Definição rápida
Hidroxipropilmetilcelulose (HPMC) é um éter de celulose semi-sintético, solúvel em água, derivado da celulose natural. É produzido através da modificação química da fibra vegetal (algodão refinado ou polpa de madeira) com grupos metilo e hidroxipropilo. O resultado é um pó branco a esbranquiçado que se dissolve em água fria para formar uma solução clara e viscosa.
A HPMC também pode ser designada por outros nomes, consoante o sector:
- HipromeloseDenominação farmacêutica utilizada na Farmacopeia dos Estados Unidos (USP), na Farmacopeia Europeia (EP) e na Farmacopeia Japonesa (JP)
- E464código do aditivo alimentar utilizado na União Europeia
- Número CAS 9004-65-3: o número de registo no Chemical Abstracts Service
O HPMC tem quatro funções principais: espessamento, retenção de água, formação de película e adesão. Estas funções fazem dele um dos produtos mais utilizados éteres de celulose no mundo, com um mercado global avaliado em aproximadamente 1,87 mil milhões de dólares em 2021 e projetado para crescer a uma CAGR de 4,8% até 2030 (Grand View Research).
Como é fabricada a HPMC
O HPMC começa como celulose natural, o principal componente estrutural das paredes celulares das plantas. O processo de produção converte a fibra de celulose em bruto num polímero funcional através de uma série de reacções químicas.
Etapa 1: Refinação e trituração da celulose. O linter de algodão cru ou a polpa de madeira são purificados para remover a lenhina, a hemicelulose e outras impurezas. A celulose purificada é depois triturada num pó fino para aumentar a sua área de superfície para a etapa seguinte.
Etapa 2: Alcalinização (mercerização). O pó de celulose é tratado com uma solução concentrada de hidróxido de sódio (NaOH). Isto produz celulose alcalina, que incha a estrutura da fibra e torna os grupos hidroxilo na cadeia de celulose mais reactivos.
Etapa 3: Eterificação. É nesta fase que o HPMC recebe o seu nome. Dois reagentes reagem com a celulose alcalina:
- Cloreto de metilo (CH₃Cl) introduz grupos metilo (-CH₃) na espinha dorsal da celulose. Esta substituição produz a parte “metil” da hidroxipropilmetilcelulose.
- Óxido de propileno (C₃H₆O) introduz grupos hidroxipropilo (-OCH₂CH(OH)CH₃) na espinha dorsal da celulose. Esta substituição produz a parte “hidroxipropil”.
O rácio e a extensão destas substituições determinam o desempenho do produto final. Diferentes combinações produzem diferentes graus de HPMC.
Etapa 4: Neutralização e purificação. A mistura de reação é neutralizada com ácido e depois lavada repetidamente com água quente para remover sais, subprodutos e produtos químicos que não reagiram. Esta etapa de purificação é especialmente importante para o HPMC de grau farmacêutico e alimentar, onde os níveis de solvente residual são rigorosamente regulados.
Etapa 5: Secagem, moagem e peneiração. O HPMC purificado é seco, triturado até um tamanho de partícula especificado e passado por crivos para garantir uma distribuição uniforme das partículas. O produto acabado é um pó branco ou esbranquiçado de fluxo livre.
Todo o processo ocorre em condições controladas de temperatura e pressão. O grau de substituição, a viscosidade e o tamanho das partículas são todos controlados nesta fase.
Propriedades-chave que interessam aos compradores
Não é necessário um diploma de química para comprar HPMC de forma eficaz. Mas precisa de compreender as propriedades que afectam o seu desempenho na sua aplicação.
Solubilidade em água. O HPMC dissolve-se em água fria, formando uma solução viscosa límpida ou ligeiramente turva. Não se dissolve em água quente. Isto não é um defeito. Trata-se de uma caraterística definidora chamada gelificação térmica, explicada abaixo.
