JP3995265B2 - シリコーンポリマーで被覆された疎水化金属酸化物 - Google Patents
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Description
関連出願
この出願は1996年４月12日に出願された米国特許出願第08/629,931号（現在の米国特許第5,565,591号）の一部継続出願であり、これは1996年１月23日に出願された米国特許出願（現在の米国特許第5,562,897号）の一部継続出願であり、これは1995年10月30日に出願された米国特許出願第549,873号（現在の米国特許第5,536,492号）の一部継続出願であり、これは1995年６月14日に出願された米国特許出願第490,494号（現在の米国特許第5,486,631号）の一部継続出願である。
本発明はシリコーンポリマーによる金属酸化物の被覆方法により疎水性にされた金属酸化物粒子に関する。疎水化金属酸化物は金属酸化物に適用される反応性シリコーンの特定の型の反応、続いて、反応を生じるための１時間〜10時間にわたる40〜100℃への被覆金属酸化物の加熱により調製される。得られるシリコーン被覆金属酸化物粒子は疎水性、非反応性であり、水により影響されない。また、被覆された疎水化金属酸化物または粒子は、被覆されない金属酸化物よりも分解に対し耐性にし、かつ化学的に不活性にする有意に低下された光反応性を有する。酸化亜鉛、二酸化チタンおよび酸化鉄の如き疎水化金属酸化物は紫外線からの保護のために皮膚に適用される組成物に特に有益である。本発明に従ってつくられたこのような組成物は、最終配合製品中にあり得る外来の油、水およびその他の添加剤により妨げられない一様な疎水性フィルムを生じるデリバリーシステムとして有効である。
技術の説明
酸化亜鉛、二酸化チタンおよび酸化鉄の如き金属酸化物は種々の用途に有益である公知の化合物である。例えば、二酸化チタンは塗料中の顔料、化粧品、セメント、ガラス、ゴム、接着剤、マッチ、インクおよび半導体中の添加剤として使用される。このように多くの用途領域における二酸化チタンの使用は顔料の多くの異なり、かつ有益な性質の直接の結果である。
顔料特性を有するが、種々の用途、組成物または配合物中に見られるような金属酸化物と接触するその他の化合物または材料と反応する能力を欠いている金属酸化物、例えば、二酸化チタンを製造することが非常に望ましい。金属酸化物が使用されていた一つの領域は日焼け止め製品である。酸化亜鉛、二酸化チタン、酸化鉄および酸化セシウムの如き金属酸化物は日光への暴露の有害な作用から皮膚を保護することができる。日光の有害な作用から皮膚を保護するのに使用された従来の材料は有機の日焼け止め剤である。これらとして、パラ−アミノ安息香酸（PABA）および紫外線を吸収するその他の材料が挙げられる。最近、研究により紫外線が皮膚の老化の重要な因子であることが示されている。これによって、日焼け止め組成物としての使用を特に目的としていない化粧品の如き製品にも日焼け止めを含有させるようになった。更に、皮膚の高レベルの保護を与えることに関心が増していた。所謂skin protection factor（SPF）系が種々の材料を日光の損傷作用から皮膚を保護する際のそれらの有効性について評価するのに開発されていた。更に高いSPF値に対する要望が有機の日焼け止めの更に大きなレベルの使用をもたらしていた。これらの材料は高濃度では刺激性であり、かつバクテリアに利用可能な有機材料を増加するという効果を有する傾向がある。それ故に、これによって、バクテリア分解から高レベルの有機日焼け止め剤を保護するために更に多くの防腐剤の必要が生じる。より高いレベルの防腐剤によってより高い刺激レベルがもたらされるが、この問題に対しては、それ自体がバクテリアにより分解される刺激緩和剤を含有させるという解決法がとられている。
二酸化チタンのような無機の日焼け止め剤の使用は有機の日焼け止めの使用よりも良い方法である。何となれば、それらはバクテリアにより攻撃されないからである。しかしながら、それらの使用は幾つかのその他の固有の問題を有する。詳しくは、これらの材料は上記の反応性の問題のために安定な製品に容易に配合されない。例えば、二酸化チタンは多くの完成配合物中で凝集し、配合物中でその有効性を失い、そして許容できない美観結果、最も普通には白化および粘度変化をもたらす傾向がある。加えて、未処理の二酸化チタンは水溶液中でビタミンＣと反応して、その溶液の顕著な黄変をもたらす。これは多くの化粧用途で非常に望ましくない。一つのアプローチは二酸化チタンをSiltechの特許されたトリ−（オクチルドデシル）−シトレートのような有機オイル中に予備分散することであった。その分散液はかなり安定であるが、被覆は持続性ではない。何となれば、オイルと二酸化チタンの間に反応がないからである。また、オイルは皮膚上の二酸化チタンの一様性を乱す。従来、分散助剤が配合物に添加されてフィルムに対する崩壊作用を最小にしていた。これらとして、リン酸エステルおよびレシチンが挙げられる。また、これらは表面処理の不安定な性質および粒子とオイルの間の解離を問題としている。これは、二酸化チタンがプラステックまたはスティック化粧品の製造のように極限の機械的応力または熱応力に暴露される時に特に明らかである。
本発明は特定のシリコーン化合物を調節された条件下で反応させてその分散状態を維持し、配合物中の化学的不安定性に有意に寄与しない安定な表面処理された金属酸化物を製造することにより二酸化チタンおよびその他の金属酸化物の欠点を解消する。
発明の要約
本発明は特定の型の反応性シリコーン化合物を使用して金属酸化物の表面を疎水性にする方法、このような方法から調製されて得られる疎水化金属酸化物、および疎水化金属酸化物を使用して皮膚を紫外線から保護する方法を提供する。
こうして、本発明の一つの局面は金属酸化物を有効な疎水化量の式：
（式中、Meはメチルであり、
Ｒは１〜10個の炭素原子を有するアルキルであり、
Ｒ’はメチルまたはエチルであり、
ａは４から12までの範囲の整数である）
を有するシリコーン化合物と接触させ、シリコーン化合物および金属酸化物の混合物を40℃〜100℃の温度に２〜10時間加熱することを含んでなる、金属酸化物の疎水化方法を提供することである。シリコーン化合物の有効疎水化量は、所望の％、好ましくは0.1重量％から25重量％までの範囲のシリコーン化合物を含む被覆された疎水化金属酸化物粒子を製造するのに使用されるシリコーン化合物の量と定義される。疎水化方法の一つの実施態様では、全有効疎水化量のシリコーン化合物が金属酸化物とある時点で接触され、次に加熱される。こうして製造された金属酸化物が単一被覆金属酸化物と称される。
本発明の疎水化方法の更に好ましい実施態様では、有効な疎水化量の部分またはインクレメントのシリコーン化合物が金属酸化物と接触され、続いて加熱され、全有効疎水化量のシリコーン化合物が金属酸化物と反応するまでこれらの工程が繰り返される。本明細書に使用される“部分”は単一被覆工程で適用される合計量の部分を表し、例えば、被覆工程の全てに使用される部分が１に等しい場合、1/4、1/2、3/4等を含んでもよい。更に好ましくは、疎水化方法は有効疎水化量の半分のシリコーン化合物と金属酸化物の混合、続いて加熱の二つの連続サイクルで行われる。こうして製造された金属酸化物が二重被覆金属酸化物と称される。単一被覆金属酸化物と較べて、二重被覆金属酸化物は金属酸化物に増大された安定性を与える有利に低い光反応性、そしてまた高められたskin protection factor（SPF）の両方を有する。
好ましくは、本発明の方法で有効疎水化量のシリコーン化合物の適用は0.1重量％から25重量％まで、更に好ましくは0.5〜20重量％、最も好ましくは1.0〜10重量％の範囲のシリコーン化合物％を有する金属酸化物をもたらす。
本発明の別の好ましい実施態様では、金属酸化物を疎水化するのに使用されるシリコーン化合物の構造の整数“ａ”は６から12までの範囲であり、更に好ましくは、４から８までの範囲である。更に別の好ましい実施態様では、金属酸化物を疎水化するのに使用されるシリコーン化合物のＲ基はメチル、ブチル、またはオクチルである。
酸化亜鉛、二酸化チタン、酸化鉄、酸化セシウム、酸化ジルコニウム、二酸化ケイ素および酸化アンチモンを含む種々の金属酸化物のいずれもが本発明の方法により疎水化し得る。好ましい実施態様では、本発明の方法により疎水化される金属酸化物は紫外線を吸収する能力を有し、こうして日焼け止め剤として有益であるものである。このような金属酸化物として、酸化亜鉛、二酸化チタン、酸化鉄、酸化セシウム、酸化ジルコニウムおよび二酸化ケイ素が挙げられるが、これらに限定されない。
