【更新】3種類の抗酸化物質について解説

2026年6月更新 · 南京ウェルトケミカルズの技術チームによるレビュー済み

プラスチック用酸化防止剤は、ポリマーが脆くなったり、黄変したり、弱くなったりしないように酸化を阻害する添加剤です。プラスチックに適した酸化防止剤を理解するには、商品名のカタログを暗記するのではなく、3つの役割を知ることが重要です。このポリマー添加剤のカテゴリーに属するすべての添加剤は、フリーラジカル捕捉、ヒドロペルオキシド分解、または相乗効果を発揮する両方の組み合わせという3つのカテゴリーのいずれかに分類されます。これをマスターすれば、推測に頼ることなく、適切な添加剤（立体障害フェノール、亜リン酸エステル、または既製ブレンド）を選ぶことができます。

プラスチックの酸化と抗酸化剤の役割

ポリプロピレン（PP）やポリエチレン（PE）などのポリオレフィンには、比較的安価で密度が低く、非常に丈夫であるなど、多くの利点があります。しかし、最大の欠点は、炭素原子と水素原子のみからなる主鎖構造を持つため、環境、特に酸素と容易に反応することです。例えば、押出成形でよく見られる温度での熱や機械的せん断によって水素が解離し、フリーラジカルが生成されます。これらのフリーラジカルが近くの酸素分子に付着すると、ペルオキシラジカルが形成され、隣接するポリマー鎖から水素原子を引き抜きます。ペルオキシラジカルは最終的にヒドロペルオキシドを形成し、ヒドロペルオキシドは解離してさらに多くのフリーラジカルと酸素分子を形成することで、このプロセスを繰り返します。この自己強化的な連鎖反応サイクルは、自動酸化として知られています。自動酸化は高温になるほど指数関数的に活発になるため、ポリマー鎖を切断し、分子量を低下させ、メルトフローを増加させ、最終的には変色、引張強度と伸びの低下、脆化につながります。

抗酸化剤は、これらの自動酸化反応を阻止するものです。最も一般的な意味では、抗酸化剤は、ポリマーが酸素にさらされた際に劣化して機能を失うのを防ぐために微量に添加されるプラスチック添加剤、または安定剤です。抗酸化剤は、ポリマー部品が用途で使用される際に、合成後や溶融後も続くポリマーの酸化からプラスチックを保護します。これらの影響、つまり材料の物理的特性の喪失は、部品自体に目に見える物理的変化が生じるずっと前に発生します。材料の劣化は熱酸化によって進行します。ScienceDirectによると、同誌の編集者がさまざまなプラスチックにおける材料添加剤の機能の概要を提供した広く引用されている調査では、劣化はバージン樹脂が溶融した瞬間から発生するため、安定剤が必要であるとされています。したがって、プラスチック中の抗酸化材料添加剤は、溶融加工段階でわずか数分間だけプラスチックが耐えなければならない過酷な条件と、最終用途で何年も続く過酷な条件の両方に対応できることが重要です。1つの抗酸化分子が両方の段階に同じように対応できるわけではありません。そこで、さまざまな種類の抗酸化剤が重要になります。 Welltでは、これを一つの原則として捉えています。ポリマー用酸化防止剤は、ポリマーを保護するための安定剤です。ポリマーの酸化（重合時に始まり、熱によって加速するフリーラジカル連鎖反応）は、部品が損傷しているように見えるずっと前から、機械的特性や最終用途における価値を静かに低下させるため、添加されるのです。

タイプ1：一次抗酸化物質（立体障害フェノール類）

一次抗酸化物質は、ラジカル捕捉剤、または連鎖反応を遮断する抗酸化物質とも呼ばれます。ここで重要な化学反応は、立体的にかさ高いフェノールです。この分子は、かさ高いtert-ブチル置換基によって非常に反応性の高いヒドロキシル基が保護されています。このヒドロキシル基はペルオキシラジカルに水素原子を供与し、攻撃的なフリーラジカルを安定な分子に変え、連鎖反応の1段階を遮断します。この立体的なかさ高さが重要なのです。フェノール自身の酸化を遅らせるため、分子は長期間にわたって水素原子を供与し続けることができます。これが、立体的にかさ高いフェノールが長期的な熱安定性の基盤となっている理由です。一次抗酸化物質を誤ると、部品が数年も早く故障する可能性があります。フェノールが消費されると連鎖反応が制御不能になるためです。残留フェノール濃度を約0.05%以上に保つことが、これを防ぐ鍵となります。

