JP7118065B2 - ウーイド含有微小研磨剤組成物 - Google Patents

Description

本発明は、微小研磨剤組成物およびその製造方法に関する。より具体的には、本発明は、サイズおよび形状の均一性が増大したウーイドから作製された微小研磨剤に関する。

プラスチック製のマイクロビーズは、典型的には直径１ｍｍ未満の小さな合成ポリマー粒子であり、穏やかな研磨剤としてさまざまなスキンケア製品に添加されていた。それらはまた、家庭用および工業用のさまざまな洗浄剤にも使用されている。多くのポリマーがスキンケア製品に一般的に添加されており、最も一般的なものはポリエチレンである。（例えば、カナダの環境と気候変動、マイクロビーズ－サイエンスサマリー（２０１５年７月）を参照。その開示内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。）過去数年の間に、陸上および海洋の生態系へのマイクロプラスチック汚染の重要な発生源としてのこれら合成マイクロビーズについての認識と懸念が高まっている。（ｄｏ ＳｕｌおよびＣｏｓｔａ，Ｅｎｖｉｒｏ．Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ（２０１４）；Ｅｒｉｋｓｅｎら，Ｍａｒｉｎｅ Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ（２０１３）；Ｍａｓｏｎら、Ｅｎｖｉｒｏ．Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ（２０１６）；その開示内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。）米国、カナダ、およびヨーロッパにおける最近の法律および計画されている法律は、化粧品中のマイクロビーズの使用を削減および／または禁止することを目指している。（ＭａｃＤｏｎａｌｄ、Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｄｅｆｅｎｓｅ Ｐｒｅｓｓ Ｒｅｌｅａｓｅ，（２０１６年６月２９日）、Ｈ．Ｒ．１３２１、第１１４回会議（２０１６年）；その開示内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。）これらの提案されたおよび計画されたマイクロビーズの禁止が発効する前でさえも、一部の企業は、プラスチック製研磨剤をクルミの殻、シリカゲルビーズ、ホホバワックスビーズおよびその他のワックスなどの代替粒子で置き換えている。クルミの殻は、この材料の角張りと粗さが皮膚に「ミクロ裂傷」を引き起こすと主張している進行中の訴訟の対象である。（Ｂｒｏｗｎｉｎｇ ｖ． Ｕｎｉｌｅｖｅｒ ＵＳ，Ｉｎｃ．，Ｎｏ．８：２０１６ｃｖ０２２１０（Ｃ．Ｄ．ＣＡ．２０１６年１２月１６日提出）；その開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。）ワックスの低密度および疎水性は、様々な化粧品材料内に均一に分布させるためには問題となり得る。洗浄製品中のマイクロプラスチック研磨剤の禁止に対して匹敵する公共需要はなかったが、これも変化する可能性があり、スキンケア製品に使用されている非プラスチック粒子の一部（例えば、ワックスおよびシリカゲル）は、軟らかすぎるためこれらの用途のためのプラスチックの有用な代替とはなりえない可能性がある。そのため、小さく、微視的に滑らかで、ワックスまたは無定形シリカより硬くかつ緻密であり、および環境的に優しい微小研磨材料が明らかに必要とされている。

一実施形態では、微小研磨剤組成物は、複数のウーイドを含む流体マトリックスを含み、そのウーイドは、少なくとも約１００μｍ～約６５０μｍ未満の平均サイズと；ウーイドの少なくとも７５％が約７５μｍ～約８００μｍの範囲であるサイズ分布と；少なくとも０．４の平均円形度スコアと；１．６未満の平均アスペクト比とを有する。

別の実施形態では、ウーイドは、約１１５μｍの平均サイズを有し、ウーイドの少なくとも７５％は、９０μｍ～１４０μｍの範囲である。

さらなる実施形態では、ウーイドは、約２００μｍの平均サイズを有し、ウーイドの少なくとも７５％は、１５０μｍ～２５０μｍの範囲である。

さらに別の実施形態では、ウーイドは、約３２５μｍの平均サイズを有し、ウーイドの少なくとも７５％は、２４０μｍ～４５０μｍの範囲である。

さらに別の実施形態では、ウーイドは、約６３５μｍの平均サイズを有し、ウーイドの少なくとも７５％は、４８０μｍ～８００μｍの範囲である。

さらに別の実施形態では、ウーイドは、１．５未満のアスペクト比と、少なくとも０．５の平均円形度を有する。

さらに別の実施形態では、ウーイドは、１．４未満のアスペクト比と、少なくとも０．７の平均円形度を有する。

さらに別の実施形態では、ウーイドは、１．３未満のアスペクト比と、少なくとも０．７５の平均円形度を有する。

さらに別の実施形態では、流体マトリックスは、個人用衛生製品である。

別の実施形態は、供給源から複数のウーイドを収集すること；少なくとも約１００μｍ～約６５０μｍ未満の平均サイズと、少なくとも７５％のウーイドが７５μｍ～８００μｍの範囲であるサイズ分布と、を有する複数のウーイドを選択すること、ここで、選択後の複数のウーイドは、少なくとも０．４の平均円形度スコアと、１．６未満の平均アスペクト比とを有する；および複数のウーイドを流体マトリックスと組み合わせること、を含む、微小研磨剤組成物を製造する方法である。