本発明の被覆された疎水化金属酸化物は太陽の紫外線からの保護のために皮膚に適用される種々の配合物および組成物に使用し得る。このような配合物として、日焼け止め組成物および化粧品が挙げられる。
また、本発明は皮膚を本発明に記載された方法に従って調製された有効保護濃度の疎水化金属酸化物と接触させることを含んでなる太陽の紫外線からの皮膚の保護方法を提供する。疎水化金属酸化物の有効保護濃度は所望のSPFを得るのに必要な量である。
【図面の簡単な説明】
図１は疎水化されていない金属酸化物粒子（未被覆粒子）、単一被覆された疎水化金属酸化物粒子（５％で１回被覆）、および実施例23に記載されたようにして調製された二重被覆された疎水化金属酸化物粒子（毎回2.5％で２回被覆）の相対光反応性を比較する棒グラフである。酸化亜鉛粒子（陰影付きの棒）、二酸化チタン（白抜きの棒）。
発明の詳細な説明
酸化亜鉛および二酸化チタンの如き金属酸化物を疎水化するのに高度に有効な系に下記の構造：
（式中、Meはメチルであり、
Ｒは１〜10個の炭素原子を有するアルキルであり、
Ｒ’はメチルまたはエチルであり、
ａは４から12までの範囲の整数である）
に一致するシリコーン化合物を使用することを見出した。
驚くことに、本発明者らは構造中の整数“ａ”の値が所望の疎水性を与える製品を開発するのに重要であることを知った。重要な範囲は４から12までである。顔料としての二酸化チタンの如き金属酸化物の価値は分散され、反応しないでいるその能力に基いている。例えば、未処理二酸化チタンは、水に入れられると、凝集のためにその有効性および良好な美観特性を失う。“ａ”の値が低すぎる場合、処理された二酸化チタンは充分に疎水性ではなく、顔料としてのその価値が損なわれる。正しいシリコーン化合物による処理により二酸化チタンの如き金属酸化物を永久に疎水性にすることが非常に望ましく、従来、達成するのが極めて困難であった。
本発明のシリコーン被覆された疎水化金属酸化物は太陽からの紫外線の有害な作用を阻止するための日焼け止め剤を含む多くの用途に特に有益である。本発明の化合物は下記の構造：
（式中、Meはメチルであり、
Ｒは１〜10個の炭素原子を有するアルキルであり、
Ｒ’はメチルまたはエチルであり、
ａは４から12までの範囲の整数である）
に一致するシリコーン化合物と金属酸化物の反応により調製される疎水性金属酸化物である。
金属酸化物の疎水化方法は金属酸化物を有効疎水化量の式：
（式中、Meはメチルであり、
Ｒは１〜10個の炭素原子を有するアルキルであり、
Ｒ’はメチルまたはエチルであり、
ａは４から12までの範囲の整数である）
を有するシリコーン化合物と接触させ、シリコーン化合物および金属酸化物の混合物を40℃から100℃までの範囲の温度に２〜10時間加熱することを含んでなる。有効疎水化量は所望の重量％のシリコーン化合物で被覆される金属酸化物の粒子を生じるのに必要な量である。本発明の疎水化金属酸化物は0.1〜25重量％のシリコーン化合物であることが好ましい。更に好ましくは、疎水化金属酸化物は0.5〜25重量％のシリコーン化合物であり、最も好ましくは、金属酸化物は1.0〜10重量％のシリコーン化合物である。
本発明の方法の一つの実施態様では、全有効疎水化量のシリコーン化合物がある時点で金属酸化物と接触され、続いて加熱される。こうして製造された金属酸化物が単一被覆金属酸化物と称され、被覆されていない金属酸化物と比較して低下した光反応性および増大したSPFを有利に示す。
金属酸化物を本発明に従ってシリコーン化合物で被覆することの望ましい特徴は、有効疎水化量のシリコーン化合物が、有効疎水化量の部分のシリコーン化合物を金属酸化物と接触させ、続いて加熱し、全有効量のシリコーン化合物が適用されるまでシリコーン化合物を金属酸化物と反応させるサイクルを繰り返すことの連続サイクルにより金属酸化物に適用される場合に、更に高められる。例えば、目標が10％の最終重量％のシリコーン化合物を含む疎水化金属酸化物粒子を製造することである場合、合計の有効疎水化量のシリコーン化合物の一部（例えば、1/2）を金属酸化物と接触させ、加熱して最初に５％のシリコーン化合物を含む被覆金属酸化物粒子を製造し、続いて５％のシリコーン被覆金属酸化物粒子を有効疎水化量のシリコーン化合物の別の部分（例えば、1/4）と反応させて7.5％のシリコーン化合物を含む粒子を生成させ、これを今度は有効疎水化量のシリコーン化合物の残り（例えば、1/4）と反応させて所望の10重量％のシリコーン化合物を含む被覆された疎水化金属酸化物粒子を製造する。また、10重量％のシリコーン化合物を含む金属酸化物粒子は有効疎水化量のシリコーン化合物の部分を金属酸化物と反応させる異なる一連の連続サイクルでシリコーン化合物を金属酸化物と反応させることにより製造されてもよい。例えば、被覆は1/10、3/10、3/10、3/10の部分で適用されてもよい。最初に１％のシリコーン化合物の金属酸化物、次に４％のシリコーン化合物の金属酸化物、次に７％のシリコーン化合物の金属酸化物そして最後に所望の10％のシリコーン化合物の金属酸化物を生じる反応の連続サイクルが本発明のこの局面の多くの可能な変更の一つである。
別の例示として、目標が20重量％のシリコーン化合物を含む疎水化金属酸化物を製造することである場合、被覆は1/5、1/5、2/5、および1/5の部分で適用されてもよい。４重量％のシリコーン化合物を含む金属酸化物、次に８重量％のシリコーン化合物を含む金属酸化物、次に16重量％のシリコーン化合物を含む金属酸化物、そして最後に所望の20重量％のシリコーン化合物を含む金属酸化物を生じる反応の連続サイクルが行われる。一つの別の方法では、有効疎水化量の半分のシリコーン化合物を金属酸化物と反応させ、これが最初に10％のシリコーン化合物の金属酸化物を製造し、次に、第二サイクルで、所望の20％のシリコーン化合物の金属酸化物を製造する二つの連続工程を使用して20重量％のシリコーン化合物の金属酸化物粒子が製造される。
こうして、本発明の特別なシリコーン被覆された疎水化金属酸化物を製造するのに使用される連続サイクルの正確な数は、時間および供給源を配分して所望の重量％のシリコーン化合物を含む金属酸化物の特別な量を製造するように、当業者の判断により決められることが理解されるべきである。好ましい連続被覆は２〜10の連続被覆の範囲である。本発明の好ましい実施態様では、シリコーン化合物は有効疎水化量の半分のシリコーン化合物を金属酸化物と接触させ、続いて加熱する二つの連続サイクルで金属酸化物に適用される。この方法でシリコーン化合物で被覆された金属酸化物が二重被覆金属酸化物と称される。
本発明の特定のシリコーン化合物のみが有効である理由について特別な理論に制限されることを願わないが、本発明者らはその分子における反応性基の配置が疎水化の効率に著しい効果を有するものと考える。
疎水化が起こる反応が、代表的な金属酸化物として二酸化チタンを使用して詳しく研究された。疎水化が起こる反応は、金属酸化物、この場合には二酸化チタンの活性部位がシリコーンと反応してシリコーンと二酸化チタンの間の共有結合、およびＲ’ＯＨの生成をもたらす反応である。その反応は以下のように要約される。
シリコーン化合物の三つのＲ’基の存在がシリコーンと二酸化チタン結晶の間に多重結合の形成をもたらすことができることが以上から明らかであるべきである。水がこの方法に存在しないので、金属酸化物結晶は二酸化チタン結晶のマトリックスのように作用するシリコーンにより無傷かつ形状が“凍結”されたまま残る。シリコーンは二酸化チタン結晶の構造を保存し、水中の反応性を排除し、それらを疎水性にする。これは水性製品中の二酸化チタンの反応性により生じる二酸化チタンに対する有害な作用を生じないで水への疎水性二酸化チタンの暴露を可能にする。全てのこれらの改良は二酸化チタンの表面を特定のシリコーン化合物で変性し、二酸化チタンの構造を凍結し、それを疎水化し、望ましくない反応性を除くことの直接の予期しない結果である。
完全な構造で描かれる場合、Ｒ’基の位置は“ａ”の変化により変化し得ることが明らかになる。すなわち、整数“ａ”が増加するにつれて、Ｒ’基の間の距離が増加し、三次元構造が変化する。
本発明者らは、“ａ”の値が疎水化方法の機能性に重要であることを知った。詳しくは、“ａ”が０である場合、処理二酸化チタンは水に暴露された時にその構造を維持しない。約４の値に達するまで、疎水化の有効性に殆ど影響がない。“ａ”が８に近づくと、最良の性能が得られる。“ａ”が更に増加するにつれて、シリコーン分子は更に疎水性になり、分子量が高くなる。これは二酸化チタンを被覆する際にその有効性を制限する。実際に、反応性シリコーンは疎水化剤よりも油のように作用しており、シリコーンに共有結合されない二酸化チタンをもたらす。非共有結合は水との接触により容易に除去され、二酸化チタン中に存在する反応性基のために二酸化チタンの凝集をもたらし、シリコーン油が水性配合物の最上部で浮遊する。
