化学製品・高分子製品の基礎講座
3-10 香料・消臭剤・脱臭剤の特徴と分類
空気中を漂ってきた化学物質の分子が鼻の奥の嗅粘膜に溶け込んで嗅細胞が電気信号を発し、これが脳に伝達されて「におい」を感じます。 嗅細胞にあるにおい分子受容体のタンパク質遺伝群が1991年に発見され(2004年ノーベル医学、生理学賞)、においの感知機構の解明が大きく進みました。しかしにおい分子受容体は、人間ですら約400種もあり、においと物質の化学構造の関係は現在でも解明できていません。
「におい」とひらがなで書くと評価は入りませんが、「匂い」と書けば「香り」、「薫り」と同じく良い「におい」を指し、「臭い」と書けば悪い「におい」、くさい「におい」を意味します。 したがって香料は良い「におい」を発する化学製品であるのに対して、消臭剤、脱臭剤は悪い「におい」を消したり、除いたりする化学製品になります。
まず香料について述べます。香料は次の表のように分類されます。原料による分類では天然香料と合成香料に分けられます。天然香料は、主に植物、一部には食肉、魚肉、甲殻類を原料に、その香り成分を圧搾、抽出、蒸留などの物理的手段や酵素処理などの化学的手段を使って得た製品です。 合成香料は化学反応によってつくられた製品で、原料は問いません。合成香料になる代表的な化学物質としては、テルペン系炭化水素、テルペンアルコール、芳香族アルコール、酢酸エステルなどのエステル類、脂肪族アルデヒドなどがあります。 その他にも非常に多くの物質が合成香料として使われています。テルペンとは2つ以上のイソプレン(炭素数10)を構成単位とする化合物を言います。イソプレンは天然ゴムの構成成分です。このように得られた香料が単味で製品になることは少なく、何種類かの香料を調合して製品になります。 これを調合香料と言います。どのような香料をどのように配合して調合しているかは、まさに香料メーカーの腕の見せ所であり、最大の企業秘密です。天然香料は自然がつくった調合香料と言えましょう。 天然香料から、その一成分、たとえばハッカ油からl-メントールだけを結晶化させて取り出すと日本では合成香料の扱いになります(単離香料)。
香料の分類
分類法 | 種類 | |
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原料による | 天然香料 | 動物由来香料 |
植物由来香料 | ||
合成香料 | 単離香料 | |
半合成香料 | ||
合成香料 | ||
成分数による | 単品香料 | |
調合香料 | ||
用途による | フレーバー | |
フレグランス |
注)半合成香料とは天然香料の成分を原料に別の物質を合成してつくった製品
料は使い方によって大きく2つに分類されます。食品向けの調合香料がフレーバー(食品香料)です。フレーバーは、香料生産額の7~8割を占めます。食品の香りはおいしさの重要な要素であり、加工食品、飲食品や歯みがきの生産に使われます。 当然のことながら、食品添加物として安全性が求められます。食品衛生法(2-2 有害化学物質の安全規制 参照)の規制を受けており、指定を受けた香料だけしか調合に使用できません。一方、フレグランス(香粧品香料)は、化粧品、洗剤・トイレタリー製品、芳香剤に使われます。 化粧品というと香水を思い出しますが、香料は香水ばかりでなく化粧品全般に広く使われます。このほか、クリーナーやワックスなどの住居・家具用製品、生ゴミ消臭剤、靴墨、インク、糊、塗料などの日用雑貨品にも使われます。 変わった用途としては、良い香りとは言えませんが、都市ガスやプロパンガスのガス漏れを警告するための保安用香料もフレグランスの利用例です。
香料を使用する目的は次の図のように3つあると言われます。1つは言うまでもなく着香、すなわち良い香りをつけることです。2つ目はマスキングです。嫌な臭いを隠してしまうことです。3つ目は機能性付与です。たとえば、アロマテラピーは香料を使った療法です。 食品に使うスパイスには抗菌作用、抗酸化作用、ハーブ類には害虫忌避作用が期待されます。
- 香料の目的
- 着香
- マスキング
- 機能性の付与
次に消臭剤と脱臭剤の説明に移ります。消臭剤、脱臭剤、防臭剤の区別はなかなか困難で、次の表に示すように厚生省の定義と業界の自主基準の定義とは、脱臭剤以外は微妙に食い違います。消臭剤は臭気を化学的作用で除去するものという部分は同じです。 しかし厚生省の定義では消臭剤に生物的作用で除去するものも含みます。 これは酵素または微生物そのもの(バチルス菌など)を使って臭気を除去する製品が市場に出回っているためと説明されています。一方、業界の定義では感覚的作用で除去又は緩和するものを消臭剤にしていますが、これは厚生省の定義の防臭剤に該当します。 業界の防臭剤の定義では消臭剤や脱臭剤と区別がつかないようにも思えます。
消臭剤、脱臭剤、防臭剤の定義
製品 | (1)厚生省の説明 | (2)芳香消臭脱臭剤協議会の説明 |
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消臭剤 | 臭気を化学的・生物的作用等で除去又は緩和するもの | 臭気を化学的作用または感覚的作用等で除去又は緩和するもの |
