Definición rápida
Hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC) es un éter de celulosa semisintético, soluble en agua, derivado de la celulosa natural. Se produce modificando químicamente la fibra vegetal (algodón refinado o pulpa de madera) con grupos metilo e hidroxipropilo. El resultado es un polvo entre blanco y blanquecino que se disuelve en agua fría para formar una solución clara y viscosa.
También encontrará HPMC con otros nombres dependiendo del sector:
- Hipromelosanombre farmacéutico utilizado en la Farmacopea de los Estados Unidos (USP), la Farmacopea Europea (EP) y la Farmacopea Japonesa (JP).
- E464código de aditivo alimentario utilizado en la Unión Europea
- Número CAS 9004-65-3el número de registro del Chemical Abstracts Service
HPMC tiene cuatro funciones principales: espesamiento, retención de agua, formación de película y adhesión. Estas funciones la convierten en una de las más utilizadas éteres de celulosa en el mundo, con un mercado global valorado en aproximadamente 1.870 millones de USD en 2021 y que se prevé que crezca a una TCAC de 4,8% hasta 2030 (Grand View Research).
Cómo se fabrica HPMC
HPMC comienza como celulosa natural, el principal componente estructural de las paredes celulares de las plantas. El proceso de producción convierte la fibra de celulosa bruta en un polímero funcional mediante una serie de reacciones químicas.
Etapa 1: Refinado y molienda de la celulosa. La pasta cruda de algodón o de madera se purifica para eliminar la lignina, la hemicelulosa y otras impurezas. A continuación, la celulosa purificada se tritura hasta obtener un polvo fino que aumenta su superficie para el siguiente paso.
Etapa 2: Alcalinización (mercerización). El polvo de celulosa se trata con una solución concentrada de hidróxido de sodio (NaOH). Esto produce celulosa alcalina, que hincha la estructura de la fibra y hace que los grupos hidroxilo de la cadena de celulosa sean más reactivos.
Paso 3: Eterificación. Este es el paso en el que HPMC recibe su nombre. Dos reactivos reaccionan con la celulosa alcalina:
- Cloruro de metilo (CH₃Cl) introduce grupos metilo (-CH₃) en el esqueleto de la celulosa. Esta sustitución produce la parte “metilo” de la hidroxipropilmetilcelulosa.
- Óxido de propileno (C₃H₆O) introduce grupos hidroxipropilo (-OCH₂CH(OH)CH₃) en la columna vertebral de la celulosa. Esta sustitución produce la parte “hidroxipropílica”.
La proporción y el alcance de estas sustituciones determinan el rendimiento del producto final. Diferentes combinaciones producen diferentes grados de HPMC.
Paso 4: Neutralización y purificación. La mezcla de reacción se neutraliza con ácido y, a continuación, se lava repetidamente con agua caliente para eliminar sales, subproductos y productos químicos que no hayan reaccionado. Este paso de purificación es especialmente importante para la HPMC de grado farmacéutico y alimentario, donde los niveles de disolvente residual están estrictamente regulados.
Etapa 5: Secado, molturación y cribado. El HPMC purificado se seca, se muele hasta alcanzar un tamaño de partícula especificado y se pasa por tamices para garantizar una distribución uniforme de las partículas. El producto final es un polvo blanco o blanquecino que fluye libremente.
Todo el proceso tiene lugar en condiciones controladas de temperatura y presión. En esta fase se controlan el grado de sustitución, la viscosidad y el tamaño de las partículas.
Propiedades clave para los compradores
No es necesario ser licenciado en química para comprar HPMC de forma eficaz. Pero sí necesita conocer las propiedades que afectan a su rendimiento en su aplicación.
Solubilidad en agua. HPMC se disuelve en agua fría formando una solución viscosa clara o ligeramente turbia. No se disuelve en agua caliente. Esto no es un defecto. Se trata de una característica definitoria denominada gelificación térmica, que se explica a continuación.
