KR20050019112A - 발열 제조된 금속 산화물 입자 및 분산제를 함유하는 수성분산액 - Google Patents

발열 제조된 금속 산화물 입자 및 분산제를 함유하는 수성분산액

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Abstract

본 발명은 분산액 내 산화물 입자의 입도가 대칭적으로 분포되지 않고 분산액이 분산제로서 하나 이상의 하기 화학식 I의 화합물 및(또는) 하기 화학식 IIa의 말레산 무수물/아크릴레이트 공중합체 및(또는) 하기 화학식 IIb의 말레에이트/아크릴레이트 공중합체를 함유하는, 중앙치로서 표현되는 분산액 내 평균 입도가 250㎚ 미만인, 티탄, 아연, 철 또는 세륨의 발열 제조된 산화물 입자를 함유하는 수성 분산액에 관한 것이다.
<화학식 I>
<화학식 IIa>
<화학식 IIb>
이것은 고에너지 분쇄기에 의해 예비분산액 스트림을 분산시킴으로써 제조된다. 이것은 일광차단 제제에 사용될 수 있다.

Description

발열 제조된 금속 산화물 입자 및 분산제를 함유하는 수성 분산액{AN AQUEOUS DISPERSION CONTAINING PYROGENICALLY PREPARED METAL OXIDE PARTICLES AND DISPERSANTS}
본 발명은 발열 제조된 금속 산화물 입자 및 분산제로서 포스페이트 및(또는) 말레산 무수물/말레에이트-아크릴레이트 공중합체를 함유하는 수성 분산액, 이 분산액의 제조 방법 및 화장품 제제, 특히 일광차단 제제를 제조하기 위한 그의 용도를 제공한다.
피부를 너무 강렬한 자외선으로부터 보호하기 위하여, 크림 또는 로션과 같은, 자외선 차단제를 함유하는 화장품이 사용되며, 이들은 피부 상에서 대개 투명하고 바르기에 기분이 좋다.
자외선 차단제로서, 이들은 290 내지 400㎚의 파장 영역, 즉 UVB선(290 내지 320㎚); UVA선(320 내지 400㎚)의 파장 영역에서 흡수하는 하나 이상의 유기 화합물을 함유한다.
고에너지의 UVB선은 햇볕 화상의 전형적인 증상을 일으키며 또한 면역 방어 시스템을 억제하는 원인인 한편, 피부의 층에 더 침투하는 UVA선은 피부의 조기 노화를 일으킨다. 이들 두 유형의 방사선의 혼합 효과는 빛에 의해 초래되는 피부 질환(예: 피부암)의 생성을 촉진할 수 있기 때문에, 이미 일어난 자외선 차단 정도를 더욱 더 상당히 개선하는 가능성에 대한 연구가 초기 단계에서 시작되었다.
금속 산화물을 기재로 하는 초미세 안료가 또한 자외선을 산란시키고, 반사하고, 흡수할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 이들의 고분산 제제는 일광차단제의 유기 자외선 차단제에 대한 효과적인 첨가물이다.
따라서, 초미세 이산화티탄은 화학적으로 불활성이고 독성학적으로 허용가능하며 피부 자극 또는 증감을 일으키지 않으므로 화장품 제제에 많은 상이한 방식으로 사용된다. 현재, 이것은 가장 빈번하게 사용되고 가장 중요한 미네랄 광차단 물질이다. 이산화티탄 이외에, 초미세 산화아연의 사용이 증가하고 있다.
거칠게 분쇄된 물질(안료)과 미분된 물질(미세안료)은 구별되어야 한다. 미세안료의 경우에, 평균 1차 입도는 일반적으로 200㎚ 미만이고, 대부분 10 내지 100㎚이고, 일반적으로 50㎚ 미만이다.
1차 입자는 안료의 제조 중에 생성되는 최소 입자이다. 1차 입자는 개별 미세결정의 형태 또는 서로 면으로 조밀하게 내부 성장한 몇몇 미세결정의 형태로 존재할 수 있다. 응집물(aggregate)은 몇몇 1차 입자로 이루어지는 입자인데, 1차 입자는 2차원 배열로 서로 내부 성장한다. 응결물(agglomerate)은, 예를 들어 수소 가교 결합과 같은 인력에 의해 서로 고정되는 1차 입자 또는 응집물의 회합물인 것으로 이해된다.
거칠게 분쇄된 안료(0.2 내지 0.5㎛)는 전체 자외선 영역 및 가시광선 영역에 걸쳐 광범위하고 비교적 고르게 흡수하고(흡수하거나) 반사하는 반면에, 미분된 물질은 자외선 영역에서의 분명한 효과 증가와 함께, 장파 UVA 및 특히 가시광선 영역에서의 효과 손실을 나타낸다. 가시광선이 거의 반사되지 않기 때문에, 이들 활성 물질을 기재로 하는 제제는 대개 투명하다.
