KR20040093076A - 실질적으로 가시의 투명한 국부 물리적 선스크린 제형 - Google Patents

실질적으로 가시의 투명한 국부 물리적 선스크린 제형 Download PDF

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KR20040093076A
KR20040093076A KR10-2004-7013463A KR20047013463A KR20040093076A KR 20040093076 A KR20040093076 A KR 20040093076A KR 20047013463 A KR20047013463 A KR 20047013463A KR 20040093076 A KR20040093076 A KR 20040093076A
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말콤 너른
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Abstract

국부적으로 도포되는 선스크린 조성물을 제공하며, 여기의 선스크린 조성물은, 피부학상 허용가능한 운반체 내에 물리적 자외선 차단제인 나노-사이즈 입자를 사용하여, 상기 조성물 내에 화학적 자외선 차단제를 포함하지 않고도, 피부학상 허용가능한 수준의 자외선 차단 지수(SPF), 및 UVA 및 UVB 복사에 대한 넓은 스펙트럼 차단을 제공한다.

Description

실질적으로 가시의 투명한 국부 물리적 선스크린 제형{A SUBSTANTIALLY VISIBLY TRANSPARENT TOPICAL PHYSICAL SUNSCREEN FORMULATION}
자외선(UV) 복사는 290nm에서 400nm 사이의 파장을 가지며, 단기적으로는 선번(sunburn; 일광화상)을 야기하고 장기적으로는 피부의 조기 노화 및 피부암을 야기하는 등 인체의 표피를 손상시킨다. 자외선B(UVB)는 290nm에서 320nm 사이의 파장을 가지는데 화상 및 홍반(erythema)을 야기하는 것으로 잘 알려져 있으므로 차단되어야 한다. 자외선A(UVA)는 자외선B에 의해 야기된 손상에 기여하며, 또한 다형성 일광 발진 및 특정 화학 약품에 대한 광과민증 등의 다른 해로운 영향을 미칠 수 있다.
선스크린 조성물은 크게 "화학적(유기) 선스크린" 및 "물리적(무기) 선스크린"으로 분류되는데, UVA 및 UVB 복사를 차단하는 작용을 하는 유효 성분의 성질에 따라 분류된다. 화학적 선스크린은 일반적으로 공액 분자 구조(conjugated molecular structure)를 포함하며, 이는 UVB 및/또는 UVA 파장을 흡수하여 보다 길고 안정한 파장으로 에너지를 재전송한다. 통상, 화학적 선스크린이 차단하는 파장의 범위는 물리적 선스크린의 경우보다 좁으므로, 비록 "넓은 스펙트럼 제품"(broad spectrum products)이라고 라벨이 붙은 경우에도, UVA에 대하여 단지 부분적인 차단만을 얻는다. 한편, 물리적 선스크린은 일반적으로 불활성 무기 화합물 입자의 분산체로 구성되는데, 이는 우선적으로 자외선 복사를 흡수하고, 또한 입자의 크기, 자외선 복사의 파장, 및 분산된 입자 및 분산매의 굴절률의 차이에 따라 자외선 복사 및 가시광선 복사를 산란시킬 수 있다. 화장품 산업에서는, 산화아연 및 산화티탄을 포함하는 특정 금속 산화물이 효과적인 물리적 자외선 차단제로 잘 알려져 있다.
특히, 산화아연은 UVB 및 UVA 복사의 사실상 모든 스펙트럼에 대하여 자외선 복사에 대한 높은 흡수율을 가지는 것으로 알려져 있으며, 반면에 산화티탄은 보다 제한된 스펙트럼에 대한 자외선 차단을 제공한다. 산화아연은 물리적 자외선 흡수제로서 선스크린에 함유되는 것으로 알려져 있다.
화학적 선스크린은 광민감성인 것으로 알려져 있으며 자외선 복사에 의해 퇴화 또는 변화될 수 있다는 점에서, 물리적 선스크린이 화학적 선스크린보다 바람직하다. 게다가, 피부 및 사용자의 전체적인 건강에 대한 화학적 선스크린의 장기적인 영향이 알려져 있지 않다. 특히, 이러한 물리적 선스크린으로서 산화아연을 포함하는 것은 자외선에 안정하고 장기간의 피부 접촉과 연관된 알려진 악영향이 없으므로 물리적 선스크린이 바람직하다.
물리적 자외선 차단제의 사용에 있어서 주된 제한 요인은 이러한 물리적 자외선 차단제를 포함하는 선스크린 제형이 이에 함유된 입자로 인하여 빛이 과잉 산란되어 하얗게 보이는 경향이 있다는 것이다. 이 때문에, 단지 물리적 자외선 차단제에 의존하는 선스크린 제형은 화장품으로서의 허용성 및 시장성이 낮다.
선스크린의 유효성은 보통 자외선 차단 지수(SPF)에 의해 특징지어 지는데, 이는 홍반을 유발하는데 요구되는 자외선 복사에 대한 노출 시간의 증가의 기준이 된다. 상기 SPF는 일반적으로 뒤에 "+"가 붙는 숫자로 표현된다. 예컨대, SPF 15+는 SPF가 적어도 15임을 나타낸다. 피부학상 허용가능한 수준의 SPF는 지역에 따라 다르다. 호주에서는, 선스크린 제형이 15+ 또는 30+의 SPF를 갖는다. SPF 시험은 "인비보"(in-vivo) 또는 "인비트로"(in-vitro)로 수행된다. 호주에서, 인비보 SPF 시험은 호주기준 AS/NZS 2604:1998에 따라 수행된다.
일광화상(선번)은 주로 UVB 복사와 연관되기 때문에, UVA 보다는 UVB에 대한 SPF 시험 차단 기준이 주로 사용된다. 특히, SPF 시험에서 사용되는 태양 모의 실험 장치의 자외선 방사는 자연 태양광의 스펙트럼과 비교할 때 약 350nm 이상인 UVA 복사에 미치지 못한다. 이는 UVA에 대한 노출이 피부의 조기 노화 및 어떤 형태의 피부암에 있어서 중요한 위험 요인이라는 증거가 증가하고 있기 때문에 중요하다. 나아가, 많은 단기 및 장기의 악영향은 일광화상(sunburn) 홍반의 경우보다 UVA에 대하여 상대적으로 더욱 민감할 수 있다.
UVA 복사의 영향에 관한 관심이 증가하기 때문에, 전체 자외선 스펙트럼에 걸친 복사를 차단하는 선스크린의 능력을 측정하기 위한 몇가지 부가적인 시험이 제안되었다. 선스크린에 흡수되는 UVB 복사에 대한 UVA 복사의 비율인 UVA/UVB 비율이 특히 관련성이 있다. 전체 자외선 스펙트럼에 걸친 선스크린의 유효성을 평가하기 위해 사용되는 다른 파라미터로는 임계 파장 파라미터가 있으며, 이는 총 자외선 복사의 90%가 흡수되는 파장으로 정의된다.
상술한 시험들 중에서 어떤 것이든 그 결과는 시험되는 선스크린 조성물 또는 제형의 특정한 층 두께에 의존한다. 대부분의 SPF 시험은, 약 20 마이크론의 층 두께에 해당하는 2mg/㎠의 선스크린 조성물 또는 제형이 대상물에 도포될 것을 요구한다. 보다 얇은 층의 선스크린을 사용하면, 자외선 차단 정도가 낮아진다.
물리적 선스크린을 함유하는 선스크린에서, 투명도는 물리적 선스크린 입자들의 농도가 증가함에 따라 감소하는데, 이는 입자들에 의한 빛의 산란이 증가하기 때문으로 선스크린 층에서 미백 효과를 야기한다. 그리하여, 주어진 층 두께에 있어서, 일반적으로 상기 층의 투명도 및 백색도, 및 상기 층의 물리적 차단제의 농도 사이에 교환이 존재한다. 기지의 상업상 이용가능한 선스크린에서, 미백 효과는 산화아연 또는 산화티탄 등의 물리적 자외선 차단제의 최대 농도를 제한하므로, 적절한 UVA/UVB 차단을 제공할 수 없는 값이 되게 한다. 결론적으로, SPF의 수용가능한 값은 단지 화학적 자외선 차단제를 선스크린에 첨가함으로써 달성된다.
위에서 언급한 바와 같이, 선스크린에 물리적 자외선 차단제를 사용하는 데에 대한 주요한 제한요소 중 하나는 선스크린을 도포한 후 피부에 나타나는 미백의문제이다. 외형을 의식하는 선스크린 사용자가 이러한 미백 효과를 피하기 위하여 얇은 층의 선스크린을 도포하면, 실제 SPF는 표준 시험에서 측정된 것보다 작을 것이고, 이는 SPF 등급이 시험된 선스크린의 층 두께에 의존한다는 사실에 기인한다. 그리하여, 사용자가 미백을 피하는 것을 염려한다면, 제품의 실제 사용에 있어서는 SPF 시험에서 측정된 자외선 차단 지수를 얻을 수 없을 것이다.
따라서, 화학적 선스크린의 광-반응성 문제를 피하면서 UVA 및 UVB 복사를 효과적으로 차단하는 물리적 선스크린이 가진 능력의 이점을 얻을 수 있는, 자외선 복사로부터 피부를 보호하는 향상된 국부 선스크린 제형이 요구된다. 미용용으로 바람직한 선스크린 제품에 있어서 부수하는 감소없이도 이러한 선스크린의 최대 SPF 등급을 이용할 수 있다.
선스크린 산업에서의 기존의 경향은, 선스크린 제형의 투명도를 향상시키고 백색도를 줄이기 위하여 보다 작은 입자 크기를 가진 산화아연을 함유하는 선스크린을 개발하고 사용하는 것이다. 예컨대, 미국특허 제5,573,753호는 5nm 내지 150nm의 산화아연 입자를 함유하는 선스크린을 제조하는 방법에 대해 개시하고 있으며, 자외선 복사를 차단하면서 가시광선에 실질적으로 투명하다고 주장하고 있다. 미국특허 제5,531,985호는 10nm 내지 100마이크론의 크기를 갖는 산화아연 입자의 분산체를 포함하는 선스크린에 대해 개시하고 있다.
이들 특허들 중 어느 것도, 상기 조성물의 SPF 등급, 실질적인 가시 투명도가 얻어지는 선스크린의 층 두께, 또는 선스크린에 함유되면서 "실질적인 가시 투명도"를 제공할 수 있는 산화아연의 중량 퍼센트에 대하여 언급하고 있지 않다.충분히 얇게 도포되거나 산화아연 입자가 단지 소량의 비율로 포함된다면, 선스크린 조성물은 투명하다고 주장할 수 있을 것이다. 그러나, 그러한 선스크린은 피부학상 허용가능한 수준의 SPF를 갖지는 않을 것이다.
