CN101583691B

CN101583691B - 抗氧化剂

Info

Publication number: CN101583691B
Application number: CN2007800491088A
Authority: CN
Inventors: 阪口博之; 最上理映; 金辰也; 林克郎; 细野秀雄; 平野正浩
Original assignee: Fancl Corp; Tokyo Institute of Technology NUC
Current assignee: Fancl Corp; Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2007-01-18
Filing date: 2007-10-25
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2027-10-25
Also published as: KR20090109535A; CN102697665A; KR101410636B1; JPWO2008087774A1; WO2008087774A1; CN101583691A; HK1132758A1; JP5213122B2

Abstract

本发明是抗氧化剂，其将含有1×10¹⁸cm^-3以上浓度的氢阴离子(H^-)的12CaO·7Al₂O₃化合物及/或12SrO·7Al₂O₃化合物及这些化合物的混晶作为有效成分。

Description

抗氧化剂

技术领域

本发明涉及含有含氢阴离子无机粉体的抗氧化剂。

背景技术

已知含有氢阴离子的无机化合物(12CaO·7Al₂O₃化合物、12SrO·7Al₂O₃化合物、或用12((1-x)CaO·xSrO)·7Al₂O₃(0＜x＜1)组成表示的12CaO·7Al₂O₃和12SrO·7Al₂O₃的混晶化合物)(专利文献1：WO2003/089373号公报)。已知这些化合物在室温大气中可表现出经过光照射后由绝缘体持续转化为电导体的功能。但是，尚不知道这些化合物具有优异的抗氧化效果。

在生物体内，抗氧化作用在用于健康维持方面发挥着重要的功能。通常的抗氧化剂(自由基清除剂)向自由基提供一个电子使不对称电子稳定成对。在这种情况下，虽然抗氧化剂本身变成自由基，但该自由基通常是稳定的，并通过各种途径可转化为非自由基类。具有苯酚骨架、硫醇基的化合物通常具有抗氧化活性。抗氧化剂被用作食品、油脂等的氧化防止剂，进而被应用于医药品中。作为天然存在的抗氧化剂有生育酚(维生素E)、芝麻素酚(存在于胡麻油中)、白藜芦醇(存在于红葡萄酒中)、儿茶素(存在于茶叶中)等。

此外，作为对应氧化作用的防御剂已使用了抗氧化剂，在涂料、油脂、食品、塑料等中作为添加剂而利用。

专利文献1WO2003/089373号公报

专利文献2日本特开2004-26608号公报

专利文献3日本专利第3533648号

发明内容

提供新型抗氧化剂。

提供将含有氢阴离子的无机化合物(12CaO·7Al2O3化合物、12SrO·7Al2O3化合物、或12CaO·7Al2O3和12SrO·7Al2O3的混晶化合物)的粉体作为有效成分的抗氧化剂及其应用。

本申请发明的主要构成如下所述。

(1)抗氧化剂，其将含有1×1018cm-3以上浓度的氢阴离子(H-)的12CaO·7Al2O3化合物及/或12SrO·7Al2O3化合物及这些化合物的混晶作为有效成分。

(2)皮肤外用剂，其含有(1)所述的抗氧化剂。

(3)化妆料，其含有(1)所述的抗氧化剂。

(4)美白剂，其含有(1)所述的抗氧化剂。

(5)塑料添加用抗氧化剂，其含有(1)所述的抗氧化剂。

(6)涂料添加用抗氧化剂，其含有(1)所述的抗氧化剂。

可提供新型抗氧化剂。

本发明的含有氢阴离子的无机化合物粉体作为抗氧化剂发挥优异功能。可作为塑料、涂料、化妆料、油脂等的抗氧化剂使用。

附图说明

图1表示通过IR及SIMS法对氢阴离子量进行定量的结果。

图2表示测定纯水溶剂的试样溶液ESR图谱的结果。

图3表示实施例3试样A-2～A-4的自由基清除能力。

图4表示实施例3试样B-2～B-4的自由基清除能力。

图5表示实施例4使用溶剂C的试样C-2～C-4的自由基清除能力。

图6表示实施例4使用溶剂D的试样D-2～D-4的自由基清除能力。

图7表示实施例10通过使用试样B的ESR法测定的来自光照射二氧化钛的羟基自由基的清除能力。

具体实施方式

在本发明中作为起始物质，可以为纯12CaO·7Al2O3化合物(以下有时记为C12A7)，只要在处理过程中不破坏C12A7特有的钙铝石(Mayenite)型结晶结构，也可以为钙和铝的一部分或全部被其它元素置换的具有与C12A7化合物同等结晶结构的混晶、固溶体(以下将这些物质略称为同等物质)。

