JP2017178737A - 複合体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
まず本発明の第1の態様である複合体の製造方法について説明する。
本発明の製造方法は、亜鉛化合物及びアルミニウム化合物を少なくとも含む原料を用いて前駆体を得る工程(I)と、該前駆体を、温度100〜150℃で、かつ相対湿度75〜100%RHの雰囲気下で保持する工程(II)とを含む。この製造方法を採用することで、水熱合成等で必要になる圧力容器等の特殊な装置・設備を導入することなく、容易かつ簡便に、ハイドロタルサイト型粒子の表面に酸化亜鉛粒子を有する複合体を得ることができる。工程(I)及び(II)を経ることで、得られる複合体中のハイドロタルサイト型粒子は板状形状になる。なお、複合体がこのような構造を有することは、例えば走査電子顕微鏡写真(SEMとも称す)等の電子顕微鏡写真により判断することができる。
以下、各工程について更に説明する。
工程(I)は、亜鉛化合物及びアルミニウム化合物を含む原料を用いて前駆体を得る工程である。これを工程(II)に供することで、工程(II)では板状粒子への結晶成長が進み、同時に前駆体又はハイドロタルサイト型粒子中から酸化亜鉛粒子が析出する。こうして、容易かつ簡便に板状ハイドロタルサイト型粒子上に酸化亜鉛粒子を有する複合体を得ることができる。なお、工程(I)で得られる前駆体にはハイドロタルサイト型粒子が含まれることがある。
(Zn)0.67(Al)0.33(OH)2(CO3 2−)0.165・mH2O
を得ようとすると、亜鉛化合物の使用量を、アルミニウム化合物のアルミニウム1モルに対し、2.02〜2.6モルとすることが好適である。
溶媒としては特に限定されず、水、有機溶媒及びこれらの混合物が挙げられ、1種又は2種以上を使用することができる。有機溶媒としては、例えば、アルコール、アセトン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、ジオキサン等が挙げられ、アルコールとしては、メタノール、エタノール、プロパノール等の1価の水溶性アルコール;エチレングリコール、グリセリン等の2価以上の水溶性アルコール;等が挙げられる。溶媒として好ましくは水であり、より好ましくはイオン交換水である。
工程(II)は、上記工程(I)により得た前駆体を、温度100〜150℃で、かつ相対湿度75〜100%RHの雰囲気下で保持する工程(湿潤雰囲気工程とも称す)である。上記製造方法では、従来法のような水熱や常圧での反応とは異なり、前駆体を高温高湿雰囲気下に保持するだけの工程を経ることで、簡便な手段により上述した構造を有する複合体を得ることができ、圧力容器等の特別な装置を不要にすることができる。すなわち製造設備を簡単にすることができる。
本明細書中、工程(II)の保持温度は、当該工程での最高到達温度を意味する。
なお、温度の変動は板状粒子の結晶成長に変化をもたらす場合があるため、保持中の温度の上限と下限の差が10℃以下とすることが好ましい。
本明細書中、工程(II)の相対湿度は、当該工程での最高到達湿度を意味する。
なお、相対湿度の変動は板状粒子の結晶成長に変化をもたらす場合があるため、保持中の湿度の上限と下限の差が10%以下とすることが好ましい。
上記製造方法では、上述した工程(I)〜(II)に加え、必要に応じて1又は2以上の粉砕、分級、洗浄、水熱、熟成、焼成、層間イオンの置換、表面被覆等のその他の工程を含んでもよい。その他の工程は特に限定されない。例えば、板状構造や複合体を崩さない範囲で、粗大粒子の粉砕・分級を行うことが好ましい。粉砕・分級の方法及び条件は特に限定されず、例えばボールミル、ライカイ機、フォースミル、ハンマーミル、ジェットミル、気流分級機、振動篩等を用いて行うことができる。
上述した本発明の製造方法により、ハイドロタルサイト型粒子(好ましくは板状ハイドロタルサイト型粒子)の表面に酸化亜鉛粒子を有する複合体が得られる。この複合体について、以下に更に説明する。
{(R)z(Zn)y}(Al)x(OH)2(An−)x/n・mH2O (1)
(式中、Rは、周期表第2族元素を表す。An−は、n価の層間アニオンを表す。xは、0.20以上、0.40以下の数であり、yは、0.20を超えて0.80以下の数であり、zは、0以上、0.40以下の数であって、かつx+y+z=1、及び、y≧zを満たす。nは、1以上、4以下の整数である。mは、0以上の数である。)で表されることがより好ましい。これにより、滑り性がより向上され、化粧料等の種々の用途により一層有用なものとなる。