이전에, 산화아연 입자를 포함하는 실질적으로 가시의 투명한 선스크린에 대하여 청구된 적이 있다. 예컨대, 미국특허 제5,587,148호(미첼)는 특정한 순도를 가지며 약 0.2마이크론보다 작은 특정한 평균 입자 크기 범위의 실질적으로 순수한 미분화 산화아연 입자를 포함하는 선스크린에 대한 것이다. 미첼은, 이러한 입자를 피부학상 허용가능한 액상 운반체에 혼합했을 때, 이들 입자들이 실질적으로 불균일하게 분산되어, 실질적으로 가시광선에 투명하게 존재하면서 UVA 및 UVB 태양 복사 모두에 대하여 피부를 보호한다고 주장하였다. 그러나, 미첼의 산화아연 입자로 구성한 상업상 이용가능한 선스크린은 전적으로 화학적 자외선 차단제의 함유에 의존해야 하며, 그렇게 하여 필수 SPF를 유지하면서 가시 투명도를 얻을 수 있다. 실험에 의하여, 미첼의 산화아연 분말에만 의존한 선스크린은, 허용가능한 수준의 SPF에서 투명도가 낮고 백색도가 현저한 선스크린이 된다는 것이 밝혀졌다. 예컨대, 미국특허 제5,587,148호(미국특허상표청으로부터 입수 가능함)의 재심사 과정중에 미국특허상표청에 제출된 "시행규칙 1,132에 따른 진술서(예시 A)"로부터 취득한 자외선-가시광선 투과도 데이터는 가시 스펙트럼의 중간점에 해당하는 550nm의 파장에서 단지 18%의 총 투과도를 나타낸다.
현재, 단지 물리적 선스크린의 사용에만 의존한, 피부상에서 가시광선에 대해 맑고 투명한 선스크린은 상업적으로 입수가능한 것이 없다.
본 기술분야에서 대부분의 선행기술은, 정확하고 과학적으로 수용가능한 정의 및 측정기술이 존재함에도 불구하고, 투명도 및 백색도에 대한 정량적인 평가가 부족하다. 게다가, 선스크린 층의 투명도 및 백색도는 층 두께에 직접적으로 의존하고, 층 두께에 대한 명쾌한 지식없이는 투명도 및 백색도 값은 의미가 없다.
본 명세서 전반에 걸쳐, "투명"(transparent)라는 용어는 "그 물질을 통하여 광선이 통과되어 뒤쪽에 위치한 물체를 뚜렷하게 볼 수 있는 성질"(반투명과 구별되고 불투명과 반대됨)을 의미하고, "맑다"(clear)라는 용어는 "백색 또는 흐림이 없다"는 것을 의미하는 것으로 이해된다. "맑음도"(clarity)는 제형이 맑은 정도를 가리킨다.
본 명세서 전반에 걸쳐, "선스크린" 및 "자외선 차단제"라는 용어들은 자외선 복사의 100% 차단이 발생하는 것을 의미하지 않는다. 이러한 용어들은 단지 자외선 복사가 사용자의 피부에 접근할 수 있는 정도를 줄이는데 대한 약제(agent) 또는 조성물의 역할을 기술하기 위하여 사용된다.
여기서, 많은 선행기술 공보를 참조하였지만, 이들 참조문헌들이 호주 또는 다른 나라에서 당해 분야에서의 일반적이고 흔한 지식이라고 인정하는 것은 아니다.
본 명세서를 통하여, "포함한다"라는 용어는, 이후에 명시 혹은 기술되어진 특징 또는 단계에 명백하게 한정되거나 포함되지는 않지만 본 발명에 속하는 다른 특징 및/또는 단계가 있을 수 있다는 의미에서 포괄적으로 사용된다. 이러한 다른 특징 및/또는 단계가 포함하는 것은 본 명세서를 전체적으로 이해할 때 명백해질것이다.
본 발명은, 단지 물리적 자외선(UV) 차단제에만 의존하여, 자외선 복사로부터 피부를 보호하기 위한, 피부학상 허용가능한 수준의 자외선 차단 지수(SPF) 및 광범위 자외선A/자외선B 차단영역을 가진 실질적으로 가시의 맑고 투명한 국부 선스크린 조성물에 관한 것이다. 상기 조성물은 화학적 자외선 차단제를 첨가함이 없이도 원하는 수준의 SPF를 제공하는 충분한 중량비의 나노 사이즈 입자로 된 물리적 자외선 차단제를 포함한다.
본 발명의 본질을 보다 자세히 이해하는 것을 돕기 위하여, 바람직한 실시예들을 예시함으로써 첨부한 도면을 통해 상세히 기술할 것이다.
도 1은 광-상관 분광법에 의해 측정된 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따른 국부 선스크린 조성물의 용도에 적합한 산화아연 분말의 입자 크기 분포를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따른 국부 선스크린 조성물의 용도에 적합한 산화아연 분말 입자에 대한 투과전자현미경의 사진이다.
도 3은 탈염수에서의 실시예 1에 따른 산화아연 분말의 슬러리 0.1중량%에 대한 자외선-가시광선 경면 투과도 스펙트럼을 도시한다..
도 4는 자외선-가시광선 경면 투과도 스펙트럼에 대한 산화아연 입자 크기의 영향을 설명하는 도면이다.
도 5는 탈염수에 분산된 실시예 2의 0.01중량% 산화아연의 자외선-가시광선 경면 투과도 스펙트럼을 나타낸다.
도 6은 자외선 노출하의 실시예 3에 따른 샘플 A, B 및 C에 대한 지시약의 붕괴율을 나타낸다.
도 7은 수용액으로 된 이소스테아릴 벤조에이트에 분산된 실시예 4의 산화아연에 대한 자외선-가시광선 경면 투과도 스펙트럼을 나타낸다.
도 8은 수용액으로 된 캐놀라 오일에 분산된 실시예 5의 산화아연에 대한 자외선-가시광선 경면 투과도 스펙트럼을 나타낸다.
도 9는 수용액으로 된 헥산에 분산된 실시예 6의 산화아연에 대한 자외선-가시광선 경면 투과도 스펙트럼으로서, (a)는 분산된 경우, (b)는 건조 후 재분산된 경우에 대한 것이다.
도 10은 자외선-가시광선 총 투과도 측정에 대한 바람직한 실시예로서의 실시예 7에 따른 산화아연 분말의 평균 입자 크기의 영향을 설명하는 도면이다.
도 11은 550nm에서의 총 투과도에 대한 바람직한 실시예로서의 실시예 7에 따른 산화아연 분말의 평균 입자 크기의 영향을 설명하는 도면이다.
도 12는 330nm에서의 총 투과도에 대한 바람직한 실시예로서의 실시예 7에 따른 산화아연 분말의 평균 입자 크기의 영향을 설명하는 도면이다.
도 13은 20마이크론 후막의 경우 미백 지수에 대한 바람직한 실시예로서의 실시예 7에 따른 산화아연 분말의 평균 입자 크기의 영향을 설명하는 도면이다.
도 14는 인비트로 SPF(트랜스포 테이프법)에 대한 바람직한 실시예로서의 실시예 7에 따른 산화아연 분말의 평균 입자 크기의 영향을 설명하는 도면이다.
도 15는 이소스테아릴 벤조에이트에 분산된 바람직한 실시예로서의 실시예 7에 따른 산화아연 분말의 30%로 구성된 샘플에 대한 흡수율 스펙트럼을 도시한다.
도 16은 인비트로 SPF의 다양한 값에 대한 550nm에서의 경면 투과도에 대한 평균 입자 크기의 영향을 설명하는 도면이다.
도 17은 인비보 SPF 값 및 인비트로 SPF 값 사이에 관찰된 선형적인 상관관계를 설명하는 도면이다.
도 18은 인비보 SPF의 다양한 값에 대하여 550nm에서의 경면 투과도에 대한 평균 입자 크기의 효과를 보여주는, 도 24의 상관관계를 사용하여 도출된 도 23의 데이터를 그래프화하여 도시한 도면이다.
도 19는 도 11의 데이터를 이용하여 흡광 계수가 550nm에서의 경면 투과도에 대한 입자 크기의 함수임을 나타낸 도면이다.
도 20은 케미컬-프리 선스크린 제형에서 16중량%의 산화아연의 자외선-가시광선 경면 투과도 스펙트럼을 나타낸다.
도 21은 케미컬-프리 선스크린 제형에서 16중량% 산화아연의 경면 흡광 계수를 도표화하여 도시한 도면이다.
도 22는 20마이크론 후막의 경우 케미컬-프리 선스크린 제형에서의 16중량% 산화아연의 CIE L* 좌표를 도시한 것이다.
도 23은 다양한 케미컬-프리 선스크린 제형에서 16중량% 산화아연의 8마이크론 후막의 이미지를 도시한다.
도 24는 8마이크론 광경로를 가진 석영 셀을 사용하여 선스크린 제형의 총 투과도 데이터로부터 계산된 인비트로 SPF 레벨을 도표화 한 것이다.
도 25는 다양한 농도를 가진 핀솔브-티엔 내에서의 25nm 크기의 산화아연 나노입자 현탁액에 대하여, 8 마이크론 셀을 이용하여 측정한 인비트로 SPF 및 인비보 SPF 값 사이의 관계를 도시한 것이다.
도 26은 도 20 및 도 21의 선스크린 제형에 대한 인비보 SPF 레벨을 도시한 것이다.
도 27은 실시예 7, 8 및 9의 선스크린 제형의 경우 25nm 산화아연에 대한 550nm에서의 경면 투과도의 흡광 계수를 도시한 것이다.
도 28은 오일상에서의 산화아연 현탁액에 대하여 실시예 12의 샘플 1 및 샘플 2의 자외선-가시광선 총 투과도 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 29는 20마이크론 후막의 조성물에 포함된 산화아연 입자의 중량비의 함수로서, 본 발명의 선스크린 조성물의 미백 지수 및 다른 상업상 이용가능한 제품들의 미백 지수를 비교하여 도표화한 것이다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 자외선 복사로부터 피부를 보호하는 실질적으로 가시의 맑고 투명한 국부 선스크린 조성물을 제공하며, 상기 조성물은, 피부학상 허용가능한 운반체 내에서 피부학상 허용가능한 수준의 SPF, 및 UVA 및 UVB 복사에 대한 넓은 스펙트럼 차단을 제공하는 물리적 자외선 차단제인 충분한 중량비의 나노 사이즈 입자를 포함하고, 그리하여 화학적 자외선 차단제를 함유하지 않는다.
"조성물"이라는 용어는 분산체(dispersion), 에멀션(크림 또는 로션), 스틱, 겔, 스프레이, 투명 로션, 또는 일광 손상에 대한 피부 보호용으로 사용되기에 적합한 와이프(wipe) 혹은 기타 다른 조성물을 포함한다. 분산체 또는 에멀션은 유중수형 에멀션(water-in-oil emulsion), 수중유형 에멀션(oil-in-water emulsion), 또는 다상 에멀션일 수 있다.
"피부학상 허용가능한 수준의 SPF"는 해당 국가에서 소비자에게 판매가능하기 위한 선스크린이 따라야 할 최소한의 SPF를 설정한 많은 국가들의 상황을 포괄할 수 있도록 선택된 것이다. 예컨대, 현 규정에 기초하면, 많은 동남 아시아 국가들은 단지 선스크린 제품이 8+의 SPF를 가지도록 요구한다. 호주에서는, 시판되는 대다수의 선스크린이 15+의 최소 SPF를 갖는다.
해당 법역에 대해서, 선스크린 포뮬레이터는 필수 SPF 수준을 얻기 위하여 요구되는 물리적 자외선 차단제의 중량 퍼센트를 용이하게 결정할 수 있다.
전체적으로, 상기 선스크린 조성물은 물리적 자외선 차단제로서 단지 산화아연만에 의존하고, 본 명세서에 포함된 대다수의 실험은 산화아연에만 관련된다. 그러나, 요구되는 수준의 SPF를 얻기 위한 물리적 자외선 차단제의 기능에 있어서, 산화아연과 함께 포함될 수 있는 산화티탄, 산화세륨(cerium oxide), 다른 물리적 자외선 차단제 또는 이들의 혼합물의 경우에도 본 발명의 범위내에 있다. 자외선 복사의 보다 넓은 영역에 걸친 자외선 차단제로서의 우수한 성능에 기인하여 산화아연이 바람직하다. 본 발명의 선스크린 조성물은, 10%까지의 산화티탄, 다른 물리적 자외선 차단제 도는 이들의 혼합물을 물리적 자외선 차단제로서의 산화아연에 첨가하여 사용하여도 청구항 1을 여전히 보장할 수 있다는 것이 명백히 이해된다.
