JP5854175B2 - 酸化亜鉛粒子、それらの製造方法、紫外線遮蔽剤及び化粧料 - Google Patents

酸化亜鉛粒子、それらの製造方法、紫外線遮蔽剤及び化粧料 Download PDF

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Description

本発明は、ZnTiO、ZnFeで表される固溶体を少なくとも一部に含有する酸化亜鉛粒子、それらの製造方法、紫外線遮蔽剤、化粧料に関する。
太陽光に含まれる紫外線は波長別に400〜320nmのUV−A波、320〜290nmのUV−B波、290〜100nmのUV−C波に分類され、UV−A波は地上に降り注ぐ全太陽紫外線量の97%強を占めており、ガラスや雲を透過して、肌の奥の真皮まで浸透し、しわやたるみを引き起こす光老化の原因となる。
従来、紫外線対策は日焼けに強い影響を及ぼすUV−B波の対策が重視されていたが、近年、光老化についての研究が進み、UV−A波の対策にも消費者の注目が集まるようになった。
UV−A波を効率良く遮蔽する為には、有機化合物系の紫外線吸収剤や、無機化合物系の紫外線遮蔽剤を多く製品に配合する必要がある。一方、有機化合物系の紫外線吸収剤は十分に安全性が認められた素材ではあるものの、特定の紫外線吸収剤においては、化粧料への配合量が限定されているものもある。以上のことから、無機化合物系の紫外線遮蔽剤のみでUV−A波を十分に遮蔽することが求められている。
日焼け止め製品に使用される酸化亜鉛や酸化チタンに代表される無機化合物系紫外線遮蔽剤は紫外線が粉体表面で散乱する効果、紫外線が粉体粒子に吸収される効果により、その紫外線防御能が発現する。散乱効果は粒子の屈折率や粒子サイズに由来し、吸収効果は粉体粒子の持つバンドギャップエネルギー(Eg)に由来する。酸化亜鉛のEgは3.2eVであり、電子励起が直接遷移である為、実質的にEgの値に対応する388nm以下の波長の光を効率よく吸収する事ができる。一方で、化粧品用途として広く使用されているルチル型酸化チタンのEgは3.0eVであるが、酸化チタンの電子励起は間接遷移である為、実質的には本来のEgの値に対応する413nmより短波長側のおよそ320nm以下からの光の波長を効率よく吸収することになる。
また、酸化鉄(ヘマタイト)のEgは2.2eVでありその値に対応する波長は564nmである。このため、UV−A波だけでなく可視光である400−564nmの波長の光も吸収することが考えられる。
また、本発明者らは、六角柱状の酸化亜鉛粒子(特許文献1)及びその製造方法を完成させている。特許文献1に記載された酸化亜鉛粒子は、従来の酸化亜鉛粒子よりも好適な紫外線遮蔽性能を有するものであり、化粧料の紫外線遮蔽成分として使用することができる。しかしながら、より優れた紫外線遮蔽性能を付与することができれば、更に好ましいものである。
チタン酸二亜鉛微粒子からなる紫外線防御剤や、酸化亜鉛粒子中に鉄を含有させた紫外線遮蔽剤が特許文献2〜5に記載されている。しかし、これらは、六角柱状を有さない粒子形状となることから、上述した六角柱状の酸化亜鉛粒子という形状を有する粒子において得られる、各種の性能を有する酸化亜鉛粒子とすることはできない。
国際公開2012/147887号 特開昭63−265819号公報 特開平9−188517号公報 特開平5−222317号公報 特開昭62−275182号公報
本発明は、その形状に由来する好適な性能を有する六角柱状の酸化亜鉛粒子において、酸化亜鉛の電子励起の直接遷移の性質を著しく損なうことなく400nm以下の波長の紫外線の遮蔽率をより向上させUV−B波、UV−A波遮蔽率が著しく向上した酸化亜鉛粒子を提供することを目的とするものである。
本発明は、Ti元素及び/又はFe元素並びにZn元素から成る固溶体を少なくとも一部に含有し、形状が六角柱状であることを特徴とする酸化亜鉛粒子である。
上記Ti元素及び/又はFe元素並びにZn元素から成る固溶体は、基材となる酸化亜鉛粒子の表面を被覆する被膜であることが好ましい。
本発明の酸化亜鉛粒子は、ZnTiO及び/又はZnFeを含有する酸化亜鉛粒子であり、一次粒子径が0.01μm以上であることが好ましい。
上記酸化亜鉛粒子は、Ti元素及び/又はFe元素の含有量が、TiO換算及び/又はFe換算で酸化亜鉛粒子100重量%に対し、5重量%以上30重量%以下であることが好ましい。
本発明は、六角柱状である原料酸化亜鉛粒子を含む水性スラリーに、チタン塩及び/又は鉄塩の水溶液とアルカリ水溶液とをpH、温度の条件を保ちながら添加する工程(1−1)、及び、前記工程(1−1)によって得られた被覆酸化亜鉛粒子を焼成する工程(1−2)
を有することを特徴とする上述した酸化亜鉛粒子の製造方法でもある。
本発明は、原料酸化亜鉛粒子を、チタン塩及び/又は鉄塩を溶解した亜鉛塩水溶液中に添加し、加熱熟成する工程(2−1)
前記工程(2−1)によって得られる水酸化チタン及び/又は水酸化鉄含有六角柱状酸化亜鉛粒子を焼成する工程(2−2)
を有することを特徴とする上述した酸化亜鉛粒子の製造方法でもある。
本発明は、上述した製造方法によって得られた上記酸化亜鉛粒子でもある。
本発明は、上述した酸化亜鉛粒子を含有することを特徴とする紫外線遮蔽剤でもある。
本発明は、上述した酸化亜鉛粒子を含有することを特徴とする化粧料でもある。
本発明の酸化亜鉛粒子は、六角柱状の酸化亜鉛の電子励起の直接遷移の性質を損なうことなく400nm以下の波長の紫外線の遮蔽率をより向上させたものであり、これによってUV−B波、UV−A波に対する紫外線遮蔽率が著しく向上したものである。
図1は、実施例1のZnTiO被覆酸化亜鉛粒子の透過型電子顕微鏡写真を示す図である。 図2は、実施例1のZnTiO被覆酸化亜鉛粒子のX線回折のスペクトルを示す図である。 図3は、実施例2のZnFe被覆酸化亜鉛粒子の透過型電子顕微鏡写真を示す図である。 図4は、実施例2のZnFe被覆酸化亜鉛粒子のX線回折のスペクトルを示す図である。 図5は、実施例3のZnFe含有酸化亜鉛粒子の透過型電子顕微鏡写真を示す図である。 図6は、実施例3のZnFe含有酸化亜鉛粒子のX線回折のスペクトルを示す図である。 図7は、比較例1の母体となる六角柱状酸化亜鉛粒子の透過型電子顕微鏡写真を示す図である。 図8は、比較例2の母体となる不定形酸化亜鉛粒子の透過型電子顕微鏡写真を示す図である。 図9は、比較例3のZnTiO被覆酸化亜鉛粒子の透過型電子顕微鏡写真を示す図である。 図10は、比較例3のZnTiO被覆酸化亜鉛粒子のX線回折のスペクトルを示す図である。 図11は、比較例4のZnFe被覆酸化亜鉛粒子の透過型電子顕微鏡写真を示す図である。 図12は、比較例4のZnFe被覆酸化亜鉛粒子のX線回折のスペクトルを示す図である。 図13は、比較例5のZnFe粒子の透過型電子顕微鏡写真を示す図である。 図14は、比較例5のZnFe粒子のX線回折のスペクトルを示す図である。 図15は、比較例7のFe粒子の透過型電子顕微鏡写真を示す図である。 図16は、比較例7のFe粒子のX線回折のスペクトルを示す図である。 図17は、実施例2のZnFe被覆酸化亜鉛粒子を含有する塗膜の紫外線遮蔽率、比較例1の酸化亜鉛粒子を含有する塗膜の紫外線遮蔽率、及び比較例6の酸化亜鉛粒子とZnFe粒子との混合物を含有する塗膜の紫外線遮蔽率を比較した波長300〜400nmの紫外線波長領域における全光線透過率曲線を示した図である。 図18は、実施例2のZnFe被覆酸化亜鉛粒子を含有する塗膜の紫外線遮蔽率、比較例1の酸化亜鉛粒子を含有する塗膜の紫外線遮蔽率、比較例5のZnFe粒子を含有する塗膜の紫外線遮蔽率、及び比較例7のFe粒子を含有する塗膜の紫外線遮蔽率を比較した波長300〜800nmの紫外線波長領域〜可視光領域における全光線透過率曲線を示した図である。 図19は、実施例及び比較例の酸化亜鉛粒子の一次粒子径の計測方法を図示する模式図である。 図20は、六角柱状酸化亜鉛粒子のアスペクト比の計測方法を図示する模式図である。 図21は、不定形の酸化亜鉛粒子のアスペクト比の計測方法を図示する模式図である。 図22は、紫外線遮蔽率1(%)、紫外線遮蔽率2(%)についての説明図である。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、Ti元素及び/又はFe元素並びにZn元素から成る固溶体を少なくとも一部に含有し、形状が六角柱状である酸化亜鉛粒子である。すなわち、特許文献1に記載したような特徴を有する優れた性能を有する酸化亜鉛粒子において、Ti元素及び/又はFe元素並びにZn元素から成る固溶体を少なくとも一部に含有するものとすることで、紫外線の吸収特性を変化させ、更に、紫外線遮蔽能を向上させた酸化亜鉛粒子を得るものである。
