第1回生活環境懇話会資料 2009年12月12日

化粧美を演出する化粧粉体の開発

株式会社 資生堂
ビューティーソリューション開発センター

高田定樹

化粧品科学の領域

官能物理量

化粧品の種類と目的
基礎化粧品
メーキャップ化粧品
ヘアケア化粧品
フレグランス
洗浄料
染毛料

ベースメーキャップ
ポイントメーキャップ

ファンデーションの基本機能

光沢補正
色彩補正
形態補正

美美

質感・色質感・色快

防

使用感
安心感
化粧持ち

紫外線
乾燥
酸化ファンデーションの処方とは？
使用感触、仕上がり

体質顔料

透明感演出

機能性粉体

球状粉体

パウダリー
ファンデーション

ｽｷﾝｹｱ効果

毛穴補正

油分 15%程度

色顔料

微粒子粉体
紫外線カット
肌の欠点カバー効果

赤、黄、黒色顔料

酸化チタン
白い顔料

美肌のための三要素

色彩的要因

光沢的要因

形態的要因

皮膚の内部から反射してくる光（肌内光）に着目
レーザー光を紙にあてた場合

レーザー光を肌にあてた場合

ぼんやりした輪郭が肌内光
肌内光により、光が広がっているように見える皮膚への入射光、内部反射光、表面反射光
入射光(100％)

表面反射光(5％)

内部反射光の拡散(55％)

角層
表皮吸収(４０％)

メラニン

ヘモグロビン

真皮

肌内部からの光が重要！

美しい皮膚とくすんだ皮膚の分光反射率70
60

反射率 ／ ％

50
美しく透明感のある皮膚の40

分光反射率
3020

くすんだ皮膚の分光反射率

100400500

600700表皮中のメラニン色素の皮膚色に及ぼす影響
メラニンの影響の少ない肌

メラニンの影響の強い肌色彩補正
絵の具やペンキ

光

色が混ざると黒くなる（明度が下がる）

色が混ざると透明になる（明度が上がる）

減法混色

加法混色

光を生み出すメカニズム
赤色干渉系パール剤
光反射光

酸化チタン薄膜
100ｎｍ
マイカ

100nm

透過光

薄膜干渉
光路差P
P= n1 （BC+CD）−n0BE
AGiE
DBdΘ

Fn0

P＝2n1 d×{1‐（n0 /n1）2Sin2θ}1/2n1

強めあう条件
P=λ/2×(2m-1)π弱めあう条件
P= λ/2× 2mπ

n1 ＞ n0C

Snellの式
n0／n1＝Sinθ／Sini より

m=1,2,3･･
m=1,2,3･･

干渉し、強めあう波長と弱めあう波長
λmax＝{4n1 d/(2m−1)}・{１−（n0 /n1）2Sin2θ}1/2 m=1,2,3・・・
λmin＝{4n1 d/(2m)}・{１−（n0 /n1）2Sin2θ}1/2
m=1,2,3・・・

薄膜の厚みと干渉光の色調
幾何学厚みd=105，131，155nm
薄膜屈折率n=2.52
垂直入射として計算すると反射率 (％)

1008060

d=131nm
青d=155nm
緑d=105nm
赤40200400500600
波長（nm）

700

表皮中のメラニン色素の皮膚色に及ぼす影響
メラニンの影響の少ない肌

メラニンの影響の強い肌美肌のための三要素

色彩的要因

光沢的要因

形態的要因

「 粉末形状 」 と 「光」 の関係
正反射（つや感）

板状粉末

拡散反射（フォギー感）

球状粉末

光沢補正に用いる球状粉末、板状粉末の電顕写真

ナイロン粉末高アスペクト比合成マイカ

光の正反射と乱反射
フォギーな質感

入射光

つやのある質感

乱反射

入射光

正反射

マイカとPMMA粒子の複合化

反射特性
●：マイカ
▲：マイカ+PMMA■：複合化粉末

0゜
200

入射光

Y value45゜150100B
■
■
B■
■
■
50 ■
■
■
■
■
BB
B

090゜
50100150

Y value

200

光

正反射

つや反射干渉光
酸化チタン薄膜
100ｎｍ
マイカ

透過光

光学粉体の欠点

光学粉体の光沢調整
拡散反射
球状樹脂粉末100ｎｍ
マイカ

つやを抑える各種粒子径のＰＭＭＡ粉末を二酸化チタン被覆母に付着させた複合粉末のＳＥＭ

0.7μm0.3μm0.07μm

複合化する球状樹脂粉末の粒子径と反射特性
０１００２０１００２０３０３０４０５０５０５０６０６０0.7μm

２０３０４０４０１０６０７０７０７０８０８０８０９０９０９０0.3μm0.07μm

ルミナスフォギーパウダー

雲母チタン

珊瑚状に表面処理
水酸化アルミニウム

ナノオーダーで制御された粉体の複合化技術

粉体の表面形態制御技術

形態制御被覆技術によるハイブリッド粉体
ザラメ状

ﾌｧｲﾊﾞｰ状

珊瑚状

板状

ナノファイバー状酸化亜鉛被覆雲母チタンの開発＜粉体の光学モデル＞① 干渉系雲母チタンの赤色干渉光
光
有機or無機物被覆層
赤色干渉系雲母チタン

皮脂中の遊離脂肪酸を吸着・固化

脂肪酸セッケン

皮脂の屈折率（約1.5）を超える屈折率

高屈折率（2.05)