スラリー方法とは反対の乾式方法における副生物としてのＲ’ＯＨの生成が非常に望ましい。別の方法は構造Si-Hのシラン水素化合物を含むシリコーン化合物の使用であり、これは多量の可燃性水素ガスの発生をもたらす。加えて、これらの種類の化合物の使用は所望の性質を与えない。
本発明の疎水化方法はまた酸化鉄、酸化セシウム、酸化ジルコニウム、二酸化ケイ素、および酸化アンチモン、またはこれらの組み合わせを含むが、これらに限定されない、酸化亜鉛および二酸化チタン以外の金属酸化物を被覆するのに使用し得る。紫外線を吸収する能力のために日焼け止め剤である金属酸化物が特に有益である。日焼け止め剤としての有用性を有するこのような金属酸化物として、酸化亜鉛、二酸化チタン、酸化鉄、酸化セシウム、酸化ジルコニウム、および二酸化ケイ素が挙げられる。
本発明の被覆された疎水化金属酸化物はまたその他の被覆金属酸化物または未被覆金属酸化物との種々の組み合わせ、例えば、被覆二酸化チタン粒子または未被覆二酸化チタン粒子と一緒の被覆酸化亜鉛として使用し得る。このような組み合わせは被覆金属酸化物／被覆金属酸化物または被覆金属酸化物／未被覆金属酸化物のあらゆる選択比、例えば、1:1、1:3、5:1、10:1で用意されてもよい。
好ましい実施態様では、本発明に従って調製されたシリコーンポリマー被覆された疎水化金属酸化物粒子中のシリコーン化合物の濃度は0.1重量％から30重量％までの範囲である。
別の好ましい実施態様では、本発明に従って調製されたシリコーンポリマー被覆された疎水化金属酸化物粒子中のシリコーン化合物の濃度は0.5重量％から20重量％までの範囲である。
別の好ましい実施態様では、本発明に従って調製されたシリコーンポリマー被覆された疎水化金属酸化物粒子中のシリコーン化合物の濃度は1.0％から10.0％までの範囲である。
好ましい実施態様では、“ａ”は６から12までの範囲の整数である。
別の好ましい実施態様では、“ａ”は４から８までの範囲の整数である。
好ましい実施態様では、Ｒはメチルである。
別の好ましい実施態様では、Ｒはオクチルである。
別の好ましい実施態様では、Ｒはブチルである。
別の好ましい実施態様では、Ｒはエチルである。
好ましい実施態様では、本発明の方法が80℃〜100℃の温度で行われる。
別の好ましい実施態様では、本発明の方法が90℃〜100℃の温度で行われる。
SUN PROTECTION FACTOR（SPF）に関する試験
本発明の組成物を、それが適用される表面を紫外線から保護するその能力について試験することが望ましいかもしれない。試験は、例えば、日焼け止め組成物または化粧品組成物としてヒトの皮膚への適用に有益である組成物について特に重要である。日焼け止めは“Sunscreen Drug Products for Over-the-counter Human Use, Part II”という標題のFederal Drug Administrationガイドライン，43 Fed.Reg. 166, 38259-38262（1978年８月25日）（本明細書に参考として含まれる）に記載されるようにして試験し得る。試験方法は以下のとおりである。
日焼け止め試験はヒトの男性または女性のボランティアについて行い得る。試験中の包含について、以下の基準が満たされるべきである。被験者は結果を妨害するあらゆる皮膚または全身の障害、例えば、日光に対する知られていない異常応答、熱疹、慢性皮膚アレルギー、日焼け、等のないものであるべきである。被験者は医師の看護下にあるべきではなく、または結果を隠蔽または妨害する薬物を服用していてはならない。これらの決定は訓練された皮膚科医療スタッフによりなされてもよい。被験者は21 C.F.R.20により必要とされるような情報同意書を読み、理解し、署名すべきである。被験者ボランティアのパネルは43 Fed.Reg.38260（1978）に従って特定され、以下のとおりの皮膚型Ｉ、II、またはIIIとして分類されるべきである。
型Ｉ--常に容易に日焼けする；褐色にならない（感受性）
型II--常に容易に日焼けする；ごくわずかしか褐色にならない（感受性）
型III--適度に日焼けする；徐々に褐色になる（明るい褐色--正常）
試験に使用した光源は290nmから320nmまでの紫外線B（UV-B）範囲の連続放出スペクトルを有する150ワットのXenon Arc Solar Simulator（Berger,D.S.:Specification and design of solar ultraviolet simulators. J.Invest.Dermatol. 53:192-199（1969）, Solar Light Co., Philadelphia, Pa., Model 12S, Model 14S or Model 600）である。キセノンアークを自然日光のスペクトルに実質的に等しい連続UVスペクトル（全波長）を生じる6000°Kに達するその黒色体放射線温度に基いて選択した。この装置はダイクロイックミラー（これは400nm以下の全ての放射線を反射する）を備えており、厚さ１mmのSchott WG-320フィルター（これは290mm以下の全ての放射線を吸収する）と共同して作用して太陽の紫外線Ａ（UVA）-紫外線Ｂ（UVB）スペクトルの模擬を生じる。厚さ１mmのUG5またはUG11フィルター（黒色レンズ）が加えられて反射熱（700nmより大きい赤外）および残りの可視放射線を除去する。
UVB放射線は、以前からRobertson-Berger Sunburn meter（R-B meter）として知られているModel DCS-1 Sunburn UV Meter/Dose Controller System（Solar Light Co.）を使用して暴露中に連続的にモニターし得る。測定は皮膚の表面から８mm以内の位置で行われる。照射のフィールドは直径１cmである。光源の再配置および日焼けメーターの較正は少なくとも半年毎に行われるべきである。
SPF試験方法は43 Fed.Reg. 38264-38267（1978）に記載された方法に基いている。一つの試験部位領域がそれぞれの被験者のMinimal Erythema Dose（MED）を測定するのに利用できた。これは背中を25％の間隔で一連の定時増分UV暴露に暴露することにより行われる。被験者の最小暴露または紅斑を生じるのに必要とされるエネルギーの最小量（MED）は照射後20〜24時間で最小に認められる紅斑を生じる暴露の最短時間である。試験領域は中央線の左右への背中の肩甲骨下の領域として記載される。８％ホモサレート（homosalate）標準がプラスチック容量シリンジにより試験部位に送出される。この標準は約4-5の一様なSPFを生じるであろう。
次にその物質が2.0mg/cm2の最終濃度について5cm x 10cm（50cm2）の寸法の矩形領域に均等に適用される。適用の15.0分後に、先に測定されたMEDから計算して、目的とするSPFをブラケットする、25％の増分の一連のUV光暴露が処理領域内のサブ部位にソーラーシミュレーターから与えられる。試験の当日に、先の日に与えられた暴露と同様の別の一連の暴露が皮膚の隣接の未処理の保護されていない領域に与えられてMEDを再度測定する。次に別の隣接する試験部位を選んで、試験物質についてSPF測定を行う。
応答は以下のように評価される。暴露の20時間または24時間後に、ボランティアが遅延紅斑応答について評価される。処理部位で紅斑を生じるのに必要とされる最小の暴露またはエネルギーの最小量（MED）が記録される。次にSPFが下記の式に従って計算される。
SPF＝MED保護された皮膚／MED保護されなかった皮膚。処理試験部位における応答がランダムに不在であり、または不連続である場合に、結果が不合格とされる。これは、製品が一様に広げられないという指標である。MEDが全ての暴露部位で誘発された応答のために得られない場合に、結果がまた不合格とされる。一連の暴露が未処理の皮膚領域または適用された皮膚領域のいずれかでMED応答を誘発できなかった場合に、試験が技術的失敗と考えられ、被験者のデータが捨てられる。本発明の日焼け止め配合物のSPFは２〜60、好ましくは５〜50、更に好ましくは10〜30、最も好ましくは15〜20の範囲であろう。
光触媒活性（光反応性）に関する試験
