JP6763304B2 - 酸化ケイ素被覆酸化亜鉛とその製造方法およ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
本願は、2014年11月13日に、日本に出願された特願2014−230654号、及び2015年7月15日に、日本に出願された特願2015−141392号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
その問題点は、酸化亜鉛が両性金属の酸化物であることに起因して生じる。問題点としては、例えば、酸化亜鉛が酸およびアルカリに容易に溶解して、亜鉛イオンを溶出するという問題点、酸化亜鉛が水に微量溶解して、亜鉛イオンを溶出するという問題点が挙げられる。したがって、水系の化粧料に酸化亜鉛を用いる場合には、溶出する亜鉛イオンが、有機系紫外線吸収剤、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、粘度の増減等の問題が生じる虞がある。その結果、水系の化粧料において、処方の自由度が制限されるという問題点があった。
特に、増粘剤として汎用されるカルボキシビニルポリマー等のカルボマーと酸化亜鉛とを併用すると、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った。
そこで、亜鉛イオンの溶出を抑制するために、表面を酸化ケイ素等の無機化合物で被覆した表面被覆酸化亜鉛が提案されている(例えば、特許文献3、4参照)。
そこで、特許文献5では、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とし、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とし、亜鉛イオンの溶出量を低減させる方法が提案されている。
溶出率S=(溶出した酸化亜鉛量)/(酸化ケイ素被覆酸化亜鉛中の酸化亜鉛量)
・・・(1)
なお、本実施の形態は、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、かつ、pH=5の緩衝液に1時間保持した際における、下記式(1)で定義される酸化亜鉛の溶出率Sが50%以下である。
溶出率S=(溶出した酸化亜鉛量)/(酸化ケイ素被覆酸化亜鉛中の酸化亜鉛量)
・・・(1)
酸化ケイ素被覆酸化亜鉛からの酸化亜鉛の溶出は、酸化ケイ素被覆の均質性が低い場合に生じるピンホールや、被膜の薄い箇所から生じる。溶出率Sが50%を超える場合、酸化ケイ素被覆酸化亜鉛の酸化ケイ素の均質性が低く、ピンホールや被覆の薄い箇所が多くなる。その結果、亜鉛イオンの溶出を十分に抑えることができない虞があり好ましくない。
酸化ケイ素被覆中の酸化亜鉛量の測定法は、特に限定されないが、原子吸光分析、ICP分析、ジンコンやキシレノールオレンジ等の指示薬を用いたUV法等を用いることができる。
ここで、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としては、以下の理由が挙げられる。平均粒子径が50nm以下では、含有する酸化亜鉛粒子の平均粒子径も小さくなり、亜鉛イオンの溶出を抑制することができない。一方、平均粒子径が2000nmを超えると、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。
ここで、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い。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。
一方、酸化ケイ素被覆酸化亜鉛中の酸化ケイ素の含有率が12質量%未満の場合には、酸化亜鉛粒子の表面を酸化ケイ素被膜で均一に被覆することが困難となる。その結果、亜鉛イオンの溶出を十分に抑えることができない虞があるため好ましくない。
酸化ケイ素の含有率を上記の範囲とすることにより、亜鉛イオンの溶出を抑制し、紫外線遮蔽性に優れた酸化ケイ素被覆酸化亜鉛を得ることができる。
本実施形態の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛におけるアルカリ金属の含有率は、0質量%以上かつ0.4質量%以下であることが好ましく、より好ましくは0.01質量%以上かつ0.3質量%以下、さらに好ましくは0.01質量%以上かつ0.2質量%以下である。
そこで、酸化ケイ素被膜に含まれるアルカリ金属を、Mg、CaおよびBaからなる群から選択される少なくとも1種と置換する。その結果、酸化ケイ素被膜中には、水に遊離しやすいアルカリ金属の替わりに、水に遊離しにくいMg、CaおよびBaからなる群から選択される少なくとも1種が含有されることとなる。そのため、水系材料と混合してもpHを変動させる成分の溶出を抑制することができる。
Q3、Q4の値は、以下の方法で知ることができる。すなわち、酸化ケイ素被覆酸化亜鉛について、固体29Siを用いたMAS−核磁気共鳴(NMR)分光法により、NMRスペクトルを測定する。そして、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、容易に算出することができる。
酸化亜鉛粒子は光触媒活性を有するので、酸化亜鉛粒子を含む2−プロパノール水溶液に紫外線を照射すると、酸化亜鉛粒子が2−プロパノールを酸化しアセトンが生じる。そのため、以下の評価方法によって生じるアセトン量が30ppmであるということは、酸化亜鉛粒子の光触媒活性が抑制されていることを意味する。すなわち、このような結果が得られる酸化ケイ素被覆酸化亜鉛は、酸化亜鉛粒子の光触媒活性を好適に抑制可能とするほどに、酸化亜鉛粒子の表面を均質な酸化ケイ素被膜で被覆していると言える。その結果、均質に形成された酸化ケイ素被膜が、酸化ケイ素被覆酸化亜鉛から亜鉛イオンが外方へ溶出するのを抑制できると考えられる。そのため、下記評価方法によって生じるアセトン量を、酸化ケイ素被覆酸化亜鉛における亜鉛イオンの溶出抑制の目安として用いることができる。
