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化粧品原料としてのセルロースシングルナノファイバーの研究

トワーク形成作用によるものであると推察できる。 前濃 度‐ 粘度曲線のパターンが異なるので一概にはCSNFを塗布することによる保湿効果が期待できる。

比較できないが、合成系増粘剤であるカルボマーと同また、CSNF水分 散物は乾燥すると、繊 維のネットレベルの高い粘度を示す。 つまり、CSNFは増粘効果

ワーク構造を有する強固な皮膜を形成することができセルロースは樹木などの植物の主要構成成分の1つであり、地球上で最も多量に生産・蓄積されているバイオマスる。 この皮膜も水分バリア性を持つことを確認してお資源である。その年間生産量は1,0 0 0 億トン以上といわれている 1）。 人類は古くからこのセルロースを利用していり、CSNFとブチレングリコール（ BG ）などのグリコーる。 例えば、先史の時代からは木材として、1万年前からは繊維として、2,0 0 0 年前からは紙として利用している。

ル系溶 媒を混合することで、ゲル状 皮 膜の形成が可

そして現代では、セルロース誘導体が食品、医薬品、化粧品などに利用されており、さらにその用途は拡大してい能である（ 図 3）。さらに、この皮膜は CSNF単独に比る。このように、セルロースは人類にとって非常に身近な存在であるといえる。

高い粘度を示す。

述の 結 果より、スキンケア用途に応 用した場 合にはべてより水分バリア性が高いことを確認した。 この高が最も高い部類の増粘剤に属する。
100,000

カルボマー

CMC

CSNF

キサンタンガムMC

10,000い保形性と保水性を生かすことで CSNF、もしくはグリ2. CSNFの構造と外観

1,000
HEC

度

1. セルロースの新たな利用方法応用が期待できる。

粘コールとの混合物を用いた新規のパック原料などへの[mPa･s]100

通常の粉末セルロース（ 繊 維幅 約 30μm ）は 水に懸濁しても、ほとんど粘度が上昇せずに白濁した外観売を開始するなど、セルロースおよびその誘導体の開となる。これに対して、微細化されたセルロース繊維発に長年にわたり取り組んでいる。

であるCSNFは、同じセルロース系材料であるにもか

近 年、セルロースの 新たな 利 用方 法として、セルかわらず、粘稠で外観は透明となる（ 図1）。

ロースナノファイバー（ CNF ）という素材が注目されてCSNF
水分蒸散量

当社は19 6 0 年に日本ではじめて溶媒法によるカルボキシメチルセルロースナトリウム（ CMC ）の製 造 販3010

キサンタンガム

201

ブランク[g/(m2･h)]

0.5

1.0

1.52.0濃度［ wt% ］いる。CNFは植物の細胞壁から取り出したセルロース

図 4 各種添加剤の粘度と濃度の関係（ 2 5℃の場合 ）繊維を微細化したもので、環境負荷が少なく、さらに軽くて丈夫であることから、「 夢の新素材 」ともいわれ015ている。 現在、世界中の大学、企業が CNFの研究開

304560経過時間［min］発を進めており、化粧品を含めてさまざまな用途への

図 2 各種添加剤の保湿性評価結果展開が期待されている。

3. 3 高いチクソ性
レオメーターを用いて、濃 度が異なるCSNF水分 散物のせん断速度と粘度の関係を調べたところ、CSNF
水分散物はせん断速度の増加に伴い粘度が低下する

この CNF研 究の第一人者の1人 が東 京 大学の 磯 貝典型的な擬塑性流動を示した。すなわち、CSNF水分明 教 授である。 磯 貝教 授のグル ープは、セルロース

散物は静置時には高い粘度を示すが、流動時には極をTEMPO（ 2, 2,6,6 -テトラメチルピペリジン-1-オキシ端に粘度が低下する増粘剤である。

ル）触媒酸化することにより、他の製造方法で調製した CNFよりも微細なセルロースシングルナノファイバー

ほとんどの水溶性高分子は、程度の差こそあれ、擬塑性流動を示すことが知られており、CMCに代表され図1 CSNF水分散物（ 固形分2 w t % ）の外観（ CSNF ）を高効率で調製する技 術を開発した。 磯貝教授らは本発明により、2015 年 9月に「 森林・木材科学分野のノーベル賞 」ともいわれるマルクス・ヴァーレンベリ賞（ 森林・木材科学分野、関連生物学分野における独創的かつ卓越した研究成果を対象とした賞 ）を受賞された 2 ）。