光触媒活性（光反応性とも称される）はUVA放射線の如き光への暴露により分解を受ける化合物の能力を表す。この光触媒活性に関する本発明のシリコーン被覆された疎水化金属酸化物の標本を試験するための標準アッセイを以下に記載する。
それぞれの標本が純粋酸素で10分間スパージされた分析用プロパン−２−オール（750mg/l）中の分散にかけられ、次に連続攪拌しながら１時間にわたってUVAの集束ビームに暴露される。
照射の期間の終了時に、反応液約10mlがシリンジにより除去され、その液をMILLIPOREフィルターに放出することにより特別な物質が分離される。次に透明にされた液がPOROPAK Qカラムを備えたガスクロマトグラフに注入され、それから得られたプロパノンピーク面積がプロパン−２−オール中の先に調製された標準溶液のピーク面積と比較される。
光反応は０次であり、それ故、プロパノンの生成速度が約１％の精度まで計算し得ることが知られている。
本発明およびその利点の更に完全な理解が以下の非限定的実施例から得られる。
実施例
シリコーン化合物
本発明の化合物の調製に有益なシリコーン化合物はSiltech Inc.により提供され、下記の構造に一致する。
（式中、Meはメチルであり、
Ｒは１〜10個の炭素原子を有するアルキルであり、
Ｒ’はメチルまたはエチルであり、
ａは４から12までの範囲の整数である）
本発明に有益なシリコーン化合物
以下の物質が二酸化チタンを本発明に従って処理するのに有益な化合物である物質の例である。
本発明に有益ではないシリコーン化合物（比較のため）
二酸化チタン
本発明の化合物の調製に使用される二酸化チタンはSunSmart Inc.から市販されている。
実施例の生成物の調製に使用される二酸化チタンはSunSmart'S T-Coteである。
方法
二酸化チタンを下記の構造：
（式中、Meはメチルであり、
Ｒは１〜10個の炭素原子を有するアルキルであり、
Ｒ’はメチルまたはエチルであり、
ａは４から12までの範囲の整数である）
に一致するシリコーンの有効疎水化量（好ましくは0.1重量％から25重量％までの範囲のシリコーンポリマーを含む金属酸化物を生成する量）と接触させ、次にその中間体を40℃〜100℃の温度に２〜10時間加熱することにより本発明の化合物を調製する。この時間中に、アルコールを除去する。理論量のアルコールの97％が除去される時に、その反応が完全と考えられる。除去されたアルコールの量は、その物質が或る温度に保たれる時間よりも重要と考えられる。
Ｒ’がCH3である場合、除去されるアルコールはメタノールである。Ｒ’がCH2CH3である場合、除去されるアルコールはエタノールである。
二酸化チタンを乾式被覆する。シリコーンを二酸化チタンと単に混合することにより、または“Ｖ”ブレンダーのように液体を固体に適用するための従来の方法を使用する好ましい方法で混合することにより、シリコーンを適用することができる。
例12
シリコーン例#1 10.0グラムの有効疎水化量を二酸化チタン90.0グラムに添加する。次にその粉末を良く混合する。次にその粉末をオーブンに入れ、80℃に６時間加熱する。この時間中に、アルコールを除去する。理論量のアルコールの97％が除去される時に、その反応が完全と考えられる。含量を計量することにより、除去されたアルコールの量を測定する。
例13〜22
特定の有効疎水化量の特定のシリコーンをシリコーン例１（10グラム）に代えて添加し、特定のグラム数の二酸化チタンを使用して、例12を今回のみ繰り返す。
適用結果
（a）配合物の粘度
オクチルパルミテート中の二酸化チタンの分散液の粘度はまた二酸化チタンの処理の有効性の指標である。有効に処理される粒子は油中で膨潤しない。二酸化チタンが多く膨潤する程、分散液の粘度は高い。
下記の試験配合物を評価した。
出力50％で100ワットの音波プローブを使用して、分散液をつくった。Brookfield Viscometerを使用して、粘度を測定した。再度、粘度が高い程、油の膨潤が大きく、被覆は有効でない。
粘度が低い程、表面処理は有効である。
（b）水性ビタミンＣ中の安定性
上記のように、未処理TiO2はビタミンＣの水溶液と反応して黄色を生じる。その色が強い程、TiO2の反応性は大きい。これは処理方法の有効性に良好な分析試験を与える。
方法
試験TiO25.0グラムを水中ビタミンＣの１％重量／重量の溶液５グラムに添加する。次にジオクチルスルホスクシネート0.05グラムを添加してTiO2の湿潤を加速する。得られるスラリーをマグネチックスターラーで10分間混合する。水中キサンタンゴムの２％重量／重量の溶液５グラムを攪拌下で添加する。これは濃厚なスラリーをもたらし、これをガラスプレート上でフィルムに延伸することができる。#22ワイヤ巻付けドライダウンバーを使用して、スラリーをHohokus N.J.にあるLeneta CoからのForm 3NT-3インク試験塗工書籍用紙の上で引き延ばす。そのフィルムを１時間乾燥させる。黄白色のフィルター上のX-rite model418反射デンシトメーターを使用して、得られるフィルムの色を測定する。四つのフィルムを評価されるそれぞれの製品についてキャストする。
バックグラウンドを黄変測定に関する測定値から引く。
未処理のものは例19よりも３倍以上黄色であり、例22よりも２倍黄色である。反応性の低下は被覆の有効性の実証である。
疎水化二酸化チタンは種々の用途および配合物に使用される。これらの用途として、パーソナルケア日焼け止め用途が挙げられる。
金属酸化物組成物
本発明の被覆金属酸化物の特別な種を被覆金属酸化物または非被覆金属酸化物のその他の種と組み合わせて種々の金属酸化物種の品質を示す組成物を生成し得る。例えば、本発明の疎水化二酸化チタンを疎水化酸化鉄及び／または非被覆酸化亜鉛と組み合わせて、日焼け止めまたは化粧配合物に使用し得る。
また、本発明の被覆金属酸化物は、水、無機顔料、有機顔料、乳化剤、油溶性日焼け止め、水溶性日焼け止め、αヒドロキシ酸、分散剤、油溶性ビタミン、水溶性ビタミン、ワックス、シリコーン、およびこれらの組み合わせを含んでもよい医薬上許される生体適合性成分と混合して（すなわち、その中に一様に分散されて）用意されてもよい。
例23
この例では、金属酸化物に適用されるシリコーン化合物の合計量（疎水化量）が二つの等しい部分に分けられ、それぞれの部分がシリコーン化合物のそれぞれの部分を金属酸化物に接触させ、続いて加熱する二つの連続サイクルで適用される以外は、二酸化チタンおよび酸化亜鉛を上記の例12〜22の疎水化単一被覆金属酸化物を製造するのに使用した方法と同様の方法でシリコーン化合物で被覆した。シリコーン適用の二つの連続工程により製造された金属酸化物粒子を二重被覆金属酸化物と称する。
図１中の棒グラフは、種々の方法で処理された二酸化チタン粒子（白抜き棒）および酸化亜鉛粒子（陰影付きの棒）：疎水化されなかった粒子（未被覆粒子）；合計５重量％のシリコーン化合物を含むように一工程で疎水化された粒子（単一被覆粒子）（５％で１回被覆）；および工程当たり2.5重量％で二つの連続工程で合計５重量％のシリコーン化合物を含むように疎水化された粒子（二重被覆粒子）（毎回2.5％で２回被覆）の相対光反応性を示す。単一被覆二酸化チタンは未処理二酸化チタンと較べて低下した光反応性、すなわち、197（未処理）から109（単一被覆）への相対測定値を示した。二重被覆二酸化チタンは197（未処理）から84への相対光反応性の更に大きな減少を示した。同様の改良が酸化亜鉛の場合に見られ、この場合、相対光反応性が未処理粒子について16から単一被覆粒子について3.5へと減少され、また二重被覆粒子について1.5へと減少した。
その他の実施態様
本発明がその特別な実施態様に関して詳しく説明されたが、種々の変更および改良が本発明の精神および範囲から逸脱しないでなし得ることが明らかであろう。
本発明のその他の実施態様は以下の請求の範囲内にある。
この出願は1996年４月12日に出願された米国特許出願第08/629,931号（現在の米国特許第5,565,591号）の一部継続出願であり、これは1996年１月23日に出願された米国特許出願（現在の米国特許第5,562,897号）の一部継続出願であり、これは1995年10月30日に出願された米国特許出願第549,873号（現在の米国特許第5,536,492号）の一部継続出願であり、これは1995年６月14日に出願された米国特許出願第490,494号（現在の米国特許第5,486,631号）の一部継続出願である。