Gelificação térmica. Quando uma solução de HPMC é aquecida acima de uma determinada temperatura (normalmente 60-90°C, dependendo do grau), as cadeias de polímero colapsam e formam uma rede de gel. A solução torna-se turva e a viscosidade aumenta drasticamente. Quando a solução arrefece abaixo da temperatura do gel, regressa ao seu estado dissolvido original. Este comportamento reversível é importante em aplicações de construção onde a temperatura ambiente é elevada e em formulações farmacêuticas de libertação controlada onde a formação de gel controla as taxas de libertação do fármaco.
Viscosidade. O HPMC está disponível numa vasta gama de graus de viscosidade, desde aproximadamente 3 mPa-s a 200.000 mPa-s (medido como uma solução aquosa 2% a 20°C). Uma viscosidade mais elevada significa soluções mais espessas, melhor resistência à queda e melhor retenção de água. Uma viscosidade mais baixa significa uma mistura mais fácil, um melhor fluxo e um melhor nivelamento. A viscosidade necessária depende da sua aplicação.
Carácter não iónico. A HPMC não possui carga eléctrica em solução. Isto significa que não reage com iões no sistema, tais como sais de cálcio, sódio ou potássio. É compatível com uma vasta gama de electrólitos, surfactantes e outros aditivos. O seu intervalo de estabilidade de pH é de aproximadamente 3,0 a 11,0.
Formação de película. Quando uma solução de HPMC seca, forma uma película transparente e flexível. Esta película resiste a óleos e gorduras, mas é permeável ao vapor de água. Nos revestimentos farmacêuticos, esta propriedade permite uma libertação controlada. Na construção, contribui para a adesão e retenção de água na interface do substrato.
Atividade de superfície. A HPMC reduz a tensão superficial da água. Isto melhora a humidade e a dispersão de pós e pigmentos em sistemas à base de cimento, tintas e produtos de cuidados pessoais.
Explicação dos graus de HPMC: DS, MS e Viscosidade
Quando se olha para uma folha de especificações de HPMC, vê-se números para DS, MS e viscosidade. Eis o que significam.
Grau de substituição (DS) e substituição molar (MS)
DS (Grau de substituição) refere-se ao número médio de grupos metilo (-OCH₃) ligados a cada unidade de anidroglucose na cadeia de celulose. O DS máximo possível é 3,0 (todas as três posições hidroxílicas disponíveis são substituídas). Os valores típicos de DS do HPMC variam de 0,6 a 1,8.
MS (Substituição Molar) refere-se ao número médio de grupos hidroxipropilo (-OCH₂CH(OH)CH₃) ligados a cada unidade de anidroglucose. Ao contrário do DS, o MS pode exceder 3,0 porque os grupos hidroxipropilo podem ligar-se uns aos outros em cadeias laterais curtas. Os valores típicos de MS do HPMC variam de 0,1 a 0,3.
A combinação de DS e MS determina o comportamento fundamental do HPMC. Um maior teor de metoxilo (maior DS) aumenta a hidrofobicidade e diminui a temperatura do gel. Um maior teor de hidroxipropoxilo (maior MS) aumenta a hidrofilicidade e aumenta a temperatura do gel. Estes dois parâmetros funcionam em oposição e os fabricantes ajustam-nos para produzir graus para diferentes aplicações.
Tipos de substituição USP
A Farmacopeia dos Estados Unidos classifica o HPMC em quatro tipos de substituição com base nos seus teores de metoxilo e hidroxipropoxilo:
| Tipo USP | Metoxilo (%) | Hidroxipropoxilo (%) | Utilização típica |
|---|---|---|---|
| 1828 | 16.5-20.0 | 23.0-32.0 | Revestimento de película, libertação sustentada |
| 2208 | 19.0-24.0 | 4.0-12.0 | Aglutinante de comprimidos, espessante |
| 2906 | 27.0-30.0 | 4.0-7.5 | Matriz de libertação controlada |
| 2910 | 28.0-30.0 | 7.0-12.0 | Produtos farmacêuticos de uso geral, cápsulas |
O número de quatro dígitos codifica os dados de substituição. Os dois primeiros dígitos representam o teor aproximado de metoxilo e os dois últimos dígitos representam o teor aproximado de hidroxipropoxilo. Por exemplo, o tipo 2910 tem aproximadamente 29% de metoxilo e aproximadamente 10% de hidroxipropoxilo.
