JP6349876B2 - 酸化ケイ素被覆酸化亜鉛とその製造方法及び酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有組成物並びに化粧料 - Google Patents
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Description
紫外線遮蔽剤は、ベンゾフェノン系、メトキシケイ皮酸系、ジベンゾイルメタン系等の有機系紫外線遮蔽剤や、酸化亜鉛、酸化チタン等の無機系紫外線遮蔽剤が一般に用いられている。
一方、無機系紫外線遮蔽剤は、それに含まれる無機粒子自体のバンドギャップに対応する波長の紫外線を吸収する効果と、無機粒子が有する屈折率に起因する散乱により紫外線を遮蔽することから、熱や長時間の紫外線照射による劣化が無く、耐候性、耐熱性等に優れており、幅広い波長領域の紫外線を遮蔽することができるという利点がある。
ところで、このような利点を有する無機系紫外線遮蔽剤においても、紫外線のみならず可視光線をも散乱することから、このような無機系紫外線遮蔽剤を化粧料等に大量に配合すると、白色っぽくなり易いという問題点があり、そこで、このような問題点に対応するために、無機系紫外線遮蔽剤を有機系紫外線遮蔽剤と適宜組合せて利用することが行われている。
例えば、粒子表面に接触している物質を酸化する光触媒活性を、酸化亜鉛と酸化チタンとで比較すると、酸化亜鉛の方が非常に低い。また、酸化亜鉛の屈折率は2.0であり、酸化チタンの屈折率2.7よりも低いので、ナノ粒子化した場合、透明性に優れたものとなる。そこで、酸化亜鉛が紫外線遮蔽剤として注目されている。
また、光触媒活性については、酸化亜鉛は酸化チタンと比べて非常に低いものではあるが、抑制することが望ましい。例えば、酸化亜鉛を平均粒子径が50nm以下となるようにナノ粒子化した場合、比表面積が増大することから光触媒活性が高くなる。
このように、酸化亜鉛粒子においては、亜鉛イオンの放出及び高い光触媒活性が特に顕著な問題点となる。
例えば、増粘剤として汎用されるカルボマー(カルボキシビニルポリマー)と酸化亜鉛を併用すると、溶出した亜鉛イオンとカルボマーのカルボキシレート基(COO−)とが反応することにより、カルボマーのゲル構造が破壊され、粘度が低下するという問題点がある。
例えば、酸化亜鉛をケイ酸ソーダ水溶液中に加えて懸濁状態にした後、水素イオン指数(pH)を7程度に保持することで、シリカ被覆酸化亜鉛を得る方法が提案されている(特許文献1)。
また、原料である酸化亜鉛を、有機基及びハロゲンを含まないケイ酸またはケイ酸を生成し得る前駆体、水、アルカリ及び有機溶媒を含有するシリカ被覆形成用組成物に接触させることにより、光触媒作用による耐候劣化のないシリカ被覆酸化亜鉛を得る方法が提案されている(特許文献2)。
また、酸化亜鉛粉末を、オルガノポリシロキサン類及びシリコーン化合物(但し、シラン化合物を除く)の少なくとも1種により非気相状態で被覆した後、酸化性雰囲気下にて600〜950℃の温度で焼成することにより、酸化ケイ素で被覆されている活性抑制型酸化亜鉛粉末を得る方法が提案されている(特許文献3)。
また、透明性の高い化粧料を得るには平均粒子径が50nm以下の酸化亜鉛が好んで用いられるが、酸化亜鉛の平均粒子径を50nm以下に微粒子化した場合、平均粒子径が50nmを超える酸化亜鉛粒子と比べて、紫外線散乱効果が低下し、長波長側、特に長波長の紫外線(UV−A)の遮蔽能力が劣るという問題点があった。
前記酸化ケイ素被覆酸化亜鉛を水素イオン指数5の水溶液に0.05質量%となるように浸漬したときに、前記水溶液中に溶出する亜鉛の溶出率は20質量%以下であることが好ましい。
なお、以下の実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
本発明の一実施形態の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛は、酸化亜鉛粒子の表面を酸化ケイ素被膜により被覆してなる酸化ケイ素被覆酸化亜鉛であり、この酸化亜鉛粒子の平均粒子径は50nmを超えかつ500nm以下であり、この酸化ケイ素被膜中のケイ素のQ3環境における存在比をQ3、Q4環境における存在比をQ4としたとき、Q3+Q4≧0.6かつQ4/(Q3+Q4)≧0.5であり、この酸化亜鉛粒子の光触媒活性によって生じるブリリアントブルーの分解率は3%以下である。
ここで、この酸化ケイ素被覆酸化亜鉛の平均粒子径を上記の範囲に限定した理由は、平均粒子径が50nm以下では、含有する酸化亜鉛の粒子サイズも小さくなり、長波長側の紫外域の散乱が相対的に小さくなる虞があるからであり、一方、2000nmを超えると、この酸化ケイ素被覆酸化亜鉛を化粧料等に用いた場合に、きしみ等が生じて使用感が悪化する虞があるからである。
ここで、この酸化ケイ素被覆酸化亜鉛同士が凝集している場合には、この凝集体の凝集粒子径を測定するのではなく、この凝集体を構成している酸化ケイ素被覆酸化亜鉛の粒子(一次粒子)を所定数測定し、平均粒子径とする。
ここで、亜鉛の溶出率を20質量%以下とした理由は、亜鉛の溶出率が20質量%を超えると、酸化ケイ素被覆酸化亜鉛自体の安定性が低下し、この酸化ケイ素被覆酸化亜鉛を化粧料に適用した場合に、溶出する亜鉛イオンが、有機系紫外線遮蔽剤、増粘剤等の水溶性高分子等と反応し、化粧料としての性能の低下、変色、粘度の増減等を生じさせるので好ましくないからである。
ここで、酸化亜鉛粒子の光触媒活性によって生じるブリリアントブルーの分解率を3%以下とした理由は、このブリリアントブルーの分解率が3%以下であれば、酸化亜鉛粒子の光触媒活性が抑制されていることとなるので、酸化亜鉛粒子を覆っている酸化ケイ素被膜の均一性も高いことになるからである。
