JP2869787B2 - 高分子紫外線遮断剤及びその製造方法 - Google Patents

高分子紫外線遮断剤及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、新規高分子紫外線
遮断剤及びその製造方法に関し、詳しくは反応収率が良
いと共に優れた物性を有する高分子紫外線遮断剤及びそ
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術・発明が解決しようとする課題】一般的に
地表に到達する太陽光の約1%は人体に有害な紫外線で
あり、かかる紫外線は可視光線や赤外線に比べ波長が短
い光である。光のエネルギーは波長に反比例するので紫
外線は可視光線や赤外線に比べエネルギーが大きい光で
ある。従って、人に紫外線が多く照射されるほど紫外線
の大きいエネルギーによる種々の化学反応が起こり、生
理的な変化が誘発されることがある。紫外線はその波長
範囲によって紫外線A(320-400nm),紫外線B(280-32
0nm)及び紫外線C(200-280nm)の三つの領域に区分でき
る。紫外線C領域は紫外線中でエネルギーが最も大き
く、人体に対する損傷が大きい部分であるが、大部分が
オゾン層により除去されて地表には到達されない。紫外
線Bは太陽光による火傷、即ち人体(皮膚や毛髪)に対
し即時に損傷が起こる領域であり、紫外線Aは皮膚を過
度に露出した時皮膚の紅斑及び老化を誘発させる領域で
ある。紫外線はエネルギーが大きいので種々の化学物質
等を活性化させこれらの構造を変化させるか或いは機能
を失わせるが、特に化粧品や生活用品等に多く使用され
る有機顔料は紫外線により活性化されることによってそ
の本来の機能を失い易いので、従来から化粧品や生活用
品等には紫外線遮断剤が必須的に使用されて来た。一
方、近年、オゾン層の破壊により地表に対する紫外線照
射量が増加することによって、紫外線遮断を主目的とす
る製品の市場が毎年急成長している。
【0003】しかし、現在使用されている大部分の有機
系紫外線遮断剤は、紫外線の遮断という機能面において
は問題ないが、皮膚に対する刺激が大きいという問題点
を有する。かかる皮膚刺激は有機系紫外線遮断剤の皮膚
浸透によって発生するものであって、有機系紫外線遮断
剤と共に現在広く使用されている無機系紫外線遮断剤で
ある金属酸化物(例えば、二酸化チタン、酸化亜鉛等)
は皮膚浸透ができないので皮膚刺激もない。しかし、無
機系紫外線遮断剤は分散技術を通じて製品に適用される
ので、紫外線遮断効率が有機系紫外線遮断剤より劣ると
いう問題点を有する。前述の通り、有機系紫外線遮断剤
であるか、或いは無機系紫外線遮断剤であるかに無関係
に、それ自体で使用する場合には好ましくない問題があ
る。そこで最近、有機系紫外線遮断剤を使用する場合、
その皮膚浸透を防止するための方法の一環として紫外線
遮断剤を高分子化する試みがあり、これに関連した先行
技術が報告されている。紫外線遮断剤を高分子化する技
術は大きく二つに分類できるが、一つは紫外線遮断剤自
身を重合して高分子を製造するものであり、もう一つは
紫外線遮断剤を既存の高分子の側鎖に結合させるもので
ある。この中で紫外線遮断剤自身を重合して高分子を製
造する方法としては、紫外線遮断剤に二重結合を導入し
てラジカル重合反応を行う方法、或いはポリアルキレン
オキシド、ジ−アシッドクロリド(di-acid chloride)
等のような反応性の高い結合剤を使用して紫外線遮断剤
を重合する方法が、米合衆国特許第 4,839,160号、フラ
ンス特許第 2,617,399号、米合衆国特許第 4,524,061
号、国際特許公開第WO 92-20727 号、日本国特許公開
第 85-99186 号及びヨーロッパ特許公開第583,888号等
に開示されている。しかし、かかる技術を使用して高分
子紫外線遮断剤を製造することになると、重合過程にお
いて紫外線遮断剤の発色団(chromophore)部分を破壊す
る副反応が起こる場合があり、物性調節の目的で種々の
モノマー等を使用して共重合体を製造する過程において
