して与えられる。測定は、Robert Rudhamにより"The Ch
emistry of Physical Sunscreen Materials" (Photoche
mistry and Photobiology of Sunscreensに関するFDA W
orkshopでなされた展示から導びかれたレビュー,Washin
gton, September 19-20, 1996)に開示された方法に基づ
いている。この低い光触媒活性のために、本発明による
酸化物粒子は、日焼け止め剤において申し分なく使用さ
れることができる。
粒子のBET表面積は、5〜600m2/gの幅広い範
囲で変化してよい。通常、本発明による粒子のBET表
面積は、基本的なコアのそれよりも大きい。しかしなが
ら、変化した製造条件の場合に、使用されるコアのそれ
よりも小さくてもよい。しかしながら、好ましくは本発
明による粒子のBET表面積は、基本的なコアのそれよ
りも大きい。
0nm、好ましくは5〜50nmであってよく、かつ二
次粒子径は、0.05〜50μm、好ましくは0.1〜
1μmであってよい。これらの範囲で、日焼け止め剤に
おいて使用される場合には、本発明による粒子は、満足
のいくUV防護及び適用後の皮膚上での好ましい感触を
有する。
って行われる。
素被膜の厚さは、0.5〜25nmで変化してよい。こ
の範囲で、粒子は、十分に高いUV吸収、反射及び散乱
を有する。
酸化ジルコニウム、酸化鉄、酸化セリウム及び/又はこ
れらの金属酸化物相互の化学的混合物及び/又はこれら
の金属酸化物と酸化アルミニウムとの化学的混合物及び
/又はこれらの金属酸化物と二酸化ケイ素との化学的混
合物であってよい。金属酸化物の起源は、制限されな
い。例えば、熱分解法(pyrogenic process)、ゾル−ゲ
ル法、プラズマ法、沈殿法、水熱法又は鉱山法(mining
process; bergmaennische Verfahren)又は上記方法の組
合せに源を発する金属酸化物が使用されることができ
る。
る(pyrogenic)金属酸化物である二酸化チタン、酸化亜
鉛、酸化鉄、酸化セリウム、酸化ジルコニウム及び/又
はこれらの金属酸化物相互の化学的混合物及び/又はこ
れらの金属酸化物と酸化アルミニウムとの化学的混合物
及び/又はこれらの金属酸化物と二酸化ケイ素との化学
的混合物である。
例えば、1つの成分が、EP-B-0850876に記載されている
ように、エーロゾルを介して、熱分解法において配合さ
れるものを意味することが理解されるべきである。双方
の成分が、同時に蒸発され、かつ熱分解法による酸化物
の製造に使用されるようなバーナの混合室中へ供給され
ることも可能である。例は、EP-A-609533にはチタン−
ケイ素混合酸化物及びチタン−アルミニウム混合酸化物
が、又はEP-A-1048 617にはケイ素−アルミニウム混合
酸化物が与えられている。熱分解法による金属酸化物
が、他の金属酸化物で被覆されるか又は部分的に被覆さ
れることも可能であり、これは非−熱分解法において、
熱分解法による金属酸化物に適用される。
製造方法を提供する。このためには、水中に溶解させた
塩基が、金属酸化物1〜80質量%、二酸化ケイ素被膜
の厚さに応じて、モル比XnSi(OR)4 - n/金属
酸化物が0.1〜25である型XnSi(OR)4 - n
の少なくとも1つの化合物及び水を含んでいる分散液
に、撹拌しながら添加され、反応生成物が分離され、か
つ場合により洗浄されかつ乾燥される。
より行われることができる。洗浄は、水、有機溶剤又は
水と有機溶剤との混合物で行われることができ、その
際、水が、本発明のためには好ましい。
を用いて乾燥されることができる。多様な乾燥手順の大
要は、Ullmann′s Encyclopedia of Industrial Chemis