本発明はシリコーンポリマーによる金属酸化物の被覆方法により疎水性にされた金属酸化物粒子に関する。疎水化金属酸化物は金属酸化物に適用される反応性シリコーンの特定の型の反応、続いて、反応を生じるための１時間〜10時間にわたる40〜100℃への被覆金属酸化物の加熱により調製される。得られるシリコーン被覆金属酸化物粒子は疎水性、非反応性であり、水により影響されない。また、被覆された疎水化金属酸化物または粒子は、被覆されない金属酸化物よりも分解に対し耐性にし、かつ化学的に不活性にする有意に低下された光反応性を有する。酸化亜鉛、二酸化チタンおよび酸化鉄の如き疎水化金属酸化物は紫外線からの保護のために皮膚に適用される組成物に特に有益である。本発明に従ってつくられたこのような組成物は、最終配合製品中にあり得る外来の油、水およびその他の添加剤により妨げられない一様な疎水性フィルムを生じるデリバリーシステムとして有効である。
技術の説明
酸化亜鉛、二酸化チタンおよび酸化鉄の如き金属酸化物は種々の用途に有益である公知の化合物である。例えば、二酸化チタンは塗料中の顔料、化粧品、セメント、ガラス、ゴム、接着剤、マッチ、インクおよび半導体中の添加剤として使用される。このように多くの用途領域における二酸化チタンの使用は顔料の多くの異なり、かつ有益な性質の直接の結果である。
顔料特性を有するが、種々の用途、組成物または配合物中に見られるような金属酸化物と接触するその他の化合物または材料と反応する能力を欠いている金属酸化物、例えば、二酸化チタンを製造することが非常に望ましい。金属酸化物が使用されていた一つの領域は日焼け止め製品である。酸化亜鉛、二酸化チタン、酸化鉄および酸化セシウムの如き金属酸化物は日光への暴露の有害な作用から皮膚を保護することができる。日光の有害な作用から皮膚を保護するのに使用された従来の材料は有機の日焼け止め剤である。これらとして、パラ−アミノ安息香酸（PABA）および紫外線を吸収するその他の材料が挙げられる。最近、研究により紫外線が皮膚の老化の重要な因子であることが示されている。これによって、日焼け止め組成物としての使用を特に目的としていない化粧品の如き製品にも日焼け止めを含有させるようになった。更に、皮膚の高レベルの保護を与えることに関心が増していた。所謂skin protection factor（SPF）系が種々の材料を日光の損傷作用から皮膚を保護する際のそれらの有効性について評価するのに開発されていた。更に高いSPF値に対する要望が有機の日焼け止めの更に大きなレベルの使用をもたらしていた。これらの材料は高濃度では刺激性であり、かつバクテリアに利用可能な有機材料を増加するという効果を有する傾向がある。それ故に、これによって、バクテリア分解から高レベルの有機日焼け止め剤を保護するために更に多くの防腐剤の必要が生じる。より高いレベルの防腐剤によってより高い刺激レベルがもたらされるが、この問題に対しては、それ自体がバクテリアにより分解される刺激緩和剤を含有させるという解決法がとられている。
二酸化チタンのような無機の日焼け止め剤の使用は有機の日焼け止めの使用よりも良い方法である。何となれば、それらはバクテリアにより攻撃されないからである。しかしながら、それらの使用は幾つかのその他の固有の問題を有する。詳しくは、これらの材料は上記の反応性の問題のために安定な製品に容易に配合されない。例えば、二酸化チタンは多くの完成配合物中で凝集し、配合物中でその有効性を失い、そして許容できない美観結果、最も普通には白化および粘度変化をもたらす傾向がある。加えて、未処理の二酸化チタンは水溶液中でビタミンＣと反応して、その溶液の顕著な黄変をもたらす。これは多くの化粧用途で非常に望ましくない。一つのアプローチは二酸化チタンをSiltechの特許されたトリ−（オクチルドデシル）−シトレートのような有機オイル中に予備分散することであった。その分散液はかなり安定であるが、被覆は持続性ではない。何となれば、オイルと二酸化チタンの間に反応がないからである。また、オイルは皮膚上の二酸化チタンの一様性を乱す。従来、分散助剤が配合物に添加されてフィルムに対する崩壊作用を最小にしていた。これらとして、リン酸エステルおよびレシチンが挙げられる。また、これらは表面処理の不安定な性質および粒子とオイルの間の解離を問題としている。これは、二酸化チタンがプラステックまたはスティック化粧品の製造のように極限の機械的応力または熱応力に暴露される時に特に明らかである。
本発明は特定のシリコーン化合物を調節された条件下で反応させてその分散状態を維持し、配合物中の化学的不安定性に有意に寄与しない安定な表面処理された金属酸化物を製造することにより二酸化チタンおよびその他の金属酸化物の欠点を解消する。
発明の要約
本発明は特定の型の反応性シリコーン化合物を使用して金属酸化物の表面を疎水性にする方法、このような方法から調製されて得られる疎水化金属酸化物、および疎水化金属酸化物を使用して皮膚を紫外線から保護する方法を提供する。
こうして、本発明の一つの局面は金属酸化物を有効な疎水化量の式：
Ｒは１〜10個の炭素原子を有するアルキルであり、
Ｒ’はメチルまたはエチルであり、
ａは４から12までの範囲の整数である）
を有するシリコーン化合物と接触させ、シリコーン化合物および金属酸化物の混合物を40℃〜100℃の温度に２〜10時間加熱することを含んでなる、金属酸化物の疎水化方法を提供することである。シリコーン化合物の有効疎水化量は、所望の％、好ましくは0.1重量％から25重量％までの範囲のシリコーン化合物を含む被覆された疎水化金属酸化物粒子を製造するのに使用されるシリコーン化合物の量と定義される。疎水化方法の一つの実施態様では、全有効疎水化量のシリコーン化合物が金属酸化物とある時点で接触され、次に加熱される。こうして製造された金属酸化物が単一被覆金属酸化物と称される。
本発明の疎水化方法の更に好ましい実施態様では、有効な疎水化量の部分またはインクレメントのシリコーン化合物が金属酸化物と接触され、続いて加熱され、全有効疎水化量のシリコーン化合物が金属酸化物と反応するまでこれらの工程が繰り返される。本明細書に使用される“部分”は単一被覆工程で適用される合計量の部分を表し、例えば、被覆工程の全てに使用される部分が１に等しい場合、1/4、1/2、3/4等を含んでもよい。更に好ましくは、疎水化方法は有効疎水化量の半分のシリコーン化合物と金属酸化物の混合、続いて加熱の二つの連続サイクルで行われる。こうして製造された金属酸化物が二重被覆金属酸化物と称される。単一被覆金属酸化物と較べて、二重被覆金属酸化物は金属酸化物に増大された安定性を与える有利に低い光反応性、そしてまた高められたskin protection factor（SPF）の両方を有する。
好ましくは、本発明の方法で有効疎水化量のシリコーン化合物の適用は0.1重量％から25重量％まで、更に好ましくは0.5〜20重量％、最も好ましくは1.0〜10重量％の範囲のシリコーン化合物％を有する金属酸化物をもたらす。
本発明の別の好ましい実施態様では、金属酸化物を疎水化するのに使用されるシリコーン化合物の構造の整数“ａ”は６から12までの範囲であり、更に好ましくは、４から８までの範囲である。更に別の好ましい実施態様では、金属酸化物を疎水化するのに使用されるシリコーン化合物のＲ基はメチル、ブチル、またはオクチルである。
酸化亜鉛、二酸化チタン、酸化鉄、酸化セシウム、酸化ジルコニウム、二酸化ケイ素および酸化アンチモンを含む種々の金属酸化物のいずれもが本発明の方法により疎水化し得る。好ましい実施態様では、本発明の方法により疎水化される金属酸化物は紫外線を吸収する能力を有し、こうして日焼け止め剤として有益であるものである。このような金属酸化物として、酸化亜鉛、二酸化チタン、酸化鉄、酸化セシウム、酸化ジルコニウムおよび二酸化ケイ素が挙げられるが、これらに限定されない。
本発明の被覆された疎水化金属酸化物は太陽の紫外線からの保護のために皮膚に適用される種々の配合物および組成物に使用し得る。このような配合物として、日焼け止め組成物および化粧品が挙げられる。
また、本発明は皮膚を本発明に記載された方法に従って調製された有効保護濃度の疎水化金属酸化物と接触させることを含んでなる太陽の紫外線からの皮膚の保護方法を提供する。疎水化金属酸化物の有効保護濃度は所望のSPFを得るのに必要な量である。
【図面の簡単な説明】
図１は疎水化されていない金属酸化物粒子（未被覆粒子）、単一被覆された疎水化金属酸化物粒子（５％で１回被覆）、および実施例23に記載されたようにして調製された二重被覆された疎水化金属酸化物粒子（毎回2.5％で２回被覆）の相対光反応性を比較する棒グラフである。酸化亜鉛粒子（陰影付きの棒）、二酸化チタン（白抜きの棒）。
発明の詳細な説明
酸化亜鉛および二酸化チタンの如き金属酸化物を疎水化するのに高度に有効な系に下記の構造：
Ｒは１〜10個の炭素原子を有するアルキルであり、