なお、ブリリアントブルーの分解率が3%を超えていた場合、酸化亜鉛粒子の光触媒活性が抑制されていないので、酸化亜鉛粒子の表面が酸化ケイ素被膜により部分的に覆われていることとなり、酸化ケイ素被膜の均一性が低いことになる。
まず、ブリリアントブルーを所定の含有率(例えば5ppm)に調製したブリリアントブルー水溶液を作製し、このブリリアントブルー水溶液からスクリュー管に所定量採取し、この採取したブリリアントブルー水溶液に、酸化亜鉛換算で、この液の質量の1質量%の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛を投入し、超音波分散して懸濁液を調整する。次いで、この懸濁液に所定の波長の紫外線を所定距離(例えば10cm)から所定時間(例えば6時間)照射する。
紫外線照射ランプとしては、例えば、殺菌ランプGL20(波長253.7nm、紫外線出力7.5W:東芝社製)を用いることができる。
D=(A0−A1)/A0 ……(1)
(但し、A0はブリリアントブルー水溶液(5ppm)の吸光光度スペクトルの吸収極大波長(630nm)における吸光度、A1は上記の上澄み液の吸光光度スペクトルの吸収極大波長における吸光度である。)
この酸化ケイ素被覆酸化亜鉛は、さらにシリコーン樹脂にて表面処理されることにより、油相、特にシリコーン油への親和性が高くなり、よって、油中水型(W/O型)または水中油型(O/W)の化粧料への配合がより容易となる。
すなわち、シリコーン樹脂にて表面処理してなる酸化ケイ素被覆酸化亜鉛を油相に配合して、油中水型または水中油型の化粧料とすることで、油中水型(W/O型)または水中油型(O/W)の化粧料における亜鉛イオンの溶出を抑制することができる。
「酸化亜鉛粒子」
この酸化亜鉛粒子の平均粒子径は、50nmを超えかつ500nm以下であり、好ましくは100nm以上かつ400nm以下、より好ましくは200nm以上かつ300nm以下である。
酸化亜鉛による散乱は、酸化亜鉛の粒子径が波長よりも十分に小さい場合、すなわち下記の式(2)にてα<<1、一般にはα<0.4の場合にはレイリー散乱となり、粒子径がそれよりも大きい場合には、ミー散乱となる。よって、紫外領域、特により長波長であるUV−A領域(320nm〜400nm)でレイリー散乱の効果を得るには、50nmを超える粒子径が好ましい。
α=π・D/λ ……(2)
(但し、αは粒径パラメーター、Dは粒径、λは波長である。)
一方、酸化亜鉛の平均粒子径が500nmを越えると、酸化ケイ素被覆酸化亜鉛の平均粒子径も大きくなり、酸化ケイ素被覆酸化亜鉛を化粧料等に用いた場合に可視光領域の透明性や使用感を損なう虞がある。
この酸化亜鉛粒子の平均粒子径は、上述した酸化ケイ素被覆酸化亜鉛と同様の方法、すなわち、この酸化亜鉛粒子を透過型電子顕微鏡(TEM)等を用いて観察した場合に、顕微鏡の視野から酸化亜鉛粒子を所定数、例えば、200個、あるいは100個を選び出し、これら酸化亜鉛粒子各々の最長の直線部分(最大長径)を測定し、これらの測定値を加重平均することにより求めることができる。
酸化ケイ素被膜は、後述する「ケイ素のQ3環境における存在比をQ3、Q4環境における存在比をQ4としたとき、Q3+Q4≧0.6かつQ4/(Q3+Q4)≧0.5」を満たすほど縮合度が高く、かつ、酸化亜鉛粒子の光触媒活性によって生じるブリリアントブルーの分解率が3%以下となるほど均一性が高いものであればよく、特に限定されない。
酸化ケイ素の縮合度については、酸化ケイ素被覆酸化亜鉛を、固体29Si MAS−核磁気共鳴(NMR)分光法によりNMRスペクトルを測定し、このNMRスペクトルのピーク面積比からQ0、Q1、Q2、Q3、Q4それぞれの環境に帰属されるシグナルの面積比を測定することで容易に知ることができる。
これらQ0、Q1、Q2、Q3、Q4それぞれの環境に帰属されるシグナルの面積比を、Q0、Q1、Q2、Q3、Q4と表記する。ただし、Q0+Q1+Q2+Q3+Q4=1である。
ここで、Q3+Q4≧0.6は満足するものの、Q4/(Q3+Q4)が0.5未満(Q4/(Q3+Q4)<0.5)の場合、または、Q4/(Q3+Q4)≧0.5は満足するものの、Q3+Q4が0.6未満(Q3+Q4<0.6)の場合には、酸化ケイ素被膜中の酸化ケイ素の縮合が十分に進行しておらず、したがって、緻密な被膜を得ることができず、その結果、酸化ケイ素被覆酸化亜鉛の亜鉛イオンの溶出抑制効果が十分に得られない虞があるので好ましくない。
ここで、ブリリアントブルーの分解率が3%以下であれば、酸化亜鉛粒子の光触媒活性が抑制されていることとなるので、酸化亜鉛粒子を覆っている酸化ケイ素被膜の均一性も高いことになる。
一方、ブリリアントブルーの分解率が3%を超えていた場合、酸化亜鉛粒子の光触媒活性が抑制されていないので、酸化亜鉛粒子の表面が酸化ケイ素被膜により部分的に覆われていることとなり、酸化ケイ素被膜の均一性が低いことになる。
本実施形態の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛の製造方法は、表面改質酸化亜鉛を溶媒中に懸濁させて表面改質酸化亜鉛懸濁液とする表面改質酸化亜鉛懸濁液作製工程と、この表面改質酸化亜鉛懸濁液に、アルコキシシラン及び10量体以下のアルコキシシランのオリゴマーのうちいずれか1種または2種以上と、触媒と、水を添加して反応させる反応工程と、得られた反応物を150℃以上かつ600℃未満の温度にて熱処理する熱処理工程とを有する方法である。
