分析・試験

化粧品の物性評価法
田中 丈之〒170-0013（株）エー･アンド･ディ

東京都豊島区東池袋 3-23-14，Tel 03-5391-6126，Fax 03-5391-6129，E-mail：ttakeyuki@nifty.com

1

はじめにコーテイング材料には非常に多くの材料がある。 塗ると言う観点から考えると化粧品は塗料や接着剤，他と同様にコーテイング材料と言える。いずれも液状材料

基本ベースは化粧品の基材となる成分で，油性成分，水性成分，粉末成分，乳化や可溶化のための界面活性剤など表 1 に示す成分である。
配合成分とは基本ベースに命を吹き込む役割を担う
表 2 に示す成分である。

で被塗物あるいは基材と呼ばれる材料（化粧品において香料と色素は化粧品に存在感をもたらす役目を持つ。

は爪，肌，毛髪等）の上に薄く塗られ，乾燥固化して付視覚や嗅覚が及ぼす心の作用が，肌にも影響することが与された機能を果たす。これらは被塗物への付着効果を判明しており，化粧品には大切なポイントである。

受けていろいろな機能を発揮する。塗料，接着剤であれば金属やプラスチックス，等入手しやすい材料が被塗物

補助成分としては表 3 に示す成分がある。商品の品質を保たせたり，安全と言う重要な役目を付与する。

である。しかし，化粧品においての基材は非常に困難である。如何なる材料を使えば機能を実用的に把握できる

表1かが重要である。化粧品における乾燥挙動，乾燥後の機能（物性）評価法について述べる。

2化粧品とは油性成分

薬事法によると人の身体を清潔にし，美化し，魅力を増し，容貌を変え，または皮膚もしくは毛髪をすこやかに保つために，身体に塗擦，散布その他これらに類似する方法で使用されることが目的とされている物
で，人体に対する作用が緩和なものを言う。具体的には

水性成分① メーキャップ化粧品，② 基礎化粧品，③ ヘアー用製品，④ 香水，⑤ トイレタリー製品（歯磨き，シャンプー，リンス，入浴剤，身体用石鹸など）が含まれている。
化粧品は，ⓐ 基本ベース，ⓑ 配合成分，ⓒ 香料と色素，ⓓ 補助成分で構成されている。これら 4 種の構成成分は商品のコンセプト，安定性，使用感などの目的のために配合されている。

