セルロースエーテルセルロースエーテルは、セルロースから作られたエーテル構造を持つ高分子化合物です。セルロース高分子の各グルコシル環には3つのヒドロキシル基があり、6番目の炭素原子に第一級ヒドロキシル基、2番目と3番目の炭素原子に第二級ヒドロキシル基があります。セルロースエーテル誘導体は、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、溶解も融解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、有機溶媒に溶解し、熱可塑性を持ちます。
セルロースは、溶解も融解もしないポリヒドロキシポリマー化合物である。エーテル化処理後、セルロースは水、希アルカリ溶液、有機溶媒に溶解し、熱可塑性を示す。
1.自然：
セルロースのエーテル化後の溶解性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。溶解性は主に次の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る基の特性。導入される基が大きいほど溶解性は低くなり、導入される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) 置換度と高分子内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は低くなります。水に溶解できる置換度が低いほど、溶解範囲は広くなります。優れた性能を持つセルロースエーテルは数多くあり、建設、セメント、石油、食品、繊維、洗剤、塗料、医薬品、製紙、電子部品などの産業で広く使用されています。
2. 開発する：
中国は世界最大のセルロースエーテル生産国および消費国であり、年間平均成長率は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、1万トンを超える生産能力を持つ企業は約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. 必要事項：
2011年、中国のCMC生産能力は約30万トンでした。医薬品、食品、日用化学品などの産業で高品質のセルロースエーテルに対する需要が高まっているため、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は約2万トンです。PACは中国ではまだ普及・応用段階にあります。大規模な海上油田の開発や建材、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・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れば、アニオン性エーテル、カチオン性エーテル、非イオン性エーテルに分類できます。使用するエーテル化剤によって、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行うことでセルロースエーテルが生成される。一般的に置換度は1.6～2.0であり、溶解度も置換度によって異なる。非イオン性セルロースエーテルに分類される。
（１）メチルセルロースは冷水に溶けやすく、温水には溶けにくい。その水溶液はpH3～12の範囲で非常に安定している。デンプン、グアーガムなどや多くの界面活性剤との相溶性が高い。温度がゲル化温度に達するとゲル化が起こる。
（２）メチルセルロースの保水性は、添加量、粘度、粒径、溶解速度に依存します。一般的に、添加量が多く、粒径が小さく、粘度が高いほど、保水性は高くなります。中でも、添加量が保水性に最も大きな影響を与え、粘度は保水性に直接比例するわけではありません。溶解速度は主にセルロース粒子の表面改質度と粒径に依存します。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くなります。
（３）温度変化はメチルセルロースの保水性に深刻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悪くなります。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は著しく低下し、モルタルの施工に深刻な影響を及ぼします。
（４）メチルセルロースメチルセルロースは、モルタルの作業性および凝集性に大きな影響を与えます。ここでいう「接着性」とは、作業者の塗布用具と壁下地との間に感じる結合力、すなわちモルタルのせん断抵抗を指します。接着性が高いと、モルタルのせん断抵抗も大きくなり、作業者が使用時に必要とする力も大きくなり、モルタルの施工性能は低下します。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のレベルです。
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た後、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製造さ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は容易に溶解するが、温水には溶解しにくい。しかし、温水中でのゲル化温度はメチルセルロースよりもかなり高い。冷水中で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る。
（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に関係しており、分子量が大きいほど粘度が高くなります。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。ただし、高粘度と温度の影響はメチルセルロースよりも小さいです。室温で保存した場合、その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ヒドロキシプロピルメチルセルロースは酸やアルカリに対して安定であり、その水溶液はpH2～12の範囲で非常に安定しています。苛性ソーダ水や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類に対して安定ですが、塩溶液の濃度が高い場合、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、植物性ガムなどの水溶性ポリマー化合物と混合して、均一で粘度の高い溶液を形成できる。
（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る分解を受けにくい。
（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への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：
精製綿をアルカリ処理し、イソプロパノール存在下でエーテル化剤として酸化エチレンと反応させて作られる。置換度は一般的に1.5～2.0である。強い親水性を持ち、吸湿性が高い。
（１）ヒドロキシエチルセルロースは冷水には溶けやすいが、温水には溶けにくい。その溶液は高温でもゲル化せず安定している。モルタル中で高温下で長期間使用できるが、メチルセルロースに比べて保水性は低い。
（２）ヒドロキシエチルセルロースは一般的な酸やアルカリに対して安定であり、アルカリは溶解を促進し、粘度をわずかに増加させる。水中で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やや劣る。
（３）ヒドロキシエチルセルロースはモルタルに対しては優れた垂れ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）国内の一部の企業が生産するヒドロキシエチルセルロースの性能は、水分含有量と灰分含有量が高いため、メチルセルロースの性能よりも明らかに劣る。
（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ある。約４０℃の温度では、３〜５日以内にカビが発生し、その性能に影響を与える可能性がある。
カルボキシメチルセルロース：
イオン性セルロースエーテルは、天然繊維（綿など）をアルカリ処理した後、モノクロロ酢酸ナトリウムをエーテル化剤として用い、一連の反応処理を経て製造される。置換度は一般的に0.4～1.4であり、その性能は置換度に大きく左右される。
（１）カルボキシメチルセルロースは吸湿性が高く、通常の条件下で保管するとより多くの水分を含んだ。
