2021.12.6 容器機能

プラスチックにおける金属溶出のリスク|金属溶出が少ないPFA製ボトルの特徴も!

プラスチックにおける金属溶出のリスク|金属溶出が少ないPFA製ボトルの特徴も!

プラスチックには、原料そのものや添加物に含まれる金属イオン、製造工程で混入する金属イオンなど、金属溶出のリスクが多少なりとも存在します。そのため食品業界においては、食品用器具・容器包装のポジティブリスト制度などによって、使用できる物質が厳格に定められています。

また、金属溶出・金属汚染の問題は、半導体の製造や微量分析試験の場においても悪影響を与えるため、汚染防止対策が必要です。

この記事では、プラスチックにおける金属溶出のリスクや、金属溶出リスクを最小限に抑えることができるPFA製ボトルについて紹介します。

 

1.プラスチックにおいて金属溶出の可能性はある?

一般的なプラスチックにおいて、金属溶出の可能性はゼロではない、というのが実情です。例としては、プラスチックに使用されている原料や添加物などからの溶出が挙げられるでしょう。

プラスチックには、熱・光劣化を防ぐための安定剤や、耐熱・耐寒性や耐薬品性などを付与する改質剤など、目的や機能に合わせて様々な添加物が付加されており、添加物には素材として金属類が含まれている場合があります。

そのため安全性担保を目的として、食品用容器包装に使用される樹脂などは「ポジティブリスト」と呼ばれる基準で、使用される化合物の範囲が厳格に定められています。

しかしその他の用途では、ポジティブリストのような明確な基準がなく、プラスチックからCd(カドミウム)やPb(鉛)などの有害物質が、高濃度で検出された例もあります。

出典:J-STAGE「プラスチック製品に含まれる金属類の溶出特性化試験方法の設計」

また、樹脂製容器で保管する溶剤などにおける金属溶出を防ぐためは、金属溶出試験などを行いクリアしているものを選ぶことが大切です。

 

1-1.金属における毒性の例

食材・人体の中にも金属は存在していますが、毒性が強く体内での蓄積性が強い金属に関しては、過剰にさらされると人体に悪影響を及ぼし非常に危険です。

ここでは、毒性の強い代表的な重金属を抜粋して5つ紹介します。

Zn(亜鉛) 動植物における必須微量元素ですが、一定量を超えて摂取すると腹痛・下痢・嘔吐などを引き起こします。
Pb(鉛) 短時間のうちに大量摂取をすると、腹痛・嘔吐症状などのリスクがあり、重い場合は感覚異常症や急死の例もあります。
Cd(カドミウム) 日本では「イタイイタイ病」などでも知られる、毒性の強い金属です。清涼飲料水などには、カドミウムが検出されてはならないという規格があります。
Sn(スズ) 缶詰のメッキなどに使用されている金属です。缶詰フルーツや缶ジュースなどから検出された事例があり、食品衛生法によって規格量が定められています。
Hg(水銀) 「水俣病」を引き起こした金属としても知られ、特にメチル水銀は摂取すると臓器障害や中枢神経毒性などの誘因となるため危険です。

 

2.金属溶出について知っておきたいトピックス

金属溶出の問題は、食品包装容器はもちろん、半導体製造の場や微量分析試験を行う際においても注意しなければならない問題です。

ここでは、金属溶出にまつわるトピックスとして、「食品用器具・容器包装のポジティブリスト制度」についての詳細と、「半導体製造現場や微量分析試験における金属汚染のリスク」を紹介します。

 

2-1.食品用器具・容器包装のポジティブリスト制度とは?