Se estiver a adquirir HPMC para aplicações farmacêuticas, o tipo USP é uma especificação obrigatória. Para aplicações industriais e de construção, os fabricantes utilizam frequentemente convenções de nomenclatura diferentes.
Graus de viscosidade e como os ler
A viscosidade é a especificação mais comummente referida para o HPMC em aplicações industriais e de construção. É medida como a viscosidade de uma solução aquosa de 2% a 20°C, relatada em milipascal-segundos (mPa-s).
| Grau de Viscosidade | Gama de viscosidade (mPa-s, solução 2%) | Aplicação típica |
|---|---|---|
| 5 (ou 5 cps) | 3-7 | Compostos autonivelantes, revestimento de película de baixa viscosidade |
| 15 | 12-18 | Reboco autonivelante, em spray |
| 50 | 40-60 | Adesivo para azulejos (grande formato), enchimento de juntas |
| 100 | 80-120 | Adesivo para azulejos, reboco interior |
| 400 | 300-500 | Adesivo para azulejos, massa para paredes, reboco exterior |
| 4,000 | 3,000-5,000 | Massa para paredes, revestimento de superfície, reboco de película espessa |
| 15,000 | 12,000-18,000 | Massa para paredes, reboco à base de cimento |
| 40,000 | 35,000-45,000 | Argamassa espessa, reboco pesado |
| 100,000 | 80,000-120,000 | Adesivo para ladrilhos de camada espessa, sistema de isolamento exterior |
Os fabricantes utilizam convenções de nomenclatura diferentes. Por exemplo, “HPMC 15M” ou “HPMC 150.000” refere-se normalmente a um tipo com aproximadamente 15.000 mPa-s de viscosidade. Confirme sempre o método de teste e a concentração quando comparar graus de diferentes fornecedores, porque uma solução de 1,5% e uma solução de 2% darão leituras de viscosidade diferentes para o mesmo produto.
Para que é utilizada a HPMC
A HPMC é utilizada em vários sectores. O mercado global é dominado pela construção, que representa a maior parte da procura, mas os produtos farmacêuticos, alimentares e de cuidados pessoais são também segmentos significativos.
Materiais de construção e de construção
A construção é o maior segmento de utilização final de HPMC, representando mais de 40% da procura global. Nos materiais de construção à base de cimento e gesso, o HPMC é utilizado principalmente para espessamento, retenção de água e melhoria da trabalhabilidade.
As aplicações mais comuns incluem:
- Adesivo para azulejos e argamassa: A HPMC melhora o tempo aberto (quanto tempo a cola permanece trabalhável), ajusta a consistência e evita que a água seja absorvida demasiado rapidamente pelo substrato ou pelo azulejo. Para as colas para ladrilhos C1 e C2 ao abrigo da norma EN 12004, a HPMC é um ingrediente padrão com 0,2-0,5% em peso.
- Reboco e estuque exterior: A HPMC retém a água no reboco durante o tempo suficiente para uma hidratação adequada do cimento. Isto reduz a fissuração e melhora a resistência da ligação. Em climas quentes, são utilizados graus de viscosidade mais elevados para compensar a evaporação mais rápida.
- Massa para paredes e revestimento de superfícies: O HPMC proporciona resistência à queda, aplicação suave e secagem correta. São comuns graus de viscosidade de 40.000-100.000 mPa-s.
- Compostos autonivelantes: A HPMC de baixa viscosidade (5-15 mPa-s) proporciona retenção de água sem espessar demasiado a mistura. O composto precisa de fluir livremente.