바람직하게는, 상기 실질적으로 가시의 맑고 투명한 선스크린 조성물은 550nm의 파장에서 측정된 2(wt%mm)-1보다 작은 경면 흡광 계수(specular extinction coefficient)를 가진다. 보다 바람직하게는, 상기 실질적으로 투명한 분산체는 550nm에서 측정된 1(wt%mm)-1보다 작은 경면 흡광 계수를 가진다.
경면 흡광 계수의 값은 본 발명을 사용하여 얻어진 "맑음" 또는 "백색의 결여"의 정도에 대한 유일한 기준을 제공한다. 이 기준은 실험되거나 도포된 조성물의 층 두께에 무관하다.
하나 이상의 화학적 자외선 차단제의 소량을 물리적 자외선 차단제 대신에 본 발명의 선스크린 조성물에 첨가될 수 있음을 고려한다. 그러나, 피부학상 허용가능한 수준의 SPF는 임의의 화학적 자외선 차단제를 요구함이 없이 달성될 수 있으며, 화학적 자외선 차단제의 첨가는 전체적으로 우선하지 않는다..
바람직하게는, 상기 나노 사이즈의 산화아연 입자는 30nm보다 작은 평균 입자 크기 및 좁은 입자 크기 분포를 가진다. 좁은 입자 크기 분포는, 광-상관 분광기법(photo-correlation spectroscopy)에 의해 측정된 개체수-중량비 크기 분포(number-weighted size distribution)인 것을 특징으로 하고, 상기 개체수-중량비 크기 분포는 20nm보다 작은 표준편차를 가지는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 광-상관 분광기법에 의해 측정된 개체수-중량비 크기 분포가 10nm보다 작은 표준편차를 가진다. 더욱 더 바람직하게는, 광-상관 분광기법에 의해 측정된 개체수-중량비 크기 분포가 5nm보다 작은 표준편차를 가진다.
상기 입자들은 계면 활성제로 가공되어 감소된 광활동도를 가지는 것이 바람직하다.
상기 계면 활성제는 스테릭 계면 활성제인 것이 바람직하다. 스테릭 계면 활성제는 스테아르산(stearic acid), 레시놀레산(recinolieic acid), 폴리 12-하이드록시 스테아르산(poly 12-hydroxy stearic acid), 메탈 하이드록시 스테아르산(metal hydroxy stearic acid), 올레산(oleic acid), 팔미트산(palmitic acid), 라우릭산(lauric acid), 플레아라고산(plearagonic acid), 미리스트산(myristic acid), 이들 산(또는 이들의 코노테이션(connotation))의 에스테르, 및 소듐 폴리포스페이트(sodium polyphosphate)와 같은 고분자 전해질로부터 선택될 수 있다.
또한, 상기 입자는 금속 수산화물, 금속 산화물, 또는 함수 금속 산화물 중 하나 이상으로 일층으로 코팅될 수 있다. 다양한 금속이 적당한 것으로 고려될 수있으나, 바람직한 금속은 실리콘, 알루미늄, 지르코늄이다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 자외선 복사로부터 피부를 보호하기 위한 실질적으로 가시의 맑고 투명한 국부 선스크린 조성물에 사용되는 산화아연 분말을 제공하고, 상기 분말은, 평균 입자 크기가 30nm보다 작고 좁은 입자 크기 분포를 가진다.
상기 좁은 입자 크기 분포는, 표준편차가 20nm보다 작은 광-상관 분광기법에 의해 측정된 개체수-중량비 크기 분포인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 상기 좁은 입자 크기 분포는, 표준편차가 10nm보다 작은 광-상관 분광기법에 의해 측정된 개체수-중량비 크기 분포인 것을 특징으로 한다. 더욱 더 바람직하게는, 상기 좁은 입자 크기 분포는, 표준편차가 5nm보다 작은 광-상관 분광기법에 의해 측정된 개체수-중량비 크기 분포인 것을 특징으로 한다.
상기 입자들은 계면 활성제로 가공되어 감소된 광활동도를 가지는 것이 바람직하다. 상기 계면 활성제는 스테릭 계면 활성제인 것이 더욱 바람직하다.
바람직하게는, 상기 입자들은 금속 수산화물, 금속 산화물 및/또는 함수 금속 산화물로 코팅된다. 다양한 금속이 적당한 것으로 고려될 수 있으나, 바람직한 금속은 실리콘, 알루미늄, 지르코늄이다.
본 발명은 입자 크기, 입도 분포 및 응집체에 대하여 이전에 성취할 수 있었던 것보다 훨씬 뛰어난 제어력으로 나노 사이즈의 산화아연 입자를 제조할 수 있는 출원인의 능력에 기인한다. 이러한 입자들을 제조하여 선스크린으로 구성하면서, 출원인은 상기 입자들이 가시 스펙트럼에서 예상치 못한 높은 투과도를 나타나고 또한 선스크린에 사용되는 다른 상업적 이용가능한 산화아연 입자들보다 훨씬 낮은 백색도를 나타낸다는 것을 알게 되었다.
그 후, 상기 입자들의 충분한 양을 선스크린 조성 또는 제형에 첨가할 수 있고, 상기 산화아연 입자를 단독으로 사용할 때 피부학상 허용가능한 수준의 SPF(자외선 차단 지수)를 얻을 수 있다는 것을 최초로 알게 되었다. 임의의 주어진 선스크린 제형에 포함되는데 필요한 산화아연 입자의 함량은 상기 제형에 요구되는 SPF의 레벨 및 포뮬레이터에 의해 선택된 특수한 성분에 의해 직접적으로 결정된다. 일반적으로, SPF가 30+인 제형을 제공하기 위해서는 8+의 SPF를 제공하기 위해서 요구되는 것보다 높은 중량비의 산화아연 입자가 포함될 것이 요구된다.
특정 레벨의 SPF를 제공하기 위하여 요구되는 산화아연의 중량비는 주어진 제형에 포함되는 다른 성분들에 의존한다. 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 나노 사이즈의 산화아연 입자들에 의존하는 선스크린 제형의 경우, 전형적으로 5 내지 12 중량%가 15+의 SPF를 얻기 위해 요구될 것이고, 30+의 SPF를 얻기 위해서는 적어도 12 중량%가 요구될 것이다.
또한, 제형에 포함된 산화아연의 특정 함량은 포뮬레이터에 의해 선택된 특수한 성분들에 의존하여 변화할 것이고, 이들 포뮬레이터들은 요구되는 SPF의 레벨을 성취하기 위하여 일상적인 작업으로서 상기 제형에 첨가되는 산화아연의 양을 조정할 것이라는 점이 강조된다.
본 발명의 바람직한 실시예들의 선스크린 제형은 하나 이상의 화학적 자외선 차단제의 함유에 의존할 필요가 없지만, 요구되는 피부학상 허용가능한 수준의 SPF를 얻기 위해 주어진 제형에 포함될 필요가 있는 산화아연 입자들의 함량은 상기 제형에 첨가된 화학적 자외선 차단제에 의해 감소될 수 있다. 또한, 선스크린 포뮬레이터가 화학적 UV 차단제가 포함될 때 요구되는 수준의 SPF를 얻기 위해 첨가될 필요가 있는 산화아연의 특정 함량을 결정하는 것은 일상적인 실험의 문제라는 것이 고려된다.
바람직한 실시예들의 산화아연 입자들은 30nm 보다 작은 평균 입자 크기를 가진다. 작은 평균 입자 크기에 덧붙여, 상기 입자들의 크기 분포도가 매우 좁은 것이 바람직하다. 바람직한 제조 기술은 광-상관 분광기법(photo-correlation spectroscopy)으로 측정한 개체수-중량비 크기 분포(number-weighted size distribution)에 기초한 방식으로 제어되는 입자 크기 분포를 참착하고, 상기 개체수-중량비 크기 분포는 20nm 이하의 표준편차를 가진다. 보다 바람직하게는, 개체수-중량비 크기 분포가 10nm 이하의 표준편차를 가지고, 더욱 더 바람직하게는 5nm 이하이다.
작은 평균 입자 크기 및 좁은 입자 크기 분포가 UVA 및 UVB 복사의 흡수 및 투명도에서 관측된 증가를 제공하는 것으로 판단된다. 이론에 구속됨이 없이, 가시 투과도의 증가는 가시광선의 과잉 산란에 기여할 수 있는 상대적으로 큰 입자들이 존재하지 않기 때문으로 판단된다.
응집을 최소한으로 유지하는 것은 원하는 범위 내에서 입자들의 유효 평균 입자 크기를 유지함에 있어서 매우 중요하다. 선스크린 제형 분야에서의 종래의 지식은 이러한 작은 평균 입자 크기를 가진 입자들은 분산시키는 것이 극히 어렵다고 여겨지고, 그리하여 선스크린으로서 사용하고자 하는 조성에 함유되기에는 특히 적합치 않으므로 회피되어야 한다고 교시한다. 뜻밖에도, 여기에 기술된 방법에 따라 제조된 입자들은 표준 분산 장치 및 기술을 사용하여 광범위의 운반체들 내에 분산시키는 것이 쉽다는 것이 발견되었다.
출원인에 의해 개발된 제조 방법에 따라 다른 종래의 제조 방법과 비교하여 상대적으로 비반응성의 표면을 가진 산화아연 입자들을 제조하였다. 게다가, 상기 표면은 제조후에 응집을 최소화하는 것을 돕도록 가공될 수 있다. 예컨대, 스테아르산(stearic acid) 코팅을 분산성을 향상시키기 위하여 사용할 수 있다. 다른 방법으로, 실리콘, 알루미늄, 지르코늄, 기타 적합한 금속 또는 이들의 혼합물의 수산화물, 산화물 또는 함수 산화물(hydrous oxides)로 구성되는 일층 이상의 코팅층을 상기 입자들에 형성할 수도 있다.
본 발명에 따라 사용되는 산화아연 입자들은 본 출원인의 미국특허 제6,203,768호에 기재된 기계-화학적 방법을 사용하여 제조될 것이고, 참고로 그 내용을 여기에 수록한다. 기계-화학적 처리방법은 기계적인 밀링공정 동안에 또는 제분된 분말의 부수적인 열처리 동안에 전구체 금속 화합물 및 적합한 반응물 사이에 기계적으로 활성화되는 화학 반응과 관련된다. 기계적 활성화 동안에 나노 복합 구조가 형성되는데, 이는 비반응성의 희석제 기질내에 나노상(相)의 물질인 나노 사이즈의 그레인으로 구성된다. 상기 희석제의 부피비는 원하는 상(相)의 입자들이 실질적으로 완전히 분리되는 것을 보장하는 입계치 이상이어야 한다. 상기 희석제를 적절히 제거함으로써 실질적으로 응집되어 있지 않고 나노미터 사이즈인 원하는 상의 입자들을 산출한다.