x、y及びzが上記範囲内にあると、結晶構造が安定する。より安定性を向上させる観点から、〔(z+y)/x〕が1.5/1〜3/1となるようにx等を調整することが好ましい。より好ましくは2/1となるように調整することである。
この観点から、xは、0.25以上であることが好ましく、より好ましくは0.30以上であり、また、0.35以下であることが好ましく、特に好ましくはx=1/3(=約0.33)である。
yは、0.25以上であることが好ましく、より好ましくは0.30以上であり、また、0.75以下であることが好ましく、より好ましくは0.70以下である。
zは、0.39以下であることが好ましく、より好ましくは0.38以下である。中でも、塩基性低減の観点から、z=0であることが好適である
(Zn)0.67(Al)0.33(OH)2(CO3 2−)0.165・mH2O (2)
で表される粒子である。この構造では、結晶構造が極めて安定し、本発明の作用効果をより充分に発揮することが可能となる。この構造はJCPDSカード 00−048−1023から確認できる。
本明細書中、酸化亜鉛粒子の平均粒子径は、後述の実施例に記載の方法に従って求めることができる。
次に、本発明の製造方法により得られた複合体の用途について、説明する。
上記複合体は、ハイドロタルサイト構造に由来する陰イオン交換能とともに紫外線遮蔽性を発揮できるうえ、滑り性も良好で、化粧料に含めた際の肌への塗布感触にも優れる。しかもアンモニアや酢酸等の臭い吸着性能やリン化合物の吸着性能にも優れるものである。したがって、化粧料、医薬品、医薬部外品、吸着剤、触媒、樹脂用添加剤、酸中和剤等の種々の用途に用いることができる。中でも、化粧料原料として特に有用であり、上記複合体を含む化粧料は、本発明の1つである。また、上記複合体を他の無機材料又は有機材料と組み合わせて複合材料としてもよい。例えば、上記複合体を樹脂やプラスチック等の有機材料に任意の割合で混合し、又は埋め込んで樹脂組成物を形成してもよいし、上記複合体を臭い吸着剤等として、フィルムやシート等の成型品を与える樹脂組成物に配合することも好適である。このように上記複合体と樹脂成分とを含む樹脂組成物もまた、本発明の1つである。以下に、上記化粧料及び樹脂組成物について更に説明する。
上記化粧料は、上記複合体を含むことで、滑りが良く、かつ化粧料に含めた際の肌への塗布感触に優れるうえ、紫外線遮蔽性、赤外線遮蔽性にも優れ、しかもソフトフォーカス効果や皮脂吸着効果も期待できるものである。それゆえ、昨今の市場のニーズに特に適したものである。化粧料としては特に限定されず、例えば、ファンデーション、化粧下地、日焼け止め、アイシャドウ、頬紅、マスカラ、口紅、制汗剤、脂取り紙、スクラブ剤等が挙げられる。中でも、ファンデーションが特に好適である。
上記樹脂組成物は、上記複合体と樹脂成分とを含む。樹脂組成物中の複合体の配合量は、所望の用途や使用する樹脂成分の特性に応じて適宜選択できる。例えば、樹脂成分としてエポキシ樹脂やアクリル樹脂等を使用する場合は、樹脂成分100質量部に対して上記複合体を1〜200質量部配合することが好ましく、ポリエチレン樹脂や軟質塩化ビニル樹脂等を使用する場合は、樹脂成分100質量部に対して上記複合体を1〜300質量部を配合することが好ましい。配合したものを、例えばコニカルブレンダー、Vブレンダー、リボンブレンダー、ヘンシェルミキサー、バンバリミキサー、二本ロール等の混合機・混練機を用いることで、樹脂組成物を作製することができる。
シート状のハイドロタルサイト含有樹脂組成物を得る場合、例えば、ポリ塩化ビニル樹脂100質量部に対し、上記複合体を1〜200質量部、カルシウム−亜鉛系安定剤を3〜5質量部、可塑剤であるジオクチルフタレートを30〜100質量部配合し、二本ロールにて100〜180℃で混練することが好ましく、これにより、可撓性のあるシート状のハイドロタルサイト含有樹脂組成物を好適に得ることができる。
−(1)中和−
硫酸亜鉛7水和物72.5gと、354g/Lの硫酸アルミニウム水溶液81.2mL(Al2(SO4)3として28.7g)と、297g/Lの硫酸マグネシウム水溶液34.1mL(MgSO4として10.1g)を混合し、全量が350mLとなるようにイオン交換水を加えた金属塩混合水溶液を得た。別途、720g/Lの水酸化ナトリウム水溶液46.7mLと、炭酸ナトリウム26.7gとを混合し、全量が350mLとなるようにイオン交換水を加えたアルカリ混合水溶液を得た。1Lの丸底フラスコにイオン交換水50mLを入れ、撹拌下において、これら水溶液を加えた。このときのスラリーのpHは9であった。その後、50℃で10分間撹拌することにより、スラリーを得た。