本発明の固溶体を被覆又は含有する酸化亜鉛粒子は、酸化亜鉛の電子励起の直接遷移の性質と、ZnTiO、又はZnFeの紫外線遮蔽性能とを併せ持つ、従来にはない酸化亜鉛粒子である。
(Ti元素及び/又はFe元素並びにZn元素から成る固溶体)
本発明の酸化亜鉛粒子は、Ti元素及び/又はFe元素並びにZn元素から成る固溶体を少なくとも一部に含有する。すなわち、一部にZnTiO及び/又はZnFeを有するものであり、これらの化合物による被覆を酸化亜鉛粒子表面に形成したものであってもよいし、酸化亜鉛粒子内に部分的にZnTiO及び/又はZnFeからなる部分を存在させたものであってもよい。酸化亜鉛粒子表面をZnTiO及び/又はZnFeによって被覆したものが、可視光透過率が高くなるため、化粧品に配合した際により透明性が高い等の観点からみてより好ましい。
本発明の酸化亜鉛粒子は、上記Ti元素、Fe元素の両方を含有する状態としてもよい。
また、Ti元素及び/又はFe元素の含有量は、酸化亜鉛粒子100重量%に対し、TiO換算及び/又はFe換算で5重量%以上30重量%以下が好ましく、7重量%以上25重量%以下がより好ましい。5重量%未満であると、上述した波長400nm以下の紫外線の吸収能向上が充分に得られない点で好ましくない。30重量%を超えると、酸化亜鉛粒子の持つ電子励起の直接遷移の性質が失われるという点で好ましくない。上記酸化亜鉛粒子に対するTiO換算及び/又はFe換算の含有量は、蛍光X線分析装置ZSX PrimusII(リガク社製)により測定した値であり、適用したソフトウェアはEZスキャン(SQX)である。
本発明においては、Ti元素及び/又はFe元素はZn元素との固溶体を形成するものである。より好ましくは、ZnTiO、又はZnFeの一般式で表される状態で酸化亜鉛粒子中又は表面に存在することが好ましい。
このようなZnTiO及び/又はZnFeが形成されていることは、X線回折によって確認することができる。実施例においても詳述したように、本発明の酸化亜鉛粒子について、X線回折の測定を行ったところ、ZnO並びにZnTiO及び/又はZnFeの回折スペクトルを観察することができ、これによって、上述した固溶体の状態でTi元素及び/又はFe元素が存在することが確認できる。X線回折は銅管球をもつX線回折装置UltimaIII(リガク社製)により測定した。
本発明の酸化亜鉛粒子は、母体となる六角柱状の原料酸化亜鉛粒子に対して、被覆によってZnTiO、ZnFeで表される固溶体を形成した場合、母体となる原料酸化亜鉛粒子より紫外線遮蔽率が高いものであることが好ましい。紫外線には、UV−A波とUV−B波とがあるが、そのいずれか又は両方において、母体となる原料酸化亜鉛粒子よりも紫外線遮蔽率が高いことが好ましい。具体的には、後述する(被覆酸化亜鉛粒子の紫外線遮蔽率(%))/(被覆酸化亜鉛粒子の母体となる原料酸化亜鉛粒子の紫外線遮蔽率(%))の比の値が1.1以上になることが好ましい。
本明細書において紫外線遮蔽率は、実施例に記載した方法で作成した塗膜について測定した全光線透過率を元に算出した値である。
(全光線透過率1、全光線透過率2)
本明細書において、実施例で詳述した全光線透過率1(%)、全光線透過率2(%)は、作成した塗膜を分光光度計V−570(日本分光社製)で測定した値である。なお、全光線透過率1(%)の値は波長300nmにおける全光線透過率の値、全光線透過率2(%)の値は波長360nmにおける全光線透過率の値である。全光線透過率1(%)の値が小さい程、UV−Bの波長の紫外線に対する紫外線遮蔽効果が高いことを意味し、全光線透過率2(%)の値が小さい程、UV−Aの波長の紫外線に対する紫外線遮蔽効果が高いことを意味する。
(紫外線遮蔽率1、紫外線遮蔽率2)
本明細書において紫外線遮蔽率を上記の全光線透過率を元に以下の式により算出した。
紫外線遮蔽率1(%)=100%−全光線透過率1(%)
紫外線遮蔽率2(%)=100%−全光線透過率2(%)
つまり、紫外線遮蔽率1(%)の値は波長300nmにおける紫外線に対する遮蔽率を意味し、この値が大きい程UV−B波に対する紫外線遮蔽性が高いことを意味する。
また、紫外線遮蔽率2(%)の値は波長360nmにおける紫外線に対する遮蔽率を意味し、この値が大きい程UV−A波に対する紫外線遮蔽性が高いことを意味する。
全光線透過率1(%)、全光線透過率2(%)、紫外線遮蔽率1(%)、紫外線遮蔽率2(%)については、各々の関係性についてより理解し易くするため、説明図を図22に添付した。
((被覆酸化亜鉛粒子を含有する塗膜の紫外線遮蔽率1(%))/(被覆酸化亜鉛粒子の母体となる原料酸化亜鉛粒子を含有する塗膜の紫外線遮蔽率1(%))の比)
本発明の酸化亜鉛粒子は本明細書において、被覆によってZnTiO、ZnFeで表される固溶体を形成した場合、UV−B波における((被覆酸化亜鉛粒子を含有する塗膜の紫外線遮蔽率1(%))/(被覆酸化亜鉛粒子の母体となる原料酸化亜鉛粒子を含有する塗膜の紫外線遮蔽率1(%))の比)が1.1以上となることが好ましい。
((被覆酸化亜鉛粒子を含有する塗膜の紫外線遮蔽率2(%))/(被覆酸化亜鉛粒子の母体となる原料酸化亜鉛粒子を含有する塗膜の紫外線遮蔽率2(%))の比)
本発明の酸化亜鉛粒子は本明細書において、被覆によってZnTiO、ZnFeで表される固溶体を形成した場合、UV−A波における((被覆酸化亜鉛粒子を含有する塗膜の紫外線遮蔽率2(%))/(被覆酸化亜鉛粒子の母体となる原料酸化亜鉛粒子を含有する塗膜の紫外線遮蔽率2(%))の比)が1.1以上となることが好ましい。
(酸化亜鉛粒子の形状)
本発明の酸化亜鉛粒子は、六角柱状の形状を有するものである。六角柱状の酸化亜鉛粒子は、特許文献1においても記載したとおり、優れた紫外線遮蔽性能を有し、かつ化粧料素材として優れた透明性を持ち合わせている。本発明の酸化亜鉛粒子は、このような六角柱状酸化亜鉛粒子において、400nm以下の領域における紫外線吸収能をより優れたものとするものである。
上記六角柱状の形状を有する酸化亜鉛粒子は、特に限定されるものではないが、以下に詳述するようなものであることが好ましい。
(六角柱状酸化亜鉛粒子)
六角柱状である本発明の酸化亜鉛粒子は、一次粒子径が0.01μm以上であることが好ましい。このような六角柱状酸化亜鉛粒子は、高い紫外線遮蔽性と透明性を併せ持つ粒子とすることができる。酸化亜鉛粒子の一次粒子径を適宜コントロールすることにより、紫外線遮蔽性、可視光透明性などの様々な性能を選択的に付与することができる。上記一次粒子径は、0.02μm以上であることがより好ましく、0.03μm以上であることが更に好ましい。
上記一次粒子径の上限は特に限定されるものではないが、例えば、100μm以下であることが好ましく、50μm以下であることがより好ましく、25μm以下であることが更に好ましい。
本明細書における一次粒子径は、透過型電子顕微鏡JEM−2100(日本電子社製)写真の2000〜50000倍の視野での定方向径(粒子を挟む一定方向の二本の平行線の間隔;画像上のどのような形状の粒子についても、一定方向で測定した)で定義される粒子径(μm)であって、TEM写真内の一次粒子250個の定方向径を計測し、その累積分布の平均値を求めたものである。上記一次粒子径の測定方法については、図19を添付した。
更に、上記六角柱状形状を有する本発明の酸化亜鉛粒子は、アスペクト比が2.5未満であることが好ましい。すなわち、六角柱状の酸化亜鉛粒子であり、このようなアスペクト比の小さい六角柱状の酸化亜鉛粒子を、特に化粧料に使用した場合に、透明性及び紫外線遮蔽性に優れたものとすることができる。
六角柱状である本発明の酸化亜鉛粒子のアスペクト比は、以下の方法により求められる。六角柱状酸化亜鉛粒子のアスペクト比については、透過型電子顕微鏡JEM−2100(日本電子社製)写真の2000〜50000倍の視野において、六角柱状酸化亜鉛粒子の側面が正面を向いている粒子(長方形や正方形の形状として観察される粒子)について、長径と短径を計測し、長径と短径の長さの比;長径/短径を求める。そのようにしてTEM写真内の六角柱状酸化亜鉛粒子250個について長径/短径を計測し、その累積分布の平均値をアスペクト比として求めたものである。なお、六角形状面が正面を向いている六角柱状酸化亜鉛粒子については、その厚みを確認することが困難であるため、計測の対象から除外した。六角柱状酸化亜鉛粒子のアスペクト比の計測方法について図20に示した。
