JP4226547B2 - 複合粒子及びその製法 - Google Patents
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Description
また、本発明の製法、特に噴霧を、3流体以上のノズルを用いて行うことにより、得られる複合粒子は、樹脂中に超微粒子酸化亜鉛が均一に分散され、複合粒子の体積平均粒径が30μm以下で、かつ粒径5μm以下の粒子の割合が15体積%以上の複合粒子を得ることができる。
本発明に用いるポリオレフィン系樹脂は、酸化亜鉛の表面活性を抑制し、酸化亜鉛の溶解度を低減させる観点から、結晶化度が80%以下のポリオレフィン系樹脂が用いられ、結晶化度70%以下のポリオレフィン系樹脂がより好ましい。この場合、種類の異なるポリオレフィン系樹脂を混合して使用してもよく、ポリオレフィン系樹脂混合物の結晶化度が80%以下であればよい。
装置名:理学電機(株)製、RINT2500
多重ピーク分離法
線源:CuKa
管電流:120mA
管電圧:40kV
スキャンスピード:10°/min
ポリオレフィン系樹脂の分子量は、樹脂の溶融粘度および強度の観点から、500〜20000が好ましく、1000〜10000が更に好ましい。ポリオレフィン系樹脂の分子量は、粘度法により求めることが出来る。
本発明における酸化亜鉛は、粒径0.1μm以下の酸化亜鉛が、紫外線遮蔽性を得るために好ましい。また、酸化亜鉛表面を予め疎水化処理した酸化亜鉛を用いると、ポリオレフィン系樹脂との混練性を高めることが出来るため好ましい。酸化亜鉛の表面処理方法としては、オルガノポリシロキサンによる表面処理等が挙げられるが、特に限定されるものではない。
本発明の複合粒子は、酸化亜鉛と結晶化度80%以下のポリオレフィン系樹脂を主成分とするもので、本発明の効果を損なわない限り、その他の成分、例えば無機及び有機顔料、有機染料等の色材、界面活性剤、シリコーン化合物あるいは酸化防止剤等を含有しても良い。
ここで体積平均粒径は、コールターカウンター(装置名:ベックマンコールター社製,LS−230)を用いて、エタノール中で測定した値である。
本発明の複合粒子の製法としては、溶融分散法又は溶融噴霧冷却法が好ましく、溶融噴霧冷却法が更に好ましい。他の製法として、噴霧乾燥法、ハイブリダイゼーションが挙げられるが、これらの方法では原理上複合粒子表面にクラックや孔が生じやすく、酸化亜鉛と外界を遮蔽することが難しい。
溶融噴霧冷却法は、ポリオレフィン系樹脂と酸化亜鉛を混合した後、該混合物をポリオレフィン系樹脂の軟化温度(又は融点)以上の温度で冷媒中に噴霧して冷却固化する方法であり、このような方法で得られた複合粒子は、粒子表面にクラックや孔が生じにくく、酸化亜鉛と外界を遮蔽することが可能である。
本発明の複合粒子は、高い酸化亜鉛の活性抑制性を示すが、その評価尺度として塩酸処理後の粒子内酸化亜鉛残存率を用いることができる。すなわち、酸化亜鉛は酸性水中では完全に溶解してしまう性質であることから、複合粒子を酸性水で洗浄し、酸化亜鉛量を測定し、酸性水洗浄の前後で比較して残存率を算出することで、表面活性抑制性の評価を行うことが出来る。本発明の複合粒子の塩酸処理後の粒子内酸化亜鉛残存率は、具体的には下記の試験例1に示す方法により測定することができる。塩酸処理後の粒子内酸化亜鉛残存率が100重量%に近い方が、酸化亜鉛の活性が抑制されていることを示す。
本発明の複合粒子は、塩酸処理後の粒子内酸化亜鉛残存率が、50重量%以上が好まし く、70重量%以上がより好ましく、80重量%以上が更に好ましく、90重量%以上が特に好ましく、水中油型(O/W)の乳化製品で安定に使用することができる。
