2023 年 9 月 6 日
各位
第一工業製薬株式会社『月刊 JETI』9 月号に当社の技術情報「化粧品分野での CNF の乳化応用」が掲載されました。
エ ネ ル ギ ー ・ 化 学 ・ プ ラ ン ト の 総 合 技 術 誌 『 月 刊 JETI』 2023 年 9 月 号 に 当 社 の 技 術情報が掲載されました。次ページより記事本文をご覧いただけます。

特集 ナノ技術・ナノ材料（ナノファイバー含む）「化粧品分野での CNF の乳化応用」 （ P75～ 77）
雑誌名：
発行元：
発行日：

月 刊 JETI
2023 年 9 月 号 https://www.center-net.jp/jeti/
株式会社日本出版制作センター
2023 年 8 月 31 日

※記事本文は次ページよりご覧いただけます。

以上【問い合わせ先】
第一工業製薬株式会社 戦略統括部 広報 IR 部
TEL.075-323-5951
E-mail: d-kouhou@dks-web.co.jp〒601-8391 京都市南区吉祥院大河原町 5

特 集 ナノ技術・ナノ材料（ナノファイバー含む）

化粧品分野での CNF の乳化応用

第一工業製薬㈱研究本部研究カンパニー部

久保田
後居紋代（くぼた・あきよ）
洋介（ごい・ようすけ）

レオクリスタ開発グループ

木粉などから容易に抽出できる植物繊維＝セルロ

化粧品に応用する場合，CNF は高い粘性と透明性ースは，人間にとって身近で安定した素材である。そを示すため，レオロジーコントロール剤として利用のセルロースの新たな活用法として注目されているされることが多い。しかし CNF は増粘効果以外にのがセルロースナノファイバー（CNF）だ。CNF はも，乳化，微粒子分散，皮膜形成といった機能を有高い粘性と透明性を示す一方，膜を形成して乳化すする。CNF のさらなる化粧品用途への展開を図るべる性質（ピッカリングエマルション）も持っている。 く，その機能の一つである乳化機能に着目した。
本稿では，CNF の乳化機能についてさまざまなアプ

CNF は油滴表面に吸着することで安定な油滴を形ローチで検証し，化粧品分野での応用可能性につい成する「ピッカリングエマルション（界面活性剤をて探っていく。

用いない乳化）」を形成することが知られている 。

１．はじめに

2

CNF は系の界面自由エネルギーが大きい方が油滴に吸着しやすく，O/W 型エマルション（水中油型エ

天然資源の枯渇が問題視される中，植物の主要構マルション）を形成しやすいことは知られている3成成分の一つで，地球上に最も多く存在するバイオが，さまざまな成分が混在する化粧品処方においてマス資源であるセルロースが注目されている。そのはまだ不明な点が多い。

年間生産量は 1,000 億トン以上と言われ，人類は古く

そこで本研究では，水相への添加成分と CNF のからこのセルロースをさまざまな形で利用している1。 乳化能との関係性を調査し，CNF の乳化可能域を探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，今後もセルロースはその形態を変化させながら用途を拡大していくことは間索した。

２．添加剤の種類と量の影響違いない。つまり，セルロースはわれわれ人類にと水溶性添加剤としてエタノール，1,2- プロパンジって非常に身近かつ安定利用可能な材料であり，持オール，1,3- ブチレングリコール，グリセリンをそ続可能な社会を実現するために，なくてはならないれぞれ所定濃度になるよう水に溶解し，添加剤水溶存在だと言える。

液を調製した。得られた添加剤水溶液とスクワラン

そんなセルロースの新たな利用方法として，近年， の間の界面張力を動的界面張力計により測定した。
セルロースナノファイバー（CNF）が注目されてい水相に２wt% CNF 水分散液と各水溶性添加剤をる。CNF は植物の細胞壁から取り出したセルロース所 定 濃 度 に な る よ う 配 合 し， 水 溶 性 添 加 剤 配 合

繊維を物理的に細かくすることで得られ，環境負荷0.2wt% CNF 水分散液を得た。得られた分散液 20mlが少ないうえに，さまざまな機能を有することからにスクワラン５ml を加え，超音波ホモジナイザー「夢の新素材」とも言われている。

（出力 40Hz）を用いて１分間超音波処理を行った。
JETI

Vol．71，No.９（2023）

75

油相：スクワラン

スクワラン / 0.2wt%CNF 水分散液 ＝ 20 / 80（v/v）

図１ 水相中の各種添加剤の濃度の界面張力への影響

図３ O/W 型エマルションにおける界面張力と油滴径の関係得られた乳化物を試験管に移し，目視で乳化相の有無を観察し，乳化の可否を判定した。また，乳化物の油滴径についてレーザー回折式粒度分布計で測定した。
各種の添加剤を加えた水相に対するスクワランの界面張力を測定した結果，いずれの添加剤においても配合量が多いほど油水間の界面張力は低下した（図１）。その程度はエタノールがもっとも高く，グリセリンがもっとも低かった。炭素数が多く，水酸基が少ない構造の添加剤の方が低濃度で界面張力を低下させると推察される。

図４ O/W 型エマルション中の油滴表面での CNFの吸着挙動

先に述べた添加剤濃度とそのときの水相に対する化物の油滴径は増大する傾向にあり，油滴径は界面スクワランの界面張力の関係において，CNF による張力が 50mN/m 未満になると 100µmまで著しく増大