반응 화학, 밀링 방법 및 공정 조건을 신중하게 선택함으로써, 기계-화학적 공정을 본 발명에 따른 산화아연 나노 분말을 경제적으로 제조하도록 이용할 수 있으며, 상기 분말이 보다 작은 평균 크기를 가질 뿐만 아니라 마찬가지로 중요한 좁은 입자 크기 분포 및 강화된 안정성을 갖도록 할 수 있다. 상기 분말들이 선스크린 제형에 분산되면, 그 결과 강화된 가시 투과도 및 강화된 UV 흡수율을 나타낸다.
기계-화학적 공정을 이용하여 좁은 입자 크기 분포도를 달성하기 위하여, 밀링 방법은 가능한 한 시간적으로나 공간적으로 균일하도록 설계되고, 또한 반응물을 기계적으로 활성화하기에 충분한 충돌 에너지를 제공할 수 있도록 설계되는 것이 매우 바람직하다. 건식 밀링시에 장입물(charge)의 균일한 밀링을 보장하기 위하여, 배치 밀링(batch milling)을 이용하여 각각의 입자들이 동일한 밀링 시간을 겪도록 한다. 건조한 구성물의 배치 밀링에서는, 분말이 제분기를 통해 능률적으로 순환되지 않는 경향이 있고 오히려 충돌 에너지가 감소되는 영역인 수용기 벽 근방에 잔존하여 균일하지 않고 비효율적인 밀링이 된다.
마모밀(attrition mill)이 상업적 생산을 위하여 규모를 향상시킬 수 있는 기계적 활성화에 적합하다는 것이 발견되었다. 종래의 마모밀은 중심 구동축으로부터 연장된 임펠러 암에 의하여 교반되는 그라인딩 볼로 충진된 고정 원통형 컨테이너로 구성된다. 종래의 마모밀에서, 임펠러는 상기 컨테이너의 벽까지 연장되지 않고, 대신에 상기 컨테이너의 마멸을 최소로 하기 위하여 상기 임펠러의 단부가 용기의 벽으로부터 3 내지 4의 볼 직경 만큼 간격을 두고 이격되어 있다.
충분히 균일한 밀링 조건을 달성하기 위하여, 상기 임펠러를 용기의 벽까지 연장시킴으로써 컨테이너에서의 사(死)영역을 제거할 필요가 있다. 놀랍게도, 임펠러의 연장은 마멸에 대하여는 단지 경미한 영향을 미치지만, 보다 중요한 밀링 공정상의 효율 및 균일성을 상당히 증가시키고, 그 결과 밀링 시간을 줄이고 최종 분말이 좁은 입자 크기 분포를 갖도록 한다.
나노 사이즈의 산화아연 입자를 생산하기 위한 기계-화학적 공정은 실시예 2에 기술된 바와 같이 소듐 카보네이트(sodium carbonate)과 같은 반응물 및 징크 클로라이드(Zinc chloride)와 같은 전구체 아연 화합물을 밀링함으로써 최상으로 성취할 수 있다. 그러나, 다른 적합한 반응물도 이용될 수 있으며 이는 본 발명의 범위 내에 속한다는 점이 명백히 이해된다. 밀링공정 동안에, 나노-복합 그레인 구조가 형성된다. 밀링 온도가 충분히 높다면(T>140℃), 밀링 동안에 ZnCl2가Na2CO3와 반응하여, 반응 중에 CO2가스가 방출되면서 NaCl 기질내에 ZnO의 나노 그레인이 형성된다. 한편, 밀링된 나노 복합물은 밀링후에 열처리될 수 있다. 이 경우, 밀링 동안에 징크 클로라이드가 소듐 카보네이트와 반응하여 소듐 클로라이드 상(相)내에 징크 카보네이트의 나노-복합 입자들을 형성한다. 밀링 후에, ZnCO3는 250℃ 이상의 온도에서 분쇄된 분말을 열처리함으로써 ZnO로 변환시킨다.
NaCl과 같은 여분의 비반응성 희석제상은 나노-복합 입자들이 형성되는 동안에 분리되는 것을 촉진시키기 위하여 첨가될 수 있다. 비반응성의 희석제가 충분한 부피비로 존재함으로써 산화아연 입자의 분리를 가능하게 하고, 그리하여 열처리 동안에 발생하는 입자들의 상호 응집 및 소성을 최소한으로 한다. 상기 희석제상의 부피비는 입자들이 충분히 분리되도록 하기 위하여 적어도 80%이어야 한다. 열처리에 이어서, 상기 비반응성 희석제상은 예컨대 용제에서의 용해 및 여과에 의해 제거된다.
실시예 2에 기술된 바와 같이, 분쇄된 분말을 약 350℃의 온도에서 열처리하는 것은 평균 입자 크기의 미소한 증가를 가져온다. 이것은 250℃에서 열처리된 보다 작은 평균 입자 크기의 샘플과 비교할 때, 상기 입자들을 포함하는 선스크린 조성물에서의 가시 투과도의 괄목할만한 증가 및 UV 투과도의 감소를 가져온다. 이론에 구속되기를 원하지 않지만, 이러한 결과는 250℃에서 열처리된 입자들은 보다 높은 반응성을 가지며 응집으로 인해 유효 입자 크기의 증가를 야기하기 때문인 것으로 여겨진다. 반면에, 350℃에서 열처리된 입자들은 상당히 증가된 분산성을나타내고, 이는 입자 표면을 안정화시키는 보다 높은 열처리 온도에 기인한다.
비반응성의 희석제의 제거후에, 응집을 최소화하기 위하여, 스테릭 계면활성제(steric surfactant)로 분말 입자를 처리하는 것이 바람직하다. 적합한 계면활성제에는, 스테아르산(stearic acid), 레시놀레산(recinolieic acid), 폴리 12-하이드록시 스테아르산(poly 12-hydroxy stearic acid), 메탈 하이드록시 스테아르산(metal hydroxy stearic acid), 올레산(oleic acid), 팔미트산(palmitic acid), 라우릭산(lauric acid), 플레아라고산(plearagonic acid) 및 미리스트산(myristic acid) 또는 이들 산을 단독 혹은 조합한 에스테르(ester)가 포함된다.
본 발명의 국부 선스크린 조성물은 산화아연 입자의 적당량에 다음의 구성성분 중 하나 이상을 첨가하여 제형(formulation)할 수 있다.
(a) 산화아연에 적합한 계면활성제(surfactant)
(b) 선택적인 하나 이상의 에멀션화제(emulsifier)
(c) 선택적인 하나 이상의 왁스(wax)
(d) 선택적인 하나 이상의 전해질
(e) 선택적인 하나 이상의 2가 또는 다가 알코올
(f) 선택적인 하나 이상의 습윤제(moisturiser)
(g) 선택적으로 물
(h) 선택적인 하나 이상의 수용성 폴리머
(i) 선택적인 하나 이상의 필름-형성제
(j) 선택적인 하나 이상의 방수 재료
(k) 선택적인 하나 이상의 유상(oil phase)용 증주제(thickener)
(l) 선택적인 하나 이상의 항미생물성 방부제
(m) 선택적으로 수상(aqueous phase)의 페하(pH)를 약 7.0 이상으로 조정하는 산 또는 알칼리
(n) 선택적인 하나 이상의 연화제
(o) 선택적인 하나 이상의 산화 방지제
(p) 선택적인 하나 이상의 자유 라디칼 제거제
(q) 선택적인 하나 이상의 방향 재료
(r) 선택적인 하나 이상의 유기 선스크린 활성제
(s) 선택적인 하나 이상의 무기 선스크린 활성제
(t) 선택적인 하나 이상의 유기 선스크린용 용제(solvent)
(u) 선택적인 하나 이상의 유기 선스크린 광안정화 재료
(v) 선택적인 하나 이상의 비타민
(w) 햇빛에 의한 피부의 조기 노화 효과를 무효화하거나 방지하는 선택적인 하나 이상의 재료
(x) 피부에 탠(tan)을 전달하는 선택적인 하나 이상의 재료
(y) 피부에 도포했을 때 선스크린 제품의 건조를 가속시키는 선택적인 휘발성 재료
(z) 본 기술분야에 친한 사람에게 알려져 있는 다른 2차 이득 재료
본 출원인은 최초로 피부학상 유효한 수준의 SPF를 산출하기 위하여 화학적 자외선 차단제의 함유에 의존할 필요가 없는 실질적으로 가시광선에 투명한 국부 선스크린 조성물을 개발하였지만, 비용면에서 효과적이라고 여겨진다면 상기 국부 선스크린 조성물의 구성성분 중 하나로서 화학적 UV 차단제를 함유하는 것도 본 발명의 범위 내에 있다. 제품 가격을 고려하면 UV 화학 차단제를 상기 조성물에 포함시켜야 하지만, 이러한 UV 화학 차단제의 함유는 피부학상 유효한 수준의 SPF를 제공하는 본 발명에 따른 가시광선에 투명한 국부 선스크린 조성물의 능력에 필수적인 것은 아니다.
유중수형 에멀션의 경우, 적절한 에멀션화제의 예는 다음과 같으나, 여기에 한정되는 것은 아니다: 에톡실레이티드 소르비탄 에스테르(Ethoxylated sorbitan esters; Tween이라는 상표명으로 상업상 입수 가능함); 수소첨가 캐스터 오일의 폴리에톡실레이티드 에스테르(Polyethoxylated ester of hydrogenated caster oil; Arlacel 989라는 상표명으로 상업상 입수 가능함); 소르비탄 세스퀴올레산염(Sorbitan sesquioleates; Arlacel 83이라는 상표명으로 상업상 입수 가능함); PEG 30 디폴리하이드록시스테아레이트(PEG 30 dipolyhydroxystearate; Arlacel P135라는 상표명으로 상업상 입수 가능함); 글리세롤 소르비탄 올레오스테아레이트(Glycerol sorbitan oleostearate; Arlacel 481이라는 상표명으로 상업상 입수 가능함); 폴리옥시에틸렌 글리세롤 소르비탄 이소스테아레이트(Polyoxyethylene Glycerol sorbitan isostearate; Arlacel 582라는 상표명으로 상업상 입수 가능함); PPG PEG 글리세롤 소르비탄 하이드록시이소스테아레이트(PPG PEG Glycerol sorbitan hydroxyisostearate; Arlacel 780이라는 상표명으로 상업상 입수 가능함); 글리세롤 소르비탄 패티 엑시드 에스테르(Glycerol sorbitan fatty acid ester; Arlacel 986이라는 상표명으로 상업상 입수 가능함); 아빌 WE09(Abil WE09); 아빌 왁스 9801(Abil Wax 9801); 모노뮬 90-018(Monomuls 90-018) 및/또는 디하이뮬 PGPH(Dehymuls PGPH).
유중수형 에멀션에 적합한 에멀션화제는 보통 약 7보다 큰 HLBs(하이드로필/리포필 밸런스)를 갖는다. 이들은 종종 하나 이상의 낮은 HLB 에멀션화제와 함께 사용된다. 이러한 에멀션화제에 대한 많은 예가 맥커천(McCutcheon)의 "에멀션화제 및 세제"(Emulsifiers and Detergents)에 열거되어 있다.
사용될 수 있는 왁스로는 다음 중에서 하나 이상을 포함하지만, 여기에 제한되는 것은 아니다: 오조커리트(Ozokerite), 파라핀 왁스(Paraffin wax), 밀랍(beeswax), 카나우바 왁스(carnauba wax), 세레신(ceresin), 칸델릴라 왁스(candelilla wax), 카스토르 왁스(castor wax), 장거리 사슬 지방산 알코올(스테아릴 알코올(stearyl alcohol), 베헤닐 알코올(behenyl alcohol), 세틸 알코올(cetyl alcohol) 등), 및 합성 경랍(synthetic spermaceti wax).