も副反応が起こる場合があるので、均一な物性を有する
高分子物質の製造は難しかった。紫外線遮断剤自身を重
合して高分子を製造する方法が上記のような問題点を有
するため、これを補完するため例えばオルガノシロキサ
ンのような高分子の側鎖に紫外線吸収物質の発色団(ch
romophore)を結合させ数千〜数万の分子量を有する種々
の高分子化合物を製造する方法が開発されており、これ
と関連した技術が米合衆国特許第 4,545,980号、ヨーロ
ッパ特許公開第 392,882号、日本国特許公告第 88-1641
6 号及び日本国特許公告第 89-50711 号等に開示されて
いる。しかし、これらの方法は得られる高分子の反応収
率が低いという問題がある。
【0004】本発明の目的は、高い反応収率と優れた物
性を有する新規紫外線遮断剤を提供することにある。ま
た本発明は、該紫外線遮断剤の製造方法を提供すること
を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】そこで本発明者等は、反
応収率が高いと共に優れた物性を有する高分子紫外線遮
断剤を開発するため、広範囲な高分子に対し紫外線吸収
物質を結合させる研究を重ねた結果、ビニルベンジルク
ロリド(以下、VBCという)の単独重合体又はVBC
と他の単量体との共重合体に特定の紫外線吸収物質を化
学的方法で結合させると、上記した従来の問題点が解決
できることを見出し、本発明を完成するに至った。即
ち、VBCを含有する重合体及び特定の紫外線遮断物質
を使用することによって、本発明で製造された高分子紫
外線遮断剤は反応収率が高く副反応が起こらないので純
度が高く、また各種化粧品の製造に広く使用されるオイ
ルに対する溶解度が高く、単位重さ当たり吸光効率も高
いという長所を有する。更に、安定した高分子として皮
膚に浸透せず親水性も少ないので、耐水性のある紫外線
遮断剤として幅広く利用できる。
【0006】即ち、本発明は以下の通りである。 一般式(I)
【0007】
【化4】
【0008】〔式中、Xは
【0009】
【化5】
【0010】(ここで、RはC1 −C6 アルキルにより
置換されていてもよいC1 −C12アルキル又はC1 −C
6 アルキルにより置換されていてもよいC3 −C12シク
ロアルキルを示す)で表される基を示す〕で表される構
造単位(I)を1分子内に1個以上有することを特徴と
する高分子紫外線遮断剤。
【0011】分子量が1,000乃至1,000,0
00であることを特徴とする記載の高分子紫外線遮断
剤。
【0012】Rが2−エチルヘキシルである記載の
高分子紫外線遮断剤。
【0013】式
【0014】
【化6】
【0015】で表されるVBC単位(IV)を1分子内
に1個以上含有する高分子1当量に対し、紫外線吸収物
質1乃至5当量を、溶媒中、相間移動触媒及び塩基の存
在下で反応させることを特徴とする記載の高分子紫外
線遮断剤を製造する方法。
【0016】溶媒がアセトン、ジメチルホルムアミ
ド、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、ジク
ロロメタン、クロロホルム及びベンゼンから選択される
1種以上であることを特徴とする記載の方法。
【0017】相間移動触媒がヨウ化テトラブチルアン
モニウム、臭化テトラブチルアンモニウム、亜硫酸水素
テトラブチルアンモニウム及びクラウンエーテルから選
択される1種以上であることを特徴とする記載の方
法。
【0018】触媒を、溶媒を基準として0.001乃
至10重量%の範囲で使用することを特徴とする又は
記載の方法。
【0019】塩基が炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、
炭酸リチウム、水素化ナトリウム、水素化カリウム、ト
リエチルアミン及びカリウムt−ブトキシドから選択さ
れる1種以上であることを特徴とする記載の方法。
【0020】
【発明の実施の形態】本明細書中、アルキルとは直鎖又
は分岐状アルキルを意味する。
【0021】本発明の高分子紫外線遮断剤は、1分子中
にVBC単位(IV)を1個以上含有する高分子に、対