作为具有与C12A7化合物同等结晶结构的物质，现在已知有12SrO·7Al2O3，Ca和Sr的混合比可自由改变。即：也可以为12CaO·7Al2O3和12SrO·7Al2O3的混晶化合物。此外，初期包合的阴离子的种类、数量，对氢阴离子的导入效果不产生大的影响。进而形态可以为粉末、膜、多晶体、单晶中的任一种。

作为起始物质的C12A7，通过使用含有钙(Ca)和铝(Al)的原子当量比为12∶14比例的原料，在烧结温度1200℃以上且低于1415℃下进行固相反应而合成。代表性原料为碳酸钙和氧化铝的混合物。

可将固相反应中得到的C12A7烧结体作为前体，通过区熔法(FZ法)获得单晶。C12A7单晶的培养，通过将红外线聚光在棒状陶瓷前体上，同时提拉前体棒，使熔区移动，在熔区-凝固部的界面上使单晶连续生长。本发明者在专利文献3(日本专利第3533648号)中公开了含有高浓度活性氧类的C12A7化合物单晶和无气泡的C12A7单晶的制造方法。

将起始物质C12A7及同等物质在含氢1000ppm以上的环境中，优选在不含氧、水分的含氢20容积％以上的环境气流中，在800℃以上、优选1000℃以上且低于1350℃，更优选在约1300℃的温度下，根据起始物质的形态，保持数分钟至数小时后进行冷却。为了获得含氢环境，可在如石英玻璃、钽这样的可耐高温热处理的材料制成的容器中填充氢，将起始物质封入其中。此时，也可将通过化学反应可生成氢的物质一同封入其中，以代替填充氢气。纯C12A7在含氢环境中，加热至1350℃以上时发生熔解，失去结晶结构。

实施热处理的环境中的氢浓度为1000ppm以下时，导入C12A7及同等物质中的氢阴离子的量为1×1018cm-3以下，难于获得优异的抗氧化作用。此外，热处理温度越低时，导入C12A7及同等物质中的氢离子越易置换为羟基离子(OH-)，低于800℃时，因为氢阴离子的量低于1×1018cm-3，所以同样难于获得优异的抗氧化功能。

冷却速度，可以为电炉的通常自然放冷，但最好为急速冷却，热处理温度低时通过急速冷却可使氢阴离子的量变为1×1018cm-3以上。

经过以上高温处理的该物质，如果纯C12A7是原料则为无色透明，如果是粉末则呈白色。利用氢气还原的条件强时，在笼形结构的一部分导入电子，呈淡绿色。此时，通过在300℃至450℃之间的温度下保持10分钟左右，在不减少氢阴离子的量的情况下，可使电子消失，形成透明或白色状态。

含有氢阴离子或导入了氢阴离子的状态，是指将氢阴离子包合在C12A7结晶的笼形结构空间内。已知C12A7结晶的单位晶格的晶格常数约为1.2nm，用[Ca24Al28O64]4+的组成表示。通过氢阴离子的导入来全部补偿每单位晶格的4个正电荷时，C12A7结晶内含有的氢阴离子的数量，预测每1立方厘米最多为2.3×1021个。

含有氢阴离子的无机粉体作为抗氧化剂发挥优异的功能。可作为塑料、涂料或化妆料、医药、油脂等的抗氧化剂使用。

实施例

实施例1

将通过区熔法(FZ)制作的C12A7单晶加工成厚度300μm的镜面被研磨的板。将其在氧中在1350℃热处理6小时(试样A)。接着在20％容积氢-80％容积氮的混合气体气流中在1300℃保持2小时后，在相同环境中快速冷却，在C12A7结晶中导入氢阴离子(试样B)。

接着，在空气中升温至800℃后进行冷却，或将氢阴离子除去或使其变为羟基(OH-)(试样C)。利用3560cm-1处红外吸收的强度求出各试样中的羟基浓度。此外，通过二次离子质谱法(SIMS)对各试样中含有的氢的总量浓度进行定量。

