家庭教師ファースト教育コラム理科・科学の雑学
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皆さんはお化粧についてどのようなイメージをお持ちでしょうか。男性の中には「自分には関係ない」と思われる方もいるかもしれませんが、最近では男性でもお化粧をされる方が増えています。また、日焼け止めクリームやシャンプー・リンスなども広義の意味でのお化粧に含まれます。
そして、お化粧に使う化粧品。どのような成分が使われていて、どのように作られているかご存じですか？今回は、基礎化粧品とメイクアップ化粧品の中から馴染みがあるものを、化学の話と交えて紹介していきます。
なお、お勉強の事でお困りごとがありましたら、是非私たち家庭教師にもご相談ください！
化粧品と聞いて、どんなものを思い浮かべるでしょうか。もしかするとお化粧のイメージが強いかもしれませんが、化粧品は薬事法で「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健やかに保つために身体に塗布、散布その他これに類する方法で使用することが目的とされているもので、人体に対する作用が緩和なもの」と定められており、洗顔料、口紅など使用目的の違う様々なものが含まれます。化粧品とは、使うことによって心身ともにより良い状態に導くことが期待される、現在の生活には欠かすことのできない存在です。
実は、化粧品の性能は化学の技術と直結しています。例えば、きれいな色のリップをつくるためには色素となる化学物質の開発が必要ですし、保湿クリームなどの場合、いかに肌の奥まで保湿成分を届けられるかが重要になり、様々な化学技術を駆使して浸透性を高める工夫をしています。
化粧品は主に基礎化粧品、メイクアップ化粧品の二つに大別されます。基礎化粧品には洗顔料、クレンジング、化粧水など、メイクアップ化粧品にはファンデーション、口紅などが含まれます。
日焼け止めは、紫外線から肌を守る役割があります。老若男女関係なく、一度は使ったことがある人が多いのではないでしょうか。
日焼け止めにはその効果の強さを表す指標が2種類あり、SPFとPAと呼ばれています。紫外線は、その波長によってUV-A, B, Cの三種類があり、地表に届くのはUV-A, Bの2種類です。
波長が長いUV-Aは季節に関係なく多く届き、肌を黒くさせたりたるみの原因になるとされています。一方でUV-BはUV-Aより波長が短く、肌を赤く炎症させます。また、波長が短い分そのエネルギーも高く、皮膚がんの原因にもなり得ます。SPFはUV-Bに対する防御効果を、PAはUV-Aに対する防御効果を示します。
また、日焼け止めには紫外線吸収タイプと、紫外線散乱剤があります。
紫外線吸収タイプは、紫外線の光エネルギーを分子吸光によって吸収してほかのエネルギーに変換します。例えば、ケトエノール異性体と呼ばれる、エネルギーを吸収することで分子の形が変わる構造を持つものは紫外線吸収剤として採用されています。紫外線は可視光よりも波長が短いためエネルギーが高いですが、そのエネルギーを吸収できる分子構造を持つものが紫外線吸収剤として働くことができます。二重結合やケトエノール異性体の構造を持つものは光のエネルギーを吸収しやすく、多くの場合そのような構造を持つ有機化合物が使用されています。
一方で、紫外線散乱剤は紫外線を散乱、跳ね返す作用を持ち、きめ細かく皮膚の上に並んで光の侵入を防いでいます。紫外線吸収剤とは違って、酸化チタンなどの無機物が使われています。酸化チタンは白色顔料としても使用され、肌の粗を隠したり白く見せる効果もあります。製品によって紫外線吸収剤と散乱剤のどちらか、あるいはその両方が使われているのかが異なっています。作用も違いますが、水との親和性や色、におい、肌馴染みなども吸収剤と散乱剤とで違ってくるので、好みに応じて使い分けることができます。