上記「(1)中和」により得られたスラリーをろ過し、洗液の電気伝導度が100μS/cm以下になるまで水洗した。得られたケーキを水と混合し、噴霧乾燥装置(アトマイザー方式、大川原化工機社製、BDP−22型)にてディスク回転数16000rpm、出口乾燥温度105℃の条件で乾燥することにより、ハイドロタルサイト前駆体の粉末を得た。
上記「(2)乾燥・粉砕」により得られた粉末のうち1gを、口内径27mm、高さ15mmのガラスシャーレに入れて、不飽和型高加速寿命試験装置(平山製作所製、HASTEST PC−242HSR2)に入れ、室温から120℃、相対湿度85%RHまで80分間かけて調整し、120℃、相対湿度85%RHにて118時間保持し、その後ヒーターへの通電を中止し室温まで冷却した。なお、この工程は大気中で行った。このようにして、粉末(1)を得た。
粉末X線回折パターンにて酸化亜鉛由来のピークが確認されることとSEM画像から、ハイドロタルサイトの粒子上に酸化亜鉛の粒子を有していると判断した(図1−1及び図2−1参照)。
実施例1において、「(1)中和」での原料及び「(3)湿潤雰囲気工程」での保持時間を表1に示すとおりに変更したこと以外は、実施例1と同様にして粉末(2)を得た。
粉末X線回折パターンにて酸化亜鉛由来のピークが確認されることとSEM画像から、ハイドロタルサイトの粒子上に酸化亜鉛の粒子を有していると判断した(図1−2及び図2−2参照)。
実施例1において、「(1)中和」での原料を表1に示すとおりに変更し、「(2)乾燥・粉砕」により得られた粉末のうち1gを、口内径27mm、高さ15mmのガラスシャーレに入れて、恒温恒湿器(エスペック社製、LH−113)に入れ、室温から85℃、相対湿度85%RHまで15分間かけて調整し、85℃、相対湿度85%RHにて166時間保持し、その後ヒーターへの通電を中止し室温まで冷却した。なお、この工程は大気中で行った。このようにして、粉末(c1)を得た。
粉末X線回折パターンとSEM画像から、この粉末中に酸化亜鉛の粒子は確認できなかった(図1−3及び図2−3参照)。
実施例1の「(2)乾燥・粉砕」により得られた粉末のうち1gを、口内径27mm、高さ15mmのガラスシャーレに入れて、恒温恒湿器(エスペック社製、LH−113)に入れ、室温から85℃、相対湿度85%RHまで15分間かけて調整し、85℃、相対湿度85%RHにて118時間保持し、その後ヒーターへの通電を中止し室温まで冷却した。なお、この工程は大気中で行った。このようにして、粉末(c2)を得た。
粉末X線回折パターンとSEM画像から、この粉末中に酸化亜鉛の粒子は確認できなかった(図1−4及び図2−4参照)。
実施例2の「(2)乾燥・粉砕」により得られた粉末のうち1gを、口内径27mm、高さ15mmのガラスシャーレに入れて、恒温恒湿器(エスペック社製、LH−113)に入れ、室温から85℃、相対湿度85%RHまで15分間かけて調整し、85℃、相対湿度85%RHにて22時間保持し、その後ヒーターへの通電を中止し室温まで冷却した。なお、この工程は大気中で行った。このようにして、粉末(c3)を得た。
粉末X線回折パターンとSEM画像から、この粉末中に酸化亜鉛の粒子は確認できなかった(図1−5及び図2−5参照)。
以下の条件により粉末X線回折パターン(単にX線回折パターンともいう)を測定した。例えば、実施例1、2、比較例1〜3で得た粉体のX線回折パターンを図1−1〜1−5に示す。これらの図中、■を付したピークは、Zn0.67Al0.33(OH)2(CO3)0.165・xH2O(板状ハイドロタルサイト型粒子)に由来するピークであり、○を付したピークは、ZnO(酸化亜鉛粒子)に由来するピークである。
使用機:リガク社製、RINT−UltimaIII
線源:CuKα
電圧:50kV
電流:300mA
試料回転速度:60rpm
発散スリット:1.00mm
発散縦制限スリット:10mm
散乱スリット:開放
受光スリット:開放
走査モード:FT
計数時間:2.0秒
ステップ幅:0.0200°
操作軸:2θ/θ
走査範囲:1.6000〜70.0000°
