ヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）ヒドロキシプロピルメチルセルロースは、非イオン性で水溶性のセルロース混合エーテルです。外観は白色からわずかに黄色の粉末または顆粒状物質で、無味無臭、無毒、化学的に安定しており、水に溶解して滑らかで透明な粘性のある溶液を形成します。ヒドロキシプロピルメチルセルロースの用途における最も重要な特性の1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の濃度、せん断速度、溶液温度などの要因に依存します。
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HPMC水溶液の流体タイプ
一般に、せん断流における流体の応力は、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る。ƒ(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、ビンガム塑性流体など、さまざまな種類に分類される。
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種類に分けられます。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溶液について包括的かつ体系的な比較研究を行いました。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、すなわち非ニュートン流体は、非常に低い濃度でのみニュートン流体に近づきます。ヒドロキシプロピルメチルセルロース溶液の擬塑性は、用途において重要な役割を果たします。例えば、塗料に適用する場合、水溶液のせん断減粘特性により、溶液の粘度はせん断速度の増加とともに低下し、顔料粒子の均一な分散に寄与し、塗料の流動性も向上します。その効果は非常に大きいです。一方、静止状態では、溶液の粘度は比較的大きく、塗料中の顔料粒子の沈着を効果的に防止します。
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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重要な指標の一つは、水溶液の見かけ粘度である。見かけ粘度の測定方法としては、一般的に毛細管粘度法、回転粘度法、落球粘度法などが挙げられる。
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から下部の目盛りまで通過する時間 (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ある。セルロースエーテルこれらの溶液には微量の不溶性物質が含まれており、毛細管粘度計が詰まった場合にのみ検出されるため、毛細管粘度計を用いた分析は困難です。そのため、ほとんどのメーカーは回転式粘度計を用い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。ブルックフィールド粘度計は海外で広く使用されており、NDJ粘度計は中国で使用されています。
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HPMCの粘度に影響を与える要因
3.1 集計度との関係
他のパラメータが一定である場合、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上昇とともに増加します。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及ぼす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、せん断減粘性を示す。公称粘度の異なる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、異なるせん断速度での粘度をそれぞれ測定した。結果は以下のとおりである。図に示すように、低せん断速度では、ヒドロキシプロピルメチルセルロース溶液の粘度は大きく変化しなかった。せん断速度が増加するにつれて、公称粘度が高い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、低粘度の溶液の粘度は顕著に低下しなかった。
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よって大きく影響を受ける。温度が上昇すると、溶液の粘度は低下する。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、および微生物分解によっても影響を受けます。通常、粘度性能を向上させたり、使用コストを削減したりするには、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調整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も水溶液に添加できます。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、保水性、垂れ抵抗性など、ヒドロキシプロピルメチルセルロース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、一般的に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。しかし、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すると、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水溶液は優れた抗菌安定性を有していますが、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置換度の高い疎水性基と立体障害基を有しているためです。しかし、置換反応は通常均一ではないため、未置換の無水グルコース単位が微生物によって最も容易に侵食され、セルロースエーテル分子の分解と鎖切断を引き起こします。その結果、水溶液の見かけの粘度が低下します。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、殺菌剤を選択する際には、安全性に注意し、人体に無毒で、安定した性質を持ち、無臭の製品を選択する必要があります。例えば、ダウケムのAMICAL殺菌剤、CANGUARD64防腐剤、FUELSAVER殺菌剤などが挙げられます。
投稿日時：2024年4月28日