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、現在世界で最も広く使用され、最も多く使用されているセルロースの種類です。
CMC-Na（略称）は、グルコース重合度が100～2000、相対分子量が242.16のセルロース誘導体です。白色の繊維状または粒状の粉末で、無臭、無味、吸湿性があり、有機溶媒に不溶です。
基本的なプロパティ
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生産され、1921年に特許を取得して世界に登場しました。その後、ヨーロッパでは商業生産が達成されました。当時は粗製品のみで、コロイドやバインダーとして使用されていました。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活発に行われ、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ていました。ヘラクレスは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年に精製カルボキシメチルセルロースナトリウムを生産し、安全な食品添加物として認められました。わが国では1970年代に採用が始まり、1990年代に広く使用されるようになりました。これは現在、世界で最も広く使用され、最も多くの量のセルロースです。
構造式：C6H7O2 (OH)2OCH2COONa 分子式：C8H11O7Na
この製品は、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
本品は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あり、アニオン性セルロースエーテルであり、白色または乳白色の繊維状粉末または顆粒で、密度は0.5〜0.7g / cm3で、ほとんど無臭、無味、吸湿性があります。 水に分散しやすく、透明なコロイド溶液を形成し、エタノールなどの有機溶媒には溶けません[1]。 1％水溶液のpHは6.5〜8.5で、pH> 10または<5の場合、粘液の粘度が大幅に低下し、pH = 7のときに性能が最適になります。 熱に対して安定で、20℃未満では粘度が急速に上昇し、45℃では粘度がゆっくりと変化します。 80℃を超える長時間加熱はコロイドを変性させ、粘度と性能を大幅に低下させ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していますが、酸に触れると容易に加水分解され、pH値が2〜3のときに沈殿し、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、日用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・染色業界では、サイズ剤や捺染糊の保護コロイドとして使用されています。石油化学業界では、石油回収用破砕流体の成分として使用されます。[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相溶しません。pHが2未満の場合、または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し、またコラーゲンと複合体を形成して、特定の正に帯電したタンパク質を沈殿させる可能性があります。
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得られる分子量6400（±1000）の陰イオン性高分子化合物です。主な副産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、国連食糧農業機関（FAO）と世界保健機関（WHO）は正式に「改質セルロース」と呼んでいます。
CMCの品質を測る主な指標は、置換度（DS）と純度です。一般的に、DSが異なるとCMCの特性が異なり、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。報告によると、CMCの透明性は置換度が0.7～1.2のときに最も高く、水溶液の粘度はpH値が6～9のときに最も高くなります。品質を確保するためには、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、系内の水分量、温度、pH値、溶液濃度、塩分などの置換度と純度に影響を与えるいくつかの要因も考慮する必要があります。
現状
近年、わが国の一部の科学研究機関は、原料（コットンリンターを原料とする精製綿）不足を解決するため、企業と協力し、稲わら、粉砕綿（廃綿）、豆腐粕などを総合的に利用してCMCを生産することに成功しました。生産コストは大幅に削減され、CMC工業生産のための新たな原料源を開拓し、資源の総合的な利用を実現しました。生産コストの削減とCMCの高精度化が同時に達成されました。CMCの研究開発は、主に既存の生産技術の転換と製造プロセスの革新、そして海外で開発に成功し広く使用されている「溶媒スラリー法」[3]プロセスなどの独自の特性を持つ新しいCMC製品に焦点を当てています。これにより、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、置換基の分布が均一であるため、より幅広い工業生産分野と複雑な使用環境で使用でき、より高い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改質CMCは「ポリアニオンセルロース（PAC、ポリアニオンセルロース）」とも呼ばれています。
安全性
ADIは安全性が高く、規制を必要とせず、国家基準が策定されています[4]。
応用
この製品は結合、増粘、強化、乳化、保水および懸濁の機能を持っています。
食品におけるCMCの応用
