Introducción
Hidroxipropilmetilcelulosa, conocido habitualmente como HPMC, es un agente no iónico éter de celulosa. Se obtiene a partir de celulosa natural mediante modificación química. Se utiliza en muchos sistemas a base de agua, ya que permite espesar, retener agua, mejorar la trabajabilidad, formar películas, estabilizar partículas y favorecer la adhesión.
El HPMC se utiliza ampliamente en materiales de construcción, recubrimientos, polimerización en suspensión de PVC, cerámica, fluidos para yacimientos petrolíferos, papel, aprestos textiles, productos químicos de uso diario, sistemas alimentarios y formulaciones farmacéuticas. En los morteros de mezcla seca, una dosis muy pequeña puede modificar por completo el comportamiento del material durante su manipulación. En los adhesivos para baldosas, la HPMC ayuda al mortero a retener el agua, a mantener su trabajabilidad y a conservar unas crestas estables. En los morteros autonivelantes, la HPMC de baja viscosidad ayuda a controlar el sangrado sin perder fluidez.
Zhiwei (Jinan) New Materials Co., Ltd. suministra diferentes tipos de HPMC para la construcción y para sistemas a base de agua. Zhiwei HPMC 400 y HPMC 4K son útiles para sistemas fluidos y para un control ligero de la reología. Zhiwei HPMC 100K y HPMC 200K están diseñados para sistemas de mezcla en seco de mayor viscosidad, como el adhesivo para azulejos, la masilla para paredes, el yeso, el mortero para sistemas de aislamiento térmico exterior (EIFS) y el mortero de reparación.
¿Qué es HPMC?
La HPMC es un éter mixto de celulosa. Su nombre completo es hidroxipropilmetilcelulosa. Se produce a partir de la celulosa mediante alcalinización, eterificación, neutralización, lavado, secado y molienda.
La fuente de celulosa suele ser algodón refinado o de la pulpa de madera. La celulosa es un polímero renovable formado por unidades de glucosa. Cada unidad de glucosa tiene grupos hidroxilo. Estos grupos permiten que la celulosa reaccione y se convierta en éter de celulosa. Tras la modificación, la HPMC se vuelve soluble en agua fría y adquiere propiedades industriales útiles.
El HPMC suele presentarse en forma de polvo blanco o blanquecino. Tiene poco o ningún olor. Puede ser fibroso o granular, dependiendo del proceso de producción y del tratamiento de las partículas.
Principales propiedades del HPMC
El HPMC tiene varias propiedades que lo convierten en un ingrediente valioso para las formulaciones.
| Propiedad | Significado práctico |
|---|---|
| Solubilidad en agua | El HPMC se disuelve en agua fría y forma una solución coloidal transparente o ligeramente turbia. |
| Espesamiento | El HPMC aumenta la viscosidad en los sistemas a base de agua. |
| Retención de agua | El HPMC retiene el agua en el cemento, el yeso, el mortero y otros sistemas porosos. |
| Formación de una película | El HPMC puede formar películas incoloras, transparentes y resistentes. |
| Actividad superficial | El HPMC puede facilitar la emulsificación, la dispersión y la protección de las partículas. |
| estabilidad del pH | La solución de HPMC se mantiene relativamente estable en un amplio rango de pH, que suele oscilar entre pH 3 y 11. |
| Tolerancia a la sal | El HPMC es no iónico, por lo que presenta una mayor estabilidad que muchos polímeros iónicos en sistemas electrolíticos. |
| Gelificación térmica | El HPMC se disuelve en agua fría, pero puede gelificarse o volverse turbio al calentarlo. |
| Resistencia a las enzimas | El HPMC presenta una mayor resistencia al ataque enzimático que muchos sistemas naturales a base de almidón o azúcar. |
| Tixotropía | El HPMC puede contribuir a que los materiales sean más fáciles de aplicar bajo esfuerzo de cizallamiento y más estables tras su aplicación. |
Estas propiedades explican por qué la HPMC se denomina a veces «aditivo de baja dosificación y gran impacto». En muchas fórmulas para la construcción, la dosificación es de tan solo entre 0,1% y 1,0%, pero el efecto es significativo.
