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JP4060849B2 - 疎水性金属酸化物微細粒子および分散助剤を含む高濃度水性分散液 - Google Patents

疎水性金属酸化物微細粒子および分散助剤を含む高濃度水性分散液 Download PDF

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Description

本発明は、疎水性金属酸化物微細粒子ならびに分散助剤としてリン酸エステルおよび無水マレイン酸−アクリル酸エステルコポリマーの組合せを含む水性分散液と、この分散液の化粧料、特に日焼け止め剤を調製するための使用とに関する。
過度に強力な紫外線から皮膚を保護することを目的として紫外線遮蔽剤を含有させたクリームやローションなどの、主に透明でつけ心地のよい化粧料が用いられている。
紫外線遮蔽剤には、290〜400nmの波長域、すなわちUVB線(290〜320nm)、UVA線(320〜400nm)を吸収する1種またはそれ以上の有機化合物が含まれている。
エネルギーのより高いUVB線は典型的な日焼けの症状を引き起こすだけでなく免疫防御の抑制にも関与している。一方、UVA線は皮膚のより深層に侵入して肌の早期老化を引き起こす。この2種類の放射の影響が重なると、光によって誘発される皮膚癌疾患(皮膚癌等)が形成されやすくなると言われている。そのため、既に達成されていた紫外線保護をさらに大幅に改善する方法が早い段階から模索され始めていた。
金属酸化物をベースとする微細(超微細)な顔料が紫外線を散乱、反射、および吸収もできることは既に分かっている。したがってこのことは、製剤中にこれらを高分散させることによって日焼け止め用組成物中の有機紫外線遮蔽剤が有効に強化されることを意味している。
微細な二酸化チタンは、化学的に不活性であり、毒性的に安全であり、また皮膚に炎症も感作も引き起こさないことから、化粧料中に広く用いられている。これは、現在最もよく用いられている最も重要な無機化合物系の光保護物質である。二酸化チタン以外にも、微細な酸化亜鉛が使用される頻度が高まりつつある。
微粉化された材料(微細顔料)は、粗粉化された材料(顔料)とは分けて考えられる。微細顔料の一次粒子の平均粒度は通常200nmよりもはるかに小さく、大部分は10〜100nmの範囲であり、通常は50nm未満である。
粗粉化された顔料(0.2〜0.5μm)は紫外域および可視光域全体を広くかつ比較的一様に吸収または反射する。一方、微粉化された材料は紫外域における活性が大幅に増大しているが、それと同時に長波長UV−Aおよび特に可視域における活性を失っている。可視光をごくわずかしか反射しないため、この活性成分をベースとした製剤の大部分は透明なものである。
TiO微細粒子は比表面積が特に高いことから光活性を示すが、それによって活性種(例えばヒドロキシルラジカル)が生成される可能性がある。したがってこれを化粧用組成物に使用する場合はその光化学活性を抑制することが必要である。これは、表面に無機および有機成分、例えばAl、SiO、および/または脂肪酸(塩)、シロキサン等を施すことによって達成される。このような物質は化学吸着または物理吸着(格子へのドーピング/被覆)によって表面に付着させることができる。最初に挙げたものを用いると、化粧用の光防護剤(light protection agent)として好適なグレードのものとなる。
微細な二酸化チタンは、乾燥粉末顔料として単離した形態にすると一次粒子としては存在せず、凝集体(aggregate)や凝集塊(agglomerate)を形成する。
一次粒子とは、顔料の調製時に形成される最小の粒子を指す。一次粒子は単一の結晶子の形態であってもよいし、そうでない場合は2個またはそれ以上の結晶子同士がその面に沿って互いに強固に連晶を形成した形態であってもよい。凝集体とは、2個またはそれ以上の一次粒子から構成される粒子を指し、その場合、一次粒子同士はその面に沿って互いに強固に連晶を形成している。凝集塊は、一次粒子同士または凝集体同士が、例えば水素結合(hydrogen bridge bond)等の引力を介して結合した会合体を意味するものと理解される。