本発明の複合粒子は、優れた紫外線遮蔽性と透明性が両立していることが好ましい。この評価の尺度としては、複合粒子をシリコーンオイルに均一分散したものを光路長50μmの石英セルに入れ、分光光度計で透過スペクトルを測定し、可視光領域である550nmの波長と、紫外線領域である350nmの波長の透過率の差分ΔTを用いることが有効である。ΔTが大きいほど優れた紫外線遮蔽性と透明性を併せ持つ性質であるといえる。シリコーンオイルと複合粒子の混合比は、シリコーンオイル100重量部に対し、複合粒子を酸化亜鉛として1重量部とする。シリコーンオイルとしては、SI−UGE(花王(株)製、アルキルグリセリルエーテル変性シリコーン)を好ましく使用することが出来る。この差分ΔTは、好ましくは30%以上、更に好ましくは40%以上、特に好ましくは50%以上である。
本発明の化粧料中、本発明に係わる複合粒子の含有量は、その化粧料の目的に応じて適宜選択することができ、特に限定されるものではないが、0.1〜50重量%、特に1〜30重量%が好ましい。
ポリオレフィン系樹脂として三井ハイワックスHW−220MP(三井化学(株)製、ポリエチレン、分子量2000、融点107℃、結晶化度65%)、酸化亜鉛としてFINEX−50S−LP2(平均一次粒径0.02μm、ポリシロキサン処理酸化亜鉛、堺化学(株)製)を、重量混合比率(HW−220MP:FINEX−50S−LP2)70:30で混合し、エクストルーダーPCM30((株)池貝製)を用いて、スクリュー回転数200rpm、シリンダー温度100℃、フィード10kg/時にて混練した。次に下記条件の造粒装置を用い、ポリエチレンと酸化亜鉛の溶融混練物を25℃気相中に噴霧冷却し、複合粒子として回収した。粗大粒子を篩でカットして得られた粒子の平均粒径は3.3μm、強熱残分により測定した複合粒子中の酸化亜鉛含有量は29重量%であった。
ノズル:4流体ノズル ストレート型(藤崎電機(株)製)
混練物温度:150℃
混練物送液量:5mL/分
アシストエア温度:500℃
アシストエア流量:50L/分
ポリオレフィン系樹脂として三井ハイワックスHW−220MP(三井化学(株)製、ポリエチレン、分子量2000、融点107℃、結晶化度65%)及び三井ハイワックスHW−100P(三井化学(株)製、ポリエチレン、分子量900、融点116℃、結晶化度90%)、酸化亜鉛としてFINEX−50S−LP2(平均一次粒径0.02μm、ポリシロキサン処理酸化亜鉛、堺化学(株)製))を、重量混合比率(HW−220M P:HW−100P:FINEX−50S−LP2)35:35:30で混合した以外は実施例1と同じ操作にて処理を行い、複合粒子を回収した。樹脂成分の結晶化度は、77.5%であり、粗大粒子を篩でカットして得られた粒子の平均粒径は3.7μm、強熱残分により測定した複合粒子中の酸化亜鉛含有量は29重量%であった。
実施例1において、ポリオレフィン系樹脂として三井ハイワックスHW−100P(三井化学(株)製、ポリエチレン、分子量900、融点116℃、結晶化度90%)を使用した以外は、同操作にて処理を行い、複合粒子を回収した。粗大粒子を篩でカットして得られた粒子の平均粒径は2.8μm、強熱残分により測定した複合粒子中の酸化亜鉛含有量は30重量%であった。
実施例1において、ポリオレフィン系樹脂としてC105(シューマン・サゾール社、ポリエチレン、分子量1300、融点100℃以上、結晶化度88%)を使用した以外は、同操作にて処理を行い、複合粒子を回収した。粗大粒子を篩でカットして得られた粒子の平均粒径は3.4μm、強熱残分により測定した複合粒子中の酸化亜鉛含有量は29重量%であった。
酸化亜鉛微粒子表面を高密度シリカ層でカプセル化した、不活性化タイプ超微粒子酸化亜鉛である、FINEX−K2−LP2(堺化学(株)製、酸化亜鉛分75%)を、本比較例の粒子として用いた。
