セルロースエーテルセルロースを原料としたエーテル構造の高分子化合物です。セルロース高分子中の各グルコシル環には3つのヒドロキシル基、6番目の炭素原子に1級ヒドロキシル基、2番目と3番目の炭素原子に2級ヒドロキシル基が含まれており、ヒドロキシル基の水素が炭化水素基に置換されたセルロースエーテル誘導体が生成されます。これは、セルロースポリマー中のヒドロキシル基の水素が炭化水素基に置換された生成物です。セルロースは溶解も溶融もしないポリヒドロキシポリマー化合物です。エーテル化後、セルロースは水、希アルカリ溶液、有機溶媒に可溶で、熱可塑性を有します。
セルロースは、溶解も融解もしないポリヒドロキシ高分子化合物です。エーテル化することで、水、希アルカリ溶液、有機溶媒に可溶となり、熱可塑性を有します。
1.自然：
エーテル化後のセルロースの溶解度は大きく変化します。水、希酸、希アルカリ、または有機溶媒に溶解できます。溶解度は主に3つの要因に依存します。（1）エーテル化プロセスで導入された基の特性。導入された基が大きいほど溶解度が低く、導入された基の極性が強いほど、セルロースエーテルは水に溶けやすくなります。（2）置換度と高分子中のエーテル化基の分布。ほとんどのセルロースエーテルは、一定の置換度でのみ水に溶解でき、置換度は0〜3です。（3）セルロースエーテルの重合度。重合度が高いほど溶解性が低くなります。水に溶解できる置換度が低いほど、範囲が広くなります。セルロースエーテルには優れた性能を持つ種類が多く、建設、セメント、石油、食品、繊維、洗剤、塗料、医薬品、製紙、電子部品などの業界で広く使用されています。
2. 開発：
中国は世界最大のセルロースエーテルの生産国であり、消費国でもあります。年平均成長率は20%を超えています。予備統計によると、中国には約50社のセルロースエーテル生産企業があり、セルロースエーテル産業の設計生産能力は40万トンを超えています。また、1万トンを超える企業は約20社あり、主に山東省、河北省、重慶市、江蘇省、浙江省、上海市などに分布しています。
3. 必要なもの：
2011年、中国のCMC生産能力は約30万トンでした。医薬品、食品、日用化学品などの業界で高品質のセルロースエーテルの需要が高まるにつれて、CMC以外のセルロースエーテル製品の国内需要も増加しています。MC / HPMCの生産能力は約12万トン、HECの生産能力は約2万トンです。PACは中国ではまだ普及と応用の段階にあります。大規模な海洋油田の開発や建材、食品、化学などの産業の発展に伴い、PACの量と分野は年々増加し、拡大しており、生産能力は1万トンを超えています。
4. 分類：
置換基の化学構造分類により、アニオン性エーテル、カチオン性エーテル、ノニオン性エーテルに分類されます。使用するエーテル化剤の種類により、メチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、エチルセルロース、ベンジルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、シアノエチルセルロース、ベンジルシアノエチルセルロース、カルボキシメチルヒドロキシエチルセルロース、フェニルセルロースなどがあります。メチルセルロースとエチルセルロースがより実用的です。
メチルセルロース：
精製綿をアルカリ処理した後、塩化メタンをエーテル化剤として一連の反応を経てセルロースエーテルを生成します。一般的に置換度は1.6～2.0で、置換度によって溶解度も異なります。非イオン性セルロースエーテルに属します。
（1）メチルセルロースは冷水に溶けますが、温水には溶けにくいです。水溶液はpH3～12の範囲で非常に安定しています。デンプン、グアーガムなど、多くの界面活性剤との相溶性も良好です。ゲル化温度に達するとゲル化します。
（2）メチルセルロースの保水性は、添加量、粘度、粒子径、溶解速度に依存する。一般的に、添加量が多く、細かさが小さく、粘度が大きいほど保水性は高くなる。その中でも、添加量は保水性に最も大きく影響し、粘度の高さは保水性の高さに正比例しない。溶解速度は主にセルロース粒子の表面改質度と粒子の細かさに依存する。上記のセルロースエーテルの中で、メチルセルロースとヒドロキシプロピルメチルセルロースは保水性が高い。
