¿Qué es el éter de almidón hidroxipropílico? Un análisis completo de este almidón modificado multifuncional

1. Propiedades básicas y estructura química de Éter de almidón hidroxipropílico

Características estructurales moleculares

El éter de almidón hidroxipropílico (HPS) es un derivado importante que se obtiene modificando químicamente el almidón natural. Su estructura molecular tiene las siguientes características típicas:

Estructura básica de la columna vertebral:

Conserva el esqueleto básico de la unidad de glucosa α-D-piranosa del almidón natural.

Cada unidad de glucosa contiene tres grupos hidroxilo libres (posiciones C2, C3 y C6).

Modificación de la introducción del grupo:

Los grupos hidroxipropilo (-CH2-CHOH-CH3) se introducen en los grupos hidroxilo mediante una reacción de eterificación.

El grado de sustitución (DS) normalmente se controla dentro del rango de 0,05 a 0,3. Pueden formarse productos mono y disustituidos.

Distribución de peso molecular:

Rango de peso molecular: 1×10⁴-1×10⁶ Da

El índice de distribución de peso molecular (PDI) suele ser de 5 a 15.

Propiedades fisicoquímicas

Solubilidad:

La solubilidad en agua fría mejora significativamente (50-100 veces mayor que la del almidón nativo).

Forma una solución coloidal transparente o translúcida.

La solubilidad aumenta al aumentar el grado de sustitución.

Propiedades reológicas:

La solución presenta características de fluido pseudoplástico.

Rango de viscosidad aparente: 100-10.000 mPa·s (solución acuosa al 2%, 25°C).

La estabilidad de la viscosidad es significativamente mejor que la del almidón nativo.

Propiedades termodinámicas:

La temperatura de gelatinización se reduce a 40-60°C (el almidón nativo es 60-75°C).

La temperatura de descomposición térmica se aumenta a 280-300°C.

La temperatura de transición vítrea (Tg) se reduce aproximadamente entre 20 y 30 °C.

Propiedades interfaciales:

Tensión superficial: 40-50 mN/m (solución acuosa al 1%)

Ángulo de contacto reducido, humectabilidad mejorada significativamente

Estabilidad química

Resistencia a ácidos y álcalis:

Rango estable de pH: 3-11

Susceptible a la hidrólisis en condiciones ácidas fuertes (pH < 2)

Posible degradación oxidativa en condiciones alcalinas fuertes (pH > 12)

Biodegradabilidad:

Tasa de hidrólisis enzimática reducida a 1/5-1/10 del almidón nativo

La resistencia a la α-amilasa aumentó significativamente

Estabilidad oxidativa:

Valor de yodo reducido a 1-5 g/100 g

El valor de peróxido se redujo significativamente

2. Ventajas del éter de almidón hidroxipropílico en materiales de construcción

El éter hidroxipropílico de almidón (HPS), como nueva generación de aditivos de construcción respetuosos con el medio ambiente, demuestra un valor de aplicación excepcional en materiales de construcción modernos. Sus ventajas únicas en materiales a base de cemento y yeso se reflejan principalmente en los siguientes aspectos:

• Rendimiento de construcción optimizado

Excelente retención de agua

Retención de agua superior al 98% (en comparación con el 90-95% de los aditivos tradicionales)

Tiempo de liberación de humedad ampliado de 2 a 3 veces

Previene eficazmente el ahuecamiento y el agrietamiento causados por la absorción prematura de agua en la capa base.

Efecto espesante significativo

Una adición del 2% puede aumentar la viscosidad del sistema entre un 300 y un 500%.

Las propiedades de adelgazamiento mejoran la bombeabilidad (reduciendo la resistencia al bombeo en un 40%)

La estabilidad de la suspensión mejoró, con una tasa de sedimentación del agregado <0,5%

Excelente experiencia en construcción

Al abrir Tiempo de aplicación ampliado a 30-45 minutos (productos comunes: 15-20 minutos).

Reducción de la resistencia al raspado en un 35-50 %.

La suavidad de la superficie mejoró en dos niveles.

• Rendimiento mejorado del material.

Propiedades mecánicas mejoradas.

La resistencia a la flexión aumentó entre un 15 y un 25%.

La fuerza adhesiva aumentó entre un 30 y un 50 % (el adhesivo para baldosas puede alcanzar más de 1,5 MPa).

El módulo elástico optimizado reduce la concentración de tensiones.

Durabilidad mejorada.

La contracción se redujo en un 40-60%.

La resistencia al ciclo de congelación y descongelación superó 100 veces (requisito estándar: 50).

Profundidad de carbonización reducida en un 30%.

Propiedades de interfaz optimizadas.

