水酸化Naの基本情報・配合目的・安全性

水酸化Na

化粧品成分表示名称 水酸化Na
医薬部外品表示名称 水酸化ナトリウム
医薬部外品表示名称(簡略名) 水酸化Na
配合目的 中和・pH調整・pH緩衝 など

1. 基本情報

1.1. 定義

俗に苛性ソーダ(caustic soda)とよばれる、以下の化学式で表されるナトリウム(元素記号:Na)の水酸化物です[1a][2]

水酸化Na

1.2. 化粧品以外の主な用途

水酸化Naの化粧品以外の主な用途としては、

分野 用途
食品 醤油製造時の中和剤として、またみかんや桃の缶詰製造時の内皮の皮むきに用いられています[3]
医薬品 安定・安定化、可溶・可溶化、懸濁・懸濁化、湿潤調整、着色、等張化、pH調節、乳化、分散、崩壊補助、溶解・溶解補助目的の医薬品添加剤として経口剤、各種注射、外用剤、眼科用剤、耳鼻科用剤、口中用剤などに用いられています[4]

これらの用途が報告されています。

2. 化粧品としての配合目的

化粧品に配合される場合は、

  • 高級脂肪酸の中和によるセッケン合成
  • 酸性機能成分の中和
  • 強アルカリ性によるpH調整・PH緩衝

主にこれらの目的で、スキンケア化粧品、ボディ&ハンドケア製品、メイクアップ化粧品、化粧下地製品、洗顔料、洗顔石鹸、クレンジング製品、シャンプー製品、ボディソープ製品、コンディショナー製品、トリートメント製品、シート&マスク製品など様々な製品に汎用されています。

以下は、化粧品として配合される目的に対する根拠です。

2.1. 高級脂肪酸の中和によるセッケン合成

高級脂肪酸の中和によるセッケン合成に関しては、まず前提知識としてセッケンの定義、合成メカニズムおよび種類について解説します。

セッケンとは、化学的には脂肪酸の金属塩のことをいいますが、狭義には、

種類 定義
セッケン 高級脂肪酸のアルカリ塩
金属セッケン 高級脂肪酸の非アルカリ金属塩

このように定義されており[5][6]、ここで解説するのは狭義におけるセッケンです。

セッケンは、以下のように、

製造法 反応
鹸化法 油脂 + アルカリ塩
中和法 高級脂肪酸 + アルカリ塩

弱酸性を示す高級脂肪酸または油脂とアルカリ塩を反応させることで合成しますが、アルカリ塩の種類によってセッケンのタイプが、

石鹸の種類 アルカリ塩 状態 pH
ナトリウム石鹸 水酸化ナトリウム
(強塩基)
固体 弱アルカリ
カリウム石鹸 水酸化カリウム
(強塩基)
液体 弱アルカリ
TEA石鹸
(有機塩基石鹸)
TEA
(弱塩基)
液体 中性
アルギニン石鹸
(有機塩基石鹸)
L-アルギニン
(弱塩基)
液体 中性

このように分類されます[7][8][9]

一般に固形石けんを合成する目的で水酸化Naが用いられ、水酸化Naで合成されたセッケンは「純石けん」と呼ばれ、pH9.5-10.5の弱アルカリ性を示し、水に溶けやすく高い洗浄力を有します。

アルカリ塩の違いによる洗浄力への影響は、1977年に金沢大学および大阪市立大学によって報告された脂肪酸塩の種類が洗浄におよぼす影響検証によると、

– 卵白汚染布に対するアルカリ塩の洗浄力比較試験 –

脂肪酸としてパルミチン酸またはオレイン酸に水酸化Na、水酸化KおよびTEAを反応させた石けん0.01M/ℓを用いて、卵白で汚染された布を40℃および80℃で30分間洗浄した場合の洗浄効果を評価したところ、以下のグラフのように、

脂肪酸塩の塩の種類が未変性卵白汚染布の洗浄効果におよぼす影響

脂肪酸塩の塩の種類が未変性卵白汚染布の洗浄効果におよぼす影響

卵白汚染布の洗浄においては、脂肪酸の種類による著しい差異は認められず、水酸化Naを反応させた石けんではいずれも高い洗浄効率を示した。

– 牛乳汚染布に対するアルカリ塩の洗浄力比較試験 –

次に、牛乳で汚染された布に対して同様の試験を実施したところ、以下のグラフのように、

脂肪酸塩の塩の種類が熱変性牛乳汚染布の洗浄効果におよぼす影響

脂肪酸塩の塩の種類が熱変性牛乳汚染布の洗浄効果におよぼす影響

卵白汚染布の場合と同様に、脂肪酸の種類による著しい差異は認められず、中温洗浄(40℃)では塩の間に明確な差異は認められないが、高温洗浄(80℃)ではTEAと比較して水酸化Naおよび水酸化Kの洗浄効果が高いことが認められた。