（3）温度変化はメチルセルロースの保水性に重大な影響を与える可能性があります。一般的に、温度が高いほど保水性は低下します。モルタルの温度が40℃を超えると、メチルセルロースの保水性が著しく低下し、モルタルの施工に重大な影響を与えます。
（4）メチルセルロースモルタルの作業性と凝集性に大きな影響を与えます。ここでの「接着性」とは、作業者の塗布具と壁下地との間に感じられる結合力、つまりモルタルのせん断抵抗を指します。接着性が高く、モルタルのせん断抵抗が大きく、作業者が使用過程で要求する強度も大きく、モルタルの施工性能は低いです。メチルセルロースの凝集性は、セルロースエーテル製品の中では中程度です。
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は、生産量と消費量が急速に増加しているセルロースの一種です。精製綿をアルカリ処理し、プロピレンオキシドと塩化メチルをエーテル化剤として一連の反応を経て得られる非イオン性セルロース混合エーテルです。置換度は一般的に1.2～2.0です。その特性は、メトキシル基含有量とヒドロキシプロピル基含有量の比率によって異なります。
（1）ヒドロキシプロピルメチルセルロースは冷水に容易に溶けますが、熱水には溶けにくいです。しかし、熱水中でのゲル化温度はメチルセルロースよりも大幅に高く、冷水への溶解性もメチルセルロースに比べて大幅に向上しています。
（2）ヒドロキシプロピルメチルセルロースの粘度は分子量と相関関係にあり、分子量が大きいほど粘度は高くなります。温度も粘度に影響を与え、温度が上昇すると粘度は低下します。しかし、高粘度と温度の影響はメチルセルロースに比べて小さく、室温で保存した場合、溶液は安定しています。
（３）ヒドロキシプロピルメチルセルロースの保水性は添加量、粘度などに依存し、同じ添加量ではメチルセルロースよりも保水性が高い。
（4）ヒドロキシプロピルメチルセルロース酸とアルカリに対して安定であり、水溶液はpH=2～12の範囲で非常に安定しています。苛性ソーダと石灰水は性能にほとんど影響を与えませんが、アルカリは溶解を促進し、粘度をわずかに上昇させる可能性があります。ヒドロキシプロピルメチルセルロースは一般的な塩に対して安定ですが、塩溶液の濃度が高いとヒドロキシプロピルメチルセルロース溶液の粘度が上昇する傾向があります。
（5）ヒドロキシプロピルメチルセルロースは、ポリビニルアルコール、デンプンエーテル、植物ガムなどの水溶性高分子化合物と混合することで、均一で粘度の高い溶液を形成できます。
（６）ヒドロキシプロピルメチルセルロースはメチルセルロースよりも酵素耐性が優れており、その溶液はメチルセルロースよりも酵素によって分解されにくい。
（７）ヒドロキシプロピルメチルセルロースのモルタル構造に対する接着性はメチルセルロースよりも高い。
ヒドロキシエチルセルロース：
アルカリ処理した精製綿を、イソプロパノール存在下でエチレンオキシドをエーテル化剤として反応させて作られます。置換度は一般的に1.5～2.0で、親水性が強く、吸湿性に優れています。
（1）ヒドロキシエチルセルロースは冷水に溶けますが、温水には溶けにくいです。その溶液は高温でも安定しており、ゲル化しません。モルタル中で高温下でも長期間使用できますが、保水性はメチルセルロースよりも低いです。
（2）ヒドロキシエチルセルロースは一般的な酸およびアルカリに対して安定ですが、アルカリによって溶解が促進され、粘度がわずかに上昇することがあります。水への分散性はメチルセルロースやヒドロキシプロピルメチルセルロースよりもわずかに劣ります。
（３）ヒドロキシエチルセルロースはモルタルに対して優れたたわみ防止性能を有するが、セメントに対しては遅延時間が長くなる。
（4）国内の一部企業が生産するヒドロキシエチルセルロースは、水分含有量と灰分含有量が高いため、その性能はメチルセルロースに比べて明らかに低い。
（5）ヒドロキシエチルセルロース水溶液のカビは比較的深刻で、40℃程度の温度では3～5日以内にカビが発生し、性能に影響を与える可能性があります。
カルボキシメチルセルロース：