凝集塊は粉末顔料中には必ず存在するが、透明な化粧料には望ましいものではない。それは、これらが透明な化粧料中に存在すると、皮膚に載せたときや多くの場合は肉眼でさえも粒子として認識されたり、日焼け止め用組成物の透明性だけでなく紫外線防護作用までも低下させたり、保管中に沈降する可能性があるためである。したがって、これらを再度大幅に粉砕する必要がある。
固体を液相中に混合して粉砕し、それと同時にこれを拡散させる処理全体を分散と称する。
一次粒子の大きさが小さくなると、それに伴い比表面積は増大するが、このことは凝集体および凝集塊の形成に有効な面積および吸着過程に有効な面積についても同様に言えることであり、その結果として、エマルジョンの安定性に支障が出る可能性がある。
凝集塊を粉砕して新たに得られた面を濡らすための唯一の方法は高い剪断力を用いることであるが、これは実際、多種多様な専用の機械、特に溶解機やボールミルなどを用いて実施されている。
実際、粒子が微細に分離されているという性質が向上するにつれて分散に関わる問題も増加し、その結果、分散処理全体が化粧料の調製の中で最も複雑な下位工程の一つとなることが分かっている。
したがって、これを実施する際には、実際の化粧料の調製から分散の最も複雑な部分、すなわち凝集塊の粉砕を切り離すことと、微細なTiOを最大限含有させても好ましくは低粘度であり、そうでなくても少なくとも依然としてポンプ輸送可能であるかもしくは流動性を保持している安定な水性分散液を調製することと、が要件に含まれる。
この問題を解決することを目的として数多くの提案がなされてきた。
(特許文献1)には、粒度が0.01〜0.15μmの二酸化チタン粒子を、有機油、ならびにポリエステル、ヒドロキシカルボン酸の塩、および/または水酸基を含まないC6−22脂肪酸もしくはその塩をベースとした分散助剤の中に分散させた分散液と、その日焼け止め剤としての使用とが記載されている。
そして(特許文献2)においては、リン脂質でできた被膜を用いて凝集傾向(粒度100nm未満の二酸化チタン粒子が再凝集する傾向)を低減することが提案されている。
(特許文献3)には、分散剤であるポリカルボン酸またはその塩の存在下で二酸化チタン粒子を粉砕することによって、針状の細かく分離された、場合により金属の含水酸化物で被覆された二酸化チタンの水性分散液を調製する方法、およびその日焼け止め剤としての使用が記載されている。
これらの分散液においてはそのような結果が得られる傾向にある。しかしこの水性分散液は依然として、微細なTiOの含有量の高さが不十分であり、保管中に沈降が起こり、かつ/または光活性が依然として非常に高いという不利な点を抱えている。
さらに顕著な欠点は、これらが化粧料に特に好ましいpH約5〜7の範囲(皮膚表面のpH)において安定ではないということである。
英国特許出願公開第2 206 339号明細書 国際公開第90/06103号パンフレット 独国特許出願公開第39 41 543号明細書
したがって本発明の目的は、従来の欠点を克服するとともに、粘度が比較的低く、しかも生理的に好ましい酸性のpH域において安定な、金属酸化物微細粒子、特に微細な二酸化チタンの安定な高濃度水性分散液を調製することにあった。
この目的は、疎水性被覆が施された金属酸化物微細粒子ならびに分散助剤としてリン酸エステルおよび無水マレイン酸−アクリル酸エステルコポリマーの組合せを使用することによって達成される。
疎水性被覆が施された二酸化チタンは、光触媒活性が低いことに加えて再凝集する傾向が低い。その理由は特に、隣接するTiO粒子に部分的に存在するTi−OH基を介して水素結合(hydrogen bridge)を形成することが不可能であるかまたは可能であってもその程度が非常に小さいためである。通常、疎水性被覆が施された二酸化チタンは水に十分に濡らすことができないため、このような物質の水性分散液は今までのところ知られていない。
したがって、本発明は、
A)疎水性被覆が施された金属酸化物微細粒子と、分散助剤として、
B)少なくとも1種の、一般式(I)
(式中、
Rは、多重結合を含んでも含まなくてもよく、かつ水酸基を含んでも含まなくてもよい 〜22個の炭素原子を有するアルキル基、
