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、重金属とは反応しません。ヒドロキシプロピルメチルセルロース中のメトキシ基含有量とヒドロキシプロピル基含有量の比率と粘度が異なるため、特性の異なる多くの種類があります。たとえば、メトキシ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。しかし、それぞれの種類において、少量のヒドロキシプロピル基または少量のメトキシ基しか含まれていないにもかかわらず、有機溶媒への溶解度や水溶液中の凝集温度に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実際には、プロピレンオキシド（メトキシプロピレン）で修飾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性質を持ち、冷水に溶けやすく、温水には溶けにくいという特徴があります。しかし、修飾されたヒドロキシプロピル基のため、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、メトキシ基含有量2%、置換度DS=0.73、ヒドロキシプロピル基含有量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℃にしかなりません。水への溶解性も大幅に向上しています。例えば、室温で購入できる粉末状のヒドロキシプロピルメチルセルロース（粒度0.2～0.5mm、20℃、4%水溶液の粘度2pa・s）は、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は、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置換度が2.1である必要がありますが、上記製品とは異なり、ヒドロキシプロピルMS=1.5〜1.8、メトキシDS=0.2〜1.0を含み、総置換度が1.8以上の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、熱可塑性および水溶性を有します。また、塩化メチレンや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解します。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様である。2%水溶液を標準として20℃で測定する。同一製品の粘度は濃度の上昇とともに増加する。同一濃度で分子量が異なる製品の場合、分子量の大きい製品の方が粘度が高い。温度との関係はメチルセルロースと同様である。温度が上昇すると粘度は低下し始めるが、ある温度に達すると粘度が急激に上昇しゲル化が起こる。低粘度製品のゲル化温度は高い。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基とヒドロキシプロピル基の組成比や全置換度の大きさにも関係する。ヒドロキシプロピルメチルセルロースも擬塑性物質であり、酵素分解の可能性を除けば、その溶液は室温で粘度低下を起こすことなく安定していることに留意する必要がある。
（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、水溶液中でイオン化せず、重金属イオンと反応して沈殿することはありません。塩化物、臭化物、リン酸塩、硝酸塩などの一般的な塩類を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多少影響します。塩濃度が増加すると、ゲル化温度は低下します。塩濃度が凝集点以下になると、溶液の粘度が増加する傾向があります。したがって、用途によっては、一定量の塩を添加することで、より経済的に増粘効果を得ることができます。そのため、用途によっては、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して増粘効果を得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および耐アルカリ性 ヒドロキシプロピルメチルセルロースは一般的に酸やアルカリに対して安定しており、pH 2〜12 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、ホウ酸などの弱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与えませんが、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、水溶性ポリマー化合物と混合して、粘度の高い均一で透明な溶液にすることができます。これらのポリマー化合物には、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、メチルセルロースなどがあります。アラビアゴム、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示します。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でき、グリセリン、ソルビトール、マンニトールとも混合することができ、これらの化合物はセルロースの可塑剤として使用できます。
（６）不溶性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すことができ、その結果、水溶性エーテルが溶液中に沈殿し、水に不溶性となる。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、アジパルデヒドなどが挙げられる。ホルムアルデヒドを使用する場合は、溶液のpH値に特に注意を払う必要がある。グリオキサールは反応速度が速いため、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る。この種の架橋剤の溶液への添加量は、エーテルの質量に対して0.2%～10%、好ましくは7%～10%であり、例えば、グリオキサール3.3%～6%が最も適している。一般的に、処理温度は0～30℃、処理時間は1～120分である。架橋反応は酸性条件下で行う必要がある。一般的に、溶液のpHは無機強酸または有機カルボン酸を添加して約2～6、好ましくは4～6に調整し、その後アルデヒドを添加して架橋反応を行う。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、クエン酸などがあり、ギ酸または酢酸が推奨され、ギ酸が最適である。酸とアルデヒドを同時に添加して、所望のpH範囲内で架橋反応を起こさせることもできる。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用いられる。セルロースエーテルが不溶性になった後は、容易に利用できる。
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と、製品は溶液に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、フィルムを不溶性フィルムにするための処理にも適用可能です。
（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であり、例えば各無水グルコース基にしっかりと結合した置換基があれば、微生物に侵されにくいが、実際には最終製品の置換値が１を超えると、酵素によって分解される。これは、セルロース鎖上の各基の置換度が十分に均一ではなく、微生物が未置換の無水グルコース基を侵食して糖を形成し、微生物が吸収する栄養素となることを意味する。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する。報告によると、制御された条件下で製造された酵素の加水分解結果では、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い抗酵素能力を有することがわかります。したがって、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、その良好な分散性、増粘性、および皮膜形成特性と相まって、水性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、溶液の長期保存や外部からの汚染の可能性を考慮して、予防的に防腐剤を添加することができ、その選択は溶液の最終的な要件に応じて決定できます。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、取り扱いには注意が必要です。一般的に、1リットルの溶液に1～5mgの酢酸フェニル水銀を添加することができます。
（８）パフォーマンスヒドロキシプロピルメチルセルロースヒドロキシプロピルメチルセルロースフィルムは、優れたフィルム形成特性を有しています。その水溶液または有機溶媒溶液をガラス板に塗布すると、乾燥後に無色透明になり、強靭なフィルムとなります。耐湿性にも優れ、高温でも固体状態を維持します。吸湿性可塑剤を添加すると、伸長性と柔軟性が向上します。柔軟性の向上という点では、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。一般的に、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、高湿度下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、可塑剤を添加していないフィルムよりもはるかに大きく、添加量の増加とともに増加します。フィルムの吸湿性についても、可塑剤の量の増加とともに増加します。
投稿日時：2024年4月25日