脱臭剤 | 臭気を物理的作用等で除去又は緩和するもの | 臭気を物理的作用等で除去又は緩和するもの |
防臭剤 | 臭気を他の香り等でマスキングするもの | 他の物質を添加して臭気の発生や発散を防ぐもの |
- 出典:
- (1)平成12年3月31日厚生省生活衛生局企画課「芳香・消臭・脱臭・防臭剤 安全確保マニュアル作成の手引き」
- (2)平成16年11月11日改定版 芳香消臭脱臭剤協議会 「芳香・消臭・脱臭剤の自主基準」
臭気を化学的作用で除去するために使われる化学物質としては、両性界面活性剤(1-7 界面活性剤の用途と種類 参照)、植物抽出物(竹、お茶などから)、安定化二酸化塩素や塩素化イソシアヌル酸塩のような酸化剤、イオン交換機能を持った無機物質(ベントナイトなど)があります。 臭気を感覚的作用で除去又は緩和する方法には2つあります。 1つは香料の目的で説明したマスキングです。もう1つはペアリングです。これは悪臭とは別の臭いの物質を同時に作用するように発散させて、新たなにおいの感覚を生じさせ、悪臭を感じなくさせる方法です。マスキング剤に比べて、少量のペアリング剤で効果があるものが見いだされ、商品化されています。
臭気を物理的作用で除去又は緩和する脱臭剤としては、昔から冷蔵庫の臭気除去に使われてきた活性炭が有名です。そのほかシリカゲル、ゼオライトのような無機多孔質物質も使われてきました。 最近よく宣伝される消臭効果を謳った商品にはシクロデキストリンのような包接化合物を使ったものがあります。これはナノサイズの環状分子が臭気の原因となる分子を取り込んでしまう効果(包接と言います)を利用しています。
『化学製品・高分子製品の基礎講座』の目次
第1章 化学製品を理解するための基本
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1-1化学製品の構成モノタロウで販売している製品を化学の目から理解するための基礎講座です。
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1-2化学物質の名前化学製品の成分、すなわち化学物質の名前はカタカナが並んで訳がわからないと思っておられる方が多いと思います。
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1-3酸とアルカリ酸とアルカリは小学校、中学校、高校の理科で習っており、何を今さらと思われるかもしれません。
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1-4無機薬品の特徴と種類人工のものも含めると元素は110以上知られており、このうち安定に存在できる最大の元素は原子番号82、質量数208の鉛です。
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1-5有機薬品とモノマー医薬品、化粧品、洗剤、プラスチック製品など、私たちの身の回りにある化学製品の多くは有機化合物です。
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1-6有機溶剤の用途と種類有機溶剤の用途を表に整理して示します。まず化学物質を溶解するという、字義通りの用途自体にも様々な使い方がある上に、そのほかにも様々な用途があ
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1-7界面活性剤の用途と種類界面とは物質と物質の境のことです。気体と固体、気体と液体の境は、通常は固体や液体の表面と呼んでいますが、界面のひとつです。
第2章 化学製品の利用に当って留意すべき法規制
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2-1化学製品における事故防止関係の法規制化学製品には、燃えやすかったり、有毒であったりと、知らないで使うと危険な物質が使われていることがあります
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2-2有害化学物質の安全規制火を使うことによって人類は他の動物からの攻撃や寒さを防ぐことができるようになったばかりでなく、食生活はもちろん、道具づくりにおいても大きく進歩しました。
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2-3化学物質の効能と安全の両方を求める規制化学物質の安全規制法の中には、化学物質を使用するからには必要とする性能を確保し、なおかつ安全性を厳しく要求するものがあります。医薬品、農薬、肥料などへの規制です。
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2-4環境保全を目指す法規制環境保全対策には、身近な公害対策、ごみ処理、自然環境保護から、地球規模の環境対策まで様々なものがあります。
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2-5化学製品における表示規制商品の購買者に正しい商品情報、しかも最低限必要不可欠な内容を伝えるために、様々な法律によって表示規制が行われています。