52

COSMETIC STAGE Vol.7, No.1 2012

粉末成分

基本ベース

油脂

ヒマシ油，ツバキ油，オリーブ油，アプリコット油など

高級脂肪酸

ステアリン酸など

ロウ類

ミツロウ，ホホバ油など

炭化水素

ワセリン，流動パラフィン，ス
クワランなど高級アルコール

セタノール，イソステアリルア
ルコールなどエステル油類○○○エステル

精製水

水質基準に適合した「上水道水」
を原水として，金属イオンを除去したもの。

アルコール

主に，エチルアルコール

増粘剤

カルボマー，キサンタンガムな
ど

有色顔料

アルミナなど

白色顔料

酸化チタン，酸化亜鉛など

パール剤

酸化鉄，雲母系合成パールなど

体質顔料

タルク，カオリン，マイカなど

界面活性剤（乳化・分散・可溶化剤）

ステアリン酸グリセリル，ジメ
チコンコポリオールなど

分析・試験
表2

配合成分となる。化粧品が固化するには基本ベースが図 2 に示

加水分解コラーゲン，グリセリン，塩化ステ
アリルトリメチルアンモニウム，プロピレン
グリコール，ヒアルロン酸ナトリウム，ラベンダー油など

す橋架け構造を形成する。この橋架け構造には 4 種ある。

保湿成分
（柔軟剤）
収斂成分
（制汗剤）

クエン酸，乳酸，硫酸アルミニウム，レモン水，ハマメリスなどである。マニキュアや整髪剤などに使用する着色剤は分

清涼成分

メントール，エタノール，カンフル，ユーカ
リ油など

紫外線防止剤

酸化チタン，酸化亜鉛，オクチルトリアゾンなど
表3

補助成分

防腐剤

パラベン，ソルビン酸など

酸化防止剤

トコフェロール（ビタミン E），アスコルビン酸など

金属封鎖剤

エデト酸ナトリウムなど

3間接着剤のケースがある。その 2 は物理化学的橋架け散させるために界面活性剤や基本ベースが着色剤に吸着する必要がある。また，皮膚や毛髪にしっかり付着する必要もある。この付着も吸着と共に物理化学的な橋架けである。基本ベースとして使用する成分の中で樹脂状成分は溶剤や水の蒸発によって起こる対流で絡み合う。この絡合は化学結合と似た結合となる。これらは橋架けである。これらが複雑に絡み合って網目構造となる。この橋架けは化粧品の場合は室温から体表面温度（約 30℃）で起こる。
加熱式天秤 MS-70（30℃〜）
50
膜中に残留する溶剤の蒸発

化粧品の造膜40

化粧品は皮膚，毛髪に使用されることが多くある。これらに化粧品を塗ると 濡れ や 種々な浸透 が起こり，さらに溶剤や水の蒸発により乾燥する。乾燥すると種類

Evaporated％

3.1

化粧品の膜形成と試験法

その 1 は化学的橋架けである。付け睫毛に使用する瞬3020

樹脂−溶剤からの蒸発
最適加熱開始領域

によっては網目を形成して機能を果たす化粧品もある。
濡れについては良く，表面張力で評価される。しかし，化粧品における基材の面は均一ではない。さらに，表面の濡れだけでなく，浸透もある。また濡れ・浸透は

10
溶剤−溶剤からの蒸発
00:00:00
0:07:120:14:240:21:36

Evaporated time（h : m : s）

化粧品が接すると直ぐ始まるので測定は単純ではない。
図1

これには一工夫が必要である。
膜を形成する化粧品としてマニキュアやマスカラ，口加熱開始最適時間の測定（加熱天秤）
Solvent evaporation

紅，付け睫毛などがある。この乾燥には溶剤（含む，水）などの揮発成分の挙動が問題である。図 1 に溶剤の蒸発モデル図を示す。蒸発過程には 3 つの過程がある。①
恒量蒸発過程（溶剤−溶剤の接点からの蒸発），② 内部律速過程（樹脂に溶解あるいは吸着している溶剤の蒸Cosmetics
materials
Substrate

Kind of Substrate
Hair Skin発），③ 膜中残留溶剤蒸発（膜中に約 10％程度残る溶

Chemical network・・・・・・Crosslinking

剤の蒸発）である。① の過程での蒸発は沸点に依存し，Physical-Chemical network・・Adsorption② の蒸発過程より早い。① と② での蒸発速度差があるPhysical-Chemical network・・Adhesionと，表面が乾燥膜となり溶剤が内部に保持される。このPhysical network ・・・・・・Entanglement

現象が起こると表面にシワが出来たり，柔らかい膜

Wetting, Adhesive
to substrate

Structure of cosmetics ﬁlms
図2

化粧膜の構造COSMETIC STAGE Vol.7, No.1 201253

分析・試験
2500

FlexureTempcralure
SensorElectromagnetic
Drive
Sensitive
Plate

濡れ応力

Displacement
Sensor

2000

1500
Al
Cu

1000

SUS
PC

Under Coated Material

基材

PET

500

PIPP

図3

振動式物性試験機

00:00:00 0:01:26 0:02:53

0:04:19

0:05:46 0:07:12

0:08:38

0:10:05

Weting time（h:m:s）
図43.2

基材によるエポキシ樹脂の濡れ性濡れ図 3 に音叉式物性試験機のセンサー部を示す。通常はMethod）において規格検討され，ISO 12013 となってセンサーはステンレス（SUS）である。そのセンサー部いる。その原理図を図 5 に示す。剛体振子の上部に付に目的にあった人工皮膚または皮膚と類似した物性を示