柔軟性を有する酸化ケイ素層は、酸化物換算で20質量%以下の酸化アルミニウム、酸化チタン等の金属酸化物を含む、酸化ケイ素と金属酸化物の複合酸化物であってもよい。
ケイ酸アルカリ金属塩水系溶液を用いて、平均粒子径が50nmを超えかつ500nm以下の酸化亜鉛粒子の表面に、この酸化亜鉛粒子に対して酸化ケイ素換算で1質量%以上かつ45質量%以下の酸化ケイ素層を形成して表面改質酸化亜鉛とする。
水以外の溶媒としては、何等限定されないが、水との相溶性を考慮すると、水溶性の一価アルコールや多価アルコール等の極性溶媒が好ましい。
ケイ酸アルカリ金属塩としては、特に限定するものではないが、オルトケイ酸ナトリウム塩、オルトケイ酸カリウム塩、メタケイ酸ナトリウム塩、メタケイ酸カリウム塩、ケイ酸ソーダの群から選択される1種または2種以上の混合物を用いることができる。
このケイ酸アルカリ金属塩水系溶液にアルミン酸ナトリウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、硫酸チタニル等のアルミニウムやチタンの水溶性化合物を共存させると、酸化ケイ素層中に酸化アルミニウム、酸化チタン等を含有させることができる。
反応温度は特に限定されないが、酸化ケイ素の析出速度の関係上、40℃以上かつ100℃以下が好ましく、50℃以上かつ70℃以下がより好ましい。
これにより、この懸濁液に含まれる酸化亜鉛粒子の表面に酸化ケイ素が析出し、表面に酸化ケイ素層が形成された表面改質酸化亜鉛となる。
このように水分を除去されて得られた乾燥物に熱処理工程を加えても良い。
上記の表面改質酸化亜鉛を溶媒中に懸濁させて表面改質酸化亜鉛懸濁液とする工程である。
ここで、表面改質酸化亜鉛を懸濁させる溶媒としては、表面改質酸化亜鉛を懸濁させることのできる溶媒であればよく、特には限定されないが、水の他、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、オクタノール等のアルコール類、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン等のエステル類;ジエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル(メチルセロソルブ)、エチレングリコールモノエチルエーテル(エチルセロソルブ)、エチレングリコールモノブチルエーテル(ブチルセロソルブ)、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル等のエーテル類が好適に用いられる。
これらの溶媒は、1種のみ単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
懸濁処理に要する時間としては、表面改質酸化亜鉛が溶媒中に均一に懸濁されるのに十分な時間であればよい。
この場合、必要に応じて分散剤を添加してもよい。
上記の表面改質酸化亜鉛懸濁液に、アルコキシシラン及び10量体以下のアルコキシシランのオリゴマーのうちいずれか1種または2種以上と、触媒と、水を添加し、30分以上かつ24時間程度撹拌して反応させる工程である。
ここで、アルコキシシラン及び10量体以下のアルコキシシランのオリゴマーに限定した理由は、酸化ケイ素の縮合度の高い緻密な酸化ケイ素被膜を得るためである。
ここで、アルコキシシランの替わりにケイ酸アルカリ金属塩や、トリアルコキシシランを用いた場合、酸化ケイ素被膜中の酸化ケイ素の縮合度を向上させることが困難で、緻密な酸化ケイ素被膜を得ることができないので好ましくない。
このテトラアルコキシシランは、下記の一般式(3)
Si(OR)4 ……(3)
(但し、Rはアルコキシル基(RO基)であり、これら4つのアルコキシル基(RO基)は、すべて同一であってもよく、一部または全部が異なったものであってもよい。)で表される。これらのアルコキシル基の炭素数は、1〜8であることが好ましい。
これらの中でも、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシランは、Siの含有量が多く、溶媒に分散した場合に濃度をコントロールし易いこと、加水分解・縮合反応性が高いことから、好適に用いることができる。
これらのテトラアルコキシシランは、1種のみを単独で用いても良く、2種以上を組み合わせて用いても良い。
このようなテトラアルコキシシランのオリゴマーは、MKCシリケートMS51(三菱化学(株)社製)、メチルシリケート51(平均4量体)、メチルシリケート53A(平均7量体)、エチルシリケート40(平均5量体)、エチルシリケート48(平均10量体)(以上、コールコート社製)等として市販されている。
この酸触媒の例としては、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸等の無機酸;ギ酸、酢酸、シュウ酸、乳酸、酒石酸等の有機酸が挙げられ、なかでも無機酸、特に、塩酸を好適に使用することができる。また、上記の酸触媒は、1種のみを単独で用いても良く、2種以上を組み合わせて用いても良い。
これらの中で、アンモニア、有機アミン類、アンモニウムハイドロオキサイド類を好適に用いることができる。これらの塩基性触媒は、1種のみを単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
水は、テトラアルコキシシラン及び10量体以下のテトラアルコキシシランのオリゴマーのうちいずれか1種または2種以上を加水分解するのに必要な量以上、すなわち加水分解率100%以上となる量を添加すればよい。
上記の反応液を、常圧濾過、減圧濾過、加圧濾過、遠心分離等により固液分離することにより固形状の反応物が得られる。