さらなる実施形態において、選択することは、少なくとも１つのふるいを用いて行われる。

追加の実施形態では、ウーイドは、約１１５μｍの平均サイズを有し、ウーイドの少なくとも７５％は、９０μｍ～１４０μｍの範囲である。

さらなる実施形態では、ウーイドは、約２００μｍの平均サイズを有し、ウーイドの少なくとも７５％は、１５０μｍ～２５０μｍの範囲である。

さらに別の実施形態では、ウーイドは、約３２５μｍの平均サイズを有し、ウーイドの少なくとも７５％は、２４０μｍ～４５０μｍの範囲である。

さらに別の実施形態では、ウーイドは、約６３５μｍの平均サイズを有し、ウーイドの少なくとも７５％は、４８０μｍ～８００μｍの範囲である。

さらに別の実施形態では、ウーイドは、１．５未満のアスペクト比と、少なくとも０．５の平均円形度を有する。

さらに別の実施形態では、ウーイドは、１．４未満のアスペクト比と、少なくとも０．７の平均円形度を有する。

さらに別の実施形態では、ウーイドは、１．３未満のアスペクト比と、少なくとも０．７５の平均円形度を有する。

さらに別の実施形態では、流体マトリックスは、個人用衛生製品である。

本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、添付の図面と併せて考慮すると、以下の詳細な説明を参照することによってより良く理解されるであろう。

図１は、本発明の様々な実施形態による、ウーイドを含む様々な微小研磨粒子の走査型電子顕微鏡画像を示す。この図では、スケールバーは１００μｍである。 図２は、本発明の様々な実施形態による、ウーイドを含む様々な微小研磨粒子のサイズ分布を示す。 図３は、本発明の様々な実施形態による、ウーイドを含む様々な微小研磨粒子の対称性、球形度、アスペクト比、および円形度を説明する散布図を示す。 図４は、本発明の様々な実施形態による、ウーイドを含む様々な微小研磨粒子の主成分分析（パネルＡ）およびアスペクト比対円形度の散布図（パネルＢ）を含む、対称性、球形度、アスペクト比および円形度の多次元分析を示す。 図５は、本発明の様々な実施形態による、飽和状態の関数としての様々な大きさのウーイドの溶解速度を示す。 図６は、本発明の様々な実施形態による、経時のウーイドの安定性を示すウーイドの走査型電子顕微鏡画像を示す。 図７は、本発明の様々な実施形態による、ウーイドを含む様々な微小研磨粒子の磨耗速度を示す棒グラフである。 図８は、本発明の様々な実施形態による、微小研磨剤組成物を製造するためのプロセスを示す。

発明の詳細な説明

ここでグラフおよび図を参照すると、本発明の実施形態は、概して、ウーイド、ウーイド含有微小研磨剤組成物およびウーイド含有微小研磨剤組成物の製造方法を対象としている。一般に、ウーイドは、小さい粒子を表し、これはサイズおよびサイズ分布について選択可能である。また、ウーイドは、一般に、高いレベルの対称性、球形度、円形度および低いアスペクト比を示す。これらの特徴は一般に、予測可能で非常に効果的な研磨剤をもたらし、それは、研磨の間に転がることができ、かつ引っかからないことができ、これは、皮膚組織のミクロ裂傷を回避する。ウーイドはオーオイドとしても知られていることに注意すべきである。本明細書での、「ウーイド」、「ウーイド」、または「魚卵状」という用語の使用は、オーオイド、オーオイド、および魚卵状を反映および包含することも意図している。

ウーイドは、熱帯の浅い海洋環境およびある種の湖沼環境で自然発生する、丸みのあるよく分類された砂の一種である。これらの砂粒子は、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）でできている。他の炭酸塩砂（すり減った丸い殻の破片を含む）と一緒に、ウーイドは、その形状、サイズ、表面の質感、化学、密度および硬さに基づく理想的な天然のマイクロビーズの代替品である。ウーイドおよび他の炭酸塩砂は、熱帯の海洋砂から供給されることができ、再生資源を表す。使用後および廃棄中、これらの粒子を含むすべての廃水反応は、プラスチックベースおよびワックスベースの粒子とは対照的に、正味のカーボンシンクを構成する。

非魚卵状炭酸塩砂は、典型的には、殻および他の骨格断片から構成される。これらの材料も、マイクロプラスチック研磨剤と同様のサイズで天然に存在するが、それらの特性が特定の用途にとって望ましい場合、より角ばった形状およびより不規則な表面の質感を有する。ウーイドおよび他の炭酸塩砂の両方は、一般にアラゴナイトからなるが、一部は、方解石からなるかまたは両方のＣａＣＯ_３多形体の混合物を含む。方解石およびアラゴナイトの硬度は、モース硬度スケールで３～４の範囲にあり、一部のスキンケア製品で研磨剤としても使用される岩塩（ＮａＣｌ、食卓塩、２～２．５モース硬度）よりやや高い。しかしながら、角張った立方晶岩塩とは異なり、炭酸塩砂と特にウーイドは、より丸みを帯びている傾向があるため、それらの増大した硬度はそれらのより滑らかな表面の質感によって相殺され得る。ウーイドを含む、方解石とアラゴナイトの密度は、２．７～２．９ｇ／ｃｍ^３の範囲で、岩塩の密度（２．１ｇ／ｃｍ^３）よりやや高いが、ホホバワックスの密度（０．９ｇ／ｃｍ^３）またはシリカゲルの密度（０．７～２．２ｇ／ｃｍ^３、間隙率による）よりもはるかに高い（それらの水より軽い密度は、様々なスキンケア製品での均一な分布の問題を生む）。

ウーイドおよび他の炭酸塩砂は、自然環境から供給されることができ、再生資源である：ウーイドは、ＣａＣＯ_３に関して過飽和である浅い海水の結果として形成され、他の炭酸塩砂は、海浜および浅瀬環境での高エネルギーの殻材料の物理的破壊および磨耗によって形成される。現場および経験的制約から予想され、最近の実験で観察されたウーイド成長速度では、適切な核が播種されたウーイド形成環境は、最適流速および堆積物輸送パターンの下で、１～数年未満のオーダーの砂サイズのウーイドを再生する可能性を有する。（Ｔｒｏｗｅｒら、Ｅａｒｔｈ ａｎｄ Ｐｌａｎｅｔａｒｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｌｅｔｔｅｒｓ（２０１７）、その開示内容全体が参照により本明細書に組み込まれる）予備実験結果は、ウーイドが様々な市販の洗顔料およびボディウォッシュ製品において少なくとも１年の期間にわたって貯蔵安定性であることを示している。ウーイドおよび他の炭酸塩砂は、天然ｐＨ緩衝剤でもあり、これは化粧品中でそれらの長期安定性に寄与するであろう。