광화학 활성의 감소는, 예를 들어 Al2O3, SiO2 및(또는) 지방산(염), 실록산과 같은 무기 및 유기 표면 성분에 의해 생성될 수 있다. 이들 물질은 화학적 또는 물리적 수착(격자 도핑(doping)/코팅(coating))의 결과로서 표면에 부착될 수 있다.
투명 화장품 제제에서, 입자는 피부 상에서 육안으로 검출할 수 없도록 가능한 작은 것이 중요하다. 동시에, 일광차단제의 자외선 차단 효과는 감소되지 않아야 하고, 입자는 저장 중에 가라앉지 않아야 한다.
이를 위하여, 응집 및 응결된 금속 산화물 입자가 분산된다. 이 과정은 액상에서의 고체의 혼입, 크기 감소 및 균일한 분포를 포함하는 것으로 이해된다.
실제로, 입자의 분말도가 증가함에 따라 분산 문제가 증가하므로, 분산 공정은 전체적으로 화장품 제제의 제조시 가장 비용이 많이 드는 하부 단계 중 하나인 것으로 나타났다. 따라서, 실시에 있어서의 과제는 실제 화장품 제제의 제조로부터 분산 공정 중 가장 비용이 많이 드는 부분인 응결물의 분쇄를 분리하고, 최고 가능한 농도의 초미세 금속 산화물 입자를 갖는, 바람직하게는 저점도이거나 적어도 펌핑가능하거나 또는 유동할 수 있는 안정한 수성 분산액을 제공하는 것이다.
분산액의 본질적인 특징은 분산액 내에 분산된 입자의 크기이다. 이 크기는 2차 입도라고 하며 분산액에 존재하는 상태의 1차 입자, 응집물 및 응결물을 기술한다. 1차 입도에만 관련된 데이터와는 대조적으로, 2차 입도에 대한 정보는 분산액 및 일광차단 제제에서의 실제 상황을 반영한다.
용해기, 볼 분쇄기(ball mill) 및 회전자-고정자 기계와 같은 분산 장치에 의해 응결물을 분쇄하고 새로 생성된 표면을 습윤시키는 것이 가능하며, 이때 분쇄는 도입되는 에너지에 의존한다. 이들 분산 장치의 에너지는 화장품 및 일광차단 제제에 필요한 매우 미세한 2차 입도에는 불충분하다.
고에너지 분쇄기와 같은, 더 높은 에너지 투입량을 갖는 분산 장치가 알려져 있지만, 이들 장치의 단점은 코팅된 입자의 경우 외부 층이 느슨해질 위험이다. 반면에, 분산액을 안정화하기 위하여 첨가되는 유기 분산제는 에너지 유입에 의해 열분해되어 분산액의 특성을 불리하게 개질시킬 우려가 있다.
EP-A-876 841호에는 고에너지 분쇄기를 사용한 이산화티탄 분산액의 제조가 기술되어 있으며, 이때 분산액의 평균 입도는 0.16㎛이다. 분산액은 아세트산을 첨가함으로써 안정화된다. 냄새 때문에, 이러한 유형의 안정화는 화장 용도에 부적합하다. 반면에, 화장 용도에 관련된 영역, pH 약 4.5 내지 7.5에서 예상되는 안정성은, 이 pH가 이산화티탄의 등전점 근처이기 때문에, 낮다고 여겨진다. 이 정도 크기의 입자를 갖는 TiO2 입자는 자외선을 매우 잘 산란시키지만, 작은 크기의 입자는 또한 광촉매 활성을 바람직하지 않게 증가시킨다.
따라서, 본 발명의 목적은 생리적으로 허용가능한 pH 범위인 4.5 내지 7.5에서 안정하고 종래 기술의 것에 비하여 광촉매 활성이 감소된, 비교적 낮은 점도를 갖는 초미세 금속 산화물 입자의 고도로 농축된 수성 분산액을 제조하는 것이다.
이 목적은 분산액 내 산화물 입자의 입도가 대칭적으로 분포되지 않고 분산액이 분산제로서 하나 이상의 하기 화학식 I의 화합물 및(또는) 하나 이상의 하기 화학식 IIa의 공중합체 및(또는) 하나 이상의 하기 화학식 IIb의 공중합체를 함유함을 특징으로 하는, 중앙치로서 표현되는 분산액의 평균 입도가 250㎚ 미만인, 티탄, 아연, 철 또는 세륨의 발열 제조된 산화물 입자를 함유하는 수성 분산액에 의해 달성된다.