立体障害フェノール系抗酸化剤とは何ですか？

立体障害フェノール系抗酸化剤とは、1つ以上のフェノール基を含む抗酸化剤で、ヒドロキシル基のオルト位に嵩高い置換基が置換されているため、非常に効果的で持続的な水素原子供与体となる。実際には、高分子量立体障害フェノールであるIrganox 1010と、低分子量のIrganox 1076が主力製品として用いられている。

トレードオフは単純だ。Irganox 1010は分子量が大きいため揮発性が低く、高温処理中の損失にも強いが、薄膜への移行性は低い。一方、Irganox 1076は分散しやすく、移行性も高い。

分子量が大きいと添加剤が部品から決して抜けないという神話は、払拭すべきものです。プラスチック食品接触材料中の20種類の酸化防止剤に関する査読済みの研究（PMC、2024）では、脂肪模擬液試験において、Irganox 1010が最も移行量が多い酸化防止剤であることが判明しました（0.29 mg/kg、次いでIrganox 1076、Irgafos 168）。高分子量は揮発を最小限に抑えるため、脂肪性食品模擬液への移行は減少しますが、完全に排除するわけではありません。また、購入者は、この移行に関する規制上の閾値を考慮する必要があります。ブチル化ヒドロキシトルエン（BHT）などの低分子量フェノールは、それほど過酷ではない用途には適していますが、使用期間が長い用途では蒸発が速すぎます。フェノールのもう1つの欠点は、紫外線ではなく熱/酸化分解対策に使用されることです。紫外線対策には光安定剤が必要です。アミン類（主要な抗酸化物質のもう一つのグループ）も熱や酸化に対抗するが、黄ばみや着色を引き起こすため、主に過酷な作業やゴム製品に使用される。

「工場現場では、フェノールは今後10年間の保険であって、次の10分間の保険ではありません。黄変の原因を『フェノール不足』だと考える人は、たいてい加工中に亜リン酸塩が不足しているのです。」

タイプ2：二次抗酸化剤（亜リン酸エステルおよびチオエステル）

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二次抗酸化剤は逆の働きをします。ラジカルを捕捉するのではなく、ラジカルが残したヒドロペルオキシドを除去し、それらが2つの新しいラジカルに分裂する前に安定した生成物に分解します。BASFの説明によると、この種類のホスフィットとチオエステルはヒドロペルオキシドと反応して非ラジカル生成物を生成します。2つのサブファミリーがあり、これらを混同することはよくある選択ミスです。二次抗酸化剤を間違えると、高温押出成形中に部品が黄変します。これは、Wellt氏が250℃を超える自動車および包装用コンパウンドで最もよく目にする高額な問題です。

亜リン酸系酸化防止剤は押出成形中にどのような働きをしますか？

押出成形中、亜リン酸系酸化防止剤であるイルガフォス168が「最前線での戦い」の大部分を担います。熱とせん断によって生成されるヒドロペルオキシドを分解することで、溶融物の流れを安定させ、明るく白い部品を損なう黄変を防ぎます。

もちろん、注意すべき点は、亜リン酸エステルの保管方法が重要であるということです。亜リン酸エステルは湿潤条件下で加水分解する可能性があるため（マンチェスター・メトロポリタン大学の亜リン酸エステル加水分解に関する研究によると、生の亜リン酸エステルは保管中に分解する可能性があるため、相乗効果のある混合物や加水分解耐性グレードが存在することが示されています）、密閉して乾燥した状態で保管するか、加水分解安定化グレードを選択する必要があります。高温下での長期使用が求められる性能には、亜リン酸エステルが効果を発揮しなくなった部分を補うために、DLTDPやDSTDPなどの硫黄エステル（チオエステル）系酸化防止剤が使用されます。関連する補助剤として、電線やケーブルの配合によく含まれる触媒金属イオン（銅など）を錯体化する金属不活性化剤があります。

タイプ3：相乗効果システム（ブレンドと共安定化）

3つ目は、意図的に組み合わせたシステム、つまり最初の2つの組み合わせです。実際には、ほとんどの工場がこれらを購入しています。一次フェノールと二次ホスファイトはポリマーの寿命の異なる段階（最初は加工中の熱とせん断、次に使用中のより緩やかな劣化）で保護するため、両方の段階をカバーするシステムから恩恵を受けることができます。相乗効果は実証されています。現場試験では、ヒンドレッドフェノール/ホスファイトの相乗効果による安定化パッケージが、ポリオレフィンパイプのOIT（酸化誘導時間）を、単独で適用したコンポーネントシステムの性能を40%以上上回りました。これが、抗酸化システムにおける1+1>2の実際的な定義です。