なお、本明細書の比較例における粒子形状が不定形の酸化亜鉛粒子のアスペクト比については、透過型電子顕微鏡JEM−2100(日本電子社製)写真の2000〜50000倍の視野において、不定形の粒子250個について粒子の長径と、長径の中心を通る短径を計測し、長径と短径の長さの比;長径/短径を求め、その累積分布の平均値をアスペクト比として求めたものである。不定形の粒子のアスペクト比の計測方法について図21に示した。
(製造方法)
本発明の酸化亜鉛粒子は、製造方法を特に限定されるものではないが、例えば、特許文献1に記載された方法によって得られた原料酸化亜鉛粒子に対してFe、Tiを含有する化合物によって処理を施す方法、特許文献1に記載された六角柱状酸化亜鉛粒子の製造方法において、鉄イオン、チタンイオンの存在下で反応を行う方法等を挙げることができる。
より具体的には、六角柱状である原料酸化亜鉛粒子を含む水性スラリーに、チタン塩及び/又は鉄塩の水溶液とアルカリ水溶液とをpH、温度の条件を保ちながら添加する工程(1−1)、及び、前記工程(1−1)によって得られた被覆酸化亜鉛粒子を焼成する工程(1−2)を有することを特徴とする製造方法(製造方法1)、
酸化亜鉛粒子を、チタン塩及び/又は鉄塩を溶解した亜鉛塩水溶液中に添加し、加熱熟成する工程(2−1)、及び、前記工程(2−1)によって得られた水酸化物含有六角柱状酸化亜鉛粒子を焼成する工程(2−2)を有することを特徴とする製造方法(製造方法2);
のいずれかであることが特に好ましい。
以下、これらの製造方法について、詳述する。
(製造方法1)
上記製造方法は、六角柱状である原料酸化亜鉛粒子を液体媒体に添加して水性スラリーとし、その水性スラリー中で、チタン塩及び/又は鉄塩を原料酸化亜鉛粒子の表面に析出させることによって表面被覆を形成させ、これを焼成して被覆を形成する製造方法である。このような製造方法によって得られた被覆酸化亜鉛粒子について、X線回折による分析を行ったところ、酸化チタン、酸化鉄による被覆ではなく、Ti元素及び/又はFe元素並びにZn元素から成る固溶体による被覆が形成されていることが明らかとなった。
当該工程において使用される原料酸化亜鉛粒子としての六角柱状酸化亜鉛粒子は、特許文献1に記載された製造方法によって得られたものを好適に使用することができる。
特許文献1に記載された酸化亜鉛粒子の製造方法は、スラリー中の反応であるが、この反応を行った後、そのまま本発明の製造方法に供するものであってもよいし、濾過・水洗・乾燥・焼成等の工程を行った後、再度、水性媒体中に分散させることによって水性スラリーとしてもよい。
上記スラリーにおいて、上記六角柱状である原料酸化亜鉛粒子は、10〜500g/lの濃度とすることが好ましい。
スラリーを構成する液体媒体は、水又は水と水溶性有機溶媒の混合液体であることが好ましく、水であることが最も好ましい。水と水溶性有機溶媒の混合液体を使用する場合は、水溶性有機溶媒として、メタノール、エタノール等の低級アルコール;アセトン等の水と任意の割合で混合させることができる溶媒を使用することができ、水溶性有機溶媒の使用量は、混合溶媒全量に対して1〜30重量%であることが好ましい。
スラリーの調製に際しては、必要に応じて分散剤を使用するものであってもよい。
上記チタン塩としては、特に限定されず、例えば、硫酸チタン、チタンテトライソプロボキシドのようなチタンテトラアルコキシド、四塩化チタン等を挙げることができる。
上記鉄塩としては、特に限定されず、例えば、酢酸第一鉄、三酢酸鉄、塩化第一鉄、塩化第二鉄、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、硝酸第一鉄、硝酸第二鉄等を挙げることができる。
上記チタン塩及び/又は鉄塩の水溶液は、チタン塩及び/又は鉄塩の濃度で、50〜300g/lであることが好ましい。上記範囲内の水溶液を使用することによって、生産性を低下させることなく、かつ母体となる原料酸化亜鉛粒子表面に均一に被覆層を形成させることができるという点で好ましいものである。
上記チタン塩及び/又は鉄塩の水溶液は、チタン塩及び/又は鉄塩と水以外の成分を必要とするものではないが、本発明の効果を損なわない範囲でその他の成分を配合することを妨げるものではない。
上記アルカリ水溶液中のアルカリ性化合物としては特に限定されず、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア等を使用することができる。上記アルカリ水溶液の濃度は特に限定されないが、例えば、5〜30重量%とすることができる。
上述した工程(1−1)においては、pH及び温度の条件を保ちながら、チタン塩及び/又は鉄塩の水溶液とアルカリ水溶液とを添加する。これによって、均一にチタン及び/又は鉄が析出することによって、好適に目的を達成することができる。
上記pHと温度の条件としては、pHを9±3で温度10℃以上90℃以下の条件を維持しながら、上記チタン塩及び/又は鉄塩の水溶液と上記アルカリ水溶液とを添加することが好ましい。反応時間は特に限定されず、例えば、10〜360分で行うことができる。
上記チタン塩及び/又は鉄塩の水溶液と上記アルカリ水溶液の添加は、各々の水溶液を添加対象となる上記スラリーの液面の異なる位置に同時に添加する方法が好ましい。同時に添加することによって、母体となる酸化亜鉛粒子の表面に、形状・粒子径が均一な水酸化チタン粒子及び/又は形状・粒子径が均一な水酸化鉄粒子の被覆を形成させることができる。
このような添加の方法としては特に限定されず、例えば、ポンプによって一定量を連続的に添加する方法等を挙げることができる。上記水溶液の添加量は、目的とする酸化亜鉛粒子中のチタン、鉄の量に応じた量とすることが好ましい。上記スラリーに上記チタン塩及び/又は鉄塩の水溶液とアルカリ水溶液とを同時に添加する際は、上記スラリーは撹拌しておくことが好ましい。これによって、酸化亜鉛粒子表面に均一な水酸化チタン粒子及び/又は水酸化鉄粒子の層を形成させることができる。上記スラリーの撹拌は、撹拌機等を用いた通常の撹拌方法で行うことができる。
上記工程(1−1)を行ったスラリーに対して、その後、濾過を行い、必要に応じて水洗、乾燥を行うことで、水酸化物被覆酸化亜鉛粒子を得ることができる。このようにして得られた水酸化物被覆酸化亜鉛粒子に対して工程(1−2)において焼成を行う。これによって、Ti元素及び/又はFe元素並びにZn元素から成る固溶体が形成される。
上記工程(1−2)において、焼成温度は400〜900℃であることが好ましい。500℃以上であれば結晶性が高く、紫外線遮蔽効果が高くなる点で好ましい。工程(1−2)における焼成雰囲気は特に限定されず、大気、酸素、窒素、二酸化炭素、水素、アルゴン、メタンなどが挙げられる。焼成時間は、焼成温度にもよるが、1〜50時間であることが好ましい。
(製造方法2)
上記製造方法2は、チタン塩及び/又は鉄塩を溶解した亜鉛塩水溶液中で、原料酸化亜鉛粒子を加熱熟成する工程(2−1)を有する。
上記工程(2−1)において、使用することができるチタン塩、鉄塩としては上述したものをそれぞれ挙げることができる。
亜鉛塩としては特に限定されず、硫酸亜鉛、硝酸亜鉛、酢酸亜鉛、塩化亜鉛、蟻酸亜鉛等を挙げることができる。
上記亜鉛塩水溶液における亜鉛塩の濃度は、0.005〜4.0mol/lであることが好ましい。上記亜鉛塩水溶液におけるチタン塩及び/又は鉄塩の濃度は、50〜300g/lであることが好ましい。
上記亜鉛塩水溶液を構成する液体媒体は、水又は水と水溶性有機溶媒の混合液体であることが好ましく、水であることが最も好ましい。水と水溶性有機溶媒の混合液体を使用する場合は、水溶性有機溶媒として、メタノール、エタノール等の低級アルコール;アセトン等の水と任意の割合で混合させることができる溶媒を使用することができ、水溶性有機溶媒の使用量は、混合溶媒全量に対して1〜30重量%であることが好ましい。
スラリーの調製に際しては、必要に応じて分散剤を使用するものであってもよい。
製造方法2における原料酸化亜鉛粒子としては、任意の形状の酸化亜鉛粒子を使用することができる。上記原料酸化亜鉛粒子を亜鉛塩水溶液中に添加し、撹拌・分散させることによりスラリー状にし、当該スラリー中での反応を行うことができる。
上記原料酸化亜鉛粒子は、スラリー全量に対して10〜500g/lの濃度とすることが好ましい。反応温度は、10〜110℃であることが好ましく、反応時間は0.5〜24時間であることが好ましい。上記工程(2−1)を行うスラリーのpHは5.5〜13.5であることが好ましい。