上記の反応物を150℃以上かつ600℃未満の温度にて熱処理する工程である。
反応物の熱処理は、酸化ケイ素被膜の緻密化を促進するためには、250℃以上かつ600℃未満がより好ましく、300℃以上かつ500℃以下がさらに好ましい。
ここで、熱処理温度を150℃以上かつ600℃未満に限定した理由は、150℃未満では、十分に縮合した緻密な酸化ケイ素被膜が得られず、その結果、酸化亜鉛粒子から亜鉛イオンが溶出するのを抑制する効果が十分に得られない虞があるからである。一方、600℃以上では、酸化ケイ素被膜が形成された酸化ケイ素被覆酸化亜鉛同士が結合して粗大粒子となったり、酸化亜鉛が粒成長したりする結果、酸化ケイ素被覆酸化亜鉛を配合した化粧料を使用した場合に、可視光領域で十分な透明性が得られない虞があるからである。
熱処理工程後の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛を、シリコーン樹脂を含有する溶媒に分散させる場合、この酸化ケイ素被覆酸化亜鉛の含有率がシリコーン樹脂を含む溶媒中に10質量%以上かつ40質量%以下、好ましくは25質量%以上かつ35質量%以下となるように混合するのが好ましい。この範囲で混合することで、生産効率を向上させることができる。
以上により、本実施形態の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛を作製することができる。
本実施形態の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有組成物は、上記の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛と、溶媒と、を含有している。
ここで、この酸化ケイ素被覆酸化亜鉛の平均粒子径を上記の範囲に限定した理由は、平均粒子径が50nm以下では、含有する酸化亜鉛の粒子サイズも小さくなり、長波長側の紫外域の散乱が相対的に小さくなる虞があるからであり、一方、2000nmを超えると、この酸化ケイ素酸化亜鉛を化粧料等に用いた場合に、きしみ等が生じて使用感が悪化する虞があるからである。
ここで、上記範囲が好ましい理由は、平均分散粒径が60nm未満では、長波長側の紫外域の散乱が相対的に小さくなる虞があるので好ましくなく、一方、平均分散粒径が10μmを超えると、酸化ケイ素被覆含有組成物を化粧料に配合した際に透明性が低下する虞があるので好ましくない。
ここで、酸化ケイ素被覆酸化亜鉛の含有率を1質量%以上かつ80質量%以下とした理由は、酸化ケイ素被覆酸化亜鉛の含有率が1質量%未満では、この組成物が十分な紫外線遮蔽機能を示すことができなくなる虞があり、したがって、この組成物を化粧料等に配合する際に、所望の紫外線遮蔽機能を示すためには大量の組成物を添加する必要があり、製造コストが高くなる虞があるので好ましくない。一方、含有率が80質量%を越えると、組成物の粘性が増加して酸化ケイ素被覆酸化亜鉛の分散安定性が低下し、酸化ケイ素被覆酸化亜鉛が沈降し易くなる虞があるので好ましくない。
酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン等のエステル類;
ジエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル(メチルセロソルブ)、エチレングリコールモノエチルエーテル(エチルセロソルブ)、エチレングリコールモノブチルエーテル(ブチルセロソルブ)、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル等のエーテル類;
が好適に用いられる。
ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素;
シクロヘキサン等の環状炭化水素;
ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアセトアミド、N−メチルピロリドン等のアミド類;
ジメチルポリシロキサン、メチルフェニルポリシロキサン、ジフェニルポリシロキサン等の鎖状ポリシロキサン類;
も好適に用いられる。
アミノ変性ポリシロキサン、ポリエーテル変性ポリシロキサン、アルキル変性ポリシロキサン、フッ素変性ポリシロキサン等の変性ポリシロキサン類;
も好適に用いられる。
これらの溶媒は1種のみを用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
これらの増粘剤の中でも、好ましくは合成高分子であり、より好ましくはカルボマーである。
この酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有組成物におけるカルボマーの含有率が0.01質量%未満であると、増粘効果が得られなくなる虞があるからであり、一方、カルボマーの含有率が10質量%を超えると、粘度が高くなり過ぎてしまい、化粧料に適用した場合に、肌に塗り広げて塗布した際の肌への乗りが悪くなり、使用感が低下する等の不具合が生じ、使用上の観点から好ましくない。
この酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有組成物におけるpHを上記の範囲内とすることにより、粘度等の経時変化を抑制することができる。
また、無機酸化物や樹脂で被覆して表面活性を抑制した酸化亜鉛を用いた場合においても、多くの場合、数時間から数日のうちに低粘度化または分相が進行する。よって、カルボマーと酸化亜鉛を併用する場合、これらを含む混合物の粘度低下を抑制または低減することが問題点となる。
