セルロースエーテルは、天然セルロースをエーテル化反応で合成した高分子化合物で、優れた増粘剤、保水剤です。
研究の背景
近年、セルロースエーテルはドライミックスモルタルに広く使用されています。最も広く使用されているのは、メチルセルロースエーテル（MC）、ヒドロキシエチルセルロースエーテル（HEC）、ヒドロキシエチルセルロースエーテルメチルセルロースエーテル（HEMC）、ヒドロキシプロピルメチルセルロースエーテル（HPMC）などの非イオン性セルロースエーテルです。現在、セルロースエーテル溶液の粘度測定方法に関する文献は多くなく、我が国では、セルロースエーテル溶液の粘度試験方法を規定した規格やモノグラフがいくつかあるのみです。
セルロースエーテル溶液の調製方法
メチルセルロースエーテル溶液の調製
メチルセルロースエーテルとは、MC、HEMC、HPMCなど、分子内にメチル基を含むセルロースエーテルを指します。メチル基の疎水性により、メチル基を含むセルロースエーテル溶液は熱ゲル化特性を有し、ゲル化温度（約60～80℃）以上の熱水には溶けません。セルロースエーテル溶液が凝集体を形成するのを防ぐには、水をゲル化温度（約80～90℃）以上に加熱し、セルロースエーテル粉末を熱水に加え、攪拌して分散させ、攪拌を続けながら設定温度まで冷却することで、均一なセルロースエーテル溶液を調製できます。
表面処理されていないメチルセルロース含有エーテルの溶解特性
溶解プロセス中のセルロースエーテルの凝集を避けるために、製造業者は粉末セルロースエーテル製品に化学表面処理を施して溶解を遅らせることがあります。溶解プロセスはセルロースエーテルが完全に分散した後に起こるため、凝集体を形成せずに中性pH値の冷水に直接分散できます。溶液のpH値が高いほど、遅延溶解特性を持つセルロースエーテルの溶解時間が短くなります。溶液のpH値をより高い値に調整します。アルカリ性はセルロースエーテルの遅延溶解性を排除し、溶解時にセルロースエーテルが凝集体を形成する原因となります。したがって、セルロースエーテルが完全に分散した後、溶液のpH値を上下させる必要があります。
表面処理されたメチルセルロース含有エーテルの溶解特性
ヒドロキシエチルセルロースエーテル溶液の調製
ヒドロキシエチルセルロースエーテル（HEC）溶液は熱ゲル化の性質を持たないため、表面処理を施さないHECは熱水中で凝集体を形成します。製造業者は一般的に粉末HECに化学表面処理を施して溶解を遅らせ、中性pH値の冷水に直接分散させても凝集体を形成させないようにしています。同様に、アルカリ度の高い溶液では、HECの溶解度の低下が遅れて凝集体を形成することもあります。セメントスラリーは水和後にアルカリ性になり、溶液のpH値は12〜13であるため、表面処理されたセルロースエーテルのセメントスラリーへの溶解速度も非常に速くなります。
表面処理されたHECの溶解特性
結論と分析
1. 分散プロセス
表面処理物質の溶解が遅いために試験時間に悪影響が出るのを避けるため、準備には温水を使用することをお勧めします。
2. 冷却プロセス
セルロースエーテル溶液は、冷却速度を低下させるために室温で撹拌して冷却する必要がありますが、そのためには試験時間を延長する必要があります。
3. 撹拌工程
セルロースエーテルを熱湯に加えた後は、必ず撹拌を続けてください。水温がゲル化温度を下回ると、セルロースエーテルが溶解し始め、溶液は徐々に粘稠になっていきます。この時、撹拌速度を落としてください。溶液が一定の粘度に達した後、10時間以上静置すると、泡がゆっくりと表面に浮き上がり、破裂して消えます。
セルロースエーテル溶液中の気泡
4. 水和プロセス
セルロースエーテルと水の品質を正確に測定し、溶液を高粘度になるまで待ってから水を補充しないようにしてください。
5. 粘度試験
セルロースエーテル溶液はチキソトロピー性を有するため、粘度測定時に回転粘度計のローターを溶液に挿入すると、溶液が乱れ、測定結果に影響を与える可能性があります。そのため、ローターを溶液に挿入した後、測定前に5分間放置する必要があります。
投稿日時: 2023年3月22日