背景と概要
セルロースエーテルは、天然高分子セルロースを化学処理して作られる、広く利用されている高分子ファインケミカル素材です。19世紀に硝酸セルロースと酢酸セルロースが製造されて以来、化学者たちは多くのセルロースエーテルのセルロース誘導体を開発し、多くの産業分野にまたがる新たな応用分野を次々と発見してきました。セルロースエーテル製品には、ナトリウム、カルボキシメチルセルロース（CMC）, エチルセルロース（EC）, ヒドロキシエチルセルロース（HEC）, ヒドロキシプロピルセルロース（HPC）, メチルヒドロキシエチルセルロース（MHEC）そしてメチルヒドロキシプロピルセルロース（MHPC）その他のセルロースエーテルは「工業用グルタミン酸ナトリウム」として知られ、石油掘削、建設、コーティング、食品、医薬品、日用化学品に広く使用されています。
ヒドロキシエチルメチルセルロース（MHPC）は、無臭、無味、無毒性の白色粉末で、冷水に溶解すると透明な粘性溶液を形成します。増粘、結合、分散、乳化、フィルム形成、懸濁、吸着、ゲル化、界面活性、保湿、コロイド保護などの特性を有しています。水溶液の界面活性作用により、コロイド保護剤、乳化剤、分散剤として使用できます。ヒドロキシエチルメチルセルロース水溶液は親水性に優れ、効率的な保水剤です。ヒドロキシエチルメチルセルロースはヒドロキシエチル基を含むため、優れた防カビ性、粘度安定性、長期保存時の耐カビ性を備えています。
ヒドロキシエチルメチルセルロース（HEMC）は、メチルセルロース（MC）にエチレンオキシド置換基（MS 0.3～0.4）を導入することで製造され、未修飾ポリマーよりも耐塩性に優れています。また、メチルセルロースのゲル化温度もMCよりも高いです。
構造
特徴
ヒドロキシエチルメチルセルロース (HEMC) の主な特性は次のとおりです。
1. 溶解性：水および一部の有機溶媒に可溶です。HEMCは冷水にも溶解します。最高濃度は粘度によってのみ決まります。溶解性は粘度によって異なります。粘度が低いほど、溶解性は高くなります。
2. 耐塩性：HEMC 製品は非イオン性セルロースエーテルであり、高分子電解質ではないため、金属塩や有機電解質が存在する水溶液では比較的安定していますが、電解質を過剰に添加するとゲル化や沈殿を引き起こす可能性があります。
3. 表面活性：水溶液の表面活性機能により、コロイド保護剤、乳化剤、分散剤として使用できます。
4. 熱ゲル化：HEMC製品の水溶液はある温度まで加熱すると白濁し、ゲル化して沈殿しますが、冷却し続けると元の溶液状態に戻ります。このゲル化や沈殿が発生する温度は、主に潤滑剤、懸濁助剤、保護コロイド、乳化剤などによって異なります。
5. 代謝不活性、低臭・低香料：HEMCは代謝されず、低臭・低香料であるため、食品や医薬品に広く使用されています。
6. カビ抵抗性：HEMC は比較的優れたカビ抵抗性と長期保管時の粘度安定性を備えています。
7. pH安定性：HEMC製品の水溶液の粘度は酸やアルカリの影響を受けにくく、pH値は3.0～11.0の範囲内で比較的安定しています。
応用
ヒドロキシエチルメチルセルロースは、水溶液中での界面活性作用により、コロイド保護剤、乳化剤、分散剤として使用できます。その用途例は以下の通りです。
1. ヒドロキシエチルメチルセルロースのセメント性能への影響。ヒドロキシエチルメチルセルロースは、無臭、無味、無毒性の白色粉末で、冷水に溶解すると透明な粘性溶液を形成します。増粘作用、結合作用、分散作用、乳化作用、フィルム形成作用、懸濁作用、吸着作用、ゲル化作用、界面活性作用、保湿作用、コロイド保護作用などの特性を有しています。水溶液は界面活性作用を有するため、コロイド保護剤、乳化剤、分散剤として使用できます。ヒドロキシエチルメチルセルロース水溶液は親水性が高く、効率的な保水剤です。
2. 柔軟性に優れたレリーフペイントを調製します。このペイントは、重量比で以下の原材料から作られています：脱イオン水 150〜200 g、純粋アクリルエマルジョン 60〜70 g、重カルシウム 550〜650 g、タルク粉 70〜90 g、ベースセルロース水溶液 30〜40 g、リグノセルロース水溶液 10〜20 g、造膜助剤 4〜6 g、防腐剤および防カビ剤 1.5〜2.5 g、分散剤 1.8〜2.2 g、湿潤剤 1.8〜2.2 g、3.5〜4.5 g、エチレングリコール 9〜11 g。ヒドロキシエチルメチルセルロース水溶液は、2〜4％のヒドロキシエチルメチルセルロースを水に溶解して作成します。リグノセルロース水溶液は、1〜3％のリグノセルロースを水に溶解して作成します。
準備
ヒドロキシエチルメチルセルロースの製造方法は、精製綿を原料とし、エチレンオキシドをエーテル化剤としてヒドロキシエチルメチルセルロースを製造する方法である。ヒドロキシエチルメチルセルロースを製造するための原料の重量部は、溶媒としてトルエンとイソプロパノールの混合液700～800部、水30～40部、水酸化ナトリウム70～80部、精製綿80～85部、オキシエタン20～28部、塩化メチル80～90部、氷酢酸16～19部であり、具体的な手順は以下の通りである。
第一段階：反応釜にトルエンとイソプロパノールの混合物、水、水酸化ナトリウムを加え、60〜80℃に加熱し、20〜40分間保温します。
第二段階、アルカリ化：上記の材料を30〜50℃に冷却し、精製綿を加え、トルエンとイソプロパノールの混合溶剤を噴霧し、0.006Mpaまで真空引きし、窒素を3回充填して置換し、置換後にアルカリ化を行う。アルカリ化条件は、アルカリ化時間が2時間、アルカリ化温度が30℃〜50℃である。
第三段階、エーテル化：アルカリ化が完了した後、反応器を0.05〜0.07MPaに真空にし、エチレンオキシドと塩化メチルを30〜50分間添加します。エーテル化の第1段階：40〜60℃、1.0〜2.0時間、圧力を0.15〜0.3Mpaに制御します。エーテル化の第2段階：60〜90℃、2.0〜2.5時間、圧力を0.4〜0.8Mpaに制御します。
第四段階、中和：予め計量した氷酢酸を沈殿釜に加え、エーテル化物に圧入して中和し、沈殿温度を75〜80℃に上げます。温度が102℃まで上昇し、pH値が6と検出されます。8時に脱溶媒が完了します。脱溶媒タンクに、逆浸透装置で90℃〜100℃に処理した水道水を満たします。
第５段階、遠心洗浄：第４段階の材料を水平スクリュー遠心分離機で遠心分離し、分離された材料を予め温水を満たした洗浄槽に移し、材料を洗浄する。
第六段階、遠心乾燥：洗浄された材料は水平スクリュー遠心分離機を通して乾燥機に搬送され、150〜170℃で乾燥され、乾燥した材料は粉砕され包装される。
既存のセルロースエーテル製造技術と比較して、本発明はエチレンオキシドをエーテル化剤として用いることで、ヒドロキシエチルメチルセルロースを製造する。ヒドロキシエチル基を含有するため、優れた防カビ性を有する。粘度安定性と長期保存時の防カビ性が良好であり、他のセルロースエーテルの代替として使用することができる。
投稿日時: 2024年4月25日