Aは、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、ブチレン基、
Mは、H、アンモニウムイオン、またはアルカリ金属陽イオン、
aは、0〜30、
bは、0〜2)
の化合物と、
C)少なくとも1種の、一般式(IIa)又は(IIb)
(式中、
Mは、水素、1価または2価の金属の陽イオン、アンモニウムイオン、有機アミン基、
aは、1であるか、または、Mが2価の金属の陽イオンである場合は0.5、
Xは、同様に−OMaであるか、または−O−(CpH2pO)q−R1(式中、R1は、H、1〜20個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素基、5〜8個の炭素原子を有する脂環式炭化水素基、6〜14個の炭素原子を有する、アリール基、p=2〜4、q=0〜100、−NHR2、および/または−NR22(式中、R2は、R1または−CO−NH2)、
Yは、O、NR2、
Aは、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、ブチレン基、
mは、10〜30、
nは、0〜50、
kは、10〜30(ただしm+kの合計は20〜60の範囲))の化合物と、
含む、水性分散液を提供する。
さらに本発明は、請求項1に記載の水性分散液の、化粧料を調製するための使用を提供する。
本発明のさらなる主題は特許請求の範囲によって特徴づけられる。
本発明により使用されるリン酸エステルは、理想的には、一般式(I)、


で表される。
工業的な調製を行うと、こうした方法の本質のため、その生成物は混合物となり、大部分を占める所望の主成分(本発明によれば好ましくはモノエステルまたはジエステル)とともに、可能性のあるさらなる反応生成物が小さい比率で存在することになる。
これらは、脂肪族アルコールR−OHまたは脂肪族アルコールアルコキシレートR−O−(AO)−Hをリン酸またはその誘導体と反応させる周知の方法を用いて調製される。
ここで併用する脂肪族アルコールは、脂肪酸またはそのエステルを周知の方法によって触媒の存在下で還元することによって調製することができる。直接水素添加を行う場合は、トリグリセリドの脂肪族アルコールを管型反応器内においてCu/Cr触媒上で水素と反応させる一段階法を行うことによって、反応生成物である脂肪族アルコール、1,2−プロパンジオール、および水が得られる。別の方法においては、トリグリセリド由来の脂肪族アルコールは、エステル交換工程に続いて脂肪酸エステルの水素化を行うことによって調製される。
ここで併用する脂肪酸は、カプリル酸、カプリン酸、2−エチルヘキサン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、パルミトレイン酸、イソステアリン酸、ステアリン酸、ヒドロキシステアリン酸、(リシノレイン酸)、ジヒドロキシステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、ペトロセリン酸、エライジン酸、アラキジン酸、ベヘンおよびエルカ酸、ガドレイン酸、天然油脂を高圧によって開裂させる際に生成する工業用の混合物(オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、特に、ナタネ油脂肪酸、大豆油脂肪酸、ヒマワリ油脂肪酸、トール油脂肪酸等)等の脂肪酸を単独または混合物としたものである。原則として、脂肪酸の鎖長分布が全体で似通っているものが好適である。
このような脂肪酸または脂肪酸エステルの不飽和部分の含有量の調整は、必要に応じて、周知の接触水素化法によって所望のヨウ素価にするか、または完全水素化された脂肪族成分に水素化されていない脂肪族成分を混合することによって達成される。ヨウ素価とは、脂肪酸の飽和度の平均値の指標であり、その化合物100gの二重結合を飽和させる際に取り込まれるヨウ素の量である。
好ましくは、ヨウ素価が約80〜150の範囲の、部分水素化されたC8/18−ヤシ油またはパーム油脂肪酸、ナタネ油脂肪酸、ヒマワリ油脂肪酸、大豆油脂肪酸、およびトール油脂肪酸由来のアルコール、特に工業用のC8/18−ヤシ油脂肪酸由来のアルコールを使用し、場合によっては、シス/トランス異性体(エライジン酸に富むC16/18−脂肪酸留分等)を選択するのが有利な場合もある。これらは標準的な市販品であり、様々な会社からそれぞれの商品名で供給されている。