上記工程(2−1)を行ったスラリーに対して、その後、濾過を行い、必要に応じて水洗、乾燥を行うことで、水酸化物含有酸化亜鉛粒子を得ることができる。このようにして得られた水酸化物含有酸化亜鉛粒子に対して工程(2−2)において焼成を行う。これによって、Ti元素及び/又はFe元素並びにZn元素から成る固溶体が形成される。
上記工程(2−2)において、焼成温度は400〜900℃であることが好ましい。500℃以上であれば結晶性が高く、紫外線遮蔽効果が高くなる点で好ましい。工程(2−2)における焼成雰囲気は特に限定されず、大気、酸素、窒素、二酸化炭素、水素、アルゴン、メタンなどが挙げられる。焼成時間は、焼成温度にもよるが、1〜5時間であることが好ましい。
(表面処理)
本発明の酸化亜鉛粒子は、更に表面処理を施したものであってもよい。上記表面処理としては特に限定されず、ケイ素酸化物、ケイ素酸化物の水和物、アルミニウムの酸化物及びアルミニウムの水酸化物からなる群から選択される少なくとも1種の化合物による皮膜を形成させる表面処理、撥水性有機化合物による表面処理、シランカップリング剤、チタンカップリング剤等のカップリング剤による表面処理等を挙げることができる。これらの2種以上の表面処理を組み合わせて行うものであってもよい。
上記ケイ素酸化物、ケイ素酸化物の水和物、アルミニウムの酸化物及びアルミニウムの水酸化物からなる群から選択される少なくとも1種の化合物による皮膜の形成は、Si源化合物及び/又はAl源化合物を、加水分解や加熱分解などにより粉体表面に析出させる等の方法で行うことができる。上記Si源化合物及び/又はAl源化合物としては、テトラアルコキシシランやその加水分解縮合物、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、アルミニウムアルコキシドやその加水分解縮合物、アルミン酸ナトリウム等、容易にSiOやAl(OH)、Alに変換する化合物等を使用することができる。
上記加水分解としては特に限定されないが、硫酸、塩酸、酢酸、硝酸などの酸を使用した方法が挙げられる。この水分散体を用いたシリカの処理方法における中和方法は、分散体に酸を入れてからSi源化合物及び/又はAl源化合物を添加する方法、分散体にSi源化合物及び/又はAl源化合物を入れてから酸を添加する方法、分散体にSi源化合物及び/又はAl源化合物と酸を同時に添加する方法のいずれでも良い。
上記撥水性有機化合物による処理としては、特に限定されるものではないが、例えば、シリコーンオイル、アルキルシラン、アルキルチタネート、アルキルアルミネート、ポリオレフィン、ポリエステル、金属石鹸、アミノ酸、アミノ酸塩などが挙げられる。なかでも、化学的な安定性からシリコーンオイルが好ましい。このシリコーンオイルの具体例としては、ジメチルポリシロキサン(例えば、信越化学工業製KF−96A−100cs、旭化成ワッカーシリコーン製DM10)、メチルハイドロジェンポリシロキサン(例えば、信越化学工業製KF−99P、東レ・ダウコーニング製SH1107C)、(ジメチコン/メチコン)コポリマー(例えば、信越化学工業製KF−9901)、メチルフェニルシリコーン(例えば、信越化学工業製KF−50−100cs)、アミノ変性シリコーン(例えば、信越化学工業製KF−8015、東レ・ダウコーニング製JP−8500 Conditioning Agent、旭化成ワッカーシリコーン製ADM6060)、トリエトキシシリルエチルポリジメチルシロキシエチルジメチコン(例えば、信越化学工業製KF−9908)、トリエトキシシリルエチルポリジメチルシロキシエチルヘキシルジメチコン(例えば、信越化学工業製KF−9909)による処理等を挙げることができる。
上記シランカップリング剤による処理としては、ビニルトリス(2−メトキシエトキシ)シラン、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、2−(3,4エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、p−スチリルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノトリエトキシシラン、3−トリエトキシシリル−N−(1tr,3−ジメチル−ブチリデン)プロピルアミン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(ビニルベンジル)−2−アミノエチル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン塩酸塩、3−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、ビス(トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、ヘキシルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシランを挙げることができる。
上記チタンカップリング剤による処理としては、テトライソプロピルチタネート、テトラノルマルブチルチタネート、ブチルチタネートダイマー、テトラ(2−エチルヘキシル)チタネート、テトラメチルチタネート、チタンアセチルアセトネート、チタンテトラアセチルアセトネート、チタンエチルアセトアセテート、チタンオクタンジオレート、チタンラクテート、チタントリエタノールアミネート、ポリヒドロキシチタンステアレートを挙げることができる。
上記表面処理を行う場合は、表面処理は、処理後の粉体の全量に対して1〜10重量%となる割合で行うことが好ましい。当該範囲内のものとすることで、滑り性が向上し、かつ耐湿性が向上し、樹脂への分散性が向上するという点で好ましい。
(用途)
本発明の酸化亜鉛粒子は、その他の成分と混合して、化粧料、インキ、塗料、プラスチック等に配合することもできる。特に、上述の特性を有しているため、安定性及び紫外線遮蔽効果に優れた化粧料を得ることができる点で好ましいものである。
(化粧料分野での使用)
上記化粧料としては特に限定されず、このような複合粉体に、必要に応じて化粧品原料を混合することによって、サンスクリーン剤等の紫外線防御用化粧料;ファンデーション等のベースメイク化粧料;口紅等のポイントメイク化粧料等を得ることができる。また、紫外線遮蔽能という特徴を有するものであることから、化粧品に使用した場合に優れた性能を有するものである。
上記化粧料は、油性化粧料、水性化粧料、O/W型化粧料、W/O型化粧料の任意の形態とすることができる。
上記化粧料は、化粧品分野において使用することができる任意の水性成分、油性成分を併用するものであってもよい。上記水性成分及び油性成分としては特に限定されず、例えば、油剤、界面活性剤、保湿剤、高級アルコール、金属イオン封鎖剤、天然及び合成高分子、水溶性及び油溶性高分子、紫外線遮蔽剤、各種抽出液、有機染料等の色剤、防腐剤、酸化防止剤、色素、増粘剤、pH調整剤、香料、冷感剤、制汗剤、殺菌剤、皮膚賦活剤、各種粉体等の成分を含有するものであってもよい。
上記油剤は特に限定はないが、例えば、天然動植物油脂(例えば、オリーブ油、ミンク油、ヒマシ油、パーム油、牛脂、月見草油、ヤシ油、ヒマシ油、カカオ油、マカデミアナッツ油等);蝋(例えば、ホホバ油、ミツロウ、ラノリン、カルナウバロウ、キャンデリラロウ等);高級アルコール(例えば、ラウリルアルコール、ステアリルアルコール、セチルアルコール、オレイルアルコール等);高級脂肪酸(例えば、ラウリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、ベヘニン酸、ラノリン脂肪酸等;高級脂肪族炭化水素例えば、流動パラフィン、固形パラフィン、スクワラン、ワセリン、セレシン、マイクロクリスタリンワックス等);合成エステル油(例えば、ブチルステアレート、ヘキシルラウレート、ジイソプロピルアジペート、ジイソプロピルセバケート、ミリスチン酸オクチルドデシル、イソプロピルミリステート、イソプロピルパルミテートイソプロピルミリステート、セチルイソオクタノエート、ジカプリン酸ネオペンチルグリコール);シリコーン誘導体(例えば、メチルシリコーン、メチルフェニルシリコーン等のシリコーン油)などが例示できる。さらに、油溶性のビタミン、防腐剤、美白剤などを配合することもできる。