사용될 수 있는 전해질은 다음 중에서 하나 이상을 포함하지만, 여기에 제한되는 것은 아니다: 소듐 클로라이드와 같은 일가 금속염, 마그네슘 설페이트와 같은 2가 금속염.
사용될 수 있는 2가 또는 다가 알코올은 다음 중에서 하나 이상을 포함하지만, 여기에 제한되는 것은 아니다: 프로필렌 글리콜(propylene glycol), 소르비톨(sorbitol) 및 글리세롤(glycerol).
사용될 수 있는 습윤제 및 스킨 컨디셔너는 다음 중 하나 이상을 포함하지만, 여기에 제한되는 것은 아니다: 요소(urea), 글리콜산 및 그의 염, 락트산 및 그의 염, 알로에 베라(aloe vera), 소르비톨(sorbitol), 글리세롤(glycerol), 부틸렌 글리콜(butylene glycol), 헥실렌 글리콜(hexylene glycol) 및 기타 다가 알코올, 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol), 설탕(sugar) 및 그 파생물, 전분 및 그 파생물, 히알루론산 및 그의 염, 요소, 구아니딘(guanidine), 및 이들의 혼합물.
사용될 수 있는 수용성 폴리머는 다음 중에서 하나 이상을 포함하지만, 여기에 제한되는 것은 아니다: 잔탄 검(xanthan gum), 셀룰로오즈 파생물, 아크릴산의 중합체 및 그의 파생물, 카보머(carbomer), PVP, 알기네이츠(alginates), 구아검(guar gum). 기타 수상용 증주제 및 안정화제로는 다음 중에서 하나 이상을 포함할 수 있으나, 여기에 제한되는 것은 아니다: 마그네슘 알루미늄 실리케이트(magnesium aluminium silicate), 소듐 알루미늄 실리케이트(sodium aluminium silicate), 콜로이달 실리카(colloidal silica), 흄드 실리카(fumed silica), 소듐 스테아레이트(sodium stearate), 아크릴레이트/스테아레쓰 20 메타크릴레이트 코폴리머(Aculyn22), 아크릴레이트 코폴리머 에멀션(Aculyn 33A), PEG150/데실 알코올/SMDI 코폴리머(Aculyn44), PEG150/스테아릴 알코올/SMDI 코폴리머(Aculyn46). 바람직하게는, 유상용 증주제로서는 폴리에틸렌, 하이드로포빅 실리카, 징크 스테아레이트(zinc stearate)와 같은 메탈 스테아레이트(metal stearates), 및 상술한 왁스 중 하나 이상.
필름 형성제 및 방수제로는 다음 중에서 하나 이상을 포함하지만, 여기에 제한되는 것은 아니다: 아크릴레이트/t-옥틸프로펜아미드 코폴리머(Dermacryl 79); 알킬레이티드 폴리비닐파이롤리돈(Antaron V216 및 Antaron V220); 트리콘타닐 폴리비닐파이롤리돈(AntaronWP660).
사용될 수 있는 연화제(emollient)는 다음 중에서 하나 이상을 포함하지만, 여기에 제한되는 것은 아니다: 파라핀 오일 또는 미네랄 오일 등과 같은 하이드로카본 오일; 해바라기 오일, 살구나무 오일, 요요바 오일(jojoba oil) 및 그 파생물, 셰어 버터(shea butter) 등과 같은 식물성 오일; 실리콘 오일 및 그 파생물; 이소프로필 팔미테이트(isopropyl palmitate), 이소프로필 미리스테이트(isopropyl myristate), 이소프로필 네오펜타노에이트(isopropyl neopentanoate), 세테아릴 옥타노에이트(cetearyl octanoate), C12-15 알킬 벤조에이트(C12-15 alkyl benzoate), 세틸 팔미테이트(cetyl palmitate), 옥틸 팔미테이트(octyl palmitate) 및 그의 혼합물, 실리콘 오일 및 그의 파생물 등과 같은 지방산 에스테르.
사용될 수 있는 선스크린 화합물은 다음 중에서 하나 이상을 포함하지만, 여기에 제한되는 것은 아니다: 2-에틸헥실-p-메톡시신나메이트, 이소아밀-p-메톡시신나메이트, 2-에톡시에틸 p-메톡시신나메이트, 2-에틸헥실 N,N-디메틸-p-아미노벤조에이트, 4-아미노벤조익 엑시드, 2-페닐-벤지미다졸-5-슐포닉 엑시드 및 그의 포타슘 소듐 및 트리에타노라민 염, 호모살레이트, 옥시벤존, 2-에틸헥실 살리실레이트, 3-(4'-메틸벤질리딘)d-1-캠포어, 벤조페논-2, 펜조페논-4, 펜조페논-5, 디옥시벤존, 메틸 안트라닐레이트, 옥토크릴렌, 옥틸 트리아존, 트리에탄올라민 살리실레이트, 티타늄 디옥사이드, PEG25 PABA, 아보벤존 및 그의 혼합물.
일단 제형되면, 본 발명의 선스크린은 아연 크림 중 하나의 성분으로서 또는 파운데이션, 립스틱 도는 태닝 로션 등과 같은 화장 제품 중 하나의 성분으로서 포함될 수 있으나, 우리는 선스크린의 용도를 위한 국부 아연 선스크린 제형의 사용을 설명할 것이다. 이는 본 발명의 범위를 임의로 한정하고자 하는 것은 아니다.
다음의 설명적인 실시예들을 통하여, 특수한 성분이 단지 예시적으로 지정되었지만, 이는 본 발명의 범위를 임의로 한정하고자 하는 것이 아니다. 이들 실시예들은 단지 본 출원의 출원시에 본 출원인에게 알려진 선스크린을 제형하거나 입자를 제조하는 최상의 방법을 보여주기 위한 것이다. 선스크린을 제형하는 기술분야의 숙련된 기술자는 특정한 양의 다양한 변형 및/또는 구성요소의 특정 선택의 치환이 이렇게 제형된 선스크린의 본질적인 특성을 변경함이 없이 행해질 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 모든 변형은 본 발명의 범위내에 속하는 것으로 고려되며, 따라서 다음의 실시예들은 단지 설명적인 관점에서 주어진 것이다.
실시예 1: 기계-화학적 방법을 이용한 나노 사이즈의 산화아연( ZnO )의 제조
사용된 원재료는 무수의 ZnCl2분말(Fluka, >98.0%, -10 메쉬), Na2CO3분말(Sigma, 99.8%, -100 메쉬), 및 NaCl 분말(Cleeze, 99.5%, -10 메쉬)이다. 다음의 반응,
ZnCl2+Na2CO3+3.4NaCl⇒ZnO+5.4NaCl+CO2
에 해당하는 1:1:3.4의 몰비로 ZnCl2, Na2CO3및 NaCl의 출발 분말 혼합물 5kg을, 5mm 경화 스틸 그라인딩 볼 100kg과 함께 33리터 마모밀(attrition mill) 내에 장입하였다. 기계적 밀링은 4m/s의 유효 임펠러 팁 스피드로 90분동안 수행하였다. 밀링 동안에 밀(mill) 내부의 온도는 대략 75℃였다. 밀링에 이어서, 분말을 공기중에서 1시간동안 350℃에서 열처리하였고, 상온으로 냉각하였다. X레이 회절에 의하여 열처리된 분말을 조사한 결과 분말에 존재하는 상(相)은 ZnO 및 NaCl인 것으로 나타났다.
분쇄되고 열처리된 분말은 여과된 탈염수로 반죽하여, NaCl 부산물/희석상을 용해 및 제거하였다. 침전 및 여과 기술을 이용하여, 나노분말-함유 슬러리 내의 염 함량을 10ppm이하로 감소시켰다.
60℃에서 건조된 슬러리의 X레이 회절 시험은 상기 분말이 ZnO상만으로 이루어져 있음을 보여준다. 회절 피크의 퍼짐으로부터 예측된 미소결정 크기는 26nm이었다. 브루나우어-에멧-텔러법(BET; Brunauer-Emmett-Teller method)에 의해 측정된 건조된 슬러리의 표면적은 26nm의 구형 입자 크기에 해당하는 40.9㎡/g이었다.
도 1에는 0.01중량%의 ZnO 및 0.0008중량%의 디스펙스-A40을 포함하는 탈염수로 희석된 슬러리에 대한 포톤 코릴레이션 스펙트로스코피(PCS; Photon Correlation Spectroscopy) 측정 결과를 도시하였다. 측정결과는 개체수-중량비 평균 입자 크기가 표준편차 3.3nm(14.1%)로 23.5nm였음을 보여준다.
투과전자현미경(TEM)에 의한 슬러리의 조사결과(도 2)는 입자들이 대부분 10 내지 50nm의 입자 크기를 가지는 단결정 입자임을 보여준다.
도 3은 0.01중량%의 ZnO 및 0.0008중량%의 디스펙스-A40 분산매를 포함하는 탈염수로 희석된 슬러리에 대한 자외선-가지광선 분광광도 측정결과이다. 측정 결과는 현탁액이 가시광선 영역에서 높은 투과도를 가지고, 500nm에서 80%이상이고, 자외선 영역에서 강한 흡수를 나타내고, 완전히 분산된 30nm 입자를 나타낸다.
ZnO 슬러리에 대한 자외선-가지광선 분광광도를 보다 큰 입자 크기를 가진 슬러리와 비교하였다. 도 4에는 상술한 ZnO에 대한 결과를 각각 50nm, 90nm 및 250nm의 ZnO를 함유하는 슬러리와 비교한 것이다. 모든 슬러리는 디스펙스 A40을 사용하여 동일한 방법으로 준비되었다. 측정결과는, UV 투과도가 입자 크기의 감소에 따라 감소하는 반면에, 가시 투과도는 입자 크기가 감소함에 따라 상당히 증가함을 보여준다.
실시예 2: 열처리에 의한 ZnO 의 안정화
실시예 1에서와 같은 방법으로 분쇄된 샘플을 공기중에서 1시간동안 250℃에서 열처리하였고, 상온으로 냉각시켰다. X레이 회절에 의한 열처리된 분말의 조사결과는 분말 내에 존재하는 상이 ZnO 및 NaCl로 구성되어 있음을 나타낸다.
NaCl을 제거하고 60℃에서 건조시킨 후에 X레이 회절을 이용하여 분쇄 및 열처리된 분말을 조사한 결과, 상기 분말이 단지 ZnO상만으로 구성되어 있고, 회절피크의 퍼짐으로부터 예측된 미소결정 크기는 18nm임을 보여준다. BET 표면적은 38㎡/g이었고, 이는 28nm의 구형 입자 크기에 대응한다.
0.01중량%의 ZnO 및 0.0008중량%의 디스펙스-A40을 포함하는 탈염수에서 희석된 샘플의 슬러리에 대한 자외선 분광광도 측정치를, 실시예 1에 따라 분쇄한 다음 350℃에서 열처리한 샘플과 비교하였다. 350℃에서 열처리한 분말의 수성 현탁액은 자외선 영역에서 높은 흡수 뿐만 아니라 가시광선 영역에서 높은 투과도를 가진다. 한편, 250℃에서 열처리한 분말의 현탁액은 가시광선 영역에서 낮은 투과도 및 자외선 영역에서 낮은 흡수를 나타낸다(도 5).
