Introdução
Hidroxipropilmetilcelulose, normalmente designado por HPMC, é um não iónico éter de celulose. É produzido a partir de celulose natural através de modificação química. É utilizado em muitos sistemas à base de água, uma vez que tem a capacidade de espessar, reter água, melhorar a trabalhabilidade, formar películas, estabilizar partículas e facilitar a aderência.
O HPMC é amplamente utilizado em materiais de construção, revestimentos, polimerização em suspensão de PVC, cerâmica, fluidos para campos petrolíferos, papel, apresto têxtil, produtos químicos de uso diário, sistemas alimentares e formulações farmacêuticas. Na argamassa de mistura seca, uma dosagem muito pequena pode alterar todo o comportamento de manuseamento do material. No adesivo para azulejos, o HPMC ajuda a argamassa a reter água, a manter a trabalhabilidade e a formar camadas estáveis. Na argamassa autonivelante, o HPMC de baixa viscosidade ajuda a controlar a sangria, mantendo simultaneamente a fluidez.
A Zhiwei (Jinan) New Materials Co., Ltd. fornece tipos de HPMC para a construção civil e para sistemas à base de água. Zhiwei HPMC 400 e HPMC 4K são úteis para sistemas fluidos e para um controlo leve da reologia. Zhiwei HPMC 100K e HPMC 200K foram concebidos para sistemas de mistura a seco de maior viscosidade, tais como cola para azulejos, massa para paredes, gesso, argamassa para sistemas de isolamento térmico com revestimento exterior (EIFS) e argamassa de reparação.
O que é HPMC?
A HPMC é um éter misto de celulose. O seu nome completo é hidroxipropilmetilcelulose. É produzida a partir da celulose através de processos de alcalinização, eterificação, neutralização, lavagem, secagem e moagem.
A fonte de celulose é normalmente algodão refinado ou pasta de madeira. A celulose é um polímero renovável composto por unidades de glicose. Cada unidade de glicose possui grupos hidroxilo. Estes grupos permitem que a celulose reaja e se transforme em éter de celulose. Após a modificação, o HPMC torna-se solúvel em água fria e adquire propriedades industriais úteis.
O HPMC é normalmente um pó branco ou esbranquiçado. Tem pouco ou nenhum odor. Pode apresentar-se na forma de fibras ou grânulos, dependendo do processo de produção e do tratamento das partículas.
Principais propriedades do HPMC
O HPMC possui várias propriedades que o tornam valioso nas formulações.
| Imóveis | Significado prático |
|---|---|
| Solubilidade na água | O HPMC dissolve-se em água fria e forma uma solução coloidal límpida ou ligeiramente turva. |
| Espessamento | O HPMC aumenta a viscosidade em sistemas à base de água. |
| Retenção de água | O HPMC retém água no cimento, no gesso, na argamassa e noutros sistemas porosos. |
| Formação de película | O HPMC pode formar películas incolores, transparentes e resistentes. |
| Atividade superficial | O HPMC pode contribuir para a emulsificação, a dispersão e a proteção das partículas. |
| estabilidade do pH | A solução de HPMC mantém-se relativamente estável numa ampla gama de valores de pH, frequentemente entre pH 3 e 11. |
| Tolerância ao sal | O HPMC é não iónico, pelo que apresenta uma melhor estabilidade do que muitos polímeros iónicos em sistemas eletrolíticos. |
| Gelificação térmica | O HPMC dissolve-se em água fria, mas pode gelificar ou ficar turvo quando aquecido. |
| Resistência enzimática | O HPMC apresenta uma melhor resistência ao ataque enzimático do que muitos sistemas naturais à base de amido ou açúcar. |
| Tixotropia | O HPMC pode ajudar a tornar os materiais mais fáceis de aplicar sob esforço de cisalhamento e mais estáveis após a aplicação. |
Estas propriedades explicam por que razão o HPMC é por vezes designado como um aditivo de baixa dosagem e elevado impacto. Em muitas fórmulas de construção, a dosagem é de apenas cerca de 0,1% a 1,0%, mas o efeito é significativo.