上記界面活性剤としては、親油性非イオン界面活性剤、親水性非イオン界面活性剤等を挙げることができる。上記親油性非イオン界面活性剤としては特に限定されず、例えば、ソルビタンモノオレエート、ソルビタンモノイソステアレート、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンセスキオレエート、ソルビタントリオレエート、ペンタ−2−エチルヘキシル酸ジグリセロールソルビタン、テトラ−2−エチルヘキシル酸ジグリセロールソルビタン等のソルビタン脂肪酸エステル類、モノ綿実油脂肪酸グリセリン、モノエルカ酸グリセリン、セスキオレイン酸グリセリン、モノステアリン酸グリセリン、α,α’−オレイン酸ピログルタミン酸グリセリン、モノステアリン酸グリセリンリンゴ酸等のグリセリンポリグリセリン脂肪酸類、モノステアリン酸プロピレングリコール等のプロピレングリコール脂肪酸エステル類、硬化ヒマシ油誘導体、グリセリンアルキルエーテル等を挙げることができる。
親水性非イオン界面活性剤としては特に限定されず、例えば、POEソルビタンモノオレエート、POEソルビタンモノステアレート、POEソルビタンテトラオレエート等のPOEソルビタン脂肪酸エステル類、POEソルビットモノラウレート、POEソルビットモノオレエート、POEソルビットペンタオレエート、POEソルビットモノステアレート等のPOEソルビット脂肪酸エステル類、POEグリセリンモノステアレート、POEグリセリンモノイソステアレート、POEグリセリントリイソステアレート等のPOEグリセリン脂肪酸エステル類、POEモノオレエート、POEジステアレート、POEモノジオレエート、システアリン酸エチレングリコール等のPOE脂肪酸エステル類、POEラウリルエーテル、POEオレイルエーテル、POEステアリルエーテル、POEベヘニルエーテル、POE2−オクチルドデシルエーテル、POEコレスタノールエーテル等のPOEアルキルエーテル類、POEオクチルフェニルエーテル、POEノニルフェニルエーテル、POEジノニルフェニルエーテル等のPOEアルキルフェニルエーテル類、ブルロニック等のプルアロニック型類、POE・POPセチルエーテル、POE・POP2−デシルテトラデシルエーテル、POE・POPモノブチルエーテル、POE・POP水添ラノリン、POE・POPグリセリンエーテル等のPOE・POPアルキルエーテル類、テトロニック等のテトラPOE・テトラPOPエチレンジアミン縮合物類、POEヒマシ油、POE硬化ヒマシ油、POE硬化ヒマシ油モノイソステアレート、POE硬化ヒマシ油トリイソステアレート、POE硬化ヒマシ油モノピログルタミン酸モノイソステアリン酸ジエステル、POE硬化ヒマシ油マレイン酸等のPOEヒマシ油硬化ヒマシ油誘導体、POEソルビットミツロウ等のPOEミツロウ・ラノリン誘導体、ヤシ油脂肪酸ジエタノールアミド、ラウリン酸モノエタノールアミド、脂肪酸イソプロパノールアミド等のアルカノールアミド、POEプロピレングリコール脂肪酸エステル、POEアルキルアミン、POE脂肪酸アミド、ショ糖脂肪酸エステル、POEノニルフェニルホルムアルデヒド縮合物、アルキルエトキシジメチルアミンオキシド、トリオレイルリン酸等を挙げることができる。
その他の界面活性剤としては、例えば、脂肪酸セッケン、高級アルキル硫酸エステル塩、POEラウリル硫酸トリエタノールアミン、アルキルエーテル硫酸エステル塩等のアニオン界面活性剤、アルキルトリメチルアンモニウム塩、アルキルピリジニウム塩、アルキル四級アンモニウム塩、アルキルジメチルベンジルアンモニウム塩、POEアルキルアミン、アルキルアミン塩、ポリアミン脂肪酸誘導体等のカチオン界面活性剤、及び、イミダゾリン系両性界面活性剤、ベタイン系界面活性剤等の両性界面活性剤を安定性及び皮膚刺激性に問題のない範囲で配合してもよい。
上記保湿剤としては特に限定されず、例えば、キシリトール、ソルビトール、マルチトール、コンドロイチン硫酸、ヒアルロン酸、ムコイチン硫酸、カロニン酸、アテロコラーゲン、コレステリル−12−ヒドロキシステアレート、乳酸ナトリウム、胆汁酸塩、dl−ピロリドンカルボン酸塩、短鎖可溶性コラーゲン、ジグリセリン(EO)PO付加物、イサイヨバラ抽出物、セイヨウノコギリソウ抽出物、メリロート抽出物等を挙げることができる。
上記高級アルコールとしては特に限定されず、例えば、ラウリルアルコール、セチルアルコール、ステアリルアルコール、ベヘニルアルコール、ミリスチルアルコール、オレイルアルコール、セトステアリルアルコール等の直鎖アルコール、モノステアリルグリセリンエーテル(バチルアルコール)、2−デシルテトラデシノール、ラノリンアルコール、コレステロール、フィトステロール、ヘキシルドデカノール、イソステアリルアルコール、オクチルドデカノール等の分枝鎖アルコール等を挙げることができる。
金属イオン封鎖剤としては特に限定されず、例えば、1−ヒドロキシエタン−1,1− ジフォスホン酸、1−ヒドロキシエタン−1,1−ジフォスホン酸四ナトリウム塩、クエン酸ナトリウム、ポリリン酸ナトリウム、メタリン酸ナトリウム、グルコン酸、リン酸、クエン酸、アスコルビン酸、コハク酸、エデト酸等を挙げることができる。
上記天然の水溶性高分子としては特に限定されず、例えば、アラアビアガム、トラガカントガム、ガラクタン、グアガム、キャロブガム、カラヤガム、カラギーナン、ペクチン、カンテン、クインスシード(マルメロ)、アルゲコロイド(カッソウエキス)、デンプン(コメ、トウモロコシ、バレイショ、コムギ)、グリチルリチン酸等の植物系高分子、キサンタンガム、デキストラン、サクシノグルカン、プルラン等の微生物系高分子、コラーゲン、カゼイン、アルブミン、ゼラチン等の動物系高分子を挙げることができる。
半合成の水溶性高分子としては特に限定されず、例えば、カルボキシメチルデンプン、メチルヒドロキシプロピルデンプン等のデンプン系高分子、メチルセルロース、ニトロセルロース、エチルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、セルロース硫酸ナトリウム、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウム(CMC)、結晶セルロース、セルロース末等のセルロース系高分子、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸プロピレングリコールエステル等のアルギン酸系高分子等を挙げることができる。
合成の水溶性高分子としては特に限定されず、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルピロリドン等のビニル系高分子、ポリエチレングリコール20,000、40,000、60,000等のポリオキシエチレン系高分子、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン共重合体共重合系高分子、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリエチルアクリレート、ポリアクリルアミド等のアクリル系高分子、ポリグリセリン、ポリエチレンイミン、カチオンポリマー、カルボキシビニルポリマー、アルキル変性カルボキシビニルポリマー、(アクリル酸ヒドロキシエチル/アクリロイルジメチルタウリンNa)コポリマー、(アクリル酸Na/アクリロイルジメチルタウリンNa)コポリマー、(アクリロイルジメチルタウリンアンモニウム/ビニルピロリドン)コポリマー、(アクリロイルジメチルタウリンアンモニウムメタクリル酸ベヘネス−25)クロスポリマー等を挙げることができる。
無機の水溶性高分子としては特に限定されず、例えば、ベントナイト、ケイ酸AlMg(ビーガム)、ラポナイト、ヘクトライト、無水ケイ酸等を挙げることができる。
