概要
セルロースは無水β-グルコース単位で構成される天然ポリマーであり、各基本環に 3 つのヒドロキシル基を持っています。セルロースを化学修飾することでさまざまなセルロース誘導体を製造できますが、セルロースエーテルもそのひとつです。セルロースエーテルとは、セルロースに由来するエーテル構造を有する高分子化合物であり、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。これらの誘導体は通常、アルカリセルロースとモノクロロアルカン、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、またはモノクロロ酢酸とを反応させることによって製造される。得られるセルロースエーテルは、水溶性、増粘性、製膜性に優れており、建築、医薬品、食品、化粧品などの業界で広く使用されています。セルロースエーテルは再生可能、生分解性、非毒性の材料であるため、合成ポリマーの代替品として人気があります。
性能と特長
1. 外観上の特徴
セルロースエーテルは白色、無臭の繊維状粉末であり、水分を容易に吸収し、水に溶解すると安定した粘性のある透明なコロイドを形成します。
2. 皮膜形成と密着性
セルロースエーテルを生成するためのセルロースの化学修飾は、その溶解性、フィルム形成能力、結合強度、耐塩性などの特性に大きな影響を与えます。これらの特性により、セルロース エーテルは優れた機械的強度、柔軟性、耐熱性、耐寒性を備えた非常に望ましいポリマーとなっています。また、各種樹脂や可塑剤との相溶性が良いため、プラスチック、フィルム、ワニス、接着剤、ラテックス、薬物コーティング材などの製造に適しています。セルロースエーテルはその多用途な特性により、製造業において重要な材料となっており、幅広い製品の性能、安定性、耐久性を向上させています。その結果、医薬品、コーティング、繊維、建設、食品産業などのさまざまな分野で幅広い用途に使用されています。
3. 溶解性
メチルセルロース、メチルヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルヒドロキシエチルセルロースナトリウムなどのセルロースエーテルの溶解度は、使用する温度や溶媒によって異なります。メチルセルロースとメチルヒドロキシエチルセルロースは冷水や一部の有機溶媒に可溶ですが、加熱すると沈殿します。メチルセルロースは45〜60℃で沈殿し、混合エーテル化メチルヒドロキシエチルセルロースは65〜80℃で沈殿します。ただし、温度が下がると沈殿物が再溶解する可能性があります。一方、ヒドロキシエチルセルロースおよびカルボキシメチルヒドロキシエチルセルロースナトリウムは、どの温度でも水溶性であるが、有機溶媒には不溶である。これらのセルロース エーテルは、異なる溶解性と沈殿特性を備えているため、プラスチック、フィルム、コーティング、接着剤などの産業におけるさまざまな用途に適しています。
4. 増粘
セルロースエーテルが水に溶解するとコロイド溶液が形成され、その粘度はセルロースエーテルの重合度に影響されます。溶液には、非ニュートン挙動を示す水和高分子が含まれています。つまり、加えられるせん断力によって流れの挙動が変化します。高分子構造のため、溶液の粘度は濃度とともに急速に増加しますが、温度の上昇とともに急速に減少します。セルロース エーテル溶液の粘度は、pH、イオン強度、および他の化学物質の存在にも影響されます。セルロースエーテルのこれらのユニークな特性により、セルロースエーテルは接着剤、コーティング、化粧品、食品などのさまざまな用途に役立ちます。
応用
1. 石油産業
カルボキシメチルセルロースナトリウム (NaCMC) は、油抽出プロセスにおいて幅広い用途を持つセルロースエーテルです。優れた粘度増加特性と流体損失低減特性により、掘削液、セメンティング液、および破砕液として人気があります。特に、石油回収率の向上において有望な結果が示されています。NaCMC は、さまざまな可溶性塩類汚染に耐え、水の損失を減らすことで石油回収率を高めます。また、その耐塩性と粘度増加能力により、淡水、海水、飽和塩水用の掘削液の調製に最適です。