素肌の光学特性と生理特性の基づいた粉体設計

機能の複合化酸化亜鉛の被覆形状の検討
pH3pH12pH8光学特性の評価
試料とﾆﾄﾛｾﾙﾛｰｽﾗｯｶｰを1/15の比率で混合し、塗膜を測定

拡散反射[L]/正反射[L] (%)

50403020100雲母チタン（基板）

pH3pH8pH12物理特性の評価 （脂肪酸の固化能）
試料とオレイン酸を１／４の比率で混合し、レオメーターにて測定

7060

硬 度

504030pH12pH8pH3雲母チタン（基板）2010000.5

11.5

2

時 間 （hr）

2.5

33.5

ﾊﾟｳﾀﾞﾘｰﾌｧﾝﾃﾞｰｼｮﾝ処方への応用
評価処方
合成マイカ

２４

セリサイト

２２

タルク

１３

ハイブリッド粉体

８

球状粉末

７

微粒子酸化チタン

２酸化チタン

１０酸化鉄

８

防腐剤

適量

油分

１２

薬剤

適量

基板の雲母チタン（コントロール）

官能評価結果

２０代女性化粧品技術者Ｎ＝７

ある
美しい
あるない
ない
ある
あるない
ある
目立たない

経時

経時

経時

経時

経時

3hr

3hr

3hr

3hrのテ カ リの薄れの透明感の美し さのサラ サラ 感

塗布中のな めら かさ

均一 性 き め 細 か さ

毛穴の目立た な さ

カ バー力

パール感

自然な 光沢感

仕上がり の透明感

3hr

-2

あるある
32

1

ｺﾝﾄﾛｰﾙ 0-1

化粧肌の比較
仕上がり直後

経時３時間後基板雲母チタンハイブリッド粉体

基板雲母チタンハイブリッド粉体

８wt％配合８wt％配合８wt％配合８wt％配合ファンデーション

ファンデーション

ファンデーション

ファンデーション

粉体の表面形態制御技術の進化

粉体の光学特性を数値計算することによる最適な反射特性を有する粉体への粒子設計

計算手法
複合粉体の表面構造に起因する光の散乱を精査に予測・評価

計算プログラム：ＦＤＴＤ法（時間領域差分法）
光子の波動性を考慮するために電磁界解析法の１つであるＭａｘｗｅｌｌの方程式を用い、時間と空間で差分化し、電界と時間を交互に計算する方法∇×Ｅ＝−∂Ｂ／∂ｔ（１）∇×Ｈ＝∂Ｄ／∂ｔ

∇・Ｄ＝ρ

（３）

∇・Ｂ＝０＋Ｊ（２）（４）

Ｅ は電界、Ｈ は磁界、Ｄ は電束密度、Ｂ は磁束密度、ρとＪはそれぞれ源である電荷密度、電流密度を表す。

ナノスケールの微細構造をもつ表面状態に関して、コンピューター・シミュレーションを用いてモデリングを行う

What is the FDTD Method ?
The algorithm of FDTD consists of three steps:(1) Differences in time-space(2) The configuration of time in electromagnetic fields(3) The configuration of space of electromagnetic fields(i, j+1, k)
The analysis region is divided spatially intocuboid cells, and the surface, the electric andmagnetic field of the supracristal are solved
numerically using Maxwell`s differential(i, j, k)equation by difference and time domain∇×Ｅ＝−∂Ｂ／∂ｔ（１）∇×Ｈ＝∂Ｄ／∂ｔ

∇・Ｄ＝ρ

（３）

∇・Ｂ＝０＋Ｊ(i, j, k-1)
(i+1, j, k)

（２）
（４）

E - Electric field; H - Magnetic field; D - Dielectric flux density; B - Magnetic flux density;
ρ- Electric charge density; J - Electric current density

The Analyses of the Hybrid Powder

Side view

Top view

Coating materiall2d

Based powder n=1.56Based powder

l1rhl

Coatingarea

Coatingmaterial

Computer Simulated Light Diffusion on PowderThis FDTD model show us undulatory optics
around hybrid powder

The mosaic pattern shows the diffusion characteristic球状樹脂粉末
PMMA(1.49) 1.3 micrometerwith Mica(1.56) 0.4 μm.Covering rate 20.4%

硫酸バリウムBaSO4(1.64) 1.3 micrometerwith Mica(1.56) 0.4 μm.Covering rate 20.4%

硫酸バリウムのほうが拡散特性が高い

Simulation Results- Effect of the shape of particle The result of computer simulation

LightLight

Platy shapeSpherical shape

Reflection areaTransmission area

Simulation Results0.7 μm

1.3 μm

2.0 μm- Effect of particle diameter -Simulation Results- Effect of the covering area of particle -Covering area: 78.5%

Covering area: 20.4%

Covering area: 8.7%

BaSO4(1.64) 1.3 micrometer .
Covering rate 20.4% No crash.