상기 식에서,
R은 임의로 분지되고 임의로 다중 결합을 함유하고 임의로 히드록실 기를 함유하는 탄소수 6 내지 22의 알킬 기를 나타내고,
A는 에틸렌 기, 프로필렌 기, 이소프로필렌 기 또는 부틸렌 기를 나타내고,
M은 H, 알칼리 금속 또는 암모늄 이온을 나타내고,
a는 0 내지 30이고,
b는 0 내지 2이다.
상기 식 IIa 및 IIb에서,
M은 수소, 1가 또는 2가 금속 양이온, 암모늄 이온 또는 유기 아민 기를 나타내고,
a는 1이거나, M이 2가 금속 양이온인 경우에는 0.5이고,
X는 -OMa 또는 -O-(CpH2pO)q-R1(이때, R1은 H, 또는 탄소수 1 내지 20의 지방족 탄화수소 기, 탄소수 5 내지 8의 지환족 탄화수소 기, 탄소수 6 내지 14의 임의로 치환된 아릴 기이고, p는 2 내지 4이고, q는 0 내지 100임), -NHR2 및(또는) -NR2 2(이때, R2는 R1 또는 -CO-NH2임)를 나타내고,
Y는 O, NR2를 나타내고,
A1은 에틸렌 기, 프로필렌 기, 이소-프로필렌 기 또는 부틸렌 기를 나타내고,
m은 10 내지 30이고,
n은 0 내지 50이고,
k는 10 내지 30이고,
m+k는 20 내지 60, 바람직하게는 20 내지 40이다.
대칭이 아니라는 말은 분포의 산술 평균이 중앙치보다 큼을 뜻하는 것으로 이해된다.
평균은 체적-가중 입도 분포의 산술 평균인 것으로 이해된다. 중앙치는 체적-가중 입도 분포의 d50 값으로 이해된다.
본 발명에 따른 분산액 내 입도의 비대칭 분포는 놀라운 것이다. 발열 응집된 금속 산화물 입자를 분산시킬 경우, 대칭적인 정규 분포가 존재할 것으로 예상되며, 이는 분포의 평균 대 중앙치의 비가 1일 때 인정된다.
비대칭 분포는 "편포" 1모드성(monomodal) 분포 이외에 다중모드성 분포인 것으로 이해된다.
따라서, 예를 들어 높은 분산 에너지를 사용하여 발열 제조된 산화알루미늄의 분산액은 대칭적인 정규 분포를 일으킨다. 더 거친 입자의 더 작은 비율은 분산액의 안정성 및 유변성에 유리한 영향을 나타내므로, 본 발명에 따른 분산액의 비대칭 분포는 입자의 대부분이 화장 용도에 바람직한 분말도를 나타냄을 뜻한다.
티탄, 아연, 철 및 세륨의 발열 제조된 산화물 입자는 화염 가수분해로부터 발생한 것 및 화염 산화 공정으로부터 발생한 것 또한 포함한다. 화염 가수분해의 경우, 금속 산화물의 전구체, 예를 들어 금속 할로겐화물 또는 유기금속 화합물은 수소/산소 화염에서 연소되고, 이때 전구체가 가수분해된다. 발열 이산화규소에 대하여 최초로 기술된 이러한 합성 방법은, 예를 들어 이산화티탄에 대하여 사용될 수도 있다. 화염 산화의 경우, 금속 증기는 일반적으로 산소 분위기 하에 금속 산화물로 산화된다. 예로써 산화 아연으로의 아연 증기의 산화를 언급할 수 있다. 독성학적 및 피부병학적으로 볼 때, 산화세륨, 산화아연, 산화철 및 특히 이산화티탄과 같은 무해한 화합물이 화장품 제제에 적합하다. 또한, 산화물 입자는 티탄, 아연, 철 및 세륨의 서로와의 및(또는) 규소 및(또는) 알루미늄과의 혼합 산화물 입자, 도핑된 입자 또는 코팅된 입자도 포함한다. 산화물 입자의 BET 표면적은 광범위하게, 5 내지 200 m2/g으로 변할 수 있다.
앞서 언급된 금속 산화물 입자의 표면은 또한 유기 화합물에 의해 더 개질될 수 있다. 수-반발성 금속 산화물 입자는 이러한 식으로 얻어질 수 있다. 유기 화합물로 개질된 금속 산화물 입자의 예는, 예를 들어 DE-A-42 02 695호, EP-A-1 078 957호, EP-A-924 269호, EP-A-722 992호에 기술되어 있다.
본 발명에 따라 사용되는 금속 산화물 입자는, 예를 들어 관련 상표명으로 얻을 수 있는, 무기 또는 유기 코팅제를 갖는 시판중인 제품(예: 마이크로 티타늄 디옥사이드(Micro Titanium Dioxide) MT 100 AQ 및 MT 150 W(트리-케이-타이카(Tri-K-Tayca)), UV-티탄(UV-Titan) M 212(케미라(Kemira)) 및 이산화티탄 P-25(데구사(Degussa))일 수 있다.