- Argamassa de cimento e alvenaria: A HPMC melhora a trabalhabilidade, reduz a necessidade de água e prolonga o tempo de trabalho.
Produtos farmacêuticos e suplementos
No fabrico de produtos farmacêuticos, o HPMC é conhecido pela sua designação farmacopeica hipromelose. É um dos excipientes mais utilizados na indústria.
- Revestimento de comprimidos: O HPMC forma películas transparentes e flexíveis que protegem os comprimidos da humidade e disfarçam o sabor. Os tipos 2910 e 2208 são normalmente utilizados.
- Comprimidos de libertação prolongada: A HPMC hidrata-se e forma uma camada de gel que controla a velocidade de libertação do medicamento. Os tipos 2208 e 2906 são preferidos para esta aplicação porque o seu peso molecular mais elevado produz uma barreira de gel mais forte.
- Cápsulas duras: As cápsulas vegetarianas feitas de HPMC (em vez de gelatina) são cada vez mais populares entre os consumidores que evitam produtos derivados de animais. As cápsulas de HPMC são também mais estáveis em ambientes de baixa humidade.
- Gotas oculares e lágrimas artificiais: A hipromelose de baixa viscosidade é utilizada como lubrificante em soluções oftálmicas.
O HPMC de qualidade farmacêutica deve cumprir os requisitos da monografia da farmacopeia relevante (USP, EP, JP). A pureza, os níveis de solventes residuais e os limites microbianos são rigorosamente controlados.
Indústria alimentar
O HPMC está aprovado como aditivo alimentar na União Europeia (E464) e nos Estados Unidos (FDA 21 CFR 172.874). Nos alimentos, é utilizado como espessante, emulsionante, estabilizador e agente gelificante.
- Cozinhar sem glúten: O HPMC imita algumas das propriedades viscoelásticas do glúten na massa de pão e pastelaria, melhorando o volume e a textura.
- Alimentos congelados: A HPMC impede o crescimento de cristais de gelo e a sinérese (separação da água) durante os ciclos de congelação-descongelação.
- Molhos e temperos: A HPMC proporciona viscosidade e evita a separação de fases nas emulsões de óleo em água.
- Alternativas à carne à base de plantas: A HPMC ajuda a ligar a água e a gordura, melhorando a textura de produtos como os hambúrgueres vegetarianos e as salsichas à base de plantas.
O HPMC de qualidade alimentar deve cumprir normas de pureza específicas no que respeita a metais pesados, solventes residuais e contaminação microbiana.
Cuidados pessoais e cosméticos
Em cosméticos e cuidados pessoais, a HPMC funciona como espessante, formador de película e estabilizador.
- Champô e gel de banho: A HPMC ajusta a viscosidade e melhora a sensação do produto na pele e no cabelo.
- Loções e cremes: A HPMC estabiliza as emulsões e proporciona uma sensação suave e não oleosa.
- Pasta de dentes: A HPMC contribui para a textura e a ligação da água, evitando que a pasta seque.
A HPMC de grau cosmético não tem um padrão formal de farmacopeia, mas deve estar em conformidade com os regulamentos de ingredientes cosméticos (Regulamento de Cosméticos da UE, monografia OTC da FDA) e é normalmente listada sob o nome INCI “Hydroxypropyl Methylcellulose”.”