Gelificación térmica. Cuando una solución de HPMC se calienta por encima de cierta temperatura (normalmente 60-90°C, dependiendo del grado), las cadenas de polímero se colapsan y forman una red de gel. La solución se enturbia y la viscosidad aumenta bruscamente. Cuando la solución se enfría por debajo de la temperatura de gel, vuelve a su estado disuelto original. Este comportamiento reversible es importante en aplicaciones de construcción, donde la temperatura ambiente es elevada, y en formulaciones farmacéuticas de liberación controlada, donde la formación de gel controla la velocidad de liberación del fármaco.
Viscosidad. HPMC está disponible en una amplia gama de grados de viscosidad, desde aproximadamente 3 mPa-s hasta 200.000 mPa-s (medidos como solución acuosa 2% a 20°C). Una mayor viscosidad significa soluciones más espesas, mayor resistencia al hundimiento y mejor retención de agua. Una viscosidad más baja facilita la mezcla, mejora la fluidez y mejora la nivelación. La viscosidad que necesita depende de su aplicación.
Carácter no iónico. La HPMC no tiene carga eléctrica en solución. Esto significa que no reacciona con los iones del sistema, como las sales de calcio, sodio o potasio. Es compatible con una amplia gama de electrolitos, tensioactivos y otros aditivos. Su rango de estabilidad de pH es aproximadamente de 3,0 a 11,0.
Formación de la película. Cuando una solución de HPMC se seca, forma una película transparente y flexible. Esta película resiste aceites y grasas, pero es permeable al vapor de agua. En los recubrimientos farmacéuticos, esta propiedad permite una liberación controlada. En la construcción, contribuye a la adherencia y la retención de agua en la interfaz del sustrato.
Actividad superficial. HPMC reduce la tensión superficial del agua. Esto mejora la humectación y dispersión de polvos y pigmentos en sistemas a base de cemento, pinturas y productos de cuidado personal.
Explicación de los grados de HPMC: DS, MS y Viscosidad
Cuando consulte una hoja de especificaciones de HPMC, verá números para DS, MS y viscosidad. Esto es lo que significan.
Grado de sustitución (DS) y sustitución molar (MS)
DS (Grado de sustitución) se refiere al número medio de grupos metilo (-OCH₃) unidos a cada unidad de anhidroglucosa en la cadena de celulosa. El DS máximo posible es 3,0 (las tres posiciones hidroxilo disponibles están sustituidas). Los valores típicos de DS de HPMC oscilan entre 0,6 y 1,8.
MS (sustitución molar) se refiere al número medio de grupos hidroxipropilo (-OCH₂CH(OH)CH₃) unidos a cada unidad de anhidroglucosa. A diferencia del DS, el MS puede superar 3,0 porque los grupos hidroxipropilo pueden unirse entre sí en cadenas laterales cortas. Los valores típicos de MS de HPMC oscilan entre 0,1 y 0,3.
La combinación de DS y MS determina el comportamiento fundamental de la HPMC. Un mayor contenido de metoxilo (mayor DS) aumenta la hidrofobicidad y disminuye la temperatura del gel. Un mayor contenido de hidroxipropoxilo (mayor MS) aumenta la hidrofilia y eleva la temperatura del gel. Estos dos parámetros funcionan en oposición, y los fabricantes los ajustan para producir grados para diferentes aplicaciones.