応するパラ−オキシケイ皮酸エステル誘導体又はサリチ
ル酸エステル誘導体のような紫外線吸収物質を結合させ
ることにより製造したものである。
【0022】本発明の高分子紫外線遮断剤は、その分子
量が 1,000乃至 1,000,000の範囲であることが好まし
く、より好ましくは 5,000乃至 200,000の範囲である。
また、構造単位(I)の含量が5乃至100重量%であ
る高分子が好ましい。高分子の分子量が 1,000未満の場
合は皮膚浸透し難い紫外線遮断剤とならず、1,000,000
を超過する場合は使用が困難なため実用性のない物質と
なる。更に、構造単位(I)の含量が5重量%未満の場
合は、結合される紫外線吸収物質の含量があまりに小さ
いので紫外線遮断剤としての効能が劣る。
【0023】本発明においてVBCとともに共重合体
を、即ち、VBC単位(IV)を1個以上含有する高分
子を、形成することのできる他の単量体としては、ビニ
ルベンゼン(スチレン)、エチルアクリレート、2−エ
チルヘキシルアクリレート、ステアリルメタクリレート
及びアクリル酸中から選択された1種が挙げられ、その
都度の目的によって所望する物性の共重合体を得るに好
ましい単量体を選択し、また共重合比率も適宜選択され
る。
【0024】本発明の高分子紫外線遮断剤の製造方法
は、下記反応式に示したように、1分子内にVBC単位
を1個以上含有する高分子1当量に対し、紫外線吸収物
質1乃至5当量を、溶媒中、相間移動触媒及び塩基の存
在下で反応させることによって行われる。
【0025】
【化7】
【0026】〔式中、Xは上記の定義の通りである〕 上記の製造方法によって反応を行うと、高分子のクロリ
ドと紫外線吸収物質の水酸基との間にエーテル結合が形
成される。この時、反応溶媒としては例えばアセトン、
ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、テトラ
ヒドロフラン、ジクロロメタン、クロロホルム及びベン
ゼン等のような求核置換反応が可能な有機溶媒から選択
された1種以上を使用することが好ましい。
【0027】更に、反応触媒としてはヨウ化テトラブチ
ルアンモニウム、臭化テトラブチルアンモニウム、亜硫
酸水素テトラブチルアンモニウム又はクラウンエーテル
のような相間移動触媒が挙げられ、該触媒は反応溶媒を
基準に0.001乃至10重量%の範囲で使用すること
が好ましい。当該触媒を0.001重量%未満で使用す
ると濃度が低すぎて触媒としての機能を果たすことが難
しい傾向があり、10重量%超過して使用する場合は触
媒量を増加させることによる効果の増大がないので意味
がない。
【0028】塩基としては炭酸カリウム、炭酸ナトリウ
ム、炭酸リチウム等の金属炭酸塩、水素化ナトリウム、
水素化カリウム等の金属水素化物及びトリエチルアミ
ン、カリウムt−ブトキシド等の有機塩基中から選択さ
れた1種以上を使用することが好ましい。
【0029】上記反応は常温から使用される溶媒の沸点
までの温度範囲で行うことができ、反応が30分未満で
あると十分な結合反応が起こらないので収率が低くなる
傾向があり、48時間を超過して反応を進行させると不
経済であるので、30分乃至48時間の範囲で反応させ
るのが好ましい。
【0030】
【実施例】以下、本発明を下記実施例及び比較実験例に
より更に具体的に説明する。しかし、これらの実施例は
本発明に対する理解を助けるものであり、本発明の範囲
がこれらの実施例に限定されるものではない。
【0031】実施例1 ポリビニルベンジルクロリド(PVBC,平均分子量 5
5,000)5g、4−ヒドロキシケイ皮酸2−エチルヘキシ
ル10g(34mmol)、炭酸カリウム(K2 CO 3 )5g
及びヨウ化テトラブチルアンモニウム0.3gをアセト
ン100mlに入れて10時間還流反応させた。反応溶液
に水100mlを加え、アセトンを留去させた後、100
mlのジクロロメタンで2回抽出した。抽出液をシリカゲ
ルカラムクロマトグラフィー(溶離液:ジクロロメタ
ン)に付し、未反応の4−ヒドロキシケイ皮酸2−エチ
ルヘキシルを除去し、本発明の高分子紫外線遮断剤8.
