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、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とは異なり、重金属と反応しません。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割合の違いにより、酸素ラジカルが発生し、粘度が異なり、性能に明確な品種が生まれます。例えば、メトキシル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、メトキシル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、各品種において、ヒドロキシプロピル基やメトキシ基の含有量が少量であっても、有機溶媒への溶解度や水溶液中で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
水溶性ヒドロキシプロピルメチルセルロースは、実際にはプロピレンオキシド（メチルオキシプロピル環）修飾メチルセルロースの一種であるため、メチルセルロースの冷水可溶性および温水不溶性と同様の特性を備えています。しかし、修飾ヒドロキシプロピルのゲル化温度は、温水中におけるメチルセルロースのゲル化温度よりもはるかに高くなります。例えば、メトキシ含有量2%、DS=0.73、ヒドロキシプロピル含有量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社の製品のゲル化温度は100℃近くですが、同じ温度のメチルセルロースのゲル化温度は約55℃に過ぎません。水への溶解性も大幅に向上し、例えばヒドロキシプロピルメチルセルロース（粒度0.2～0.5mm）を粉砕後、20℃で4％水溶液の粘度が2pA?Sの製品は、常温で冷却することなく水に容易に溶解できます。
（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は、メチルセルロースよりも優れており、メチルセルロースは、メトキシ置換度が2.1以上の製品で、ヒドロキシプロピルMS = 1.5〜1.8、メトキシDS = 0.2〜1.0を含みます。総置換度が1.8を超える高粘度ヒドロキシプロピルメチルセルロースは、無水メタノールとエタノール溶液に溶け、熱可塑性と水溶性を備えています。また、ジクロロメタン、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けます。有機溶媒への溶解性は水溶性よりも優れています。
2、ヒドロキシプロピルメチルセルロース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係数は、他のセルロースエーテルと同様に、20℃で2%水溶液を標準粘度として測定した場合と同じです。同じ製品の粘度は、濃度が増加するにつれて増加します。同じ濃度でも分子量の異なる製品では、分子量の大きい製品の方が粘度が高いです。温度との関係はメチルセルロースと同様です。温度が上昇すると粘度は低下し始めますが、ある温度に達すると粘度が急激に上昇し、ゲル化が起こります。低粘度の製品のゲル化温度は、高粘度の製品よりも高くなります。ゲル化点の高さは、エーテルの粘度の高低だけでなく、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や総置換度とも関係があります。なお、ヒドロキシプロピルメチルセルロースは擬塑性であり、室温で保存しても溶液は安定しており、酵素分解の可能性を除いて粘度の低下は見られません。
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酸とアルカリは、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はある程度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受けませんが、溶液の粘度をわずかに上昇させる効果は、将来的に徐々に減少します。
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、高粘度で均一な透明溶液となります。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、イネ科植物ガムなどの天然高分子化合物も、この溶液と良好な混合性を示します。ヒドロキシプロピルメチルセルロースは、ステアリン酸またはパルミチン酸のマンニトールエステルまたはソルビトールエステルと混合することもできますが、グリセロール、ソルビトール、マンニトールとも混合することができ、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溶性セルロースエーテルに不溶性で、アルデヒドと表面架橋することができ、これらの水溶性エーテルを溶液中に沈殿させ、水に不溶性にします。また、ヒドロキシプロピルメチルセルロースを不溶性にするアルデヒドには、ホルムアルデヒド、グリオキサール、スクシンアルデヒド、ジアルデヒドなどがありますが、ホルムアルデヒドを使用する場合は、グリオキサールの反応が速くなる溶液のPH値に特に注意する必要があります。そのため、工業生産では、架橋剤としてグリオキサールが一般的に使用されています。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、7％〜10％が最適です。例えば、グリオキサールの場合は3.3％〜6％を使用するのが最適です。一般的な処理温度は0〜30℃、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。一般的には、無機強酸または有機カルボン酸を溶液に加え、溶液のpHを約2〜6、好ましくは4〜6に調整し、次にアルデヒドを加えて架橋反応させます。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、クエン酸などですが、ギ酸または酢酸が最も優れており、ギ酸が最も優れています。酸とアルデヒドを同時に添加して、溶液を所望のpH範囲で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プロセスの最終工程でよく使用され、セルロースエーテルが溶解しないようにするため、20〜25℃の水で洗浄・精製が容易です。製品を使用する場合、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製造し、その後フィルムを処理して不溶性フィルムを製造する場合にも使用できます。
6、ヒドロキシプロピルメチルセルロース抗酵素剤
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、理論上、各無水グルコース基等の置換基が強固に結合しているため、微生物による侵食を受けにくく、感染を受けにくいとされています。しかし、実際には完成品の置換値が1以上の場合、酵素分解によってセルロース鎖中の各基の置換度が均一ではなく、微生物が未置換の脱水グルコース基付近を侵食して糖を形成し、これを微生物が栄養として吸収することができます。そのため、セルロースのエーテル化置換度が高まれば、セルロースエーテルの酵素侵食耐性も向上します。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％であることが報告されています。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力を持っています。したがって、ヒドロキシプロピルメチルセルロースは優れた抗酵素であり、良好な分散性、増粘性、およびフィルム形成と相まって、エマルジョンコーティングなどに使用され、通常は防腐剤を添加する必要はありません。ただし、溶液の長期保存や外部からの汚染を防ぐために、防腐剤を添加することができます。その選択は、溶液の最終要件に応じて決定できます。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すが、毒性があるため、慎重に操作する必要があります。通常、溶液1リットルあたり1〜5mgのフェニル水銀酢酸塩を加えることができます。
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はフィルム性能に優れ、その水溶液または有機溶媒溶液をガラス板に塗布すると、乾燥後に無色透明で強靭なフィルムになります。耐湿性も良好で、高温でも固体のままです。吸湿性可塑剤を添加すると、伸びや柔軟性が向上し、曲げ性を向上させることができ、グリセロールやソルビトールなどの可塑剤が最適です。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。可塑剤の含有量が多すぎると、高湿度でコロイドの脱水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、添加量の増加に伴って増加し、フィルムの吸湿性も可塑剤の量の増加に伴って増加します。
投稿日時: 2022年9月8日