350℃에서의 분말의 열처리는 250℃에서의 열처리와 비교할 때 다소 큰 입자 크기를 야기한다. 한편, 도 5에서 보듯이, 자외선-가시광선 분광 광도 측정은, 250℃에서 열처리된 샘플이 350℃에서의 샘플의 경우보다 입자 크기가 작더라도, 가시 투명도가 상당히 감소하고 UV 투명도가 증가함을 보여준다. 이론에 구속됨이 없이, 이러한 결과는 250℃에서 열처리된 입자가 보다 높은 반응성을 가지는 것에 기인하며, 이는 응집으로 인한 유효 입자 크기의 증가를 야기한다. 350℃에서 열처리된 입자는 입자 표면을 안정화시키는 보다 높은 열처리 온도의 효과와 관련된현저히 증가된 분산성을 보여준다.
실시예 3: 광촉매 안정성( Photocatalytic stability)
기계-화학적으로 제조된 ZnO(샘플 A)의 수성 슬러리를 실시예 1에 기재된 방법을 이용하여 준비하였다. 샘플 A는 44.1㎡/g의 BET 표면적을 가지며, 이는 24nm의 구형 입자 크기에 해당한다. ZnO 입자들은 스테아르산으로 코팅되어 실시예 4에 기재한 바와 같은 이소스테아릴 벤조에이트(C17 알킬 벤조에이트)에 분산된 분말을 형성한다. 이 현탁액을 이소스테아릴 벤조에이트에서 0.01중량%로 희석하였고, 30분동안 초음파처리 하였다.
증기응축법(샘플 B) 및 습식화학침전법(샘플 C)에 의해 각각 합성된 상업상 이용가능한 건조 ZnO 분말을 초음파로 물에 분산시키고, 스테아르산으로 코팅하여 실시예 4에 기재한 바와 같이 이소스테아릴 벤조에이트에 분산된 분말을 형성하였다. 샘플 B 및 샘플 C는 각각 13.1 및 13.8㎡/g의 BET 표면적을 가지고, 이는 각각 82 및 77nm의 구형 입자 크기에 해당한다. 현탁액은 이소스테아릴 벤조에이트에서 0.01중량%로 희석되었고, 30분동안 초음파처리 되었다.
유리 플라스크에서 이소스테아릴 벤조에이트의 1,1-디페닐-2-피크릴하이드라질(DPPH) 라디칼 용액(0.01%) 100g을 제조하였다. 광분해를 방지하기 위하여 알루미늄 포일로 플라스크를 포장하였다.
0.01중량%의 ZnO 현탁액 2g, 0.01중량%의 DPPH 용액 4g, 및 이소스테아릴 벤조에이트 14g을 유리 비이커에서 혼합하여, 이소스테아릴 벤조에이트에서의 0.001중량%의 ZnO 및 0.002중량%의 DPPH를 제조하였다. 이 혼합물을 어두운 장소에서 10분동안 교반하였다.
샘플 A, B 및 C에 대한 이소스테아릴 벤조에이트에서의 ZnO 및 DPPH의 혼합물을 수은 UV 램프하에 방치하였다. 혼합물은 자석 교반기를 사용하여 계속적으로 교반하였다.
400 내지 700nm의 파장 범위에서 5분 간격으로 UV 노출 전과 노출 동안의 혼합물에 대한 자외선-가시광선 스펙트럼을 측정하였다. 이소스테아릴 벤조에이트는 참조 샘플로서 이용되었다. D자외선 노출 시간의 함수로서, PPH의 흡수대역의 피크 위치인 520nm에서의 투과도의 변화가 계산되어 부패율(Decay rate)로 정의되었다. DPPH가 ZnO의 광촉매 활동에 의해 공격당하여, 흡수 대역에 기원한 자주색이 소멸된다. 따라서, 부패율은 ZnO의 광촉매 활동의 기준이 된다.
일반적으로, 표면적이 크면 반응 접촉면이 보다 커짐에 기인하여 광촉매 활동이 보다 커지게 된다. 그러나, 뜻밖에도, 기계-화학적으로 제조된 ZnO(샘플 A)에 대한 부패율 및 여기의 광촉매 활동은, 도 6에서 보듯이, 샘플 B 및 샘플 C에서보다 상당히 낮다.
실시예 4: 스테아르산으로 ZnO 을 코팅하고 이소스테아릴 베조에이트으로 전이하는 방법
총 질량 1.63kg인 물에서의 ZnO 30nm의 슬러리(11.2중량% ZnO)를 준비하였다. ZnO는 실시예 1에 따라 제조되었다. 별도로, 스테아르산 27 그램(ZnO 질량의 15%에 해당함)을 이소스테아릴 벤조에이트의 180 그램과 혼합하여, 스테아르산을 용해시켰다.
다음으로, 두개의 상을 호바트 플레네터리 믹서(Hobart planetary mixer)에 장입하여, 2시간동안 믹싱하였다. 믹싱 동안에, ZnO는 수상으로부터 이소스테아릴 벤조에이트 상으로 이전되었고, 진한 페이스트가 형성되었다. 그 후, 물은 제거되었다.
이소스테아릴 벤조에이트 및 ZnO의 혼합물은 30중량% ZnO로 희석되었고, 9 그램의 솔스퍼스 3000(Solsperse 3000; ZnO에 대하여 5중량%)을 첨가하였다. 이 샘플을 초음파 분산기를 사용하여 분산시켰다. 나아가, 이 샘플을 이소스테아릴 벤조에이트에서의 ZnO 0.01%w/v가 되도록 더 희석하였다. 10mm 경로 샘플 홀더에서 수행한 자외선-가시광선 경면 투과도 측정을 도 7에 도시하였다. 자외선-가시광선 측정은 높은 값의 가시 투과도 및 낮은 값의 자외선 투과도를 보이고, 이는 이소스테아릴 벤조에이트 내에 나노 사이즈의 ZnO 입자가 잘 분산되었음을 나타낸다.
실시예 5: 스테아르산으로 ZnO를 코팅하고 캐놀라 오일에 전이하는 방법
총 질량 1.63kg인 물에서의 30nm ZnO의 슬러리(11.2중량% ZnO)를 준비하였다. ZnO는 실시예 1에 따라 제조되었다. 별도로, 스테아르산 38 그램(ZnO 질량의 15%에 해당함)을 캐놀라 오일(canola oil)의 251그램과 혼합하여, 스테아르산을 용해시켰다.
다음으로, 두개의 상을 호바트 플레네터리 믹서(Hobart planetary mixer)에 장입하여, 2시간동안 믹싱하였다. 믹싱 동안에, ZnO는 수상으로부터 캐놀라 오일상으로 이전되었고, 진한 페이스트가 형성되었다. 그 후, 물은 제거되었다. 이 샘플을 초음파 분산기로 분산시키고, 캐놀라 오일 내에서 ZnO 0.01%w/v가 되도록 더 희석하였다. 10mm 경로 샘플 홀더에서 수행한 자외선-가시광선 투과도 측정결과를 도 8에 도시하였다. 자외선-가시광선 스펙트럼 측정은 높은 값의 가시 투과도 및 낮은 값의 UV 투과도를 나타내고, 이는 캐놀라 오일 내에 나노 사이즈의 ZnO 입자가 잘 분산되었음을 지시한다.
실시예 6: 건조하고 재분산가능한 ZnO를 제조하는 방법
총 질량 853그램인 물에서의 30nm ZnO의 슬러리(11.2중량% ZnO)를 준비하여, 97.3그램의 헥산에 용해된 스테아르산 14.6그램의 용액에 첨가하였다. 이 용액을 호바트 플레네터리 믹서에서 1시간동안 믹싱하였고, 이 시간동안에 산화아연이 물로부터 헥산상으로 이전하였다. 물을 제거하고, 솔스피어스(Solperse) 3000 분산매 4.9그램 및 헥산 100그램을 첨가하였으며, 산화아연을 고전단믹서(high shear mixer)를 사용하여 완전히 분산시켰다. 헥산을 60℃에서 3시간동안 증발시켜 제거하였고, 그 결과 건조하고 유동성이 좋은 분말을 얻었다.
그 후, 초음파 베쓰(bath)를 사용하여 건조한 ZnO 분말을 헥산에 분산시켜 0.01중량% 용액을 형성하였다. 건조전의 샘플, 및 건조 및 재분산후의 샘플에 대하여 10mm 경로 샘플 홀더에서 수행한 자외선-가시광선 분광광도 측정결과를 도 9에 도시하였다. 건조 및 재분산된 샘플에 대한 가시광선의 경면 투과도 곡선은 건조전의 샘플에 대한 것과 거의 동일하며, 이는 건조된 분말이 완전히 재분산될 수 있음을 나타낸다.
실시예 7: 선스크린 제형의 특성
본 발명의 바람직한 실시예의 적어도 하나에 따른 ZnO 입자로 구성된 선스크린의 강화된 특성을 설명하기 위하여, 실시예 1의 방법을 사용하여 제조한 ZnO 입자를 실시예 4의 방법에 의해 이소스테아릴 벤조에이트에 분산시켜 준비한 샘플에 대하여 자외선-가시광선 측정을 수행하였다. 이소스테아릴 벤조에이트는 선스크린 제형에 사용되는 일반적인 기제이다. ZnO의 농도는 2중량% 에서 30중량%까지 변화되었다. 비교를 위하여, 이소스테아릴 벤조에이트에 분산된 50nm, 90nm 및 250nm의 평균 입자 크기를 가진 샘플도 시험하였다.
도 10은 25nm, 50nm 및 90nm의 평균 입자 크기를 가진 샘플들에 대한 자외선-가시광선 곡선을 나타낸다. 400 내지 700nm의 가시광선 영역에서의 총 투과도는 입자 크기가 감소함에 따라 증가하지만, 반면에 UV 영역(200-400nm)에서는 입자 크기가 감소함에 따라 투과도(흡수율)가 감소(증가)한다. 도 11은 입자 크기에 대한 550nm에서의 가시 투과도의 변이를 도시한다. 도 12는 입자 크기에 대한 330nm에서의 UV 투과도의 변이를 도시한다. 도 13은 CIE 백색도 지수에 대한 평균 입자 크기의 영향을 보여준다. 도 14는 인비트로 자외선 차단 지수(SPF)에 대한 입자 크기 및 농도의 영향을 보여준다. 주어진 ZnO의 농도에서, 가장 높은 SPF는 가장 작은 입자 크기에 의해 달성된다. 결론적으로, 도 10 내지 도 14에 기초할 때, 선스크린의 성능을 현저히 강화시키는 것은 ZnO의 평균 입자 크기를 30nm이하로 감소시킴으로써 달성된다.
도 15는 이소스테아릴 벤조에이트에 분산된 30중량%의 ZnO를 함유하는 샘플의 경우에서 UV 영역에서의 파장의 함수로서 흡수율을 측정한 결과이다. 상기 유브이(UV) 측정은 트랜스포 테이프법(Transpore tape method)을 사용하여 행하였다.상기 샘플에 대한 선스크린 성능치를 표 1에 나타내었다.
표 1: 이소스테아릴 벤조에이트 내의 30중량% ZnO에 대한 선스크린 성능치
특성 값
인비트로 SPF 31
UVA/UVB 0.73
임계 파장 371nm
확산 반사율 13.7%
CIE 백색도 42.5
도 16은 인비트로 SPF(트랜스포 테이프법)의 함수인 투명도에 대한 입자 크기의 영향을 도시하였다. 상기 도면은 도 11 및 도 14의 데이터를 이용하여 생성되었다. 도 11은 크기, 중량% 및 투과도 사이의 관계를 보여준다. 도 14는 크기, 중량% 및 인비트로 SPF 사이의 관계를 보여준다. 따라서, 도 11 및 도 14로부터, 크기, 투과도 및 인비트로 SPF 사이의 관계를 ZnO의 중량%를 매개하여 추론할 수 있다.