脂肪族アルコールと同様に、特にゲルベアルコール(Guerbet alcohol)およびそのアルコキシレートも併用することができる。
アルコールアルコキシレートR−O−(AO)−Hは、アルキレンオキシドを酸性または塩基性触媒の存在下で付加反応させる周知の方法によって得ることができる。
本明細書において、−(AO)−基は、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、および/またはテトラヒドロフラン等の基、好ましくはエチレンオキシドを表し、式中、aは構成単位数の平均値であって、30まで、好ましくは3〜15である。
この一般式中、−(AO)−は、上記アルキレンオキシドのうちの1種の単独重合体、またはポリマー分子中に2種もしくはそれ以上のモノマーがランダムに分布したブロック共重合体もしくは共重合体のいずれかを意味する。
これらの製品は市販されている。これらは、水性分散液を基準として0.5〜30%、好ましくは水性分散液を基準として3〜15%の量で併用する。
本発明に従い併用される一般式II、

(式中、
Mは、水素、1価または2価の金属の陽イオン、アンモニウムイオン、有機アミン基、
aは、1であるか、または、Mが2価の金属の陽イオンである場合は0.5、
Xは、同様に−OMであるか、または−O−(C2pO)−R(式中、Rは、H、1〜20個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素基、5〜8個の炭素原子を有する脂環式炭化水素基、6〜14個の炭素原子を有する、場合により置換されたアリール基、p=2〜4、q=0〜100、−NHRおよび/または−NR (式中、Rは、Rまたは−CO−NH))、
Yは、O、NR
Aは、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、ブチレン基、
mは、10〜30、
nは、0〜50、
kは、10〜30(ただしm+kの合計は20〜60、好ましくは20〜40の範囲)、
−(AO)−は、上記アルキレンオキシドのうちの1種の単独重合体であるか、またはポリマー分子中に2種もしくはそれ以上のモノマーがランダムに分布したブロック共重合体もしくは共重合体のいずれか)の化合物においては、
構成単位
[ ]および[ ]も同様に、ポリマー分子中に2種もしくはそれ以上のモノマーがランダムに分布したブロック共重合体または共重合体として存在してもよい。
この生成物は、水性分散液を基準として30重量%までの量で、好ましくは1〜15重量%の量で併用する。
原則として金属酸化物微細粒子は、それぞれの使用分野で慣用されている金属酸化物であればどれを使用してもよい。本明細書において、「微細」または「超微細」という用語は、一次粒子の平均粒度が約250nm未満、好ましくは約100nm以下であることを指す。化粧料中に用いる場合は、その選択の範囲は必然的に、毒性的および皮膚科学的な観点から見て安全な化合物に限られてくる。酸化セリウム、酸化亜鉛、酸化鉄等、特に二酸化チタンが好ましい。
本発明に従い併用する金属酸化物微細粒子は、無機または有機被覆を有するものも含めて、それぞれの商品名で入手可能な標準的な市販品、例えば、マイクロタイタニウムジオキサイド(Micro Titanium Dioxide)MT−500B、MT−100Z、およびMT−100TV(いずれもトライ・ケー・テイカ(Tri−K−Tayca))、UV−タイタン(UV−Titan)M160、M262、X161(いずれもケミラ(Kemira))、ユーソレックス(Eusolex)T−2000(メルク(Merck))、ウビヌル(Uvinul)TiO(BASF)、二酸化チタンT−805および二酸化チタンT−817(どちらもデグサ(Degussa))等である。
本発明によれば、一次粒子の平均粒度が約250nm未満、好ましくは100nm未満、特に10〜100nmの範囲にあり、脂肪酸(塩)や、特にアルキルシランで被覆された二酸化チタンが好ましい。