Compatible con emulsiones poliméricas. Excelente compatibilidad con líquidos (sin floculación)

Ángulo de contacto interfacial reducido a menos de 20°

Retraso del pico de hidratación entre 2 y 3 horas

• Beneficios económicos significativos

Ventajas de costos

La dosificación unitaria es sólo 1/3-1/2 de éter de celulosa.

Costoos generales reducidos entre un 20 y un 40 %

Puede reducir la cantidad de otros aditivos (como reductores de agua) entre un 15 y un 20 %.

Proceso simplificado

El tiempo de disolución se redujo a 5-10 minutos (el éter de celulosa requiere 20-30 minutos)

Sin aglomeración, excelente dispersabilidad.

Adecuado para pulverización mecánica (tasa de obstrucción de tuberías <0,1%)

Ahorro de energía y respetuoso con el medio ambiente

Consumo de energía de producción reducido en un 50% % o más

100% biodegradable

Cero emisiones de COV

• Rendimiento en escenarios de aplicaciones especiales

Material autonivelante

Retención de flujo >95% (30 minutos)

El ajuste de la tensión superficial elimina el fenómeno de "cráteres"

Diferencia de liquidación <0,5 mm

Mortero aislante

Densidad seca reducida en un 15-20%

Conductividad térmica controlada a 0,06-0,08 W/(m·K)

La resistencia a la presión del viento mejoró en un nivel

Mortero de reparación

La diferencia de tiempo de fraguado inicial y final se redujo a menos de 15 minutos.

Tasa de microexpansión 0,02-0,05%

• La fuerza diurna alcanza el 40% de la fuerza de 28 días.

3. ¿Cómo mejora el éter de hidroxipropil almidón el rendimiento de los materiales de construcción?

• Mejora de la trabajabilidad del mortero fresco.

Sistema de control de humedad

Los grupos hidroxilo (-OH) en la molécula forman una red de enlaces de hidrógeno con el agua, convirtiendo el agua libre en agua unida y prolongando el tiempo de evaporación (retención de agua >98%).

El efecto de liberación lenta garantiza la hidratación continua del cemento y previene el agrietamiento plástico (el riesgo de agrietamiento se reduce en un 60%).

Propiedades reológicas optimizadas

Las moléculas de cadena larga crean un impedimento estérico, aumentando la viscosidad a velocidades de cizallamiento bajas (la viscosidad estática aumentó en un 200-300%).

Las propiedades diluyentes reducen la resistencia al bombeo en un 40 %, al tiempo que garantizan una recuperación inmediata de la consistencia después de la aplicación.

Efecto de estabilización de la suspensión.

A través de la adsorción de carga, forma una capa protectora sobre la superficie del agregado, evitando la sedimentación (tasa de sedimentación <0,3% después de 2 horas).

Trabaja sinérgicamente con el éter de celulosa para formar una estructura de red tridimensional, aumentando la capacidad de suspensión en un 50%.

• Propiedades mecánicas mejoradas del cuerpo endurecido.

Densificación microestructural

Retraso en la tasa de liberación de calor por hidratación, lo que reduce el agrietamiento por tensión térmica (la temperatura máxima se retrasa entre 3 y 5 horas).

Cristalización regulada de Ca(OH)₂. Los puentes direccionales reducen el tamaño del cristal entre un 30 y un 50 %.

Mecanismo de fortalecimiento de la interfaz: forma una capa de transición flexible en la interfaz agregado-pasta, aumentando la fuerza de unión a más de 1,5 MPa. Reduce la energía interfacial, reduciendo la porosidad en un 15-20% (aumentando la proporción de poros <100 nm).

Efecto amortiguador de tensión: la libertad de rotación del enlace de éter absorbe la energía de propagación de microfisuras, lo que mejora la resistencia al impacto en un 35 %. Módulo elástico optimizado a 8-10 GPa, que cumple con los requisitos de deformación del sustrato.

• Durabilidad mejorada: Avance en impermeabilidad: bloquea los poros capilares en el nivel de 100-500 nm, lo que reduce el coeficiente de difusión del ion cloruro a 1×10⁻¹²m²/s. Los ángulos de contacto se reducen a menos de 25°, logrando una modificación hidrófoba.

Estabilidad de volumen mejorada: suprime la contracción por secado (contracción por secado a 28 días <0,8 ‰). La compensación de contracción estabiliza el índice de expansión en 0,02-0,05%.

