ヒドロキシプロピルメチルセルロースは非イオン性セルロース混合エーテルの一種です。イオン性メチルカルボキシメチルセルロース混合エーテルとは異なり、重金属と反応しません。ヒドロキシプロピルメチルセルロースは、メトキシル基とヒドロキシプロピル基の比率が異なり、粘度も異なるため、特性の異なる品種が多く存在します。例えば、メトキシル基含有量が高くヒドロキシプロピル基含有量が低いものはメチルセルロースに近い性能を示し、メトキシル基含有量が低くヒドロキシプロピル基含有量が高いものはヒドロキシプロピルメチルセルロースに近い性能を示します。ただし、各品種において、ヒドロキシプロピル基やメトキシル基の含有量が少量であっても、有機溶媒への溶解性や水溶液中の凝集温度には大きな違いがあります。
（1）ヒドロキシプロピルメチルセルロースの溶解性
① ヒドロキシプロピルメチルセルロースの水への溶解度ヒドロキシプロピルメチルセルロースは、実際にはプロピレンオキシド（メトキシプロピレン）で改質されたメチルセルロースの一種であるため、メチルセルロースと同様の特性を持ち、冷水に溶け、温水に溶けないという類似の特性を持っています。しかし、ヒドロキシプロピル基が改質されているため、温水中でのゲル化温度はメチルセルロースよりもはるかに高くなっています。例えば、メトキシ含有量2％の置換度DS = 0.73、ヒドロキシプロピル含有量MS = 0.46のヒドロキシプロピルメチルセルロース水溶液の粘度は20℃で500mPa·sであり、ゲル化温度は100℃近くまで達しますが、同じ温度でのメチルセルロースは約55℃に過ぎません。水への溶解性に関しても、大幅に改善されています。例えば、粉砕されたヒドロキシプロピルメチルセルロース（20℃で0.2〜0.5mmの粒状、4％水溶液粘度2Pa・s）は室温で購入でき、冷却せずに水に容易に溶解します。
② ヒドロキシプロピルメチルセルロースの有機溶媒への溶解性 ヒドロキシプロピルメチルセルロースの有機溶媒への溶解性もメチルセルロースよりも優れています。メチルセルロースは、メトキシル置換度が2.1である必要があります。上記の製品には、ヒドロキシプロピルMS = 1.5〜1.8、メトキシDS = 0.2〜1.0が含まれており、総置換度が1.8を超える高粘度ヒドロキシプロピルメチルセルロースは、無水メタノールおよびエタノール溶液に溶解し、熱可塑性と水溶性を備えています。また、塩化メチレン、クロロホルムなどの塩素化炭化水素、アセトン、イソプロパノール、ジアセトンアルコールなどの有機溶媒にも溶けます。有機溶媒への溶解性は水溶性よりも優れています。
（2）ヒドロキシプロピルメチルセルロースの粘度に影響を与える要因 ヒドロキシプロピルメチルセルロースの標準粘度測定は、他のセルロースエーテルと同じです。2％水溶液を標準として20℃で測定します。同じ製品の粘度は濃度が高くなるにつれて高くなります。同じ濃度で分子量の異なる製品の場合、分子量が大きい製品の方が粘度が高くなります。温度との関係はメチルセルロースと同様です。温度が上昇すると粘度が低下し始めますが、ある温度に達すると粘度が急激に上昇し、ゲル化が起こります。低粘度製品のゲル化温度は高くなります。ゲル化点はエーテルの粘度だけでなく、エーテル中のメトキシル基とヒドロキシプロピル基の構成比や総置換度の大きさにも関係しています。ヒドロキシプロピルメチルセルロースも擬塑性であり、その溶液は酵素分解の可能性を除いて粘度の低下がなく室温で安定していることに注意する必要があります。
（3）ヒドロキシプロピルメチルセルロースの耐塩性 ヒドロキシプロピルメチルセルロースは非イオン性エーテルであるため、カルボキシメチルセルロースなどの他のイオン性セルロースエーテルとは異なり、水媒体中でイオン化されず、溶液中で重金属イオンと反応して沈殿します。塩化物、臭化物、リン酸塩、硝酸塩などの一般的な塩は、水溶液に加えても沈殿しません。ただし、塩の添加は水溶液の凝集温度にいくらか影響を及ぼします。塩濃度が高くなると、ゲル温度は低下します。塩濃度が凝集点を下回ると、溶液の粘度が上昇する傾向があります。したがって、適用時に一定量の塩を加えると、より経済的に増粘効果を得ることができます。したがって、用途によっては、増粘効果を得るために、高濃度のエーテル溶液よりもセルロースエーテルと塩の混合物を使用する方が良い場合があります。
（4）ヒドロキシプロピルメチルセルロースの耐酸性・耐アルカリ性 ヒドロキシプロピルメチルセルロースは酸・アルカリに対して一般的に安定しており、pH2～12の範囲では影響を受けません。ギ酸、酢酸、クエン酸、コハク酸、リン酸、ホウ酸などの軽酸にはある程度耐えることができます。しかし、濃酸は粘度を低下させる効果があります。苛性ソーダ、苛性カリ、石灰水などのアルカリは影響を受けませんが、溶液の粘度をわずかに上昇させ、その後ゆっくりと低下させます。