在试样A、C中，氢几乎全部作为质子形成了羟基。在试样B中，氢除质子外还作为氢阴离子而存在。利用试样A、C的红外吸收和SIMS的定量值制作质子浓度的校正曲线，由此可推测出试样B中的氢阴离子的浓度。该计算方法如第1图所示。成为试样B中氢阴离子的氢浓度推测为2×1020cm-3。

参照图5，对密度约80％的C12A7烧结体进行与试样B相同条件的热处理，导入氢阴离子。因为是与试样B相同的条件，所以氢阴离子浓度推测为2×1020cm-3。对该烧结体实施以乙醇为分散介质、氧化铝球为粉碎介质的行星式球磨，制成粉体。粉体的比表面积通过BET法推测为约2m2/g。

实施例2

DPPH自由基清除能力测定

(1)DPPH溶液的制备

使DPPH(1.1-二苯基苦基苯肼(1，1’-diphenyl-2-picrylhydrazyl)，和光纯药工业制)溶解于100％乙醇中，制备0.00394w/v％溶液。

(2)试样溶液的制备

以纯水作溶剂，制备实施例1中制备的试样B的0.1w/v％分散液。用超声波超声处理5分钟将凝集物粉碎后，用搅拌器搅拌约1小时。因为粉体在纯水中容易沉降，所以在与DPPH溶液即将混合之前还要用搅拌器搅拌。使用纯水作为纯水溶剂的试样溶液的对照。

(3)ESR图谱的测定

(装置ESR-JES-TE200：JEOL)

共振频率：9.43GHz，输出：4.0mW，磁场调制：100kHz，观测磁场：338.5±5mT，测定时间：1min，调制幅度：0.1mT，增幅率：500(DPPH radical及脂质过氧化能测定时)，应答时间：0.03sec。

在平板读取器用平板内将DPPH溶液100μl和纯水溶剂的试样溶液(以0.1w/v％为基准，分别稀释1/2、1/4、1/10)100μl混合，与自由基反应大约2分钟后，测定ESR图谱。测定结果如图2所示。

纯水溶剂的试样溶液

对照中(纯水)观察到自由基存在所特有的图谱。混合0.1w/v％试样B分散液后，峰消失，可确认清除了自由基。对于用纯水将0.1w/v％粉体分散液稀释为0.01w/v％(1/10稀释)、0.025w/v％(1/4稀释)、0.05w/v％(1/2稀释)的溶液也进行同样的测定时，确认自由基清除能力有粉体浓度依赖性。利用下式求出自由基清除能力。

(式1)自由基清除能力(％)＝(1-β/α)×100

在此，β＝试样B分散液+DPPH溶液的ESR图谱的峰高

α＝对照(纯水)+DPPH溶液的ESR图谱的峰高

(4)结果

0.05w/v％、0.025w/v％、0.01w/v％浓度的试样B分散液的自由基清除能力为83％、43％、8％。表明自由基清除能力具有线性浓度依赖性。此外确认IC50为0.021w/v％。根据该结果可确认试样B的抗氧化能(DPPH自由基清除能力)。

实施例3

关于脂质的氧化抑制效果(利用ESR的角鲨烯、油酸的抗氧化能评价)

(1)溶剂

使用角鲨烯(岸本特殊肝油制纯度99.5％不含氧化防止剂)、油酸(和光纯药工业一级)。

(2)自旋捕获剂制备

使自旋捕获剂α-Phenyl-N-tert-butylnitrone(α-苯基-N-4-丁基硝酮)(以下称为α-PBN)溶解于三(辛酸/癸酸)甘油酯中(利用超声波)，制成400mM溶液。

(3)测定试样制备

在溶剂试样中加入实施例1的试样B和自旋捕获剂(α-PBN)溶液，按照表1的配合量配制，制成ESR测定试样。试样B的浓度为用(试样B重量)/(溶剂重量)×100计算的重量百分率。

表1

(4)ESR测定

对各试样照射UV-A波，用ESR测定使油剂发生氧化时的自由基产生量。UV照射时间如表1所示。

利用下式求出自由基清除能力。A-2～A-4如图3所示，B-2～B-4如图4所示。

(式2)自由基清除能力(％)＝(1-β/α)×100

β＝试样B分散液(A-2～A-4或B-2～B-4)的ESR图谱的峰高

α＝对照(A-1(β为A-2～A-4时)或B-1(β为B-2～B-4时))的ESR图谱的峰高

(5)结果

在角鲨烯中添加5w/w％、2.5w/w％、1.25w/w％的粉体(实施例1的试样B)的结果，自由基清除能力为55％、35％、15％。依赖于粉体浓度，显示出显著的抗氧化效果。此外确认IC50为4.2w/w％。在油酸中添加5w/w％、2.5w/w％、1.25w/w％的粉体(实施例1的试样B)的结果，自由基清除能力为50％、41％、33％。依赖于粉体浓度，显示出显著的抗氧化效果。此外确认IC50为4.9w/w％。

