セルロース誘導体のように化学修飾を行わずに利用されるセルロースとしては、発酵セルロースや粉末セルロース、結晶セルロースが挙げられます。その一例として、結晶セルロースをご紹介します。

2-1. 結晶セルロース（MCC）

製法

結晶セルロースは、植物パルプを原料に解重合・精製・乾燥したもので、水への分散が困難なパウダータイプと、水に分散して機能を発揮するコロイダルタイプの2種類があります。コロイダルタイプは、加水分解・精製後にCMC等の多糖類と混合して湿式粉砕したもので、多彩な機能を発揮します。

特性

パウダータイプとコロイダルタイプで、その特性や活用方法が異なります。

パウダータイプ

水には溶解しませんが、表面が多孔質となっていることから、水分や油分を吸着することができます。主に打錠することで成型する錠剤の賦形剤として利用されるほか、固結防止目的やサプリメントの崩壊剤、保水（保油）性等、様々な分野で利用されています。

コロイダルタイプ

水に加える際にはホモジナイザーなどで攪拌を行うなど、十分な分散が必要となります。十分に分散した結晶セルロースが三次元の網目構造を形成することで、懸濁安定効果を始めとした多彩な機能を発揮します。食品分野でココアやドレッシング等の懸濁安定や脂肪感の付与を目的に活用されます。

セルロース誘導体はその側鎖の違いにより性質が異なり、水溶性であったり、難水溶性であったりします。ここでは一般的な誘導体を6種紹介します。各製法はアルカリ条件下でパルプを晒したアルカリセルロースに様々なエーテル化剤を反応させることで得られます。

3-1. カルボキシメチルセルロース（CMC）

製法

カルボキシメチルセルロースはセルロースを水酸化ナトリウムで処理することで得られるアルカリセルロースをモノクロロ酢酸と反応させることで生成されます。

特性

純度や粘度、置換度（DS）により品目が分類されており、食品、医薬・化粧品、農水産、建材、セラミックスなどの幅広い分野で使用されています。主な機能として、増粘、乳化安定、保水、結合、等があります。

3-2. ヒドロキシエチルセルロース（HEC）

製法

ヒドロキシエチルセルロースはアルカリセルロースと酸化エチレンを反応させることで生成されます。

特性

水溶性のポリマーであり、冷水、温水に可溶で、比較的広範囲のpH域で粘度の変化が小さく安定です。増粘、保水、懸濁安定、保護コロイド等の性質が優れているため、パーソナルケアや塗料、建材、エマルション、接着剤などの成分として使用されています。

3-3. エチルセルロース（EC）

製法

エチルセルロースはアルカリセルロースと塩化エチルを反応させることで生成されます。

特性

今回紹介する誘導体で唯一の非水溶性ポリマーであり、非常に広範囲の有機溶媒への溶解性を有しています。また、柔軟なシートを成形する点もユニークでありエレクトロニクス、インク等の成分として使用されています。

3-4. ヒドロキシプロピルセルロース（HPC）

製法

ヒドロキシプロピルセルロースはアルカリセルロースと酸化プロピレンを反応させることで生成されます。

特性

置換されている側鎖（ヒドロキシプロピル基）により、冷水および極性有機溶媒に可溶なセルロースエーテルです。両親媒性であり、生理的にも無害であることから医薬品の結合剤として使用されています。また、可塑剤を添加しなくても柔軟性に優れた膜を形成し、押出成形や射出成形が可能な熱可塑性ポリマーでもあります。食品分野への使用も許可されており、ホイップクリームへの気泡安定等の効果や菓子のつや出しなどへ利用されています。

3-5. メチルセルロース（MC）、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）

製法

メチルセルロースはアルカリセルロースと塩化メチルを反応させることで生成されます。加えて、ヒドロキシプロピルメチルセルロースはメチル基だけではなく、ヒドロキシプロピル基も置換させたものです。

特性

メトキシ基とヒドロキシプロポキシ基の置換度により⽔と有機溶媒のどちらに溶解するかが変わる他、特徴的な性質である可逆的な熱ゲル化特性のゲル化温度も変動し、置換度により40〜90℃程度の範囲でゲル化し、冷却すると元の粘性溶液に戻ります。保水性、増粘、結合性、接着性、界面活性作⽤としての⽤途で用いられ、CMC同様、医薬・化粧品、食品、建材、接着など幅広い分野に使用されています。

引用文献

引用書籍1：セルロースのおもしろ科学とびっくり活用　　編者　セルロース学会
引用書籍2：セルロースの科学　　著者　磯貝明