JP5867771B1 - 粉末状トバモライト型ケイ酸カルシウム系材料及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
1. トバモライト型ケイ酸カルシウム結晶と非晶質二酸化ケイ素とが不可分一体的に構成された、粉末状の複合体であって、
(1)当該材料におけるSiO2/CaOモル比が1.5以上であり、
(2)当該材料における細孔径3.6〜200nmの累積細孔容積が0.9cc/g以上であり、かつ、3.6〜5000nmの累積細孔容積が2.6cc/g以上である、
ことを特徴とする粉末状複合体。
2. 粉末X線回折分析における積分強度比[(2θ/θで表わされるピーク位置=32.00°の積分強度)/(2θ/θで表わされるピーク位置=25.00°の積分強度)]が0.01〜0.20である、前記項1に記載の粉末状複合体。
3. BET比表面積が100〜500m2/gである、前記項1に記載の粉末状複合体。
4. 平均粒径が1〜100μmである、前記項1に記載の粉末状複合体。
5. 前記項1〜4のいずれかに記載の粉末状複合体を製造する方法であって、
(1)水性媒体中にカルシウム原料を分散又は溶解させたカルシウム含有液にアルカリをpHが8.0〜13.0となるように添加して反応させることにより第1反応生成物を含む第1水性スラリーを得る第1工程、
(2)前記第1水性スラリー又はその水分量が調整された水性スラリーにケイ酸原料をSiO 2 /CaOモル比が1.5〜6.5の範囲となるように添加して反応させることにより第2反応生成物を含む第2水性スラリーを得る第2工程、
(3)第2水性スラリー又はその水分量が調整された水性スラリーのpHを7.0〜11.0に調整することにより当該複合体を含む第3水性スラリーを得る第3工程
を含むことを特徴とする粉末状複合体の製造方法。
6. 第3工程に先立って、前記第2反応生成物を70℃以下で一定時間熟成させる工程をさらに含む、前記項5に記載の製造方法。
7. 前記項1〜4のいずれかに記載の粉末状複合体に易酸化性成分が担持されている脱酸素剤。
8. 前記項1〜4のいずれかに記載の粉末状複合体を含む化粧品。
9. 粉末状複合体にメラニンが担持されている、前記項8に記載の化粧品。
10. 前記項1〜4のいずれかに記載の粉末状複合体を含む、メラニン吸着・除去用化粧品。
本発明のトバモライト型ケイ酸カルシウム系材料(本発明材料)は、粉末状のトバモライト型ケイ酸カルシウム系材料であって、
(1)当該材料におけるSiO2/CaOモル比が1.5以上であり、
(2)当該材料における細孔径3.6〜200nmの累積細孔容積が0.9cc/g以上であり、かつ、3.6〜5000nmの累積細孔容積が2.6cc/g以上である、
ことを特徴とする。
本発明は、本発明に係る粉末状トバモライト型ケイ酸カルシウム系材料(本発明材料)及び易酸化性成分を含む脱酸素剤を包含する。
本発明は、本発明に係る粉末状トバモライト型ケイ酸カルシウム系材料(本発明材料)を含む化粧品(化粧用組成物)を包含する。
本発明材料は、紫外線吸収成分を比較的多量に担持できるので、本発明材料を含む化粧品では高い紫外線遮蔽性能が期待される。紫外線吸収成分としては限定されないが、特にメラニンを好適に採用することができる。すなわち、本発明材料にメラニンが担持された粉末を化粧品に含有させることによって、そのメラニンによる紫外線吸収効果をより効率的に得ることが可能となる。
本発明材料は、上記a)のようにメラニンを担持できるので、皮膚のメラニンの吸着・除去にも適用可能である。
本発明の粉末状トバモライト型ケイ酸カルシウム系材料は、特に下記の製造方法によって好適に製造することができる。すなわち、本発明の粉末状トバモライト型ケイ酸カルシウム系材料を製造する方法であって、
(1)水性媒体中にカルシウム原料を分散又は溶解させたカルシウム含有液にアルカリを添加して反応させることにより第1反応生成物を含む第1水性スラリーを得る第1工程、
(2)前記第1水性スラリー又はその水分量が調整された水性スラリーにケイ酸原料を添加して反応させることにより第2反応生成物を含む第2水性スラリーを得る第2工程、