2−プロパノールを300ppm含有する水溶液9.99gに、本実施形態の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛0.01gを混合し、超音波分散して懸濁液を調整する。
次いで、10mm角石英セルに、超音波分散した懸濁液0.3gと、2−プロパノールを300ppm含有する水溶液2.7gを入れて、3gのサンプル液とする。サンプル液に紫外線ランプ(中心波長:254nm)を照射距離10cmにて6時間照射し、その後、上澄み液を採取する。
次いで、ガスクロマトグラフィーを用いて、採取した上澄み液中に含まれるアセトン量を定量する。
本実施形態の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛における、酸化亜鉛粒子の平均一次粒子径は、50nmを超えかつ500nm以下であり、好ましくは100nm以上かつ400nm以下であり、より好ましくは200nm以上300nm以下である。
また、これらの酸化亜鉛粒子のうち90%以上の酸化亜鉛粒子の一次粒子径が、100nm以上かつ400nm以下であることが好ましく、200nm以上かつ400nm以下であることがより好ましく、200nm以上かつ300nm以下であることがさらに好ましい。
また、90%以上、より好ましくは95%以上、さらに好ましくは97%以上の酸化亜鉛粒子の一次粒子径を上記の範囲とすることにより、以下のような効果が得られる。すなわち、紫外線、特に長波長紫外線(UVA)に対する遮蔽効果が得られることや、酸化ケイ素被覆酸化亜鉛を化粧料に適用した場合に、べたつき感やきしみ感が抑制され、のりの良さ、透明性等を発現することができる。さらに、その化粧料は、適度な遮蔽性を有することにより、肌のしみ、しわ等をカバーすることが可能となる。したがって、透明性を維持しつつ使用感を向上させるという効果が得られる。
この酸化亜鉛粒子としては、化粧品業界で一般的に行われているアルミナ処理、チタニア処理等が施されているものを用いてもよい。
本実施形態の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛は、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る。その結果、本実施形態の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛は、油中水型(W/O型)や水中油型(O/W)の化粧料への配合がより容易になる。
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)や水中油型(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。
この表面処理におけるシリコーン樹脂の表面処理量は、使用する油相に応じて適宜調整すればよい。シリコーン樹脂の表面処理量は、例えば、酸化ケイ素被覆酸化亜鉛の全質量に対して、1質量%以上かつ20質量%以下が好ましく、3質量%以上かつ10質量%以下がより好ましい。
本実施形態の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛の製造方法は、以下の方法である。すなわち、平均一次粒子径が50nmを超えかつ500nm以下の酸化亜鉛粒子を含む酸化亜鉛水系懸濁液と、ケイ酸アルカリ金属塩を含むケイ酸アルカリ金属塩水溶液とを混合して、酸化亜鉛粒子とケイ酸アルカリ金属塩を含む水系懸濁液を調製し、この水系懸濁液に酸を添加して反応させ、次いで、得られた反応物を200℃以上かつ600℃未満の温度にて熱処理する。
上記の本実施形態の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛の製造方法において、まず、酸化亜鉛粒子とケイ酸アルカリ金属塩を含む水系懸濁液に酸を添加して反応させる。次いで、その反応液に、マグネシウム塩、カルシウム塩およびバリウム塩からなる群から選択される少なくとも1種を含む水溶液を添加する。これにより、ケイ酸アルカリ金属塩に由来するアルカリ金属イオンを、Mg、CaおよびBaからなる群から選択される少なくとも1種のイオンにてイオン交換する工程を行う。次いで、イオン交換後の反応物を、200℃以上かつ600℃未満の温度にて熱処理する。
酸化亜鉛水系懸濁液の調製では、平均一次粒子径が50nmを超えて500nm以下の酸化亜鉛粒子と水を混合し、次いで、水に対して酸化亜鉛粒子を均一に分散させ、酸化亜鉛粒子を含む酸化亜鉛水系懸濁液を調製する。
酸化亜鉛水系懸濁液における酸化亜鉛粒子の含有量は、ケイ酸アルカリ金属塩との反応性を高めるために、20質量%以上かつ60質量%以下であることが好ましく、25質量%以上かつ55質量%以下であることがより好ましい。
水に対して酸化亜鉛粒子を分散させる方法としては、特に限定されないが、例えば、超音波分散法、撹拌法等が用いられる。
ケイ酸アルカリ金属塩水溶液には、水を50質量%以上含有させることが好ましい。
ケイ酸アルカリ金属塩水溶液の溶媒としては、水に加えて、水以外の溶媒も用いることもできる。
水以外の溶媒としては、特に限定されないが、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親水性溶媒が好ましい。
ケイ酸アルカリ金属塩としては、特に限定されないが、例えば、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およびケイ酸ソーダからなる群から選択される少なくとも1種を用いることができる。