이산화티탄 T 805(데구사)는 본원에서 특히 유리한 것으로 밝혀졌다. 이산화티탄 T 805는 결정학적으로 아나타제(anatase)형 약 80% 및 루틸(rutile)형 약 20%로 이루어지며, 트리알콕시옥틸실란으로 코팅되어 있다. 이것은 감소된 광활성, 감소된 표면 활성, 높은 화장 허용성 및 매우 우수한 내수성을 특징으로 한다.
분산액은 금속 산화물 입자를 20 내지 60중량%, 바람직하게는 30 내지 50중량%로 함유할 수 있다.
본 발명에 따라 사용되는 인산염은 하기 화학식 I로 이상화된 형태로 표현된다.
<화학식 I>
산업적 제조 방법의 결과로서, 본 발명에 따라 바람직한 주성분, 바람직하게는 모노에스테르 및 디에스테르가 주로 존재하고 소량의 다른 가능한 반응 생성물이 존재하는 혼합물이 존재한다.
이들은 공지의 방법에 의해 지방 알콜(R-OH) 또는 지방 알콜 알콕실레이트(R-O-(AO)a-H)와 인산 또는 그의 유도체를 반응시킴으로써 제조된다.
사용되는 지방 알콜은 널리 공지된 방법에 의해 촉매의 존재 하에 지방산 또는 그의 에스테르를 감소시킴으로써 제조될 수 있다. 직접 수소화의 경우, 지방 알콜은 관형 반응기에서 1단계 공정으로 Cu/Cr 촉매 상에서 트리글리세라이드로부터 수소와의 반응에 의해 생성되고, 이때 반응 생성물로서 지방 알콜, 1,2-프로판디올 및 물이 생성된다. 다른 방법에서, 지방 알콜은 트리글리세라이드로부터 에스테르교환 단계를 거친 다음 지방산 에스테르의 수소화에 의해 제조된다.
개별적으로 또는 혼합물로서 사용될 수 있는 지방산은 n-카프릴산, 카프르산, 2-에틸헥산산, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 팔미톨레산, 이소스테아르산, 스테아르산, 히드록시스테아르산(리시놀레산), 디히드록시스테아르산, 올레산, 리놀레산, 페트롤레스산, 엘라이드산, 아라키드산, 베헨산 및 에루스산, 가돌레산과같은 지방산, 및 올레산, 리놀레산, 리놀렌산, 특히 평지자유(rape-seed oil) 지방산, 대두유 지방산, 해바라기유 지방산, 톨유 지방산과 같은 천연 지방 및 오일의 가압 분류 중에 생성되는 공업용 혼합물이다. 원칙적으로, 유사한 쇄분포를 갖는 모든 지방산이 적합하다.
상기 지방산 또는 지방산 에스테르 내 불포화 분획의 농도는, 달리 요구되지 않는 한, 널리 공지된 촉매 수소화 방법에 의해 바람직한 요오드가로 낮추어 조절되거나 또는 비수소화된 지방 성분으로 완전히 수소화된 혼합에 의해 생성된다. 지방산의 평균 포화 정도의 척도로서 요오드가는 이중 결합을 포화시키기 위하여 화합물 100g에 의해 사용되는 요오드의 양이다.
요오드가가 약 80 내지 150인 부분 경화된 C8/18-코코넛유 또는 야자유 지방산, 평지자유 지방산, 해바라기유 지방산, 대두유 지방산 및 톨유 지방산으로부터의 알콜, 특히 공업용 C8/18-코코넛 지방산으로부터의 알콜이 바람직하게 사용되는데, 이때 엘라이드산이 풍부한 C16/18-지방산 분획과 같은 시스/트랜스 이성질체의 선택이 임의로 유리할 수 있다. 이들은 시중에서 입수가능한 제품이며 다양한 회사에 의해 그들의 특정 상표명으로 제공된다.
지방 알콜 이외에, 특히 게르베(guerbet) 알콜 및 이들의 알콕실레이트 또한 사용될 수 있다.
알콜 알콕실레이트(R-O-(AO)a-H)는 널리 공지된 방법에 의해 산성 또는 염기성 촉매의 존재 하에 알킬렌 산화물의 첨가에 의해 얻어질 수 있다.
이때, -(AO)a- 기는 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드, 부틸렌 옥사이드 및(또는) 테트라히드로푸란, 바람직하게는 에틸렌 옥사이드와 같은 기를 나타내며, a는 평균 30 이하, 바람직하게는 3 내지 15 단위를 나타낸다.