初期の粘度低下は、カルボマー水溶液の粘度を予め高めに調整すること等で対応することができるが、一定時間経過した後の中長期にて粘度が変化すると、流通段階で化粧料の性状が変化し、経時安定性を損なうこととなる。特に、無機酸化物や樹脂で表面処理を施した酸化亜鉛は、一定の溶出抑制効果を有していることから、中長期に亘って徐々に亜鉛イオンを溶出する虞があった。
また、従来、カルボマーを含む組成物の粘度変化に関する報告例は少なく、また、報告例があったとしても、室温にて7日程度の経時による粘度変化までしか抑制が確認されていなかった。
このように、促進条件下300時間後の粘度を初期粘度低下後の粘度にて割った値を上記範囲内とすることにより、この酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有組成物の粘度を中長期に亘って維持することができ、経時安定性に優れたものとなる。
この透過率は、酸化ケイ素被覆酸化亜鉛を15質量%含有する酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有組成物を、石英基板上にバーコーターにて塗布して、厚みが32μmの塗膜を形成し、この塗膜の分光透過率をSPFアナライザー UV−1000S(Labsphere社製)にて測定することにより求めることができる。
このような分散方法としては、公知の分散方法を用いることができる。例えば、攪拌機の他、ジルコニアビーズを用いたビーズミル、ボールミル、ホモジナイザー、超音波分散機、混練機、三本ロールミル、自転・公転ミキサー等が好適に用いられる。
分散処理に要する時間としては、上記の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛を上記の溶媒中に均一に分散されるのに十分な時間であればよい。
この酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有シリコーン樹脂系組成物は、上記の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛をシリコーン樹脂中に分散してなるシリコーン樹脂系組成物であり、この酸化ケイ素被覆酸化亜鉛の含有率を1質量%以上かつ80質量%以下、より好ましくは20質量%以上かつ70質量%以下、さらに好ましくは30質量%以上かつ60質量%以下としたシリコーン樹脂系組成物である。
この酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有シリコーン系樹脂組成物中の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛の平均分散粒径は、60nm以上かつ10μm以下が好ましく、80nm以上かつ7μm以下がより好ましく、100nm以上かつ5μm以下がさらに好ましい。
本実施形態においては、シリコーンで表面処理された酸化ケイ素被覆酸化亜鉛を用いるのがより好ましい。
このようなシリコーン樹脂としては、例えば、ジメチルポリシロキサン、メチルフェニルポリシロキサン、ジフェニルポリシロキサン、メチルハイドロジェンポリシロキサン等の鎖状シロキサン、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルペンタシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、ドデカメチルシクロヘキサンシロキサン、テトラメチルテトラハイドロジェンポリシロキサン等の環状シロキサン、アミノ変性シリコーン、ポリエーテル変性シリコーン、アルキル変性シリコーン等の変性シリコーン、メチルトリメチコン等が挙げられる。
これらのシリコーン樹脂は1種のみを用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
この分散剤としては、例えば、ポリエーテル変性シリコーン、ポリグリセリン変性シリコーン、アミノ変性シリコーン、フェニル変性シリコーン、アルキル変性シリコーン、カルビノール変性シリコーン、ジメチルシリコーン等の変性シリコーン;
陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン界面活性剤等の界面活性剤;
オルガノアルコキシシラン、オルガノクロロシラン等のシランカップリング剤;
等を挙げることができる。
これらの分散剤は1種のみを用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
分散剤の添加量を上記の範囲内で調整することにより、この酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有シリコーン樹脂系組成物を単独で用いた場合においても、また、化粧料に直接混合した場合においても、肌に塗り広げて塗布した場合に透明性を十分に確保することができる。
また、この酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有シリコーン樹脂系組成物に、その特性を損なわない範囲で、さらに天然オイル、保湿剤、増粘剤、香料、防腐剤等を混合させてもよい。
油相には、高級アルコール及び高級脂肪酸の少なくとも一方が含有されることが好ましく、双方が含有されることがより好ましい。これらの成分が油相に含有されることで、ハリ感、保湿感が向上し、かつこれらの効果の持続性が向上する。
この油相には、必要に応じて油溶性防腐剤、紫外線吸収剤、油溶性薬剤、油溶性色素類、油溶性蛋白質類、植物油、動物油等を適宜混合してもよい。