その後、1時間〜5時間静置して反応させる。
水系懸濁液を加温する温度は、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。
この工程により、上記の水系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する。
上記の水系懸濁液に、マグネシウム塩、カルシウム塩およびバリウム塩からなる群から選択される少なくとも1種を含む水溶液を加えて撹拌して、1時間〜5時間静置して置換反応を行う。
カルシウム塩としては、例えば、塩化カルシウム、硝酸カルシウム等が挙げられる。
バリウム塩としては、例えば、硝酸バリウム等が挙げられる。
酸化ケイ素被膜中のアルカリ金属は水中に遊離しやすいが、酸化ケイ素被膜に含まれたマグネシウム、カルシウム、バリウムは殆ど遊離しないため、イオン交換反応が進行する。
本実施形態の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有組成物は、本実施形態の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛と、溶媒と、を含有してなる。
ここで、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、含有する酸化亜鉛粒子の粒子サイズも小さくなり、亜鉛イオンの溶出を抑制することができなくなる虞があるからである。一方、平均粒子径が2000nmを超えると、酸化ケイ素被覆酸化亜鉛を化粧料等に適用した場合に、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、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%以下が好ましいとした。その理由は、酸化ケイ素被覆酸化亜鉛の含有率が1質量%未満では、酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有組成物が十分な紫外線遮蔽性能を示すことができなくなる。その結果、酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有組成物を化粧料等に配合する際に、所望の紫外線遮蔽性能を示すためには大量の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有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からである。一方、酸化ケイ素被覆酸化亜鉛の含有率が80質量%を超えると、酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有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からである。
溶媒としては、例えば、水、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、グリセリン等のアルコール類;
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。
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、合成高分子が好ましく、カルボマー(カルボキシビニルポリマー)がより好ましい。
本実施形態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。一方、カルボマーの含有率が10質量%を超えると、酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有組成物の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のりが悪くなり、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。
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。しかしながら、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。
このように、促進条件下、すなわち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、上記の範囲内とすることにより、本実施形態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14μm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。
このような分散に用いられる分散方法としては、公知の分散装置を用いた分散方法を用いることができる。分散装置としては、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・公転ミキサー等を用いた分散方法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せるのに十分な時間であればよい。
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る。この組成物は、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%以下とすることが好ましく、より好ましくは20質量%以上かつ70質量%以下であり、さらに好ましくは30質量%以上かつ60質量%以下である。
