カルボキシメチルセルロースナトリウム（別名：カルボキシメチルセルロースナトリウム、カルボキシメチルセルロース、CMCカルボキシメチルセルロースナトリウム（カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩）は、今日世界で最も広く使用され、最も多く使用されているセルロースの種類です。
CMC-Naは、グルコース重合度100～2000、相対分子量242.16のセルロース誘導体です。白色の繊維状または顆粒状の粉末で、無臭、無味、吸湿性があり、有機溶媒には不溶です。
基本特性
1. カルボキシメチルセルロースナトリウム（CMC）の分子構造
1918年にドイツで初めて製造され、1921年に特許を取得して世界に登場しました。その後、ヨーロッパで商業生産が実現しました。当時は粗製品のみで、コロイドや結合剤として使用されていました。1936年から1941年にかけて、カルボキシメチルセルロースナトリウムの工業的応用研究が活発に行われ、いくつかの画期的な特許が発明されました。第二次世界大戦中、ドイツは合成洗剤にカルボキシメチルセルロースナトリウムを使用しました。1943年にハーキュリーズ社が米国で初めてカルボキシメチルセルロースナトリウムを製造し、1946年には精製されたカルボキシメチルセルロースナトリウムを製造し、安全な食品添加物として認められました。我が国は1970年代に採用を開始し、1990年代には広く使用されるようになりました。現在では、世界で最も広く使用され、最も多く使用されているセルロースです。
構造式：C6H7O2(OH)2OCH2COONa 分子式：C8H11O7Na
本製品は、陰イオン繊維であるセルロースカルボキシメチルエーテルのナトリウム塩です。
2．カルボキシメチルセルロースナトリウム（CMC）の出現
この製品は、セルロースカルボキシメチルエーテルのナトリウム塩であり、陰イオンセルロースエーテルで、白色または乳白色の繊維状粉末または顆粒で、密度は0.5～0.7 g/cm3、ほぼ無臭、無味、吸湿性があります。水に容易に分散して透明なコロイド溶液を形成し、エタノールなどの有機溶媒には不溶です[1]。1%水溶液のpHは6.5～8.5で、pH>10または<5の場合、粘液の粘度が著しく低下し、pH=7のときに性能が最高になります。熱に対して安定しており、粘度は20℃以下で急速に上昇し、45℃でゆっくりと変化します。80℃以上で長時間加熱すると、コロイドが変性し、粘度と性能が著しく低下します。水に容易に溶解し、溶液は透明です。アルカリ溶液中では非常に安定しているが、酸に触れると容易に加水分解され、pH値が2～3になると沈殿し、多価金属塩とも反応する。
主な目的
食品業界では増粘剤として、製薬業界では薬剤担体として、日用化学業界では結合剤および再付着防止剤として使用されています。印刷・染色業界では、サイジング剤や印刷ペーストの保護コロイドとして使用されています。石油化学業界では、石油回収破砕液の成分として使用できます。[2]
非互換性
カルボキシメチルセルロースナトリウムは、強酸溶液、可溶性鉄塩、およびアルミニウム、水銀、亜鉛などの一部の金属とは反応性があります。pHが2未満の場合、または95%エタノールと混合した場合、沈殿が生じます。
カルボキシメチルセルロースナトリウムは、ゼラチンやペクチンと共凝集体を形成することができ、またコラーゲンとも複合体を形成し、特定の正電荷を帯びたタンパク質を沈殿させる可能性がある。
クラフト
CMCは通常、天然セルロースを苛性アルカリとモノクロロ酢酸と反応させて作られるアニオン性ポリマー化合物で、分子量は6400（±1000）です。主な副生成物は塩化ナトリウムとグリコール酸ナトリウムです。CMCは天然セルロースの改質物です。国連食糧農業機関（FAO）と世界保健機関（WHO）は、これを正式に「改質セルロース」と呼んでいます。
CMCの品質を測定する主な指標は、置換度（DS）と純度です。一般的に、CMCの特性はDSによって異なり、置換度が高いほど溶解性が強くなり、溶液の透明度と安定性が向上します。報告によると、CMCの透明度は置換度が0.7～1.2のときに最も良く、水溶液の粘度はpH値が6～9のときに最大になります。品質を確保するためには、エーテル化剤の選択に加えて、アルカリとエーテル化剤の量、エーテル化時間、システム内の水分量、温度、pH値、溶液濃度、塩分など、置換度と純度に影響を与えるいくつかの要因も考慮する必要があります。
現状