상기 일반식에서 -(AO)a-는 언급된 알킬렌 옥사이드 중 하나의 단독중합체 또는 중합체 분자 내 둘 이상의 단량체의 불규칙 분포를 갖는 블록 공중합체 또는 공중합체를 나타낸다.
화학식 I의 포스페이트에서, R은 유리하게는 탄소수 6 내지 22, 바람직하게는 12 내지 18의 지방 알콜 기일 수 있고, a는 1 내지 30, 바람직하게는 3 내지 15이다.
화학식 I의 포스페이트에서, R은 탄소수 6 내지 22, 바람직하게는 12 내지 18의 게르베 알콜 기를 나타낼 수 있고, a는 1 내지 30, 바람직하게는 3 내지 15이다.
이들 제품은 시중에서 입수가능하다. 이들은 수성 분산액에 대하여 0.5 내지 30%, 바람직하게는 수성 분산액에 대하여 3 내지 15%의 양으로 사용된다.
본 발명에 사용되는 하기 화학식 IIa 및 화학식 IIb의 공중합체에서, 다음의 정의가 적용된다.
<화학식 IIa>
<화학식 IIb>
M은 수소, 1가 또는 2가 금속 양이온, 암모늄 이온 또는 유기 아민 기를 나타내고,
a는 1이거나, 또는 M이 2가 금속 양이온인 경우에는 0.5이고,
X는 -OMa 또는 -O-(CpH2pO)q-R1(이때, R1은 H 또는 탄소수 1 내지 20의 지방족 탄화수소 기, 탄소수 5 내지 8의 지환족 탄화수소 기, 탄소수 6 내지 14의 임의로 치환된 아릴 기이고, p는 2 내지 4이고, q는 0 내지 100임), 또는 -NHR2 및(또는) -NR2 2(이때, R2는 R1 또는 -CO-NH2임)을 나타내고,
Y는 O, NR2를 나타내고,
A1은 에틸렌 기, 프로필렌 기, 이소-프로필렌 기 또는 부틸렌 기를 나타내고,
m은 10 내지 30이고,
n은 0 내지 50이고,
k는 10 내지 30이고,
m+k는 20 내지 60, 바람직하게는 20 내지 40이고,
-(A1O)n-은 언급된 알킬렌 옥사이드 중 하나의 단독중합체 또는 중합체 분자 내 둘 이상의 단량체의 불규칙 분포를 갖는 블록 공중합체 또는 공중합체를 나타내고,
단위 [ ]m 및 [ ]k는 또한 중합체 분자 내 둘 이상의 단량체의 불규칙 분포를 갖는 블록 공중합체 또는 공중합체로서 나타낼 수 있다.
나트륨, 칼륨, 칼슘 또는 마그네슘 이온은 바람직하게는 1가 또는 2가 금속 양이온(M)으로서 사용된다. 사용되는 유기 아민 기는 바람직하게는 1급, 2급 또는 3급 C1 내지 C20 알킬아민, C1 내지 C20 알칸올아민, C5 내지 C8 시클로알킬아민 및 C6 내지 C14 아릴아민으로부터 유도된 치환된 암모늄 기이다. 적당한 아민의 예는 양성자화된 (암모늄) 형태의 메틸아민, 디메틸아민, 트리메틸아민, 에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 시클로헥실아민, 디시클로헥실아민, 페닐아민, 디페닐아민이다.
X는 -OMa 또는 -O-(CpH2pO)q-R1이며, 이때 R1은 H, 임의로 치환될 수 있는 탄소수 1 내지 20의 지방족 탄화수소 기, 탄소수 5 내지 8의 지환족 탄화수소 기, 탄소수 6 내지 14의 아릴 기이다. p는 2 내지 4일 수 있고, q는 0 내지 100이며, 바람직한 실시태양에서, p는 2 또는 3이며, 따라서 폴리에틸렌 옥사이드 또는 폴리프로필렌 옥사이드로부터 유도된다.
또 다르게는, X는 또한 -NHR2 및(또는) -NR2 2(이때, R2는 R 1 또는 -CO-NH2임)를 나타낼 수 있으며, 이는 상응하는 불포화 카르복실산의 일치환 또는 이치환된 모노아미드에 상응한다.
Y는 O(산 무수물) 또는 NR2(산 이미드)일 수 있다.
A1이 에틸렌 기이고, m이 10 내지 30이고, n이 5 내지 20이고, k가 10 내지 30이고, m+k가 20 내지 40인 화학식 IIa 또는 화학식 IIb의 공중합체가 바람직하게 사용될 수 있다.
R이 임의로 분지되고 임의로 다중 결합을 함유하고 임의로 히드록실 기를 함유하는 탄소수 8 내지 18의 알킬 기이고, A가 에틸렌 기이고, M이 H 또는 알칼리 금속이고, a가 1 내지 30이고, b가 1 또는 2인 화학식 IIa 또는 화학식 IIb의 화합물이 또한 바람직하게 사용될 수 있다.