日焼け止めの紫外線を防御するための成分は上記の通り紫外線吸収剤と紫外線散乱剤ですが、実際に含まれるほかの成分として、水成分、油成分、増粘剤があります。例えば、紫外線吸収剤は油状で、紫外線散乱剤は粉末ですが、これらを撹拌によって水、油中に分散させてクリーム状にする技術が必要です。もし単体だけで使おうとすると、ダマができたりテクスチャーが硬すぎる、緩すぎるなど使い勝手が悪くなってしまいます。また、ウォータープルーフ処方にするには水成分と油成分の混合比を工夫する必要があります。日焼け止めをつくるには、紫外線吸収剤、散乱剤自体の成分はもちろん、その周囲の成分や撹拌にも化学の技術が大いに生かされています。
シャンプーの役割は毛髪、頭皮の汚れを洗い落とすことです。しかし、洗いあがりの質感、香りなど、製品によって様々な違いがあります。シャンプーにはどのような化学の技術が使われているのでしょうか。
まず、頭皮の汚れの除去のために、シャンプーには界面活性剤が含まれます。界面活性剤とは両親媒性分子とも呼ばれ、水に対しての溶解性が高い親水部と、油に対しての溶解性が高い親油部の2パーツからなる分子のことです。頭皮の汚れは主に油分ですが、それを水で洗い流そうとしても油と水は分離してしまうためになかなか汚れを落とすことは難しいです。そこで界面活性剤を使うと、頭皮の汚れの油分と界面活性剤の親油部がくっつき、界面活性剤の親水部の周りに水が集まるため、界面活性剤が媒体となる形で汚れの油分が水中に取り込まれ、浮かせて洗い流すことができます。このとき、界面活性剤は油分の周りに球状に存在し、その集合形式はミセルと呼ばれています。化学を履修している人は聞いたことがあるかもしれません。
通常、シャンプーに使われている界面活性剤はアニオン性界面活性剤と呼ばれるもので、わずかに負に帯電しています。アニオン性界面活性剤は油汚れを落とすのに特化しています。また、髪の毛はアニオン性のタンパク質なので、アニオンとアニオン同士は静電的に反発することから、アニオン性界面活性剤は洗い残しが発生しづらいといったメリットもあります。
アニオン性界面活性剤にも、いろいろな種類があります。例えば、洗浄力に優れている硫酸エステル塩、肌に優しいアミノ酸型界面活性剤です。シャンプーを買う際にはどのような界面活性剤が使用されているかチェックしておくと、自分に合ったものがわかってくるかもしれません。
また、シャンプーと並んで重要なのはリンスです。シャンプーは洗浄力がある代わりに髪がごわついてしまうことがあります。そこで、リンスを使うことで滑らかな髪の毛を保つことができます。
リンスは、シャンプーとは対照的に、正に帯電したカチオン性界面活性剤と油剤が使用されています。髪の毛はキューティクルと呼ばれるタンパク質で内部が保護されていますが、そのキューティクルを守るのがリンスの役割です。そこで、正に帯電したカチオン性のリンスを使うと、負に帯電した髪の毛と静電的にくっつき、それを油剤が取り込むことでキューティクルの周りに油剤が集合し、キューティクルを外部の刺激から守ることができます。
また、リンスインシャンプーを使ったことがある人も多いのではないでしょうか。一度にシャンプーもリンスもできる優れものですが、ここにも化学が応用されています。
基本的に、リンスインシャンプーの成分は上記で紹介したものと一緒です。しかし、ただシャンプーとリンスを混ぜるだけではリンスの成分をシャンプーが洗い落とすことになり、意味がありません。そこで、リンスのカチオン性界面活性剤を巨大な分子である高分子にすることで、うまく作用する順番をコントロールしています。
一般に、高分子は分子のサイズが大きく、水に溶けにくいという性質があります。そこで、シャンプーには通常の界面活性剤、リンスには高分子の界面活性剤を使うと、少ない水分量（洗い始め）のときにはシャンプーの成分だけが溶け出し、そこから水分の量を増やしていくことで、やっと高分子のリンスの成分が溶け出し、シャンプーからリンスという順番を守りながら一度に両方できるという設計がされています。普段何気なく使っている製品ですが、緻密な計算がなされたうえで私たちのもとに提供されているのです。