Solubilidade do HPMC e métodos de dissolução
O HPMC é solúvel em água fria. É praticamente insolúvel em etanol absoluto, éter e acetona. Também se dissolve em alguns sistemas mistos de água e solventes orgânicos.
O processo de dissolução é importante. Se o HPMC for adicionado diretamente à água fria demasiado depressa, poderá formar grumos. Existem dois métodos comuns que podem ajudar.
O primeiro método é o método de dispersão em água quente. O formulador adiciona cerca de dois terços da água necessária na forma de água quente a mais de 80 °C. O HPMC não se dissolve imediatamente na água quente, pelo que se pode dispersar uniformemente. Em seguida, adiciona-se água fria ou água gelada. A solução é agitada até se desenvolver viscosidade.
O segundo método é o método de humedecimento orgânico. O HPMC é primeiro humedecido com etanol, etilenoglicol, óleo ou outro meio adequado. Em seguida, adiciona-se água. Isto ajuda a dispersar o pó antes do início da hidratação.
Em argamassa pronta a misturar, Muitos tipos comerciais de HPMC apresentam solubilidade retardada. Isto ajuda à dispersão do pó durante a mistura e reduz a formação de grumos.
Como a substituição afeta o desempenho da HPMC
O desempenho do HPMC está relacionado com o teor de metoxo, o teor de hidroxipropoxo, o grau de substituição, a substituição molar e a viscosidade.
Um teor mais elevado de metoxi, aliado a um teor mais baixo de hidroxipropoxi, proporciona normalmente uma melhor solubilidade em água e atividade superficial. Também tende a resultar numa temperatura de gelificação mais baixa. Um aumento adequado do teor de hidroxipropoxi pode elevar a temperatura de gelificação, mas um teor excessivo de hidroxipropoxi pode voltar a reduzi-la.
É por isso que os tipos de HPMC não são intercambiáveis apenas pelo nome. Dois produtos podem chamar-se ambos HPMC, mas podem comportar-se de forma diferente em argamassas, revestimentos, PVC ou sistemas químicos de uso diário. A viscosidade, o tipo de substituição, a temperatura de gelificação, a granulometria e o tratamento de superfície influenciam todos o resultado final.
HPMC nos materiais de construção
A construção é uma das áreas de aplicação mais importantes do HPMC. O HPMC pode ser utilizado em argamassa de cimento, cola para azulejos, massa para paredes, gesso, argamassa EIFS, produtos de gesso, argamassa autonivelante, argamassa de reparação e argamassa decorativa.
No setor dos materiais de construção, o HPMC funciona principalmente como:
| Função | Efeito na argamassa |
|---|---|
| Retenção de água | Mantém a água disponível para a hidratação do cimento ou do gesso. |
| Espessamento | Confere consistência à argamassa e melhora a sua manuseabilidade. |
| Melhoria da trabalhabilidade | Facilita a aplicação, o alisamento com espátula e o nivelamento. |
| Controlo de tempo aberto | Isso dá aos trabalhadores mais tempo para aplicar e ajustar os materiais. |
| Suporte anti-afundamento | Ajuda a manter a argamassa vertical no lugar. |
| Apoio à adesão | Melhora a aderência entre a argamassa e o suporte. |
| Redução de fissuras | Ajuda a reduzir a perda rápida de água e a secagem irregular. |
O Zhiwei HPMC 100K e o HPMC 200K são opções adequadas para sistemas de construção de alta consistência. Proporcionam uma maior retenção de água, um tempo de trabalho mais prolongado e uma melhor estabilidade vertical. Estas variedades são adequadas para cola de azulejos, massa de parede, reboco, argamassa para sistemas de isolamento térmico exterior (EIFS) e argamassa de reparação.
HPMC para argamassa autonivelante
A argamassa autonivelante precisa de fluidez. Deve espalhar-se pelo pavimento com um nivelamento manual mínimo. Ao mesmo tempo, não deve apresentar sangramento grave, segregação ou fragilidade superficial.