ここでは二酸化チタンT805(デグサ)が特に有利なことが証明されている。二酸化チタンT805は、結晶学用語で言うアナターゼ約80%とルチル約20%とから構成されており、一次粒子の粒度が約21nmであり、トリアルコキシオクチルシランで被覆されている。これは、光活性が低減されていること、表面活性が低減されていること、化粧品として十分に許容されること、および耐水性が非常に優れていることを特徴とするものである。
上記成分に加えて、所望により、この分野において知られているさらなる助剤および添加剤である、エタノール、プロパノール、ブタノール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ペンチレングリコール、ヘキシレングリコール、アルコキシレート、グリコールエーテル、グリコール類、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリブチレングリコール、グリセロールエステルエトキシレート、グリセロール、ポリグリセロール、ソルビトール、スクロース、フルクトース、ガラクトース、マンノース、ポリソルベート、デンプン、ザンサンガム、カラギーナンガム、セルロース誘導体、アルギン酸エステル、グリコールエステル、ソルビタンエステル、乳濁剤、可溶化剤、エトキシル化脂肪族アルコール、塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウム、緩衝液系、コレステロール、パントテン酸、アスコルビン酸、ポリアクリル酸、カルボマー等を併用してもよい。
本発明による分散液は、好ましくは、ファンデーション、着色粉末、口紅、染毛剤、昼用クリーム、特に日焼け止め剤等の化粧料の調製に使用するが、例えばW/OまたはO/W分散液(エマルジョン)、ジェル、クリーム、ローション、スプレー等の慣用されている形態としてもよい。
結果として得られる分散液は、分散固体が非常に細かく分離しているという性質、長期保存安定性、低粘度、および高い光安定性を特徴とする。
この粘度は、ブルックフィールドRVTでスピンドル5を用いてメーカーの指示に従い測定されるものであり、室温下、10回転/分(rpm)で10〜40000mPasである。
ゼータ電位は、分散液の静電的安定化に関する特性として用いることができる。
ゼータ電位は、外側から見た粒子の実効的な電位であり、個々の粒子間の静電的な相互作用の目安を表すものである。これは懸濁液、特に、微細粒子を分散させた分散液の安定化に関与している。ゼータ電位の値が−20mV未満であるかまたは+20mVを超えると粒子間に強い反発が生じるため、分散液は安定なままとなる。この範囲内の値となる場合は反発力が小さくなるため、ファンデルワールス力による凝集塊の形成が可能となってしまい、その結果、粒子が沈降してしまうので望ましくない。
本発明による分散液は、この分野で一般に知られている方法を用いて調製することができ、混合装置には、歯付きディスク(toothed disk)、ビーズミル、回転子−固定子系、またはスキャンデックス(Scandex)撹拌機を備えた自動分散機を使用する。
好都合な方法においては、分散液の添加剤および場合により併用されるポリオールを水中に導入した後、適切に撹拌しながら顔料を撒布する。次いで、このようにして得られた予備分散液を微分散させる。
この水性分散液は、
成分A)を5〜80重量%、特に20〜60%と、
成分B)を0.5〜30重量%、特に3〜15%と、
成分C)を0〜30重量%、特に1〜15%と、
成分D)を0〜20重量%、特に1〜10%と、
これを100重量%にするように添加された水と、
を含む。
併用してもよい助剤および添加剤は、グリセロール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、および高級グリコール、ポリグリセロール、ソルビトール、および類似の糖アルコール、ならびに水溶性または水分散性の防腐剤を0.1〜0.5%である。
配合例
実施例1〜4
実施例5〜9
実施例9
ゼータ電位測定
米国ディスパージョン・テクノロジー(Dispersion Technology)からの機器DT−1200を用いて、CVI(コロイド振動電流)法に従い測定を行った。