る水溶性セルロース誘導体も擬塑性流動を示す 5 ）。一方、CSNFの場合はその挙動変化が大きいことが特徴

3. CSNFの機能である。
この高い擬塑性流動性により0.4～0.8w t％濃度の3.1 保湿性、保水性固形分 0. 2 w t％に希釈した CSNF水分散物を前腕部

図 3 CSNF/BGゲル状皮膜

3. 2 増粘性

CSNF水分散物は透明なゲル状でありながらスプレーノズル中でのせん断により粘度が低下し、その結果、スプレー噴霧が可能である（ 図 5）。 比較のため、擬塑当社では、この磯貝教 授らの研究成 果と、CMCのに塗布し、2 分間なじませた後、経過時間における水製造を背景にしたセルロース応用技術を活用した研究分蒸散量［ g/(m ･h) ］を測定した。 その結果、CSNF

図 4 に25℃におけるCSNF水分散物の濃度と粘度の性流動性が比較的高い CMCやキサンタンガムで同様の開発を行い、CSNFの持つさまざまな特長を見いだし

水分 散物を塗布することで皮 膚からの水分 蒸発を抑関 係 を示す。CSNFは低 濃 度 領 域では流 動 性を示す操作を試みたが、ゲルのスプレーは不可能であった。

た。 本稿では、特に化粧品用途におけるユニーク

3）4 ）な機能をいくつか紹介する。

11010

第一工業製薬 社報 No.577 拓人 2016 夏

2制できることを明らかにした（ 図 2 ）。 天然系多糖 類が、固形分濃度 0.4w t％以上では流動性がなくなりゲゲルがスプレーできる見かけ上の特徴に加え、スプであるキサンタンガムでも同様の試 験を実 施したが、ル状の外観を呈する。CSNFはセルロース誘導体であレーした液のタレ防止や付着性向上といった効果が期

CSNFの方が高い保湿性を示した。これは、セルローるCMC、メチルセルロース（ MC ）、ヒドロキシエチル待できる。 また、スプレー容器を逆さまにしてもスプス中に多く存在する水酸基と、セルロース繊維のネッセルロース（ HEC ）およびキサンタンガムと比較してもレーが可能である。
第一工業製薬 社報 No.577 拓人 2016 夏12明日へ の 技 術 情 報 T E C H N I C A L I N F O R M A T I O N

前述のとおり、特に界面活性剤を使わなくても安定したオイルの乳化物が得られるが、必要に応じて界面成活性剤を少量併用することで、さらに安定した乳化物
この乳化安定性と、前述のチクソ性、使 用感を生かすことで、従来の増粘剤を用いている化粧品にはない、スプレー可能なジェル状乳液の処方設 計が可能となる（ 表1）。特徴は次のとおりである。
レないので扱いが容易。
図 5 CSNF（ 固形分 0. 5w t％）ゲルのスプレー噴霧

3.4 べたつきのない使用感
通常、天然多糖 類由来の増粘剤の多くは曳糸性をわらず、べたつきがなくさっぱりとした感 触が 得られブロック効果を持つようなサンスクリーンの設 計が期濃度（ w t % ）待できる。

0.2

グリセリン

3.0

BG

2.0

金箔

適量

防腐剤

適量

水残余

表 3 酸化チタン/各種添加剤塗膜のin vitro SPF

in vitro SPF

添 加 剤

3.7 顔料の凝集抑制

・界面活性剤添加量が少量でも安定。

酸化チタン水分散物とCSNF、または比較用の増粘・高分子材料由来のべたつきがない。

剤などを混合し、これを膜 厚 6μmのバーコーターを

表1 CSNFを用いたスプレー可能なジェル状乳液の処方例〜650 nmにおける透 過率および in vitro SPFを測定

CSNF

16

カルボマー

9

キサンタンガム9

ブランク10

使用機器： SPF MASTER®（ 資生堂医理化テクノロジー㈱製 ）測定協力： 東京工科大学 正木教授

用いて石英板に塗布した。 室温で1時間乾燥後、250示しべたつきがあるが、C SNFは曳 糸性を示さない。
さらに、皮 膚に塗 布した際には 粘 度 があるにもかか分CSNFが得られる。