公知の温室効果ガスである大気中の二酸化炭素（ＣＯ_２）は、放射赤外線のかなりの部分を吸収し、人為的な放出による、放射強制の顕著な増加、ひいては地球規模の温度変化の一因となっている。プラスチック製の微小研磨剤とは対照的に、微小研磨材料として天然のウーイドまたは他の炭酸塩砂を使用することで、大気からのＣＯ_２の正味のカーボンシンクを生み出す。このように、地球規模の炭素循環の観点からは、ウーイドは、プラスチック微小研磨剤に代わる「環境にやさしい」または少なくとも「より環境にやさしい」な消費物代替となり得る。

アラゴナイトまたは方解石のいずれかからなる炭酸塩ウーイドは、主にカルシウム（Ｃａ^２＋）イオンおよび炭酸塩（ＣＯ_３ ^２－）イオンの相対存在量が低いために、これらの相に関して飽和していない溶液中で不活性であるかまたは比較的急速に溶解し得る。このように、ウーイドは、特別な改善を必要としない。水への溶解には、すべての都市下水、およびほぼすべての天然の非海洋表面、土壌、および地下水が含まれる。その溶解プロセスは、ウーイドから誘導された固体炭酸塩１モルにつき、２モル当量の炭酸塩アルカリ度を生じる。式１に示すように、その溶解プロセスは、大気からのＣＯ_２の吸込みを構成する：
（１） ＣａＣＯ_３（固）＋Ｈ_２Ｏ＋ＣＯ_２→Ｃａ_２ ^＋ _（水）＋２ＨＣＯ_３ ^－ _（水）

海洋環境または湖沼環境から採取されたウーイドは、固体のＣａＣＯ_３の天然源を構成し、したがって、使用後のそれらのその後の溶解中に大気中のＣＯ_２を直接的に除去することを表す。ウーイドの使用は、汚染および／または環境への影響の２つの源と闘っている：プラスチックマイクロビーズまたはポリマーマイクロビーズを含む製品の使用に伴う二酸化炭素排出量の削減と、気候変動に関する主力である、人為的ＣＯ_２への対抗である。炭酸塩の生産と共に、ウーイドの使用は、家庭用または工業用の配管および廃水システムにおいて、腐食、および鉛を含む不要な化学物質の浸出に対するｐＨ緩衝剤としても機能し得る。さらに、ウーイドは、「硬水」地区でのさらなるスケーリングまたは沈殿に寄与しないだろう。硬水地区は、水がすでに炭酸塩で飽和している地区である。炭酸塩飽和水は、炭酸塩ベースのウーイドから水への炭酸塩の追加の添加を防ぐ。さらに、炭酸塩鉱物が海洋システムに漏れても、それらは一般的な堆積物であり、海洋の酸性化に対する緩衝剤として作用するため、有害な環境影響を引き起こさないだろう。

化粧品中のプラスチックマイクロビーズは最近最も人気のある媒体の注目を集めているが、微小研磨剤としてのそれらの使用は、洗浄製品および他の材料にまで及ぶ。プラスチック微小研磨剤に関する重大な問題は、それらが環境を汚染し得ることである。ウーイドおよび他の炭酸塩砂の利点は、従来のマイクロビーズに代わる「より環境に優しい」ことである。しかしながら、天然のウーイドは、微小研磨粒子としての使用には有益ではないかもしれない広範囲のサイズ、サイズ分布および他の特性（例えば、円形度および球形度）を有する；したがって、どの特定の特性がウーイドを有利にするかを理解し、これらの特性のためにウーイドを選択することは、他の微小研磨粒子の有利な代替物である微小研磨粒子をもたらす。さらに、ウーイドの使用は、化粧品に限定されず、ウーイドは、任意の微小研磨剤用途に使用することができる。より広く採用されている炭酸塩のウーイド微小研磨剤は、特にマイクロプラスチックと比べて、公知の温室効果ガスであるＣＯ_２を減らすことによる炭素サイクルへのそれらの好ましい影響を有する。

・ウーイド特性
ウーイドは、それらが供給される場所およびそれらがどのように形成されるかによって、多数の形状、サイズ、サイズ分布および他の物理的特性で自然に存在する。微小研磨粒子として使用するために、特定の用途に応じて、特定のサイズ、形状または他の特性がより有益であり得る。本発明の実施形態は、選択された特定のサイズ、サイズ分布および後述の他の物理的特性を有するウーイドを対象としており、これらの特性は、選択されたウーイドを微小研磨粒子としての使用に有利にする。

ここで図１を見ると、典型的なウーイド（パネルＤ）は、直径０．２５～０．６ｍｍ（２５０～６００μｍ）であり、市販の洗顔料から採取されたプラスチックマイクロビーズ（パネルＡ）、市販のボディウォッシュから採取されたプラスチックマイクロビーズ（パネルＢ）、および市販のボディウォッシュから採取された粉砕されたクルミ殻（パネルＣ）の範囲内である。この図では、スケールバーは１００μｍである。パネルＤに見られるように、ウーイド表面は、それらが生じる環境での磨耗による自然な研磨のために微視的に滑らかである。この滑らかな表面は、粗い表面（パネルＡおよびＣ）またはでこぼこの表面（パネルＢ）を示す他の微小研磨粒子とは異なる。さらに、ウーイドは。比較的球形で丸みを帯びた粒であり、これは一部のプラスチックマイクロビーズ（パネルＡおよびＢ）に似ており、ウーイドは、クルミ殻破片（パネルＣ）より明らかにかつ著しく角張りが小さい。したがって、一部の実施形態のウーイドは、異なる物理的特性を示し、それは他の微小研磨粒子を超える利点をもたらし得る。