이들 생성물은 화학식 IIa 또는 화학식 IIb의 화합물을 0.5 내지 30중량%, 바람직하게는 1 내지 15중량%의 양으로, 또는 화학식 IIa 및 화학식 IIb의 화합물을 합하여 0.5 내지 30중량%, 바람직하게는 1 내지 15중량%로 함유할 수 있다.
필요하다면, 언급된 성분들 이외에, 이 분야에서 공지된 추가의 첨가제 및 보조 물질, 예를 들어 에탄올, 프로판올, 부탄올, 프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 펜틸렌 글리콜, 헥실렌 글리콜, 알콕실레이트, 글리콜 에테르, 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리부틸렌 글리콜, 글리세린 에스테르에톡실레이트, 글리세린, 폴리글리세린, 소르비톨, 슈크로스, 프룩토스, 갈락토스, 만노스, 폴리소르베이트, 전분, 크산탄 검, 카라기난 검, 셀룰로스 유도체, 알기네이트, 글리콜 에스테르, 소르비탄 에스테르, 불투명제, 가용화제, 에톡실화 지방 알콜, 염화나트륨, 황산나트륨, 황산마그네슘, 완충 시스템, 콜레스테롤, 판토텐산, 아스코르브산, 폴리아크릴산, 카르보머가 또한 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 분산액은 pH 4.5 내지 7.5에서 -20㎷ 미만의 제타 전위를 가질 수 있다. 제타 전위는 입자의 외부 유효 전위이며 개별 입자 간의 정전기적 상호작용의 척도이다. 이것은 현탁액 및 특히 초미세 입자가 분산된 분산액을 안정화하는 역할을 한다. 제타 전위가 -20㎷보다 작거나 +20㎷보다 크면, 입자들 간에 강한 반발력이 생기고 분산액은 안정한 상태로 된다. 상기 범위 이내의 값이면, 반발력은 낮아서 반데르발스력에 의해 응결물이 형성될 수 있고 이로 인해 입자의 바람직하지 않은 침전이 일어난다.
그러나, -20㎷ 미만의 제타 전위만이 본 발명의 하나의 실시태양이다. 본 발명에 따른 분산액의 안정성은 정전기적 상호작용에 의해서만 결정되지 않는다. 실시예 3은 제타 전위가 겨우 -2.8㎷인 안정한 분산액(표 4)을 기술한다.
본 발명에 따른 분산액은 또한 100 s-1의 전단 속도에서 점도가 2000mPas 미만일 수 있다.
본 발명은 또한 발열 제조된 금속 산화물 입자를 함유하고, 항상 하나 이상의 화학식 I의 화합물 및(또는) 하나 이상의 화학식 IIa의 공중합체 및(또는) 하나 이상의 화학식 IIb의 공중합체, 물 및 임의로 추가의 보조 물질을 함유하는 예비분산액의 스트림을 둘 이상의 하위 스트림으로 나누고, 이들 하위 스트림에 고에너지 분쇄기에서 500바 이상, 바람직하게는 500 내지 1500바, 특히 바람직하게는 2000 내지 3000바의 압력을 가하고, 노즐에 의해 대기압으로 복귀시키고, 서로 충돌시키고, 기체 또는 액체 충전된 반응 챔버에서 분쇄함을 특징으로 하는 분산액의 제조 방법을 제공한다.
고에너지 분쇄기는 시중에서 입수가능한 장치이다. 본 발명에 따른 분산액을 제조하기에 적합한 장치는, 예를 들어 스기노 캄파니(Sugino Co.)의 울티마이저(Ultimaizer) 또는 DE-A-100 37 301호에 기술된 것이다.
예비분산액은, 예를 들어 용해기, 회전자-고정자 기계 또는 볼 분쇄기를 사용하여 얻을 수 있다. 회전자-고정자 기계의 사용이 바람직하다.
분산액 스트림은 고에너지 분쇄기를 사용하여 분산액을 수차례 분쇄하도록 시스템 내에서 순환될 수 있다.
본 발명에 따른 분산액은 바람직하게는 메이크업, 칼라 파우더, 립스틱, 모발 염색약, 데이 크림(day cream) 및 특히 일광차단제와 같은 화장품 제제를 제조하는데 사용되고, 예를 들어 유중수형 또는 수중유형 분산액(유화액), 겔, 크림, 로션, 스프레이와 같은 통상의 형태로 제공될 수 있다.
얻어진 분산액은 높은 미분도의 분산된 고체, 장기간 저장 안정성, 낮은 점도 및 높은 광안정성을 특징으로 한다.