・ゲル状でありながらスプレー可能、スプレー後はタすることで、白浮きしにくいにもかからわず、高い UV

表 2 CSNFを用いた金箔入り化粧水の処方例

成分濃度（ w t % ）CSNF0.3

ステアリン酸スクロース0.1

した。 透 過率測定の結果、CSNFを添 加した系では、4. おわりに可視光領域の透過率はブランクと大きく変わらないのに対し、紫外線領域における透 過率が低かった。 すCSNFは環境負荷が低く、再生産可能なセルロースる。 また少ない添 加量で 増 粘 効 果を 発 現するため、グリセリン

3.0

なわち、可視 光はブランクと同 様に透 過するのに対から得られる。その特徴は、次のとおりである。

皮 膚への塗 布時にカス状 物が出にくいといった特 徴

BG

2.0

防腐剤適量し、紫外線のみを散乱させ、透過を抑制したと考えら・保湿性、保水性

水

残余れる（ 図 8）。 さらに、ブランクおよび比 較 対 象のin・高い増粘性

スクワラン

15.0もある。

3. 5 乳化安定性
CSNFで増粘した水に20 w t％となるように流動パラ
フィン、オリーブ油、またはシクロペンタシロキサンを加え、ホモミキサーで混合して1日間静置し、乳化状態

vitro SPFがSPF9〜10であるのに対し、CSNFを添加・ユニークなレオロジー特性（ スプレー可能なゲル）した系では SPF16と高い値が得られた（ 表 3）。

・さっぱりとした使用感・高い乳化・分散安定性

3.6 固体の沈降防止
CSNFを用いることで、酸 化チタンなどの顔 料のほを観 察した（ 図 6）。CSNFを固 形 分で 0. 2 w t ％ 添 加

か、金 箔のようなサイズ、密 度ともに大きい 固 体 ですることにより界面活性 剤を使うことなく安定な乳化あっても沈降を防止することが可能である（ 図 7 ）。しかも、粘度150〜30 0 mPa･s程度の流動性があるよう度が 0.1w t％ 以 上であれば 乳化安定 効果が得られるな状態でも沈降防止が可能であることから、非常にユことを見出した。これは、固形分濃度 0.1w t％以上でニークな処方ができる（ 表 2 ）。 ちなみに、ほかの一セルロース繊維のネットワーク構造が形成されるため般的な増粘剤でも同様の検討を行ったが、CSNFと同であると推察する。ほかにも、スクワラン、ホホバ油、等の粘度、透明度で金箔の安定化が可能な増粘剤はジメチコン、トリオクタン酸グリセリルなど、さまざま見いだせなかった。

な種類のオイルに対して、高い乳化安定性を示す。

可視光領域透過率が高い方が塗布後に白浮きしない

当社は、このようなユニークな機能を持つ CSNFからなる新 素 材「 レオクリスタC-2SP」を製 造 販 売し、化 粧品用の保湿、増粘、乳化、分 散安定化などの機100能を有する添加剤として開発を進めている。

ブランク
75

《 参考文献 》

カルボマー

透過率物が得られる。 種々の検討の結果、CSNFの固形分濃紫外線領域透過率が低い方がUVブロック効果が高い

・顔料の乾燥時の凝集抑制

1）磯貝 明 “セルロースの科学 ”（ 20 03）
2）東京大学大学院 農学生命科学研究科ホームページ
http://www.a.u-tok yo.ac.jp/news/2015/20150330 -1.html
3）神野和人 第一工業製薬株式会社 社報 拓人 No.565 p.10〜13（ 2013）4）三ケ月哲也 第一工業製薬株式会社 社報 拓人 No.569 p.16（ 2014）5）第一工業製薬株式会社 セロゲン パンフレット

50[ %T ]キサンタンガム

25CSNF0250

350450550650

波長［nm］

図 8 酸化チタン/CSNF塗膜の各波長における透過率

この結果と、CSNF単独ではUV吸収能もしくは散乱能がないことから考察すると、CSNFを添 加することで酸化チタンの乾燥時の凝集を抑制でき、UV遮蔽性

図 6 CSNFによる各種オイルの乳化安定効果（ 被乳化油：左から流動パラフィン、オリーブ油、シクロペンタシロキサ
ン、左側のボトル：ブランク、右側：CSNF（ 固形分 0. 2 w t％）配合 ）13

第一工業製薬 社報 No.577 拓人 2016 夏

図 7 金箔入り化粧水と透明性を向上させることが可能となる。
すなわち、処方に酸 化チタンとともにCSNFを配合

後 居 洋介

ごい ようすけレオクリスタ事業部
開発グル―プ
主任研究員
第一工業製薬 社報 No.577 拓人 2016 夏14