けた，ナイフエッジを基材（人工皮膚等）の上に実用的す材料を基材として貼り，化粧品の中で振動させる。基な厚さに塗られた化粧品に埋め込み，基材に支点を作る。

材に液体が良く濡れるとセンサーの振動にブレーキが掛剛体振子に自由振動を与える。この振動は試料の粘性でかる。一定振幅振動するように流す電流を応力で示すことによって濡れの応力（mN）で表示する。センサー部

Rigid-body pendulumに種々の基材（プラスチック，金属）を貼り，液状エポキシ樹脂を測定すると図 4 のように基材に対する濡れKnifeEdge

応力が異なるため振動振幅が異なる。これを一定振幅にするための電流値を応力として表示すると濡れ性を評価

Sampleできる。浸透性は濡れてから浸透するので濡れ後の変化

DSから浸透は試験でき，その変化から浸透量を求めることSSubstrateが可能である。
変位センサー
Senser3.3

膜形成過程試験

膜形成過程の試験法は数多くある。化粧品においては人工皮膚や毛髪などの上に塗られて，溶剤，水が蒸発しながらの膜形成試験が実用的に必要である。それを満Magnet足する装置が剛体振子型物性試験器 RPT-3000W（（株）

Rigid-body pendulum

エー・アンド・デイ製）である。剛体振子型物性試験器は通称 FDOM（Free Damped Oscillation Method）と
呼 ば れ，ISO/TC35（Paints and varnish）/ SC9（Test54

COSMETIC STAGE Vol.7, No.1 2012D

図5

剛体振子型物性試験器原理図

分析・試験
ブレーキがかかり振動は減衰する。また，網目の大きさ（図 6 上左図）。試験機を動かし振動が安定してから，は振動周期に反映する。そこで，この周期と減衰率を求センサーを Body Soap 内に漬ける。人工皮膚への付着めると試料の物性変化を評価できる。物性変化は溶剤，値は時間と共に低下する。石鹸が皮膚表面を濡らしてい水の蒸発，図 2 に示す橋架け状態によって起こる。ナくにしたがってすべりが良くなり付着性が減少する。石イフエッジの側面に試料が付着し，一方は基材に付着す鹸が皮膚を覆い，その後に積層すると数値が増加する。

る。ナイフエッジの振動で試料に伸縮運動が働く。試料その後に洗剤をお湯（水）に置き換えて試験を続けるとに網目があるとこの網目の伸縮程度に左右されて剛体振測定値は上昇する。洗剤が皮膚から離れ，皮膚と水の接子は動き，伸縮周期は変化する。すなわち，周期は試料点が多くなり上昇する。洗い流し性が良いと上昇が早くの弾性変化を示すことになる。粘性要素である減衰率はなり，洗い流し性が悪いと緩やかに上昇する（図 7）。

対数減衰をするので，特性を対数値に変換し対数減衰率で表示する。剛体振子の運動から周期と対数減衰率を検知することによって試料の膜形成過程を評価することが出来る。

44.1

人工皮膚化粧品の試験例

液体洗剤

Body Soap の洗浄性液体石鹸で体を洗った後，洗剤を洗い流す時いくらおお湯 or 水湯を架けても洗剤が流れ落ち難かった経験は良くある。
洗い落ちる効果を評価することは洗剤（Body Soap）の品質評価において重要である。図 6 のように音叉型物
性 試 験 機（TFP-10） の セ ン サ ー 部 に 人 工 皮 膚 を 貼 る

図6液体洗剤の測定例

311.9

2.9

11.8

2.8

11.7

2.7

11.6

2.6

11.5

洗浄時

2.5

洗い落とし時

2.4

11.3

2.3

02468
10.5
1214.5.
16 5.5
18.5
20.5
22.
24 5.5
26.5
28.5

11.4A falling off effect from skin of liquid detergent（mA）

An adhesion effect to skin of liquid detergent（mA）

12Time（min.）
図7

A putting on and taking off effect to skin of liquid detergent

COSMETIC STAGE Vol.7, No.1 201255

分析・試験

水系エマルションの乾燥
0.8

される原料の一つでもある。剛体振子型物性試験器
RPT-3000W にて乾燥過程を試験した結果を図 8 に示す。水が蒸発すると系の固形分が増加し，粘性が増す。
粘性が増すと剛体振子の振動にブレーキがかかる。すな
わち，対数減衰率が増加する。水が減少するため粒子が接触する。少量含まれている溶剤によって粒子が溶解する。粒子が溶解すると図 2 に示す網目構造の内，化学