近年、我が国のいくつかの科学研究機関は、原料（綿リンターから作られる精製綿）の不足を解消するため、企業と協力して稲わら、粉砕綿（廃綿）、豆腐粕を総合的に利用してCMCを製造することに成功しました。生産コストが大幅に削減され、CMC工業生産のための新たな原料源が開拓され、資源の総合的な利用が実現しました。一方では生産コストが削減され、他方ではCMCはより高精度へと発展しています。CMCの研究開発は主に、既存の生産技術の変革と製造プロセスの革新、および海外で開発され広く使用されている「溶媒スラリー法」[3]プロセスなどの独自の特性を持つ新しいCMC製品に焦点を当てています。高安定性の新しいタイプの改質CMCが生産されています。置換度が高く、置換基の分布がより均一であるため、より広い工業生産分野と複雑な使用環境で使用でき、より高いプロセス要件を満たすことができます。国際的には、この新しいタイプの改質CMCは「ポリアニオンセルロース（PAC、ポリアニオンセルロース）」とも呼ばれています。
安全性
高いセキュリティ、ADIには規制は必要なく、国家規格が策定されている[4]。
応用
本製品は、結合、増粘、強化、乳化、保水、懸濁の機能を有しています。
食品におけるCMCの応用
FAOとWHOは、食品への純粋なCMCの使用を承認しました。これは、非常に厳格な生物学的および毒性学的研究と試験を経て承認されました。国際基準の安全摂取量（ADI）は25mg/(kg·d)で、これは1人あたり約1.5g/日です。摂取量が10kgに達しても毒性反応を示さなかった人もいると報告されています。CMCは食品用途において優れた乳化安定剤および増粘剤であるだけでなく、優れた凍結および融解安定性も持ち、製品の風味を向上させ、保存期間を延長することができます。豆乳、アイスクリーム、ゼリー、飲料、缶詰に使用される量は約1%～1.5%です。CMCは、酢、醤油、植物油、果汁、グレービー、野菜ジュースなどと安定した乳化分散を形成することもでき、その用量は0.2%～0.5%です。特に、動物性油脂、植物性油脂、タンパク質、水溶液に対して優れた乳化性能を発揮し、安定した性能を持つ均一なエマルジョンを形成できます。安全性と信頼性が高いため、その使用量は国の食品衛生基準であるADI（一日許容摂取量）の制限を受けません。CMCは食品分野で継続的に開発が進められており、ワイン製造におけるカルボキシメチルセルロースナトリウムの応用に関する研究も行われています。
医療におけるCMCの使用
製薬業界では、注射剤の乳化安定剤、錠剤の結合剤およびフィルム形成剤として使用できます。基礎研究および動物実験により、CMCが安全で信頼できる抗がん剤キャリアであることが証明されています。CMCを膜材料として使用した漢方薬である養陰生済散の改良剤形、養陰生済膜は、皮膚剥削術の創傷や外傷性創傷に使用できます。動物モデル研究では、このフィルムが創傷感染を予防し、ガーゼドレッシングと有意差がないことが示されています。創傷組織液の滲出を抑制し、創傷治癒を早める点では、このフィルムはガーゼドレッシングよりも有意に優れており、術後浮腫や創傷刺激を軽減する効果があります。ポリビニルアルコール：カルボキシメチルセルロースナトリウム：ポリカルボキシエチレンを3：6：1の比率で調製したフィルム製剤が最適処方であり、接着性と放出速度の両方が向上します。製剤の接着性、口腔内での製剤の滞留時間、製剤中の薬効はすべて大幅に改善されています。ブピバカインは強力な局所麻酔薬ですが、中毒を起こすと深刻な心血管系の副作用を引き起こすことがあります。そのため、ブピバカインは臨床で広く使用されていますが、その中毒反応の予防と治療に関する研究は常に注目されています。薬理学的研究では、ブピバカイン溶液で製剤化された徐放性物質であるCIVICが、この薬の副作用を大幅に軽減できることが示されています。PRK手術では、低濃度のテトラカインと非ステロイド性抗炎症薬をCMCと併用することで、術後の痛みを大幅に軽減できます。術後腹膜癒着の予防と腸閉塞の軽減は、臨床外科で最も懸念される問題の一つです。研究によると、CMCは術後腹膜癒着の程度を軽減する点でヒアルロン酸ナトリウムよりも有意に優れており、腹膜癒着の発生を予防する効果的な方法として使用できます。 CMCは、肝癌の治療における抗癌剤のカテーテル肝動脈内注入に使用され、抗癌剤の腫瘍内滞留時間を大幅に延長し、抗腫瘍力を高め、治療効果を向上させることができます。動物医療においても、CMCは幅広い用途があります。雌羊に1% CMC溶液を腹腔内注入すると、家畜の生殖器手術後の難産や腹部癒着の予防に有意な効果があることが報告されています[5]。