实施例4

关于脂质的氧化抑制效果(利用ESR的饱和脂肪酸+不饱和脂肪酸(油酸、角鲨烯)的抗氧化能评价)

·油酸+三(辛酸/癸酸)甘油酯

·角鲨烯+三(辛酸/癸酸)甘油酯

(1)溶剂制备

进行ESR测定试样的配制，将以下3种油剂混合并使用。配制的溶剂如下所述。

溶剂C a∶c＝5∶5(重量比) 溶剂D b∶c＝5∶5(重量比)

a角鲨烯(和光纯药工业特级99％氧化防止剂α-生育酚0.05％)

b油酸(和光纯药工业一级)

c三(辛酸/癸酸)甘油酯(Myritol 318、Cognis)

(2)测定试样配制

对于溶剂C、D，按照表2的配合量添加实施例1的试样B、α-PBN，制成ESR测定试样(C-1～C-4、D-1～D-4)。试样B的浓度为用(试样B重量)/(溶剂重量)×100计算的重量百分率。

表2

(3)ESR测定

对各试样照射UV-A波，用ESR测定使油剂发生氧化时的自由基产生量。UV照射时间如上述表2所示。

利用下式求出自由基清除能力，使用溶剂C的试样C-2～C-4如图5所示，使用溶剂D的试样D-2～D-4如图6所示。

(式3)自由基清除能力(％)＝(1-β/α)×100

β＝试样B分散液(C-2～C-4或D-2～D-4)的ESR图谱的峰高

α＝对照(C-1(β为C-2～C-4时)或D-1(β为D-2～D-4时))的ESR图谱的峰高

(4)结果

在溶剂C(角鲨烯∶三(辛酸/癸酸)甘油酯＝5∶5)中添加2.0w/w％、1.0w/w％、0.5w/w％的实施例1的试样B的结果，自由基清除能力为40％、27％、9％。依赖于粉体浓度，显示出显著的抗氧化效果。此外确认IC50为2.9w/w％。在溶剂D(油酸∶三(辛酸/癸酸)甘油酯＝5∶5)中添加2.0w/w％、1.0w/w％、0.5w/w％的粉体(实施例1的试样B)结果，自由基清除能力为66％、42％、26％。依赖于粉体浓度，显示出显著的抗氧化效果。此外确认IC50为1.2w/w％。

将角鲨烯、油酸分别用TG(三(辛酸/癸酸)甘油酯)稀释至50％时，与实施例3同样，角鲨烯、油酸氧化所产生的自由基在试样B的粉体作用下浓度依赖性被清除。

实施例5

塑料颗粒的制备

(质量％)

(1)ABS树脂 96

(2)硬脂酸钙 1

(3)实施例1的试样B 3

(制法)将上述(1)～(3)在200℃挤压加工，制作颗粒。

实施例6

液体粉底的制备

(质量％)

(1)橄榄油 2

(2)三辛酸甘油酯 7

(3)三甲基硅烷氧基硅酸酯 1

(4)二氧化硅 6

(5)十甲基环五硅氧烷 15

(6)八甲基环四硅氧烷 15

(7)纯水剩余量

(8)1，3-丁二醇 4

(9)二氧化钛 12.5

(10)云母 3

(11)实施例1的试样B 1

(12)香料 0.1

(13)防腐剂 0.1

(制法)

将上述成分(1)、(2)、(12)及(13)混合并加热溶解(A相)。将成分(7)及(8)混合并溶解(B相)。将成分(4)、(9)、(10)及(11)均匀混合后进行粉碎(C相)。将成分(3)、(5)及(6)混合(D相)。将A相及D相混合后，加入C相混合均匀，再加入上述B相进行乳化。

实施例7

防晒霜的制备

(质量％)

