食品グレードのシリコン配合は耐熱性にどのような影響を与えますか?

食品グレードのシリコーンは、キッチン用品、ベビー用品、食品に触れる道具などに広く使用されています。しかし、シリコーン製品によって高温下での挙動が異なることにお気づきですか？これらの違いは、シリコーンの内部組成に起因しています。

この記事では、食品グレードシリコーンの耐熱性に配合がどのように影響するかを詳しく見ていきます。主な影響要因を分析し、実例を挙げて、材料選定の際の情報に基づいた判断にお役立ていただけます。

食品グレードのシリコンにとって耐熱性がなぜそれほど重要なのか?

耐熱性は、食品グレードのシリコンが安全で、強度があり、長持ちするための鍵です。耐熱性により、シリコン製品はキッチンで高温下でも問題なく使用できます。

• 高温調理にも対応： シリコン製のベーキングマットや型は、200℃を超える熱にさらされることがよくあります。素材が耐熱性に欠けると、分解して食品に有害な化学物質を放出する可能性があります。
• 沸騰や蒸気にも安全: 乳首や哺乳瓶などのベビー用品は、煮沸や蒸し洗いが必要になることがよくあります。良質なシリコンは硬く、安全です。溶けたり、変形したり、液漏れしたりすることもありません。
• 繰り返しの加熱にも耐えます: 電子レンジや食器洗い機は常に温度変化を引き起こします。品質の悪いシリコンは、時間の経過とともにひび割れたり、色褪せたり、硬くなったりすることがあります。
• 製品の外観と動作を正常に保ちます。 シリコンが熱によって損傷すると、正常に機能しなくなったり、見た目が悪くなったりする可能性があります。これは、ブランドに対する人々の印象を損なう可能性があります。

つまり、耐熱性は安全で信頼性の高いシリコンの根幹を成すものです。耐熱性は、素材を清潔に保ち、強度を保ち、信頼性を維持するのに役立ちます。

シリコンの耐熱性に影響を与えるものは何ですか?

食品グレードシリコーンの耐熱性は一定ではありません。内部の配合と構造によって決まります。耐熱性に影響を与える主な要因は以下のとおりです。

ベースポリマータイプ

使用されるポリマーの種類は大きな役割を果たします。食品グレードのシリコーンのほとんどは、ポリジメチルシロキサン（PDMS）またはポリメチルビニルシロキサン（PMVS）から作られています。これらの材料は、ケイ素と酸素の強力な結合により、自然な耐熱性を備えています。

より高い性能を実現するために、PVMQ（メチルフェニルビニルシリコーンゴム）やFVMQ（フルオロシリコーンゴム）などのフェニル変性シリコーンやフッ素変性シリコーンが配合されています。これらのシリコーンは熱安定性に優れ、場合によっては300℃までの極度の高温にも耐えることができます。

ポリマーの分子量とビニル含有量も架橋密度に影響し、弾性と熱安定性に影響を与えます。

硬化システム

シリコーン鎖を強固なネットワークに連結するプロセスである硬化は、安定した構造を形成するための鍵となります。使用される硬化システムは、シリコーンの耐熱性に大きな影響を与えます。

今日の食品グレードシリコーンのほとんどは、プラチナ硬化システムを採用しています。これにより、副産物のない、よりクリーンで均一な構造が実現し、安定性、透明性、そして臭気抑制が向上します。

硬化剤の量も重要です。硬化剤の量が多いほど架橋が強固になり、耐熱性が向上しますが、多すぎると材料が脆くなる可能性があります。

充填剤および添加剤

シリコーンは本来柔らかいため、強度と耐熱性を向上させるために補強フィラーが添加されます。最も一般的なのはフュームドシリカで、これはポリマーとよく混ざり、構造を強化する微細粉末です。

高温での劣化を遅らせるために、酸化防止剤や熱安定剤も添加されています。例えば、酸化鉄やカーボンブラックはフリーラジカルを中和し、分解を遅らせます。

しかし、バランスが重要です。フィラーが多すぎると、製品の柔らかさ、透明性、加工性に影響が出る可能性があります。逆に少なすぎると、熱に耐えられなくなります。

カラーマスターバッチと顔料

色も重要です。一部の有機顔料は高温で分解したり、臭いを発散したりします。熱に弱い製品には、酸化鉄や二酸化チタンなどの無機顔料を使用する方が安全です。これらはより安定しており、製品の安全性や臭いに影響を与えません。

シリコンの配合によって耐熱性はどのように異なりますか?

食品グレードのシリコーン製品を設計する際には、配合によって耐熱性、構造、加工方法、適切な用途が大きく異なることを理解することが重要です。以下の表は、硬化システム、耐熱性、一般的な用途に基づいて、最も一般的なシリコーンの種類を比較したものです。設計と材料選定の両方において、情報に基づいた意思決定を行うのに役立ちます。

耐熱性が高いほど良いのでしょうか?