このような分散方法としては、公知の分散装置を用いることができる。このような分散装置としては、例えば、攪拌機、ビーズミル、ボールミル、ホモジナイザー、超音波分散機、混練機、三本ロールミル、自転・公転ミキサー等が好適に用いられる。
分散処理に要する時間としては、上記の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛が上記のシリコーン樹脂中に均一に分散されるのに十分な時間であればよい。
この酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有水系組成物は、上記の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛をアルコール類を含む水系分散媒中に分散してなる水系組成物であり、この酸化ケイ素被覆酸化亜鉛の含有率を1質量%以上かつ80質量%以下、より好ましくは20質量%以上かつ70質量%以下、さらに好ましくは30質量%以上かつ60質量%以下含有するとともに、アルコール類を含む水系分散媒を5質量%以上かつ20質量%以下含有してなる水系組成物である。
この酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有水系組成物中の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛の平均分散粒径は、60nm以上かつ10μm以下が好ましく、80nm以上かつ7μm以下がより好ましく、100nm以上かつ5μm以下がさらに好ましい。
特に、アルコール類の含有率を10質量%以上かつ20質量%以下とした場合には、酸化ケイ素被覆酸化亜鉛の水系組成物における分散性及び経時安定性を向上させることができるので好ましい。
この水溶性高分子は、分散剤及び粘度調整剤としての役割を有するとともに、水系組成物に添加することによって酸化ケイ素被覆酸化亜鉛の水系組成物中における分散性及び経時安定性も向上する。
ここで、水系組成物が水溶性高分子を含む場合のアルコール類の含有率を5質量%以上かつ20質量%以下とした理由は、含有率が5質量%未満では、アルコール類の含有量が少なすぎてしまうために、水溶性高分子がアルコール類に均一に浸潤できずに水分にて不均一に膨潤することとなり、その結果、酸化ケイ素被覆酸化亜鉛の分散性が低下して取扱いが困難となり、さらには水系組成物の経時安定性が低下するので、好ましくない。
また、含有率が20質量%を超えると、水系組成物全体の粘性が高くなり、酸化ケイ素被覆酸化亜鉛の分散安定性が低下するとともに、水系組成物の経時安定性も低下するので、好ましくない。
水の量を上記範囲で調整することにより、単独で用いても、あるいは化粧料に混合しても、肌に塗り広げて塗布した場合に透明性を十分に確保することができる酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有水系組成物が得られる。
この酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有水系組成物を水相として、油相と混合した乳化系組成物としてもよい。
本実施形態の化粧料は、上記の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛及び上記の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有組成物のうちいずれか一方または双方を基剤中に含有している。
この酸化ケイ素被覆酸化亜鉛を紫外線遮蔽用途で用いる場合には、上記の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛の平均粒子径は50nmを超えかつ2000nm以下のものを用いるのが好ましい。
この有機系紫外線遮蔽剤としては、例えば、アントラニラート類、ケイ皮酸誘導体、サリチル酸誘導体、ショウノウ誘導体、ベンゾフェノン誘導体、β,β'-ジフェニルアクリラート誘導体、ベンゾトリアゾール誘導体、ベンザルマロナート誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、イミダゾリン類、ビスベンゾアゾリル誘導体、p−アミノ安息香酸(PABA)誘導体、メチレンビス(ヒドロキシフェニルベンゾトリアゾール)誘導体等が挙げられ、これらの群から選択される1種または2種以上を選択して用いることができる。
さらに、従来では処方が困難であった化粧水や日焼け止めジェル等の水系化粧料に、上記の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛及び上記の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有組成物のうちいずれか一方または双方を配合することにより、紫外線遮蔽能、透明感及び使用感に優れた水系化粧料を得ることができる。
この酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有組成物は、亜鉛イオンの溶出が抑制されているので、水系分散体、水中油型(O/W型)分散体、油中水型(W/O型)分散体、多層型(W/O/W型またはO/W/O型)分散体等の化粧料、特にサンスクリーンに好適に用いることができる。また、ポリエステルやポリアミド等の樹脂フィルムに適用した場合には、樹脂フィルムの紫外線遮蔽剤としても好適に用いることができる。