図２を参照すると、データプロットは、本発明の一部の実施形態のウーイドに加えて、様々な個人用衛生製品（例えば、洗顔料およびボディウォッシュ）から採取されたクルミ殻、プラスチック微小研磨粒子またはポリマー微小研磨粒子のサイズおよびサイズ分布を示している。図２に示すように、多数の実施形態のウーイドは、プラスチックマイクロビーズおよび他のマイクロ研磨粒子と同様のサイズを示す。具体的には、パネルＡは、市販の洗顔料から採取されたプラスチックマイクロビーズ、市販のボディウォッシュから採取されたプラスチックマイクロビーズ、様々な実施形態によるウーイド、他の形態の炭酸塩砂および粉砕クルミ殻を含む、様々な種類の微小研磨粒子のサンプルのサイズ範囲のヒストグラムを示す。パネルＢは、様々な種類の微小研磨粒子のサイズ範囲および標準偏差のグラフである。パネルＢの上側のプロットは、ひげプロットとしてサイズ分布を示しており、パネルＢの下部の凡例に示されているように、各種類の微小研磨粒子について、正方形、菱形、円、星形または三角形で表される各サンプルの中央値または５０パーセンタイル（Ｄ_５０）が中心点としてプロットされている。各値の上部のひげ端は、その微小研磨粒子の分布における９０パーセンタイル（Ｄ_９０）を表し、一方、各値の下部のひげ端は、その微小研磨粒子の分布における１０パーセンタイル（Ｄ_１０）を表す。パネルＢの下側のグラフは、微小研磨粒子の各サンプルの標準偏差をプロットしている。

図２のグラフに示すように、様々な実施形態のウーイドは、約１００μｍ～最大約６５０μｍまでの範囲の平均サイズに対して選択され得る。いくつかの実施形態では、平均サイズは、約１００μｍ、約２００μｍ、約３００μｍ、約３２５μｍ、約４００μｍ、約４２５μｍ、約４５０、約５００μｍ、約５５０μｍ、約６００μｍ、または約６５０μｍであり得る。さらに、少なくとも７０％、少なくとも７５％、または少なくとも８０％のウーイドが約７５μｍ～約８００μｍの範囲に存在するサイズ分布についてウーイドを選択することができる。いくつかの実施形態では、その範囲は、約９０μｍ～約１４０μｍ、約１５０μｍ～約２５０μｍ、約１６５μｍ～約２５０μｍ、約２４０μｍ～約４２０μｍ、約２５０μｍ～約４６０μｍ、約３２５μｍ～約５５０μｍ、約３４０μｍ～約５００μｍ、約３７０μｍ～約６００μｍ、約４００μｍ～約８００μｍ、または約４９０μｍ～約７００μｍであり得る。

図２に示すように、様々な実施形態におけるウーイドの選択は、これらの粒子をウーイドサイズの自然の分布ではなく、他の微小研磨粒子の範囲内に配置する。さらに、図２に示されるように、いくつかの実施形態のウーイドは、他の微小研磨粒子と比べた場合、より小さいサイズ分布およびより低い標準偏差を示すことがあり、様々な実施形態でのウーイドの選択が、現在使用されている微小研磨剤製品とサイズが同等である微小研磨粒子をもたらすこと、およびあるいは、天然のウーイドから得られるよりも狭い分布をもたらすことを示している。さらに、円形度、アスペクト比および以下で論じる追加の物理的特性などの、ウーイドの追加の物理的特性により、特定の実施形態のウーイドが、他の微小研磨粒子の有利な代替物となり得る。

次に図３を参照すると、実施形態に係る微小研磨剤の様々な物理的特性が示されている。具体的には、図３は、平均対称性（パネルＡ）、平均球形度（パネルＢ）、平均アスペクト比（パネルＣ）および平均円形度（パネルＤ）を示す。対称性は、個々の粒子がどれだけの対称性を示すかの尺度であり、０（対称性なし）から１（完全対称性）の範囲で採点される。球形度は、完全な球からの形状の逸脱の３次元的尺度である。球形度は、４πＡ／Ｐ^２として計算され、ここで、Ｐは周囲長、Ａは粒子投影の面積である。完全な球は、１の球形度を有し（スケール上で１として採点される）、他の形状は、１未満の球形度指数を有する。アスペクト比は、２つの軸（例えば、長さと幅）から個々の粒子について測定した長軸と短軸の比である。アスペクト比１は、２つの軸が等しいことを意味し、スコアが大きくなると２つの軸の類似性が低くなることを示す。円形度は、Ｗａｄｅｌｌ円形度指数を用いた個々の粒子の円形度の２次元的程度である。（Ｗａｄｅｌｌ、Ｊ． ｏｆ Ｇｅｏｌｏｇｙ（１９３２）、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる）。Ｗａｄｅｌｌ円形度指数は、Σｒ_ｉ／（ｎＲ）として計算され、ここで、ｒ_ｉは、粒子の角の曲率半径、Ｒは、最大の内接円の半径、ｎは、測定された粒子の角の数である。スコア１は、完全に丸い粒子を表す。