FAOとWHOは、純粋なCMCの食品への使用を承認しました。これは、非常に厳格な生物学的および毒物学的研究とテスト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人あたり約1.5g / dです。摂取量が10kgに達しても毒性反応がなかったという報告があります。 CMCは、食品用途では優れた乳化安定剤と増粘剤であるだけでなく、優れた凍結安定性と溶解安定性を備えており、製品の風味を改善し、保存期間を延ばすことができます。豆乳、アイスクリーム、ゼリー、飲料、缶詰などに使用される量は約1％〜1.5％です。CMCは、酢、醤油、植物油、フルーツジュース、グレービー、野菜ジュースなどと安定した乳化分散液を形成でき、その用量は0.2％〜0.5％です。特に、動植物油、タンパク質、水溶液に対する優れた乳化性能を有し、均一なエマルジョンを安定した性能で形成します。安全性と信頼性が高いため、国家食品衛生基準ADIによる使用量の制限はありません。CMCは食品分野で継続的に開発されており、ワイン製造におけるカルボキシメチルセルロースナトリウムの応用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、フィルム形成剤として使用されています。基礎実験や動物実験を通して、CMCが安全で信頼性の高い抗癌剤キャリアであることが証明されています。CMCを膜材料として用いた漢方薬「陽陰生聚散」の改良剤形である「陽陰生聚膜」は、皮膚剥離術の創傷や外傷に使用できます。動物モデル実験では、この膜は創傷感染を防ぎ、ガーゼドレッシングと有意差がないことが示されています。創傷組織液の滲出抑制と迅速な創傷治癒の点では、この膜はガーゼドレッシングよりもはるかに優れており、術後の浮腫や創傷刺激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を3：6：1の割合で配合したフィルム製剤は最適な処方であり、接着力と放出速度が向上します。製剤の付着性、口腔内滞留時間、そして製剤中の薬剤の効能は、いずれも大幅に向上しています。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。そのため、ブピバカインは臨床で広く使用されている一方で、その毒性反応の予防と治療に関する研究は常に重視されてきました。薬理学的研究によると、ブピバカイン溶液に配合された徐放性物質であるCIVICは、薬剤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、低濃度テトラカインと非ステロイド性抗炎症薬をCMCと併用することで、術後疼痛を大幅に軽減できます。術後腹膜癒着の予防と腸閉塞の軽減は、臨床外科における最も懸念される課題の一つです。研究によると、CMCはヒアルロン酸ナトリウムよりも術後腹膜癒着の程度を軽減する効果が著しく優れており、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ます。 CMCは、肝癌治療における抗癌剤のカテーテル肝動脈注入に用いられ、抗癌剤の腫瘍内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。動物医療においても、CMCは幅広い用途を有しています。家畜の生殖器系手術後の難産および腹腔内癒着の予防に、雌羊に1%CMC溶液を腹腔内投与する効果が顕著であることが報告されています[5]。
その他の産業用途におけるCMC
洗剤では、CMC は汚れの再付着防止剤として使用でき、特に疎水性合成繊維織物の場合、カルボキシメチル繊維よりもはるかに優れています。
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。油井1本あたりの使用量は、浅井の場合は2.3トン、深井の場合は5.6トンです。
繊維業界では、糊付け剤、捺染糊の増粘剤、繊維印刷および硬化仕上げとして使用されています。糊付け剤として使用すると、溶解性と粘度が向上し、糊抜きが容易になります。硬化剤としての使用量としては、95％以上です。糊付け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とカルボキシメチルセルロースからなる複合膜をグルコースオキシダーゼ固定化マトリックスとして使用し、グルコースオキシダーゼとフェロセンカルボキシレートを固定化し、製造されたグルコースバイオセンサーは、より高い感度と安定性を備えています。研究によると、シリカゲルホモゲネートを約1％（w / v）の濃度のCMC溶液で調製すると、調製した薄層プレートのクロマトグラフィー性能が最適になることが示されています。同時に、最適化された条件下でコーティングされた薄層プレートは、適切な層強度を持ち、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接着性があり、繊維間の結合力を高めます。粘度の安定性により糊付けの均一性を確保し、製織効率を向上させます。また、繊維の仕上げ剤としても使用でき、特に永久的な防シワ加工に使用でき、生地に耐久性のある変化をもたらします。
CMCは、塗料の沈降防止剤、乳化剤、分散剤、レベリング剤、接着剤として使用できます。塗料の固形分を溶剤中に均一に分散させることで、長期間にわたって塗料の剥離を防ぎます。また、塗料にも広く使用されています。
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効果に優れています。陽イオン交換剤として使用した場合、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は化粧品のハイドロゾルや歯磨き粉の増粘剤として使用され、その使用量は約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利用でき、電子工学、農薬、皮革、プラスチック、印刷、陶磁器、歯磨き粉、日用化学品などの分野でも広く利用されており、その優れた性能と幅広い用途により、常に新しい応用分野を開拓しており、市場の見通しは非常に広いです。
予防
（１）本製品は強酸、強アルカリ、重金属イオン（アルミニウム、亜鉛、水銀、銀、鉄など）と併用することは禁忌です。
（２）本剤の摂取許容量は0～25mg/kg・日である。
説明書
CMCを水と直接混ぜて、後で使用するペースト状の接着剤を作ります。CMC接着剤を構成するときは、まず攪拌装置を使用して一定量のきれいな水をバッチタンクに加え、攪拌装置をオンにしたら、CMCをバッチタンクにゆっくりと均等に振りかけ、継続的に攪拌して、CMCが水と完全に統合されるようにします。CMCは完全に溶解できます。CMCを溶解する際に、均一に振りかけて連続的に攪拌する必要があるのは、「CMCが水と出会ったときに凝集、凝集、溶解するCMCの量を減らす」という問題を防ぎ、CMCの溶解率を上げるためです。攪拌の時間は、CMCが完全に溶解する時間と同じではありません。これらは2つの概念です。一般的に言えば、攪拌の時間はCMCが完全に溶解する時間よりもはるかに短いです。2つに必要な時間は具体的な状況によって異なります。
撹拌時間を決定する基準は、CMC水中に均一に分散し、明らかな大きな塊がない場合は、撹拌を停止し、静置状態でCMCと水が浸透して融合させることができます。
CMC が完全に溶解するのに必要な時間を決定する基準は次のとおりです。
（１）CMCと水は完全に結合しており、両者の間に固液分離は起こらない。
（２）混合ペーストは均一な状態にあり、表面は平滑である。
（3）混合ペーストの色はほぼ無色透明で、ペースト中には粒状物は含まれていない。CMCを仕込みタンクに投入し、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時間である。
投稿日時: 2024年4月26日