Solubilidad del HPMC y métodos de disolución
El HPMC es soluble en agua fría. Es prácticamente insoluble en etanol absoluto, éter y acetona. También se puede disolver en algunos sistemas mixtos de agua y disolventes orgánicos.
El proceso de disolución es importante. Si se añade HPMC directamente al agua fría demasiado rápido, pueden formarse grumos. Hay dos métodos habituales que pueden ayudar.
El primer método es el de dispersión en agua caliente. El formulador añade aproximadamente dos tercios del agua necesaria en forma de agua caliente a más de 80 °C. La HPMC no se disuelve inmediatamente en agua caliente, por lo que se puede dispersar de manera uniforme. A continuación, se añade agua fría o agua con hielo. La solución se agita hasta que adquiera viscosidad.
El segundo método es el método de humectación orgánica. En primer lugar, se humedece la HPMC con etanol, etilenglicol, aceite u otro medio adecuado. A continuación, se añade agua. Esto ayuda a que el polvo se disperse antes de que comience la hidratación.
En mortero en polvo, Muchos tipos comerciales de HPMC presentan una solubilidad retardada. Esto facilita la dispersión del polvo durante la mezcla y reduce la formación de grumos.
Cómo afecta la sustitución al rendimiento de la HPMC
El rendimiento del HPMC está relacionado con el contenido de metoxi, el contenido de hidroxipropoxi, el grado de sustitución, la sustitución molar y la viscosidad.
Un mayor contenido de metoxi y un menor contenido de hidroxipropoxi suelen proporcionar una mejor solubilidad en agua y actividad superficial. También tiende a dar lugar a una temperatura de gelificación más baja. Un aumento adecuado del contenido de hidroxipropoxi puede elevar la temperatura de gelificación, pero un contenido excesivo de hidroxipropoxi puede volver a reducirla.
Por eso los grados de HPMC no son intercambiables solo por su nombre. Dos productos pueden denominarse ambos «HPMC», pero pueden comportarse de forma diferente en morteros, recubrimientos, PVC o sistemas químicos de uso cotidiano. La viscosidad, el tipo de sustitución, la temperatura de gelificación, el tamaño de las partículas y el tratamiento superficial influyen en el resultado final.
El HPMC en los materiales de construcción
La construcción es uno de los ámbitos de aplicación más importantes del HPMC. El HPMC se puede utilizar en morteros de cemento, adhesivo para baldosas, masilla para paredes, yeso, mortero para sistemas de aislamiento térmico exterior (EIFS), productos de yeso, mortero autonivelante, mortero de reparación y mortero decorativo.
En los materiales de construcción, la HPMC se utiliza principalmente como:
| Función | Efecto en el mortero |
|---|---|
| Retención de agua | Mantiene el agua disponible para la hidratación del cemento o el yeso. |
| Espesamiento | Aporta consistencia al mortero y mejora su manejabilidad. |
| Mejora de la trabajabilidad | Facilita la aplicación, el alisado y la nivelación. |
| Control de tiempo abierto | Esto permite a los trabajadores disponer de más tiempo para aplicar y ajustar los materiales. |
| Soporte antidescuelgue | Ayuda a que el mortero vertical se mantenga en su sitio. |
| Apoyo a la adhesión | Mejora la adherencia entre el mortero y el sustrato. |
| Reducción de grietas | Ayuda a reducir la pérdida rápida de agua y el secado desigual. |
Los productos Zhiwei HPMC 100K y HPMC 200K son opciones adecuadas para sistemas de construcción de alta consistencia. Ofrecen una mayor retención de agua, un tiempo abierto más prolongado y una mejor estabilidad vertical. Estos grados resultan prácticos para adhesivos para azulejos, masillas para paredes, yeso, mortero para sistemas de aislamiento térmico exterior (EIFS) y mortero de reparación.
HPMC para mortero autonivelante
El mortero autonivelante debe tener fluidez. Debe extenderse por el suelo con una nivelación manual mínima. Al mismo tiempo, no debe presentar sangrado grave, segregación ni debilidad superficial.