図３に示すように、一部の実施形態のウーイドは、他の形態の微小研磨剤よりも高いレベルの対称性（パネルＡ）、球形度（パネルＢ）および円形度（パネルＣ）を有し得る。さらに、特定の実施形態のウーイドはまた、他の形態の微小研磨剤よりも低いアスペクト比を有し得る。具体的には、様々な実施形態のウーイドは、他の微小研磨剤と比べた場合、より高いレベルの対称性を有することができ、ここで、様々な実施形態のウーイドの平均対称性が、少なくとも０．８７、少なくとも０．８８、少なくとも０．８９、少なくとも０．９０、少なくとも０．９１、少なくとも０．９２、少なくとも０．９３または少なくとも０．９４であるように、ウーイドの対称性は、典型的には、約０．８７～約０．９５の範囲である。さらに、一部の実施形態のウーイドは、他の微小研磨剤と比べた場合、より高いレベルの球形度を有することができ、ここで、一部の実施形態のウーイドの平均球形度が、少なくとも０．８１、少なくとも０．８３、少なくとも０．８７、少なくとも０．８８、少なくとも０．８９、少なくとも０．９０、少なくとも０．９１、少なくとも０．９２または少なくとも０．９３であり得るように、ウーイドの球形度は、典型的には、約０．８０～約０．９５の範囲である。さらに、他の微小研磨粒子は２に近いアスペクト比を示し得るが、多くの実施形態のウーイドが１．６未満、１．５５未満、１．５未満、１．４５未満、１．４未満、１．３５未満、１．３未満または１．２５未満のアスペクト比を有するように、ウーイドは、１．６未満のアスペクト比を有し得る。多くの実施形態のウーイドはまた、他の微小研磨剤よりも高い円形度を有することができ、ここで、一部の実施形態のウーイドの円形度が、少なくとも０．４５、少なくとも０．５０、少なくとも０．５５、少なくとも０．６０、少なくとも０．６５、少なくとも０．６９、少なくとも０．７０、少なくとも０．７１、少なくとも０．７２、少なくとも０．７３、少なくとも０．７４、少なくとも０．７５、少なくとも０．７６、少なくとも０．７７、または少なくとも０．７８であり得るように、ウーイドの円形度は、典型的には、約０．４５～約０．７９の範囲である。したがって、様々な実施形態に従って選択されたウーイドは、対称性、球形度、アスペクト比および円形度に関して有利な特性を示し、これらは現在使用されている微小研磨粒子には存在せず、そして自然発生するウーイドには存在し得ない。

ここで図４を見ると、様々な微小研磨粒子の円形度、アスペクト比、対称性および球形度の主成分分析がパネルＡにプロットされており、一方、様々な微小研磨粒子のアスペクト比対円形度のプロットがパネルＢにプロットされている。パネルＡでは、主成分分析は、円形度とアスペクト比のベクトルがほぼ完全に直交していることを示しており、それと共に、これらの物理的特性は、微小研磨粒子の形状の最も有用な測定規準をもたらす。パネルＢは、様々な微小研磨粒子の様々なサンプルのアスペクト比および円形度を示す。特に、様々な実施形態のウーイドは、高いレベルの円形度および低いアスペクト比を示すクラスターを形成し得るのに対し、ボディウォッシュから採取した他の炭酸塩砂および微小研磨剤はクラスターを形成しない。さらに、洗顔料から採取した微小研磨剤はクラスターを形成するが、そのクラスターは、いくつかの実施形態のウーイドによって示される円形度の度合いを示さない。したがって、特定の実施形態のウーイドは、そうでなければすべての環境からのすべてのウーイドに存在しない可能性がある特定の相関特性について選択することができる。

ここで図５を見ると、特定の実施形態のウーイドの溶解速度のグラフがプロットされている。大気中の二酸化炭素（ＣＯ_２）は、放射赤外線のかなりの部分を吸収し、人為的な放出による、放射強制の顕著な増加、ひいては地球規模の温度変化の一因となっている。プラスチック製の微小研磨剤とは対照的に、微小研磨材料として合成または天然のウーイドを使用することで、それらの合成プロセスと機構に応じて、大気からのＣＯ_２の、正味の炭素源または正味のカーボンシンクをそれぞれ生み出す。このように、地球規模の炭素循環の観点からは、ウーイドは、プラスチック微小研磨剤に代わる「環境にやさしい」または少なくとも「より環境にやさしい」な消費物代替となり得る。

図５は、家庭用および天然水の飽和状態（Ω）の関数として、様々なサイズの炭酸塩（ＣａＣＯ_３）ウーイドの溶解速度を具体的に示している。アラゴナイトまたは方解石のいずれかからなる炭酸塩ウーイドは、主に炭酸イオン（ＣＯ_３ ^２－）の相対存在量が低いために、これらの相に関して飽和していない溶液中で比較的急速に溶解する。これには、すべての都市下水、およびほぼすべての天然の非海洋表面、土壌、および地下水が含まれる。その溶解プロセスは、ウーイドから誘導された固体炭酸塩１モルにつき、２モル当量の炭酸塩アルカリ度を生じる。このプロセスは、大気からのＣＯ_２の吸込みを構成する（式１）。
（１） ＣａＣＯ_３（固）＋Ｈ_２Ｏ＋ＣＯ_２→Ｃａ_２ ^＋ _（水）＋２ＨＣＯ_３ ^－ _（水）
海洋環境または湖沼環境から採取されたウーイドは、固体のＣａＣＯ_３の天然源を構成し、したがって、使用後のそれらのその後の溶解中に大気中のＣＯ_２を直接的に除去することを表す。