これらの曲線から、本発明による分散液のゼータ電位は化粧料に適切なpH域全域にわたって−20mV未満であるどころかそれをはるかに下回っており、この分散液が極めて安定であることは明らかである。
これとは対照的に、化粧料に用いられる標準的な市販のTiO分散液は比較的狭いpH域においてのみ十分なゼータ電位を示し、化粧品に重要な約3〜5のpH範囲で等電点に到達する。

Claims (10)

  1. 水性分散液であって、
    A)疎水性被覆が施された金属酸化物微細粒子と、
    B)少なくとも1種の、一般式(I)
    (式中、
    Rは、多重結合を含んでも含まなくてもよく、かつ水酸基を含んでも含まなくてもよい、6〜22個の炭素原子を有するアルキル基、
    Aは、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、ブチレン基、
    Mは、H、アンモニウムイオン、またはアルカリ金属陽イオン、
    aは、0〜30、
    bは、0〜2)
    の化合物と、
    C)少なくとも1種の、一般式 II a)又は( II b)
    (式中、
    Mは、水素、1価または2価の金属の陽イオン、アンモニウムイオン、有機アミン基、
    aは、1であるか、または、Mが2価の金属の陽イオンである場合は0.5、
    Xは、同様に−OMaであるか、または−O−(CpH2pO)q−R1(式中、R1は、H、1〜20個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素基、5〜8個の炭素原子を有する脂環式炭化水素基、6〜14個の炭素原子を有する、アリール基、p=2〜4、q=0〜100、−NHR2、および/または−NR22(式中、R2は、R1または−CO−NH2)、
    Yは、O、NR2、
    Aは、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、ブチレン基、
    mは、10〜30、
    nは、0〜50、
    kは、10〜30(ただしm+kの合計は20〜60の範囲))の化合物と、
    含む、水性分散液。
  2. Rが、炭素原子を6〜22個有する脂肪族アルコール基であり、かつaが1〜30の値である、請求項1に記載の水性分散液。
  3. Rが、炭素原子を6〜22個有するゲルベアルコール基であり、かつaが1〜30の値である、請求項1に記載の水性分散液。
  4. 前記分散液が、金属酸化物微細粒子を20〜60重量%含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の水性分散液。
  5. トリアルコキシオクチルシランの疎水性被覆が施された酸化亜鉛および/または二酸化チタンが金属酸化物微細粒子として用いられる、請求項4に記載の水性分散液。
  6. 前記金属酸化物の一次粒子の粒度が10〜100nmである、請求項4または5に記載の水性分散液。
  7. 一般式 II a)又は( II b)(式中、Aはエチレン基、mは10〜30、nは5〜20、kは10〜30、ただしm+kの合計は20〜40の範囲)の化合物が成分C)として用いられる、請求項1〜6のいずれか一項に記載の水性分散液。
  8. 一般式I(式中、Rは、多重結合を含んでも含まなくてもよく、かつ水酸基を含んでも含まなくてもよい、8〜18個の炭素原子を有するアルキル基、Aは、エチレン基、Mは、Hまたはアルカリ金属、aは、1〜30、bは、1または2)の化合物が成分B)として用いられる、請求項1〜7のいずれか一項に記載の水性分散液。
  9. ブルックフィールドRVTでスピンドル5を用いて10rpmで測定された粘度が10〜40000mPasである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の水性分散液。
  10. 請求項1に記載の水性分散液の、化粧料を調製するための使用。
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