El HPMC de baja viscosidad resulta útil en este sistema. Ayuda a retener el agua sin que el mortero resulte demasiado pesado o pegajoso. Además, contribuye a reducir el asentamiento y mejora la bombeabilidad.
Los productos Zhiwei HPMC 400 y HPMC 4K pueden someterse a ensayo en morteros autonivelantes y otros sistemas de construcción fluidos. Estos grados proporcionan un control leve de la reología y una retención de agua controlada. Ayudan a que la fórmula mantenga su capacidad de extensión, al tiempo que reducen la pérdida de agua superficial.
HPMC para adhesivos de azulejos
El adhesivo para baldosas debe tener una retención de agua estable y un buen tiempo abierto. El adhesivo debe mantener un contacto húmedo suficiente antes de colocar la baldosa. Además, debe ofrecer una buena manejabilidad con la llana y estabilidad en las crestas.
El HPMC mejora el adhesivo para azulejos de varias maneras. Retiene el agua en la capa de adhesivo. Mejora la trabajabilidad durante la aplicación. Prolonga el tiempo abierto para ajustar los azulejos. Ayuda a reducir el descuelgue en superficies verticales. Además, contribuye a que el adhesivo adquiera una mejor estructura durante el fraguado.
En el caso del adhesivo estándar para baldosas, se puede utilizar Zhiwei HPMC 100K como grado de prueba inicial. Para obtener una mayor consistencia y una mayor retención de agua, Zhiwei HPMC 150K o se puede probar el HPMC 200K. Si la fórmula también requiere una mayor estabilidad a altas temperaturas o unas propiedades reológicas diferentes, Zhiwei HEMC 100H o HEMC 150H también se pueden comparar.
HPMC para masilla para paredes, yeso y sistemas de aislamiento térmico exterior (EIFS)
La masilla para paredes y la capa de acabado deben aplicarse de forma uniforme y tener una buena retención de agua. El material debe extenderse de manera homogénea, rellenar los pequeños defectos y secarse sin agrietarse fácilmente.
El yeso y el mortero EIFS requieren adherencia, trabajabilidad y protección contra el agrietamiento. El HPMC mejora la consistencia del mortero y reduce el secado rápido de la superficie. Además, ayuda a que el mortero mantenga su resistencia al permitir que continúe la hidratación.
En estos sistemas, los productos Zhiwei HPMC 100K y HPMC 200K resultan útiles cuando se requiere una mayor consistencia y un tiempo de trabajo más prolongado. Zhiwei HPMC 40K Se puede probar cuando la fórmula requiera una viscosidad moderada y una aplicación más fácil.
HPMC para enlucidos de cemento y mortero proyectado
El HPMC mejora la uniformidad del enlucido de cemento. Facilita la aplicación del enlucido y mejora su resistencia al deslizamiento. También puede mejorar la bombeabilidad y la trabajabilidad.
Dado que la HPMC retiene el agua, prolonga el tiempo de trabajo. Contribuye a que el mortero de cemento desarrolle una mayor resistencia mecánica durante el curado. Además, ayuda a reducir las grietas en el revestimiento y a mejorar la suavidad de la superficie.
En el caso del mortero proyectado, la consistencia debe ofrecer un equilibrio entre la bombeabilidad y la resistencia al deslizamiento. Una mezcla demasiado líquida puede deslizarse. Una mezcla demasiado espesa puede obstruir el equipo o resultar difícil de proyectar. Es necesario realizar pruebas de consistencia.
HPMC en hormigón submarino resistente a la erosión
El hormigón normal puede perder pasta de cemento cuando se coloca bajo el agua. El éter de celulosa puede ayudar a reducir la pérdida por lavado. Aumenta la viscosidad y mejora la cohesión de la mezcla.
En obras submarinas, como muelles, puentes o reparaciones en contacto con el agua, HPMC u otros éteres de celulosa puede ayudar a que el hormigón mantenga su forma y a reducir la pérdida de material. La dosis es pequeña, pero el efecto puede ser importante. No obstante, es necesario someter la fórmula completa a pruebas para evaluar su fluidez, resistencia, tiempo de fraguado y comportamiento frente al lavado.