Logarithmic damping ratio

水系エマルションは化粧品においても多く利用

0.6Period

4.20.40.20

的橋架け以外が発生する。そのため，周期（T）が低下する。水が蒸発し終わると網目形成は終了するため周期，対数減衰率は平衡になる。その後，含まれていた溶剤が012
Curing time（Hrs.）

3

図8

Curing process of water emulsion coating

蒸発することによって系の粘性が増加している。
Temp Logarithmic decrement
10014.3

A

マニキュア（Nail Enamel）

化粧品の中でも最も塗料に似た製品である。爪にハケFreequency
0.8
Nail enamel

50 0.50.4塗りされる材料であり，被塗物（基材）としてはガラス板が官能検査特性とよく一致している。図 9 に測定結果を示す。周期，対数減衰率の変化は両サンプルとも同じであるが，○で囲った対数減衰率に違いが認められる。
乾燥の初期に溶剤の蒸発による対流での絡合生成がサンプル A が若干多く出来ているが，その後の減少程度に大きな違いがある。このピークは乾燥過程に生成する歪0010Time（℃）
Temp Logarithmic decrement
1001B03020Freequency
0.8

Nail enamel

50 0.50.4（硬化歪）の挙動を示す。サンプル A の方がサンプル Bより歪が多く，その緩和が遅いことを示す。歪が生成すると指先にしては4.456

ツッパリ感

ツッパリ感

001020Time（℃）

が感じられる。マニキュアとがない方が良いことになる。

図9030

Curing Process of Nail enamel

パック

顔に塗って一定時間後に剥がし，顔に付いた汚染物を成して取り除けることになる。図 11 に老人用，若者用，取り除く化粧品である。乾燥挙動を図 10 に示す。サン

汚れ肌用の挙動を示す。若者用，汚れ肌用の挙動は周期

プルの袋には 20 〜 30 分経過して顔から剥がすようにや対数減衰率は大きく変化し，網目や粘性が高くなって記されている。図 9 によると 20 〜 30 分の間で周期も汚染物が除けることを示している。老人用は周期や対数対数減衰率も大きく変化している。この間で網目は生成減衰率は殆ど変化しておらず皮膚との橋架けや網目生成している。すなわち付着している汚染物とも橋架けを生のないことが判る。

COSMETIC STAGE Vol.7, No.1 2012

分析・試験

0.8

Frequency

0.5

Peelingarea

Period（T）

Logarithmic decrement

0.8

For old skinAFor young skin BCFor dirty skin0.40.3
δ

T 0.4

10B
0.1
0FRB-300 RBE-160
PCT-040 Temp. 36℃
図 104.5

For young skin
C040

2030Time.（min.）

0.4

For dirty skin

0.2

Logarithmic dampingratio（δ）

00.4

A For old skin030
Curing time（min.）
図 11600Drying process of Packing agent
パックの乾燥挙動

Curing properties of Face pack

アイライナー

アイライナーの乾燥挙動を図 12 に示す。橋架け成分がないため，硬くなるとツッパリは発生するので殆ど周

4540350.68

0.64

25

0.62

15100.25
Period0.66

30200.300.70

0.20Temp.