Tipos de sustitución USP
La Farmacopea de Estados Unidos clasifica la HPMC en cuatro tipos de sustitución en función de sus rangos de contenido en metoxilo e hidroxipropoxilo:
| Tipo USP | Metoxilo (%) | Hidroxipropoxilo (%) | Uso típico |
|---|---|---|---|
| 1828 | 16.5-20.0 | 23.0-32.0 | Recubrimiento pelicular, liberación sostenida |
| 2208 | 19.0-24.0 | 4.0-12.0 | Aglutinante de comprimidos, espesante |
| 2906 | 27.0-30.0 | 4.0-7.5 | Matriz de liberación controlada |
| 2910 | 28.0-30.0 | 7.0-12.0 | Farmacia general, cápsulas |
El número de cuatro dígitos codifica los datos de sustitución. Los dos primeros dígitos representan el contenido aproximado de metoxilo y los dos últimos dígitos representan el contenido aproximado de hidroxipropoxilo. Por ejemplo, el tipo 2910 tiene aproximadamente 29% de metoxilo y aproximadamente 10% de hidroxipropoxilo.
Si se abastece de HPMC para aplicaciones farmacéuticas, el tipo USP es una especificación obligatoria. Para la construcción y las aplicaciones industriales, los fabricantes suelen utilizar diferentes convenciones de nomenclatura.
Grados de viscosidad y cómo leerlos
La viscosidad es la especificación más comúnmente referenciada para HPMC en aplicaciones industriales y de construcción. Se mide como la viscosidad de una solución acuosa 2% a 20°C, expresada en milipascales-segundo (mPa-s).
| Grado de viscosidad | Rango de viscosidad (mPa-s, solución 2%) | Aplicación típica |
|---|---|---|
| 5 (o 5 cps) | 3-7 | Compuestos autonivelantes, revestimiento de película de baja viscosidad |
| 15 | 12-18 | Enlucido autonivelante en spray |
| 50 | 40-60 | Adhesivo para baldosas (gran formato), masilla para juntas |
| 100 | 80-120 | Adhesivo para baldosas, enlucido interior |
| 400 | 300-500 | Adhesivo para baldosas, masilla para paredes, enlucido exterior |
| 4,000 | 3,000-5,000 | Masilla, enlucido, enlucido de capa gruesa |
| 15,000 | 12,000-18,000 | Masilla de pared, enlucido a base de cemento |
| 40,000 | 35,000-45,000 | Mortero de capa gruesa, revoque pesado |
| 100,000 | 80,000-120,000 | Adhesivo para baldosas de capa gruesa, sistema de aislamiento exterior |
Los fabricantes utilizan diferentes convenciones de denominación. Por ejemplo, “HPMC 15M” o “HPMC 150.000” suele referirse a un grado con aproximadamente 15.000 mPa-s de viscosidad. Confirme siempre el método de prueba y la concentración cuando compare grados de diferentes proveedores, porque una solución de 1,5% y una solución de 2% darán lecturas de viscosidad diferentes para el mismo producto.
Para qué se utiliza HPMC
El HPMC se utiliza en múltiples sectores. El mercado mundial está dominado por la construcción, que representa la mayor parte de la demanda, pero los segmentos farmacéutico, alimentario y de cuidado personal también son importantes.
Materiales de construcción
La construcción es el mayor segmento de uso final de HPMC, y representa más de 40% de la demanda mundial. En los materiales de construcción a base de cemento y yeso, la HPMC se utiliza principalmente para espesar, retener agua y mejorar la trabajabilidad.
Las aplicaciones más comunes son:
- Adhesivo para baldosas y lechada: La HPMC mejora el tiempo abierto (el tiempo durante el cual el adhesivo se puede trabajar), ajusta la consistencia y evita que el sustrato o la baldosa absorban el agua con demasiada rapidez. Para los adhesivos de colocación C1 y C2 según la norma EN 12004, HPMC es un ingrediente estándar en 0,2-0,5% en peso.
- Revoco y enlucido exterior: HPMC retiene el agua en el revoco el tiempo suficiente para una correcta hidratación del cemento. Esto reduce el agrietamiento y mejora la fuerza de adherencia. En climas cálidos, se utilizan grados de mayor viscosidad para compensar la evaporación más rápida.
- Masilla de pared y capa de acabado: HPMC proporciona resistencia al hundimiento, una aplicación suave y un secado adecuado. Son comunes los grados de viscosidad de 40.000-100.000 mPa-s.