このような検証結果が明らかにされており[10]、汚染物によって差はあるものの、総合的に水酸化Naで反応させた石けんに高い洗浄効果が認められています。

また、高級脂肪酸のうちステアリン酸のセッケンは様々な油性成分を乳化し、セッケン乳化によって生成した乳濁液(エマルション)は安定性が高く、ある程度の硬度をもちながらさっぱりした感触を付与するという特徴から[11]、非イオン界面活性剤が発達した今日でもある程度の硬度とさっぱりした感触を付与する目的でクリームなどに用いられることがあります[12a]

2.2. 酸性機能成分の中和

酸性機能成分の中和に関しては、まず前提知識としてpHについて解説します。

pH(ペーハー:ピーエッチ)とは、水素イオン指数ともいい、水溶液中の水素イオン濃度(H⁺の量)を表す指数であり、0-14までの数値で表され、7を中性とし、7より低いとき酸性を示し、数値が低くなるほど強酸性を意味し、また7より大きいときアルカリ性を示し、数値が高くなるほど強アルカリ性を意味します[13][14a]

pH調整図

酸性成分の中にはアルカリで中和することによって機能を発揮する成分が存在し、水酸化Naは水中で強アルカリ性を示すナトリウム水酸化物であることから、酸性機能成分の中和剤として使用されています[15][16]

代表的な酸性機能成分としてアクリル酸系ポリマー(∗1)があり、アクリル酸系ポリマーは中和することで増粘効果を発揮することから、TEAと組み合わせて透明ゲル化やクリームの粘度調整に汎用されています。

∗1 アクリル酸系ポリマーとしては、カルボマー(アクリレーツ/アクリル酸アルキル(C10-30))クロスポリマーなどが汎用されています。

2.3. 強アルカリ性によるpH調整・PH緩衝

強アルカリ性によるpH調整・pH緩衝に関しては、まず前提知識としてpHと皮膚との関係およびpH緩衝について解説します。

皮膚のpHとは、皮膚表面を薄く覆っている皮表脂質膜(皮脂膜)のpHのことを指し、皮表脂質膜は皮脂の中に存在する遊離脂肪酸や汗に含まれている乳酸やアミノ酸の影響でpH4.5-6.0の弱酸性を示し、一般にこの範囲であれば正常であると考えられ、一方でpHが4.5-6.0の範囲から離れるほど肌への刺激が強くなっていくことが知られています[14b]

次に、緩衝溶液とは外からの作用に対してその影響を和らげようとする性質をもつ溶液のことをいいますが、pH緩衝溶液とは酸とその塩、あるいは塩基とその塩の混合液を用いることによって、その溶液にある程度の酸または塩基(アルカリ)の添加あるいは除去または希釈にかかわらずほぼ一定のpHを維持する、pH緩衝能を有した溶液のことをいいます[17][18][19]

たとえば人間の皮膚は弱酸性であり、入浴などで中性に傾いたとしてもすぐに弱酸性に保たれますが、これは緩衝作用が働いているためです。

多くの化粧品製剤には、pHが変動してしまうと効果を発揮しなくなる成分や品質の安定性が保てなくなる成分などが含まれており、水酸化Naは強アルカリ性を示す無機物質であることから、製品自体のpH調整や製品に化粧品原料を配合する際に中和するpH調整剤として使用されています[1b][12b]

また、製品の内容物がpH変動要因である大気中の物質に触れたり、人体の細菌類に触れても品質(pH)を一定に保つ代表的なpH緩衝剤としても使用されています[12c]

3. 配合製品数および配合量範囲

実際の配合製品数および配合量に関しては、海外の2014-2015年の調査結果になりますが、以下のように報告されています(∗2)

∗2 以下表におけるリーブオン製品は、付けっ放し製品(スキンケア製品やメイクアップ製品など)を表しており、またリンスオフ製品は、洗い流し製品(シャンプー、ヘアコンディショナー、ボディソープ、洗顔料、クレンジングなど)を指します。

水酸化Naの配合状況調査結果(2014-2015年)