0.60

0.15
Logarithmic damping ratio

0.10

0.58

50.56

00.54
0.0

Logarithmic damping ratio

50

Period［g］

Measurement temp.［℃］

期も対数減衰率も変化していない。

0.05

2.55.00.00
7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0
Measurement time（min.）

Test condition：Pendulum--------------------FRB300
Edge----------------------------RBE160
Film thickness--------------100 μm
Substrate---Skin resemblance cloth
図 12

Drying Process of Eyeliner

COSMETIC STAGE Vol.7, No.1 201257

分析・試験

4.6

保水効果のある毛髪の場合は物性変化が起こらないが，トリートメント処理されていない毛髪の場合は余分な水を除くと直ぐ対毛髪にトリートメントすることによって感を付与する。 しっとり感

しっとり数減衰率が減少して，乾燥が進行していることを示しては毛髪に保水性を付与いる。

することによって発現する。数本の毛髪を金属板の上に 10mm 幅に平らになるように並べる。シリンダー状

4.7のエッジを付けた剛体振子を試料の上に載せる。試験をマスカラ

室温で 5 分間位行う。5 分後にスポイドで水をかける。

マスカラは睫毛の形状を安定にする。マスカラの効果

毛髪に水が吸い込んでいくと毛髪は柔らかくなり対数挙動を図 14 に示す。塗ってから 6 分後から対数減衰率減衰率は増加する。ある程度の対数減衰率になった時，が増加している。しかし，周期は変化しておらず，網目余分の水は吸い取り紙で除く。その後継続して試験を行は形成していない。すなわち，橋架けの生成による粘性う。図 13 にトリートメント処理した毛髪（点線で表示）の増加が起こっていることになる。20 分頃から更に対と処理されていない毛髪（実線で表示）の挙動を示す。

数減衰率が増加し，周期が低下しておりこの時点で網目

Logarithmic decrement
Extra water is removed

0.40.2
Without Treatment Hair
Water supply beginning004080Time（min.）
図 13

Water retentivity of treatment hairTemp. Logarithmic damping ratio（℃）（1n）
100 1.00Period（sec）
0.8
Period

75 0.750.6

50 0.50

0.4Temp.

25 0.25

0.2
Logarithmic damping ratio

0 0.000.005101520Time（min）
図 1458COSMETIC STAGE Vol.7, No.1 2012

Drying process for mascara

2530分析・試験が形成され始めている。睫毛の形状安定には 20 分は要することになる。マスカラとしては時間が長く問題であ4.9

整髪剤

整 髪 剤 に は 数 種 類 あ る。 そ の 一 例 を図 16 に 示 す。

る。良いマスカラは数分で網目形成している。

Super Hard タイプは初期粘性は低いが塗ってから 6 分

4.8

位経過する頃から急激な対数減衰率の上昇，周期の減シャンプー少が認められる。すなわち，急激に網目を形成し，粘シャンプーで洗髪し乾燥させた毛髪，洗髪後にサラ性が上昇している。これにより，髪の形状を安定にしてのリンス後に乾燥させいる。Soft タイプはこの変化程度が少なくなっている。

た毛髪を FDOM で試験し，その結果を図 15 に示す。室

Gateby は初期の粘性が高く，その後，対数減衰率も周温付近の対数減衰率を見ると期も変化していない。髪の形状を粘着性で保っているこ

サラタイプ ， しっとりタイプ

サラサラタイプのリンスを施した毛髪は剛体振子が滑りやすく対数減衰率は小さくなっている。 しっとりタイプのリンスを施した毛髪は粘着性があり対数減衰率が大きくなっている。

4.10

化粧水

化粧水は手に載せて顔に摺り込む。多く入っている水Logarithmic decrement
Shampoo only

分は皮膚に浸透したり蒸発して固形成分が皮膚表面に残る。すると，その成分による粘性が出てくる。100 円

0.2

ショップで購入した化粧水とステファニー社製の化粧＋ SoftyRinse

水を図 17 に比較した。100 円ショップで購入した化粧水は僅かしか対数減衰率が増加していないが，ステファ

0.1

ニー社製の化粧水は大きく対数減衰率が増加している。

＋ Smoothly
Rinse

化粧水は顔の皮膚と手の皮膚で擦られるので基材として人工皮膚，人工皮膚に類似する材料を用いる，同じ材料

025をシリンダーエッジにも貼って図 18 のようにセットし50Temp.（℃）
図 15

化粧水を人工皮膚の間に入れて試験する。剛体振子の減Jar condition

衰振動で擦りを起こす。

0.80.70.6
周期＆対数減衰率0とになる。

Super Hard 周期（sec.）
Super Hard 対数減衰率
Soft 周期（sec.）
Soft 対数減衰率
Gatsby 周期（sec.）
Gateby 対数減衰率

0.50.40.30.20.100200400600
800
1000
乾燥時間（sec.）
図 161200

14001600

整髪剤の乾燥挙動COSMETIC STAGE Vol.7, No.1 201259分析・試験0.6

対数減衰率・周期0.50.40.3

100 円化粧水−周期（sec.)
ステファニー製化粧水−周期（sec.)