TiO2 입자를 제외하고, 하기 표 1에 기재된 분산액의 성분들을 초기에 도입하였다(배치 규모 약 75㎏). 그 다음, 입자를 전단 조건 하에 이스트랄(Ystral) 콘티(Conti)-TDS 3의 흡입관을 통해 빨아들이고, 이 과정이 끝난 후 추가의 15분 동안 3000rpm에서 전단 과정을 계속하였다(샘플 0, 하기 표 2 참조). 이 예비분산액을 직경 0.3㎜의 다이아몬드 노즐을 갖는 2500바의 압력의 고에너지 스기노 울티마이저 HJP-25050 분쇄기를 통해 5회까지 통과시키고, 분쇄기로의 통과가 매회 끝날 때마다 샘플을 취하였다(제1 통과는 샘플 1, 제2 통과는 샘플 2 등으로 함; 하기 표 2 참조). 하기 표 3은 점도를 제공하고, 표 4는 선택된 실시예의 제타 전위를 제공한다.
제제(중량%)
실시예 1 2 3 4 5
TiO2입자 40 33 35 40 40
류오파트(Rewophat) EAK 81090, 화학식 I의 화합물 2 2 - 5 -
게르베 알콜 C12EO-4-포스페이트, 화학식 I의 화합물, b=1 내지 2; M=H - - - - 6
화학식 IIb의 화합물(MW 15,000) - - 21 14 16
글리세린 - - 10 10 10
완전 탈이온수 58.0 65 34 31 28
실시예 1 및 3(데구사 아게): P25, 실시예 2: TN90(니폰 에어로실(Nippon Aerosil)), 실시예 4 및 5: T 805(데구사 아게)
입도 분포(㎚)1)
샘플 실시예
1 2 3 4 5
0 중간값 256 216 310 260 236
평균 289 240 335 281 248
평균/중간값 1.13 1.11 1.08 1.08 1.05
1 중간값 254 148 281 174 107
평균 267 189 318 205 154
평균/중간값 1.05 1.28 1.13 1.18 1.44
2 중간값 n.d. 105 229 135 97
평균 140 268 159 137
평균/중간값 1.33 1.17 1.18 1.41
3 중간값 154 n.d. n.d. n.d. n.d.
평균 193
평균/중간값 1.25
1) 동적 광산란 원리를 적용하여 맬버른(Malvern) 제타싸이저(Zetasizer) 3000 HSa 기기를 사용하여 측정됨. 결과는 체적-가중 콘틴(Contin) 분석으로부터 얻어짐.
전단 속도(s-1)의 함수로서 분산액의 점도(mPas)
샘플 전단 속도 실시예
1 2 3 4 5
0 1 66700 28700 2420 408 34900
100 188 324 4595 266 1400
2 1 5790 31000 359 76 15700
100 131 439 130 69 518
* 점도는 피지카(Physica) MCR 300 점도계 및 CC27 측정 시스템을 사용하여 점도 변화로서 측정되었음.
선택된 pH 및 등전점(IEP)에서의 제타 전위1)(㎷)
실시예
1 2 3 4 5
㎷/pH -29.7/5.0 -26.3/5.2 -2.8/6.5 -23.4/6.2 -22.1/6.4
pH에서의 IEP <2 <2 2.7 n.p. n.p.
1) 제타 전위는 디스퍼젼 테크놀러지 인코포레이티드 유에스에이(Dispersion Technology Inc., USA)의 DT-1200 기기로 측정되었고; n.p.는 존재하지 않음을 뜻함(IEP는 pH 2 내지 pH 10의 전 범위에 걸쳐 발견할 수 없었음).
본 발명에 따른 분산액은 실온에서 6개월보다 길게, 또한 50℃에서 1개월보다 길게 저장 안정성이다.

Claims (16)

  1. 분산액 내 산화물 입자의 입도가 대칭적으로 분포되지 않고 분산액이 분산제로서 하나 이상의 하기 화학식 I의 화합물 및(또는) 하나 이상의 하기 화학식 IIa의 공중합체 및(또는) 하나 이상의 하기 화학식 IIb의 공중합체를 함유함을 특징으로 하는, 중앙치로서 표현되는 분산액 내 평균 입도가 250㎚ 미만인, 티탄, 아연, 철 또는 세륨의 발열 제조된 산화물 입자를 함유하는 수성 분산액.
    <화학식 I>
    상기 식에서,
    R은 임의로 분지되고 임의로 다중 결합을 함유하고 임의로 히드록실 기를 함유하는 탄소수 6 내지 22의 알킬 기를 나타내고,
    A는 에틸렌 기, 프로필렌 기, 이소프로필렌 기 또는 부틸렌 기를 나타내고,
    M은 H, 알칼리 금속 또는 암모늄 이온을 나타내고,
    a는 0 내지 30이고,
    b는 0 내지 2이다.