- Compuestos autonivelantes: HPMC de baja viscosidad (5-15 mPa-s) proporciona retención de agua sin espesar demasiado la mezcla. El compuesto debe fluir libremente.
- Mortero de cemento y albañilería: HPMC mejora la trabajabilidad, reduce la demanda de agua y prolonga el tiempo de trabajo.
Productos farmacéuticos y suplementos
En la fabricación farmacéutica, la HPMC se conoce por su nombre farmacopeico hipromelosa. Es uno de los excipientes más utilizados en la industria.
- Recubrimiento de comprimidos: HPMC forma películas transparentes y flexibles que protegen los comprimidos de la humedad y enmascaran el sabor. Se suelen utilizar los tipos 2910 y 2208.
- Comprimidos de matriz de liberación sostenida: HPMC se hidrata y forma una capa de gel que controla la velocidad de liberación del fármaco. Los tipos 2208 y 2906 son los preferidos para esta aplicación porque su mayor peso molecular produce una barrera de gel más fuerte.
- Cápsulas duras: Las cápsulas vegetarianas de HPMC (en lugar de gelatina) son cada vez más populares entre los consumidores que evitan los productos de origen animal. Las cápsulas de HPMC también son más estables en entornos de baja humedad.
- Colirios y lágrimas artificiales: La hipromelosa de baja viscosidad se utiliza como lubricante en soluciones oftálmicas.
La HPMC de calidad farmacéutica debe cumplir los requisitos de la monografía de la farmacopea pertinente (USP, EP, JP). La pureza, los niveles de disolventes residuales y los límites microbianos se controlan estrictamente.
Industria alimentaria
La HPMC está aprobada como aditivo alimentario en la Unión Europea (E464) y en Estados Unidos (FDA 21 CFR 172.874). En alimentación, se utiliza como espesante, emulsionante, estabilizante y gelificante.
- Pastelería sin gluten: HPMC imita algunas de las propiedades viscoelásticas del gluten en la masa de pan y pastelería, mejorando el volumen y la textura.
- Alimentos congelados: HPMC impide el crecimiento de cristales de hielo y la sinéresis (separación de agua) durante los ciclos de congelación-descongelación.
- Salsas y aderezos: HPMC proporciona viscosidad y evita la separación de fases en emulsiones de aceite en agua.
- Alternativas a la carne de origen vegetal: HPMC ayuda a ligar el agua y la grasa, mejorando la textura de productos como las hamburguesas vegetarianas y las salchichas vegetales.
La HPMC de calidad alimentaria debe cumplir normas específicas de pureza en cuanto a metales pesados, disolventes residuales y contaminación microbiana.
Cuidado personal y cosmética
En cosmética y cuidado personal, HPMC funciona como espesante, formador de película y estabilizador.
- Champú y gel de baño: HPMC ajusta la viscosidad y mejora la sensación del producto sobre la piel y el cabello.
- Lociones y cremas: HPMC estabiliza las emulsiones y proporciona un tacto suave y no graso.
- Pasta de dientes: HPMC contribuye a la textura y a la fijación del agua, evitando que la pasta se seque.
La HPMC de grado cosmético no tiene una norma oficial de farmacopea, pero debe cumplir la normativa sobre ingredientes cosméticos (Reglamento sobre cosméticos de la UE, monografía OTC de la FDA) y suele figurar bajo la denominación INCI “Hidroxipropilmetilcelulosa”.”