(3)第2水性スラリー又はその水分量が調整された水性スラリーのpHを調整することによりトバモライト型ケイ酸カルシウム系材料を含む第3水性スラリーを得る第3工程
を含むことを特徴とする。
第1工程においては、水性媒体中にカルシウム原料を分散又は溶解させたカルシウム含有液にアルカリを添加して反応させることにより第1反応生成物を含む第1水性スラリーを得る。
第2工程では、前記第1水性スラリー又はその水分量が調整された水性スラリーにケイ酸原料を添加して反応させることにより第2反応生成物を含む第2水性スラリーを得る。
本発明では、必要に応じて、第3工程に先立って、第2水性スラリー又はその水分量が調整された水性スラリーを予め熟成工程に供することが好ましい。熟成工程の実施により、未反応のカルシウムの反応を促すとともに、細孔構造の形成をより効果的に促進することができる。かかる見地より、熟成工程は、第2水性スラリーを撹拌しながら実施することが好ましい。熟成温度は限定的ではないが、一般に50〜70℃とすることが好ましく、特に55〜65℃とすることがより好ましい。熟成時間は特に制限されないが、通常0.5〜10時間とすれば良く、好ましくは1〜1.5時間とすれば良い。熟成する際の第2水性スラリーの固形分濃度は特に限定されないが、通常は1〜30重量%、より好ましくは3〜20重量%程度とすれば良い。
第3工程においては、第2水性スラリー又はその水分量が調整された水性スラリーのpHを調整することによりトバモライト型ケイ酸カルシウム系材料を含む第3水性スラリーを得る。
本発明では、第3水性スラリーをそのまま各用途の原料として用いることができるが、必要に応じて第3水性スラリーを固液分離工程、水洗工程、乾燥工程、粉砕工程、分級工程等を実施しても良い。
5Lの反応槽に水1786gを投入し、液温を72.5℃に加温し、塩化カルシウム179gを投入し、塩化カルシウムを完全に溶解させた。次いで、48%水酸化ナトリウム液119gを水で171mLにし、30分かけて反応槽へ滴下した。滴下終了後、3号ケイ酸ナトリウム371mLを水で1429mLにし、3時間で反応槽へ滴下した。滴下後、液温を60℃にし、1時間熟成を行った。熟成終了後、18%塩酸を用いて反応生成物のpHを10.4とした。pH調整後、フィルタープレスを用いて水洗を行い、導電率が250μS/cmになるまで水洗を行った。水洗後、100℃で静置乾燥を行い、粉砕工程を経てトバモライト型ケイ酸カルシウム系材料の粉末を得た。
実施例1と同様に熟成工程まで行い、熟成工程終了後、18%塩酸を用いて反応生成物のpHを10.0とした。pH調整後フィルタープレスを用いて水洗を行い、導電率が250μS/cmになるまで水洗を行った。水洗後、100℃で静置乾燥を行い、粉砕工程を経てトバモライト型ケイ酸カルシウム系材料の粉末を得た。
実施例1と同様に熟成工程まで行い、熟成工程終了後、18%塩酸を用いて反応生成物のpHを9.0とした。pH調整後フィルタープレスを用いて水洗を行い、導電率が250μS/cmになるまで水洗を行った。水洗後、100℃で静置乾燥を行い、粉砕工程を経てトバモライト型ケイ酸カルシウム系材料の粉末を得た。
実施例1と同様に熟成工程まで行い、熟成工程終了後、18%塩酸を用いて反応生成物のpHを8.0とした。pH調整後フィルタープレスを用いて水洗を行い、導電率が250μS/cmになるまで水洗を行った。水洗後、100℃で静置乾燥を行い、粉砕工程を経てトバモライト型ケイ酸カルシウム系材料の粉末を得た。
5Lの反応槽に水1786gを投入し、液温を72.5℃に加温し、塩化カルシウム179gを投入し、塩化カルシウムを完全に溶解させた。次いで、48%水酸化ナトリウム液203gを水で171mLにし、30分かけて反応槽へ滴下した。滴下終了後、3号ケイ酸ナトリウム371mLを水で1429mLにし、3時間で反応槽へ滴下した。滴下後、液温を60℃にし、1時間熟成を行った。熟成終了後、18%塩酸を用いて反応生成物のpHを10.9とした。pH調整後フィルタープレスを用いて水洗を行い、導電率が250μS/cmになるまで水洗を行った。水洗後、100℃で静置乾燥を行い、粉砕工程を経てトバモライト型ケイ酸カルシウム系材料の粉末を得た。