try,Vol. B2, Unit Operations 1, 4-2〜4-35頁, 第5版
に説明されている。
媒体中への分散のような、他の方法段階は続いてよい。
ある限りは重大ではない。15〜30℃の反応温度が好
ましい。
して0.1〜30質量%の幅広い範囲に亘り変化してよ
い。1〜5質量%の塩基濃度が特に有利であることをが
見出された、それというのも、低い塩基使用量で本発明
による酸化物粒子の迅速な形成が行われるからである。
物、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム又は水酸
化テトラアルキルアンモニウム、炭酸塩、例えば炭酸ア
ンモニウム、炭酸水素アンモニウム、炭酸ナトリウム又
は炭酸水素ナトリウム、有機塩基、例えばアミン、ピリ
ジン、アニリン、グアニジン、カルボン酸のアンモニウ
ム塩、例えばギ酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、カ
ルボン酸のアルキルアンモニウム塩、例えばモノメチル
アミンホルメート、ジメチルアミンホルメート及びその
混合物であってよい。
ニウム、炭酸水素アンモニウム、ギ酸アンモニウム、酢
酸アンモニウム、炭酸ナトリウム及び炭酸水素ナトリウ
ム及び2つ又はそれ以上のその化合物の混合物である。
又はリン酸、及び有機酸、例えばギ酸又は酢酸は、二酸
化ケイ素源から二酸化ケイ素を遊離させるのに使用され
ることができる。
酸化ジルコニウム、酸化鉄、酸化セリウム、及び/又は
これらの金属酸化物相互の化学的混合物及び/又はこれ
らの金属酸化物と酸化アルミニウムとの化学的混合物及
び/又はこれらの金属酸化物と二酸化ケイ素との化学的
混合物であってよい。金属酸化物の起源は、制限されな
い。例えば、熱分解法による方法、ゾル−ゲル法、プラ
ズマ法、沈殿法、水熱法又は鉱山法又は前記方法の組合
せに源を発する金属酸化物が使用されることができる。
る金属酸化物である二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化鉄、
酸化セリウム、酸化ジルコニウム及び/又はこれらの金
属酸化物相互の化学的混合物及び/又はこれらの金属酸
化物と酸化アルミニウムとの化学的混合物及び/又はこ
れらの金属酸化物と二酸化ケイ素との化学的混合物であ
り、その際、少なくとも1つの金属酸化物は、熱分解法
による起源のものである。
4 - nの化合物として、X=ハロゲン又はH、R=H又
はC原子1〜8個を有する線状又は分枝状のアルキル基
及びn=0〜4、ここでRがn=4の場合にはHに等し
くないことが可能であるものである。特に好ましくは、
テトラアルコキシシラン及び/又はそのオリゴマーであ
る。
用されないことである。有機溶剤が被膜の形成に本質的
であるEP-A-0988853に記載されている方法とは異なり、
本発明による方法において、完全な被膜を有する粒子が
迅速な反応において得られる。また、こうして得られた
粒子が均一であり、即ち本発明による粒子のみが識別さ
れることが証明されている。二酸化ケイ素源の加水分解
の間に微細なSiO2粒子により形成された二酸化ケイ
素源の連晶により形成される専ら二酸化ケイ素からなる
粒子は、識別されることができなかった。明らかに、本
発明に従って使用される金属酸化物は、二酸化ケイ素源
との高い親和性を有する。
有し、かつ従って沈降に対して耐性である化粧品に配合
するのを容易にする。
割合で本発明による酸化物粒子を含有している日焼け止
め剤を提供する。その上、本発明による日焼け止め剤
は、公知の無機UV−吸収顔料及び/又は化学UVフィ
ルターとの混合物で使用されてよい。
二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化鉄、
二酸化ケイ素、ケイ酸塩、酸化セリウム、酸化ジルコニ
ウム、硫酸バリウム又はその混合物である。