Ｒ’はメチルまたはエチルであり、
ａは４から12までの範囲の整数である）
に一致するシリコーン化合物を使用することを見出した。
驚くことに、本発明者らは構造中の整数“ａ”の値が所望の疎水性を与える製品を開発するのに重要であることを知った。重要な範囲は４から12までである。顔料としての二酸化チタンの如き金属酸化物の価値は分散され、反応しないでいるその能力に基いている。例えば、未処理二酸化チタンは、水に入れられると、凝集のためにその有効性および良好な美観特性を失う。“ａ”の値が低すぎる場合、処理された二酸化チタンは充分に疎水性ではなく、顔料としてのその価値が損なわれる。正しいシリコーン化合物による処理により二酸化チタンの如き金属酸化物を永久に疎水性にすることが非常に望ましく、従来、達成するのが極めて困難であった。
本発明のシリコーン被覆された疎水化金属酸化物は太陽からの紫外線の有害な作用を阻止するための日焼け止め剤を含む多くの用途に特に有益である。本発明の化合物は下記の構造：
Ｒは１〜10個の炭素原子を有するアルキルであり、
Ｒ’はメチルまたはエチルであり、
ａは４から12までの範囲の整数である）
に一致するシリコーン化合物と金属酸化物の反応により調製される疎水性金属酸化物である。
金属酸化物の疎水化方法は金属酸化物を有効疎水化量の式：
Ｒは１〜10個の炭素原子を有するアルキルであり、
Ｒ’はメチルまたはエチルであり、
ａは４から12までの範囲の整数である）
を有するシリコーン化合物と接触させ、シリコーン化合物および金属酸化物の混合物を40℃から100℃までの範囲の温度に２〜10時間加熱することを含んでなる。有効疎水化量は所望の重量％のシリコーン化合物で被覆される金属酸化物の粒子を生じるのに必要な量である。本発明の疎水化金属酸化物は0.1〜25重量％のシリコーン化合物であることが好ましい。更に好ましくは、疎水化金属酸化物は0.5〜25重量％のシリコーン化合物であり、最も好ましくは、金属酸化物は1.0〜10重量％のシリコーン化合物である。
本発明の方法の一つの実施態様では、全有効疎水化量のシリコーン化合物がある時点で金属酸化物と接触され、続いて加熱される。こうして製造された金属酸化物が単一被覆金属酸化物と称され、被覆されていない金属酸化物と比較して低下した光反応性および増大したSPFを有利に示す。
金属酸化物を本発明に従ってシリコーン化合物で被覆することの望ましい特徴は、有効疎水化量のシリコーン化合物が、有効疎水化量の部分のシリコーン化合物を金属酸化物と接触させ、続いて加熱し、全有効量のシリコーン化合物が適用されるまでシリコーン化合物を金属酸化物と反応させるサイクルを繰り返すことの連続サイクルにより金属酸化物に適用される場合に、更に高められる。例えば、目標が10％の最終重量％のシリコーン化合物を含む疎水化金属酸化物粒子を製造することである場合、合計の有効疎水化量のシリコーン化合物の一部（例えば、1/2）を金属酸化物と接触させ、加熱して最初に５％のシリコーン化合物を含む被覆金属酸化物粒子を製造し、続いて５％のシリコーン被覆金属酸化物粒子を有効疎水化量のシリコーン化合物の別の部分（例えば、1/4）と反応させて7.5％のシリコーン化合物を含む粒子を生成させ、これを今度は有効疎水化量のシリコーン化合物の残り（例えば、1/4）と反応させて所望の10重量％のシリコーン化合物を含む被覆された疎水化金属酸化物粒子を製造する。また、10重量％のシリコーン化合物を含む金属酸化物粒子は有効疎水化量のシリコーン化合物の部分を金属酸化物と反応させる異なる一連の連続サイクルでシリコーン化合物を金属酸化物と反応させることにより製造されてもよい。例えば、被覆は1/10、3/10、3/10、3/10の部分で適用されてもよい。最初に１％のシリコーン化合物の金属酸化物、次に４％のシリコーン化合物の金属酸化物、次に７％のシリコーン化合物の金属酸化物そして最後に所望の10％のシリコーン化合物の金属酸化物を生じる反応の連続サイクルが本発明のこの局面の多くの可能な変更の一つである。
別の例示として、目標が20重量％のシリコーン化合物を含む疎水化金属酸化物を製造することである場合、被覆は1/5、1/5、2/5、および1/5の部分で適用されてもよい。４重量％のシリコーン化合物を含む金属酸化物、次に８重量％のシリコーン化合物を含む金属酸化物、次に16重量％のシリコーン化合物を含む金属酸化物、そして最後に所望の20重量％のシリコーン化合物を含む金属酸化物を生じる反応の連続サイクルが行われる。一つの別の方法では、有効疎水化量の半分のシリコーン化合物を金属酸化物と反応させ、これが最初に10％のシリコーン化合物の金属酸化物を製造し、次に、第二サイクルで、所望の20％のシリコーン化合物の金属酸化物を製造する二つの連続工程を使用して20重量％のシリコーン化合物の金属酸化物粒子が製造される。
こうして、本発明の特別なシリコーン被覆された疎水化金属酸化物を製造するのに使用される連続サイクルの正確な数は、時間および供給源を配分して所望の重量％のシリコーン化合物を含む金属酸化物の特別な量を製造するように、当業者の判断により決められることが理解されるべきである。好ましい連続被覆は２〜10の連続被覆の範囲である。本発明の好ましい実施態様では、シリコーン化合物は有効疎水化量の半分のシリコーン化合物を金属酸化物と接触させ、続いて加熱する二つの連続サイクルで金属酸化物に適用される。この方法でシリコーン化合物で被覆された金属酸化物が二重被覆金属酸化物と称される。
本発明の特定のシリコーン化合物のみが有効である理由について特別な理論に制限されることを願わないが、本発明者らはその分子における反応性基の配置が疎水化の効率に著しい効果を有するものと考える。
疎水化が起こる反応が、代表的な金属酸化物として二酸化チタンを使用して詳しく研究された。疎水化が起こる反応は、金属酸化物、この場合には二酸化チタンの活性部位がシリコーンと反応してシリコーンと二酸化チタンの間の共有結合、およびＲ’ＯＨの生成をもたらす反応である。その反応は以下のように要約される。
完全な構造で描かれる場合、Ｒ’基の位置は“ａ”の変化により変化し得ることが明らかになる。すなわち、整数“ａ”が増加するにつれて、Ｒ’基の間の距離が増加し、三次元構造が変化する。
スラリー方法とは反対の乾式方法における副生物としてのＲ’ＯＨの生成が非常に望ましい。別の方法は構造Si-Hのシラン水素化合物を含むシリコーン化合物の使用であり、これは多量の可燃性水素ガスの発生をもたらす。加えて、これらの種類の化合物の使用は所望の性質を与えない。
本発明の疎水化方法はまた酸化鉄、酸化セシウム、酸化ジルコニウム、二酸化ケイ素、および酸化アンチモン、またはこれらの組み合わせを含むが、これらに限定されない、酸化亜鉛および二酸化チタン以外の金属酸化物を被覆するのに使用し得る。紫外線を吸収する能力のために日焼け止め剤である金属酸化物が特に有益である。日焼け止め剤としての有用性を有するこのような金属酸化物として、酸化亜鉛、二酸化チタン、酸化鉄、酸化セシウム、酸化ジルコニウム、および二酸化ケイ素が挙げられる。
本発明の被覆された疎水化金属酸化物はまたその他の被覆金属酸化物または未被覆金属酸化物との種々の組み合わせ、例えば、被覆二酸化チタン粒子または未被覆二酸化チタン粒子と一緒の被覆酸化亜鉛として使用し得る。このような組み合わせは被覆金属酸化物／被覆金属酸化物または被覆金属酸化物／未被覆金属酸化物のあらゆる選択比、例えば、1:1、1:3、5:1、10:1で用意されてもよい。
好ましい実施態様では、本発明に従って調製されたシリコーンポリマー被覆された疎水化金属酸化物粒子中のシリコーン化合物の濃度は0.1重量％から30重量％までの範囲である。
別の好ましい実施態様では、本発明に従って調製されたシリコーンポリマー被覆された疎水化金属酸化物粒子中のシリコーン化合物の濃度は0.5重量％から20重量％までの範囲である。
別の好ましい実施態様では、本発明に従って調製されたシリコーンポリマー被覆された疎水化金属酸化物粒子中のシリコーン化合物の濃度は1.0％から10.0％までの範囲である。
好ましい実施態様では、“ａ”は６から12までの範囲の整数である。
別の好ましい実施態様では、“ａ”は４から８までの範囲の整数である。
好ましい実施態様では、Ｒはメチルである。
別の好ましい実施態様では、Ｒはオクチルである。
別の好ましい実施態様では、Ｒはブチルである。
別の好ましい実施態様では、Ｒはエチルである。
好ましい実施態様では、本発明の方法が80℃〜100℃の温度で行われる。
別の好ましい実施態様では、本発明の方法が90℃〜100℃の温度で行われる。
SUN PROTECTION FACTOR（SPF）に関する試験