食品用器具・容器包装には、ポジティブリストとして使用できる物質が定められており、「合成樹脂」が対象となっています。

対象の物質
  • 合成樹脂(基ポリマー)
  • 合成樹脂の物理的・化学的性質を変化・付与させるために、使用されている添加剤(製品中に残存することを意図しているものが対象)

※触媒や重合助剤、添加剤中の不純物など、最終製品に残存することを意図していない物質は対象外

出典:厚生労働省「食品衛生法等の一部を改正する法律の政省令等に関する資料」

食品用器具・容器包装におけるポジティブリスト制度は、2020年6月1日に施行となった、比較的新しい制度です。

なお日本では、ゴム・金属類など、合成樹脂以外の材料や合成樹脂における非意図的生成物に関しては、「ネガティブリスト制度」で管理されています。

 

2-2.半導体製造における金属汚染のリスクは?

半導体製造現場においても、金属汚染は重大な問題です。重金属による汚染は、リーク電流の過剰誘因や酸化膜耐圧の劣化など、半導体製品の性能に悪影響を与え、結果的に歩留まり低下を引き起こす恐れがあります。

また現在では、半導体デバイスが微細化していることに伴い、金属不純物はもちろん、異物微粒子(パーティクル)や表面吸着化学汚染など、微小な汚染物質全般への対策が求められています。

 

2-3.微量分析試験によるコンタミ汚染の影響は?

近年では、分析機器が進化しており、幅広い化学物質における微量分析試験が行えるようになっています。

一方で、微量分析試験の際も汚染物質のコンタミネーションに注意が必要です。汚染にさらされると検査結果の精度に大きなブレを与えます。

【汚染の主な原因】

  • 人体(汗・唾液・化粧品類など)や靴底などを介して作業室に運び込まれる汚染
  • 実験時における化学薬品の残留など、作業室内で発生する汚染
  • 分析機器や分析器具からの汚染

人体由来の汚染物質は、基本的に服装や操作の手順、手洗いの遵守などの規制によってある程度防止できることが分かっています。また、靴底由来の汚染に関しては、吸着マットの利用が有効的です。一方で、分析機器や分析器具からの汚染など、試薬と接触する材質からの汚染は、測定結果に大きなインパクトを与えるため、しっかりとした汚染防止対策が重要です。

出典:関東化学株式会社「化学分析における基礎技術の重要性」

実際に、2%硝酸を用いた採取容器での実験では、2%硝酸で洗浄を実施しても、約10~30μg/Lのナトリウムやカリウムなどが、ガラス容器から溶出していることが明らかになっています。

参考:イビデンエンジニアリング株式会社「微量元素分析における測定環境由来の汚染について」

分析器具に樹脂製容器を使用する場合に関しても、樹脂からの金属溶出が少ない容器を使用することが重要となるでしょう。

 

3.金属溶出が極めて少ない「PFAボトル」

サンプラテックでは、樹脂からの金属溶出が極めて少ない「PFAボトル」を取り扱っています。半導体の製造や微量分析でも使用可能な容器であるため、理化学分野・工業分野など幅広く利用されています。

■PFAの特徴

PFA(ペルフルオロアルコキシアルカン)は、フッ素樹脂の一つです。耐薬性や耐熱性、純粋性等、あらゆる機能で高い性能を発揮する材質で、樹脂製ボトルの中でも極めて貴重な存在です。

■サンプラテックで扱う主なPFA製ボトル・容器

PFA製品は、オートクレーブ・乾熱滅菌なども可能であることから、幅広い用途で使用できます。強酸・強アルカリ、有機溶媒などの保管容器としても、ぜひご利用ください。

 

まとめ

プラスチックには、機能付加を目的として添加物が含まれており、添加物由来の金属溶出に注意しなければなりません。特に半導体製造現場や微量分析の際にも、金属汚染は防がなければならない事象のため、使用する容器も金属溶出が極めて少ないものを導入するとよいでしょう。

サンプラテックでは、金属溶出の問題に対応できる「PFA製ボトル」を、多彩なラインナップで取り扱っています。またIREMONOサイトでは、他にもプラスチックに関するトピックス・情報や、理化学シーンに最適な樹脂製容器を紹介しているため、ぜひ併せてご確認ください。

実験器具・機器メーカー販売サイト「PLA.com」