ーは、当業者に公知の全ての水−又は油−溶性UVA−
及びUV−Bフィルターであり、その中で次のものが、
制限的ではないが例として挙げられる:ベンゾフェノン
のスルホン酸誘導体及びジベンゾイルメタンのベンズイ
ミダゾール誘導体、ベンジリデンショウノウ及びその誘
導体、ケイ皮酸の誘導体及びそのエステル又はサリチル
酸のエステル。
知の溶剤、例えば水、一価−又は多価アルコール、化粧
油、乳化剤、安定剤、コンシステンシー調節剤、例えば
カルボマー、セルロース誘導体、キサンタンゴム(xanth
ane gum)、ワックス、ベントン(bentones)、熱分解法に
よるケイ酸及び化粧品において使用される他の通常の物
質、例えばビタミン、酸化防止剤、防腐剤、着色剤及び
香料を含有していてもよい。
は、エマルジョン(O/W、W/O又は多層)、水性又
は水性−アルコールゲル又は油ゲルとして及びローショ
ン、クリーム、ミルクスプレー、ムースの形で、スティ
ックとして又は他の一般の形で存在していてよい。
Cosmetic Preparations", Verlag fuer chemische Indu
strie (H.Ziolkowsky編), 第4版, 1992又はN. J. Lowe
及びN. A. Shaat, Sunscreens, Development, Evaluati
on and Regulatory Aspects,Marcel Dekker Inc., 1990
にも記載されている。
散液の製造及び化学−機械研磨(CMP法)の使用のた
めの本発明による酸化物粒子の使用を提供する。
れる。比較例1〜3は、有機溶剤、エタノールの存在で
行われる。全ての例は、室温でのろ過後の生成物を乾燥
させることを含む。29質量%アンモニア水溶液を、塩
基として使用する。
うる。
より、被膜の厚さはTEM写真から測定される。BET
表面積はDIN 66131に従って、かつ粒子細孔容積はDIN 6
6134に従って測定される。ヒドロキシル基密度は、J. M
athias及びG. WannemacherによりJournal of Colloid a
nd Interface Science 125(1998)に開示された方法に従
って測定される。
スルーエにより製造されたRHEOCORD90で測定される。こ
のためには、記載された金属酸化物16gは、0.00
1gの正確さで捏和室に供給され、これはついで蓋でシ
ールされ、かつフタル酸ジブチルが、0.0667ml
/sの予め指定された供給速度で蓋の穴を通して添加さ
れる。捏和機は、毎分回転数125のモータ速度で運転
される。最大トルクが達成される場合に、捏和機及びD
BPフィードは、自動的に電源が切れる。DBP吸収
は、次のようにして、消費されたDBPの量及び粒子の
秤量された量から計算される:DBPカウント(ml/
100g)=(DBPの消費量[ml]/粒子の秤量さ
れた部分[g])×100。図1のA及びBは、x−軸
としてミリリットル[ml]のDBP及びy−軸として
ニュートンメートル[Nm]のトルクに関連するもので
ある。
きりと明白な最大及び引き続く低下を伴う熱分解法によ
る酸化物の典型的な挙動を示す。図1のBは、本発明に
よる粒子の挙動を示す。ここで、DBPの特定の添加で
の引き続く低下を伴うトルクの増大は識別されない。D
BP装置は任意の終点を検出しない。
EM写真を示し、図3は、比較例1により製造された粒
子のTEM写真を同じ倍率で示している。図2は、本発
明による粒子の著しくより低い連晶度を示している。
き試料は、2−プロパノール中に懸濁され、かつ紫外線
で1h照射される。その後、形成されたアセトンの濃度
が測定される。
mg(正確さ0.1mg)は、Ultra-Turraxミキサーを
用いて2−プロパノール350ml(275.1g)中
に懸濁される。この懸濁液は、24℃の温度にセットし
た冷却器を通してポンプを用いて線源を有し、酸素で予