積算回数:1回
ハイドロタルサイト型粒子の同定に用いたのは以下の資料である。
Zn0.67Al0.33(OH)2(CO3)0.165・xH2O:JCPDSカード 00−048−1023
Mg4Al2(OH)12CO3・3H2O:JCPDSカード 00−051−1525
なお、酸化亜鉛粒子の同定に用いたのは以下の資料である。
JCPDSカード 01−089−0510
電界放出形走査電子顕微鏡(日本電子社製、JSM−7000F)にて粒子の形状を観察した。各粉体の電子顕微鏡写真を図2−1〜2−5(SEM写真)に示す。
各粉体につき、電界放出形透過型電子顕微鏡(日本電子社製、JEM−2100F)により、多数を占める板状粒子より微細な粒子が10〜100個程度写るように電子顕微鏡写真を撮影した。この電子顕微鏡写真上に無作為に引いた直線上にある粒子の表面に存在する酸化亜鉛粒子10個の長径の平均値を、各粉体の酸化亜鉛粒子の平均粒子径とした。長径が測定しにくい場合は、適宜倍率を上げて撮影したものを用いて測定した。実施例、比較例毎に撮影する粉体を換えてこの操作を10回繰り返し、求めた酸化亜鉛粒子の粒子径の平均値を算出した。結果を表2−1に示す。
レーザー回折・散乱式粒度分析計(HORIBA社製、型番:LA−950−V2)により粒度分布測定を行った。
まずサンプル(試料粉体)0.1gに0.025wt%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液60mLを加え、超音波ホモジナイザー(US−600、日本精機製作所製)を用いて、周波数20kHz、出力90Wの超音波を2分間照射することにより、サンプルの懸濁液を準備した。この後、0.025wt%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を試料循環器に循環させ、透過率が80〜95%になるように上記懸濁液を滴下して、循環速度5、撹拌速度1にて、60秒間超音波分散してから測定を行った。結果を表2−1に示す。
各粉体につき、電界放出型走査電子顕微鏡(日本電子社製、JSM−7000F)により、粒子が50〜10000個程度写るように電子顕微鏡写真を撮影した。この電子顕微鏡写真上に無作為に引いた直線上にある粒子20個の板面径の平均値を、各粉体の平均板面径とした。同様の方法で平均厚み(粒子20個の厚みの平均値)を算出し、(平均板面径の長径/平均厚み)によってアスペクト比を求めた。板面径、厚みが測定しにくい場合は、適宜倍率を上げて撮影したものを用いて測定した。実施例、比較例毎に撮影する粉体を換えてこの操作を10回繰り返し、求めたアスペクト比の平均値を算出した。結果を表2−1に示す。
各粉体中のMg,Zn,Al含有量は、誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析法を用い、以下の方法により測定することができる。
具体的には、以下のように、分光器(SII社製、ICP SPS3100)を使用し、スカンジウム(Sc)を内標準元素とする内標準法により測定する。
まず、試料約0.2gをビーカーに精秤し、塩酸約5mLを加えて溶解させ、100mLメスフラスコに充填し、イオン交換水でメスアップする。これをMg含有量測定では20倍、Zn含有量測定では50倍、Al含有量測定では10倍希釈し、かつSc濃度が10ppmとなるようにSc標準溶液を添加した溶液を試験液とし、下記の測定条件により測定し、得られた生データを下記の計算条件で計算することによりMg,Zn,Al含有量を算出する。結果を表2−2に示す。
分光器(SII社製、ICP SPS3100)を使用し、波長279.55nm(Mg)、213.86nm(Zn)、396.15nm(Al)、361.49nm(Sc)にてそれぞれ検量線を作成した後、試料を測定する。
検量線用試料の濃度としては、
Mg(ppm)=50,40,30,20,10、
Zn(ppm)=20,16,12,8,4、
Al(ppm)=50,40,30,20,10
の各5点を使用する。
なお、いずれの検量線用試料も、Sc濃度が10ppmとなるようにSc標準溶液を添加した。計算条件は以下の通りである。
各含有量(%)=生データ×100/試料重量(g)×希釈倍率/10000
各試料の滑り性評価は次のような方法で行った。