食品グレードのシリコーン配合においては、耐熱性が重要ですが、耐熱性が高いからといって必ずしも優れているとは限りません。配合は、性能、コスト、加工性のバランスを常に考慮して設計されています。

熱安定性を向上させるために、配合者はフェニルシリコーンゴムの比率を高めたり、架橋密度を高めたり、熱安定剤を増量したりすることがあります。これらの調整により、高温での材料の安定性は向上しますが、同時に硬度が上昇し、柔軟性が低下し、加工時の流動性が低下し、全体的なコストが増加する可能性があります。

その他の特性も影響を受ける可能性があります。例えば、架橋密度が高いと耐熱性は向上しますが、素材の感触が硬くなることがあります。充填剤を多くすると耐熱性は向上しますが、透明性は低下します。鮮やかな色のシリコーンの場合は、顔料を保護するために、より強力な耐熱性処方が必要になる場合があります。

だからこそ、優れたシリコーン配合は常にバランスを追求しています。製品に必要な耐熱性を満たしつつ、優れた機械的強度、外観品質、生産効率、そしてコスト管理を維持する必要があります。

食品グレードシリコーンの耐熱性を評価するには？

熱下でのパフォーマンスを真に理解するには、いくつかの専門的なテストが必要です。

• 熱老化試験 最も一般的な方法の一つです。シリコーンサンプルを高温のオーブンに一定時間置き、硬度、引張強度、伸びの主要な変化を確認します。例えば、高品質のシリコーン製ベーキングトレイは、250℃で72時間エージングした後でも、引張強度の低下が2%未満である可能性があります。これは耐熱性を示す優れた指標です。
• 熱重量分析（TGA） 材料が加熱されるとどれだけの重量が減少するかを測定します。これは、材料の熱安定性と分解点を特定するのに役立ちます。良質な食品グレードのシリコーンは、通常、300℃で5%未満の重量減少を示します。
• 示差走査熱量測定（DSC） 熱の遷移と硬化レベルを観察するために使用できます。
• 圧縮永久歪み試験 シール関連のシリコーン製品によく使用されます。高温で圧縮されたシリコーンがどれだけ復元力があるかを示します。値が低いほど、高温・高圧下での長期的な性能が優れていることを意味します。
• 移行テスト も不可欠です。シリコーンが熱にさらされても有害物質が放出されないことを保証するものです。これらの試験は、FDAまたはEUの食品接触基準に準拠しています。例えば、ベーキングマットは230℃で4時間加熱試験を行い、移行が検出されなければ食品安全とみなされます。
• その他の重要なテスト 実際の長期使用をシミュレートする熱風老化試験（70℃～250℃）、熱たわみ温度（HDT）、連続使用温度（CUT）などがあります。

これらのテストを組み合わせることで、シリコン製品が日常のキッチンでの使用において本当に安全で安定した耐熱性を備えているかどうかを評価できます。

製品に適した耐熱レベルを選択するにはどうすればよいでしょうか?

カスタムシリコーン配合やOEM製品を開発する際、適切な耐熱性レベルを選択することが重要な第一歩です。これにより、性能、安全性、コストの適切なバランスが確保されます。考慮すべき重要な要素をいくつかご紹介します。

• 動作温度範囲: 標準的な使用温度と短時間のピーク温度の両方を把握しておきましょう。例えば、製品は熱湯消毒、オーブン焼き、蒸気滅菌に耐えられるでしょうか？それとも室温で放置するだけでしょうか？
• 熱暴露の頻度: ベビー用おしゃぶりやシリコンストローなどの製品は、加熱、洗浄、滅菌を繰り返し行うことが多いため、より耐熱性の高い処方が求められます。
• 食品接触の種類: 油分、酸性、または色素の濃い食品に使用する予定ですか？これらの食品は製品の劣化を早めたり、シミや臭いの原因となる可能性があります。そのような場合は、耐薬品性と低移行性を考慮した配合にする必要があります。
• 視覚または触覚の要件: 柔らかさ、色、透明性が重要なセールスポイントである場合、耐熱性は外観や手触りとバランスが取れている必要があります。耐熱性が高いと、柔軟性や透明性が低下する場合があります。

これらの条件を明確に定義することで、材料サプライヤーやメーカーはお客様のニーズに最適なシリコーングレードを選定できます。これにより、コスト増加につながる過剰設計や、製品故障のリスクとなる性能不足を回避できます。適切な耐熱レベルを選択すれば、実際の使用時に製品を保護できるため、予算超過や市場目標の達成を逃すことはありません。

結論

耐熱性は固定値ではありません。ベースポリマー、硬化システム、充填剤、製品構造など、複数の要因が相互に作用して変化します。これらの配合の違いを理解することで、シリコーンをより賢く選択し、カスタマイズすることができ、安全性、耐久性、そして全体的な使用感を向上させることができます。

ベーキングモールド、ベビー用品、食品グレードの調理器具などを開発中で、どのシリコン素材を選べばよいかお悩みでしたら、お気軽にお問い合わせください。お客様に最適なソリューションを見つけるために、カスタム配合のアドバイスやサンプルテストをご提供いたします。