4. 安全性評価

水酸化Naの現時点での安全性は、

  • 食品添加物の指定添加物リストに収載
  • 医療上汎用性があり有効性および安全性の基準を満たした成分が収載される日本薬局方に収載
  • 外原規2021規格の基準を満たした成分が収載される医薬部外品原料規格2021に収載
  • 40年以上の使用実績
  • 皮膚刺激性(中和剤としての使用の場合):ほとんどなし(データなし)
  • 眼刺激性(中和剤としての使用の場合):詳細不明
  • 皮膚感作性(アレルギー性):ほとんどなし

このような結果となっており、化粧品配合量および通常使用下において、一般的に安全性に問題のない成分であると考えられます。

水酸化Naは強塩基性を示すことから、単一では5%濃度以上で毒物・劇物に定められていますが[20]、化粧品に用いられる場合は、けん化・中和反応を通じて刺激性および毒性はなくなり、安全に使用できるよう配合されています。

以下は、この結論にいたった根拠です。

4.1. 皮膚刺激性

Cosmetic Ingredient Reviewの安全性試験データ[21a]によると、

  • [ヒト試験] 30人の被検者に0.5%水酸化Na0.2mLを15および30分および1,2,3および4時間Webrilパッドを含むチャンバーに含ませて適用したところ、皮膚を刺激し、皮膚反応レベルが強いため、最大曝露時間は1時間に制限された(M. York et al,1996)
  • [ヒト試験] 16人の被検者に2%水酸化Na蒸留水を12mmのFinnチャンバーで適用し、1時間後にパッチ除去したところ、24および96時間後のビジュアルメディシンスコア(1-3)は1で弱い皮膚反応あった(T. Agner and J. Serup,1988)
  • [ヒト試験] 健康な被検者(人数不明)に5%濃度までの水酸化Na水溶液を12mmのFinnチャンバーで適用し、1時間後にパッチ除去したところ、24および96時間後のビジュアルメディシンスコア(1-3)は1で弱い皮膚反応あった(T. Agner and J. Serup,1987)
  • [ヒト試験] 19人の被検者に0.5mol/l水酸化Na50μlを30分1日2回4日間にわたってFinnチャンバーおよび解放パッチ適用し、30分の適用後10mlの水ですすぎ乾燥させたところ、3日目にTEWL値(経表皮水分蒸散量)が増加し反応が高刺激に及んだので中止された(J.W. Fluhr et al,2004)

このように記載されており、試験データをみるかぎり濃度5%以下において軽度-重度の皮膚刺激が報告されていますが、これらの試験データは強塩基性を示す水酸化Na単体のものです。

化粧品において実際には中和による石けん合成や酸性物質の増粘、pHの調整・緩衝目的で用いられており、40年以上の使用実績がある中で重大な皮膚刺激の報告がみあたらないため、一般に皮膚刺激性はほとんどないと考えられますが、これらの目的における詳細な安全性試験データがみあたらず、データ不足のため詳細は不明です。

4.2. 眼刺激性

Cosmetic Ingredient Reviewの安全性試験データ[21b]によると、

  • [動物試験] 6匹のウサギの結膜嚢に1.0および2.0%水酸化Na水溶液0.1mLを注入し、4,24,48,72および96時間後に観察したところ、2.0%濃度では中等の角膜刺激を引き起こし(スコア最大4のうち2)、4時間と96時間の間で重度の結膜刺激がみられた。1.0%濃度では2.0%濃度より影響は少なかった(G.A. Jacobs,1992)
  • [動物試験] 3匹のウサギ3グループに0.5%水酸化Na水溶液を0.01,0.03および0.1mL注入し、眼をすすがずに1時間および1,2,3,4,7,14および21日後に眼刺激性を評価したところ、わずかな眼刺激がみられた(European Chemicals Agency,2015)
  • [動物試験] 7匹のウサギの結膜嚢に0.004,0.04,0.2,0.4および1.2%水酸化Na蒸留水を点眼し、1,2,3,4,7および3-4日ごとに21日目まで観察したところ、0.004-0.2%までは非刺激性で、0.4%では軽度の眼刺激性、1.2%では腐食性であった(R.L. Morgan et al,1987)

このように記載されており、試験データをみるかぎり濃度依存的な眼刺激が報告されていますが、これらの試験データは強塩基性を示す水酸化Na単体のものです。

化粧品においては中和剤やpHの調整・緩衝目的で用いられていますが、これらの目的における詳細な安全性試験データがみあたらず、データ不足のため詳細は不明です。

4.3. 皮膚感作性(アレルギー性)