本発明の組成物を、それが適用される表面を紫外線から保護するその能力について試験することが望ましいかもしれない。試験は、例えば、日焼け止め組成物または化粧品組成物としてヒトの皮膚への適用に有益である組成物について特に重要である。日焼け止めは“Sunscreen Drug Products for Over-the-counter Human Use, Part II”という標題のFederal Drug Administrationガイドライン，43 Fed.Reg. 166, 38259-38262（1978年８月25日）（本明細書に参考として含まれる）に記載されるようにして試験し得る。試験方法は以下のとおりである。
日焼け止め試験はヒトの男性または女性のボランティアについて行い得る。試験中の包含について、以下の基準が満たされるべきである。被験者は結果を妨害するあらゆる皮膚または全身の障害、例えば、日光に対する知られていない異常応答、熱疹、慢性皮膚アレルギー、日焼け、等のないものであるべきである。被験者は医師の看護下にあるべきではなく、または結果を隠蔽または妨害する薬物を服用していてはならない。これらの決定は訓練された皮膚科医療スタッフによりなされてもよい。被験者は21 C.F.R.20により必要とされるような情報同意書を読み、理解し、署名すべきである。被験者ボランティアのパネルは43 Fed.Reg.38260（1978）に従って特定され、以下のとおりの皮膚型Ｉ、II、またはIIIとして分類されるべきである。
型Ｉ--常に容易に日焼けする；褐色にならない（感受性）
型II--常に容易に日焼けする；ごくわずかしか褐色にならない（感受性）
型III--適度に日焼けする；徐々に褐色になる（明るい褐色--正常）
試験に使用した光源は290nmから320nmまでの紫外線B（UV-B）範囲の連続放出スペクトルを有する150ワットのXenon Arc Solar Simulator（Berger,D.S.:Specification and design of solar ultraviolet simulators. J.Invest.Dermatol. 53:192-199（1969）, Solar Light Co., Philadelphia, Pa., Model 12S, Model 14S or Model 600）である。キセノンアークを自然日光のスペクトルに実質的に等しい連続UVスペクトル（全波長）を生じる6000°Kに達するその黒色体放射線温度に基いて選択した。この装置はダイクロイックミラー（これは400nm以下の全ての放射線を反射する）を備えており、厚さ１mmのSchott WG-320フィルター（これは290mm以下の全ての放射線を吸収する）と共同して作用して太陽の紫外線Ａ（UVA）-紫外線Ｂ（UVB）スペクトルの模擬を生じる。厚さ１mmのUG5またはUG11フィルター（黒色レンズ）が加えられて反射熱（700nmより大きい赤外）および残りの可視放射線を除去する。
UVB放射線は、以前からRobertson-Berger Sunburn meter（R-B meter）として知られているModel DCS-1 Sunburn UV Meter/Dose Controller System（Solar Light Co.）を使用して暴露中に連続的にモニターし得る。測定は皮膚の表面から８mm以内の位置で行われる。照射のフィールドは直径１cmである。光源の再配置および日焼けメーターの較正は少なくとも半年毎に行われるべきである。
SPF試験方法は43 Fed.Reg. 38264-38267（1978）に記載された方法に基いている。一つの試験部位領域がそれぞれの被験者のMinimal Erythema Dose（MED）を測定するのに利用できた。これは背中を25％の間隔で一連の定時増分UV暴露に暴露することにより行われる。被験者の最小暴露または紅斑を生じるのに必要とされるエネルギーの最小量（MED）は照射後20〜24時間で最小に認められる紅斑を生じる暴露の最短時間である。試験領域は中央線の左右への背中の肩甲骨下の領域として記載される。８％ホモサレート（homosalate）標準がプラスチック容量シリンジにより試験部位に送出される。この標準は約4-5の一様なSPFを生じるであろう。
次にその物質が2.0mg/cm2の最終濃度について5cm x 10cm（50cm2）の寸法の矩形領域に均等に適用される。適用の15.0分後に、先に測定されたMEDから計算して、目的とするSPFをブラケットする、25％の増分の一連のUV光暴露が処理領域内のサブ部位にソーラーシミュレーターから与えられる。試験の当日に、先の日に与えられた暴露と同様の別の一連の暴露が皮膚の隣接の未処理の保護されていない領域に与えられてMEDを再度測定する。次に別の隣接する試験部位を選んで、試験物質についてSPF測定を行う。
応答は以下のように評価される。暴露の20時間または24時間後に、ボランティアが遅延紅斑応答について評価される。処理部位で紅斑を生じるのに必要とされる最小の暴露またはエネルギーの最小量（MED）が記録される。次にSPFが下記の式に従って計算される。
SPF＝MED保護された皮膚／MED保護されなかった皮膚。処理試験部位における応答がランダムに不在であり、または不連続である場合に、結果が不合格とされる。これは、製品が一様に広げられないという指標である。MEDが全ての暴露部位で誘発された応答のために得られない場合に、結果がまた不合格とされる。一連の暴露が未処理の皮膚領域または適用された皮膚領域のいずれかでMED応答を誘発できなかった場合に、試験が技術的失敗と考えられ、被験者のデータが捨てられる。本発明の日焼け止め配合物のSPFは２〜60、好ましくは５〜50、更に好ましくは10〜30、最も好ましくは15〜20の範囲であろう。
光触媒活性（光反応性）に関する試験
光触媒活性（光反応性とも称される）はUVA放射線の如き光への暴露により分解を受ける化合物の能力を表す。この光触媒活性に関する本発明のシリコーン被覆された疎水化金属酸化物の標本を試験するための標準アッセイを以下に記載する。
それぞれの標本が純粋酸素で10分間スパージされた分析用プロパン−２−オール（750mg/l）中の分散にかけられ、次に連続攪拌しながら１時間にわたってUVAの集束ビームに暴露される。
照射の期間の終了時に、反応液約10mlがシリンジにより除去され、その液をMILLIPOREフィルターに放出することにより特別な物質が分離される。次に透明にされた液がPOROPAK Qカラムを備えたガスクロマトグラフに注入され、それから得られたプロパノンピーク面積がプロパン−２−オール中の先に調製された標準溶液のピーク面積と比較される。
光反応は０次であり、それ故、プロパノンの生成速度が約１％の精度まで計算し得ることが知られている。
本発明およびその利点の更に完全な理解が以下の非限定的実施例から得られる。
実施例
シリコーン化合物
本発明の化合物の調製に有益なシリコーン化合物はSiltech Inc.により提供され、下記の構造に一致する。
Ｒは１〜10個の炭素原子を有するアルキルであり、
Ｒ’はメチルまたはエチルであり、
ａは４から12までの範囲の整数である）
本発明に有益なシリコーン化合物
以下の物質が二酸化チタンを本発明に従って処理するのに有益な化合物である物質の例である。
本発明の化合物の調製に使用される二酸化チタンはSunSmart Inc.から市販されている。
実施例の生成物の調製に使用される二酸化チタンはSunSmart'S T-Coteである。
方法
二酸化チタンを下記の構造：
Ｒは１〜10個の炭素原子を有するアルキルであり、
Ｒ’はメチルまたはエチルであり、
ａは４から12までの範囲の整数である）
に一致するシリコーンの有効疎水化量（好ましくは0.1重量％から25重量％までの範囲のシリコーンポリマーを含む金属酸化物を生成する量）と接触させ、次にその中間体を40℃〜100℃の温度に２〜10時間加熱することにより本発明の化合物を調製する。この時間中に、アルコールを除去する。理論量のアルコールの97％が除去される時に、その反応が完全と考えられる。除去されたアルコールの量は、その物質が或る温度に保たれる時間よりも重要と考えられる。
Ｒ’がCH3である場合、除去されるアルコールはメタノールである。Ｒ’がCH2CH3である場合、除去されるアルコールはエタノールである。
二酸化チタンを乾式被覆する。シリコーンを二酸化チタンと単に混合することにより、または“Ｖ”ブレンダーのように液体を固体に適用するための従来の方法を使用する好ましい方法で混合することにより、シリコーンを適用することができる。
例12