HPMC frente a otros éteres de celulosa
HPMC no es el único éter de celulosa del mercado. Si usted es nuevo en esta categoría, le ayudará a entender cómo HPMC se compara con los otros tipos comunes.
| Propiedad | HPMC | HEMC (MHEC) | HEC | MC (metilcelulosa) |
|---|---|---|---|---|
| Nombre y apellidos | Hidroxipropilmetilcelulosa | Hidroxietilmetilcelulosa | Hidroxietilcelulosa | Metilcelulosa |
| Grupos sustituyentes | Metil + hidroxipropil | Metilo + hidroxietilo | Sólo hidroxietil | Sólo metilo |
| Gama de viscosidad (mPa-s, 2%) | 3-200,000 | 3,500-100,000 | 200-15,000 | 3-200,000 |
| Temperatura del gel (°C) | 60-90 | 65-75 | No se gelifica | 50-70 |
| Retención de agua | Bien | Mejor | Moderado | Bien |
| Tolerancia a la sal | Bien | Bien | Pobre | Bien |
| Principales aplicaciones | Construcción, farmacia, alimentación | Construcción (revoco, enlucido) | Pintura, cosméticos, yacimientos petrolíferos | Construcción, alimentación, farmacia |
HPMC frente a HEMC: Ambos son derivados de la metilcelulosa con un segundo sustituyente. HPMC utiliza grupos hidroxipropilo; HEMC utiliza grupos hidroxietilo. En la construcción, el HEMC suele tener una mayor retención de agua y una temperatura de gel ligeramente superior, por lo que es preferible para el enlucido en climas cálidos. HPMC tiene un rango de viscosidad más amplio y un coste inferior. Muchos formuladores utilizan ambos en el mismo producto.
HPMC frente a HEC: El HEC no contiene grupos metilo y no presenta gelificación térmica. Es el espesante preferido en pinturas al agua y cosméticos por su excelente claridad y compatibilidad con glicoles y tensioactivos. El HEC no tolera bien las sales, por lo que no suele utilizarse en sistemas a base de cemento en los que haya iones de calcio.
HPMC frente a MC: La metilcelulosa sólo tiene sustituyentes metilo (sin grupos hidroxipropilo). La MC tiene una temperatura de gel más baja (50-70°C) que la HPMC, lo que limita su uso en ambientes calurosos. La MC es menos habitual en la construcción y más en aplicaciones alimentarias y farmacéuticas.
Cómo elegir el grado correcto de HPMC
Si es la primera vez que compra HPMC, el número de grados disponibles puede resultar abrumador. He aquí un enfoque simplificado.
Paso 1: Identifique su sector. Esto determina los requisitos de cumplimiento.
- Construcción: grado industrial, no es necesario cumplir la farmacopea
- Productos farmacéuticos: deben cumplir la monografía USP/EP/JP para hipromelosa
- Alimentos: deben cumplir las especificaciones E464 o FDA 21 CFR 172.874
- Cosméticos: deben cumplir la normativa sobre ingredientes cosméticos
Paso 2: Determine su requisito de viscosidad. Se basa en la solicitud.
- Baja viscosidad (3-60 mPa-s): autonivelante, aplicación por pulverización, recubrimiento pelicular
- Viscosidad media (100-400 mPa-s): adhesivo para baldosas, enlucido interior, lechada de cemento
- Alta viscosidad (4.000-100.000 mPa-s): masilla para muros, enlucido exterior, mortero de capa gruesa
Paso 3: Confirmar el tipo de sustitución (para aplicaciones farmacéuticas). Si se abastece de HPMC para la industria farmacéutica, el tipo USP (1828, 2208, 2906 o 2910) es una especificación obligatoria. Si se abastece para la construcción, basta con el código de producto del fabricante.
Paso 4: Compruebe la documentación del proveedor. Solicite un certificado de análisis (COA) que incluya la viscosidad, el contenido de humedad, el contenido de cenizas y el tamaño de las partículas. Para las calidades farmacéutica y alimentaria, solicite también datos sobre disolventes residuales y resultados de pruebas microbianas.
