食品接触用PVCで可塑剤はなぜ移行する？DEHP・ATBC・TOTMの特徴と移行メカニズムを解説

PVC（ポリ塩化ビニル）は、大きく硬質PVCと軟質PVCに分けられます。
硬質PVCは比較的剛直で、配管材やシートなどに使用される一方、ホースやチューブのように柔軟性が求められる用途では軟質PVCが使用されます。

軟質PVCでは、可塑剤をPVCに配合することで柔軟性を付与します。可塑剤はPVC鎖の間に入り、分子鎖間の相互作用を緩和することで、PVCのガラス転移温度（Tg）を低下させます。その結果、硬質なPVCにやわらかさや曲げやすさを付与し、軟質PVCとして加工できるようになります。

可塑剤は、単にPVCを柔らかくするだけの成分ではありません。種類や添加量によって、混練・押出時の加工性、成形後の硬度、ブリード、臭気、長期使用時の物性変化にも影響します。そのため、食品接触用途では、必要な柔軟性だけでなく、どの可塑剤をどの配合で使用するかまで含めて検討する必要があります。

関連: 食品接触用PVCの規制対応、移行評価、用途別の選定ポイントは、「食品接触材料におけるPVCの評価・選定ポイント｜規制対応・可塑剤・移行評価を解説」で詳しく解説しています。

可塑剤を選定する際には、最終製品の硬度や柔軟性だけでなく、加工性、成形後の物性安定性、ブリードや臭気、食品への移行特性まで確認する必要があります。特に食品接触用途では、次の項目を総合的に評価します。

柔軟性は、可塑剤の最も基本的な役割です。ホースやチューブでは取り回しの良さや耐屈曲性に関わるため、必要な硬度やしなやかさを実現できるかが重要になります。また、可塑剤の種類や添加量によって得られる柔軟性は変化します。

食品接触用途では、高温充填、温水洗浄、CIP洗浄などの工程が行われる場合があります。耐熱性が不足すると、使用中に物性変化が起こりやすくなるため、使用温度条件に適した可塑剤を選定する必要があります。

可塑剤は、食品の種類、温度、接触時間によって食品側へ移行する可能性があります。特に油脂食品との接触、高温環境、長時間接触では、移行評価の重要性が高まります。低移行性を重視する場合には、可塑剤の分子量や化学構造、PVCとの相互作用、添加量を確認します。

PVCとの相互作用は、可塑剤の保持性や移行挙動に関係します。PVC中での保持性が低い場合、ブリード、析出、白化、硬度変化などにつながる可能性があります。可塑剤の種類だけでなく、安定剤やその他の添加剤を含む配合全体で評価することが重要です。

食品用ホースやガスケットでは、長期使用や繰り返し洗浄による硬度変化、揮散、ブリード、臭気、移行量の変化を考慮する必要があります。初期物性だけでなく、実際の使用条件を想定した経時評価が求められます。

食品接触用途では、性能だけでなく規制適合性も重要な評価項目です。日本のポジティブリスト制度、EU規則、FDA規制など、対象市場によって求められる要件は異なります。対象市場ごとに確認すべき成分や制限が異なるため、可塑剤選定では市場や用途を踏まえた適合性確認が欠かせません。

関連: 各国の規制比較と詳細は、「食品接触用途におけるPVC(ポリ塩化ビニル)の動向と代替樹脂」で解説しています。

可塑剤にはフタル酸系、クエン酸系、トリメリット酸系などさまざまな種類があり、用途や求められる性能に応じて使い分けられています。代表的な可塑剤として、DEHP、ATBC、TOTMがあります。それぞれ可塑化効率、柔軟性、耐熱性、移行特性、加工性などに違いがあり、用途によって向き不向きがあります。

DEHPは、代表的なフタル酸系可塑剤の一つです。可塑化効率に優れ、比較的少ない添加量でPVCに柔軟性を付与しやすいことから、長年にわたり幅広い用途で使用されてきました。

一方で、DEHPは食品接触用途や玩具用途などで規制対象となる場合があり、用途によっては使用制限が設けられています。そのため近年は、ATBCやTOTMなどの代替可塑剤を用いた設計が検討されるケースも増えています。

ATBCはクエン酸系の非フタル酸可塑剤です。食品接触用途で検討されることが多く、透明性や低臭気性が求められる用途でも選択肢となります。

一方で、ATBCを用いた場合でも、使用条件によっては移行やブリードが発生する可能性があるため、対象食品、使用温度、製品寿命を踏まえた評価が必要です。

TOTMは、トリメリット酸系可塑剤に分類される高分子量の可塑剤です。一般に、低移行性や耐熱性が求められる用途で検討されます。高温環境や長期使用を想定する設計では、有力な選択肢となる場合があります。

一方、高分子量であることから、可塑化効率や加工条件はDEHPと異なる場合があります。必要な柔軟性、成形性、耐熱性、移行特性のバランスを考慮して選定する必要があります。