ファンデーションの役割は、肌をきれいに見せることです。肌をきれいに見せるには、しわを埋めて肌の表面を均一に見せる、シミなどを隠す、白く見せる、透明感を出す、ツヤを出す…など、数えきれないほどの要素があり、好みによってどのようなファンデーションにするか使い分けをします。さらに、これらの役割を担保しつつ、汗や皮脂で落ちない、肌に優しいなど、工夫すべき点がたくさんあります。
肌をきれいに見せる化粧の歴史は長く、肌を白く見せるために世界でおしろいを使い始めたのはなんと紀元前までさかのぼります。そこから、７世紀ごろになり日本におしろい文化が広まり、白い化粧が始まりました。おしろいに使われていたのは鉛を含む化合物で、庶民から貴族までがこぞって使用するようになりました。
しかし、鉛の化合物は鉛中毒を起こし、体に有毒なため機能障害をきたすことがわかっていきました。そのため、江戸時代後期からはおしろいを塗る化粧はすたれていき、素肌をきれいに見せるような薄化粧にシフトしていきます。この素肌を大切にするという美意識は、現代にも通じるものがあります。
鉛化合物の使用を控えるようになり、真っ白な肌より自然な色白肌を好むようになってから、色付きのおしろい粉が流行していきます。こうして、自分の肌色に合わせて選ぶことができる肌色のファンデーションが徐々に広まっていきます。
現在よく使われているファンデーションには、リキッドファンデーション、クリームファンデーション、クッションファンデーション、プレストパウダーファンデーションなど様々なタイプがあります。リキッドタイプやクリームタイプは使用される油分が多いため水分や汗で落ちにくく、パウダータイプは逆に油分が少なく調製されているため、皮脂で落ちにくいといえます。季節やその人の肌状態によってファンデーションを使い分けることが重要です。
それでは、実際にファンデーションにはどのような物質が配合されているのでしょうか。まず、肌を色白にみせたり、紫外線をカットするために使われるのが酸化チタンです。これは日焼け止めの成分と同じです。これだけでは白色になってしまうため、赤色顔料や黄色顔料をバランス良く配合することで肌色を表現することができます。肌色に調合することで、白浮きを抑えたり、シミやそばかすなどを隠す効果もあります。
しかし、これだけでは肌の上に肌色を重ねただけで厚塗り感が出てしまいます。そこで、光の散乱をつかい透明感を出していきます。光は、細かい凹凸表面では散乱する性質があり、これをファンデーションにも応用することで、粗を隠すソフトフォーカス効果を得ることができます。実際には、目には見えないほどの凹凸を、粉体をつかって表現することで光の散乱を起こしています。すりガラスがぼやけて見えるのと似たような原理です。さらにこの凹凸は光の散乱だけでなく、撥水性、撥油性にも優れているので汗や皮脂に強くなるといったメリットもあります。
最近の化粧品の流行として、機能性を担保しつつ肌に優しいものが好まれます。たとえば、ファンデーションと肌をより密着させるためにポリマー（高分子）が良く使われますが、このポリマーはクレンジング（化粧を落とすためのもの）では落ちにくいといった欠点もあります。一般的に化学物質がずっと肌に残ってしまうと炎症などの原因になってしまうため、クレンジングで簡単に落ちるような物質が使われたり、ミネラル処方（基本的に無機物のみでつくられる）のものが多く開発されるようになりました。
このように、時代に合わせてファンデーションは進化を重ねてきました。肌を美しく見せるための技術だけでなく、さらに肌に優しいものの開発、コストパフォーマンスの向上など、化粧品開発は奥が深いですね。
香水のブランドとして有名なシャネルの創設者、ココ・シャネルが残した言葉に、「香水をつけない女に未来はない」というものがあります。香水にまつわる美意識は現在でも続いており、男女かかわらず多くの人が香水を楽しんでいます。そんなおしゃれな香水ですが、実は有機化学の知恵がふんだんに詰め込まれており、非常に面白い分野です。