実施例5と同様に熟成工程まで行い、熟成工程終了後、18%塩酸を用いて反応生成物のpHを10.0とした。pH調整後フィルタープレスを用いて水洗を行い、導電率が250μS/cmになるまで水洗を行った。水洗後、100℃で静置乾燥を行い、粉砕工程を経てトバモライト型ケイ酸カルシウム系材料の粉末を得た。
実施例5と同様に熟成工程まで行い、熟成工程終了後、18%塩酸を用いて反応生成物のpHを9.0とした。pH調整後フィルタープレスを用いて水洗を行い、導電率が250μS/cmになるまで水洗を行った。水洗後、100℃で静置乾燥を行い、粉砕工程を経てトバモライト型ケイ酸カルシウム系材料の粉末を得た。
実施例5と同様に熟成工程まで行い、熟成工程終了後、18%塩酸を用いて反応生成物のpHを8.0とした。pH調整後フィルタープレスを用いて水洗を行い、導電率が250μS/cmになるまで水洗を行った。水洗後、100℃で静置乾燥を行い、粉砕工程を経てトバモライト型ケイ酸カルシウム系材料の粉末を得た。
市販の二酸化ケイ素を含んだトバモライト型ケイ酸カルシウム系材料として富田製薬株式会社製「NFケイ酸カルシウム」Lot No:H30306を用いた。
市販のトバモライト型ケイ酸カルシウムとして日本インシュレーション社製「トバモライトパウダーTK」Lot No:TK11030204101を用いた。
日本インシュレーション社製「トバモライトパウダーTK」Lot No:TK11030204101を20.2g、エボニックデグサ社製「アエロジル200」Lot No:614020181を5.3gポリ袋に計量し、ポリ袋を膨らませた状態で封をし、5分間良く混合し、トバモライト型ケイ酸カルシウム粉末と二酸化ケイ素粉末を含んだ混合粉末を得た。
実施例1〜8及び比較例1〜3で得られた各試料について、吸油量、累積細孔容積、BET比表面積、平均粒径、嵩比容積、二酸化ケイ素量、酸化カルシウム量、SiO2/CaOモル比、結晶構造、積分強度、積分強度比、元素分布をそれぞれ測定した。その結果を表1に示す。これに関し、粉末X線回折分析の結果を図1〜図2に示し、水銀圧入法の測定結果を図3に示し、元素分布測定の結果を図4〜図5に示す。なお、各測定は、以下に記載する方法に従って実施した。
試料1.0gを量り、黒色のプラスチック板に乗せる。上からビュレットに入れた煮アマニ油を4〜5滴ずつ滴下し、その都度ヘラで粉体と十分練り合わせる。全体が硬いパテ状の塊となったら1滴ごとに練り合わせ、最後の1滴で急激に軟らかくなる直前に滴下を終了し、その時の煮アマニ油滴下量を読み取り、次式により吸油量を算出した。
吸油量(mL/g)= 滴下した煮アマニ油の容量(mL)/試料の質量(g)
Quantachrome社製水銀ポロシメーター「poremaster60GT」にて以下の条件で測定を行った。試料0.05gを測定用セルに封入し、水銀の接触角を140°、水銀の表面張力を480dyn/cmとして、測定した圧力から累積細孔容積を算出した。なお、解析範囲は、細孔径3.6〜200nm、200〜5000nm、3.6〜5000nmの範囲で行った。
高速比表面積細孔分布測定装置(Quantachrome社製:NOVA−4000e)にて以下の操作条件で測定を行った。
前処理条件:試料0.02gを正確に量り、吸着管に封入し、105℃で1時間脱気した。
測定及び解析:液体窒素ガス温度下で窒素ガスの吸着等温線を求め、相対圧0.1、0.2、0.3において、多点BET法によりBET比表面積を算出した。
試料を3分間超音波撹拌(超音波出力40W)した後に水中に分散させてレーザー回折法により水溶媒中にて測定を行った。測定装置としてMicrotrac社製「MICROTRAC MT3300EX II」を用いた。
試料3.0gを量りとり、50mLメスシリンダーに入れ、4cmの高さにて100回/250秒の速度でタッピングを行い、粉体の体積を測定し、次式により嵩比容積を算出した。
嵩比容積(mL/g)= 粉体体積(mL)/粉体重量(g)