最も人気の高いすぐに使える酸化防止システムは、Irganox 1010とIrgafos 168を1:2でブレンドしたIrganox B215です。これらの複合酸化防止剤ブレンドの製造元として、2つの成分を別々に加える特別な理由がない限り、当社のプレブレンドされた相乗効果システムのいずれかを使用することをお勧めします。これにより、計量誤差がなくなり、一定の比率が保証され、1つのペレットとして分散されます。標準的な1:2から逸脱することが正当化されるのは、非常に特殊な用途に限られます。重要なのは投与量の管理です。二次酸化防止剤が少なすぎると、加工時の色落ちのリスクがあります。約0.3%を超えると、添加剤が溶出したり、ブルームが発生したりする可能性があります。Welltは、複合パッケージをブレンドする際に、このトレードオフのバランスを取っています。

ポリマーと用途に応じた適切な抗酸化剤タイプの選択

適切な酸化防止剤の種類を選ぶには、加工温度と必要な耐用年数という 2 つの変数を一致させる必要があります。ほとんどのポリオレフィンでは、フェノールと亜リン酸エステルのブレンドを 0.05～0.2% で開始し、高温用途にはチオエステルを、電線やケーブルには金属不活性化剤を追加します。選択は、加工温度と部品の耐用年数という 2 つの質問に集約されます。下記のポリマーと酸化防止剤の種類セレクター ( 10 種類の樹脂酸化防止剤マップ) は、スターター パッケージを提案します。添加量は業界慣行の一般的な目安であり、出発点として使用してください。添加量はポリマーの正確なグレードによって異なり、プロセスと最終部品の形状によっても異なります。

作業例：汎用成形用に 1,000 kg の PP を配合する必要があり、添加剤の総濃度が 0.1% のタイプ B215 相乗的酸化防止剤パッケージを使用することに決めたとします。これは、1,000 kg × 0.001 = 1 kg のブレンドをバッチあたりに使用した場合です。この 1 kg のブレンドには、Irganox 1010 が約 0.033%、Irgafos 168 が 1:2 の比率で約 0.067% 含まれています。部品が使用中に耐熱性を必要とする場合（例えば、自動車のボンネット下のクリップなど）、耐熱性を向上させるために、亜リン酸エステルの一部をチオエステルに置き換えて、この濃度を 0.2% ～ 0.3% に増やすことができます。酸化防止剤は通常、酸化防止剤マスターバッチとして、またはプラスチック酸化防止剤パッケージの一部として導入されるため、少量でも樹脂中に均一に分散します。

プラスチック添加剤は、酸化防止剤の一種として、さまざまな分野で熱からの保護を提供します。建築および包装製品に使用されるこれらの酸化防止剤は、医療機器、合成繊維、ポリウレタンフォーム、建築および建設用プロファイルに使用されるプラスチックなどの有機基材の安定化にも役立ちます。亜リン酸塩は加工安定性に最も効果的で、ポリエチレンやPPプラスチックなどのポリマーの加工と保護に役立ちます。一方、フェノールは、プラスチックの寿命期間中、完成したプラスチック製品を保護します。一部のプラスチック添加剤は、過剰に使用すると（過剰投与すると）移行（ブルーム）する可能性があるため、目標は、部品を高温による酸化から保護する最小限の使用量です。ほとんどのプラスチック部品は、1%をはるかに下回る割合のごく少量の酸化防止剤を必要とします。

📐 エンジニアリングノート

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PP繊維またはテープを使用する場合は、全体の酸化防止剤使用量を約0.1%以下に抑え、亜リン酸エステルを使用してください。フェノール系の酸化防止剤を過剰に添加すると、プラスチックが大量の燃焼ガスにさらされた際にピンク色に変色する可能性があります。特に、製品を保管し、天然ガスなどの燃焼によって発生するガスにさらされる可能性がある用途では注意が必要です。当社のラボでは、ASTM D3895規格に基づき、DSC法を用いて各種酸化防止剤の酸化性能を迅速にテストできます。