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の平均分散粒径は、60nm以上かつ2μm以下が好ましく、80nm以上かつ800nm以下がより好ましく、100nm以上かつ500nm以下がさらに好ましい。
酸化ケイ素被覆酸化亜鉛は、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る。よって、油中水型(W/O型)や水中油型(O/W)の化粧料への配合がより容易になる。
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)や水中油型(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。
(−(Si(CH3)2O−)X ・・・(2)
(式(2)中、Xは1〜2000の範囲である。)
このシリコーン樹脂では、Xの値を上記範囲とすることにより、上記の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛との混合が容易となるので、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種のみを単独で用いてもよく、これらのうち2種以上を混合して用いてもよい。
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や、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や、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種のみを単独で用いてもよく、これらのうち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、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、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、高級アルコールおよび高級脂肪酸の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。
また、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。
このような分散に用いられる分散方法としては、公知の分散装置を用いた分散方法を用いることができる。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を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。
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る。この組成物は、酸化ケイ素被覆酸化亜鉛の含有率が1質量%以上かつ80質量%以下であることが好ましく、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。また、この組成物は、アルコール類を含む水系分散媒を、20質量%〜99質量%含むことが好ましく、30質量%〜80質量%含むことがより好ましく、40質量%〜70質量%含むことがさらに好ましい。
特に、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およ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、分散剤およ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酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有水系組成物中における分散性および経時安定性も向上する。
ここで、酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有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。その理由は、以下の通りである。アルコール類の含有率が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る。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、さらには酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有水系組成物の経時安定性が低下するので、好ましくないからである。また、アルコール類の含有率が20質量%を超えると、酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有水系組成物全体の粘性が高くなる。その結果、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、酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有水系組成物の経時安定性も低下するので、好ましくないからである。
水の量を上記の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および上記の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有組成物の少なくとも一方を基剤中に含有している。
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分散粒径は、60nm以上かつ2μm以下が好ましく、80nm以上かつ800nm以下がより好ましく、100nm以上かつ500nm以下がさらに好ましい。