O HPMC de baixa viscosidade é útil neste sistema. Ajuda a reter água sem tornar a argamassa demasiado pesada ou pegajosa. Contribui também para reduzir o assentamento e melhora a bombeabilidade.
O Zhiwei HPMC 400 e o HPMC 4K podem ser testados em argamassas autonivelantes e noutros sistemas de construção fluidos. Estas variedades proporcionam um controlo leve da reologia e uma retenção de água controlada. Ajudam a fórmula a manter a capacidade de espalhamento, reduzindo simultaneamente a perda de água na superfície.
HPMC para cola de azulejos
O adesivo para azulejos necessita de uma retenção de água estável e de um bom tempo de abertura. O adesivo deve manter contacto húmido suficiente antes da colocação do azulejo. Deve também proporcionar uma boa sensação ao alisar com a espátula e estabilidade na crista.
O HPMC contribui para o bom desempenho do adesivo para azulejos de várias formas. Mantém a água na camada de adesivo. Melhora a trabalhabilidade durante a aplicação. Prolonga o tempo de abertura para o ajuste dos azulejos. Ajuda a reduzir o escorrimento em superfícies verticais. Além disso, ajuda o adesivo a formar uma estrutura mais resistente durante a cura.
No caso da cola para azulejos normal, o Zhiwei HPMC 100K pode ser utilizado como produto de teste inicial. Para obter uma consistência mais firme e uma maior retenção de água, o Zhiwei HPMC 150K ou pode-se testar o HPMC 200K. Se a fórmula também necessitar de maior estabilidade à temperatura ou de uma reologia diferente, a Zhiwei HEMC 100H ou HEMC 150H também podem ser comparados.
HPMC para massa de parede, reboco e EIFS
A massa de parede e a camada de acabamento devem ser aplicadas de forma uniforme e apresentar boa retenção de água. O material deve espalhar-se uniformemente, preencher pequenos defeitos e secar sem rachar facilmente.
O reboco e a argamassa EIFS necessitam de aderência, trabalhabilidade e proteção contra fissuras. O HPMC melhora a consistência da argamassa e reduz a secagem rápida da superfície. Além disso, ajuda a argamassa a manter a resistência, permitindo que a hidratação continue.
Nestes sistemas, o Zhiwei HPMC 100K e o HPMC 200K revelam-se úteis quando é necessário obter uma consistência mais firme e um tempo de abertura mais prolongado. Zhiwei HPMC 40K pode ser testada quando a fórmula requer uma viscosidade moderada e uma aplicação mais fácil.
HPMC para reboco de cimento e argamassa projetada
O HPMC melhora a uniformidade do reboco de cimento. Facilita a aplicação do reboco e melhora a resistência ao escorrimento. Pode também melhorar a bombeabilidade e a trabalhabilidade.
Como a HPMC retém água, prolonga o tempo de trabalho. Ajuda a argamassa de cimento a desenvolver uma melhor resistência mecânica durante a cura. Contribui também para reduzir as fissuras no revestimento e melhorar a suavidade da superfície.
No caso da argamassa projetada, a consistência deve garantir um equilíbrio entre a bombeabilidade e a resistência ao escorrimento. Uma mistura demasiado líquida pode escorrer. Uma mistura demasiado espessa pode obstruir o equipamento ou tornar-se difícil de projetar. É necessário realizar ensaios de consistência.
HPMC no betão subaquático resistente à erosão
O betão normal pode perder pasta de cimento quando colocado debaixo de água. O éter de celulose pode ajudar a reduzir a lixiviação. Aumenta a viscosidade e melhora a coesão da mistura.
Na construção subaquática, como docas, pontes ou reparações em contacto com a água, HPMC ou outros éteres de celulose pode ajudar o betão a manter a forma e a reduzir a perda de material. A dosagem é reduzida, mas o efeito pode ser significativo. A fórmula completa deve, ainda assim, ser testada quanto à fluidez, resistência, tempo de presa e desempenho anti-lavagem.