紫外線遮蔽剤としては特に限定されず、例えば、パラアミノ安息香酸(以下PABAと略す)、PABAモノグリセリンエステル、N,N−ジプロポキシPABAエチルエステル、N,N−ジエトキシPABAエチルエステル、N,N−ジメチルPABAエチルエステル、N,N−ジメチルPABAブチルエステル等の安息香酸系紫外線遮蔽剤;ホモメンチル−N−アセチルアントラニレート等のアントラニル酸系紫外線遮蔽剤;アミルサリシレート、メンチルサリシレート、ホモメンチルサリシレート、オクチルサリシレート、フェニルサリシレート、ベンジルサリシレート、p−イソプロパノールフェニルサリシレート等のサリチル酸系紫外線遮蔽剤;オクチルシンナメート、エチル−4−イソプロピルシンナメート、メチル−2,5−ジイソプロピルシンナメート、エチル−2,4−ジイソプロピルシンナメート、メチル−2,4−ジイソプロピルシンナメート、プロピル−p−メトキシシンナメート、イソプロピル−p−メトキシシンナメート、イソアミル−p−メトキシシンナメート、2−エトキシエチル−p−メトキシシンナメート、シクロヘキシル−p−メトキシシンナメート、エチル−α−シアノ−β−フェニルシンナメート、2−エチルヘキシル−α−シアノ−β−フェニルシンナメート、グリセリルモノ−2−エチルヘキサノイル−ジパラメトキシシンナメート等のケイ皮酸系紫外線遮蔽剤;2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシ−4,4’−ジメトキシベンゾフェノン、2,2’,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシ−4’−メチルベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン−5−スルホン酸塩、4−フェニルベンゾフェノン、2−エチルヘキシル−4’−フェニル−ベンゾフェノン−2−カルボキシレート、2−ヒドロキシ−4−n−オクトキシベンゾフェノン、4−ヒドロキシ−3− カルボキシベンゾフェノン等のベンゾフェノン系紫外線遮蔽剤;3−(4’−メチルベンジリデン)−d,l−カンファー、3−ベンジリデン−d,l−カンファー、ウロカニン酸、ウロカニン酸エチルエステル、2−フェニル−5−メチルベンゾキサゾール、2,2’−ヒドロキシ−5−メチルフェニルベンゾトリアゾール、2−(2’−ヒドロキシ−5’−t−オクチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2’−ヒドロキシ−5’−メチルフェニルベンゾトリアゾール、ジベンザラジン、ジアニソイルメタン、4−メトキシ−4’−t−ブチルジベンゾイルメタン、5−(3,3−ジメチル−2−ノルボルニリデン)−3−ペンタン−2−オン等を挙げることができる。
その他薬剤成分としては特に限定されず、例えば、ビタミンA油、レチノール、パルミチン酸レチノール、イノシット、塩酸ピリドキシン、ニコチン酸ベンジル、ニコチン酸アミド、ニコチン酸DL−α−トコフェロール、アルコルビン酸リン酸マグネシウム、2−O−α−D−グルコピラノシル−L−アスコルビン酸、ビタミンD2(エルゴカシフェロール)、dl−α−トコフェロール、酢酸dl−α−トコフェロール、パントテン酸、ビオチン等のビタミン類;エストラジオール、エチニルエストラジオール等のホルモン;アルギニン、アスパラギン酸、シスチン、システイン、メチオニン、セリン、ロイシン、トリプトファン等のアミノ酸;アラントイン、アズレン等の抗炎症剤、アルブチン等の美白剤、;タンニン酸等の収斂剤;L−メントール、カンフル等の清涼剤やイオウ、塩化リゾチーム、塩化ピリドキシン等を挙げることができる。
各種の抽出液としては特に限定されず、例えば、ドクダミエキス、オウバクエキス、メリロートエキス、オドリコソウエキス、カンゾウエキス、シャクヤクエキス、サボンソウエキス、ヘチマエキス、キナエキス、ユキノシタエキス、クララエキス、コウホネエキス、ウイキョウエキス、サクラソウエキス、バラエキス、ジオウエキス、レモンエキス、シコンエキス、アロエエキス、ショウブ根エキス、ユーカリエキス、スギナエキス、セージエキス、タイムエキス、茶エキス、海藻エキス、キューカンバーエキス、チョウジエキス、キイチゴエキス、メリッサエキス、ニンジンエキス、マロニエエキス、モモエキス、桃葉エキス、クワエキス、ヤグルマギクエキス、ハマメリスエキス、プラセンタエキス、胸腺抽出物、シルク抽出液、甘草エキス等を挙げることができる。
上記各種粉体としては、ベンガラ、黄酸化鉄、黒酸化鉄、雲母チタン、酸化鉄被覆雲母チタン、酸化チタン被覆ガラスフレーク等の光輝性着色顔料、マイカ、タルク、カオリン、セリサイト、二酸化チタン、シリカ等の無機粉末やポリエチレン末、ナイロン末、架橋ポリスチレン、セルロースパウダー、シリコーン末等の有機粉末等を挙げることができる。好ましくは、官能特性向上、化粧持続性向上のため、粉末成分の一部又は全部をシリコーン類、フッ素化合物、金属石鹸、油剤、アシルグルタミン酸塩等の物質にて、公知の方法で疎水化処理して使用される。また、本発明に該当しない他の複合粉体を混合して使用するものであってもよい。
(インキ分野での使用)
本発明の酸化亜鉛粉末をインキへの添加成分として使用する場合は、酸化チタン、ベンガラ、アンチモンレッド、カドミウムイエロー、コバルトブルー、紺青、群青、カーボンブラック、黒鉛などの有色顔料、及び、炭酸カルシウム、カオリン、クレー、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、タルク等の体質顔料を挙げることができる。さらに有機顔料としては、溶性アゾ顔料、不溶性アゾ顔料、アゾレーキ顔料、縮合アゾ顔料、銅フタロシアニン顔料、縮合多環顔料等の顔料成分;シェラック樹脂、アクリル樹脂、スチレン−アクリル樹脂、スチレン−マレイン酸樹脂、スチレン−アクリル−マレイン酸樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂等のバインダー樹脂等のバインダー樹脂;水混和性有機溶剤等と併用して使用することができる。
(塗料分野での使用)
本発明の酸化亜鉛粉末を塗料組成物への添加成分として使用する場合は、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等の塗膜形成樹脂;着色顔料、体質顔料、光輝性顔料等の各種顔料;硬化触媒、表面調整剤、消泡剤、顔料分散剤、可塑剤、造膜助剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤等と併用して使用することができる。また、塗料中の樹脂は、硬化性を有するものであっても、硬化性を有さないものであってもよい。
以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
一次粒子径0.11μmの六角柱状酸化亜鉛 (XZ−100P、堺化学工業社製)30gを水144.64gに添加し、充分に撹拌することによりZnO濃度200g/lの水性スラリーを得た。続いて、スラリーを撹拌しながら40℃に昇温した後、この温度を維持しながら、5重量%のNaOH水溶液を添加することでスラリーのpHを10に調整した。前述のスラリーに対し、TiO換算濃度が45.5g/lの硫酸チタン水溶液132ml(母体ZnOに対しTiO換算で20重量部に相当する量)と、該硫酸チタン水溶液を中和する為の5重量%のNaOH水溶液とを、スラリーの温度40℃、pH10の条件を保ちながら180分間かけて同時に添加した。中和完了後、30分間熟成した後、濾過、水洗を行い、120℃で12時間乾燥することにより、母体となる一次粒子径0.11μmの六角柱状酸化亜鉛粒子表面が水酸化チタンによって被覆された水酸化チタン被覆酸化亜鉛粒子を得た。続いて、得られた水酸化チタン被覆酸化亜鉛粒子を電気炉で700℃、2時間焼成することにより、一次粒子径0.12μmのZnTiO被覆六角柱状酸化亜鉛粒子を得た。得られた粒子のサイズ・形態を透過型電子顕微鏡JEM−2100(日本電子社製)で観察した。得られた電子顕微鏡写真を図1に示した。また、得られた粒子をX線回折装置UltimaIII(リガク社製)で分析した。得られたX線回折のスペクトルを図2に示した。また、得られた粒子の物性及び塗膜の物性を表1に示した。(被覆酸化亜鉛粒子を含有する塗膜の紫外線遮蔽率1(%))/(被覆酸化亜鉛粒子の母体となる原料酸化亜鉛粒子を含有する塗膜の紫外線遮蔽率1(%))の比の値は1.2、(被覆酸化亜鉛粒子を含有する塗膜の紫外線遮蔽率2(%))/(被覆酸化亜鉛粒子の母体となる原料酸化亜鉛粒子を含有する塗膜の紫外線遮蔽率2(%))の比の値は1.2となり、得られた酸化亜鉛粒子が母体の原料酸化亜鉛粒子に対し、UV−B波、UV−A波に対する紫外線遮蔽性がともに向上していることが確認された。
(実施例2)