HPMC vs Outros Éteres de Celulose
O HPMC não é o único éter de celulose existente no mercado. Se é novo nesta categoria, é útil compreender como o HPMC se compara aos outros tipos comuns.
| Imóveis | HPMC | HEMC (MHEC) | HEC | MC (Metilcelulose) |
|---|---|---|---|---|
| Nome completo | Hidroxipropilmetilcelulose | Hidroxietilmetilcelulose | Hidroxietilcelulose | Metilcelulose |
| Grupos substituintes | Metil + hidroxipropil | Metil + hidroxietil | Apenas hidroxietilo | Apenas metilo |
| Gama de viscosidade (mPa-s, 2%) | 3-200,000 | 3,500-100,000 | 200-15,000 | 3-200,000 |
| Temperatura do gel (°C) | 60-90 | 65-75 | Não gelifica | 50-70 |
| Retenção de água | Bom | Melhor | Moderado | Bom |
| Tolerância ao sal | Bom | Bom | Pobres | Bom |
| Principais aplicações | Construção, indústria farmacêutica, indústria alimentar | Construção (reboco, estuque) | Tintas, cosméticos, campos petrolíferos | Construção, indústria alimentar, indústria farmacêutica |
HPMC vs HEMC: Ambos são derivados da metilcelulose com um segundo substituinte. A HPMC utiliza grupos hidroxipropilo; a HEMC utiliza grupos hidroxietilo. Na construção, a HEMC tem geralmente uma maior retenção de água e uma temperatura de gel ligeiramente mais elevada, o que a torna preferível para a aplicação em climas quentes. O HPMC tem uma gama de viscosidade mais ampla e um custo mais baixo. Muitos formuladores utilizam ambos no mesmo produto.
HPMC vs HEC: O HEC não contém grupos metilo e não apresenta gelificação térmica. É o espessante preferido em tintas e cosméticos à base de água devido à sua excelente clareza e compatibilidade com glicóis e surfactantes. O HEC tem uma fraca tolerância ao sal, pelo que raramente é utilizado em sistemas à base de cimento onde estão presentes iões de cálcio.
HPMC vs MC: A metilcelulose tem apenas substituintes metilo (sem grupos hidroxipropilo). A MC tem uma temperatura de gel mais baixa (50-70°C) em comparação com a HPMC, o que limita a sua utilização em ambientes quentes. A MC é menos comum na construção e mais comum em aplicações alimentares e farmacêuticas.
Como escolher o tipo certo de HPMC
Se está a comprar HPMC pela primeira vez, o número de graus disponíveis pode ser avassalador. Aqui está uma abordagem simplificada.
Passo 1: Identificar o seu sector. Isto determina os requisitos de conformidade.
- Construção: grau industrial, sem necessidade de conformidade com a farmacopeia
- Produtos farmacêuticos: devem cumprir a monografia USP/EP/JP para a hipromelose
- Alimentos: deve cumprir as especificações E464 ou FDA 21 CFR 172.874
- Cosméticos: devem cumprir a regulamentação relativa aos ingredientes cosméticos
Passo 2: Determine a sua necessidade de viscosidade. Isto baseia-se na aplicação.
- Baixa viscosidade (3-60 mPa-s): auto-nivelamento, aplicação por pulverização, revestimento de película
- Viscosidade média (100-400 mPa-s): adesivo para azulejos, reboco interior, argamassa
- Alta viscosidade (4.000-100.000 mPa-s): massa para paredes, rebocos exteriores, argamassa de espessura elevada
Etapa 3: Confirmar o tipo de substituição (para aplicações farmacêuticas). Se estiver a adquirir HPMC para a indústria farmacêutica, o tipo USP (1828, 2208, 2906 ou 2910) é uma especificação obrigatória. Se estiver a adquirir HPMC para a construção, o código do produto do fabricante é suficiente.