よくある選考ミス（現場から）

抗酸化剤に関する問題や苦情の主な原因は、1. 過剰使用、2. 亜リン酸塩の添加が任意であること、3. 亜リン酸塩の加水分解の3つです。

• 過剰な添加レベル - プラスチックに添加される酸化防止剤の量が多いと、高い性能レベルで比例したメリットが得られず、ブルーミングが発生して部品の外観がくすんだり、金型や部品の加工に使用される装置のプレートに損傷を与えたりする可能性があります。
• 二次酸化防止剤（亜リン酸塩）をオプションとして扱う - 多くの加工業者は、コスト削減とプラスチック部品の全体的な保護のために、酸化防止剤の 1 つだけに頼っています。加工中に製品を保護するために、亜リン酸塩酸化防止剤を省略すると、押出成形中に色の損失が深刻になる可能性があります。これは、亜リン酸塩酸化防止剤が押出成形プロセス中に製品の色と透明度を保護する加工助剤として機能するためです。
• 亜リン酸塩の保管と取り扱い：多くの化合物は在庫に亜リン酸塩の開いた容器を含んでおり、これは湿気にさらされると亜リン酸塩の加水分解の直接的な原因となります。密閉された乾燥した保管場所を使用するか、加水分解に耐性のあるグレードを購入してください。

一例として、プラスチックリサイクル業者がスクラップPPを2段階で再押出成形したところ、メルトフローが増加し、部品が灰色になりました。そこで、相乗効果のある酸化防止剤混合物を約0.2%添加したところ、リサイクル製品は元のメルトフロー率と機械的特性仕様に戻りました。これは、約230℃でPP再生材を処理できる生産リサイクルラインで日常的に行われている対策です。このような繰り返しの熱履歴は、プラスチック添加剤全体で確認されている添加剤の損失と移行を引き起こします。

規制とリサイクルの展望：何が変わるのか

プラスチック業界における最大の変化は、新しい化学ではなく、規制、持続可能性、循環性です。これらの要因により、リサイクル材料の使用が増加し、その結果、プラスチック加工業者が製品に選択できる添加剤の種類に影響が出ています。米国で製造される食品接触材料は、21 CFR 178.2010、FDA のポリマー用酸化防止剤および安定剤リスト、および EU の規則 10/2011 に基づく同等品を使用して配合する必要があります。Irganox 1010 や Irgafos 168 などの一般的な酸化防止剤はこれらのデータベースに記載されていますが、規制では移行制限への準拠が求められているため、酸化防止剤を選択する際、および 2026 年に向けて、過去の移行データが重要になります。

リサイクルドライバーの方がより良い選択肢です。プラスチックを機械的にリサイクルする場合、既存の酸化防止剤が完全に除去されるわけではなく、むしろ消費されます。処理工程ごとに熱履歴が加わり、安定剤の一部が燃焼してしまうためです。PLASTICS誌が食品包装のリサイクルについて指摘しているように、標準的な機械的リサイクルでは、既存の酸化防止剤がそのまま残され、復元されないため、リサイクル業者は溶融安定性を回復するために新しい安定剤を追加する必要があります。2026年のOECDの再生プラスチックの化学成分検証に関する報告書も同様の見解を示しており、EU EN 15343のトレーサビリティを食品接触再生材含有量に結びつけています。2026年に再生材を使用したプロジェクトを計画している場合は、コストに高濃度の相乗剤パッケージを組み込み、配合を確定する前に地域の食品接触に関する規制を再度確認することを忘れないでください。（2025年のプラスチック酸化防止剤市場規模の予測は、さまざまな調査機関によって大きく異なり、およそ2.6億ドルから5.9億ドルまで幅があるため、これらの数値は計画目的の事実ではなく、参考値として扱ってください。）

ここでのリスクは具体的で高額です。不適合なグレードを指定すると、2026年の食品接触プロジェクトが、認定の後半で移行試験に不合格になる可能性があり、これは高額なミスとなります。機械的リサイクルでは高温の熱履歴が繰り返されるため、リサイクル業者は熱による熱劣化や酸化劣化に対して再安定化する必要があります。Wellt は、包装、建築、自動車、医療用途向けのリサイクルグレードのパッケージを配合しており、21 CFR 178.2010 および EU EN 15343 に合格する必要があります。この種の酸化防止剤（プラスチック業界で使用されている添加剤で、用途が拡大している）がリサイクル材に移行するにつれて、樹脂を処理および保護するために検証済みの適合酸化防止システムを使用して製造された製品が監査に合格します。

よくある質問