（２）カルボキシメチルセルロース水溶液はゲルを形成せず、粘度は温度の上昇とともに低下する。温度が５０℃を超えると、粘度は不可逆的になる。
（３）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。強アルカリ性の場合、粘度が低下します。
（４）保水性はメチルセルロースよりはるかに低い。石膏系モルタルに対して遅延効果があり、強度を低下させる。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かなり低い。
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挙げられる。工業生産においては、一般的に塩化メチルまたは塩化エチルがエーテル化剤として用いられ、その反応は以下の通りである。
式中、RはCH3またはC2H5を表します。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します。アルカリ濃度が低いほど、アルキルハライドの加水分解が強くなります。エーテル化剤の消費量を減らすには、アルカリ濃度を上げる必要があります。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及ぼし、エーテル化度が低下します。このため、反応中に濃縮水酸化ナトリウムまたは固体水酸化ナトリウムを添加することができます。アルカリが均一に分散するように、反応器には良好な攪拌装置と破砕装置が必要です。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、乳化重合の分散剤、種子の接着分散剤、繊維スラリー、食品および化粧品の添加剤、医療用接着剤、医薬品コーティング材料としても使用でき、ラテックス塗料、印刷インク、セラミック製造、セメントへの混合にも使用されます。凝結時間を制御し、初期強度を高めるために使用されます。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および希アルカリ溶液に溶解し、高置換製品はほとんどの有機溶媒に溶解します。さまざまな樹脂および可塑剤との相溶性が良好です。セルロースアルキルエーテルは、プラスチック、フィルム、ワニス、接着剤、ラテックス、医薬品用コーティング材などの製造に使用できます。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ことで、溶解性の向上、塩析感受性の低減、ゲル化温度の上昇、ホットメルト特性の向上などが可能です。これらの特性の変化の程度は、置換基の種類やアルキル基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挙げられる。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類が用いられる。触媒としては酸または塩基が使用される。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。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、繊維印刷および染色ペースト、紙のサイズ剤、接着剤、および保護コロイド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使用方法は、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の特性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（英語略称CMC）は、一般的にナトリウム塩の形で存在する。エーテル化剤はモノクロロ酢酸であり、反応は以下の通りである。
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いましたが、現在では洗剤添加剤、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にも使用されています。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、さらには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であり、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、またはわずかに黄色の粉末または顆粒で、無毒、無味で、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。耐熱安定性と耐塩性に優れ、強力な抗菌性があります。カビや劣化はありません。高純度、高置換度、置換基の均一な分布という特徴があります。バインダー、増粘剤、レオロジー調整剤、流体損失低減剤、懸濁安定剤などとして使用できます。ポリアニオンセルロース（PAC）は、CMCが適用可能なすべての産業で広く使用されており、使用量を大幅に削減し、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、アルカリ触媒下でセルロースとアクリロニトリルが反応して得られる生成物である。
シアノエチルセルロースは高い誘電率と低い誘電損失係数を有し、蛍光体やエレクトロルミネッセンスランプの樹脂マトリックスとして使用できる。低置換度の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る。
セルロースの高級脂肪族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は合成されているが、実用化には至っていない。
セルロースエーテルの製造方法は、水媒体法、溶媒法、混練法、スラリー法、気固法、液相法、およびこれらの方法の組み合わせに分類できる。
5.準備の原則：
高α-セルロースパルプをアルカリ溶液に浸漬して膨潤させ、水素結合をさらに破壊し、反応物の拡散を促進してアルカリセルロースを生成した後、エーテル化剤と反応させてセルロースエーテルを得る。エーテル化剤には、炭化水素ハロゲン化物（または硫酸塩）、エポキシド、および電子受容体を有するαおよびβ不飽和化合物が含まれる。
6. 基本性能：
混和材は、建築用乾式モルタルの性能向上に重要な役割を果たし、乾式モルタルの材料費の40%以上を占めています。国内市場における混和材のかなりの部分は海外メーカーから供給されており、製品の推奨配合量も供給元によって提供されています。その結果、乾式モルタル製品のコストは高止まりし、大量かつ幅広い用途に対応する一般的な石積み・左官モルタルの普及は困難となっています。高級市場製品は海外企業によって支配されており、乾式モルタルメーカーは利益率が低く、価格競争力も劣っています。また、混和材の適用については体系的かつ的を絞った研究が不足しており、海外の配合を盲目的に踏襲しているのが現状です。
保水剤は、乾式モルタルの保水性能を向上させるための重要な混和剤であり、乾式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て生成される一連の製品の総称です。アルカリセルロースを異なるエーテル化剤に置き換えることで、異なる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基づいて、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種類に分類できます。置換基の種類に基づいて、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）に分類できます。溶解性の違いに基づいて、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）に分類できます。乾式混合モルタルは主に水溶性セルロースで構成され、水溶性セルロースは即時型と表面処理遅延溶解型に分類されます。
モルタルにおけるセルロースエーテルの作用機序は以下のとおりである。
（１）セルロースエーテルモルタ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系材料の効果的かつ均一な分布が確保され、保護コロイドとしてのセルロースエーテルが固体粒子を「包み込み」、その外面に潤滑膜の層が形成されるため、モルタルシステムがより安定し、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、モルタル中の水分が失われにくく、長期間にわたって徐々に放出されるため、モルタルに優れた保水性と作業性を与える。
投稿日時：2024年4月28日