さらに、この酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有組成物は、カルボマーまたはカルボマー水溶液と混合することができるので、使用感に優れた水溶性組成物または非水溶性組成物を提供することができる。
ここでは、(1)酸化ケイ素被覆酸化亜鉛、(2)酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有組成物、それぞれについて、実施例及び比較例により説明する。
[実施例1]
酸化亜鉛粒子(平均粒子径250nm;住友大阪セメント製)と水を混合し、次いで超音波分散し、酸化亜鉛の含有率が20質量%の酸化亜鉛水系懸濁液を調製した。
次いで、この酸化亜鉛水系懸濁液を、この酸化亜鉛水系懸濁液中の酸化亜鉛粒子の質量に対して酸化ケイ素換算で15質量%のケイ酸ソーダ水溶液に加え、強く撹拌し、懸濁液とした。
次いで、この表面改質酸化亜鉛A2−プロパノール懸濁液を60℃に加温し、撹拌しながら、アンモニア水及び水を添加し、pHが10〜11となるように調整した。さらに、テトラメトキシシラン(TMOS)2−プロパノール溶液をゆっくり滴下し、6時間撹拌を継続し、反応させた。
このテトラメトキシシランの滴下量は、酸化ケイ素換算で酸化亜鉛に対して15質量%であった。また、水はテトラメトキシシランの120質量%であった。
実施例1に準じて得られた酸化ケイ素被覆酸化亜鉛Aを、500℃にて2時間、熱処理し、実施例2の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛Bを得た。
実施例1の酸化亜鉛水系懸濁液を、この酸化亜鉛水系懸濁液中の酸化亜鉛粒子の質量に対して酸化ケイ素換算で5質量%のケイ酸ソーダ水溶液に加えた他は、実施例1と同様にして、実施例3の表面改質酸化亜鉛Cを得た。
次いで、この表面改質酸化亜鉛Cと2−プロパノールを混合し、次いで超音波分散し、表面改質酸化亜鉛Cの含有率が10質量%の表面改質酸化亜鉛C2−プロパノール懸濁液を調製した。
このテトラメトキシシランの滴下量は、酸化ケイ素換算で酸化亜鉛に対して5質量%であった。また、水はテトラメトキシシランの120質量%であった。
反応後、遠心分離により固液分離を行い、得られた固形状の反応物を150℃にて12時間、熱処理し、実施例3の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛Cを得た。
実施例3に準じて得られた酸化ケイ素被覆酸化亜鉛Cを、500℃にて2時間、熱処理し、実施例4の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛Dを得た。
酸化亜鉛粒子(平均粒子径250nm;住友大阪セメント製)と水を混合し、次いで超音波分散し、酸化亜鉛の含有率が20質量%の酸化亜鉛水系懸濁液を調製した。
次いで、この酸化亜鉛水系懸濁液を、この酸化亜鉛水系懸濁液中の酸化亜鉛粒子の質量に対して酸化ケイ素換算で15質量%のケイ酸ソーダ水溶液に加え、強く撹拌し、懸濁液とした。
比較例1に準じて得られた表面改質酸化亜鉛Eを、500℃にて2時間、熱処理し、比較例2の表面改質酸化亜鉛Fを得た。
実施例1〜4の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛及び比較例1、2の表面改質酸化亜鉛各々の評価を行った。評価項目は次のとおりである。
(1)平均粒子径
酸化ケイ素被覆酸化亜鉛(または表面改質酸化亜鉛)を透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて観察して200個を選び出し、これら酸化ケイ素被覆酸化亜鉛(または表面改質酸化亜鉛)各々の最長の直線部分(最大長径)を測定し、これらの測定値を加重平均して算出した。
酸化ケイ素被覆酸化亜鉛(または表面改質酸化亜鉛)のIR評価を、JASCO FT/IR−670Plus(日本分光製)を用い、KBr法にて行った。ここでは、1000〜1200cm−1と400〜600cm−1にSi−O−Si伸縮由来の吸収帯と酸化亜鉛由来の吸収帯がそれぞれ観測されたものを「○」とし、これらの吸収帯のうちいずれか一方または双方が観測されなかったものを「×」とした。
酸化ケイ素被覆酸化亜鉛(または表面改質酸化亜鉛)を、固体29Si MAS−核磁気共鳴(NMR)分光法によりNMRスペクトルを測定し、このNMRスペクトルのピーク面積比からQ0、Q1、Q2、Q3、Q4それぞれの環境に帰属されるシグナルの面積比Q0、Q1、Q2、Q3、Q4を算出し、次いで、この酸化ケイ素被膜(または表面改質膜)中のケイ素のQ3環境における存在比をQ3、Q4環境における存在比をQ4としたときのQ3+Q4の値と、Q4/(Q3+Q4)の値を算出した。
さらに、上記のNMRスペクトルの一例として、実施例2の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛のNMRスペクトルを図1に示す。
図1では、図中のQtにて示されるNMRスペクトルが、波形分離されたNMRスペクトルQ2、Q3、Q4を合計したものであり、滑らかな曲線で表されている。このNMRスペクトルQtは、実際のノイズを含む測定データQdとよく一致していた。
酸化ケイ素被覆酸化亜鉛(または表面改質酸化亜鉛)をpH=5の緩衝液に0.05質量%となるように投入し、次いで、1時間撹拌して分散させ、その後固液分離を行い、液相の亜鉛濃度をICP発光分析装置にて測定した。
そして、酸化ケイ素被覆酸化亜鉛(または表面改質酸化亜鉛)中の亜鉛含有量(mol)のうち上記の液相に溶出した亜鉛イオン(mol)の比率を亜鉛溶出率(%)とした。