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少なくとも1種を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を配合することにより、紫外線遮蔽能、透明感および使用感に優れた水系化粧料を得ることができる。
また、本実施形態の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛が、Mg、CaおよびBaからなる群から選択される少なくとも1種を含有する場合には、純水と混合した時のpHの変動をより抑制することができる。
[酸化ケイ素被覆酸化亜鉛]
酸化亜鉛粒子(平均粒子径250nm;住友大阪セメント社製)と水を混合し、次いで、超音波分散を行い、酸化亜鉛の含有率が50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17.7質量%(酸化ケイ素被覆酸化亜鉛中の酸化ケイ素が15質量%)のケイ酸ソーダを含むケイ酸ソーダ水溶液に加えて撹拌し、懸濁液とした。
次いで、この懸濁液を遠心分離機により固液分離し、得られた固形物を水にて洗浄した。その後、この固形物を150℃にて乾燥し、さらに、500℃にて3時間、熱処理(焼成)を行い、実施例1の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛を作製した。
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とし、Q4環境における存在比をQ4とし、Q3+Q4の値と、Q4/(Q3+Q4)の値を算出した。その結果、Q3+Q4≧0.6であり、Q4/(Q3+Q4)<0.5であった。
[酸化ケイ素被覆酸化亜鉛]
酸化亜鉛粒子(平均粒子径250nm;住友大阪セメント社製)と水を混合し、次いで、超音波分散を行い、酸化亜鉛の含有率が30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17.7質量%(酸化ケイ素被覆酸化亜鉛中の酸化ケイ素が15質量%)のケイ酸ソーダを含むケイ酸ソーダ水溶液に加えて撹拌し、懸濁液とした。
次いで、この懸濁液を遠心分離機により固液分離し、得られた固形物を水にて洗浄した。その後、この固形物を150℃にて乾燥し、さらに、500℃にて3時間、熱処理(焼成)を行い、実施例2の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛を作製した。
[酸化ケイ素被覆酸化亜鉛]
酸化亜鉛粒子(平均粒子径250nm;住友大阪セメント社製)と水を混合し、次いで、超音波分散を行い、酸化亜鉛の含有率が50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17.7質量%(酸化ケイ素被覆酸化亜鉛中の酸化ケイ素が15質量%)のケイ酸ソーダを含むケイ酸ソーダ水溶液に加えて撹拌し、懸濁液とした。
次いで、この懸濁液を60℃に加温し、この懸濁液を撹拌しながら希塩酸を徐々に添加してpHを6に調整した後、2時間静置した。
[酸化ケイ素被覆酸化亜鉛]
酸化亜鉛粒子(平均粒子径250nm;住友大阪セメント社製)と水を混合し、次いで、超音波分散を行い、酸化亜鉛の含有率が30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17.7質量%(酸化ケイ素被覆酸化亜鉛中の酸化ケイ素が15質量%)のケイ酸ソーダを含むケイ酸ソーダ水溶液に加えて撹拌し、懸濁液とした。
次いで、この懸濁液を60℃に加温し、この懸濁液を撹拌しながら希塩酸を徐々に添加してpHを6に調整した後、2時間静置した。
[酸化ケイ素被覆酸化亜鉛]
酸化亜鉛粒子(平均粒子径250nm;住友大阪セメント社製)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5.3質量%(酸化ケイ素被覆酸化亜鉛中の酸化ケイ素が5質量%)のケイ酸ソーダを含むケイ酸ソーダ水溶液に加えて撹拌し、懸濁液とした。
次いで、この懸濁液を遠心分離機により固液分離し、得られた固形物を水にて洗浄した。その後、この固形物を150℃にて乾燥し、さらに、500℃にて3時間、熱処理(焼成)を行い、比較例1の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛を作製した。
[酸化ケイ素被覆酸化亜鉛]
酸化亜鉛粒子(平均粒子径250nm;住友大阪セメント社製)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11.1質量%(酸化ケイ素被覆酸化亜鉛中の酸化ケイ素が10質量%)のケイ酸ソーダを含むケイ酸ソーダ水溶液に加えて撹拌し、懸濁液とした。
次いで、この懸濁液を遠心分離機により固液分離し、得られた固形物を水にて洗浄した。その後、この固形物を150℃にて乾燥し、さらに、500℃にて3時間、熱処理(焼成)を行い、比較例2の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛を作製した。
比較例3の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛として、市販品のSIH20−ZnO650(平均粒子径25nm、ケイ酸ソーダを用いて、酸化ケイ素被覆酸化亜鉛中の酸化ケイ素が15質量%となるようにシリカ被膜を形成;住友大阪セメント社製)を用いた。
また、実施例1と同様にしてQ0、Q1、Q2、Q3、Q4を算出した。その結果、Q3+Q4<0.6であり、Q4/(Q3+Q4)<0.5であった。
シリカ被膜が形成されていない、平均粒子径が25nmの酸化亜鉛(住友大阪セメント社製、ZnO−650)を比較例4とした。
