ヒドロキシプロピルメチルセルロースは、非イオン性セルロース混合エーテルの一種です。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は、メトキシル基とヒドロキシプロピル基の比率が異なり、粘度も異なるため、特性の異なる品種が多く存在します。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もの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もの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、ヒドロキシプロピル基やメトキシル基の含有量が少量であるにもかかわらず、有機溶媒への溶解性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性
①ヒドロキシプロピルメチルセルロースの水への溶解度 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（メトキシプロピレン）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じ特性を備えています。 セルロースは、冷水に溶け、温水に溶けないという同様の特性を持っています。 しかし、修飾されたヒドロキシプロピル基のため、温水中でのゲル化温度はメチルセルロースよりもはるかに高くなります。 例えば、2％メトキシ含有量置換度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20℃での粘度は500mPa·sであり、ゲル化温度は100℃近くまで達することができますが、同じ温度でのメチルセルロースは約55℃に過ぎません。 水への溶解度に関しても、大幅に改善されています。例えば、粉砕されたヒドロキシプロピルメチルセルロース（20℃で0.2〜0.5mmの粒状、4％水溶液粘度2pa•s）は、室温では冷却せずに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もメチルセルロースよりも優れています。2.1以上の製品では、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、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、無水メタノールおよびエタノール溶液に中程度に溶解し、熱可塑性で水溶性です。また、塩化メチレン、クロロホルムなどの塩素化炭化水素、アセトン、イソプロパノール、ジアセトンアルコールなどの有機溶媒にも溶解します。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標準粘度測定は、他のセルロースエーテルと同じで、2％水溶液を標準として20℃で測定されます。同じ製品の粘度は濃度の増加に伴って増加します。同じ濃度で分子量の異なる製品の場合、分子量が大きい製品の方が粘度が高くなります。温度との関係はメチルセルロースと同様で、温度が上昇すると粘度が低下し始めますが、ある温度に達すると急激に粘度が上昇し、ゲル化が起こります。低粘度製品のゲル化温度は高くなります。ゲル化点はエーテルの粘度だけでなく、エーテル中のメトキシル基とヒドロキシプロピル基の構成比や総置換度の大きさにも関係しています。ヒドロキシプロピルメチルセルロースも擬塑性であり、酵素分解の可能性を除けば、粘度が低下することなく室温で安定していることに注意する必要があります。
（3）ヒドロキシプロピルメチルセルロースの耐塩性ヒドロキシプロピルメチルセルロースは非イオン性エーテルであるため、他のイオン性セルロースエーテルとは異なり、水媒体中でイオン化しません。たとえば、カルボキシメチルセルロースは重金属イオンと反応して溶液中に沈殿します。塩化物、臭化物、リン酸塩、硝酸塩などの一般的な塩は、水溶液に加えても沈殿しません。ただし、塩の添加は水溶液の凝集温度にいくらか影響を及ぼします。塩濃度が高くなると、ゲル温度は低下します。塩濃度が凝集点を下回ると、溶液の粘度が上昇する傾向があります。したがって、一定量の塩が添加されます。適用時には、より経済的に増粘効果を達成できます。したがって、いくつかの用途では、増粘効果を得るために、高濃度のエーテル溶液よりもセルロースエーテルと塩の混合物を使用する方が良い場合があります。
（4）ヒドロキシプロピルメチルセルロースの耐酸性・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・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、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、その後ゆっくりと低下させます。
（5）ヒドロキシプロピルメチルセルロースの相溶性 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して、均一で透明で粘度の高い溶液を形成することができる。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る。アラビアガム、ローカストビーンガム、カラヤガムなどの天然高分子化合物もその溶液と良好な相溶性を有する。 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、グリセリン、ソルビトール、マンニトールと混合することもでき、これらの化合物はセルロース用の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することができる。
（6）ヒドロキシプロピルメチルセルロースの不溶性水溶性セルロースエーテルは、アルデヒドと表面架橋反応を起こし、これらの水溶性エーテルが溶液中に沈殿して水に不溶性となる。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、アジポアルデヒドなどがある。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、その中でもグリオキサールは反応が速いため、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る。この種の架橋剤の溶液中の量は、エーテル質量の0.2％～10％、好ましくは7％～10％であり、例えば、3.3％～6％のグリオキサールが最も適している。一般に、処理温度は0～30℃、時間は1～120分である。架橋反応は酸性条件下で行う必要がある。一般的には、まず溶液に無機強酸または有機カルボン酸を加えてpHを2～6程度、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を行う。使用する酸としては、塩酸、硫酸、リン酸、ギ酸、酢酸、ヒドロキシ酢酸、コハク酸、クエン酸などがあり、ギ酸または酢酸との併用が推奨され、ギ酸が最適である。酸とアルデヒドを同時に添加して、所望のpH範囲内で架橋反応を行うこともできる。この反応は、セルロースエーテルの製造工程における最終処理工程でよく用いられる。セルロースエーテルが不溶性になった後、
洗浄・精製には20～25℃の水を使用します。製品使用時には、製品溶液にアルカリ性物質を添加してpHをアルカリ性に調整することで、製品が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フィルム状にした後、フィルム処理して不溶性フィルムにする場合にも適用できます。
（7）ヒドロキシプロピルメチルセルロースの酵素耐性理論上、各無水グルコース基にしっかりと結合した置換基などのセルロース誘導体は微生物による侵食を受けにくいが、実際には、完成品の置換値が1を超えると酵素による分解を受け、セルロース鎖上の各基の置換度が十分に均一ではなく、微生物が未置換の無水グルコース基を侵食する可能性がある。糖が生成され、微生物の栄養分として吸収される。したがって、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に対する耐性も高まる。報告によると、制御された条件下での酵素加水分解の結果、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（DS=1.9）の残留粘度は13.2%、メチルセルロース（DS=1.83）は7.3%、メチルセルロース（DS=1.66）は3.8%、ヒドロキシエチルセルロースは1.7%でした。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ことがわかります。そのため、ヒドロキシプロピルメチルセルロースの優れた酵素耐性は、良好な分散性、増粘性、およびフィルム形成性と相まって、水エマルジョンコーティングなどに使用され、一般的に防腐剤を添加する必要はありません。ただし、溶液を長期保存する場合や外部からの汚染の可能性がある場合は、予防措置として防腐剤を添加することができ、溶液の最終的な要件に応じて選択することができます。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、いずれも毒性があるため、使用には注意が必要です。通常、1リットルあたり1～5mgの酢酸フェニル水銀を溶液に添加します。
（8）ヒドロキシプロピルメチルセルロースフィルムの性能 ヒドロキシプロピルメチルセルロースは優れたフィルム形成能を有し、その水溶液または有機溶媒溶液をガラス板に塗布し、乾燥後に自由になる。色鮮やかで透明で強靭なフィルムです。耐湿性が良く、高温でも固体のままです。吸湿性可塑剤を添加すると、伸びや柔軟性を高めることができます。柔軟性を向上させるという点では、グリセリンやソルビトールなどの可塑剤が最も適しています。一般に、溶液濃度は2％〜3％、可塑剤の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、高湿度でコロイド脱水収縮が発生します。可塑剤を添加したフィルムの引張強度は、可塑剤を添加しない場合よりもはるかに大きく、添加量の増加に伴って増加します。フィルムの吸湿性についても、可塑剤の量の増加に伴って増加します。
投稿日時: 2022年12月20日