pH=5の緩衝液は、0.1Mフタル酸水素カリウム水溶液500mlと0.1M水酸化ナトリウム水溶液226mlを混合した後、水を加えて全体量を1000mlとすることにより作製した。
ブリリアントブルーの含有率を5ppmに調整したブリリアントブルー水溶液を作製し、このブリリアントブルー水溶液15gに、酸化亜鉛換算で0.15gの酸化ケイ素被覆酸化亜鉛(または表面改質酸化亜鉛)を投入し、超音波分散して懸濁液を調製し、この懸濁液に紫外線ランプ(中心波長:254nm)を照射距離10cmにて6時間照射し、その後、上澄み液を採取した。
次いで、原子吸光光度法により、上記のブリリアントブルー水溶液及び上澄み液それぞれの吸光光度スペクトルを測定し、これらの測定値を用いて上述した式(1)によりブリリアントブルーの分解率Dを算出した。
また、実施例1で用いた酸化亜鉛粒子(平均粒子径250nm;住友大阪セメント製)の亜鉛溶出率とブリリアントブルーの分解率の測定結果を、比較例3として、表2に示す。
[実施例5]
カルボマー Ultrez10(日光ケミカルズ社製)1.5gを純水に溶解し、次いで、10質量%水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHを調整し、カルボマーを1.5質量%含有しpHが7.5のカルボマー水溶液を作製した。
次いで、このカルボマー水溶液と、実施例2に準じて得られた酸化ケイ素被覆酸化亜鉛Bを、95:5の質量比で混合した後、撹拌して、実施例5の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有組成物を得た。
この組成物から所定量を採取し、この採取した試料を恒温槽を用いて40℃に保持し、所定の時間毎に20℃、30rpmの条件下で粘度を測定した。この粘度の測定結果を図2に示す。
実施例1に準じて得られた酸化ケイ素被覆酸化亜鉛を用いる替わりに酸化亜鉛粒子(平均粒子径250nm;住友大阪セメント製)を用いた以外は、実施例5に準じて、比較例4の酸化亜鉛含有組成物を得た。
この組成物の粘度を、実施例5に準じて測定した結果、2.4Pa・sであった。
カルボマー Ultrez10(日光ケミカルズ社製)1.5gを純水に溶解し、次いで、10質量%水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHを調整し、カルボマーを1.5質量%含有しpHが7.5のカルボマー水溶液を作製した。
次いで、このカルボマー水溶液と、純水を、95:5の質量比で混合した後、撹拌して、比較例5のカルボマー水溶液を得た。
このカルボマー水溶液から所定量を採取し、この採取した試料を恒温槽を用いて40℃に保持し、所定の時間毎に20℃、30rpmの条件下で粘度を測定した。この粘度の測定結果を図2に示す。
また、経時変化により、初めのうちは少し粘度が低くなるが、一定時間以上経過すると、それ以降の粘度はほぼ一定となり、粘度の低下が抑制されていることが確認された。
比較例5は、カルボマー水溶液に酸化亜鉛が含まれていないので、40℃での加熱保持の影響を受けず、粘度は約10Pa・sで一定であった。
Claims (6)
- 酸化亜鉛粒子と、前記酸化亜鉛粒子の表面を被覆してなる酸化ケイ素被膜と、を有する酸化ケイ素被覆酸化亜鉛であって、
前記酸化亜鉛粒子の平均粒子径は50nmを超えかつ500nm以下であり、
固体29Si MAS−核磁気共鳴(NMR)分光法で測定した前記酸化ケイ素被膜中のケイ素のQ3環境における存在比をQ3、Q4環境における存在比をQ4としたとき、Q3+Q4≧0.6かつQ4/(Q3+Q4)≧0.5であり、
前記酸化亜鉛粒子の光触媒活性によって生じるブリリアントブルーの分解率は3%以下であることを特徴とする酸化ケイ素被覆酸化亜鉛。 - 前記酸化亜鉛粒子の含有率は50質量%以上かつ99質量%以下であることを特徴とする請求項1記載の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛。
- 前記酸化ケイ素被覆酸化亜鉛を水素イオン指数5の水溶液に0.05質量%となるように浸漬したときに、前記水溶液中に溶出する亜鉛の溶出率は20質量%以下であることを特徴とする請求項1または2記載の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛。
- 平均粒子径が50nmを超えかつ500nm以下である表面改質酸化亜鉛粒子を溶媒中に懸濁させて表面改質酸化亜鉛懸濁液とし、
次いで、この表面改質酸化亜鉛懸濁液に、アルコキシシラン及び10量体以下のアルコキシシランのオリゴマーのうちいずれか1種または2種以上と、触媒と、水を添加して反応させ、
次いで、得られた反応物を150℃以上かつ600℃未満の温度にて熱処理することを特徴とする酸化ケイ素被覆酸化亜鉛の製造方法。 - 請求項1ないし3のいずれか1項記載の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛と、溶媒と、を含有してなることを特徴とする酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有組成物。
- 請求項1ないし3のいずれか1項記載の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛及び請求項5記載の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有組成物のうちいずれか一方または双方を基剤中に含有してなることを特徴とする化粧料。
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