一次粒子径0.11μmの六角柱状酸化亜鉛 (XZ−100P、堺化学工業社製)30gを水144.64gに添加し、充分に撹拌することによりZnO濃度200g/lの水性スラリーを得た。続いて、スラリーを撹拌しながら30℃に昇温した後、この温度を維持しながら、5重量%のNaOH水溶液を添加することでスラリーのpHを10に調整した。前述のスラリーに対し、Fe換算濃度が38.8g/lの硫酸鉄(硫酸第一鉄7水塩)水溶液154ml(母体ZnOに対しFe換算で20重量部に相当する量)、該硫酸鉄水溶液を中和する為の5重量%のNaOH水溶液を、スラリーの30℃、pH10の条件を保ちながら180分間かけて同時に添加した。中和完了後、30分間熟成した後、濾過、水洗を行い、120℃で12時間乾燥することにより、母体となる一次粒子径0.11μmの六角柱状酸化亜鉛粒子表面が水酸化鉄によって被覆された水酸化鉄被覆酸化亜鉛粒子を得た。続いて、得られた水酸化鉄被覆酸化亜鉛粒子を電気炉で600℃、2時間焼成することにより、一次粒子径0.11μmのZnFe被覆六角柱状酸化亜鉛粒子を得た。得られた粒子のサイズ・形態を透過型電子顕微鏡JEM−2100(日本電子社製)で観察した。得られた電子顕微鏡写真を図3に示した。また、得られた粒子をX線回折装置UltimaIII(リガク社製)で分析した。得られたX線回折のスペクトルを図4に示した。また、得られた粒子の物性及び塗膜の物性を表1に示した。(被覆酸化亜鉛粒子を含有する塗膜の紫外線遮蔽率1(%))/(被覆酸化亜鉛粒子の母体となる原料酸化亜鉛粒子を含有する塗膜の紫外線遮蔽率1(%))の比の値は1.3、(被覆酸化亜鉛粒子を含有する塗膜の紫外線遮蔽率2(%))/(被覆酸化亜鉛粒子の母体となる原料酸化亜鉛粒子を含有する塗膜の紫外線遮蔽率2(%))の比の値は1.2となり、得られた酸化亜鉛粒子が母体の原料酸化亜鉛粒子に対し、UV−B波、UV−A波に対する紫外線遮蔽性がともに向上していることが確認された。
(実施例3)
酢酸亜鉛二水和物(細井化学工業社製 酢酸亜鉛)66.51gを水に溶解して酢酸亜鉛二水和物としての濃度が0.5mol/lとなるよう調製した酢酸亜鉛水溶液1200mlを調製した。続いて、酢酸亜鉛水溶液1200mlに対し、酢酸鉄(II)(和光純薬工業社製)9.68gを添加し、完全に溶解させた。続いて、前述の水溶液に対し、一次粒子径0.07μmである酸化亜鉛粒子(SF−15、堺化学工業社製)40gをリパルプすることでスラリーとした。続いて、そのスラリーを攪拌しながら65分間で95℃に昇温し、攪拌しながら95℃で1時間熟成した。熟成後、ろ過、水洗した。続いて、得られた固形物を水3リットルにリパルプしてスラリーとし、攪拌しながら95℃に昇温し、攪拌しながら95℃で30分間加熱洗浄した。加熱洗浄後、ろ過、水洗し、110℃で12時間乾燥することにより、水酸化鉄を含有した水酸化鉄含有六角柱状酸化亜鉛粒子を得た。続いて、得られた水酸化鉄含有酸化亜鉛粒子を電気炉で600℃、2時間焼成することにより、一次粒子径0.09μmのZnFe含有六角柱状酸化亜鉛粒子を得た。得られた粒子のサイズ・形態を透過型電子顕微鏡JEM−2100(日本電子社製)で観察した。得られた電子顕微鏡写真を図5に示した。また、得られた粒子をX線回折装置UltimaIII(リガク社製)で分析した。得られたX線回折のスペクトルを図6に示した。また、得られた粒子の物性及び塗膜の物性を表1に示した。
(実施例4)
一次粒子径0.11μmの六角柱状酸化亜鉛 (XZ−100P、堺化学工業社製)30gを水144.64gに添加し、充分に撹拌することによりZnO濃度200g/lの水性スラリーを得た。続いて、スラリーを撹拌しながら40℃に昇温した後、この温度を維持しながら、5重量%のNaOH水溶液を添加することでスラリーのpHを10に調整した。前述のスラリーに対し、TiO2換算濃度が45.5g/lの硫酸チタン水溶液66ml(母体ZnOに対しTiO換算で10重量部に相当する量)と、Fe換算濃度が38.8g/lの硫酸鉄(硫酸第一鉄7水塩)水溶液77ml(母体ZnOに対しFe換算で10重量部に相当する量)と、該硫酸チタン水溶液及び該硫酸鉄水溶液を中和する為の5重量%のNaOH水溶液とを、スラリーの温度40℃、pH10の条件を保ちながら180分間かけて同時に添加した。中和完了後、30分間熟成した後、濾過、水洗を行い、120℃で12時間乾燥することにより、母体となる一次粒子径0.11μmの六角柱状酸化亜鉛粒子表面が水酸化チタン及び水酸化鉄によって被覆された水酸化チタン及び水酸化鉄被覆酸化亜鉛粒子を得た。続いて、得られた水酸化チタン及び水酸化鉄被覆酸化亜鉛粒子を電気炉で700℃、2時間焼成することにより、一次粒子径0.12μmのZnTiOおよびZnFe被覆六角柱状酸化亜鉛粒子を得た。得られた粒子の物性及び塗膜の物性を表1に示した。(被覆酸化亜鉛粒子を含有する塗膜の紫外線遮蔽率1(%))/(被覆酸化亜鉛粒子の母体となる原料酸化亜鉛粒子を含有する塗膜の紫外線遮蔽率1(%))の比の値は1.3、(被覆酸化亜鉛粒子を含有する塗膜の紫外線遮蔽率2(%))/(被覆酸化亜鉛粒子の母体となる原料酸化亜鉛粒子を含有する塗膜の紫外線遮蔽率2(%))の比の値は1.2となり、得られた酸化亜鉛粒子が母体の原料酸化亜鉛粒子に対し、UV−B波、UV−A波に対する紫外線遮蔽性がともに向上していることが確認された。
(比較例1)
一次粒子径0.11μmの六角柱状酸化亜鉛(XZ−100P、堺化学工業社製)を比較対象の紫外線遮蔽剤とした。粒子の透過型電子顕微鏡写真を図7に示した。また、粒子の物性及び塗膜の物性を表1に示した。なお、当該粒子は実施例1、2及び4で得られた被覆酸化亜鉛粒子の母体となる原料酸化亜鉛粒子でもある。
(比較例2)
一次粒子径0.02μmの超微粒子酸化亜鉛(FINEX−50、堺化学工業社製)50gを電気炉で550℃、2時間焼成することにより、一次粒子径0.11μmの不定形の酸化亜鉛粒子を調製し、比較対象の紫外線遮蔽剤とした。粒子の透過型電子顕微鏡写真を図8に示した。また、得られた粒子の物性及び塗膜の物性を表1に示した。なお、当該粒子は比較例3及び4で得られた被覆酸化亜鉛粒子の母体となる原料酸化亜鉛粒子でもある。
(比較例3)
比較例2で得られた酸化亜鉛粒子である一次粒子径0.11μmの不定形の酸化亜鉛粒子30gを水144.64gに添加し、充分に撹拌することによりZnO濃度200g/lの水性スラリーを得た。続いて、スラリーを撹拌しながら40℃に昇温した後、この温度を維持しながら、5重量%のNaOH水溶液を添加することでスラリーのpHを10に調整した。前述のスラリーに対し、TiO2換算濃度が45.5g/lの硫酸チタン水溶液132ml(母体ZnOに対しTiO換算で20重量部に相当する量)と、該硫酸チタン水溶液を中和する為の5重量%のNaOH水溶液とを、スラリーの温度40℃、pH10の条件を保ちながら180分間かけて同時に添加した。中和完了後、30分間熟成した後、濾過、水洗を行い、120℃で12時間乾燥することにより、母体となる一次粒子径0.11μmの不定形酸化亜鉛粒子表面が水酸化チタンによって被覆された水酸化チタン被覆酸化亜鉛粒子を得た。続いて、得られた水酸化チタン被覆酸化亜鉛粒子を電気炉で700℃、2時間焼成することにより、一次粒子径が0.12μmで不定形のZnTiO被覆酸化亜鉛粒子を得た。得られた粒子のサイズ・形態を透過型電子顕微鏡JEM−2100(日本電子社製)で観察した。得られた電子顕微鏡写真を図9に示した。また、得られた粒子をX線回折装置UltimaIII(リガク社製)で分析した。得られたX線回折のスペクトルを図10に示した。また、得られた粒子の物性及び塗膜の物性を表1に示した。(被覆酸化亜鉛粒子を含有する塗膜の紫外線遮蔽率1(%))/(被覆酸化亜鉛粒子の母体となる原料酸化亜鉛粒子を含有する塗膜の紫外線遮蔽率1(%))の比の値は1.0、(被覆酸化亜鉛粒子を含有する塗膜の紫外線遮蔽率2(%))/(被覆酸化亜鉛粒子の母体となる原料酸化亜鉛粒子を含有する塗膜の紫外線遮蔽率2(%))の比の値は0.9となり、得られた酸化亜鉛粒子が母体の原料酸化亜鉛粒子に対し、UV−B波、UV−A波に対する紫外線遮蔽性がいずれも向上していないことが確認された。
(比較例4)