HPMC na polimerização em suspensão de PVC
O HPMC é também utilizado na produção de resinas sintéticas, especialmente na polimerização em suspensão do PVC. Neste sistema, o HPMC atua como colóide protetor e dispersante. Ajuda a impedir que as gotículas de monómero e as partículas de polímero se aglutinem.
O HPMC influencia o tamanho das partículas de PVC, a distribuição granulométrica, a porosidade, a densidade aparente, a fluidez, a estabilidade térmica e o desempenho no processamento. Pode também contribuir para melhorar a remoção de monómeros residuais e a absorção de plastificantes.
Em muitos sistemas de PVC, o HPMC é utilizado em conjunto com o PVA. Um sistema dispersante composto por PVA e HPMC-E50 pode servir de ponto de partida. Pode ser testado um nível total de dispersante de cerca de 0,05%-0,06% de VCM, sendo que o HPMC-E50 representa cerca de 40%-60% do dispersante composto. A proporção final depende do projeto do reator, da agitação, da taxa de conversão, da temperatura de polimerização e da relação água/monómero.
Os principais fatores que influenciam a morfologia das partículas de PVC incluem:
| Fator | Efeito |
|---|---|
| Agitação | Influencia o tamanho das gotículas, o tamanho das partículas, a distribuição e a porosidade. |
| Sistema de dispersão | Controla a resistência da proteção, a compactação das partículas e a coalescência das partículas. |
| Taxa de conversão | Isso afeta a estrutura das partículas e o comportamento de encolhimento. |
| Temperatura de polimerização | Isso afeta a porosidade das partículas e o grau de fusão. |
| Rácio água/monómero | Isso afeta a viscosidade, a transferência de calor e a morfologia final das partículas. |
HPMC em revestimentos e tintas
O HPMC pode ser utilizado em revestimentos à base de água como espessante, auxiliar na formação de película, dispersante e estabilizador de emulsão. Ajuda a controlar a viscosidade de armazenamento e a viscosidade de aplicação. Pode reduzir o escorrimento e o afundamento durante a utilização.
O HPMC também pode melhorar o controlo da tensão superficial, a estabilidade face a álcalis e ácidos e a compatibilidade com pigmentos em alguns sistemas. Uma vez que o éter de celulose absorve água de forma significativa, o formulador deve evitar uma dosagem excessiva quando a resistência à água for importante. A utilização de um tipo de HPMC de maior viscosidade numa dosagem mais baixa pode ajudar a atingir a viscosidade necessária com menor impacto na resistência à água.
HPMC na cerâmica
Os éteres de celulose solúveis em água podem ser utilizados como ligantes ecológicos na produção de cerâmica. Os éteres de celulose não iónicos apresentam um baixo teor de resíduos de cinzas. O HPMC e os éteres de celulose afins podem reforçar a resistência à deformação e ajudar os corpos cerâmicos a manter a forma antes da cozedura.
O HPMC também pode melhorar a plasticidade e o comportamento de processamento em sistemas de moldagem cerâmica. O tipo selecionado deve ser adequado ao método de moldagem, ao teor de água, ao comportamento de secagem e aos requisitos relativos aos resíduos.
HPMC em aplicações no setor petrolífero
O HPMC e outros éteres de celulose podem ser utilizados em fluidos de perfuração, fluidos de cimentação e fluidos de fraturamento. Podem funcionar como espessantes, agentes de suspensão, redutores da perda de fluido e modificadores reológicos.
Um bom éter de celulose para campos petrolíferos deve ser resistente ao sal, manter a viscosidade e reduzir a perda de fluido. O HPMC tem caráter não iónico, pelo que consegue manter-se estável em muitos sistemas que contêm eletrólitos. No entanto, um excesso de eletrólitos pode ainda assim provocar gelificação ou precipitação. É necessário realizar ensaios no terreno.