第3章 化学製品の基本
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3-1農薬の特徴と分類様々な化学製品について、その製品を理解するための基本知識を説明します。
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3-2化学肥料の特徴と分類田畑では育てた農作物が持ち出されるため、植物に必要な養分の自然循環ができません。
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3-3洗剤の特徴と分類洗剤は、図のように家庭用、業務用、工業用に分けられます。
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3-4塗料の特徴と分類塗料は、ものの表面を覆うことによって表面を保護し、また美観を与える化学製品です。
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3-5接着剤の特徴と分類接着剤は、ものの表面にくっついて、ものとものとを接合させる化学製品です。
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3-6印刷用化学品の特徴と分類ヨーロッパの歴史において中世から近世への開幕の主役は、羅針盤、火薬、紙と印刷でした。
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3-7染料・顔料の特徴と分類染料も顔料も色を付けるために使われる化学製品です。
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3-8試薬の特徴と分類試薬とは文字どおり「試験研究用薬品」のことです。
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3-9殺菌剤・消毒剤・抗菌剤の特徴と分類人間の目に見えない細菌、カビ、ウイルスなどは、食中毒や伝染病などの原因になる可能性があり、その対策は人類にとって長年の課題でした。
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3-10香料・消臭剤・脱臭剤の特徴と分類空気中を漂ってきた化学物質の分子が鼻の奥の嗅粘膜に溶け込んで嗅細胞が電気信号を発し、これが脳に伝達されて「におい」を感じます。
第4章 高分子製品を理解するための基本
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4-1高分子製品の構成高分子は、包装材料、日用品雑貨、衣料などの身の回り品から器具・機械の部品、土木建築材料、さらには漁船・プレジャーボート、航空機本体や翼のような大型製品にまで広く使われています。
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4-2高分子成形加工法多くの高分子製品は、フィルム・袋、繊維、シート、カップ・トレイなどの容器、管、板、部品などに成形加工されて使われます。
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4-3樹脂添加剤4-1で述べたようにプラスチック製品は、高分子だけから成っている訳ではありません。着色するために着色剤が加えられ、また発泡製品をつくるために発泡剤が加えられることは分かりやすい例です。
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4-4ゴム薬品4-5で説明しますが、ゴムの成形加工製品には加熱すると再度溶融するゴムと、加熱してももはや溶融も軟化もしないゴムがあります。
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4-5熱可塑性高分子、熱硬化性高分子すでに4-2で簡単に説明しましたが、高分子には熱可塑性高分子と熱硬化性高分子があります。
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4-6高分子材料に期待される特性第4章の冒頭で述べたように合成高分子が現在のように幅広く使われるようになったのは20世紀後半からです。人類は文明の始まる以前から天然高分子を大量に使ってきました。
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4-7強度金属、セメント、ガラス、セラミックス、木材、高分子製品など様々な材料の力学的性質を比較する場合、強度(つよさ)は最も基本となる指標です。
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4-8耐熱性、耐寒性4-2で説明しましたように高分子は、その熱挙動や分子構造から熱硬化性高分子と熱可塑性高分子に分類できます。