HPMC en la polimerización en suspensión del PVC
La HPMC también se utiliza en la producción de resinas sintéticas, especialmente en la polimerización en suspensión del PVC. En este sistema, la HPMC actúa como coloide protector y dispersante. Ayuda a evitar que las gotitas de monómero y las partículas de polímero se fusionen.
El HPMC influye en el tamaño de las partículas de PVC, la distribución granulométrica, la porosidad, la densidad aparente, la fluidez, la estabilidad térmica y el comportamiento durante el procesamiento. Además, puede contribuir a mejorar la eliminación de monómeros residuales y la absorción de plastificantes.
En muchos sistemas de PVC, el HPMC se utiliza junto con el PVA. Se puede utilizar como punto de partida un sistema dispersante compuesto por PVA y HPMC-E50. Se puede probar un nivel total de dispersante de entre 0,051 TP3T y 0,061 TP3T de VCM, en el que el HPMC-E50 represente entre el 401 TP3T y el 601 TP3T del dispersante compuesto. La proporción final depende del diseño del reactor, la agitación, la tasa de conversión, la temperatura de polimerización y la relación agua-monómero.
Entre los factores clave que influyen en la morfología de las partículas de PVC se encuentran:
| Factor | Efecto |
|---|---|
| Agitación | Influye en el tamaño de las gotas, el tamaño de las partículas, su distribución y la porosidad. |
| Sistema dispersante | Controla la resistencia de la protección, la compactación de las partículas y la coalescencia de las mismas. |
| Tasa de conversión | Influye en la estructura de las partículas y en su comportamiento frente a la contracción. |
| Temperatura de polimerización | Influye en la porosidad de las partículas y en el grado de fusión. |
| Proporción de agua respecto al monómero | Influye en la viscosidad, la transferencia de calor y la morfología final de las partículas. |
El HPMC en recubrimientos y pinturas
El HPMC se puede utilizar en recubrimientos al agua como espesante, agente filmógeno, dispersante y estabilizador de emulsiones. Ayuda a controlar la viscosidad de almacenamiento y la viscosidad de aplicación. Puede reducir el goteo y el descuelgue durante su uso.
El HPMC también puede mejorar el control de la tensión superficial, la estabilidad frente a álcalis y ácidos, y la compatibilidad con los pigmentos en algunos sistemas. Dado que el éter de celulosa absorbe gran cantidad de agua, el formulador debe evitar una dosificación excesiva cuando la resistencia al agua sea importante. Utilizar un grado de mayor viscosidad en una dosificación menor puede ayudar a alcanzar la viscosidad requerida con un menor impacto en la resistencia al agua.
El HPMC en la cerámica
Los éteres de celulosa solubles en agua pueden utilizarse como aglutinantes ecológicos en la producción cerámica. Los éteres de celulosa no iónicos presentan un bajo contenido en cenizas. El HPMC y otros éteres de celulosa similares pueden aportar resistencia durante el moldeado y ayudar a que los cuerpos cerámicos mantengan su forma antes de la cocción.
El HPMC también puede mejorar la plasticidad y el comportamiento durante el procesamiento en los sistemas de conformado cerámico. El tipo seleccionado debe adaptarse al método de conformado, al contenido de agua, al comportamiento de secado y a los requisitos en cuanto a residuos.
HPMC en aplicaciones petroleras
El HPMC y otros éteres de celulosa pueden utilizarse en fluidos de perforación, fluidos de cementación y fluidos de fracturación. Pueden actuar como espesantes, agentes de suspensión, reductores de la pérdida de fluido y modificadores reológicos.
Un buen éter de celulosa para yacimientos petrolíferos debe ser resistente a la sal, mantener la viscosidad y reducir la pérdida de fluido. El HPMC tiene carácter no iónico, por lo que puede mantenerse estable en muchos sistemas que contienen electrolitos. Sin embargo, un exceso de electrolitos puede provocar gelificación o precipitación. Es necesario realizar pruebas de campo.