人間を含む生物がにおいを感じるためには、鼻腔の受容体が物質をキャッチして刺激が伝わる必要があります。液体や固体のままでは鼻腔まで届かないので、まず香りを発する物質として必要な条件に揮発性（気化しやすい）ということがあります。分子のサイズの指標である分子量が大きいとなかなか気体にならないので、香料として使われる分子は基本的に分子量が小さいものになっています。
よく使われる香料に、エステル類があります。エステルとはカルボン酸とアルコールを縮合して得られるもので、高校化学でも扱います。酢酸エチルは有名なエステルの一つですが、その匂いはパイナップルのようなフルーティな匂いと言われています。さらに、炭素数が増えてヘキサン酸エチルになると、フローラルなアップルなどと例えられます。同じエステルでも、炭素数の違いで匂いが変わってくるので不思議です。
また、少しの分子構造の違いが香りに大きな差をもたらすことが知られています。具体的にどのような構造の違いがあるのか見ていきましょう。
二重結合を持つ物質には、シス体とトランス体が存在します。シス体、トランス体は構造が少し違うものの、分子式は同じです（シス、トランスの違いについて気になる人は調べてみてください）。しかし、この少しの構造の違いが香りという点で非常に重要になってきます。ジャスミンの香りのもととなる物質としてシスジャスモン酸メチルが知られていますが、これのトランス体は構造がとても似ているにもかかわらずジャスミンの香りを発しません。このジャスモン酸メチルのように、シストランスで芳香がまったく異なる化合物は多く存在しています。
さらに、はっかのにおいで有名なメントールには不斉炭素が３つあり、８通りの光学異性体を持ちます。不斉炭素とは、光学活性を示すもので、構造式は同じものの炭素のつく向きが異なっています。例えば、右手の手袋と左手の手袋は非常に似ていますが重ね合わせることはできません。このような関係にある化合物は光学活性を示し、光学異性体と呼んでいます（ちなみに、光学活性については高校の有機化学で習います。気になる人はぜひ調べてみてください）。メントールは8通りの光学異性体を持つと記しましたが、はっかのにおいを示すのはそのうちの1つだけです。ほとんど同じと言っていいぐらい構造が似ていても、香りがまったく違ってくるのは不思議ですね。
また、多くの香水にはトップノート、ミドルノート、ラストノートというものが設定されていて、香水をつけた直後と時間がたってからでは異なる香りになるよう設計されています。一般的に、トップノートは5～15分ほど、ミドルノートは3～4時間、ラストノートは半日ほどとなっており、同じ香水でも様々な香りを楽しむことができます。
時間によって香りが変わっていくのは、その香りの成分となる化合物の揮発性が異なるからです。揮発性（気化のしやすさ）が高いものは肌につけた直後すぐに揮発し、香りを発しますが、揮発性の低いものは時間がたってから香りを発します。香水をデザインする調香師は、化合物を絶妙なバランスで混合し、香りが立つ時間までも計算していることになります。香水はおしゃれなだけでなく、実は化学の知の結晶だったのです。
スキンケアにおいて最も基礎的で重要なのは、保湿だとよく言われています。保湿が不十分な場合、肌がごわついて肌荒れの原因になったり、くすみが出やすくなって化粧のりも悪くなってしまいます。特に冬など乾燥する季節では、重ためのクリームをつけて乾燥を防いでいる人も多いのではないでしょうか。
一般的なスキンケアの順番として、「洗顔→化粧水→乳液→クリーム」がよく言われています。人によっては美容液やオイルなどを入れたり、クリームを省いたりする人もいるかもしれません。スキンケアは工程が多く、面倒に感じることもあるかもしれませんが、スキンケアの順番は非常に大切です。