0.2

100 円化粧水−対数減衰率0.1
0ステファニー製化粧水−対数減衰率
0100200300

図 17400500
600700測定温度（℃）

900

1000

化粧水比較（模擬皮膚 G/20 μm）

エッジ（人工皮膚）4.11

付け爪用接着剤

爪に装飾用の爪を貼り付ける接着剤の硬化挙動を化粧水

基材（人工皮膚）800

図 19 に示す。非常に大きな周期の減少を示した。すな
わち，硬化が非常に大きく，対数減衰率も大きくなっている。すなわち，強度が強いことを示している。4.3 マ
ニキュアでは基材としてガラス板を使用した。付け爪用

剛体振子の接着剤も爪に使用するので同じ基材（ガラス板）を使用する。

測定部

0.7

1.60.6

1.41.2

Period0.5

1.00.4

Period

0.80.30.60.20.4

Logarithmic damping ratio

0.10.0Logarithmic damping ratio

図 180.2024681012141618200.0

Measurement time.（min.）Pendulum-------------------FRB300
Edge---------------------------RBE160

Film thickness--------------20 μm
Substrate---------------------Glass
図 1960COSMETIC STAGE Vol.7, No.1 2012

Measurement temp.------25℃

Dry behavior of adhesive for reckoning nails

分析・試験

コンタクトレンズは目薬で膨潤させて目に装着する。
コンタクトレンズの上を目蓋が擦ることになる。コンタ
クトレンズの表面が乾くと目蓋の動きに支障が起こる。
膨潤したコンタクトレンズを基材として瞼の皮膚を貼ったシリンダーエッジを載せる。シリンダーエッジの減衰振動で目蓋の擦りを起こす。コンタクトレンズが濡れていると剛体振子はスムースに動き，小さな対数減衰率を

0.50

0.7

0.45
0.40
0.35

0.5

0.30

0.4

0.25

0.3

0.20
0.15

0.2
Logarithmic damping ratio

0.10

0.1

0.05
0.00

05示す。コンタクトレンズが乾燥してくるとすべり難くな

10152025
Measurement time.（min.）

30

0.035

Test condition :Pendulum---------------------FRB200
Edge-----------------------------RBE020
Measurement temp.-------30℃

り対数減衰率が増加する。その過程を図 20 に示す。対数減衰率の増加開始点が乾燥点になる。
図 204.130.6PeriodPeriod

コンタクトレンズ

Logarithmic damping ratio

4.12

The dry characteristic of the contact lens

口紅

口紅は炎天下の室外，クーラーの効いた室内を行った
り来たりし熱冷を多く受ける。この熱冷サイクルでの物性変化を図 21 に示す。ガラスを基材とし，その上に口紅を塗り，シリンダー状エッジを剛体振子に取り付けて試験する。この口紅は 2 種の構造体からできている。1Temp. Logarithmic damping ratio（℃）（ln）
100 1.00

Period0.8

Period750.75

500.50250.2500.00

Temp.

0.4

度の昇温・降温でその物性（対数減衰率）は大きく変化している。対数減衰率値が小さくなり，硬さが増加してLogarithmic damping ratioいることを示している。

5おわりに

05101520025Time（min）
図 21

Thermal change of physical properties for lipstick

化粧品には種類や用途が非常に多くある。化粧品はコーテイング材料ではあるが基材が非常に複雑な材料でもある。本報は化粧品の評価法一例を示したが他の多くの材料への参考となることを期待する。

COSMETIC STAGE Vol.7, No.1 201261