スクワランの乳化の可否を図２に示す。また，界面した。

張力の変化にともなう油滴径の変化を図３に示す。

図４に CNF によるピッカリングエマルション形

図２より，油水間の界面張力が 50mN/m 未 満にな成の模式図を示す。この時，油滴への CNF の吸着ると CNF による乳化が困難になった。図３より，油について，一度油滴に吸着した固体粒子を液滴界面水間の界面張力が 50mN/m 以上の系においては，油から引き離すために必要な脱離エネルギー E は式

滴径が 数 µ ～数十µm程度の安定なエマルションが①のように表される 。
E ＝ πR2 γOW（1-cosθ）2 …式①形成された。油水間の界面張力が低下するにつれ乳4

その式において，R は固体ナノ粒子の半径，つまり本検討では CNF の半径，θ は三相間接触角，γOWは油水間の界面張力を示す。
ピッカリングエマルションを形成する上で，脱離エネルギーが大きい方が，CNF が油滴から脱離しにくい。つまり油滴に安定に吸着し，エマルションを形成しやすい。それを踏まえたうえで式①を見ると，脱離エネルギーは界面張力に比例することが分かる。
つまり，添加剤による油水間の界面張力の低下にともない，脱離エネルギーが低下したことで，CNF がスクワラン / 0.2wt%CNF 水分散液 ＝ 20 / 80（v/v）

油滴に吸着しにくくなったと考えられる。その結果，

図２ 水相中添加剤濃度が O/W 型エマルションの界面張力および乳化の可否に及ぼす影響

単独であれば乳化可能なスクワランも，添加剤の配76

JETI

Vol．71，No.９（2023）合により乳化困難になったと考えられる。

３．添加剤の配合順序の影響
２wt% CNF 水分散液を純水で希釈し，1,2- プロパンジオール（PG）添加によりCNF 濃度が 0.2wt% になるよう，CNF 水分散液を調製した。得られた希釈液を18ml 量り取り，そこへスクワランを６ml投入し，超音波ホモジナイザー（出力40Hz）を用いて 1 分間超音波処理を行うことで乳化物を得た。得られた乳化物をスターラーで撹拌しながら，水溶性添加剤として PG を水相への配合濃度が 10%

スクワラン / 0.2wt%CNF 水分散液 ＝ 20 / 80（v/v）

図６ O/W 型エマルションの粒度分布への PG 添加の影響となるように，10 分間かけて２ml ゆっくりと滴下して吸着している状態を作り出せる。ピッカリング

投入した。得られた乳化液を試験管に移し，１週間エマルションの形成において，固体粒子が油滴に吸室温で静置した後，乳化相の有無から乳化の可否を着する挙動は不可逆であると言われていることから，目視評価した。また，乳化物の油滴径についてはレエマルション形成後，添加剤を配合することで界面ーザー回折式粒度分布計で測定した。

張 力が低下しても，CNF は既に油滴に吸着してい添加剤の配合順序を変更した場合の乳化物の外観を図５に示す。添加剤が先に配合された CNF 分散液で乳化させた場合，レーザー回折式粒度分布計で5るため，乳化状態を保持できたと考えられる 。

４．おわりに測定した油滴径（D50 値）が 156µmと大きく，エマ本研究の結果，油水間の界面張力を低下させる成ルションが一部崩壊した。乳化物を調製した後に添分を添加した場合には，CNF の乳化能が低下する

加剤を配合した場合では，油滴径は 53µmと，添加剤ことがわかった。しかしながら，化粧品処方においが先に配合された CNF 分散 液で乳化させた場合よて，添加剤を全く配合しないことは困難である。そり小さくなり，エマルションの崩壊は観察されなかの場合，添加剤の配合順序を変更することで乳化のった（図６）。さらに，添加剤を後から配合した乳化改善が図れることが示唆された。今回の結果は，物を室温で１カ月静置観察したが，エマルションのCNF を用いた新たな製剤の開発の礎となると考え崩壊などは生じず，安定な乳化状態を維持していた。 ている。今後は，さらなる化粧品への応用技術確立
本検討において，後から添加剤を配合した方は，先に添加剤を配合した方に比べて，エマルション形成のため，化粧品における CNF の特性を明らかにし，新感覚の製剤開発を進めていく。

時に添加剤を含まないことで油水間の界面張力が参考文献高い。つまり脱離エネルギーの高い状 態でエマルションが形成される。そのため，油滴に CNF が安定1磯貝 明（編集），セルロースの科学，朝倉書店，2003，p.1-11.
2後居洋介，FRAGRANCE JOURNAL，47(11)，16-21 (2019)3Y. Goi，S. Fujisawa，T. Saito, K. Yamane，K. Kuroda，
A.Isogai，Langmuir，35，10920-10926(2019)4B . P. Binks，S. O. Lumsdon，Langmuir，16，8622–8631(2000)
5S. Arditty，C. P. Whitby，B. P. Binks，V. Schmitt，F.
L. Calderon，Eur. Phys.J. E，11，273-281 (2003)
出典元

PG 添加後に乳化（左），PG 添加前に乳化（右）スクワラン / 0.2wt%CNF 水分散液 ＝ 20 / 80（v/v）

第一工業製薬㈱，第一工業製薬 社報 No.604 拓人 2023 春，

図５ O/W 型エマルションの外観

保田

p.15-18，「化粧品分野での CNF の乳化応用」，執筆者：久紋代，後居JETI洋介

Vol．71，No.９（2023）

77