（5）ヒドロキシプロピルメチルセルロースの混和性 ヒドロキシプロピルメチルセルロース溶液は、水溶性高分子化合物と混合して、均一で透明な高粘度溶液になることができます。これらの高分子化合物には、ポリエチレングリコール、ポリ酢酸ビニル、ポリシリコーン、ポリメチルビニルシロキサン、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロースが含まれます。アラビアガム、ローカストビーンガム、カラヤガムなどの天然高分子化合物もその溶液と良好な相溶性を持っています。 ヒドロキシプロピルメチルセルロースは、ステアリン酸またはパルミチン酸のマンニトールエステルまたはソルビトールエステルと混合することも、グリセリン、ソルビトール、マンニトールと混合することもでき、これらの化合物はセルロースのヒドロキシプロピルメチルセルロース可塑剤として使用できます。
（６）不溶性の水溶性セルロースエーテルヒドロキシプロピルメチルセルロースはアルデヒドと表面架橋反応を起こし、水溶性エーテルが溶液中に沈殿して水に不溶性になります。ヒドロキシプロピルメチルセルロースを不溶性にするアルデヒドとしては、ホルムアルデヒド、グリオキサール、コハク酸アルデヒド、アジポアルデヒドなどがあります。ホルムアルデヒドを使用する場合、溶液のpH値に特に注意する必要があります。その中でもグリオキサールは反応が速いため、工業生産では架橋剤としてグリオキサールが一般的に使用されています。この種の架橋剤の溶液への添加量はエーテル質量の0.2％〜10％、好ましくは7％〜10％であり、例えば3.3％〜6％のグリオキサールが最も適しています。一般に、処理温度は0〜30℃、時間は1〜120分です。架橋反応は酸性条件下で行う必要があります。一般的には、無機強酸または有機カルボン酸を溶液に加えることで、溶液のpHを約2～6、好ましくは4～6に調整し、その後アルデヒドを加えて架橋反応を行います。使用する酸としては、塩酸、硫酸、リン酸、ギ酸、酢酸、ヒドロキシ酢酸、コハク酸、クエン酸などが挙げられますが、ギ酸または酢酸と併用することが推奨され、ギ酸が最適です。酸とアルデヒドを同時に添加することで、所望のpH範囲内で架橋反応を進行させることもできます。この反応は、セルロースエーテルの製造工程における最終処理工程でよく使用されます。セルロースエーテルが不溶性になった後に使用すると便利です。
洗浄・精製には20～25℃の水を使用します。製品使用時には、製品溶液にアルカリ性物質を添加してpHをアルカリ性に調整することで、製品が速やかに溶解します。この方法は、セルロースエーテル溶液をフィルム状にした後、フィルム処理して不溶性フィルムにする場合にも適用できます。
（7）ヒドロキシプロピルメチルセルロースの酵素耐性は、理論的にはセルロース誘導体、例えば各無水グルコース基は、しっかりと結合した置換基があれば、微生物に感染しにくいが、実際には完成品の置換値が1を超えると、酵素によって分解され、それはセルロース鎖上の各基の置換度が十分に均一ではなく、微生物が置換されていない無水グルコース基を侵食して糖を形成し、微生物が吸収するための栄養分となることを示している。したがって、セルロースのエーテル化置換度が増加すると、セルロースエーテルの酵素侵食に対する耐性も増加します。報告によると、制御された条件下で酵素加水分解を行った結果、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（DS=1.9）の残留粘度は13.2%、メチルセルロース（DS=1.83）は7.3%、メチルセルロース（DS=1.66）は3.8%、ヒドロキシエチルセルロースは1.7%でした。ヒドロキシプロピルメチルセルロースは強力な抗酵素能を有することがわかります。そのため、ヒドロキシプロピルメチルセルロースの優れた酵素耐性は、良好な分散性、増粘性、およびフィルム形成性と相まって、水エマルジョンコーティングなどに使用され、一般的に防腐剤を添加する必要はありません。ただし、溶液を長期保存する場合や外部からの汚染の可能性がある場合は、予防措置として防腐剤を添加することができ、溶液の最終要件に応じて選択することができます。酢酸フェニル水銀とフッ化ケイ酸マンガンは効果的な防腐剤ですが、いずれも毒性があるため、使用には注意が必要です。通常、1リットルあたり1～5mgの酢酸フェニル水銀を溶液に添加します。
（８）の履行ヒドロキシプロピルメチルセルロースフィルムヒドロキシプロピルメチルセルロースは優れたフィルム形成能を有し、その水溶液または有機溶媒溶液をガラス板に塗布し、乾燥後に無色透明になる。そして丈夫なフィルムです。耐湿性が良く、高温でも固体のままです。吸湿性可塑剤を添加すると、伸びや柔軟性を高めることができます。柔軟性を向上させるという点では、グリセリンやソルビトールなどの可塑剤が最も適しています。一般に、溶液濃度は2％〜3％、可塑剤の量はセルロースエーテルの10％〜20％です。可塑剤の含有量が多すぎると、高湿度でコロイド脱水収縮が発生します。可塑剤を添加したフィルムの引張強度は、可塑剤を添加しない場合よりもはるかに大きく、添加量の増加に伴って増加します。フィルムの吸湿性に関しては、可塑剤の量の増加に伴って増加します。
投稿日時: 2024年4月25日