下記方法に従い、微粒子酸化亜鉛を含有するメタクリル酸メチル・エチレングリコールジメタクリレート共重合体粒子(平均粒径10.9μm、酸化亜鉛含有量14重量%)を調製した。
次の各材料を混合し、ボールミルを用いて10時間分散処理を行い、微粒子酸化亜鉛の分散液を得た。
微粒子酸化亜鉛 25部
(FINEX−75、堺化学(株)製 平均粒径0.02μm)
メタクリル酸メチル(樹脂モノマー) 69部
スルホコハク酸ジアルキルナトリウム 6部
(ペレックスOT−P、花王(株)製、分散剤)
以下に示す樹脂モノマー相と水相とを混合し、これをホモミキサー内で8000rpmで5分間攪拌し、モノマー滴が約5μmになるように調整した。次に、この分散体を攪拌機及び温度計を備えた反応装置に移し、55℃に昇温して重合を開始させた。更に、5時間、この温度で重合させたのち、室温まで冷却し、吸引濾過にて得られた樹脂粒子を分離した。適量の温水で洗浄し、次にメタノールで洗浄した後、55℃にて10時間乾燥させて、樹脂粒子を作製した。
(1)の微粒子酸化亜鉛の分散液 48部
メタクリル酸メチル(樹脂モノマー) 52部
エチレングリコールジメタクリレート 20部
(NK ESTER 1G、新中村化学工業(株)製、架橋剤)
2,2−アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル(重合開始剤) 0.2部
<水相>
イオン交換水 500部
ポリビニルアルコール 10部
(EG−30、日本合成化学工業(株)製、ケン化度87 %)。
0.5mol/L塩酸水溶液25mLとエタノール25mLを混合し、更に実施例及び比較例で得た粒子を酸化亜鉛として1g相当量混合し、100mLのスクリュー管に入れ、振とう機(ストローク長10cm、100往復/分)にセットし、室温(25℃)で2時間振とうした。分散液を孔径0.5μmのPTFEメンブランフィルターで減圧ろ過し、更にエタノールで洗浄し、70℃熱風乾燥機にて12時間乾燥したものを塩酸処理後の粒子とした。この粒子を800℃、2時間処理して得られた強熱残分を、塩酸処理後の粒子内の酸化亜鉛量とし、塩酸処理後の粒子内酸化亜鉛残存率を以下の式(I)で算出した。結果を表1に示す。
ここで
A1:塩酸処理前の粒子中の酸化亜鉛含有量(%)
A2:塩酸処理後の粒子中の酸化亜鉛含有量(%)
精製水79.12g、アクリル酸系増粘剤(ETD2020、BFGoodrich社製)0.3g、アクリル酸系増粘剤(pemulen TR−2、日光ケミカルズ(株)製)0.2g、及びメチルパラペン0.2gを仕込み、全体が均一となるよう撹拌混合し、次いでトリエタノールアミン水溶液(有効分89%)を0.18g添加し、さらに全体が均一となるよう撹拌混合して評価用ベースジェルを調製した。
100mlカップに、酸化亜鉛0.3gを含有する重量の評価用粒子及びエタノール3.0gを混合し、超音波分散機を用いて均一に分散した。さらに評価用ベースジェル16.0gを混合し、高速インペラー分散機を使用して全体が均一となるまで撹拌し、室温(25℃)環境下で3時間保存し、これを評価ジェルとした。
実施例の粒子を配合した評価ジェルを、さらに50℃環境下で21日間保存した。保存後においても粘度が保たれており、外観上、液の分離は見られなかった。下記の式(II)に従って求めた粘度変化率を表1に示した。
ここで、
η1:評価ジェルの調製時の粘度(mPa・s)
η2:評価ジェルの保存後の粘度(mPa・s)