比較例2で得られた酸化亜鉛粒子である一次粒子径0.11μmの不定形の酸化亜鉛粒子30gを水144.64gに添加し、充分に撹拌することによりZnO濃度200g/lの水性スラリーを得た。続いて、スラリーを撹拌しながら30℃に昇温した後、この温度を維持しながら、5重量%のNaOH水溶液を添加することでスラリーのpHを10に調整した。前述のスラリーに対し、Fe換算濃度が38.8g/lの硫酸鉄(硫酸第一鉄7水塩)水溶液154ml(母体ZnOに対しFe換算で20重量部に相当する量)と、該硫酸鉄水溶液を中和する為の5重量%のNaOH水溶液とを、スラリーの温度30℃、pH10の条件を保ちながら180分間かけて同時に添加した。中和完了後、30分間熟成した後、濾過、水洗を行い、120℃で12時間乾燥することにより、母体となる一次粒子径0.11μmの不定形酸化亜鉛粒子表面が水酸化鉄によって被覆された水酸化鉄被覆酸化亜鉛粒子を得た。続いて、得られた水酸化鉄被覆酸化亜鉛粒子を電気炉で600℃、2時間焼成することにより、一次粒子径0.11μmのZnFe被覆酸化亜鉛粒子を得た。得られた粒子のサイズ・形態を透過型電子顕微鏡JEM−2100(日本電子社製)で観察した。得られた電子顕微鏡写真を図11に示した。また、得られた粒子をX線回折装置UltimaIII(リガク社製)で分析した。得られたX線回折のスペクトルを図12に示した。また、得られた粒子の物性及び塗膜の物性を表1に示した。(被覆酸化亜鉛粒子を含有する塗膜の紫外線遮蔽率1(%))/(被覆酸化亜鉛粒子の母体となる原料酸化亜鉛粒子を含有する塗膜の紫外線遮蔽率1(%))の比の値は1.0、(被覆酸化亜鉛粒子を含有する塗膜の紫外線遮蔽率2(%))/(被覆酸化亜鉛粒子の母体となる原料酸化亜鉛粒子を含有する塗膜の紫外線遮蔽率2(%))の比の値は1.0となり、得られた酸化亜鉛粒子が母体の原料酸化亜鉛粒子に対し、UV−B波、UV−A波に対する紫外線遮蔽性がいずれも向上していないことが確認された。
(比較例5)
水750gを撹拌しながら30℃に昇温した後、この温度を維持しながら、5重量%のNaOH水溶液を添加することでpHを10に調整した。前述の水に対し、Fe換算濃度が38.8g/lの硫酸鉄(硫酸第一鉄7水塩)水溶液154mlと、該硫酸鉄水溶液を中和する為の5重量%のNaOH水溶液とを、水の温度30℃、pH10の条件を保ちながら180分間かけて同時に添加した。中和完了後、30分間熟成した後、濾過、水洗することにより、微細な水酸化鉄の沈殿物を得た。続いて、得られた水酸化鉄を乾燥機中で120℃、12時間乾燥させた。続いて、該水酸化鉄と一次粒子径0.02μmの超微粒子酸化亜鉛(FINEX−50、堺化学工業社製)とを(ZnOとしてのモル数):(Feとしてのモル数)=1:2の比となるように混合し、電気炉で800℃、2時間焼成することにより、一次粒子径0.11μmのZnFe固溶体粒子を得た。得られた粒子のサイズ・形態を透過型電子顕微鏡JEM−2100(日本電子社製)で観察した。得られた電子顕微鏡写真を図13に示した。また、得られた粒子をX線回折装置UltimaIII(リガク社製)で分析した。得られたX線回折のスペクトルを図14に示した。また、得られた粒子の物性及び塗膜の物性を表1に示した。
(比較例6)
比較例1の0.11μmの六角柱状酸化亜鉛(XZ−100P、堺化学工業社製)14.04gと、比較例5により得られた一次粒子径0.11μmのZnFe固溶体粒子5.95gとを混合し、混合粉体として比較対象の紫外線遮蔽剤とした。粒子の物性及び塗膜の物性を表1に示した。
(比較例7)
水750gを撹拌しながら30℃に昇温した後、この温度を維持しながら、5重量%のNaOH水溶液を添加することでpHを10に調整した。前述の水に対し、Fe換算濃度が38.8g/lの硫酸鉄(硫酸第一鉄7水塩)水溶液154mlと、該硫酸鉄水溶液を中和する為の5重量%のNaOH水溶液とを、水の温度30℃、pH10の条件を保ちながら180分間かけて同時に添加した。中和完了後、30分間熟成した後、濾過、水洗することにより、微細な水酸化鉄の沈殿物を得た。続いて、得られた水酸化鉄を乾燥機中で120℃、12時間乾燥させた。続いて、該水酸化鉄を電気炉で725℃、2時間焼成することにより、一次粒子径0.11μmのFe粒子を得た。得られた粒子のサイズ・形態を透過型電子顕微鏡JEM−2100(日本電子社製)で観察した。得られた電子顕微鏡写真を図15に示した。また、得られた粒子をX線回折装置UltimaIII(リガク社製)で分析した。得られたX線回折のスペクトルを図16に示した。また、得られた粒子の物性及び塗膜の物性を表1に示した。
(評価方法)
(得られた粒子の組成)
図2、4、6、10、12、14、16に示すX線回折のスペクトル、及び表1における得られた粒子の組成は、銅管球をもつX線回折装置UltimaIII(リガク社製)により分析した結果を示したものである。
(紫外線遮蔽率の測定方法)
(塗膜の作成)
実施例又は比較例の粒子2g、ワニス10g(アクリディック A−801−P DIC社製)、酢酸ブチル5g(試薬特級 和光純薬工業社製)、キシレン5g(純正特級 純正化学社製)、ガラスビーズ38g(1.5mm ポッターズ・バロティーニ社製)を容積75mlのマヨネーズ瓶に入れ、良くかき混ぜた後、ペイントコンディショナー5410型(RED DEVIL社製)に固定し、90分間振動を与えて分散処理することにより塗料を作成した。次に、作成した塗料をスライドガラス(縦・横・厚み=76mm・26mm・0.8〜1.0mm 松浪硝子工業社製)の上に少量滴下し、バーコーター(No.579 ROD No.6 安田精機製作所社製)で塗膜を作成した。作成した塗膜を20℃で12時間乾燥した後、測定に用いた。
実施例2のZnFe被覆酸化亜鉛粒子、比較例1の酸化亜鉛粒子、及び比較例6の六角柱状酸化亜鉛粒子とZnFe粒子との混合物を用いて、上記配合によりそれぞれ塗膜を作成し、各々の塗膜を分光光度計V−570(日本分光社製)により測定した、光の波長300〜400nmの紫外線波長領域における全光線透過率曲線を比較した結果を図17に示す。なお、実施例2の粒子及び比較例6の粒子に含まれるZnとFeの量は、表1の蛍光X線分析値よりほぼ等しくなっていることがわかる。
また、粒子径によっても全光線透過率は異なるが、実施例2、比較例1、比較例6の粒子は表1より一次粒子径がほぼ等しいことがわかる。
図17の結果から、本発明の被覆酸化亜鉛粒子は、母体となる原料酸化亜鉛粒子よりも優れた紫外線遮蔽性能を有し、かつ、単純な混合物よりも優れた紫外線遮蔽性能を有するものであることが明らかである。
実施例2のZnFe被覆酸化亜鉛粒子、比較例1の酸化亜鉛粒子、比較例5のZnFe粒子、及び比較例7のFe粒子を用いて、上記配合によりそれぞれ塗膜を作成し、各々の塗膜を分光光度計V−570(日本分光社製)により測定した、光の波長300〜800nmの紫外線波長領域における全光線透過率曲線を比較した結果を図18に示す。
また、粒子径によっても全光線透過率は異なるが、実施例2、比較例1、比較例5、比較例7の粒子は表1より一次粒子径がほぼ等しいことがわかる。
図18の結果から、本発明の被覆酸化亜鉛粒子は、被覆を行っていない母体の原料酸化亜鉛粒子よりも優れた紫外線遮蔽性能を有し、かつ、母体を酸化亜鉛粒子とすることで酸化亜鉛の直接遷移の性能を著しく損なうことなく、波長400〜800nmの可視光領域においても高い可視光透明性を維持することができることが明らかである。
本発明の酸化亜鉛粒子は、化粧料、インキ、塗料等に配合することができる。

Claims (8)

  1. Ti元素及び/又はFe元素並びにZn元素から成る固溶体を少なくとも一部に含有し、形状が六角柱状であることを特徴とする酸化亜鉛粒子。
  2. Ti元素及び/又はFe元素並びにZn元素から成る固溶体は、基材となる酸化亜鉛粒子の表面を被覆する被膜である請求項1記載の酸化亜鉛粒子。
  3. ZnTiO又はZnFeを含有する酸化亜鉛粒子であり、一次粒子径が0.01μm以上であることを特徴とする請求項1または2記載の酸化亜鉛粒子。
  4. Ti元素及び/又はFe元素の含有量は、TiO換算及び/又はFe換算で酸化亜鉛粒子100重量%に対し、5重量%以上30重量%以下であることを特徴とする請求項1、2または3に記載の酸化亜鉛粒子。
  5. 六角柱状である原料酸化亜鉛粒子の水性スラリーに、チタン塩及び/又は鉄塩の水溶液とアルカリ水溶液を温度10℃以上から90℃以下の範囲でpH9±3を保ちながら添加する工程(1−1)、及び、
    前記工程(1−1)によって得られた被覆酸化亜鉛粒子を焼成する工程(1−2)
    を有することを特徴とする請求項1、2、3または4に記載の酸化亜鉛粒子の製造方法。
  6. 原料酸化亜鉛粒子を、チタン塩及び/又は鉄塩を溶解した亜鉛塩水溶液中に添加し、加熱熟成する工程(2−1)
    前記工程(2−1)によって得られる水酸化チタン含有酸化亜鉛粒子及び/又は水酸化鉄含有酸化亜鉛粒子を焼成する工程(2−2)
    を有することを特徴とする請求項1、2、3または4に記載の酸化亜鉛粒子の製造方法。
  7. 請求項1、2、3又は4に記載の酸化亜鉛粒子を含有することを特徴とする紫外線遮蔽剤。
  8. 請求項1、2、3又は4に記載の酸化亜鉛粒子を含有することを特徴とする化粧料。
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