Tolerancia ambiental: Pérdida de resistencia <5 % después de ciclos de congelación y descongelación a -20 °C (mejor que el estándar GB/T 50082)

Retención de rendimiento >90% en prueba de resistencia alcalina (pH=13)

• Comparación de mejoras de rendimiento de materiales

4. Pautas de almacenamiento para el éter hidroxipropílico de almidón (HPS)

Control ambiental

Gestión de temperatura y humedad

Temperatura de almacenamiento: 10-30°C (óptimo 20±5°C)

Humedad relativa: ≤65% (umbral crítico: 70%)

Fluctuación de temperatura: Fluctuación diaria <5 °C (evitar la condensación)

Requisitos ambientales: Almacenar en un lugar fresco y oscuro (intensidad de luz <50 lux)

Lejos de fuentes de calor (distancia >2m)

Buena ventilación (tasa de cambio de aire ≥4 veces/hora)

Especificaciones de embalaje

Materiales de embalaje

Capa interior: Película de polietileno (espesor ≥0,1 mm)

Capa exterior: Bolsa de papel Kraft a prueba de humedad/Bolsa compuesta de papel de aluminio

Sellado: Tasa de transmisión de vapor de agua <5 g/m²/24 h

Especificaciones

Cantidad pequeña: 5-10 kg/bolsa (usar dentro de 1 mes después de la apertura)

Embalaje Industrial: 25kg/bolsa (con sello reutilizable)

Almacenamiento de bolsas en bloque: Se requiere equipo de deshumidificación.

Requisitos de apilamiento

Diseño de almacenamiento

Distancia a la pared ≥ 50 cm

Distancia al suelo ≥ 15 cm (para almacenamiento en palés)

Límite de altura de apilamiento: ≤ 8 capas para bolsas, ≤ 3 capas para bolsas de toneladas

Principio de primero en entrar, primero en salir

Identificación clara de lotes (se recomienda la gestión de códigos QR)

Vida útil: 24 meses sin abrir, 6 meses después de la apertura

Ciclo de facturación recomendado < 12 meses

Medidas de protección especiales

Control de la contaminación

No almacenar con ácidos o álcalis (≥ 5 m de distancia)

Herramientas de carga y descarga dedicadas (para evitar la contaminación del metal)

Concentración de polvo de almacén < 5 mg/m³

Medidas de emergencia

Tratamiento húmedo: Secado a baja temperatura a 40°C durante ≤ 2 horas

Tratamiento de aglomeración: Pasar por un tamiz de malla 60 antes de su uso.

Tratamiento de fugas: Adsorber con gel de sílice seco

Precauciones de transporte

Vehículo de transporte: Camión impermeable (humedad <70%)

Evite mezclar con productos olorosos.

Aislamiento necesario para el transporte en invierno (>5°C)

Requisitos de Carga y Descarga: Carga y descarga mecánica: Altura de caída <1m

Manipulación manual: No enganchar ni tirar del embalaje

Manejo de daños: Reemplace inmediatamente el embalaje en el sitio

5. Preguntas frecuentes (FAQ) sobre el éter hidroxipropílico de almidón (HPS)

1. ¿Qué es el éter de hidroxipropil almidón?

R: El éter de almidón hidroxipropílico (HPS) es un polímero soluble en agua que se obtiene eterificando el almidón natural con óxido de propileno en condiciones alcalinas. Presenta excelentes propiedades espesantes, de retención de agua y de unión y se utiliza ampliamente en materiales de construcción, alimentos, productos farmacéuticos y otros campos.

2. ¿Cuáles son las principales funciones de los HPS en materiales de construcción?

R:

Espesamiento y retención de agua: Aumenta la retención de agua del mortero (>95%) y extiende el tiempo abierto.

Mejora la trabajabilidad: mejora la lubricidad y reduce la resistencia al raspado.

Mejora la adhesión: Aumenta la fuerza de unión al sustrato (alcanzando más de 1,2 MPa).

Reduce costes: Puede sustituir parcialmente los éteres de celulosa, ahorrando entre un 20-40% en costes de formulación.

3. ¿Cuál es la diferencia entre HPS y éteres de celulosa (como HPMC)?

R:

4. ¿Cuál es la dosis recomendada de HPS?

Respuesta:

Adhesivo para baldosas: 0,05-0,1%

Mortero de yeso: 0,1-0,2%

Mortero autonivelante: 0,02-0,05%

Productos a base de yeso: 0,1-0,3%

Nota: La dosis óptima debe determinarse mediante pruebas.

6. ¿El HPS afecta la resistencia del mortero?

R: At the appropriate dosage, it will not reduce strength. In fact, it may improve:

Resistencia a la flexión: aumentada entre un 10 y un 20% (optimizando el proceso de hidratación).

Fuerza adhesiva: Incrementada en más del 30% (mejorando la estructura interfacial).

Una adición excesiva (>0,3%) puede provocar un retraso en el fraguado y requerir el uso de un acelerador.

7. ¿Qué tan respetuoso con el medio ambiente es el HPS?

R:

Biodegradabilidad: Degradation rate >90% in 28 days (superior to synthetic polymers).

No tóxico e inofensivo: Cumple con el estándar de agua potable GB/T 17219 y no emite formaldehído.

Emisiones de carbono: el consumo de energía de producción es solo una quinta parte del del éter de celulosa.