カルボキシメチルセルロースナトリウム（別名：カルボキシメチルセルロースナトリウム、カルボキシメチルセルロース、CMC、カルボキシメチル、セルロースナトリウム、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩）は、今日世界で最も広く使用されており、使用量が最も多いタイプのセルロースです。
略してCMC-Naは、グルコース重合度100～2000、相対分子量242.16のセルロース誘導体です。白色の繊維状または顆粒状の粉末。無臭、無味、吸湿性、有機溶剤に不溶。
基本特性
1. カルボキシメチルセルロースナトリウム(CMC)の分子構造
1918年にドイツで初めて製造され、1921年に特許を取得して世に登場しました。その後、ヨーロッパで商業生産が達成されました。当時、それはコロイドおよび結合剤として使用された粗生成物にすぎませんでした。 1936 年から 1941 年にかけて、カルボキシメチル セルロース ナトリウムの産業応用研究が非常に活発になり、いくつかの刺激的な特許が発明されました。第二次世界大戦中、ドイツは合成洗剤にカルボキシメチルセルロースナトリウムを使用しました。 Hercules は 1943 年に米国で初めてカルボキシメチルセルロースナトリウムを製造し、1946 年には精製カルボキシメチルセルロースナトリウムを製造しました。これは安全な食品添加物として認められました。私の国では 1970 年代に導入が始まり、1990 年代には広く使用されました。現在世界で最も広く使用されており、最大量のセルロースです。
構造式：C6H7O2(OH)2OCH2COONa 分子式：C8H11O7Na
本製品はアニオン性繊維であるセルロースカルボキシメチルエーテルのナトリウム塩です。
2. カルボキシメチルセルロースナトリウム(CMC)の外観
この製品は、アニオン性セルロース エーテルであるセルロース カルボキシメチル エーテルのナトリウム塩で、白色または乳白色の繊維状の粉末または顆粒、密度 0.5 ～ 0.7 g/cm3、ほとんど無臭、無味、吸湿性です。水に分散して透明なコロイド溶液を形成しやすく、エタノールなどの有機溶媒には不溶です[1]。 1%水溶液の pH は 6.5 ～ 8.5 で、pH > 10 または < 5 の場合、粘液の粘度は大幅に低下し、pH = 7 のときに性能が最高になります。熱に対して安定で、20℃以下では粘度が急激に上昇し、45℃では緩やかに変化します。 80℃を超える温度で長時間加熱すると、コロイドが変性し、粘度や性能が大幅に低下する可能性があります。水に溶けやすく、溶液は透明です。アルカリ溶液中では非常に安定ですが、酸に遭遇すると容易に加水分解され、pH値が2〜3になると沈殿し、多価金属塩とも反応します。
主な目的
食品業界では増粘剤として、製薬業界では薬物担体として、日常化学業界では結合剤および再付着防止剤として使用されています。印刷および染色業界では、サイズ剤および印刷ペーストの保護コロイドとして使用されます。石油化学産業では、石油回収破砕流体の成分として使用できます。 [2]
非互換性
カルボキシメチルセルロースナトリウムは、強酸溶液、可溶性鉄塩、およびアルミニウム、水銀、亜鉛などの他の金属とは互換性がありません。 pH が 2 未満の場合、95% エタノールと混合すると沈殿が発生します。
カルボキシメチルセルロースナトリウムは、ゼラチンやペクチンと共凝集体を形成することができ、コラーゲンと複合体を形成することもでき、これにより特定の正に荷電したタンパク質を沈殿させることができます。
クラフト
CMC は通常、天然セルロースを苛性アルカリおよびモノクロロ酢酸と反応させて製造されるアニオン性高分子化合物であり、分子量は 6400 (±1000) です。主な副生成物は塩化ナトリウムとグリコール酸ナトリウムです。 CMCは天然セルロースの改質に属します。国連食糧農業機関 (FAO) と世界保健機関 (WHO) は、これを正式に「変性セルロース」と呼んでいます。
CMC の品質を測定する主な指標は、置換度 (DS) と純度です。一般に、DS が異なると CMC のプロパティも異なります。置換度が高いほど溶解性が強くなり、溶液の透明性と安定性が向上します。 CMC の透明性は置換度 0.7 ～ 1.2 で良くなり、水溶液の粘度は pH 6 ～ 9 で最も大きくなるという報告があります。品質を確保するには、エーテル化剤の選択に加えて、アルカリとエーテル化剤の量、エーテル化時間、エーテル化剤中の水分含量などの関係など、置換度や純度に影響を与える要素も考慮する必要があります。システム、温度、pH値、溶液の濃度、塩分など
現状