2gを得た。かくして得られた高分子を核磁気共鳴分光
計(NMR)、紫外分光計(Varian)、赤外分光計(Pe
rkin-Elmer)及びTLC(Merck)で測定した結果、下記
構造の高分子であることを確認した。
【0032】
【化8】
【0033】1H NMR(CDCl3 ,ppm):0.8
-1.0(6H), 1.2-1.5(10H), 1.5-1.7(2H), 4.0-4.2(2H),
4.6-4.9(2H), 6.3-7.5(8H), 6.2-6.3(1H), 7.5-7.7(1H) 7.5-7.7ppm、6.2-6.3ppmにおいてケイ皮酸エステルのト
ランス二重結合のプロトンが観察され、6.3-7.5ppmの間
で芳香族プロトンに基づくピークが現れた。更に、4.6-
4.9ppmにおいては紫外線遮断剤の水酸基が高分子のクロ
リドに置換されて新たに生じたベンジルプロトンが確認
され、4.0-4.2ppmにおいてはケイ皮酸エステルの酸素に
付いているメチレンプロトンが確認され、0.8-1.7ppmの
間に残りのアルキルプロトンが観察される。さらに、高
分子中の未反応クロリドによるベンジルプロトンにより
生じるピークが上記NMRスペクトルから完全に消えた
ことによって100%置換反応が進行したことがわか
る。 IR(KBr,cm-1):2850, 1700, 1600, 1500, 125
0, 1160, 1030(図2参照) 出発物質である4−ヒドロキシケイ皮酸2−エチルヘキ
シルにある水酸基による3500cm-1の強い吸収が消え、28
50cm-1に2−エチルヘキシル基による吸収ピークが観察
された。また、1700cm-1においてエステルの吸収ピーク
が、1250cm-1において新たに生じたエーテル結合による
吸収ピークが観察された。 UV:λmax (nm)=300,吸光度(10ppm換算)
=0.67(図3参照) 高分子の最大吸収波長がパラ−ヒドロキシケイ皮酸エス
テルの最大吸収波長である300nmにおいて示されるこ
とから、高分子に4−ヒドロキシケイ皮酸2−エチルヘ
キシルが結合されたことがわかった。 TLC:展開溶媒としてジクロロメタンを使用した場
合、PVBCのRf は1.0であり、4−ヒドロキシケ
イ皮酸2−エチルヘキシルのRf は0.2であり、製造
された高分子のRf は0であった。
【0034】実施例2 PVBC(平均分子量 15,000)5g、4−ヒドロキシケ
イ皮酸エチル6.5g(34mmol)、炭酸カリウム(K2
CO3 )5g及び臭化テトラブチルアンモニウム0.2
gをアセトン100mlに入れて10時間還流反応させ
た。反応溶液に水100mlを加え、アセトンを留去させ
た後、100mlのジクロロメタンで2回抽出した。ジク
ロロメタン層を同体積の水で洗浄した後、減圧蒸留によ
り溶媒を除去し、残渣をアセトン−水から結晶化して、
本発明の高分子紫外線遮断剤6.7gを得た。かくして
得られた高分子を実施例1と同様にして核磁気共鳴分光
計(NMR)、紫外分光計(Varian)、赤外分光計(Pe
rkin-Elmer)及びTLC(Merck)で測定した結果、下記
構造の高分子であることを確認した。
【0035】
【化9】
【0036】1H NMR(CDCl3 ,ppm):7.7
-7.5(1H, broad peak, Ar-CH=CH-CO-), 6.35-6.2(1H, b
road peak, Ar-CH=CH-CO-), 6.35-7.5(1H, broad peak,
Aromatic), 4.9-4.6(2H, broad peak, Ar-CH2 O-Ar-),
4.5-4.2(2H, broad peak, COOCH2 CH3 ), 1.6-1.2(6
H, broad peak, CH2 CH3 , -CH(-Ar-)-CH2 -),IR
(KBr,cm-1):2850, 1700, 1600, 1500, 1250, 11
60, 1030 UV:λmax (nm)=310,吸光度(10ppm換算)
=0.65 TLC:展開溶媒としてジクロロメタンを使用した場
合、PVBCのRf は1.0であり、4−ヒドロキシケ
イ皮酸エチルのRf は0.2であり、製造された高分子
のRf は0であった。