重要なのは、どの可塑剤が絶対的に優れているかではなく、用途ごとに何を優先するかです。
柔軟性、耐熱性、移行しにくさ、規制適合性によって適した可塑剤は変わります。また、可塑剤を変更することで一つの課題を改善できても、その他の特性とのバランスが変化することがあります。食品接触用途では、可塑剤の種類だけでなく、配合設計や使用条件を含めて評価することが重要です。

表1. 代表的なPVC可塑剤の特性

※一般的な相対傾向を示した比較であり、食品接触用途への適合性や特定製品の性能を保証するものではありません。実際の性能や移行量は、配合、添加量、成形条件、食品の種類、接触温度、接触時間、製品形状などによって異なります。

可塑剤はPVC鎖に化学的に固定されているわけではないため、使用条件によっては材料内部から移動し、食品や周辺環境に移行することがあります。移行は、材料内部での拡散、材料表面への移動、食品側への分配という過程で進行します。[1]

食品と接触した表面では可塑剤が食品側へ移行することで濃度が低下します。すると、その濃度差を埋めるように材料内部の可塑剤が表面側へ移動し、さらに食品へ移行します。この拡散と移行が繰り返されることで、可塑剤は徐々に食品側へ移行していきます。

図1. 可塑剤移行メカニズム

移行のしやすさは、主に可塑剤の分子量やPVCとの相互作用に影響されます。一般に、分子量が小さい可塑剤ほど材料中を移動しやすく、移行しやすくなる傾向があります。一方、分子量が大きい可塑剤は移動性が低く、材料中にとどまりやすくなります。ポリマー系可塑剤は低移行性を示すことが報告されています。 [1]

また、可塑剤の極性や化学構造も移行挙動に影響します。可塑剤の分子構造の違いによって移行量が変化し、PVCとの相互作用の違いが一因と考えられています。[1]
一般に、PVCとの相互作用が弱い可塑剤は材料中で保持されにくく、内部から表面への移動が起こりやすくなります。その結果、食品への移行量が増加したり、表面への析出（ブリード）が発生したりする可能性があります。

つまり、移行は「可塑剤が悪いから起こる」のではなく、可塑剤の種類、材料設計、接触する食品、使用条件によって起こりやすさが変化する現象です。
また、可塑剤の種類によって移行量は異なりますが、移行現象そのものが完全になくなるわけではありません。ATBCを含む可塑剤でも油脂食品への移行が報告されており、個々の材料や条件に応じた評価が重要です。[2]

そのため、食品接触用途では可塑剤の種類だけでなく、接触する食品、使用温度、接触時間などを踏まえて移行評価を行うことが重要です。用途によっては、可塑剤の変更だけでなく、可塑剤を使用しない材料を含めて材料構成そのものを見直すことも選択肢となります。

食品接触用途の柔軟材料には、DEHPフリーPVC、TPE、シリコーン、TPUなど複数の選択肢があります。本記事では、軟質PVCの可塑剤選定と移行メカニズムに焦点を当て、DEHPフリーPVCとTPEを具体的な材料選定候補として取り上げます。

DEHPフリーPVCは、DEHPを使用しないPVC配合です。PVCが持つ柔軟性、透明性、加工性、既存設備との親和性などを活かしながら、可塑剤の選択を見直す場合の候補となります。

ただし、DEHPフリーであることだけで食品接触用途への適合性が決まるわけではありません。使用する可塑剤、安定剤、滑剤、着色剤などを含む配合全体、最終製品の移行特性、食品、温度、接触時間、対象市場の規制を確認する必要があります。

TPE（熱可塑性エラストマー）は、材料自体が柔軟性を持つため、軟質PVCのように柔軟性付与を目的とした可塑剤を必要としない設計が可能です。可塑剤を使用しない材料構成を検討する場合や、材料設計を見直す場合に候補となります。

一方、TPEにもポリマー、オイル、安定剤、着色剤などが含まれる場合があります。食品接触用途では、配合成分、成形条件、最終製品の使用条件に応じた適合性確認が必要です。

Q1. 食品接触用PVCの可塑剤は必ず食品へ移行しますか？

必ず移行するわけではありません。移行量は可塑剤の種類、食品の種類、接触温度、接触時間などの条件によって変化します。特に油脂を多く含む食品との接触では移行しやすくなる傾向があります。

Q2. 可塑剤が移行しやすいのはどのような条件ですか？

油脂を含む食品との接触、高温環境、長時間接触では可塑剤が移行しやすくなる傾向があります。食品接触用途では、食品の種類、温度、接触時間を考慮した評価が重要です。

Q3. 可塑剤の移行を抑えるにはどうすればよいですか？

一般に、低移行性の可塑剤を選定することに加え、食品の種類、使用温度、接触時間を考慮した材料設計と移行評価が重要です。

Q4. DEHPフリーPVCなら食品接触用途に使用できますか？

DEHPを使用していないことだけで適合性が決まるわけではありません。可塑剤以外の添加剤を含む配合全体や、対象市場の規制、移行特性を確認する必要があります。

Q5. TPEはPVCの代替材料になりますか？

TPEは可塑剤フリーの材料設計も可能な柔軟材料であり、食品接触用途ではPVCの代替候補として検討されることがあります。材料選定では、要求性能や規制要件を踏まえて評価することが重要です。