イオン交換セルロースエーテルは、天然繊維（綿など）をアルカリ処理し、モノクロロ酢酸ナトリウムをエーテル化剤として一連の反応処理を施すことで製造されます。置換度は一般的に0.4～1.4で、その性能は置換度に大きく左右されます。
（１）カルボキシメチルセルロースは吸湿性が高く、一般的な条件下で保管した場合、より多くの水分を含みます。
（2）カルボキシメチルセルロース水溶液はゲルを生成せず、温度上昇とともに粘度は低下する。50℃を超えると粘度は不可逆的となる。
（3）その安定性はpHに大きく影響されます。一般的に、石膏系モルタルには使用できますが、セメント系モルタルには使用できません。アルカリ性が高いと粘度が低下します。
（4）保水性はメチルセルロースに比べてはるかに低く、石膏系モルタルの硬化を遅らせ、強度を低下させるという作用があります。しかし、カルボキシメチルセルロースの価格はメチルセルロースよりも大幅に安価です。
セルロースアルキルエーテル：
代表的なものとしてはメチルセルロースとエチルセルロースがあります。工業生産においては、エーテル化剤として一般的に塩化メチルまたは塩化エチルが使用され、反応は以下のようになります。
式中、RはCH3またはC2H5を表す。アルカリ濃度はエーテル化度だけでなく、アルキルハライドの消費量にも影響を与える。アルカリ濃度が低いほど、アルキルハライドの加水分解は強くなる。エーテル化剤の消費量を減らすには、アルカリ濃度を高める必要がある。しかし、アルカリ濃度が高すぎると、セルロースの膨潤効果が低下し、エーテル化反応に悪影響を与え、エーテル化度が低下する。このため、反応中に濃縮苛性ソーダまたは固体苛性ソーダを添加することができる。反応器には、アルカリが均一に分散されるように、良好な撹拌・破裂装置を備える必要がある。メチルセルロースは、増粘剤、接着剤、保護コロイドなどとして広く使用されています。また、エマルジョン重合用分散剤、種子の接着分散剤、繊維スラリー、食品・化粧品添加剤、医療用接着剤、医薬品コーティング材としても使用され、ラテックス塗料、印刷インキ、セラミック製造、セメントへの混合、硬化時間の制御、初期強度の向上などに使用されます。エチルセルロース製品は、高い機械的強度、柔軟性、耐熱性、耐寒性を備えています。低置換エチルセルロースは水や希アルカリ溶液に溶けやすく、高置換製品はほとんどの有機溶媒に溶けます。各種樹脂や可塑剤との相溶性も良好です。プラスチック、フィルム、ワニス、接着剤、ラテックス、医薬品のコーティング材などに使用できます。セルロースアルキルエーテルにヒドロキシアルキル基を導入すると、溶解性が向上し、塩析に対する感受性が低下し、ゲル化温度が上昇し、ホットメルト特性が改善されます。上記の特性の変化の程度は、置換基の性質とアルキルとヒドロキシアルキル基の比率によって異なります。
セルロースヒドロキシアルキルエーテル：
代表的なものとしては、ヒドロキシエチルセルロースとヒドロキシプロピルセルロースがあります。エーテル化剤としては、エチレンオキシドやプロピレンオキシドなどのエポキシドが挙げられます。触媒としては酸または塩基を用います。工業生産では、アルカリセルロースとエーテル化剤を反応させることで製造されます。ヒドロキシエチルセルロース置換度の高いヒドロキシプロピルセルロースは、冷水と温水の両方に溶解します。置換度の高いヒドロキシプロピルセルロースは、冷水にのみ溶解し、温水には溶解しません。ヒドロキシエチルセルロースは、ラテックスコーティング、繊維捺染・染色糊、紙用サイズ剤、接着剤、保護コロイドなどの増粘剤として使用できます。ヒドロキシプロピルセルロースの用途は、ヒドロキシエチルセルロースと同様です。置換度の低いヒドロキシプロピルセルロースは、結合性と崩壊性の両方を持つ医薬品添加剤として使用できます。
カルボキシメチルセルロース（CMC）は、一般的にナトリウム塩の形で存在します。エーテル化剤はモノクロロ酢酸であり、反応は以下のとおりです。
カルボキシメチルセルロースは、最も広く使用されている水溶性セルロースエーテルです。かつては主に掘削泥水として使用されてきましたが、現在では洗剤、衣料用スラリー、ラテックス塗料、段ボールや紙のコーティング剤などの添加剤として利用されています。純粋なカルボキシメチルセルロースは、食品、医薬品、化粧品のほか、セラミックや金型の接着剤としても使用できます。