【0037】実施例3 PVBC(平均分子量 15,000)5g、サリチル酸2−エ
チルヘキシル8.5g(34mmol)、炭酸カリウム5g及
び臭化テトラブチルアンモニウム0.2gをアセトン1
00mlに入れて10時間還流反応させた。反応溶液に水
100mlを加え、アセトンを留去させた後、100mlの
ジクロロメタンで2回抽出した。ジクロロメタン層を同
体積の水で洗浄した後、減圧蒸留により溶媒を除去し、
残渣をアセトン−水から結晶化して、本発明の高分子紫
外線遮断剤10gを得た。かくして得られた高分子を実
施例1と同様にして紫外分光計、赤外分光計及びTLC
で測定した結果、下記構造の高分子であることを確認し
た。
【0038】
【化10】
【0039】IR(KBr,cm-1):2850, 1700, 160
0, 1500, 1250, 1160, 1030 UV:λmax (nm)=310,吸光度(10ppm換算)
=0.65 TLC:展開溶媒としてジクロロメタンを使用した場
合、PVBCのRf は1.0であり、サリチル酸2−エ
チルヘキシルのRf は0.3であり、製造された高分子
のRf は0であった。
【0040】実施例4 ビニルベンジルクロリド(VBC)とビニルベンゼン
(VB)の共重合体(VBC:VB=3:1(モル比),平均
分子量 15,000)7g、4−ヒドロキシケイ皮酸2−エチ
ルヘキシル13g(44mmol) 、炭酸カリウム5g及びヨ
ウ化テトラブチルアンモニウム0.1gをアセトン10
0mlに入れて10時間還流反応させた。反応溶液に水1
00mlを加え、アセトンを留去させた後、100mlのジ
クロロメタンで2回抽出した。ジクロロメタン層を同体
積の水で洗浄した後、減圧蒸留により溶媒を除去した。
残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:
ジクロロメタン)に付し、未反応の4−ヒドロキシケイ
皮酸2−エチルヘキシルを除去し、本発明の高分子紫外
線遮断剤11gを得た。かくして得られた高分子を実施
例1と同様にして紫外分光計、赤外分光計及びTLCで
測定した結果、下記構造の高分子であることを確認し
た。
【0041】
【化11】
【0042】IR(KBr,cm-1):2950, 1700, 160
0, 1500, 1250, 1160, 1030 UV:λmax (nm)=310,吸光度(10ppm換算)
=0.41 TLC:展開溶媒としてジクロロメタンを使用した場
合、PVBCのRf は1.0であり、4−ヒドロキシケ
イ皮酸2−エチルヘキシルのRf は0.2であり、製造
された高分子のRf は0であった。
【0043】比較実験例1 実施例1で得られた本発明の新規な高分子紫外線遮断剤
の溶解度を、各種化粧品等に広く使用されるオイルに対
して測定し、その結果を現在紫外線遮断剤として一般的
に使用されているオクチルトリアゾン(CTFA名, 商
品名:UVINUL T150, BASF製)と比較した。溶解度
は測定しようとする試料を加熱、超音波等の方法で1%
間隔の種々の濃度で各々の溶媒に溶解させ、得られた溶
液を常温において1週間放置した後に肉眼で観察し判定
した。即ち、濁りがなく、また相分離が起こらない透明
な溶液となる状態を溶解度評価の基準にした。比較結果
を表1に示す。
【0044】
【表1】
【0045】表1の結果からわかるように、本発明によ
る新規な高分子紫外線遮断剤は、既存の代表的な紫外線
遮断剤であるオクチルトリアゾンに比べ各種化粧品用オ
イルに対する溶解度が大きいので、溶液状態で製品に適
用するのにより有利なものである。
【0046】比較実験例2 実施例1で得られた本発明による高分子紫外線遮断剤の
皮膚浸透度を、下記の説明の通りフィルムストリッピン
グ法(film-stripping method)で測定し、その結果を現
在紫外線遮断剤として一般的に使用されているオクチル
ジメチルPABA(4−ジメチルアミノ−2−エチルヘキシ
ル ベンゾエート)と比較した。即ち、実施例1の高分
子紫外線遮断剤とオクチルジメチルPABAを0.5%濃度
でエタノールとn−へキサンの混合溶媒(75:25, v/v)
にそれぞれ溶解させた後、この溶液20μl を取って8
名の被検者の腕に各々直径1乃至2cm程度の面積で塗布
した。30分後にフィルムを使用して上記溶液が塗布さ