カルボキシメチルヒドロキシプロピルセルロースナトリウム(NaCMHPC)とカルボキシメチルヒドロキシエチルセルロースナトリウム(NaCMHEC)は、高いスラリー化速度、良好な抗カルシウム性能、良好な粘度増加能力を備えた2つのセルロースエーテル誘導体であり、掘削泥水処理剤および掘削泥水の材料として優れた選択肢となっています。完成液の準備中。これらはヒドロキシエチルセルロースと比較して優れた粘度増加能力と流体損失低減特性を示し、塩化カルシウムの重量下でさまざまな密度の掘削流体に配合できるため、石油生産量を増加させるための多用途の添加剤となります。
ヒドロキシエチルセルロース (HEC) は、掘削、完成、セメンティングのプロセスで泥水の増粘剤および安定剤として使用されるもう 1 つのセルロース誘導体です。カルボキシメチルセルロースナトリウムやグアーガムと比較して、HEC は強力な砂懸濁液、高い塩容量、優れた耐熱性、低い混合抵抗、少ない液体損失、およびゲル破壊ブロックを備えています。HEC は、増粘効果が高く、残留物が少ないなどの特性により広く使用されています。全体として、NaCMC、NaCMHPC、NaCMHEC、HEC などのセルロース エーテルは、石油抽出プロセスで重要な役割を果たしており、石油回収率の向上に大きな可能性を示しています。
2. 建設業および塗装業
カルボキシメチルセルロースナトリウムは、建築石材や左官モルタルの遅延剤、保水剤、増粘剤、結合剤として使用できる多用途の建築材料添加剤です。石膏、モルタル、整地材の分散剤、保水剤、増粘剤としても使用できます。カルボキシメチルセルロースで作られた特別な石材および左官用モルタル混和剤は、作業性、保水性、耐ひび割れ性を向上させ、ブロック壁のひび割れや空隙を回避します。また、メチルセルロースは、環境に優しい建築表面装飾材として高級な壁面や石材タイルの表面、柱や記念碑の表面装飾にも使用できます。
3. デイリー化学工業
カルボキシメチルセルロースナトリウムは、さまざまな製品に使用できる多用途の安定化増粘剤です。固体粉末原料を含むペースト製品において、分散および懸濁の安定化に重要な役割を果たします。液状化粧品や乳化化粧品の場合、増粘剤、分散剤、均一化剤として機能します。このセルロース誘導体は、乳化安定剤、軟膏およびシャンプーの増粘剤および安定剤、歯磨き粉の接着安定剤、洗剤の増粘剤および汚れ防止剤としても機能します。セルロースエーテルの一種であるカルボキシメチルヒドロキシプロピルセルロースナトリウムは、そのチキソトロピー特性により歯磨き粉の成形性と粘稠度の維持に役立つため、歯磨き粉の安定剤として広く使用されています。この誘導体は塩や酸にも耐性があるため、洗剤や汚れ防止剤の増粘剤として効果的です。カルボキシメチルセルロースナトリウムは、粉末洗剤や液体洗剤の製造における汚れ分散剤、増粘剤、分散剤として一般的に使用されています。
4. 医薬品および食品産業
製薬業界では、Yibang ヒドロキシプロピルカルボキシメチルセルロース (HPMC) は、経口薬物の徐放性製剤および徐放性製剤の薬物賦形剤として広く使用されています。これは、薬物の放出を調節する放出遅延材料として、また製剤の放出を遅らせるコーティング材料として機能します。メチルカルボキシメチルセルロースおよびエチルカルボキシメチルセルロースは、錠剤およびカプセルの製造、または糖衣錠のコーティングに一般的に使用されます。食品産業では、プレミアムグレードのセルロースエーテルは、さまざまな食品の増粘剤、安定剤、賦形剤、保水剤、機械発泡剤として効果的です。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代謝的に不活性であると考えられており、安全に摂取できます。高純度のカルボキシメチルセルロースは、牛乳やクリーム、調味料、ジャム、ゼリー、缶詰、テーブルシロップ、飲料などの食品に添加できます。さらに、カルボキシメチルセルロースは生の果物の輸送や保管にラップとして使用でき、優れた鮮度保持効果があり、汚染が少なく、損傷がなく、機械化された生産が容易です。
5. 光・電気機能材料
優れた耐酸性および耐塩性を備えた高純度のセルロース エーテルは、電解質の増粘安定剤として機能し、アルカリ電池および亜鉛マンガン電池に安定したコロイド特性を提供します。ヒドロキシプロピルセルロースアセテートなど、一部のセルロースエーテルはサーモトロピック液晶性を示し、164℃以下でコレステリック液晶を形成します。
主な参考文献
●化学物質辞典。
● セルロースエーテルの特性、製造および産業への応用。
● セルロースエーテル市場の現状と発展傾向。