ポリアニオンセルロース（PAC）はイオン性セルロースエーテルの一種で、カルボキシメチルセルロース（CMC）の高級代替品です。白色、オフホワイト色、またはわずかに黄色の粉末または顆粒で、無毒、無味、水に溶けやすく、一定の粘度を持つ透明な溶液を形成します。耐熱安定性、耐塩性に優れ、抗菌性が強く、カビや劣化がありません。高純度、高置換度、置換基の均一な分布などの特徴を持ち、バインダー、増粘剤、レオロジー改質剤、流動損失低減剤、懸濁安定剤などに使用できます。ポリアニオンセルロース（PAC）は、CMCが適用されるあらゆる業界で広く使用されており、投与量を大幅に削減し、使用を容易にし、安定性を向上させ、より高いプロセス要件を満たすことができます。
シアノエチルセルロースは、アルカリ触媒作用によるセルロースとアクリロニトリルの反応生成物です。
シアノエチルセルロースは高い誘電率と低い損失係数を有し、蛍光灯やELランプの樹脂マトリックスとして使用できます。低置換度シアノエチルセルロースは、変圧器の絶縁紙として使用できます。
セルロースの高級脂肪アルコールエーテル、アルケニルエーテル、芳香族アルコールエーテルも製造されているが、実際には使用されていない。
セルロースエーテルの製造方法は、水媒法、溶媒法、混練法、スラリー法、気固法、液相法、および上記方法の組み合わせに分けられます。
5.調製原則：
高αセルロースパルプをアルカリ溶液に浸漬することで膨潤させ、より多くの水素結合を破壊し、試薬の拡散を促進してアルカリセルロースを生成させます。その後、エーテル化剤と反応させてセルロースエーテルを得ます。エーテル化剤には、ハロゲン化炭化水素（または硫酸塩）、エポキシド、電子受容体を含むαおよびβ不飽和化合物などがあります。
6.基本性能：
建築用ドライミックスモルタルの性能向上には混和剤が重要な役割を果たし、ドライミックスモルタルの材料コストの40％以上を占めています。国内市場における混和剤のかなりの部分は海外メーカーから供給されており、製品の参考配合量もサプライヤーによって提供されています。その結果、ドライミックスモルタル製品のコストは依然として高く、大量かつ幅広い種類の一般的な石工用モルタルや左官用モルタルの普及は困難です。ハイエンド市場の製品は海外企業によって支配されており、ドライミックスモルタルメーカーは利益率が低く、価格の手頃さに欠けています。混和剤の応用には体系的で的を絞った研究が不足しており、盲目的に海外の処方に従っています。
保水剤は、ドライミックスモルタルの保水性能を向上させる重要な混和剤であり、ドライミックスモルタル材料のコストを決定する重要な混和剤の一つでもあります。セルロースエーテルの主な機能は保水です。
セルロースエーテルは、アルカリセルロースとエーテル化剤を特定の条件下で反応させることで生成される一連の生成物の総称です。アルカリセルロースをさまざまなエーテル化剤に置き換えることで、さまざまなセルロースエーテルが得られます。置換基のイオン化特性に応じて、セルロースエーテルはイオン性（カルボキシメチルセルロースなど）と非イオン性（メチルセルロースなど）の2つのカテゴリに分類されます。置換基の種類に応じて、セルロースエーテルはモノエーテル（メチルセルロースなど）と混合エーテル（ヒドロキシプロピルメチルセルロースなど）に分けられます。溶解性の違いにより、水溶性（ヒドロキシエチルセルロースなど）と有機溶媒溶解性（エチルセルロースなど）に分けられます。ドライミックスモルタルは主に水溶性セルロースで、水溶性セルロースはインスタントタイプと表面処理された遅延溶解タイプに分けられます。
モルタルにおけるセルロースエーテルの作用メカニズムは次のとおりです。
（１）セルロースエーテルモルタル中のセルロースエーテルが水に溶解すると、表面活性によりシステム内のセメント質材料の有効かつ均一な分布が確保され、セルロースエーテルが保護コロイドとして固体粒子を「包み込み」、その外表面に潤滑膜の層が形成され、モルタルシステムの安定性が向上し、混合プロセス中のモルタルの流動性と施工の滑らかさも向上します。
（２）セルロースエーテル溶液は、その分子構造により、モルタル内の水分が失われにくく、長時間かけて徐々に水分を放出し、モルタルに良好な保水性と作業性を付与します。
投稿日時: 2024年4月28日