Cosmetic Ingredient Reviewの安全性試験データ[21c]によると、

  • [ヒト試験] 15人の被検者に0.63%-1.0%水酸化Naを対象にHRIPT(皮膚刺激&感作試験)を実施した(チャレンジパッチは0.125%濃度)ところ、いずれの被検者も皮膚感作反応を示さなかった。また皮膚刺激性は濃度と相関関係にあった(K.B. Park,1995)

このように記載されており、試験データをみるかぎり皮膚感作なしと報告されているため、一般に皮膚感作性はほとんどないと考えられます。

4.4. 安全性についての補足

セッケンの皮膚浸透とpHの関係については、1961年にアメリカのマサチューセッツ総合病院によって報告されたラウリン酸ナトリウムの皮膚浸透とpHの関係検証によると、

pH8.5以下の低pHでは界面活性剤の皮膚浸透による角質層内脂質溶解が起こりやすく、pH11以上の高pHではアルカリによるタンパク質変性(皮膚角質層の障害)を起こす可能性があるが、現在、家庭で使用されている洗浄液でpHが10.5を超えることはほとんどない。

また、事実上pH9.5-10.5の間のみこれらの作用は起こらなかった。

皮膚のこの一連の反応は、皮膚が有するアルカリ中和能とアルカリ値が高いほど皮膚浸透性が低下する性質によって説明できる。

このような検証結果が明らかにされており[22]、水酸化Naを反応させた純石けん(pH9.5-10.5)は皮膚にほとんど浸透せず、かつタンパク質変性が起こらないことから、安全性に問題ない物質であると考えられます。

5. 参考文献

  1. ab日本化粧品工業連合会(2013)「水酸化Na」日本化粧品成分表示名称事典 第3版,529.
  2. 大木 道則, 他(1989)「水酸化ナトリウム」化学大辞典,1171-1172.
  3. 樋口 彰, 他(2019)「水酸化ナトリウム」食品添加物事典 新訂第二版,194.
  4. 日本医薬品添加剤協会(2021)「水酸化ナトリウム」医薬品添加物事典2021,313-314.
  5. 田村 健夫・廣田 博(2001)「石けん」香粧品科学 理論と実際 第4版,336-348.
  6. 田村 健夫・廣田 博(2001)「金属石けん」香粧品科学 理論と実際 第4版,129-130.
  7. 柿澤 恭史(2018)「洗浄料とその作用」日本香粧品学会誌(42)(4),270-279. DOI:10.11469/koshohin.42.270.
  8. 吉原 秀樹・金子 大介(1996)「最近の洗顔料用アミノ酸系界面活性剤の開発動向」Fragrance Journal(24)(7),51-57.
  9. 藤井 徹也(1995)「硬い石けん、柔らかい石けん」洗う―その文化と石けん・洗剤,34-37.
  10. 所 康子・皆川 基(1977)「石けんによるたん白質汚れの洗浄に関する研究」繊維製品消費科学(18)(6),224-229. DOI:10.11419/senshoshi1960.18.224.
  11. 光井 武夫(1969)「化粧品における応用」油化学(18)(9),521-529. DOI:10.5650/jos1956.18.521.
  12. abc日光ケミカルズ株式会社(1977)「無機薬品」ハンドブック – 化粧品・製剤原料 – 改訂版,809-818.
  13. 大木 道則, 他(1989)「pH」化学大辞典,1834.
  14. ab朝田 康夫(2002)「皮膚とpHの関係」美容皮膚科学事典,54-56.
  15. 田村 健夫・廣田 博(2001)「高分子化合物」香粧品科学 理論と実際 第4版,147-153.
  16. 宇山 侊男, 他(2020)「水酸化Na」化粧品成分ガイド 第7版,238.
  17. 霜川 忠正(2001)「緩衝能」BEAUTY WORD 製品科学用語編,134.
  18. 大木 道則, 他(1989)「緩衝液」化学大辞典,503-504.
  19. 西山 成二・塚田 雅夫(1999)「緩衝溶液についての一考察」順天堂医学(44)(Supplement),S1-S6. DOI:10.14789/pjmj.44.S1.
  20. 厚生省(1955)「毒物及び劇物取締法施行令」政令第二百六十一号.
  21. abcW.F. Bergfeld, et al(2015)「Safety Assessment of Inorganic Hydroxides as Used in Cosmetics」,2021年6月22日アクセス.
  22. I.H. Blank & E. Gould(1961)「Penetration of Anionic Surfactants into Skin: Ⅲ. Penetration from Buffered Sodium Laurate Solutions」Journal of Investigative Dermatology(37)(6),485-488. PMID:13869837.

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