天然（飲料、家庭用、灰色、および廃棄）水中の粒の溶解挙動は、飽和状態（Ω）によって説明され、平衡状態への熱力学的推進力の地球化学において一般的に使用される尺度である。オメガは、通常、式２のように定義される：
（２） Ω＝［Ｃａ^２＋］［ＣＯ_３ ^２－］／Ｋ_ｓ
式中、
［Ｃａ^２＋］および［ＣＯ_３ ^２－］は、化学活性を表し、
Ｋ_ｓは、溶解度定数を反映する。
水文学や工学で使用される関連量は、飽和状態（Ω）の対数である飽和指数（ＳＩ）である。飲料水では、炭酸カルシウムのＳＩは、一般にＬａｎｇｅｌｉｅｒ Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ Ｉｎｄｅｘ（ＬＳＩ）と呼ばれる。（Ｌａｎｇｅｌｉｅｒ、Ｊ． ｏｆ Ａｍｅｒ．Ｗａｔｅｒ Ｗｏｒｋｓ Ａｓｓｏｃ．（１９３６）、その開示はその全体が参照により本明細書に組み入れられる）。パラメータＳＩは、水が炭酸塩を溶解または沈殿させる傾向の無次元尺度である。これは、水の測定されたｐＨと方解石飽和時のｐＨ（ｐＨ_飽）の差として計算される。負のＬＳＩ値は、炭酸塩を溶解し、一方、正のＬＳＩ値は、炭酸塩の沈殿に至る。溶解速度は、平衡からの逸脱の関数として変化する。典型的な都市用水施設は、強い腐食性の水または強いスケール水を回避するために、ＬＳＩを０近くに維持しようとする。井戸水では、ＬＳＩは、負になる傾向がある。ＵＳＧＳは、供給された一連の飲料水からのＬＳＩの測定値をまとめたものを大量に作成している。（Ｂｅｌｉｔｚら、ＵＳ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｕｒｖｅｙ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓ Ｒｅｐｏｒｔ ２０１６－５０９２ （２０１６）を参照、その開示内容全体が参照により本明細書に組み入れられる。）これらの網羅的な測定によると、５０州およびコロンビア特別区にわたる井戸水の平均ＬＳＩは、約－０．９６である。これらの水中に存在する可能性がある一部の実施形態のウーイドは、ＬＳＩを緩衝するのに役立ち、システムが腐食性であるかもしれない場合、それらは溶解によってＬＳＩを上昇させるのに役立ち得る。したがって、特定の実施形態のウーイドは、溶解および緩衝能力に影響する化学組成因子に基づいて選択されてもよく、それは他の要素からなるウーイドには存在しなくてもよいし、または一部の環境では存在しなくてもよい。

ここで図６を見ると、走査型電子顕微鏡画像は、０か月、６か月、および１３か月（スケールバー＝１００μｍ）での様々な実施形態のウーイドの安定性を示している。一部の実施形態のウーイドは、洗剤ベースのマトリックスと共に使用し得る。そのようなマトリックスは、洗顔料、ボディウォッシュのような個人衛生製品、または個人衛生用に使用され得る他の任意の製品であり得る。さらに、そのようなマトリックスは、工業用スクラブ、光沢剤、液体サンドペーパーなどの微小研磨剤の添加から利益を得ることができる工業用製品、または微小研磨剤から利益を得ることができる任意の他の産業用製品であり得る。図６は、多数の実施形態のウーイドが少なくとも１年間、市販のボディウォッシュ中で安定性を保ち得ることを示す。洗剤、安定化剤または他の成分を含み得る流体マトリックス中で安定である能力は、全てのウーイド中に存在しないかもしれない。したがって、一部の実施形態のウーイドは、特定の流体マトリックス中で安定を維持する能力について選択され得る。

いくつかの実施形態のウーイドはまた、粘着性の度合いについて選択されてもよい。ホホバワックスなどのワックス、またはプラスチックおよび／またはポリマーから生成される微小研磨剤などの一部の微小研磨剤は、微小研磨粒子が複数の個々の微小研磨粒子を含むより大きな混合物に固着または凝集することを可能にするまたは促進する特性を有し得る。そのような凝集または固着は、個々の粒子の数が組成物中で減少するであろうから、組成物が微小研磨剤と同じくらい効果的に作用する効果を減少させ得る。さらに、凝集または固着はまた、アスペクト比の増加に加えて、円形度、球形度および対称性を減少させる可能性がある。これらの要因はまた、微小研磨剤組成物の有効性に影響し得るため、固着および／または凝集は、微小研磨剤組成物の全体的な有効性を低下させ得る。固着および／または凝集に影響し得る要因は、熱、湿度、圧力、貯蔵時間、微小研磨粒子の安定性、微小研磨剤組成物のマトリックス中の特定の化学成分、および／または共に固着および／または凝集している個々の微小研磨粒子をもたらし得る任意の他の要因であり得る。

様々な実施形態のウーイドもまた、変形特性について選択され得る。一部の微小研磨粒子は、特定の状況下で、変形、または形状を変える能力を示し得る。所望のおよび／または有効な形状は、円形および／または球形の微小研磨粒子であり得、ここでこれらの微小研磨粒子は、引きずられるよりも表面を転がる能力を示し得る。さらに、個人用衛生製品に使用される表面を引きずられる微小研磨粒子（例えばクルミ殻）は、人の皮膚に損傷を与える可能性がある。したがって、円形および／または球形から離れる形状の変化は、粒子が微小研磨剤としての所望の能力で作用する効果を低下させる可能性がある。ワックス、プラスチック、ポリマーおよび／または他の材料から製造された微小研磨粒子は、熱、圧力、時間、化学反応および／または個々の微小研磨粒子の材料組成に影響し得る他の任意の要因などの特定の状況下で変形を受ける可能性がある。

特定の実施形態のウーイドは、滑らかな表面を有し得る。滑らかな表面は、滑らかな表面によって微小研磨粒子が表面を滑る、滑る、および／または転がることができるという点で、特定の微小研磨粒子にとって有益であり得る。クルミ殻およびプラスチック微小研磨粒子またはポリマー微小研磨粒子などの一部の微小研磨粒子の表面は滑らかではないかもしれないので、滑らかな表面は、ウーイドでは望ましい可能性がある。そのようなものとして、一部の微小研磨粒子は、くぼみ、割れ目、突出部、絶壁、粗さおよび／または滑らかとは異なる他の任意の特徴を示し得る。微小研磨粒子のそのような外的特徴は、表面を引きずり、引っ張り、削り取り、掻き取り、引き裂きおよび／または任意の他の損傷作用によって表面に損傷を生じる可能性がある。すべてのウーイドが同じレベルの滑らかさを有するわけではなく、これは粗いまたは粗い表面に対して利点をもたらし得る。したがって、表面の滑らかさについてウーイドを選択することは、一部の用途にとって望ましいかまたは有益であり得る。