原料（コットンリンターから作られる精製綿）不足を解決するため、近年、我が国の一部の科学研究部門は企業と協力して、稲わら、粉綿（くず綿）、おからなどを総合的に利用する取り組みを行っています。 CMCを正常に製造するために。生産コストが大幅に削減され、CMC工業生産のための新たな原材料源が開拓され、資源の包括的な利用が実現します。生産コストを削減する一方で、CMCはより高精度を目指して発展しています。 CMCの研究開発は、既存の生産技術の変革や製造プロセスの革新が中心であり、開発に成功した「溶剤・スラリー法」 [3] プロセスなど、独自の特性を備えた新しいCMC製品の開発にも重点を置いています。海外でも広く使われています。安定性の高い新しいタイプの改質CMCが生成されます。置換度が高く、置換基がより均一に分布しているため、より幅広い工業生産分野や複雑な使用環境で使用でき、より高度なプロセス要件を満たすことができます。国際的には、この新しいタイプの変性CMCは「ポリアニオン性セルロース（PAC、ポリアニオン性セルロース）」とも呼ばれます。
安全性
安全性が高く、ADIによる規制は不要であり、国家基準も策定されている [4] 。
応用
この製品には、結合、増粘、強化、乳化、保水、懸濁の機能があります。
CMCの食品への応用
FAO と WHO は食品への純粋な CMC の使用を承認しました。非常に厳密な生物学的および毒性学的研究と試験を経て承認されました。国際基準の安全摂取量（ADI）は25mg/(kg・d)、つまり1人当たり約1.5g/日です。摂取量が10kgに達しても毒性反応を示さなかった人もいると報告されています。 CMCは、食品用途における優れた乳化安定剤および増粘剤であるだけでなく、優れた凍結および溶融安定性も備えており、製品の風味を改善し、保存期間を延長することができます。豆乳、アイスクリーム、アイスクリーム、ゼリー、飲料、缶などに使用されている量は1％～1.5％程度です。 CMCは酢、醤油、植物油、果汁、グレービーソース、野菜ジュースなどでも安定な乳化分散を形成することができ、その配合量は0.2%～0.5%です。特に動植物油、タンパク質、水溶液に対する乳化性能に優れ、安定した性能で均一な乳化を形成します。その安全性と信頼性により、その投与量は国の食品衛生基準ADIによって制限されません。 CMCは食品分野で継続的に開発されており、カルボキシメチルセルロースナトリウムをワイン製造に応用する研究も行われています。
医療におけるCMCの使用
製薬業界では、注射剤の乳化安定剤、錠剤の結合剤およびフィルム形成剤として使用できます。 CMC が安全で信頼できる抗がん剤キャリアであることを、基礎実験や動物実験を通じて証明した人もいます。膜材料としてCMCを使用する、伝統的な中国医学のYangyin Shengji粉末の改良剤形であるYangyin Shengji膜は、皮膚剥離手術創傷および外傷性創傷に使用できます。動物モデルの研究では、フィルムが傷の感染を防ぎ、ガーゼ包帯と大きな違いがないことが示されています。創傷組織液の浸出の制御と創傷の迅速な治癒の点で、このフィルムはガーゼ包帯よりもはるかに優れており、術後の浮腫と創傷の炎症を軽減する効果があります。ポリビニルアルコール：カルボキシメチルセルロースナトリウム：ポリカルボキシエチレンの比率が３：６：１のフィルム製剤が最適処方であり、密着性、剥離性ともに向上します。製剤の付着性、口腔内での製剤の滞留時間、および製剤中の薬剤の有効性がすべて大幅に改善されます。ブピバカインは強力な局所麻酔薬ですが、中毒になると重篤な心血管系の副作用を引き起こすことがあります。したがって、ブピバカインは臨床で広く使用されていますが、その毒性反応の予防と治療に関する研究には常に注目が集まっています。薬理学的研究により、ブピバカイン溶液と配合された徐放性物質としての CIVIC が薬物の副作用を大幅に軽減できることが示されています。 PRK 手術では、低濃度のテトラカインおよび非ステロイド性抗炎症薬を CMC と組み合わせて使用すると、術後の痛みを大幅に軽減できます。術後の腹膜癒着の予防と腸閉塞の軽減は、臨床外科において最も関心のある問題の 1 つです。研究によると、CMCは術後の腹膜癒着の程度を軽減する点でヒアルロン酸ナトリウムよりも大幅に優れており、腹膜癒着の発生を予防する効果的な方法として使用できることが示されています。 CMCは、肝がんの治療における抗がん剤のカテーテル肝動脈注入に使用され、腫瘍内での抗がん剤の滞留時間を大幅に延長し、抗腫瘍力を高め、治療効果を向上させることができます。動物医学においても、CMC は幅広い用途に使用されています。雌羊への 1% CMC 溶液の腹腔内注入は、家畜の生殖管手術後の難産および腹部癒着の予防に顕著な効果があることが報告されています [5]。