試料を乾燥させ、約0.4gを精密に量り、ビーカーに入れ、水20mLと過塩素酸10mLを加え、白煙が生じるまで加熱した。ビーカーを時計皿で覆い、さらに15分間加熱した。冷後、水30mLを加えて定量分析用ろ紙(5種C)でろ過し、残留物を熱湯1Lで洗った。ろ液と洗液を混合し、A液とした。ろ紙上の残留物をろ紙と共に白金性のるつぼに入れてゆっくりと加熱乾燥し、灰化し、900〜1000℃で強熱した。デシケータ中で放冷した後、その質量W(g)を量った。残留物に硫酸5滴とフッ化水素酸15mLを加え、乾固するまで注意して加熱し、約1000℃で恒量になるまで加熱し、デシケータ中で放冷した後、その質量w(g)を量り、次式により含量を求めた。
二酸化ケイ素の含量(%)=(W(g)−w(g))/試料の採取量(g)×100(%)
二酸化ケイ素の定量で得たA液を1mol/L水酸化ナトリウム溶液で中和し、中和した溶液を撹拌しながら0.05mol/L EDTA溶液薬10mLを、50mLのビュレットを使用して加えた。1mol/L水酸化ナトリウム溶液15mL及びヒドロキシナフトールブルー300mgを加え、0.05mol/L EDTA溶液で滴定した。終点は、液の赤紫色が完全に消失して青色となるときとした。その滴定量V(mL)を読み取り、次式により含量を求めた。
0.05mol/L EDTA溶液1mL=2.804mg CaO
酸化カルシウムの含量(%)=2.804(mg/mL)×V(mL)×F/試料の採取量(mg)×100(%)
F:0.05mol/L EDTA 溶液のファクター
前記定量により得られた値を用い、次式によりSiO2/CaOモル比を算出した。
SiO2/CaOモル比=(二酸化ケイ素の含量(%)/二酸化ケイ素の分子量)/(酸化カルシウムの含量(%)/酸化カルシウムの分子量)
X線分析装置「SmartLab(3kw)」(株式会社リガク社製)によって2θ=5〜60°の範囲で測定を行った。測定条件はターゲット:Cu、管電圧:40kV、管電流:20mA、走査範囲:5〜60°、スキャンスピード:10.000°/分、スキャンステップ:0.02°、走査モード:連続、kβフィルター法、発散スリット:1°、散乱スリット:1°、受光スリット:0.15mmで測定を行った。
粉末X線回折分析で測定した結果を、Rigaku Data Analysis Software PDXL version2.0.3.0を用いて解析した。まず、測定結果より積分強度が低くなる2点を結び、バックグラウンド編集を行った。次に、2θ/θで表わされるピーク位置5.47°、16.61°、25.00°、29.24°、32.00°、42.40°、49.85°、55.29°を固定した。続いて、最適化を選択し、「バックグラウンドを精密化する」という項目の選択を解除し、カスタムを選択し、すべてのピーク位置を固定した。29.24°及び32.00°については非対称因子を1に固定した。ピーク形状は分割型擬Voigt関数を選択し、実行を4回繰り返した。これにより各ピークの積分強度が得られた。
積分強度比は次式により算出した。
積分強度比=(32.00°の積分強度)/(25.00°の積分強度)
試料をカーボンテープに固定し、金蒸着を施して測定試料とした。測定は、走査型電子顕微鏡(日本電子株式会社製「JSM−5500LV」)を用い、加速電圧15kVにて二次電子像(SEM像)を撮影した後、エネルギー分散型X線分光装置(EDS:日本電子株式会社製「JED−2200」)を用いて加速電圧15kVにてケイ素及びカルシウム由来の特性X線の強度から元素分布を測定した。
実施例3で得られたトバモライト型ケイ酸カルシウム系材料をフロイント産業社製「ローラーコンパクターTF−MINI」にて、ロール形状DPS、ロール圧15kN、ロール速度10rpm、スクリュー速度10rpm、オシレータースクリーン目開き1mmの条件で乾式造粒を行った。その後、ふるいにて分級を行い、粒子径180〜500μmの造粒品を得た。一方、水55gにアスコルビン酸ナトリウム45g、硫酸第一鉄七水和物8g、炭酸ナトリウム10gを溶解し、主剤溶液を調製した。次いで、得られた造粒品20gに前記主剤溶液を60g添加し、混合しながら含浸し、脱酸素剤を得た。
実施例3で得られたトバモライト型ケイ酸カルシウム系材料354g、アスコルビン酸ナトリウム270g、硫酸第一鉄七水和物48g、炭酸ナトリウム60gを混合した混合品を用い、スクリュー速度を6rpmにする以外は実施例9と同様の条件で乾式造粒を行った。得られた造粒品24.4gに水11gを添加及び混合しながら含浸し、脱酸素剤を得た。