・研磨剤としてのウーイドの品質
ここで図７を見ると、ウーイドは、他の微小研磨粒子と同様の磨耗速度を示す。具体的には、図７は、様々な実施形態のウーイドと市販のマイクロ研磨粒子（「マイクロビーズ」として記載）と滑らかな表面の摩耗速度（ｍｍ／時）を示す。そのアッセイは、一部の実施形態のウーイドが、商業的に使用されている微小研磨粒子と比べたときにわずかに高い摩耗速度を示すことを示している。アッセイの実施方法を以下に記載する。

・ウーイドの用途
一部の実施形態は、ウーイド含有微小研磨剤組成物であり得る。特定の実施形態の微小研磨剤組成物は、流体マトリックスと共にウーイドを含有してもよい。流体マトリックスは、気体または液体であってもよく、そしてローション、洗剤、ｐＨ緩衝剤、栄養素、ミネラル、安定化剤および／または微小研磨剤組成物における特定の用途に有益であり得る他の任意の化合物からなり得る。様々な実施形態の微小研磨剤組成物は、洗顔料、ボディウォッシュおよび／または任意の他の種類の個人用衛生製品などの、個人用衛生製品であり得る。あるいは、一部の実施形態の微小研磨剤組成物は、スクラブ、光沢剤、液体サンドペーパーなどの産業製品、または微小研磨粒子を含み得る他の任意の産業製品であり得る。

・微小研磨剤組成物の製造方法
次に図８を参照すると、一部の実施形態は、微小研磨剤組成物の製造方法を含む。この方法（８００）は、供給源から複数のウーイドを収集することを含み得る（８１０）。上記のように、ウーイドは、水生環境で発生し、発生源の位置に基づいてさまざまな特性を示し得る。そのような供給源は、湖、海洋、海、入り江、支流、湾を含む水域、および／またはウーイドが存在する他の任意の供給源を含み得る。さらに、様々な供給源が有益であり得る場合には、供給源の組み合わせからのウーイドを収集してもよい。しかしながら、異なる供給源は、本明細書に記載されている有利な物理的特性（例えば、円形度およびアスペクト比）を示さないウーイドを生成する可能性がある。したがって、様々な実施形態に従って、所望の有利な特性を有するウーイドを生成する供給源を識別することは、ウーイドの収集に有益であり得る。

サイズ、サイズ分布、円形度、対称性、球形度、アスペクト比、平滑度、研磨度、溶解度、安定度および／またはウーイドの使用に有益であり得るまたは所望され得る任意の他の要因を含む様々な特性に関して、収集されたウーイドをさらに選択することができる（８１２）。さらに、収集されたウーイドの部分集合は、異なる特徴について選択されてもよい。収集されたウーイドの選択は、フィルター、ふるい、メッシュ、格子および／または特定の特性の排除を可能にする他の任意のシステムを使用することによって行われ得る。さらに、様々な実施形態のウーイドは、一部の特徴についてのみ選択されてもよく、その選択後に得られるウーイドは、さらなる望ましい特徴を有する。例えば、選択プロセス（８１２）は、サイズおよび／またはサイズ分布について選択することができ、そしてその選択されたウーイドは、所望の円形度、アスペクト比、球形度および／または対称性を有する。

次に、選択されたウーイドをマトリックスと組み合わせることができる（８１４）。サンドペーパー、やすり、平面および／または微小研磨に使用される他の任意の固体表面などの固体表面にウーイドを付着することができるように、マトリックスは、流体または固体とすることができる。さらに、マトリックスは、気体または液体であり得る。さらに、流体マトリックスは、その意図する目的のために任意の粘度または組成であり得る。さらに、流体マトリックスは、ローション、洗剤、ｐＨ緩衝剤、栄養素、ミネラル、安定化剤および／または微小研磨剤組成物における特定の目的に有益であり得る他の任意の化合物からなり得る。そのような目的は、個人用衛生製品または産業製品を含み得る。個人用衛生製品は、洗顔料、ボディウォッシュおよび／または任意の個人用衛生製品であってもよく、一方、産業用製品は、スクラブ、光沢剤、液状サンドペーパーまたは微小研磨粒子を含み得る任意の他の産業用製品であってもよい。

・市販の微小研磨粒子のキャラクタリゼーション
商業的に使用される微小研磨粒子を、市販の個人衛生製品から採取した。これらの生成物を濾過して微小研磨粒子を収集した。収集した微小研磨剤を水で洗浄し、乾燥させた。

市販の製品から採取した微小研磨粒子を、動的画像分析ならびに光学顕微鏡および走査電子顕微鏡を用いて観察した。対称性、球形度、アスペクト比および円形度を含む粒子サイズおよび形状特性を、Ｒｅｔｓｃｈ Ｃａｍｓｉｚｅｒ Ｐ４を使用して決定した。

・ウーイドの収集
タークス島およびカイコス諸島ならびにバハマ諸島およびカイを含む、ウーイドを生成することが知られている様々な場所、ならびにこれらの場所に関連する河道および浅瀬から、ウーイドを収集した。様々なサイズの通過を排除するために、孔を有するふるいを使用して特定のサイズについてウーイドを任意に選択した。次いで、収集したウーイドを動的画像分析ならびに光学顕微鏡および走査型電子顕微鏡を用いて観察した。対称性、球形度、アスペクト比および円形度を含む粒子サイズおよび形状特性を、Ｒｅｔｓｃｈ Ｃａｍｓｉｚｅｒ Ｐ４を使用して決定した。

