ヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）は、非イオン性セルロース混合エーテルの一種であり、イオン性メチルカルボキシメチルセルロース混合エーテルの一種で、重金属とは反応しません。ヒドロキシプロピルメチルセルロースの含有量とヒドロキシプロピル含有量の比率の違いにより、性能に違いのある品種が生まれます。例えば、メトキシ基含有量が高くヒドロキシプロピル基含有量が低い品種は、メチルセルロースに近い性能を示し、メトキシ基含有量が低くヒドロキシプロピル基含有量が高い品種は、ヒドロキシプロピルメチルセルロースに近い性能を示します。しかし、それぞれの品種において、少量のヒドロキシプロピル基または少量のメトキシ基しか含まないにもかかわらず、有機溶媒への溶解度や水溶液中の凝集温度には大きな違いがあります。
1. ヒドロキシプロピルメチルセルロースの溶解度
ヒドロキシプロピルメチルセルロースの水溶性 ヒドロキシプロピルメチルセルロースは、プロピレンオキシド（メチルオキシプロピル環）で修飾されたメチルセルロースの一種であるため、メチルセルロースと同様に冷水に溶けやすく、温水には溶けにくいという特性を持っています。しかし、修飾ヒドロキシプロピルのゲル化温度は、温水中のメチルセルロースのゲル化温度よりもはるかに高くなっています。例えば、メトキシ基含有量2% DS=0.73、ヒドロキシプロピル基含有量MS=0.46のヒドロキシプロピルメチルセルロース水溶液の粘度は、20℃で500MPaです。Sの製品のゲル化温度は100℃に近いですが、同じ温度のメチルセルロースのゲル化温度は約55℃です。水への溶解性も大幅に改善され、例えば、ヒドロキシプロピルメチルセルロースを粉砕した後（粒度0.2～0.5mm、20℃4%水溶液の粘度2pA）、S製品は冷却せずに室温で水に容易に溶解します。
（２）ヒドロキシプロピルメチルセルロースの有機溶媒への溶解性 ヒドロキシプロピルメチルセルロースの有機溶媒への溶解性は、メチルセルロースよりも優れている。メチルセルロースは、メトキシ置換度が２．１以上の製品を必要とし、ヒドロキシプロピルMS=１．５〜１．８、メトキシDS=０．２〜１．０を含む。総置換度が１．８以上の高粘度ヒドロキシプロピルメチルセルロースは、無水メタノールおよびエタノール溶液に溶解し、熱可塑性および水溶性を有する。また、ジクロロメタンやトリクロロメタンなどの塩素化炭化水素、アセトン、イソプロピルアルコール、ジアセトンアルコールなどの有機溶媒にも溶解する。有機溶媒への溶解性は、水溶性よりも優れている。
2. ヒドロキシプロピルメチルセルロースの粘度に影響を与える要因
ヒドロキシプロピルメチルセルロースの粘度因子、ヒドロキシプロピルメチルセルロースの標準粘度測定、および他のセルロースエーテルも同様で、20℃で2%水溶液を標準測定法とする。同じ製品の粘度は、濃度の増加とともに増加する。同じ濃度で分子量が異なる製品の場合、分子量の大きい製品ほど粘度が高くなる。温度との関係はメチルセルロースと同様である。温度が上昇すると粘度は低下し始めるが、ある温度に達すると粘度が急激に上昇しゲル化が起こる。低粘度製品のゲル化温度は高粘度製品のゲル化温度よりも高い。ゲル化点のレベルは、エーテルの高低粘度に加えて、エーテルのメトキシ基とヒドロキシプロピル基の組成比および置換度にも関係する。ヒドロキシプロピルメチルセルロースも擬塑性であることに注意する必要がある。その溶液は室温で保存すると安定しており、酵素分解の可能性を除いて粘度の低下は見られない。
3. ヒドロキシプロピルメチルセルロースの耐酸性および耐アルカリ性
ヒドロキシプロピルメチルセルロースは、酸とアルカリに対して一般的に安定しており、pH2～12の範囲では影響を受けません。ギ酸、酢酸、クエン酸、コハク酸、リン酸、ホウ酸などの軽酸に対しては一定量耐えることができます。しかし、濃酸は粘度を低下させる効果があります。苛性ソーダ、苛性カリウム、石灰水などのアルカリは影響を与えませんが、溶液の粘度をわずかに増加させる効果は、将来的に徐々に低下します。
4. ヒドロキシプロピルメチルセルロースを混合することができる
ヒドロキシプロピルメチルセルロース溶液は、水溶性高分子化合物と混合することで、粘度の高い均一な透明溶液になります。これらの高分子化合物には、ポリエチレングリコール、ポリ酢酸ビニル、ポリシリコーン、ポリメチルビニルシロキサン、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロースなどがあります。アラビアゴム、ローカストビーンガム、トゲノカズラゴムなどの天然高分子化合物も、その溶液とよく混ざります。ヒドロキシプロピルメチルセルロースは、ステアリン酸、パルミチン酸マンニトールエステル、ソルビトールエステル、グリセロール、ソルビトール、マンニトールとも混合でき、これらの化合物はヒドロキシプロピルメチルセルロースの可塑剤として使用できます。