スライドガラスに両面テープを貼り付け、粘着面に薬さじ半分程度の粉末(試料)を載せ、化粧用スポンジで粉末を展ばし、その上に摩擦子をセットした。スライドガラスを移動させて、摩擦子にかかる負荷から、平均摩擦係数MIUと平均摩擦係数の変動値MMDを測定した。測定は摩擦感テスター(カトーテック製、KES−SE)により行った。結果を表2−2に示す。
なお、MIU、MMDの値が低いほど、滑らかに滑り微妙なひっかかり感がないといえる。
(1)まず、実施例及び比較例で得た粉体20.00重量%、マイカ(製品名:Y−2300X、ヤマグチマイカ社製)24.83重量%、セリサイト(製品名:FSE、三信鉱工社製)29.79重量%、球状シリコーン(製品名:KSP-105、信越化学工業社製)6.44重量%、酸化チタン(製品名:R−3LD、堺化学工業社製)7.36重量%、酸化鉄(黄)(製品名:黄酸化鉄、ピノア社製)1.10重量%、酸化鉄(赤)(製品名:ベンガラ、ピノア社製)0.37重量%、ステアリン酸マグネシウム(製品名:JPM−100、堺化学工業社製)0.92重量%、及び、ジメチルシリコーンオイル(製品名:KF96、信越化学工業社製)9.20重量%を、コーヒーミルを用いて1分30秒間撹拌混合した。
得られた粉体状の混合物を、直径20mmφの金型に0.8g測り採り、プレス機を用いて、200kgf/cm2の圧力にて30秒間保持して、ハイドロタルサイト含有ファンデーションを作製した。
得られた粉体状の混合物を、直径20mmφの金型に0.8g測り採り、プレス機を用いて、200kgf/cm2の圧力にて30秒間保持して、ハイドロタルサイト非含有ファンデーションを作製した。
(塗布感触の評価基準)
◎:上記(1)のハイドロタルサイト含有ファンデーションを用いる方が、上記(2)のハイドロタルサイト非含有ファンデーションを用いるよりも塗布感触が良好である。
○: どちらも同じ塗布感触である。
×:上記(2)のハイドロタルサイト非含有ファンデーションを用いる方が、上記(1)のハイドロタルサイト含有ファンデーションを用いるよりも塗布感触が良好である。
各サンプルのソフトフォーカス性評価は、次のような方法にて行った。
サンプル0.3gとメチルポリシロキサン(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製、Element14*PDMS、1000−JC)2.7gを測り採り、よく混合した後、フーバー式マラーを用いて、100rpmの回転速度で100回転させ、ペーストを調製した。そのようにして調製したペーストを、3MILのアプリケーターを用いてガラス板上に均一に成膜した。このようにして得られた塗膜を、ヘイズメーター(日本電色工業製、NDH4000型)でヘイズ値と全光透過率を測定し、透明性を評価した。表3にその結果を示す。
上記実施例及び比較例で得られた各サンプルについて、紫外線遮蔽性を以下のようにして測定した。
サンプル粉末を、分光光度計(日本分光社製、V−570型分光光度計及びILN−472型積分球)測定用セルに充填し、分光光度計を用いて300nm〜2400nmの波長領域で反射率を測定した。
なお、得られた拡散反射スペクトルは、クベルカ−ムンク(Kubelka−Munk)法によって吸光度に変換して示した(図3)。図3中、比較例1については吸光度が0.01と低すぎるため図示できていない(KM=0の横軸とほぼ重なっている)。
Claims (4)
- ハイドロタルサイト型粒子の表面に酸化亜鉛粒子を有する複合体を製造する方法であって、
亜鉛化合物及びアルミニウム化合物を少なくとも含む原料を用いて前駆体を得る工程(I)と、
該前駆体を、温度100〜150℃で、かつ相対湿度75〜100%RHの雰囲気下で保持する工程(II)とを含む
ことを特徴とする複合体の製造方法。 - 前記ハイドロタルサイト型粒子は、平均板面径の長径が150〜800nm、アスペクト比(平均板面径の長径/平均厚み)が4.0〜20.0である
ことを特徴とする請求項1に記載の複合体の製造方法。 - 前記酸化亜鉛粒子の平均粒子径は、1〜100nmである
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の複合体の製造方法。 - 前記製造方法は、更に、ケイ素原子及び/又は脂肪族基を有する化合物で表面処理する工程(III)を含む
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の複合体の製造方法。
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