他の産業用途における CMC
洗剤では、CMC は汚れ再付着防止剤として使用でき、特に疎水性合成繊維織物に使用でき、カルボキシメチル繊維よりも大幅に優れています。
CMC は、石油掘削における泥水安定剤および保水剤として油井を保護するために使用できます。各油井の用量は浅井戸で 2.3 トン、深井戸で 5.6 トンです。
繊維産業では、サイジング剤、印刷および染色ペースト、繊維捺染および硬化仕上げ用の増粘剤として使用されます。サイズ剤として使用すると、溶解性と粘度が向上し、サイズ除去が容易になります。硬化剤としてのその投与量は 95% 以上です。サイズ剤として使用すると、サイズフィルムの強度と柔軟性が大幅に向上します。再生シルクフィブロインを用いたグルコースオキシダーゼを固定化するマトリックスとしてカルボキシメチルセルロースからなる複合膜を使用し、グルコースオキシダーゼとフェロセンカルボン酸を固定化し、より高い感度と安定性を備えたグルコースバイオセンサーを作製しました。研究によると、シリカゲルホモジネートを約 1% (w/v) の濃度の CMC 溶液で調製すると、調製された薄層プレートのクロマトグラフィー性能が最高になることが示されています。同時に、最適化された条件でコーティングされた薄層プレートは、適切な膜強度を備え、さまざまなサンプリング手法に適しており、操作が簡単です。 CMC はほとんどの繊維に対して接着性があり、繊維間の結合を向上させることができます。粘度が安定しているためサイジングの均一性が確保され、製織効率が向上します。また、繊維製品の仕上げ剤としても使用でき、特に生地に耐久性のある変化をもたらす永続的なシワ防止仕上げに使用できます。
CMC は、コーティング用の沈降防止剤、乳化剤、分散剤、レベリング剤、接着剤として使用できます。塗膜の固形分を溶剤中で均一に分散させることができるため、塗膜の剥離を長期間防止できます。塗料にも広く使われています。 。
CMC を凝集剤として使用すると、グルコン酸ナトリウムよりもカルシウムイオンの除去に効果的です。カチオン交換として使用すると、その交換容量は 1.6 ml/g に達します。
CMC は製紙業界で紙サイズ剤として使用されており、紙の乾燥強度と湿潤強度、耐油性、インク吸収性、耐水性を大幅に向上させることができます。
CMCは化粧品のヒドロゾルや歯磨き粉の増粘剤として使用されており、その配合量は約5％です。
CMCは凝集剤、キレート剤、乳化剤、増粘剤、保水剤、サイズ剤、フィルム形成材料などとして使用でき、電子機器、殺虫剤、皮革、プラスチック、印刷、セラミックス、歯磨き粉、日用品などにも広く使用されています。化学品などの分野で使用されており、その優れた性能と幅広い用途により、常に新たな応用分野を開拓しており、市場の展望は非常に広いです。
予防
(1)本品は強酸、強アルカリ、重金属イオン(アルミニウム、亜鉛、水銀、銀、鉄等)との適合性は禁忌です。
(2)本品の許容摂取量は0～25mg/kg・日です。
説明書
CMC を水と直接混合してペースト状の接着剤を作り、後で使用します。 CMC接着剤を構成するときは、まず撹拌装置を備えたバッチングタンクに一定量のきれいな水を加え、撹拌装置がオンになったら、CMCをバッチングタンクにゆっくりと均等に振りかけ、継続的に撹拌して、CMCが完全に統合されるようにします。 CMCは水で完全に溶解します。 CMCを溶解する際、均一に振りかけ、継続的に撹拌する必要があるのは、「CMCが水と出会った際の凝集、凝集の問題を防ぎ、CMCの溶解量を減らすため」であり、CMCの溶解速度を高めるためです。撹拌時間はCMCが完全に溶解する時間と同じではありません。それらは 2 つの概念です。一般に、撹拌時間は、CMC が完全に溶解する時間よりもはるかに短くなります。この 2 つに必要な時間は、特定の状況によって異なります。
撹拌時間を決定する基準は次のとおりです。CMCＣＭＣが水中に均一に分散し、明らかな大きな塊がない場合には、撹拌を止めることができ、静置状態でＣＭＣと水とが浸透し、融合することができる。
CMC が完全に溶解するまでに必要な時間を決定する根拠は次のとおりです。
（１）ＣＭＣと水は完全に結合しており、両者の間に固液分離はない。
（２）混合ペーストは均一な状態であり、表面は平滑である。
(3) 混合ペーストの色は無色透明に近く、ペースト中に粒状物はありません。 CMCをバッチタンクに入れて水と混合してからCMCが完全に溶解するまでの所要時間は10～20時間です。
投稿日時: 2024 年 4 月 26 日