実施例9〜10で得られた脱酸素剤について、脱酸素能力及び安息角を測定した。その結果を表2及び図6〜図7に示す。なお、各測定は、以下に記載する方法に基づいて行った。
脱酸素剤4gをポリエチレン、ポリプロピレン製の不織布からなるバッグに充填し、GLサイエンス社製「アルミニウムバッグ」に封入した。次に、25℃、60%RHに設定した恒温恒湿槽内でアルミニウムバッグ内に槽内の空気2L(酸素濃度20.9%)を充填し、静置した。その後、空気充填時を0時間とし、4時間、1日、2日、5日、7日後の酸素濃度を理研計器社製「酸素濃度計OX−01」により測定した。
ホソカワミクロン社製「パウダテスタPT−X」にて測定を行った。篩は目開き710μmのものを用いて、振幅0.5mm、振動時間170秒で測定を行った。
実施例3及び比較例2で得られた各試料のメラニン吸着能力を測定した。その結果を表3に示す。なお、各測定は、以下に記載する方法に基づいて行った。
試料0.1gにメラニン溶液20mlを加えて振とう機にて室温で1時間振とうし、株式会社トミー精工社製「遠心分離機RLX−135」を用い、回転数3000rpm、15分、室温にて遠心分離した後、上澄み液を採取し、これを試験液とした。試験液を日本分光株式会社製「分光光度計V−660」を用いて、波長470nmにおける吸光度を測定し、次式によりメラニン吸着率を測定した。
メラニン吸着率(%)=(1−試験液の吸光度/メラニン溶液の吸光度)×100
Claims (10)
- トバモライト型ケイ酸カルシウム結晶と非晶質二酸化ケイ素とが不可分一体的に構成された、粉末状の複合体であって、
(1)当該材料におけるSiO2/CaOモル比が1.5以上であり、
(2)当該材料における細孔径3.6〜200nmの累積細孔容積が0.9cc/g以上であり、かつ、3.6〜5000nmの累積細孔容積が2.6cc/g以上である、
ことを特徴とする粉末状複合体。 - 粉末X線回折分析における積分強度比[(2θ/θで表わされるピーク位置=32.00°の積分強度)/(2θ/θで表わされるピーク位置=25.00°の積分強度)]が0.01〜0.20である、請求項1に記載の粉末状複合体。
- BET比表面積が100〜500m2/gである、請求項1に記載の粉末状複合体。
- 平均粒径が1〜100μmである、請求項1に記載の粉末状複合体。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の粉末状複合体を製造する方法であって、
(1)水性媒体中にカルシウム原料を分散又は溶解させたカルシウム含有液にアルカリをpHが8.0〜13.0となるように添加して反応させることにより第1反応生成物を含む第1水性スラリーを得る第1工程、
(2)前記第1水性スラリー又はその水分量が調整された水性スラリーにケイ酸原料をSiO 2 /CaOモル比が1.5〜6.5の範囲となるように添加して反応させることにより第2反応生成物を含む第2水性スラリーを得る第2工程、
(3)第2水性スラリー又はその水分量が調整された水性スラリーのpHを7.0〜11.0に調整することにより当該複合体を含む第3水性スラリーを得る第3工程
を含むことを特徴とする粉末状複合体の製造方法。 - 第3工程に先立って、前記第2反応生成物を70℃以下で一定時間熟成させる工程をさらに含む、請求項5に記載の製造方法。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の粉末状複合体に易酸化性成分が担持されている脱酸素剤。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の粉末状複合体を含む化粧品。
- 粉末状複合体にメラニンが担持されている、請求項8に記載の化粧品。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の粉末状複合体を含む、メラニン吸着・除去用化粧品。
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