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4-9透明性物質に光が入った時に可視光すべてを吸収して熱に変換する場合には透明になりません。金属が不透明なのはこれに該当します。
第5章 主要な高分子材料の種類と特長
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5-1ポリエチレンポリエチレンは、世界においても、日本においても、最も生産量・消費量の多い高分子材料です。
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5-2ポリプロピレンポリプロピレンPPは、プロピレンCH2=CH-CH3というガス状炭化水素を重合した高分子です。
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5-3スチレン系樹脂スチレン系樹脂はスチレンC6H5-CH=CH2を主成分とするプラスチックです。主要なスチレン系樹脂にはポリスチレン、AS樹脂(SAN)、ABS樹脂があります。
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5-4ポリ塩化ビニルポリ塩化ビニルは塩化ビニルを主成分とするプラスチックです。塩化ビニル単独のポリマーが圧倒的に多くを占めますが、加工性や性能などを改善することを目的に酢酸ビニルやアクリロニトリルと共重合させたコポリマーも少量つくられています。
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5-5PET繊維・樹脂(A-PETも)ポリ塩化ビニルは塩化ビニルを主成分とするプラスチックです。塩化ビニル単独のポリマーが圧倒的に多くを占めますが、加工性や性能などを改善することを目的に酢酸ビニルやアクリロニトリルと共重合させたコポリマーも少量つくられています。
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5-6ナイロン繊維・樹脂ナイロンは1939年に最初の合成繊維としてアメリカのデュポン社によって工業化され、大成功を収めたので、合成繊維の王座をすでにポリエステル繊維に奪われたとは言え、現在でも合成繊維の代名詞になるほど有名です。
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5-7エンジニアリングプラスチック5-1から5-4で説明した汎用プラスチック(ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル)は耐熱性がおおむね100℃以下であるのに対して、耐熱性が100℃以上で、しかも強度が高い熱可塑性プラスチックをエンジニアリングプラスチックと言います。
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5-8ポリウレタンポリウレタンはウレタン結合-NHCOO-をもつ高分子です。ウレタン結合はイソシアネート(-NCO)という非常に反応性の高い化合物群とアルコール(-OH)の反応によって生成します。
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5-9エポキシ樹脂エポキシ樹脂は、図に示すように高分子の両末端にエポキシ基をもつプレポリマーと硬化剤(ポリアミン、酸無水物、ポリアミドなど)を反応させて生成する網目状の分子構造をもつ熱硬化性高分子です。
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5-10アクリル樹脂(PMMA,アクリル繊維、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸エステル)アクリル樹脂と呼ばれる高分子は、図に示す広義のアクリル系ポリマー全体を指すこともありますし、ポリアクリル酸エステルだけ、あるいはメタクリル樹脂だけを指すこともあります。
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5-11フッ素樹脂、ケイ素樹脂(含むシリコーンオイル)フッ素樹脂、ケイ素樹脂はともに1940年代前半に米国で工業化された古い高分子材料です。
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5-12汎用合成ゴムゴムはエラストマー(弾性体)とも呼ばれ、常温で著しく大きな弾性をもつ物質の総称です。
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5-13特殊合成ゴム特殊ゴムは、すべての非ジエン系ゴムとジエン系ゴムのうちブチルゴム(IIR)、ニトリルゴム(NBR)、クロロプレンゴム(CR)が該当します。
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5-14その他の高分子材料(熱可塑性ゴム、スーパーエンプラ、機能性高分子)高分子材料には、今まで紹介した高分子以外にも多数あります。その中で、大くくりして重要なものを最後に3つ紹介します。