その他の産業用途におけるCMC
洗剤において、CMCは汚れの再付着防止剤として使用でき、特に疎水性合成繊維生地において、カルボキシメチル繊維よりもはるかに優れた効果を発揮する。
CMCは、石油掘削における泥水安定剤および保水剤として、油井を保護するために使用できます。油井1本あたりの使用量は、浅井戸で2.3トン、深井戸で5.6トンです。
繊維産業では、サイジング剤、印刷および染色ペーストの増粘剤、繊維印刷および硬化仕上げに使用されます。サイジング剤として使用すると、溶解性と粘度が向上し、脱サイジングが容易になります。硬化剤としては、その添加量は95%以上です。サイジング剤として使用すると、サイズフィルムの強度と柔軟性が大幅に向上します。再生シルクフィブロインとカルボキシメチルセルロースからなる複合膜をマトリックスとしてグルコースオキシダーゼを固定化し、グルコースオキシダーゼとフェロセンカルボキシレートを固定化することで、作製したグルコースバイオセンサーの感度と安定性が向上します。研究によると、シリカゲルホモジネートを濃度約1%（w/v）のCMC溶液で調製すると、調製した薄層プレートのクロマトグラフィー性能が最適であることが示されています。同時に、最適化された条件下でコーティングされた薄層プレートは適切な層強度を持ち、さまざまなサンプリング技術に適しており、操作が容易です。 CMCはほとんどの繊維に接着し、繊維間の結合を強化することができます。その粘度の安定性により、サイジングの均一性が確保され、織物の効率が向上します。また、繊維製品の仕上げ剤として、特に永久的な防シワ加工に使用でき、生地に耐久性のある変化をもたらします。
CMCは、塗料の沈降防止剤、乳化剤、分散剤、レベリング剤、接着剤として使用できます。塗料の固形分を溶剤中に均一に分散させることで、塗膜の剥離を長期間防ぎます。また、塗料にも広く使用されています。
CMCを凝集剤として使用する場合、カルシウムイオンの除去においてグルコン酸ナトリウムよりも効果的である。陽イオン交換体として使用する場合、その交換容量は1.6ml/gに達する。
CMCは製紙業界で紙のサイズ剤として使用され、紙の乾燥強度と湿潤強度、耐油性、吸インク性、耐水性を大幅に向上させることができます。
CMCは化粧品のハイドロゾルとして、また歯磨き粉の増粘剤として使用され、その配合量は約5%である。
CMCは凝集剤、キレート剤、乳化剤、増粘剤、保水剤、サイジング剤、皮膜形成剤などとして使用でき、電子機器、農薬、皮革、プラスチック、印刷、セラミック、歯磨き粉、日用化学品などの分野でも広く使用されています。その優れた性能と幅広い用途により、常に新しい応用分野が開拓されており、市場の見通しは非常に明るいと言えます。
予防
（１）本製品は強酸、強アルカリ、重金属イオン（アルミニウム、亜鉛、水銀、銀、鉄など）との相性が悪いため、使用しないでください。
（２）本製品の許容摂取量は0～25mg/kg・日である。
説明書
CMCを水と直接混ぜてペースト状の接着剤を作り、後で使用します。CMC接着剤を調製する際は、まず攪拌装置付きのバッチタンクに一定量のきれいな水を加え、攪拌装置をオンにしたら、CMCをバッチタンクにゆっくりと均一に振り入れ、連続的に攪拌して、CMCが水と完全に混ざり合い、完全に溶解するようにします。CMCを溶解する際に均一に振り入れて連続的に攪拌する必要がある理由は、「CMCが水と接触した際に凝集や塊状化の問題を防ぎ、溶解するCMCの量を減らす」ため、そしてCMCの溶解速度を上げるためです。攪拌時間とCMCが完全に溶解する時間は同じではありません。これらは2つの概念です。一般的に、攪拌時間はCMCが完全に溶解する時間よりもはるかに短いです。2つに必要な時間は具体的な状況によって異なります。
撹拌時間を決定する基準は次のとおりです。CMCが水中に均一に分散し、明らかな大きな塊がない場合は、撹拌を停止して、静置状態でCMCと水が互いに浸透して融合するようにすることができます。
CMCが完全に溶解するのに必要な時間を決定する基準は以下のとおりです。
（１）CMCと水は完全に結合しており、両者の間に固液分離は存在しない。
（２）混合ペーストは均一な状態であり、表面は平坦で滑らかである。
（３）混合ペーストの色はほぼ無色透明で、ペースト中に粒状物は存在しない。CMCをバッチタンクに入れて水と混合してからCMCが完全に溶解するまでの所要時間は１０〜２０時間である。
投稿日時：2024年4月26日