めすすいでおいたガラス光反応器中へ搬送される。
する型TQ718(Heraeus)のHg−中圧イマージョンランプ
である。ホウケイ酸塩ガラスからなる保護管は、放出さ
れた放射を>300nmの波長に限定する。線源は、水
を搬送している冷却管により外側で取り囲まれている。
る。線源が電源投入されると、反応を開始する。反応の
終わりに、少量の懸濁液は、直ちに除去され、ろ過さ
れ、かつガスクロマトグラフィーを用いて分析される。
g(DegussaからのP25)を水1 l中に分散させる。テ
トラエトキシシラン100mlをこの溶液に添加する。
この混合物を15分撹拌し、かつついでアンモニア30
mlを添加する。25℃での撹拌2〜4時間後に、生成
物をろ別し、かつ乾燥させる。
g(DegussaからのP25)を水1 l中に分散させる。テ
トラエトキシシラン200mlをこの溶液に添加する。
この混合物を15分撹拌し、かつついでアンモニア30
mlを添加する。25℃での撹拌2〜4時間後に、生成
物をろ別し、かつ乾燥させる。
g(DegussaからのP25)を水1 l中に分散させる。テ
トラメトキシシラン100mlをこの溶液に添加する。
この混合物を15分撹拌し、かつついでアンモニア30
mlを添加する。25℃での撹拌2〜4時間後に、生成
物をろ別し、かつ乾燥させる。
g(DegussaからのP25)を水1 l中に分散させる。テ
トラエトキシシラン1000mlをこの溶液に添加す
る。この混合物を15分撹拌し、かつついでアンモニア
30mlを添加する。25℃での撹拌2〜4時間後に、
生成物をろ別し、かつ乾燥させる。
する熱分解法による二酸化チタン100gを水1 l中
に分散させる。テトラエトキシシラン200mlをこの
溶液に添加する。この混合物を15分撹拌し、かつつい
でアンモニア30mlを添加する。25℃での撹拌2〜
4時間後に、生成物をろ別し、かつ乾燥させる。
熱分解法による二酸化チタン100g(DE-A-19650500に
従って製造)を水1 l中に分散させる。テトラエトキシ
シラン200mlをこの溶液に添加する。この混合物を
15分撹拌し、かつついでアンモニア30mlを添加す
る。25℃での撹拌2〜4時間後に、生成物をろ別し、
かつ乾燥させる。
00g(DegussaからのP25)をエタノール1.5 l及
び水100ml中に分散させる。アンモニア50mlを
この溶液に添加する。ついで、エタノール200ml中
のテトラエトキシシラン100mlを、この混合物にゆ
っくりと1時間の期間に亘って滴加する。12時間後、
生成物をろ別し、かつ乾燥させる。
88ml及びアンモニア87mlを混合し、ついで、二
酸化チタン105gをその中に分散させる。水24ml
及びエタノール156ml中のテトラエトキシシラン1
93mlを、6時間の期間に亘ってこの溶液に添加す
る。分散液を25℃でもう12時間熟成する。生成物を
ろ別し、かつ乾燥させる。
0ml及びアンモニア20mlを混合し、ついで、二酸
化チタン28gをその中に分散させる。水39.5ml
及びエタノール65.5ml中のテトラエトキシシラン
105mlを、2時間の期間に亘ってこの溶液に添加す
る。分散液を20℃でもう12時間熟成する。生成物
を、ついでろ過により回収し、かつ乾燥させる。
有する日焼け止め剤を製造するのに使用した。
80℃で電磁ホットプレート上に溶融させた後、相Bを
相Aに添加する。相Cを、約300rpmで及び真空下
に油相中へ撹拌導入する。相Dも70℃に加熱し、かつ
真空下にA〜Cの混合物に添加する。
の典型的な挙動(A)及び本発明による粒子の挙動
(B)を示すグラフ。
Claims (13)
- 【請求項1】 金属酸化物のコア及びコアを取り囲んで
いる二酸化ケイ素の被膜を含んでいる被覆酸化物粒子に
おいて、被覆酸化物粒子がフタル酸ジブチル吸収の間に
終点がないことにより定義される低ストラクチャーを有