| Aplicación | Grado de viscosidad | Tipo de sustitución | Conformidad |
|---|---|---|---|
| Adhesivo para baldosas (C1/C2) | 100-400 | Grado de construcción | Industrial |
| Enlucido exterior | 15,000-40,000 | Grado de construcción | Industrial |
| Masilla de pared | 40,000-100,000 | Grado de construcción | Industrial |
| Autonivelante | 5-15 | Grado de construcción | Industrial |
| Recubrimiento de comprimidos | 5-15 | USP 2910 o 2208 | USP/EP/JP |
| Liberación sostenida | 4,000-15,000 | USP 2208 o 2906 | USP/EP/JP |
| Cápsulas HPMC | 5-15 | USP 2910 | USP/EP/JP |
| Pastelería sin gluten | 100-4,000 | Calidad alimentaria | E464 / FDA |
| Cosméticos | 100-4,000 | Grado cosmético | Reglamento sobre cosméticos de la UE |
Preguntas frecuentes sobre HPMC
¿La HPMC es natural o sintética?
La HPMC es semisintética. Parte de celulosa natural (algodón o pulpa de madera), pero las modificaciones químicas (eterificación con grupos metilo e hidroxipropilo) son procesos sintéticos. El producto final no se encuentra en la naturaleza, pero el material de partida es un polímero natural.
¿Es seguro el HPMC para alimentos y productos farmacéuticos?
Sí. La HPMC está aprobada como aditivo alimentario (E464 en la UE, FDA 21 CFR 172.874 en EE.UU.) y como excipiente farmacéutico (hipromelosa, incluida en USP, EP y JP). No es tóxico, no irrita y no es metabolizado por el cuerpo humano. Atraviesa el sistema digestivo sin cambios.
¿Por qué se gelifica el HPMC en agua caliente?
La gelificación térmica se produce porque los grupos metilo e hidroxipropilo de la columna vertebral de la celulosa se vuelven menos solubles a medida que aumenta la temperatura. Por encima de una temperatura crítica (el punto de gelificación), las cadenas poliméricas se colapsan y se agregan, formando una red de gel tridimensional. Se trata de un proceso reversible. Cuando la temperatura desciende por debajo del punto de gel, el gel se disuelve y la solución recupera su viscosidad original.
¿Cuál es la diferencia entre HPMC e hipromelosa?
Se trata de la misma sustancia química. “HPMC” es el nombre común utilizado en contextos industriales y de la construcción. “Hipromelosa” es la denominación oficial de la farmacopea utilizada en aplicaciones farmacéuticas y alimentarias. Si se abastece de HPMC para uso farmacéutico, su hoja de especificaciones indicará “hipromelosa” y hará referencia a una monografía de la farmacopea.
¿Cómo debo conservar HPMC?
Conserve el HPMC en un lugar fresco y seco, en un envase cerrado. HPMC es higroscópico, lo que significa que absorbe la humedad del aire. La absorción de humedad puede causar aglutinación y cambiar la viscosidad medida. En condiciones de almacenamiento adecuadas (menos de 25°C, humedad relativa inferior a 60%), la vida útil típica es de 24-36 meses.
Conclusión
Hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC) es un éter de celulosa versátil que se utiliza en la construcción, la industria farmacéutica, la alimentación y el cuidado personal. Su valor proviene de una combinación de espesamiento, retención de agua, formación de películas y gelificación térmica. El grado que elija dependerá de la viscosidad (determinada por el peso molecular), el tipo de sustitución (determinado por DS y MS) y la norma de conformidad que exija su sector.
Si es la primera vez que compra HPMC, empiece por definir su aplicación y los requisitos de viscosidad. A continuación, confirme la norma de conformidad de su sector. Un proveedor fiable le proporcionará documentación COA, hojas de datos técnicos y soporte de formulación.
Nuevos materiales Zhiwei produce HPMC para la construcción en sus instalaciones de Zhejiang (China). La fábrica tiene una capacidad anual de 15.000 toneladas y utiliza algodón refinado de Xinjiang como materia prima. Para especificaciones de productos, muestras o preguntas sobre formulación, póngase en contacto con el equipo de info@zhiweichem.com o llame al +86 183 6616 3707.