ヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）非イオン性の水溶性セルロース混合エーテルです。外観は白色から淡黄色の粉末または粒状で、無味無臭、無毒、化学的に安定しており、水に溶解すると滑らかで透明な粘性溶液を形成します。ヒドロキシプロピルメチルセルロースの応用における最も重要な特性の一つは、液体の粘度を高めることです。増粘効果は、製品の重合度（DP）、水溶液中のセルロースエーテル濃度、せん断速度、溶液温度などに依存します。
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HPMC水溶液の流動性
一般に、せん断流中の流体の応力は、時間に依存しない限り、せん断速度 ƒ(γ) のみの関数として表すことができます。 f(γ) の形状に応じて、流体はニュートン流体、ダイラタント流体、擬塑性流体、ビンガム塑性流体といった様々な種類に分類されます。
セルロースエーテルは、非イオン性セルロースエーテルとイオン性セルロースエーテルの2つのカテゴリに分けられます。これら2種類のセルロースエーテルのレオロジーについて、SC Naikらは、ヒドロキシエチルセルロースとカルボキシメチルセルロースナトリウムの溶液について包括的かつ体系的な比較研究を実施しました。その結果、非イオン性セルロースエーテル溶液とイオン性セルロースエーテル溶液の両方が擬塑性であることが示されました。流れ、つまり非ニュートン流は、非常に低濃度でのみニュートン液体に近づきます。ヒドロキシプロピルメチルセルロース溶液の擬塑性は、応用において重要な役割を果たします。たとえば、コーティングに適用すると、水溶液のずり減粘特性により、ずり速度の増加とともに溶液の粘度が低下し、顔料粒子の均一な分散に役立ち、コーティングの流動性も向上します。その効果は非常に大きいです。静止時には溶液の粘度が比較的大きいため、コーティング内での顔料粒子の沈着が効果的に防止されます。
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HPMC粘度試験方法
ヒドロキシプロピルメチルセルロースの増粘効果を測定する上で重要な指標は、水溶液の見かけ粘度です。見かけ粘度の測定方法には、通常、毛細管粘度法、回転粘度法、落球粘度法などがあります。
ここで、 は見かけ粘度、mPa・s、 K は粘度計定数、 d は 20/20°C における溶液サンプルの密度、 t は溶液が粘度計の上部を通過して下部のマークに到達するまでの時間、s、 標準油が粘度計を通過する時間を測定します。
しかし、毛細管粘度計による測定方法はより面倒です。多くのセルロースエーテルこれらの溶液は微量の不溶性物質を含んでいるため、毛細管粘度計では分析が困難です。これらの物質は毛細管粘度計が詰まった場合にのみ検出されます。そのため、ほとんどのメーカーは回転式粘度計を使用してヒドロキシプロピルメチルセルロースの品質管理を行っています。海外ではブルックフィールド粘度計が一般的に使用されており、中国ではNDJ粘度計が使用されています。
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HPMC粘度に影響を与える要因
3.1 凝集度との関係
他のパラメータが変化しない場合、ヒドロキシプロピルメチルセルロース溶液の粘度は重合度（DP）、分子量、または分子鎖長に比例し、重合度の増加とともに増加します。この効果は、重合度が高い場合よりも低い場合の方が顕著です。
3.2 粘度と濃度の関係
ヒドロキシプロピルメチルセルロースの粘度は、水溶液中の製品濃度の増加に伴って増加します。わずかな濃度変化でも粘度は大きく変化します。ヒドロキシプロピルメチルセルロースの公称粘度では、溶液濃度の変化が溶液の粘度に与える影響はますます顕著になります。
3.3 粘度とせん断速度の関係
ヒドロキシプロピルメチルセルロース水溶液は剪断減粘性を有する。異なる公称粘度のヒドロキシプロピルメチルセルロースを2%水溶液として調製し、異なる剪断速度における粘度をそれぞれ測定した。結果は図に示す通りである。低剪断速度では、ヒドロキシプロピルメチルセルロース溶液の粘度に大きな変化は見られなかった。剪断速度が上昇するにつれて、高公称粘度のヒドロキシプロピルメチルセルロース溶液の粘度はより顕著に低下したが、低粘度の溶液では顕著な低下は見られなかった。
3.4 粘度と温度の関係
ヒドロキシプロピルメチルセルロース溶液の粘度は温度に大きく影響されます。温度が上昇すると、溶液の粘度は低下します。図に示すように、濃度2%の水溶液を調製し、温度上昇に伴う粘度の変化を測定しました。
3.5 その他の影響要因
ヒドロキシプロピルメチルセルロース水溶液の粘度は、溶液中の添加剤、溶液のpH値、微生物分解の影響も受けます。通常、粘度特性を向上させるため、または使用コストを削減するために、粘土、改質粘土、ポリマー粉末、デンプンエーテル、脂肪族共重合体などのレオロジー改質剤をヒドロキシプロピルメチルセルロース水溶液に添加する必要があります。また、塩化物、臭化物、リン酸塩、硝酸塩などの電解質を水溶液に添加することもできます。これらの添加剤は、水溶液の粘度特性に影響を与えるだけでなく、ヒドロキシプロピルメチルセルロースの保水性、たるみ抵抗性などの他の用途特性にも影響を与えます。
ヒドロキシプロピルメチルセルロース水溶液の粘度は酸やアルカリの影響をほとんど受けず、通常は3～11の範囲で安定しています。ギ酸、酢酸、リン酸、ホウ酸、クエン酸などの弱酸にはある程度耐えることができます。ただし、濃酸は粘度を低下させます。ただし、苛性ソーダ、水酸化カリウム、石灰水などの影響はほとんどありません。他のセルロースエーテルと比較して、ヒドロキシプロピルメチルセルロース水溶液は抗菌安定性に優れています。その主な理由は、ヒドロキシプロピルメチルセルロースが高置換度の疎水基と立体障害基を有することです。しかし、置換反応は通常均一ではないため、置換されていない無水グルコース単位が微生物によって最も侵食されやすく、セルロースエーテル分子の分解と鎖切断が起こります。その性能は水溶液の見かけの粘度が低下することです。ヒドロキシプロピルメチルセルロース水溶液を長期間保存する必要がある場合は、粘度が大きく変化しないように微量の抗真菌剤を添加することをお勧めします。抗真菌剤、防腐剤、殺菌剤を選ぶときは、安全性に注意し、人体に無毒で、安定した性質を持ち、臭いのない製品、例えばDOW ChemのAMICAL殺菌剤、CANGUARD64防腐剤、FUELSAVER殺菌剤などの製品を選ぶ必要があります。対応する役割を果たすことができます。
投稿日時: 2024年4月28日