El HPMC en los sectores farmacéutico y alimentario
El HPMC se utiliza en numerosos sistemas farmacéuticos como aglutinante, espesante, agente de suspensión, estabilizador, material de recubrimiento en película, material de liberación controlada y soporte desintegrante. El HPMC de baja viscosidad puede utilizarse en sistemas de recubrimiento en película. El HPMC de alta viscosidad puede utilizarse en sistemas de liberación prolongada y de liberación controlada.
La HPMC puede formar películas transparentes y resistentes. También puede mejorar la estabilidad de los comprimidos y reducir el cambio de color en materiales sensibles. Los derivados de éster de la HPMC, como el HPMCP, se utilizan en sistemas de recubrimiento entérico en los que el comportamiento de liberación depende del pH.
En los sistemas alimentarios, la HPMC puede actuar como espesante, estabilizador, emulsionante y agente gelificante. Su gelificación térmica puede ayudar a formar una capa protectora en algunos alimentos calentados. Las aplicaciones alimentarias y farmacéuticas requieren el tipo adecuado, la documentación correspondiente y la autorización reglamentaria. La HPMC destinada a la construcción no debe utilizarse en alimentos ni en medicamentos.
Guía para la selección de grados de HPMC
| Aplicación | Necesidad principal | Nivel de Zhiwei para la prueba |
|---|---|---|
| Mortero autonivelante | Fluidez, viscosidad ligera, retención de agua | HPMC 400, HPMC 4K |
| Adhesivo para baldosas | Retención de agua, tiempo abierto, estabilidad vertical | HPMC 100K, HPMC 150K, HPMC 200K |
| Masilla de pared y capa de acabado | Aplicación suave, cuerpo, retención de agua | HPMC 40K, HPMC 100K |
| Sistemas EIFS y mortero de reparación | Resistencia al descuelgue, adherencia, trabajabilidad | HPMC 100K, HPMC 200K |
| Productos de yeso | Mezcla homogénea y consistencia controlada | HPMC 400, HPMC 4K, HPMC 40K |
| Revestimientos | Espesamiento y estabilidad de almacenamiento | HPMC 40K, HPMC 100K o compararlo con HEC/HEMC |
| Sistemas químicos de uso diario | Textura, estabilidad, espesamiento | HPMC 100K, HPMC 150K, HPMC 200K |
La granulometría óptima debe confirmarse mediante un pequeño ensayo de laboratorio. El tipo de cemento, la granulometría de la arena, el material de relleno, el polvo de polímero, la proporción de agua, la temperatura y el orden de mezcla pueden influir en el resultado final.
Conclusión
El HPMC es un éter de celulosa versátil que aporta un gran valor añadido en los sistemas industriales a base de agua. Puede espesar, retener agua, estabilizar partículas, formar películas, mejorar la trabajabilidad y favorecer la adhesión. Estas funciones lo hacen útil en materiales de construcción, polimerización en suspensión de PVC, recubrimientos, cerámica, fluidos para yacimientos petrolíferos, papel, textiles, productos químicos de uso diario, alimentación y sistemas farmacéuticos.
En el ámbito de los materiales de construcción, el HPMC reviste una importancia especial. Mejora el rendimiento del mortero de mezcla seca con una dosis reducida. Ayuda a que el adhesivo para azulejos mantenga horario de apertura y estabilidad vertical. Ayuda a que el mortero autonivelante mantenga su fluidez, al tiempo que reduce el sangrado. Contribuye a que el yeso, la masilla, los sistemas de aislamiento térmico exterior (EIFS) y el mortero de reparación presenten un mejor comportamiento en cuanto a manejabilidad y curado.
Zhiwei (Jinan) New Materials Co. Ofrece grados prácticos de HPMC para diferentes necesidades de viscosidad. El HPMC 400 y el HPMC 4K de Zhiwei son adecuados para sistemas fluidos. El HPMC 100K y el HPMC 200K de Zhiwei son adecuados para sistemas de mezcla en seco de alta consistencia que requieren una mayor retención de agua, tiempo abierto y resistencia al descuelgue. Para los fabricantes, el el tipo adecuado de HPMC puede hacer que la fórmula sea más estable, más fácil de aplicar y más reproducible en la producción.