れた皮膚の角質層を除去した(20X)。フィルムを2
−プロパノール10mlで抽出し、抽出液を1mlまで濃縮
した後、この溶液50μl をTLCプレートに滴下し
た。TLCプレートを展開溶媒(ジクロロメタン)で展
開した後、TLC相において紫外線の吸収程度に基づい
て紫外線遮断剤の量を定量した。
【0047】上記実験の結果、オクチルジメチルPABAは
約75%が角質層から発見され、25%は角質層内に浸
透したのに対し、実施例1の高分子紫外線遮断剤は約9
5%が角質層から発見され、約5%以下は抽出中実験過
程で損失されたものと思われる。
【0048】
【発明の効果】以上のように、本発明の高分子紫外線遮
断剤は収率が良く、また従来の紫外線遮断剤に比べ皮膚
への浸透程度が微々たるので、浸透による皮膚刺激の問
題点を完全に解消しているだけでなく、各種化粧品等の
製造に広く使用されるオイルに対する溶解度が大きいの
で、製品の適用にも有利である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1により製造された高分子のN
MRスペクトルを示す図である。
【図2】本発明の実施例1により製造された高分子のI
Rスペクトルを示す図である。
【図3】本発明の実施例1により製造された高分子のU
Vスペクトルを示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−225558(JP,A) 特開 平3−263418(JP,A) 特開 昭62−246511(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C09K 3/00 104 A61K 7/42 - 7/44 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式(I) 【化1】 〔式中、Xは 【化2】 (ここで、RはC1 −C6 アルキルにより置換されてい
    てもよいC1 −C12アルキル又はC1 −C6 アルキルに
    より置換されていてもよいC3 −C12シクロアルキルを
    示す)で表される基を示す〕で表される構造単位(I)
    を1分子内に1個以上有することを特徴とする高分子紫
    外線遮断剤。
  2. 【請求項2】 分子量が1,000乃至1,000,0
    00であることを特徴とする請求項1記載の高分子紫外
    線遮断剤。
  3. 【請求項3】 Rが2−エチルヘキシルである請求項1
    記載の高分子紫外線遮断剤。
  4. 【請求項4】 式 【化3】 で表されるビニルベンジルクロリド単位(IV)を1分
    子内に1個以上含有する高分子1当量に対し、紫外線吸
    収物質1乃至5当量を、溶媒中、相間移動触媒及び塩基
    の存在下で反応させることを特徴とする請求項1記載の
    高分子紫外線遮断剤を製造する方法。
  5. 【請求項5】 溶媒がアセトン、ジメチルホルムアミ
    ド、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、ジク
    ロロメタン、クロロホルム及びベンゼンから選択される
    1種以上であることを特徴とする請求項4記載の方法。
  6. 【請求項6】 相間移動触媒がヨウ化テトラブチルアン
    モニウム、臭化テトラブチルアンモニウム、亜硫酸水素
    テトラブチルアンモニウム及びクラウンエーテルから選
    択される1種以上であることを特徴とする請求項4記載
    の方法。
  7. 【請求項7】 触媒を、溶媒を基準として0.001乃
    至10重量%の範囲で使用することを特徴とする請求項
    4又は6記載の方法。
  8. 【請求項8】 塩基が炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、
    炭酸リチウム、水素化ナトリウム、水素化カリウム、ト
    リエチルアミン及びカリウムt−ブトキシドから選択さ
    れる1種以上であることを特徴とする請求項4記載の方
    法。
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