Passo 4: Verificar a documentação do fornecedor. Peça um Certificado de Análise (COA) que inclua a viscosidade, o teor de humidade, o teor de cinzas e o tamanho das partículas. Para os tipos farmacêutico e alimentar, solicite também dados sobre solventes residuais e resultados de testes microbianos.
| Aplicação | Grau de Viscosidade | Tipo de substituição | Conformidade |
|---|---|---|---|
| Adesivo para ladrilhos (C1/C2) | 100-400 | Grau de construção | Industrial |
| Reboco exterior | 15,000-40,000 | Grau de construção | Industrial |
| Massa para paredes | 40,000-100,000 | Grau de construção | Industrial |
| Auto-nivelamento | 5-15 | Grau de construção | Industrial |
| Revestimento de comprimidos | 5-15 | USP 2910 ou 2208 | USP/EP/JP |
| Libertação prolongada | 4,000-15,000 | USP 2208 ou 2906 | USP/EP/JP |
| Cápsulas de HPMC | 5-15 | USP 2910 | USP/EP/JP |
| Cozinhar sem glúten | 100-4,000 | Qualidade alimentar | E464 / FDA |
| Cosméticos | 100-4,000 | Grau cosmético | Regulamento Cosméticos da UE |
Perguntas frequentes sobre a HPMC
A HPMC é natural ou sintética?
A HPMC é semi-sintética. Começa a partir de celulose natural (algodão ou polpa de madeira), mas as modificações químicas (eterificação com grupos metilo e hidroxipropilo) são processos sintéticos. O produto final não se encontra na natureza, mas o material de partida é um polímero natural.
O HPMC é seguro para produtos alimentares e farmacêuticos?
Sim. A HPMC está aprovada como aditivo alimentar (E464 na UE, FDA 21 CFR 172.874 nos EUA) e como excipiente farmacêutico (hipromelose, listada na USP, EP e JP). Não é tóxico, não é irritante e não é metabolizado pelo corpo humano. Passa inalterado pelo sistema digestivo.
Porque é que o HPMC gelifica em água quente?
A gelificação térmica ocorre porque os grupos metilo e hidroxipropilo na espinha dorsal da celulose se tornam menos solúveis à medida que a temperatura aumenta. Acima de uma temperatura crítica (o ponto de gel), as cadeias de polímeros colapsam e agregam-se, formando uma rede de gel tridimensional. Este é um processo reversível. Quando a temperatura desce abaixo do ponto de gel, o gel dissolve-se e a solução regressa à sua viscosidade original.
Qual é a diferença entre HPMC e hipromelose?
Trata-se da mesma substância química. “HPMC” é o nome comum utilizado em contextos industriais e de construção. “Hipromelose” é o nome oficial da farmacopeia utilizado em aplicações farmacêuticas e alimentares. Se estiver a adquirir HPMC para utilização farmacêutica, a sua folha de especificações indicará “hipromelose” e fará referência a uma monografia da farmacopeia.
Como devo armazenar HPMC?
Conservar o HPMC num local fresco e seco, numa embalagem selada. O HPMC é higroscópico, o que significa que absorve a humidade do ar. A absorção de humidade pode causar aglomeração e alterar a viscosidade medida. Em condições de armazenamento adequadas (abaixo de 25°C, humidade relativa abaixo de 60%), o prazo de validade típico é de 24-36 meses.
Conclusão
Hidroxipropilmetilcelulose (HPMC) é um éter de celulose versátil utilizado na construção, produtos farmacêuticos, alimentos e cuidados pessoais. O seu valor provém de uma combinação de espessamento, retenção de água, formação de película e gelificação térmica. O grau que escolher depende da viscosidade (determinada pelo peso molecular), do tipo de substituição (determinada por DS e MS) e da norma de conformidade exigida pela sua indústria.
Se é novo no fornecimento de HPMC, comece por definir a sua aplicação e requisitos de viscosidade. Em seguida, confirme a norma de conformidade para o seu sector. Um fornecedor fiável fornecerá documentação COA, folhas de dados técnicos e apoio à formulação.
Zhiwei Novos Materiais produz HPMC de qualidade para construção nas suas instalações em Zhejiang, China. A fábrica tem uma capacidade anual de 15.000 toneladas e utiliza algodão refinado de Xinjiang como matéria-prima. Para obter especificações do produto, amostras ou perguntas sobre a formulação, contacte a equipa em info@zhiweichem.com ou telefonar para +86 183 6616 3707.