Crash sphere, 1/5*(diameter)

Crash sphere, 1/4*(diameter)

Crash sphere, 1/2*(diameter)

球状よりも１／５〜１／２埋まっているほうが拡散特性が高い

The Structure Model of a Hybrid Powder
Showing Ideal Optical Characteristics
Side view

Top view
1.3 - 2.0μm

BaSO4 n = 1.64
0.3μm

1.3 - 2.0μm
Mica n=1.56
1/2 ~ 1/5Crash

Covering area : ca 20%

Shape Regulation Coating Technology
MicaWater
Seed Compounds(Reaction)(Adsorption)(Rinse)Complexing
Agent
BaCl2 aq.

Hybrid Powder

Na2SO4 aq.

Chemical Reaction : BaCl2 + Na2SO4

BaSO4 + 2NaCl
BaSO4

Seed

Mica
Complexing Agent
Seed Compounds(Dry)

BaCl2Reaction Model

Na2SO4

The SEM Image of a New Hybrid Powder
with the Ideal Optical Character

1) The covering material :BaSO4 (n = 1.64)
2) The particle shape :Spherical particle3) The particle diameter :1〜2μm4) The covering area :ca 20%

The based powder : Mica (n = 1.56)

Application of the Developed Hybrid PowderApplication for Powdery Foundation
Foundation formulafor evaluating the efficacy of the hybrid-powder
MicaSericite
Talc
Hybrid Powder
Titanium Dioxide
Iron Oxide
Zinc Oxide
Silicone Erastmer
Oil
Antiseptic
Antioxidant
Fragrance

Contents (wt%)
1215
23.5
1012
2.8
25
12q.s.
q.s.
q.s.

光学特性の比較
従来品（PMMA被覆）

新規複合粉体

新規複合粉体は反射と透過の拡散性特性に優れている美肌のための三要素

色彩的要因

光沢的要因

形態的要因

立体効果のメカニズム
光の強さの落差（コントラスト）が大きい

効果写真

コントラストパウダー

通常のファンデーション同一写真を2階調化

コントラストパウダー

通常のファンデーション

粉体の表面形態制技術を応用した「たるみ」補正・マチュア世代の加齢変化を光学的に解析・仕上がりの「ハリ・たるみ」補正に関する光学的な評価

20代

30代

50代

60代

40代

各年代の平均顔・各年代8名ずつの平均顔モーフィング画像処理の有効性
顔のシミ・そばかすなどの色彩的な欠点を取り除ける
顔を左右対称に均等化できる
顔を自由に公開できる

モーフポインティング箇所
43箇所

ハリ・たるみ等の形態補正の光学的な検証に有効な方法

20代

30代

50代

60代

40代

明度分布・明度を12階調で表示
・加齢に伴い、口横に影が生じる。

加齢による顔の見え方の変化
各年代の平均顔（合成画像）による等高線（明度）
20代

40代

加齢に伴い、頬の位置や口角が下がる「たるみ」や「しわ」の凹部位に影が生じる

60代

「レフ板」を使って光を均一に反射させ、たるみやシワなどの影を消してしまうビジュアル・リフトアップを実現するために・・・「はり・たるみ」補正に対する光学特性の考え方
頬などの凸部位は健康的なはり感
赤色反射光（つや感）「たるみ・しわ」の凹部位は明るくぼかす
拡散光
この難しい光学特性を具現化する！パウダーの開発は？

ナノテクノロジーによるハイブリッド粉体の開発
形態制御被覆技術
基板粉体

種粒子吸着

被覆反応
味の素

＜パール剤基板＞
パール剤基板

基板粒子への種粒子(30nm)の吸着
30nm

種粒子を基点に結晶成長

ナノレベルでの被覆物の形態制御
ナノレベルでの被覆物の形態制御

新しい機能と質感を有する
新しい機能と質感を有する
ハイブリッド粉体の開発
ハイブリッド粉体の開発

パウダーによる「はり・たるみ」補正のモデル図＜仕上りのモデル図＞＜新パウダーのイメージ図＞

反射光が凹部分の影を明るくぼかす

正面からの光

正反射（赤色光）

斜めからの光拡散反射（白色光）

赤色光が凸部分のはり感をアップ

リフトアップ効果

ミクロの「レフ板」が光を反射

「レ板」効果を有する新ハイブリッド粉体レフ板パウダー
電子顕微鏡写真

ミクロの「レフ板」

赤色干渉系パール剤

一般女性モニターによる実感度
各ファンデーションをハーフフェースで比較評価（４０-５０歳代 女性 Ｎ＝２０）

70

仕 60
上 50
りの 40
実 30
感
度 20（％） 10

配合品

未配合品

0

リフトアップ感

はり感

引き締まり感

綺麗さ