シリコーン例#1 10.0グラムの有効疎水化量を二酸化チタン90.0グラムに添加する。次にその粉末を良く混合する。次にその粉末をオーブンに入れ、80℃に６時間加熱する。この時間中に、アルコールを除去する。理論量のアルコールの97％が除去される時に、その反応が完全と考えられる。含量を計量することにより、除去されたアルコールの量を測定する。
例13〜22
特定の有効疎水化量の特定のシリコーンをシリコーン例１（10グラム）に代えて添加し、特定のグラム数の二酸化チタンを使用して、例12を今回のみ繰り返す。
（a）配合物の粘度
オクチルパルミテート中の二酸化チタンの分散液の粘度はまた二酸化チタンの処理の有効性の指標である。有効に処理される粒子は油中で膨潤しない。二酸化チタンが多く膨潤する程、分散液の粘度は高い。
下記の試験配合物を評価した。
（b）水性ビタミンＣ中の安定性
上記のように、未処理TiO2はビタミンＣの水溶液と反応して黄色を生じる。その色が強い程、TiO2の反応性は大きい。これは処理方法の有効性に良好な分析試験を与える。
方法
試験TiO25.0グラムを水中ビタミンＣの１％重量／重量の溶液５グラムに添加する。次にジオクチルスルホスクシネート0.05グラムを添加してTiO2の湿潤を加速する。得られるスラリーをマグネチックスターラーで10分間混合する。水中キサンタンゴムの２％重量／重量の溶液５グラムを攪拌下で添加する。これは濃厚なスラリーをもたらし、これをガラスプレート上でフィルムに延伸することができる。#22ワイヤ巻付けドライダウンバーを使用して、スラリーをHohokus N.J.にあるLeneta CoからのForm 3NT-3インク試験塗工書籍用紙の上で引き延ばす。そのフィルムを１時間乾燥させる。黄白色のフィルター上のX-rite model418反射デンシトメーターを使用して、得られるフィルムの色を測定する。四つのフィルムを評価されるそれぞれの製品についてキャストする。
疎水化二酸化チタンは種々の用途および配合物に使用される。これらの用途として、パーソナルケア日焼け止め用途が挙げられる。
金属酸化物組成物
本発明の被覆金属酸化物の特別な種を被覆金属酸化物または非被覆金属酸化物のその他の種と組み合わせて種々の金属酸化物種の品質を示す組成物を生成し得る。例えば、本発明の疎水化二酸化チタンを疎水化酸化鉄及び／または非被覆酸化亜鉛と組み合わせて、日焼け止めまたは化粧配合物に使用し得る。
また、本発明の被覆金属酸化物は、水、無機顔料、有機顔料、乳化剤、油溶性日焼け止め、水溶性日焼け止め、αヒドロキシ酸、分散剤、油溶性ビタミン、水溶性ビタミン、ワックス、シリコーン、およびこれらの組み合わせを含んでもよい医薬上許される生体適合性成分と混合して（すなわち、その中に一様に分散されて）用意されてもよい。
例23
この例では、金属酸化物に適用されるシリコーン化合物の合計量（疎水化量）が二つの等しい部分に分けられ、それぞれの部分がシリコーン化合物のそれぞれの部分を金属酸化物に接触させ、続いて加熱する二つの連続サイクルで適用される以外は、二酸化チタンおよび酸化亜鉛を上記の例12〜22の疎水化単一被覆金属酸化物を製造するのに使用した方法と同様の方法でシリコーン化合物で被覆した。シリコーン適用の二つの連続工程により製造された金属酸化物粒子を二重被覆金属酸化物と称する。
図１中の棒グラフは、種々の方法で処理された二酸化チタン粒子（白抜き棒）および酸化亜鉛粒子（陰影付きの棒）：疎水化されなかった粒子（未被覆粒子）；合計５重量％のシリコーン化合物を含むように一工程で疎水化された粒子（単一被覆粒子）（５％で１回被覆）；および工程当たり2.5重量％で二つの連続工程で合計５重量％のシリコーン化合物を含むように疎水化された粒子（二重被覆粒子）（毎回2.5％で２回被覆）の相対光反応性を示す。単一被覆二酸化チタンは未処理二酸化チタンと較べて低下した光反応性、すなわち、197（未処理）から109（単一被覆）への相対測定値を示した。二重被覆二酸化チタンは197（未処理）から84への相対光反応性の更に大きな減少を示した。同様の改良が酸化亜鉛の場合に見られ、この場合、相対光反応性が未処理粒子について16から単一被覆粒子について3.5へと減少され、また二重被覆粒子について1.5へと減少した。
その他の実施態様
本発明がその特別な実施態様に関して詳しく説明されたが、種々の変更および改良が本発明の精神および範囲から逸脱しないでなし得ることが明らかであろう。
本発明のその他の実施態様は以下の請求の範囲内にある。
Claims (26)
- (a)有効疎水化量の式：
（式中、Meはメチルであり、
Ｒは１〜10個の炭素原子を有するアルキルであり、
Ｒ’はメチルまたはエチルであり、
ａは４から12までの範囲の整数である）
を有するシリコーン化合物の一部を金属酸化物に適用し、
(b)工程(a)の混合物を40℃〜100℃の温度に２〜10時間加熱し、そして、
(c)金属酸化物が全有効量のシリコーン化合物と接触するまで工程(a)および(b)を繰り返すことを含んでなる金属酸化物の疎水化方法。 - 金属酸化物が酸化亜鉛、二酸化チタン、酸化鉄、酸化セシウム、酸化ジルコニウム、二酸化ケイ素、および酸化アンチモンからなる群から選ばれる請求項１に記載の金属酸化物の疎水化方法。
- 金属酸化物がチタンの酸化物である請求項２に記載の金属酸化物の疎水化方法。
- シリコーン化合物の有効疎水化濃度が0.1重量％から20重量％までの範囲である請求項１に記載の金属酸化物の疎水化方法。
- シリコーン化合物の有効疎水化濃度が0.5重量％から20重量％までの範囲である請求項１に記載の疎水性金属酸化物の製造方法。
- シリコーン化合物の有効疎水化濃度が1.0重量％から10重量％までの範囲である請求項１に記載の疎水性金属酸化物の製造方法。
- ａが６から12までの範囲の整数である請求項１に記載の疎水性金属酸化物の製造方法。
- ａが４から８までの範囲の整数である請求項１に記載の疎水性金属酸化物の製造方法。
- Ｒがメチル、ブチル、およびオクチルからなる群から選ばれる請求項１に記載の疎水性金属酸化物の製造方法。
- 請求項１に記載の方法に従って調製された疎水化金属酸化物。
- 酸化亜鉛、二酸化チタン、酸化鉄、酸化セシウム、酸化ジルコニウム、二酸化ケイ素、および酸化アンチモンからなる群から選ばれた請求項10に記載の疎水化金属酸化物。
- 式：
（式中、Meはメチルであり、
Ｒは１〜10個の炭素原子を有するアルキルであり、
Ｒ’はメチルまたはエチルであり、かつ
ａは４から12までの範囲の整数である）
を有するシリコーン化合物の第一被覆および第二被覆を含む疎水性金属酸化物。 - シリコーン化合物の濃度が0.1重量％から25重量％までの範囲である請求項12に記載の疎水性金属酸化物。
- シリコーン化合物の濃度が0.5重量％から20重量％までの範囲である請求項12に記載の疎水性金属酸化物。
- シリコーン化合物の濃度が1.0重量％から10重量％までの範囲である請求項12に記載の疎水性金属酸化物。
- ａが６から12までの範囲の整数である請求項12に記載の疎水性金属酸化物。
- ａが４から８までの範囲の整数である請求項12に記載の疎水性金属酸化物。
- Ｒがメチル、ブチル、およびオクチルからなる群から選ばれる請求項12に記載の疎水性金属酸化物。
- 金属酸化物が酸化亜鉛、二酸化チタン、酸化鉄、酸化セシウム、酸化ジルコニウム、二酸化ケイ素、および酸化アンチモンからなる群から選ばれる請求項12に記載の疎水性金属酸化物。
- 医薬上許される成分と混合して請求項12に記載の疎水性金属酸化物を含んでなる皮膚の局所適用のための疎水化金属酸化物組成物。
- 金属酸化物が酸化亜鉛、二酸化チタン、酸化鉄、酸化セシウム、酸化ジルコニウム、二酸化ケイ素、および酸化アンチモンからなる群から選ばれる請求項20に記載の組成物。
- 医薬上許される成分が水、無機顔料、有機顔料、乳化剤、油溶性日焼け止め、水溶性日焼け止め、αヒドロキシ酸、分散剤、油溶性ビタミン、水溶性ビタミン、ワックス、シリコーン、およびこれらの組み合わせからなる群から選ばれる請求項20に記載の組成物。
- 組成物が２〜60の範囲の日焼け防止指数（SPF）を与える請求項20に記載の組成物。
- 請求項12に記載の第二の異なる被覆された疎水性金属酸化物を更に含んでなる請求項20に記載の組成物。
- 第二の異なる金属酸化物を更に含んでなる請求項20に記載の組成物。
- 金属酸化物が酸化亜鉛、二酸化チタン、酸化鉄、酸化セシウム、酸化ジルコニウム、二酸化ケイ素、および酸化アンチモンからなる群から選ばれる請求項24または25に記載の組成物。
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