도 16은 높은 SPF 값을 갖는 투명한 선스크린에서 작은 입자 크기의 중요성을 보여주며, 보다 작은 입자가 정해진 SPF에서 보다 높은 투명도에 기여함을 보여준다. 입자 크기가 50nm에서 25nm로 감소할 때 투과도 퍼센트(%)의 증가가 특히 중요하다. 도 17에서 보듯이, 인비트로 SPF(트랜스포 테이프법) 및 인비보(in-vivo) SPF 사이에 선형적인 상관관계가 있으므로, 도 16은 인비보 SPF의 함수로서 투과도 퍼센트(%)로 재도시할 수 있다.(도 18) 도 19는 경면 흡광 계수(specularextinction coefficient), α에 대한 입자 크기의 영향을 도시한다. 경면 흡광 계수(specular extinction coefficient), α는 투과도 %=100*exp(-α*C*L)로서 정의되는데, 여기서 C는 농도(중량%)이고, L은 광경로(mm)이다. 100nm이하에서 α의 급격한 감소는 선스크린의 투명도에 있어서 대단히 중요하다.
도 19는 투과도 퍼센트(%)를 입자 크기 및 농도에 대하여 도시한 도 11로부터 유추될 수 있다. 주의할 것은 경면 흡광 계수가 정의에 의하여 농도 및 필름 두께로 정규화된다는 것이다. 이와 같이, 다른 입자 크기를 갖는 입자의 산란 능력(scattering power)의 직접적인 기준이 된다. 이는 높은 SPF 값에서 높은 투명도를 얻기 위하여는 낮은 경면 흡광 계수를 갖는 작은 입자를 사용하는 것이 필수적이라는 것을 의미한다.
실시예 8: 케미컬 프리 선스크린 (chemical free sunscreen)의 유상수형 에멀션의 특성에 대한 ZnO 입자 크기의 영향
다음의 제형을 사용하여 준비한 샘플에 대하여 자외선-가시광선 측정을 행하였다. 본 제형은 유기/화학 자외선 차단제를 함유하지 않는다.
성분: %w/w
물 35.75
프로필렌 글리콜 3
마그네슘 설페이트 2
켈트롤 HF(Keltrol HF) 0.15
산화아연 16
핀솔브-티엔(Finsolv-TN) 38
아라셀 P135(Arlacel P135) 3
모노뮬 90-018(Monomuls 90-018) 1
퍼포말린 400(Performalene 400) 0.7
리퀴드 게르말 플러스(Liquid Germall Plus) 0.4
상기 제형에 사용하기 위한 산화아연의 평균 입자 크기는 25nm(실시예 1에서 기술한 제조 방법을 이용함), 50nm, 90nm 및 250nm이다.
상기 제형의 제조에 있어서 첫번째 단계는 물에 마그네슘 설페이트 및 프로필렌 글리콜을 용해시켜 수상(water phase)를 준비하는 것이다. 다음으로, 켈트롤을 천천히 상기 수상에 첨가하여 80℃ 내지 85℃에서 교반하면서 분산시킨다. 오일상(oil phase)은 아라셀 P135, 모노뮬 90-018 및 퍼포말린 400과 함께 핀솔브-티엔 내에 산화아연을 5분동안 90 내지 95℃까지 가열함으로써 준비한다. 이 혼합물이 용해될 때까지 교반한다. 다음으로 상기 수상을 오일상에 첨가한다. 이 혼합물을 고전단믹서(high shear mixer)를 사용하여 교반한 후, 40℃ 내지 45℃까지 냉각시킨다. 그 후, 게르말 플러스를 혼합한다.
도 20은 20 마이크론 석영 셀을 사용한 선스크린의 경면 투과도를 도시한다. 경면 투과도에 대한 물방울의 영향을 제거하기 위하여, 상기 선스크린을 탈유화 및건조시킨다. 도 21은 도 20으로부터 계산된 550nm에서의 경면 흡광 계수를 도시한다. 도 22는 확산 반사율 측정으로부터 계산된 CIE L* 좌표를 도시한다. CIE L* 좌표는 샘플의 광도에 대한 기준이고, 이는 미백 효과를 나타낸다. 도 20, 도 21 및 도 22로부터, 산화아연 입자의 평균 입자 크기가 작을수록 맑음도(clarity)가 향상됨이 명백하다. 평균 입자 크기가 25nm인 경우의 투명도는 50nm의 입자 또는 보다 큰 평균 입자 직경의 경우의 데이터로부터 외삽된 것보다 놀랄만큼 개선된다.
도 23은 8-마이크론 광경로 석영 셀에서의 선스크린 제형의 이미지를 이용하여 25nm 산화아연 제형의 우수한 투명도를 나타낸 것이다. 각각의 제형의 경우에 평균 입자 크기는 동일한 폰트/폰트-사이즈를 이용하여 두개의 칼럼 각각에 프린트되었다. 석영 셀은 선스크린 제형에서의 입자 크기에 해당하는 문자의 상부에 배치되었다. 25nm의 평균 입자 크기를 가진 산화아연 입자를 함유한 샘플이 시험된 제형 중에서 가장 높은 투명도를 가지는 것이 명백하다.
광경로가 8마이크론인 석영 셀을 이용하여, 평균 입자 크기가 25nm, 50nm, 90nm 및 250nm인 네개의 제형들 각각에 대하여 인비트로 SPF 측정을 행하였다. 도 24는 인비트로 SPF가 입자 크기의 함수임을 보여준다. SPF 값은 보다 작은 입자에서 보다 크다. 8 마이크론 셀을 이용하여 측정한 인비트로 SPF가 핀솔브-티엔에서의 ZnO 현탁액에 대한 인비보 SPF 값에 대하여 선형적인 상관관계를 가지므로(도 25), 도 20은 도 26과 같이 재도시될 수 있다.
실시예 9: SPF 값이 30보다 크고 피부에 대한 우수한 맑음도를 갖는 케미컬프리 선스크린의 유상수형 에멀션
다음의 제형을 사용하여 준비한 샘플에 대하여 자외선-가시광선 측정을 행하였다. 본 제형은 유기/화학적 자외선 차단제를 함유하지 않는다.
성분: %w/w
물 42.65
프로필렌 글리콜 3
마그네슘 설페이트 2
켈트롤 HF(Keltrol HF) 0.15
산화아연 나노 입자 16.77
핀솔브-티엔(Finsolv-TN) 26.23
이소프로필 팔미테이트 2
디하이뮬 PGPH(Dehymuls PGPH) 1
모노뮬 90-018(Monomuls 90-018) 1
징크 스테아레이트(Zinc stearate) 1
밀랍(Beeswax) 2
리퀴드 게르말 플러스(Liquid Germall Plus) 0.2
상기 제형의 제조에 있어서 첫번째 단계로서, 물에 마그네슘 설페이트 및 프로필렌 글리콜을 용해시켜 수상(water phase)을 제조한다. 켈트롤을 상기 수상에천천히 첨가하여 80℃ 내지 85℃에서 교반하면서 분산한다. 다음으로, 오일상(oil phase)은 이소프로필 팔미테이트, 밀랍, 디하이뮬 및 모노뮬과 함께 핀솔브-티엔 내에서 산화아연을 5분동안 80-85℃까지 가열함으로써 준비한다. 이 혼합물이 용해될 때까지 교반한다. 다음으로 상기 수상을 오일상에 첨가하고, 그 혼합물을 고전단믹서(high shear mixer)를 사용하여 교반한 후, 40℃ 내지 45℃까지 냉각시킨다. 그 후, 게르말 플러스를 혼합한다.
인비보 SPF 테스트 및 인비트로 자외선-가시광선 측정을 상기 제형에 대하여 수행하였으며, 그 결과는 아래 표 2에 나타내었다.
표 2: 16.77중량% ZnO의 케미컬 프리 선스크린 제형에 대한 선스크린 성능치.
특성 값
인비보 SPF 30.2
UVA/UVB 0.77
임계 파장 370nm
550nm에서의 경면 투과도에 대한흡광 계수[wt%mm]-1 1.50
CIE L* 좌표(20 마이크론 후막) 29.6
실시예 10: 유기 UV 흡수재를 포함하고, 30+의 SPF 값 및 피부에 대한 우수한 맑음도를 가진 선스크린의 유상수형 에멀션
다음의 제형을 사용하여 제조한 샘플에 대하여 자외선-가시광선 측정을 행하였다. 본 제형은 유기/화학적 자외선 차단제를 함유하지 않는다.
성분: %w/w
물 42.65
프로필렌 글리콜 3
마그네슘 설페이트 2
켈트롤 HF(Keltrol HF) 0.15
C12-15 알킬 벤조에이트 24
산화아연 나노 입자 6
파르솔 MCX(유기 UV 블록커) 8
파르솔 5000(유기 UV 블록커) 8
이소프로필 팔미테이트 8
디하이뮬 PGPH(Dehymuls PGPH) 3
모노뮬 90-018(Monomuls 90-018) 1
비에이치티(BHT) 0.05
피씨엘 리퀴드(PCL Liquid) 4.95
징크 스테아레이트(Zinc stearate) 2
밀랍(Beeswax) 2
캡-오-실 티에스 530(Cab-O-Sil TS 530) 1
게르말 플러스(Germall Plus) 0.2
수상(water phase)은 물에 마그네슘 설페이트를 용해시켜 준비한다. 켈트롤은 상기 수상에 천천히 첨가하면서 80 내지 85℃에서 교반하여 분산시켰다. 오일상(oil phase)은 이소프로필 팔미테이트, 피씨엘 리퀴드 및 징크 스테아레이트와 함께 C12-15 알킬 벤조에이트 내에서 산화아연을 80-85℃까지 5분동안 가열하여 제조한다. 다음으로, 밀랍, 디하이뮬 및 모노뮬을 첨가하고 그 혼합물이 용해될 때가지 교반하였다. 다음으로, 캡-오-실, 파르솔 MCX, 파르솔 5000, 비에이치티, 프로필렌 글리콜을 첨가하고, 2 내지 3분 동안 교반하였다. 그 후, 상기 수상을 상기 오일상에 첨가하였다. 그 혼합물을 고전단믹서로 교반하고, 40-45℃까지 냉갑시켰다. 그 후, 게르말 플러스을 혼합하였다.
인비보 SPF 테스트 및 인비트로 자외선-가시광선 측정을 수행하였다. 이 샘플에 대한 선스크린의 성능치는 표 3에 나타내었다.
표 3: 6.0중량% ZnO의 케미컬 프리 선스크린 제형에 대한 선스크린 성능치.
특성 값
인비보 SPF 41.2
UVA/UVB 0.39
임계 파장 363nm
550nm에서의 경면 투과도에 대한흡광 계수[wt%mm]-1 1.83
CIE L* 좌표(20 마이크론 후막) 22.1
실시예 11: 다양한 제형에 있어서 550 nm 에서의 경면 투과도에 대한 흡광 계수
도 27은 실시예 7에 따라 핀솔브-티엔 내에 분산된 25nm의 평균 입자 크기를 가진 산화아연 입자에 대한 550nm에서의 경면 투과도에 대한 흡광 계수를 도시한 것이며, 마찬가지로 실시예 7, 8 및 9에 대한 것도 도시하였다. 도 27로부터, 단지 핀솔브-티엔만을 사용한 간단한 제형에서 뿐만 아니라, 실시예 7, 8 및 9에서와 같이 복잡한 제형의 경면 흡광 계수의 값은 2.0(wt%.mm)-1보다 작으며, 간단한 제형들은 1.0(wt%.mm)-1보다 작다.
