背景と概要
セルロースエーテルは、天然ポリマーである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ポリマーファインケミカル材料です。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誘導体を開発し、多くの産業分野に関わる新たな応用分野が次々と発見されてきました。セルロースエーテル製品には、ナトリウムなどがあります。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）また、その他のセルロースエーテル類は「工業用グルタミン酸ナトリウム」として知られており、石油掘削、建設、塗料、食品、医薬品、日用化学品などに幅広く使用されている。
ヒドロキシエチルメチルセルロース（MHPC）は、無臭、無味、無毒の白色粉末で、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、皮膜形成、懸濁、吸着、ゲル化、界面活性、保水、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。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。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、長期保存時に優れた防カビ性、良好な粘度安定性、防カビ性を発揮します。
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）を導入することによって製造され、未修飾ポリマーよりも優れた耐塩性を有する。また、メチルセルロースのゲル化温度はMCよりも高い。
構造
特徴
ヒドロキシエチルメチルセルロース（HEMC）の主な特徴は以下のとおりです。
1. 溶解性：水および一部の有機溶媒に溶解します。HEMCは冷水にも溶解します。溶解できる最高濃度は粘度によってのみ決まります。溶解度は粘度によって変化し、粘度が低いほど溶解度が高くなります。
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中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が生じる可能性があります。
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製品の水溶液を一定の温度まで加熱すると、不透明になり、ゲル化して沈殿しますが、連続的に冷却すると元の溶液状態に戻ります。このゲル化と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、乳化剤などに依存します。
5. 代謝不活性と低臭気・低香気性：HEMCは代謝されず、低臭気・低香気性であるため、食品や医薬品に広く使用されています。
6. カビ耐性：HEMCは、長期保存中、比較的優れたカビ耐性と良好な粘度安定性を有しています。
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ほとんど受けず、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、水溶液中で界面活性作用を示すため、コロイド保護剤、乳化剤、分散剤として使用できます。その応用例は以下のとおりです。
1. ヒドロキシエチルメチルセルロースがセメントの性能に及ぼす影響。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、皮膜形成、懸濁、吸着、ゲル化、界面活性、保水、コロイド保護などの特性を有しています。水溶液は界面活性機能を有するため、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. 重量部で以下の原料から作られる、非常に柔軟性の高いレリーフ塗料を調製する：脱イオン水 150～200 g、純アクリル乳剤 60～70 g、重質カルシウム 550～650 g、タルク粉末 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、皮膜形成助剤 4～6 g、防腐剤および殺菌剤 1.5～2.5 g、分散剤 1.8～2.2 g、湿潤剤 1.8～2.2 g、エチレングリコール 3.5～4.5 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る。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る。
準備
ヒドロキシエチルメチルセルロースの製造方法であって、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以下のとおりである。溶媒としてトルエンとイソプロパノールの混合物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。具体的な手順は以下のとおりである。
最初のステップとして、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℃まで加熱し、20～40分間保温する。
第２のステップ、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媒を噴霧し、０．００６MPaまで真空引きし、窒素を３回置換充填し、置換後にアルカリ化を行う。アルカリ化条件は、アルカリ化時間は２時間、アルカリ化温度は３０℃〜５０℃である。
第３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まで減圧し、エチレンオキシドと塩化メチルを30～50分間添加する。エーテル化の第１段階：40～60℃、1.0～2.0時間、圧力は0.15～0.3MPaに制御する。エーテル化の第２段階：60～90℃、2.0～2.5時間、圧力は0.4～0.8MPaに制御する。
第４のステップ、中和：あらかじめ計量した氷酢酸を沈殿釜に加え、エーテル化物質を押し込んで中和し、温度を７５〜８０℃に上げて沈殿させ、温度が１０２℃まで上昇し、pH値が６であることが検出され、８時に脱溶媒化が完了します。脱溶媒化タンクには、逆浸透装置で９０℃〜１００℃に処理された水道水が満たされます。
第5ステップ、遠心洗浄：第4ステップの材料を水平スクリュー遠心分離機で遠心分離し、分離された材料をあらかじめ温水で満たされた洗浄槽に移して洗浄する。
第6段階は遠心乾燥です。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送られ、150～170℃で乾燥されます。乾燥された材料は粉砕され、包装されます。
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てヒドロキシエチルメチルセルロースを製造するものであり、ヒドロキシエチル基を含むため優れた防カビ性を有する。また、長期保存においても優れた粘度安定性と防カビ性を示し、他のセルロースエーテルの代替として使用できる。
投稿日時：2024年4月25日