実施例1で用いた平均粒子径が250nmの酸化亜鉛(住友大阪セメント社製)を比較例5とした。
実施例1〜4および比較例1〜5各々の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛、酸化亜鉛の評価を行った。
評価項目は次のとおりである。
(1)pH=5の緩衝液に対する溶出率S
酸化ケイ素被覆酸化亜鉛(または酸化亜鉛)0.015gを0.05mol/lのフタル酸水素カリウム/NaOH緩衝液(pH=5)に加え、スターラーを用いて25℃で1時間攪拌し、遠心分離機により固液分離し、亜鉛抽出液を得た。
次いで、この亜鉛抽出液に0.1%キシレノールオレンジ溶液を1滴添加し、0.004mol/lのEDTA溶液で滴定した。滴定に要したEDTA量から、亜鉛抽出液中に溶出した酸化亜鉛量を計算した。
なお、酸化ケイ素被覆酸化亜鉛中の酸化亜鉛量はICP分析法により測定した。これらにより、下記式(1)で定義される酸化亜鉛の溶出率Sを算出した。結果を表1に示す。
溶出率S=(溶出した酸化亜鉛量)/(酸化ケイ素被覆酸化亜鉛中の酸化亜鉛量)
・・・(1)
酸化ケイ素被覆酸化亜鉛(または酸化亜鉛)10gを、20質量%のオレイン酸を含むイソプロピルアルコール溶液50gに加えて混合して懸濁液を作製し、48時間静置した。
静置後の懸濁液の流動性を目視で確認し、懸濁液の流動性がある場合を「A」、流動性がない場合を「B」とした。結果を表1に示す。
亜鉛イオンが溶出すると、オレイン酸と反応して懸濁液が固化するので、懸濁液の流動性があるAの場合には、亜鉛イオンの溶出が抑制されていることを意味する。一方で、懸濁液の流動性がないBの場合には、亜鉛イオンの溶出が抑制されていないことを意味する。
酸化ケイ素被覆酸化亜鉛(または酸化亜鉛)10gを純水(pH=6〜7)90gに加え、スターラーを用いて25℃で20時間攪拌して懸濁液にした後、この懸濁液のpHを測定した。結果を表1に示す。
pHは6〜7に近いほど、亜鉛やナトリウムの溶出が抑制され、化粧料に配合した時の品質安定性が良いことを示している。
実施例1の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛10gを、0.2質量%のクエン酸を含む水溶液90gに加え、スターラーを用いて25℃で攪拌した際の懸濁液のpH変動を測定した。結果を図1に示す。
図1の結果から、実施例1の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛は、水系環境下でも酸を少量加えることで、pHを6〜7の範囲で制御できることが確認された。
2−プロパノールの含有率を300ppmに調整した2−プロパノール水溶液を作製した。この2−プロパノール水溶液9.99gに、実施例1で得られた酸化ケイ素被覆酸化亜鉛を0.01g、0.00g(ブランク)、比較例5の酸化亜鉛を0.01gそれぞれ混合し、超音波分散して懸濁液を2つ(実施例1、比較例5)、およびブランク溶液を作製した。
次いで、10mm角石英セルに、超音波分散した懸濁液またはブランク溶液を0.3g入れ、さらに上記2−プロパノール水溶液2.7gを入れて、3gのサンプル液とした。
サンプル液に紫外線ランプ(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、ガスクロマトグラフィーを用いてこの上澄み液中に含まれるアセトン量を定量した。
その結果、実施例1のアセトン量は19ppmで、ブランクのアセトン量は19ppmで、比較例5のアセトン量は37ppmであった。
この結果より、実施例1の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛は、比較例5の酸化亜鉛と比較して2−プロパノールの酸化分解で生じるアセトン量が少なく、しかもブランクと同等のアセトン量であり、光触媒活性が抑制されていることが確認された。
実施例1の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛30質量部と、ポリエーテル変性シリコーン4.5質量部と、デカメチルシクロペンタシロキサン(商品名:SH245、東レ・ダウコーニング社製)(以下、「D5」と略記する。)65.5質量部と、を混合した。
次いで、この混合液をサンドミルにて分散させ、実施例5の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛組成物を作製した。
この塗膜の吸光スペクトルをSPFアナライザーUV−1000S(Labsphere社製)にて測定し、測定した吸光スペクトルを、290nmから長波長側へ積分し、積分面積が290−400nm全体の90%となる波長を臨界波長として算出した。その結果、臨界波長は380nmであった。
実施例1の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛を用いる替わりに、比較例3の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛を用いた以外は実施例5と同様にして、比較例6の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有組成物を作製した。
実施例5と同様にして、得られた酸化ケイ素被覆酸化亜鉛組成物を用いて塗膜を形成し、その塗膜の臨界波長を算出した結果、370nmであった。
カルボマー Ultrez10(日光ケミカルズ社製)1.5gを純水に加え、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0.15質量%含有しpHが7.5のカルボマージェルを作製した。