5、ヒドロキシプロピルメチルセルロース不溶性水溶性
ヒドロキシプロピルメチルセルロースは、水に不溶なセルロースエーテルと、アルデヒドと表面架橋することで、これらの水溶性エーテルを溶液中に沈殿させ、水に不溶にすることができます。また、ヒドロキシプロピルメチルセルロースを不溶にするアルデヒドとしては、ホルムアルデヒド、グリオキサール、コハク酸アルデヒド、ジアルデヒドなどがあります。ホルムアルデヒドを使用する場合は、溶液のpH値に特に注意する必要があります。グリオキサールはpH値が高いほど反応が速いため、工業生産では一般的にグリオキサールを架橋剤として使用します。この種の架橋剤の溶液への添加量は、エーテル質量の0.2%～10%で、最適値は7%～10%です。例えば、グリオキサールを3.3%～6%使用するのが最適とされています。一般的な処理温度は0～30℃、処理時間は1～120分です。架橋反応は酸性条件下で行う必要があります。一般的に、溶液のpHを約2～6、好ましくは4～6に調整するために、無機強酸または有機カルボン酸を溶液に添加し、その後、架橋反応のためにアルデヒドを添加します。使用される酸は、塩酸、硫酸、リン酸、ギ酸、酢酸、ヒドロキシ酢酸、コハク酸、またはクエン酸であり、中でもギ酸または酢酸が最適です。酸とアルデヒドを同時に添加して、所望のpH範囲で溶液を架橋させることもできます。この反応は、セルロースエーテル製造工程の最終段階でよく用いられ、セルロースエーテルが溶解せず、20～25℃の水で洗浄・精製しやすくします。製品を使用する際には、製品溶液にアルカリ性物質を添加して溶液のpHをアルカリ性に調整すると、製品は溶液に速やかに溶解します。この方法は、セルロースエーテル溶液を用いてフィルムを作製し、その後、そのフィルムを処理して不溶性フィルムを作製する場合にも適用できる。
6. ヒドロキシプロピルメチルセルロース抗酵素
理論上、ヒドロキシプロピルメチルセルロースのセルロース誘導体の酵素耐性は、各無水グルコース基などの置換基が固体結合しているため、微生物による侵食を受けにくいとされていますが、実際には、最終製品の置換値が1を超えると、酵素分解を受けます。これは、セルロース鎖内の各基の置換度が均一ではないためであり、微生物は置換されていない脱水グルコース基の近くを侵食して糖を形成し、それを微生物の栄養源として利用することができます。したがって、セルロースのエーテル化置換度が増加すると、セルロースエーテルの酵素侵食に対する耐性が向上します。制御された条件下では、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（DS=1.9）、メチルセルロース（DS=1.83）、メチルセルロース（DS=1.66）、およびヒドロキシエチルセルロース（1.7%）の残留粘度は、それぞれ13.2%、7.3%、3.8%、および1.7%であったと報告されている。ヒドロキシプロピルメチルセルロースは強力な抗酵素能を有する。したがって、ヒドロキシプロピルメチルセルロースの優れた抗酵素能は、その良好な分散性、増粘性、および皮膜形成性と相まって、乳化コーティングなどに適用され、一般的に防腐剤を添加する必要はない。しかし、溶液の長期保存や外部からの汚染の可能性を防ぐために、防腐剤を添加することができ、その選択は溶液の最終的な要件に応じて決定できる。酢酸フェニル水銀とフッ化ケイ酸マンガンは効果的な防腐剤であるが、毒性があり、慎重に取り扱う必要がある。一般的に、溶液1リットルあたり1～5mgの酢酸フェニル水銀を添加することができる。
7．ヒドロキシプロピルメチルセルロース膜の性能
ヒドロキシプロピルメチルセルロースフィルムの性能は、優れたフィルム特性を有しています。水溶液または有機溶媒溶液をガラス板に塗布し、乾燥させると、無色透明で強靭なフィルムになります。耐湿性にも優れ、高温でも固体状態を維持します。吸湿性可塑剤を添加することで、伸長性と柔軟性を向上させ、曲げ特性を改善できます。グリセロールやソルビトールなどの可塑剤が最も適しています。一般的な溶液濃度は2%～3%、可塑剤の添加量はセルロースエーテルの10%～20%です。可塑剤の含有量が過剰になると、高湿度下でコロイド脱水による収縮現象が発生する可能性があります。可塑剤を添加したフィルムの引張強度は、添加していないフィルムよりもはるかに大きく、添加量の増加とともに増加します。同様に、フィルムの吸湿性も可塑剤の添加量の増加とともに増加します。
投稿日時：2022年9月8日