まず、化粧水、乳液、クリームの役割は肌を保湿することです。十分な保湿をするためには、角質層を水で満たす必要がありますが、水はすぐ蒸散してしまうため、油分でふたをする必要があります。そこで、化粧水の後に乳液、クリームを塗ることが推奨されています。たしかに、化粧水を塗った直後は潤っている感じがしますが、時間がたつと一気に乾燥すると感じたことがあります。乳液、クリームは1日中肌のコンディションを整えるという点で欠かせないアイテムです。
それでは、乳液とクリームは目的が一緒のように感じますが、一体何が違っているのでしょうか。それは、油分と水分のバランスです。乳液やクリームは乳化といって、油分と水分が混ざっている状態になっています。本来、水と油はお互いに不溶で分離してしまいますが、界面活性剤という親水部と親油部をもつものを入れて撹拌することで、お互いに混ざり合った白く濁った状態になります。乳化されたものには、乳液やクリームのほかにマヨネーズなども挙げられます。この乳化した状態において、水分を多く含んでいるのが乳液、油分を多く含んでいるのがクリームです。
実際の使用感として、乳液よりクリームのほうが重く、水っぽさがないのも分かる気がします。この成分のバランスの違いにより、乳液は水分を閉じ込める役割もあり、クリームはふたをすることに特化しているともいうことができます。乾燥肌なのか、脂性肌なのかで使い分けるのもいいかもしれません。
乳液とクリームは主に水分の蒸散を防ぐふたの役割をし、違いは水分が多めか油分が多めか、という点にあることはわかりましたが、なぜ乳液、クリームともに乳化させているのでしょうか。油分でふたをするのが目的であれば、化粧水の後にオイルを塗布すればよさそうな感じがします。しかし、実際にはオイルの塗布だけではうまく保湿できません。保湿において、乳液やクリームの乳化の工程が最重要といっても過言ではありません。
もし化粧水の直後にオイルを塗布したとすると、化粧水とオイルは分離してしまうため、オイルが皮膚の膜に密着することができず、全体を覆うことが難しくなってしまいます。もともと、皮膚は脂質二重層といった両親媒性分子（親水部と親油部を併せ持つ分子）が規則正しく並んでできており、親水部は肌の表面側に出ている状態です。そこに化粧水を導入するとさらに皮膚は親水的な環境になるため、オイルははじかれてしまいます。しかし、乳液やクリームであれば水も含むため皮膚によくなじみ、肌表面全体にふたをすることができます。よって、化粧水の直後には水と油の両方が混ざって乳化された乳液やクリームが適しているのです。
また、最近ではオールインワンといった保湿剤も流通しています。オールインワンはその名の通り、化粧水から乳液、クリームの役割を一度に済ませることができるものです。手間がかかる保湿を1度にできてしまうので、簡単かつ肌に対する摩擦を減らすことができるというメリットもあります。水分量と油分のバランスはオールインワンの製品によってまちまちですが、自分の肌に合うものが見つかればオールインワンで手短にケアするのもいいかもしれません。
以上、化粧品と化学についてお話してきました。普段何気なく使っている化粧品ですが、化学なくしては語れません。最近では化粧品も数えきれないほどの種類のものが販売され、様々な宣伝がなされていますが、少しでも化学の知識を持っていると化粧品選びも少し楽に、楽しくなるかもしれません。ぜひ、化学の知識を活用して自分に合う化粧品を見つけてみてください。
なお、お勉強の事でお困りごとがありましたら、是非私たち家庭教師にもご相談ください！
現役東大生ライター H
家庭教師ファースト登録教師。東京大学工学部。中学受験、大学受験を経験。理系科目の指導には自信あり。
家庭教師ファースト/株式会社エムズグラント
『質の高いサービスを、良心的な価格で』をモットーに、全国で20年以上家庭教師を紹介しています。実際に担当する教師による体験指導受付中。教育に関する相談もお気軽に。
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