HPMC nos setores farmacêutico e alimentar
O HPMC é utilizado em muitos sistemas farmacêuticos como aglutinante, espessante, agente de suspensão, estabilizador, material de revestimento em película, material de libertação controlada e suporte desintegrante. O HPMC de baixa viscosidade pode ser utilizado em sistemas de revestimento em película. O HPMC de alta viscosidade pode ser utilizado em sistemas de libertação prolongada e de libertação controlada.
A HPMC pode formar películas transparentes e resistentes. Também pode melhorar a estabilidade dos comprimidos e reduzir a alteração da cor em materiais sensíveis. Os derivados de éster da HPMC, como a HPMCP, são utilizados em sistemas de revestimento entérico, nos quais o comportamento de libertação depende do pH.
Nos sistemas alimentares, o HPMC pode atuar como espessante, estabilizador, emulsionante e agente gelificante. A sua gelificação térmica pode ajudar a formar uma camada protetora em alguns alimentos aquecidos. As aplicações alimentares e farmacêuticas exigem o tipo adequado, a documentação necessária e a aprovação regulamentar. O HPMC destinado à construção não deve ser utilizado em alimentos nem em medicamentos.
Guia de seleção de graus de HPMC
| Aplicação | Necessidade principal | Nível de Zhiwei a testar |
|---|---|---|
| Argamassa autonivelante | Fluidez, viscosidade leve, retenção de água | HPMC 400, HPMC 4K |
| Adesivo para azulejos | Retenção de água, tempo de abertura, estabilidade vertical | HPMC 100K, HPMC 150K, HPMC 200K |
| Massa para paredes e revestimento de superfícies | Aplicação suave, corpo, retenção de água | HPMC 40K, HPMC 100K |
| EIFS e argamassa de reparação | Resistência à flacidez, apoio à aderência, trabalhabilidade | HPMC 100K, HPMC 200K |
| Produtos de gesso | Mistura homogénea e consistência controlada | HPMC 400, HPMC 4K, HPMC 40K |
| Revestimentos | Espessamento e estabilidade de armazenamento | HPMC 40K, HPMC 100K ou comparar com HEC/HEMC |
| Sistemas químicos de uso diário | Textura, estabilidade, espessamento | HPMC 100K, HPMC 150K, HPMC 200K |
A granulometria ideal deve ser confirmada através de um pequeno ensaio laboratorial. O tipo de cimento, a granulometria da areia, o material de enchimento, o pó de polímero, a proporção de água, a temperatura e a ordem de mistura podem, todos eles, alterar o resultado final.
Conclusão
O HPMC é um éter de celulose versátil com grande utilidade em sistemas industriais à base de água. Tem a capacidade de espessar, reter água, estabilizar partículas, formar películas, melhorar a trabalhabilidade e facilitar a ligação. Estas funções tornam-no útil em materiais de construção, polimerização em suspensão de PVC, revestimentos, cerâmicas, fluidos para campos petrolíferos, papel, têxteis, produtos químicos de uso diário, alimentos e sistemas farmacêuticos.
No que diz respeito aos materiais de construção, o HPMC reveste-se de especial importância. Melhora o desempenho da argamassa pré-misturada em doses reduzidas. Ajuda o adesivo para azulejos a manter horário de funcionamento e estabilidade vertical. Ajuda a argamassa autonivelante a manter a fluidez, reduzindo simultaneamente a exsudação. Contribui para que o reboco, a massa de enchimento, os sistemas de isolamento térmico exterior (EIFS) e a argamassa de reparação apresentem um melhor comportamento em termos de manuseamento e cura.
Zhiwei (Jinan) New Materials Co., Ltd. oferece tipos de HPMC práticos para diferentes necessidades de viscosidade. O HPMC 400 e o HPMC 4K da Zhiwei são adequados para sistemas fluidos. O HPMC 100K e o HPMC 200K da Zhiwei são adequados para sistemas de mistura a seco de alta consistência que necessitam de maior retenção de água, tempo de abertura e resistência ao afundamento. Para os fabricantes, o tipo adequado de HPMC pode tornar a fórmula mais estável, mais fácil de aplicar e mais repetível na produção.