(1)二氧化钛微粒 5

(2)氧化锌微粒 15

(3)氧化铈 5

(4)实施例1的试样B 1

(5)八甲基环四硅氧烷

20(5)氨基改性聚醚聚硅氧烷 1

(6)新戊酸异硬脂醇酯 10

(7)山嵛醇 3

(8)甘草酸二钾 0.1

(9)纯水剩余

(制法)将上述(5)～(7)成分在80℃加热溶解(A相)。将成分(1)～(4)添加到A相中进行混合(B相)。将(8)、(9)均匀混合后，将其添加到B相中进行乳化混合。

实施例8

粉状粉底的制备

(质量％)

(1)硅处理云母 20

(2)硅处理滑石 22.4

(3)氟处理二氧化钛 10

(4)氨基酸处理绢云母 25

(5)硅处理氧化铁黄 5

(6)硅处理氧化铁红 2.5

(7)硅处理氧化铁黑 0.1

(8)实施例1的试样B 1

(9)甲基聚硅氧烷(100cst) 11

(10)苹果酸二异硬脂醇酯 3

(制法)用亨舍尔混合机(Henschel mixer)将(1)～(8)搅拌5分钟后，缓慢添加已充分混合的(9)～(10)，用锤磨机进行粉碎。然后压入粉底盘内。

实施例9

眼影的配制

(质量％)

(1)硅处理云母 10

(2)硅处理滑石 19

(3)氨基酸处理二氧化钛 7

(4)氨基酸处理绢云母 10

(5)尼龙粉末 10

(6)硅粉末 10

(7)氟处理氧化铁黄 5

(8)氟处理氧化铁红 10

(9)硅处理群青 3

(10)实施例1的试样B 1

(11)甲基苯基聚硅氧烷 8

(12)鲸蜡醇2-乙基己酸酯 7

(制法)用亨舍尔混合机(Henschel mixer)将(1)～(10)搅拌5分钟后，缓慢添加已充分混合的(11)～(12)，用锤磨机进行粉碎。然后压入粉底盘内。

实施例10

利用ESR法评价来自光照射二氧化钛的羟基自由基的清除能力

用波长380nm以下的光照射锐钛型二氧化钛时，通过光催化反应产生自由基。实施例1中制备的试样B是否清除通过光照射二氧化钛微粒水分散液产生的自由基，用电子自旋共振(ESR)进行评价。通过与自旋捕获剂DMPO(5，5-二甲基-1-吡咯啉-N-氧化物(5，5-Dimethyl-1-Pyrroline-N-Oxide))共存，使自由基的寿命延长而进行测定。

(试验方法)

将锐钛型二氧化钛微粒(平均粒径180nm)分散液0.5％(w/v)20μL、试样溶液180μL、10mM DMPO水溶液200μL混合(合计400μL)，用搅拌器进行搅拌的同时通过超高压水银灯照射紫外线1分钟。将经紫外线照射的混合分散液装入ESR的溶液用样品池内，测定DMPO-OH的ESR图谱。

作为试样溶液，使用离子交换水(对照)、试样B分散液。试样B分散液是将试样B分散在水中后立即用于测定。使试样B分散液的浓度为1.22％(w/v)、1.67％(w/v)、2.22％(w/v)、10％(w/v)，使混合分散液中的试样B的浓度为0.5％(w/v)、0.75％(w/v)、1.0％(w/v)、4.5％(w/v)。

ESR测定时使用装置EMX8/2.7型(BurkerBiospin)。用自动调谐(Autotune)决定测定条件。

用下式求出自由基清除能力。

(式3)自由基清除率(％)＝(1-β/α)×100

β＝作为试样溶液使用试样B分散液时的紫外线照射后的混合分散液的ESR图谱中从低磁场开始的第二峰高。

α＝作为试样溶液使用离子交换水(对照)时的紫外线照射后的混合分散液的ESR图谱中从低磁场开始的第二峰高。

(结果)

混合分散液中的试样B的浓度为0.5％(w/v)、0.75％(w/v)时未发现有自由基清除能力，为1.0％(w/v)时显示出38％的自由基清除能力，为4.5％(w/v)时显示出86％的清除能力。结果如图7所示。

本发明涉及的含有氢阴离子的无机粉体作为抗氧化剂发挥优异的功能。

在塑料、涂料或化妆料、医药部外品等领域，可配合、使用与作为抗氧化剂的目的相应的任意量。

Claims

1.含有1×10¹⁸cm^-3以上浓度的氢阴离子(H^-)的12CaO·7Al₂O₃化合物及/或12SrO·7Al₂O₃化合物及这些化合物的混晶在制备抗氧化剂中的应用。