・微小研磨粒子の摩耗測定
ウーイドを市販の微小研磨粒子と比較することによって摩耗実験を行った；その結果を図７に示す。具体的には、「マイクロビーズ」をＮｅｕｔｒｏｇｅｎａ（登録商標）Ｆａｃｅ Ｓｃｒｕｂから採取した。摩耗される媒体として、低引張強度ポリウレタンフォーム（σＴ＝０．３２ＭＰａ）を使用した。摩耗チャンバーは、直径６．５ｃｍの２００ｍＬビーカーの底部に、厚さ３．５ｃｍのフォームディスクを固定することによって構成した。試験した微小研磨粒子は、直径４ｃｍの平らな表面にわたって単層として固定した。その摩耗面を８０ｇまで秤量し、摩耗チャンバーに入れ、そして水中に沈めた。測定された磨耗が単に重量によるものではないことを確実にするために、研磨材料を含まない（平滑表面）、同一の加重表面を用いて対照を行った。チャンバーをパラフィルムで密封し、２３０ｒｐｍで１～３時間振とうした。加重表面によってフォームディスクを削り取った深さとして摩耗を測定した。ここに報告した速度は、全く同じものの３回の平均であり、エラーバーは、３回の標準誤差を表す。

・均等論
上記の説明は本発明の多くの特定の実施形態を含むが、これらは本発明の範囲に対する限定として解釈されるべきではなく、むしろその一実施形態の一例として解釈されるべきである。したがって、本発明の範囲は、例示された実施形態によってではなく、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物によって決定されるべきである。

Claims (15)

1. 微小研磨剤組成物であって、
   複数のウーイドを含む流体マトリックスを含み、前記ウーイドは：
   少なくとも約１００μｍ～約６５０μｍ未満の平均サイズを有し；
   前記ウーイドの少なくとも７５％が約７５μｍ～約８００μｍの範囲である、サイズ分布を有し；
   少なくとも０．４の平均円形度スコアを有し；
   １．６未満の平均アスペクト比を有する、微小研磨剤組成物。
2. 前記ウーイドが、約１１５μｍの平均サイズを有し、前記ウーイドの少なくとも７５％が９０μｍ～１４０μｍの範囲である、請求項１に記載の微小研磨剤組成物。
3. 前記ウーイドが、約２００μｍの平均サイズを有し、前記ウーイドの少なくとも７５％が１５０μｍ～２５０μｍの範囲である、請求項１に記載の微小研磨剤組成物。
4. 前記ウーイドが、約３２５μｍの平均サイズを有し、前記ウーイドの少なくとも７５％が２４０μｍ～４５０μｍの範囲である、請求項１に記載の微小研磨剤組成物。
5. 前記ウーイドが、約６３５μｍの平均サイズを有し、前記ウーイドの少なくとも７５％が４８０μｍ～８００μｍの範囲である、請求項１に記載の微小研磨剤組成物。
6. 前記ウーイドが、１．５未満のアスペクト比と、少なくとも０．５の平均円形度とを有し、
   または、前記ウーイドが、１．４未満のアスペクト比と、少なくとも０．７の平均円形度とを有し、
   または、前記ウーイドが、１．３未満のアスペクト比と、少なくとも０．７５の平均円形度とを有する、請求項１に記載の微小研磨剤組成物。
7. 前記微小研磨剤組成物が、個人用衛生製品である、請求項１に記載の微小研磨剤組成物。
8. 前記流体マトリックスが、さらに、ローション、洗剤、ｐＨ緩衝剤、栄養素、ミネラルまたは安定化剤からなる、請求項１に記載の微小研磨剤組成物。
9. 前記個人用衛生製品が、洗顔料またはボディウォッシュである、請求項７に記載の微小研磨剤組成物。
10. 微小研磨剤組成物の製造方法であって、
    供給源から複数のウーイドを収集することと；
    少なくとも約１００μｍ～約６５０μｍ未満の平均サイズと；
    少なくとも７５％の前記ウーイドが７５μｍ～８００μｍの範囲である、サイズ分布と、
    を有する複数のウーイドを選択することと；
    ここで、選択後の前記複数のウーイドは、
    少なくとも０．４の平均円形度スコアと；
    １．６未満の平均アスペクト比とを有する；
    前記複数のウーイドを流体マトリックスと組み合わせることと、を含む、微小研磨剤組成物の製造方法。
11. 前記選択することが、少なくとも１つのふるいを用いて行われる、請求項１０に記載の方法。
12. 前記ウーイドが、約１１５μｍの平均サイズを有し、前記ウーイドの少なくとも７５％が９０μｍ～１４０μｍの範囲であり；または
    前記ウーイドが、約２００μｍの平均サイズを有し、前記ウーイドの少なくとも７５％が１５０μｍ～２５０μｍの範囲であり；または
    前記ウーイドが、約３２５μｍの平均サイズを有し、前記ウーイドの少なくとも７５％が２４０μｍ～４５０μｍの範囲であり；または
    前記ウーイドが、約６３５μｍの平均サイズを有し、前記ウーイドの少なくとも７５％が４８０μｍ～８００μｍの範囲である、請求項１０に記載の方法。
13. 前記ウーイドが、１．５未満のアスペクト比と、少なくとも０．５の平均円形度とを有し、
    または、前記ウーイドが、１．４未満のアスペクト比と、少なくとも０．７の平均円形度とを有し、
    または、前記ウーイドが、１．３未満のアスペクト比と、少なくとも０．７５の平均円形度とを有する、請求項１０に記載の方法。
14. 前記微小研磨剤組成物が、個人用衛生製品である、請求項１０に記載の方法。
15. 前記流体マトリックスが、さらに、ローション、洗剤、ｐＨ緩衝剤、栄養素、ミネラルまたは安定化剤からなる、請求項１０に記載の方法。

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