次いで、このカルボマージェルと実施例1の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛を、質量比で95:5となるように混合して撹拌し、実施例6の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有組成物を作製した。
次いで、この酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有組成物を、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。この酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有組成物の粘度変化を図2に示す。
実施例1の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛を用いる替わりに、比較例2の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛を用いた以外は実施例6と同様にして、比較例7の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有組成物を得た。
実施例6と同様にして、この酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有組成物の粘度変化を測定した。結果を図2に示す。
実施例1の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛を用いる替わりに、比較例4の酸化亜鉛を用いた以外は実施例6と同様にして、比較例8の酸化亜鉛含有組成物を得た。
実施例6と同様にして、この酸化亜鉛含有組成物の粘度変化を測定した。結果を図2に示す。
実施例1の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛を用いる替わりに、比較例5の酸化亜鉛を用いた以外は実施例6と同様にして、比較例9の酸化亜鉛含有組成物を得た。
実施例6と同様にして、この酸化亜鉛含有組成物の粘度変化を測定した。結果を図2に示す。
さらに、実施例1〜4の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛は、純水と混合しても、pHが7〜8の中性付近に保持できることが確認された。
そして、図1より、実施例1の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛は、純水にクエン酸を少量添加することにより、化粧料で使用するにはより好ましいpH7以下に保持できることが確認された。
また、実施例5と比較例6の組成物の臨界波長を比較することにより、実施例5の組成物の臨界波長の方が、比較例6の組成物の臨界波長よりも長波長側であり、紫外線遮蔽性に優れることが確認された。
Claims (5)
- 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って、
前記酸化亜鉛粒子の平均一次粒子径は50nmを超えてかつ500nm以下であり、
前記酸化ケイ素被覆酸化亜鉛中の酸化ケイ素量が、前記酸化ケイ素被覆酸化亜鉛の全質量に対して12質量%以上50質量%以下であり、
前記酸化ケイ素被膜中に、Mg、Ca及びBaからなる群から選択される少なくとも1種を含有し、
かつ、pH=5の緩衝液に1時間保持した際における、下記式(1)で定義される酸化亜鉛の溶出率Sが50%以下であることを特徴とする酸化ケイ素被覆酸化亜鉛。
溶出率S=(溶出した酸化亜鉛量)/(酸化ケイ素被覆酸化亜鉛中の酸化亜鉛量)
・・・(1) - 前記酸化亜鉛粒子の平均一次粒子径が200nm以上かつ300nm以下であり、
前記酸化亜鉛粒子の90%以上の粒子の一次粒子径は100nm以上かつ400nm以下であることを特徴とする請求項1に記載の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛。 - 請求項1または2に記載の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛の製造方法であって、
平均一次粒子径が50nmを超えかつ500nm以下の酸化亜鉛粒子を含む酸化亜鉛水系懸濁液と、前記酸化ケイ素被覆酸化亜鉛中の酸化ケイ素換算で、12質量%以上50質量%以下となるケイ酸アルカリ金属塩を含むケイ酸アルカリ金属塩水溶液とを混合して、前記酸化亜鉛粒子と前記ケイ酸アルカリ金属塩を含む水系懸濁液を調製し、前記水系懸濁液に酸を添加して反応させ、
得られた反応液に、マグネシウム塩、カルシウム塩およびバリウム塩からなる群から選択される少なくとも1種を含む水溶液を添加して、前記ケイ酸アルカリ金属塩に由来するアルカリ金属イオンを、Mg、CaおよびBaからなる群から選択される少なくとも1種のイオンにてイオン交換し、
次いで、得られたイオン交換後の反応物を200℃以上かつ600℃未満の温度にて1時間〜5時間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または2に記載の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛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または2に記載の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛および請求項4記載の酸化ケイ素被覆酸化亜鉛含有組成物の少なくとも一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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