していることを特徴とする、被覆酸化物粒子。 - 【請求項2】 2−プロパノールを酸化させてアセトン
を形成させることにより測定されるその光触媒活性が、
0.20×10- 3mol×kg- 1×min - 1未満で
ある、請求項1記載の酸化物粒子。 - 【請求項3】 BET表面積が5〜600m2/gであ
る、請求項1又は2記載の酸化物粒子。 - 【請求項4】 一次粒子径が2〜100nmであり、か
つ二次粒子径が0.05〜50μmである、請求項1か
ら3までのいずれか1項記載の酸化物粒子。 - 【請求項5】 二酸化ケイ素被膜の厚さが0.5〜25
nmである、請求項1から4までのいずれか1項記載の
酸化物粒子。 - 【請求項6】 金属酸化物が、二酸化チタン、酸化亜
鉛、酸化ジルコニウム、酸化鉄、酸化セリウム及び/又
はこれらの金属酸化物相互の化学的混合物及び/又はこ
れらの金属酸化物と酸化アルミニウムとの化学的混合物
及び/又はこれらの金属酸化物と二酸化ケイ素との化学
的混合物を含んでいる、請求項1から5までのいずれか
1項記載の酸化物粒子。 - 【請求項7】 金属酸化物が、熱分解法による二酸化チ
タン、熱分解法による酸化亜鉛、熱分解法による酸化ジ
ルコニウム、熱分解法による酸化鉄、熱分解法による酸
化セリウム及び/又はこれらの金属酸化物相互の化学的
混合物及び/又はこれらの金属酸化物と酸化アルミニウ
ムとの化学的混合物及び/又はこれらの金属酸化物と二
酸化ケイ素との化学的混合物を含んでおり、その際、混
合物は、熱分解法による起源の少なくとも1つの金属酸
化物を含有している、請求項1から6までのいずれか1
項記載の酸化物粒子。 - 【請求項8】 請求項1から7までのいずれか1項記載
の酸化物粒子の製造方法において、水中に溶解させた塩
基を、金属酸化物1〜80質量%、二酸化ケイ素被膜の
厚さに応じてXnSi(OR)4 - n/金属酸化物のモ
ル比が0.1〜25である型XnSi(OR)4 - nの
少なくとも1つの化合物及び水を含んでいる分散液に撹
拌しながら添加し、かつ反応生成物を反応混合物から分
離し、場合により反応生成物を洗浄しかつ乾燥させるこ
とを特徴とする、請求項1から7までのいずれか1項記
載の酸化物粒子の製造方法。 - 【請求項9】 金属酸化物が、二酸化チタン、酸化亜
鉛、酸化ジルコニウム、酸化鉄、酸化セリウム及び/又
はこれらの金属酸化物相互の化学的混合物及び/又はこ
れらの金属酸化物と酸化アルミニウムとの化学的混合物
及び/又はこれらの金属酸化物と二酸化ケイ素との化学
的混合物である、請求項8記載の方法。 - 【請求項10】 金属酸化物が、熱分解法による二酸化
チタン、熱分解法による酸化亜鉛、熱分解法による酸化
ジルコニウム、熱分解法による酸化鉄、熱分解法による
酸化セリウム、及びこれらの金属酸化物相互の化学的混
合物及び/又はこれらの金属酸化物と酸化アルミニウム
との化学的混合物及び/又はこれらの金属酸化物と二酸
化ケイ素との化学的混合物を包含し、その際、混合物
は、熱分解法による起源の少なくとも1つの金属酸化物
を含有する、請求項8又は9記載の方法。 - 【請求項11】 型XnSi(OR)4 - nの化合物
が、X=ハロゲン、R=H又はC原子1〜8個を有する
線状又は分枝状のアルキル基及びn=0〜4であるもの
であってよく、但しn=4の場合にRはHに等しくない
ものであってよい、請求項8から10までのいずれか1
項記載の方法。 - 【請求項12】 日焼け止め剤の量に対して0.01〜
25質量%の割合で請求項1から7までのいずれか1項
記載の酸化物粒子を含有している日焼け止め剤。 - 【請求項13】 UVフィルターとしての、分散液の製
造のための及び化学−機械研磨(CMP用途)法におけ
る、請求項1から7までのいずれか1項記載の酸化物粒
子の使用。
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