실시예 12: 다른 상업상 이용가능한 제품과의 비교
도 28은 10 마이크론 후막에서 샘플 1 및 샘플 2로 지정된 두개의 샘플에서의 자외선-가시광선 총 투과도 스펙트럼을 비교한 것이다. 샘플 1에 대한 데이터는, 비어의 법칙(Beer's law)을 사용하여 미네랄 오일 내에 122nm ZnO를 분산한 경우(40중량%, 28마이크론 후막)에 대하여 미국특허 제5,587,148호의 재심사 중에 마크 미츠닉(Mark Mitchnick)이 특허시행규칙 1,132(37 C.F.R. 1,132)에 따라 제출한 진술서에 개시되어 있는 데이터로부터 계산되었다. 샘플 2는 본 발명에 따라 핀솔브-티엔 오일내에 25nm ZnO 입자를 분산(40중량%, 28마이크론 후막)한 것이다. 샘플 2에 대한 자외선-가시광선 데이터는 비어의 법칙을 이용하여 샘플 2의 스펙트럼으로부터 계산되었다.
도 28은 샘플 2가 샘플 1과 비교하여 가시광선 영역에서 상당히 증가된 투명도를 가진다는 것을 보여준다. 또한, 자외선 차단 효율은 샘플 1에서 보다 샘플 2에서 상당히 증가되었고, 이는 SPF 값에서의 두개의 증가요인 중에서 하나의 요인에 해당한다.
총 투과도는 확산 투과도 값 및 경면 투과도 값의 합이다. 경면 투과도는 투명도와 직접적으로 부합한다. 예컨대, 플라스틱 시트의 "맑음도"가 ASTM D1746-97에 따라 경면 투과도로서 정의된다. 확산 투과도는 입자들에 의하여 산란하는 빛에 의한 것으로, 흐림 또는 미백 효과의 기준이 된다. 미백 효과가 크면, 확산 투과도가 마찬가지로 크고, 총 투과도는 낮은 투명도에도 불구하고 증가할 수 있다. 투명도의 평가에 총 투과도를 이용하는 것은 잘못된 것일 수 있다. 따라서, 투명도는, 아래에 설명한 바와 같이, 경면 투과도 측정을 이용하여 평가하여야 한다.
도 28에서, 미국특허 제5,587,148호의 재심사 중에 마크 미츠닉(Mark Mitchnick)이 특허시행규칙 1,132(37 C.F.R. 1,132)에 따라 제출한 진술서에는 총 투과도 스펙트럼이 개시되어 있고 경면 투과도 스펙트럼은 개시하고 있지 않으므로, 샘플 1 및 샘플 2의 총 투과도 값을 투명도의 관점에서 비교하였다.
도 29는 산화아연 입자의 평균 입자 크기가 25nm인 본 발명에 따른 제형의 미백 지수(whiteness) 및 다양한 상업상 이용되는 제형들의 미백 지수를 비교한 것이다. 미백 지수는 조성물 내에서의 산화아연 분말들의 농도의 함수임을 알 수 있고, 본 발명에 따라 제조된 제형에서 미백 지수 및 산화아연의 중량 퍼센트 사이의 선형적인 상관관계가 관측되었다. 보다 중요하게는, 도 29를 통하여, 본 발명의 선스크린 조성물은, 다른 상업상 이용가능한 선스크린들과 비교할 때 선스크린에포함될 수 있는 산화아연 입자의 중량 퍼센트 전 영역에 걸쳐 상당히 감소된 백색도를 나타냄을 알 수 있다.
본 발명의 선스크린 조성물 및 산화아연 입자는, 여기에 한정되는 것은 아니나, 선행기술에 비하여 다음과 같은 많은 이점들을 가지고 있다:
(ⅰ) 화학 UV 차단제를 포함할 필요가 없고, 실질적으로 가시광선에 맑고 투명하며, 피부학상 허용가능한 수준의 SPF를 나타낼 수 있는 선스크린을 최초로 판매 가능한 제품으로 제조할 수 있음;
(ⅱ) (i)에 기인하여, 화학적 자외선 차단제의 잠재적이고 바람직하지 않은 효과로부터 사용자를 보호할 수 있음;
(ⅲ) 화학적 자외선 차단제의 함유를 피할 수 있으므로 광학적으로 보다 안정한 선스크린을 제공함;
(ⅳ) 선스크린 조성물의 SPF 등급이 감소하지 않으면서도 종래의 선스크린에 비하여 훨씬 우수한 백색도 및 경면 흡광 계수를 가지므로 화장품 수용성이 향상됨;
(ⅴ) UV 복사 감쇠가 향상되고 가시 투명성이 증가함;
(ⅵ) 향상된 분산성;
(ⅶ) 분말을 포뮬레이터에 전이하는 비용을 줄이기 위하여 건조하고 재분산가능한 분말의 형태로 입자를 공급할 수 있음; 및,
(ⅷ) 적합한 열처리 및 입자 코팅의 선택적 사용을 포함하는 기계-화학적 방법을 이용한 입자 크기, 입자 크기 분포도 및 응집에 대한 높은 재생산성 및 제어력.
본 발명의 기본적인 발명 사상으로부터 벗어남이 없이도, 상기 분말 및 선스크린 조성물의 제조방법, 및 상술한 분말에 대한 다양한 강화방법 및 변형 실시예가 가능하다는 것이 재료 공학 및 선스크린 제형 기술분야에서 숙련된 자에게 명백할 것이다. 예컨대, 산화티탄(titanium dioxide) 또는 산화아연 및 산화티탄의 혼합물을 물리적 자외선 차단제로서 사용하여도 유사한 결과를 얻을 수 있다. 이러한 모든 변형 실시예 및 강화방법은 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 고려되며, 본 발명의 본질은 상술한 설명 및 청구범위로부터 결정되어질 것이다. 나아가, 앞에서의 실시예들은 단지 설명적인 관점에서 제공된 것이고, 발명의 범위를 제한하고자 한 것이 아니다.

Claims (24)

  1. 자외선 복사로부터 피부를 보호하기 위한 실질적으로 가시의 맑고 투명한 국부 선스크린 조성물로서,
    피부학상 허용가능한 운반체 내에서 피부학상 허용가능한 수준의 자외선 차단 지수(SPF)를 제공하고 자외선 A(UVA) 및 자외선 B(UVB)로부터의 넓은 스펙트럼 차단을 제공하는 물리적 자외선 차단제인 충분한 중량비의 나노 사이즈 입자를 포함하고, 화학적 자외선 차단제를 포함하지 않는 실질적으로 가시의 맑고 투명한 국부 선스크린 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 피부학상 허용가능한 수준의 SPF는 8+보다 큰 것을 특징으로 하는 실질적으로 가시의 맑고 투명한 국부 선스크린 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 피부학상 허용가능한 수준의 SPF는 15+보다 큰 것을 특징으로 하는 실질적으로 가시의 맑고 투명한 국부 선스크린 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 피부학상 허용가능한 수준의 SPF는 30+보다 큰 것을 특징으로 하는 실질적으로 가시의 맑고 투명한 국부 선스크린 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 물리적 자외선 차단제는 산화아연인 것을 특징으로 하는 실질적으로 가시의 맑고 투명한 국부 선스크린 조성물.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 물리적 자외선 차단제는 산화티탄(titanium dioxide) 또는 다른 물리적 자외선 차단제 중 하나 이상을 10%까지 포함하는 산화아연인 것을 특징으로 하는 실질적으로 가시의 맑고 투명한 국부 선스크린 조성물.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 550nm의 파장에서 측정된 2(중량%mm)-1보다 작은 경면 흡광 계수를 가지는 것을 특징으로 하는 실질적으로 가시의 맑고 투명한 국부 선스크린 조성물.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 550nm의 파장에서 측정된 1(중량%mm)-1보다 작은 경면 흡광 계수를 가지는 것을 특징으로 하는 실질적으로 가시의 맑고 투명한 국부 선스크린조성물.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 물리적 자외선 차단제의 나노 사이즈 입자들은 평균 입자 크기가 30nm보다 작고, 좁은 입자 크기 분포를 가지는 것을 특징으로 하는 실질적으로 가시의 맑고 투명한 국부 선스크린 조성물.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 좁은 입자 크기 분포는 20nm보다 작은 표준편차를 가진 광-상관 분광기법(photo-correlation spectroscopy)에 의해 측정된 개체수-중량비 크기 분포에 의한 것을 특징으로 하는 실질적으로 가시의 맑고 투명한 국부 선스크린 조성물.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 광-상관 분광기법에 의해 측정된 개체수-중량비 크기 분포는 10nm보다 작은 표준편차를 가지는 것을 특징으로 하는 실질적으로 가시의 맑고 투명한 국부 선스크린 조성물.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 광-상관 분광기법에 의해 측정된 개체수-중량비 크기 분포는 5nm보다 작은 표준편차를 가지는 것을 특징으로 하는 실질적으로 가시의 맑고 투명한 국부선스크린 조성물.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항 있어서,
    상기 입자들은 계면 활성제(surfactant)로 가공된 것을 특징으로 하는 실질적으로 가시의 맑고 투명한 국부 선스크린 조성물.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 계면 활성제는 스테릭 계면 활성제(steric surfactant)인 것을 특징으로 하는 실질적으로 가시의 맑고 투명한 국부 선스크린 조성물.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입자들은 금속 수산화물, 금속 산화물 또는 함수 금속 산화물 중 하나 이상이 일층으로 코팅된 것을 특징으로 하는 실질적으로 가시의 맑고 투명한 국부 선스크린 조성물.
  16. 자외선 복사로부터 피부를 보호하기 위한 실질적으로 가시의 맑고 투명한 국부 선스크린 조성물에 사용되는 산화아연 분말로서,
    30nm보다 작은 평균 입자 크기 및 좁은 입자 크기 분포를 가지는 것을 특징으로 하는 산화아연 분말.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 좁은 입자 크기 분포는 20nm보다 작은 표준편차를 가진 광-상관 분광기법에 의해 측정된 개체수-중량비 크기 분포에 의한 것을 특징으로 하는 산화아연 분말.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 좁은 입자 크기 분포는 10nm보다 작은 표준편차를 가진 광-상관 분광기법에 의해 측정된 개체수-중량비 크기 분포에 의한 것을 특징으로 하는 산화아연 분말.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 좁은 입자 크기 분포는 5nm보다 작은 표준편차를 가진 광-상관 분광기법에 의해 측정된 개체수-중량비 크기 분포에 의한 것을 특징으로 하는 산화아연 분말.
  20. 제 16 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입자는 계면 활성제로 가공함에 의해 감소된 광활동도(Photoactivity)를 가지는 것을 특징으로 하는 산화아연 분말.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 계면 활성제는 스테릭 계면 활성제인 것을 특징으로 하는 산화아연 분말.
  22. 제 16 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입자는 금속 수산화물, 금속 산화물 및 함수 금속 산화물 중 하나 이상으로 코팅된 것을 특징으로 하는 산화아연 분말.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 금속은 실리콘, 알루미늄, 및 지르코늄으로 구성된 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 산화아연 분말.
  24. 첨부한 도면들을 참조하여 기술된 바와 같은 제조 방법.
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