SI−UGE(花王(株)製、アルキルグリセリルエーテル変性シリコーン)100部に対し、実施例及び比較例で得た粒子を酸化亜鉛として1部相当量混合し、ヘラを使って均一に分散した。このものを、光路長50μmの石英セルに入れ、分光光度計(島津製作所(株)製、UV−2550)を使用して、550nmと350nmの波長における透過率の差分をΔTとして算出した。結果を表1に示す。いずれの複合粒子も良好な紫外線遮 蔽性と透明性を有しており、化粧料として良好な性能を有していることが示される。
熱可塑性樹脂として三井ハイワックスHW−220MP(三井ケミカル(株)製、ポリエチレン、分子量2000、融点107℃、結晶化度65%)、酸化亜鉛としてFINEX−50S−LP2(平均一次粒径0.02μm、ポリシロキサン処理酸化亜鉛、堺化学(株)製)を、ポリエチレン/酸化亜鉛の重量混合比70/30で混合し、エクストルーダーPCM30((株)池貝製)を用いて、スクリュー回転数200r/min.、シリンダー温度100℃、フィード10kg/時にて混練した。次に、噴霧ノズルとして、ストレート型4流体ノズル(Micro Mist Dryer MDL-050C、藤崎電機(株)製)を用い、150℃で噴霧窒素/混練物の容量比21000/1で25℃気相中に噴霧冷却し、複合粒子として回収した。得られた粒子の体積平均粒径は12.4μm、粒径5μm以下の粒子の含有率は15.8体積%であった。
実施例3において、噴霧ノズルとしてペンシル型3流体ノズル(Micro Mist Dryer MDL-050C、藤崎電機(株)製)を用いた以外は、同操作にて処理を行い、複合粒子を回収した。得られた粒子の体積平均粒径は8.4μm、粒径5μm以下の粒子の含有率は27.1体積%であった。
実施例4において、熱可塑性樹脂として三井ハイワックスHW−220MP(三井ケミカル(株)製、ポリエチレン、分子量2000、融点107℃、結晶化度65%)および三井ハイワックスHW−100P(三井ケミカル(株)製、ポリエチレン、分子量900、融点116℃、結晶化度90%)、酸化亜鉛としてFINEX−50S−LP2(平均一次粒径0.02μm、ポリシロキサン処理酸化亜鉛、堺化学(株)製)を使用し、HW−220MP/HW−100P/酸化亜鉛の重量混合比35/35/30で混合した以外は、同操作にて処理を行い、複合粒子を回収した。得られた粒子の体積平均粒径は5.4μm、粒径5μm以下の粒子の含有率は52.1体積%であった。
実施例5において、噴霧窒素/混練物の容量比を10000/1とした以外は、同操作にて処理を行い、複合粒子を回収した。得られた粒子の体積平均粒径は5.8μm、粒径5μm以下の粒子の含有率は50.2体積%であった。
2 噴霧気体の流路
3 噴霧粒子
4 ノズルエッジ
5 衝突焦点
Claims (8)
- 結晶化度80%以下の酸変性ポリエチレン樹脂と酸化亜鉛を含み、溶融分散法又は溶融噴霧冷却法で得られる複合粒子。
- 複合粒子中の酸変性ポリエチレン樹脂と酸化亜鉛の重量比が、酸変性ポリエチレン樹脂/酸化亜鉛=99/1〜30/70である請求項1記載の複合粒子。
- 体積平均粒径が0.5〜30μmである請求項1又は2記載の複合粒子。
- 酸変性ポリエチレン樹脂と酸化亜鉛を混合した後、該混合物を酸変性ポリエチレン樹脂の軟化温度(又は融点)以上の温度で冷媒中に噴霧して冷却固化する、請求項1〜3いずれかに記載の複合粒子の製法。
- 噴霧を、3流体以上のノズルを用いて行う、請求項4記載の複合粒子の製法。
- 3流体以上のノズルが、ストレート型ノズル又はペンシル型ノズルである請求項5記載の複合粒子の製法。
- 酸変性ポリエチレン樹脂と酸化亜鉛の混合物を噴霧する際の、噴霧気体/混合物の容量比が、1000/1〜100000/1である請求項4〜6いずれかに記載の複合粒子の製法。
- 請求項1〜3いずれかに記載の複合粒子を含有する化粧料。
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