    <화학식 IIa>
    <화학식 IIb>
    상기 식 IIa 및 IIb에서,
    M은 수소, 1가 또는 2가 금속 양이온, 암모늄 이온 또는 유기 아민 기를 나타내고,
    a는 1이거나, M이 2가 금속 양이온인 경우에는 0.5이고,
    X는 -OMa 또는 -O-(CpH2pO)q-R1(이때, R1은 H, 또는 탄소수 1 내지 20의 지방족 탄화수소 기, 탄소수 5 내지 8의 지환족 탄화수소 기, 탄소수 6 내지 14의 임의로 치환된 아릴 기이고, p는 2 내지 4이고, q는 0 내지 100임), -NHR2 및(또는) -NR2 2(이때, R2는 R1 또는 -CO-NH2임)를 나타내고,
    Y는 O, NR2를 나타내고,
    A1은 에틸렌 기, 프로필렌 기, 이소-프로필렌 기 또는 부틸렌 기를 나타내고,
    m은 10 내지 30이고,
    n은 0 내지 50이고,
    k는 10 내지 30이고,
    m+k는 20 내지 60, 바람직하게는 20 내지 40이다.
  2. 제1항에 있어서, 금속 산화물 입자가 티탄, 아연, 철, 세륨의 산화물, 이들의 혼합 산화물 및 전술한 산화물과 알루미늄 또는 규소의 혼합 산화물을 포함함을 특징으로 하는 수성 분산액.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 금속 산화물 입자의 표면이 유기 화합물을 사용하여 개질된 것을 특징으로 하는 수성 분산액.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 산화물 입자를 20 내지 60중량%로 함유함을 특징으로 하는 수성 분산액.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 화학식 I의 화합물에서, R이 탄소수 6 내지 22, 바람직하게는 탄소수 12 내지 18의 지방 알콜 기를 나타내고, a가 1 내지 30, 바람직하게는 3 내지 15임을 특징으로 하는 수성 분산액.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 화학식 I의 포스페이트에서, R이 탄소수 6 내지 22, 바람직하게는 12 내지 18의 게르베 알콜 기를 나타내고, a가 1 내지 30, 바람직하게는 3 내지 15인 수성 분산액.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 화학식 I의 포스페이트를 0.5 내지 30중량%, 바람직하게는 3 내지 15중량%로 함유함을 특징으로 하는 수성 분산액.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 화학식 IIa 또는 화학식 IIb의 화합물에서, A1이 에틸렌 기이고, m이 10 내지 30이고, n이 5 내지 20이고, k가 10 내지 30이고, m+k가 20 내지 40임을 특징으로 하는 수성 분산액.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 화학식 IIa 또는 화학식 IIb의 화합물에서, R이 임의로 다중 결합을 함유하고 임의로 히드록실 기를 함유하는, 임의로 분지된 탄소수 8 내지 18의 알킬 기를 나타내고, A가 에틸렌 기이고, M이 H 또는 알칼리 금속이고, a가 1 내지 30이고, b가 1 또는 2임을 특징으로 하는 수성 분산액.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 화학식 IIa 또는 화학식 IIb의 화합물을 0.5 내지 30중량%, 바람직하게는 1 내지 15중량%로 함유하거나 또는 화학식 IIa 및 화학식 IIb의 화합물을 합하여 0.5 내지 30중량%, 바람직하게는 1 내지 15중량%로 함유함을 특징으로 하는 수성 분산액.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 보조 물질 및 첨가제를 추가로 함유함을 특징으로 하는 수성 분산액.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, pH 4.5 내지 7.5에서 -20㎷ 미만의 제타 전위를 가짐을 특징으로 하는 수성 분산액.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 100 s-1의 전단 속도에서 점도가 2000mPas 미만임을 특징으로 하는 수성 분산액.
  14. 발열 제조된 금속 산화물 입자를 함유하고, 항상 하나 이상의 화학식 I의 화합물 및(또는) 하나 이상의 화학식 IIa의 공중합체 및(또는) 하나 이상의 화학식 IIb의 공중합체, 물 및 임의로 추가의 보조 물질을 함유하는 예비분산액의 스트림을 둘 이상의 하위 스트림으로 나누고, 이들 하위 스트림에 고에너지 분쇄기에서 500바 이상, 바람직하게는 500 내지 1500바, 특히 바람직하게는 2000 내지 3000바의 압력을 가하고, 노즐에 의해 대기압으로 복귀시키고, 서로 충돌시키고, 기체 또는 액체 충전된 반응 챔버에서 분쇄함을 특징으로 하는, 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 분산액의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 분산액을 고에너지 분쇄기를 사용하여 수차례 분쇄함을 특징으로 하는 방법.
  16. 화장품 제제를 제조하기 위한, 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 수성 분산액의 용도.
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