El HPMC retiene más agua que el CMC en la mayoría de los sistemas de mortero a base de cemento —alcanzando normalmente una retención de agua de entre el 85 y el 95%, frente al 70–85% del CMC con una dosificación equivalente—, ya que la sustitución mixta de metoxilo/hidroxipropoxilo del HPMC crea una capa de hidratación más eficaz y una capacidad superior para formar una película que resiste el entorno altamente alcalino de los poros del cemento. El HPMC es no iónico; mantiene su volumen hidrodinámico y su eficacia espesante al pH de hidratación del cemento (12,5–13,5), mientras que el CMC, un éter aniónico, se precipita progresivamente en forma de carboximetilcelulosa cálcica, lo que reduce la viscosidad y libera el agua retenida.
Sin embargo, la CMC logra una retención de agua adecuada (70–85%) a un coste significativamente menor y resulta totalmente suficiente para aplicaciones de mortero a base de yeso y de baja exigencia, en las que el pH del sistema se mantiene neutro (6–8). En los enlucidos de yeso, el CMC, en una dosificación de 0,15–0,25%, ofrece un rendimiento comparable al del HPMC en una dosificación de 0,05–0,10%, y su coste por kilogramo suele ser entre 30 y 50% inferior al del HPMC de grado de construcción. Para los formuladores que gestionan productos para interiores en los que el coste es un factor determinante, la CMC ofrece una solución práctica para la retención de agua. La decisión de elección no es universal, sino que depende de la aplicación concreta: HPMC para morteros a base de cemento en los que una alta retención es estructuralmente crítica, y CMC para sistemas de yeso e interiores en los que una retención adecuada a un menor coste cumple los requisitos de rendimiento.
La retención de agua es la función más importante de los éteres de celulosa en los morteros de mezcla seca. Sin una retención de agua adecuada, el agua de amasado se filtra hacia los sustratos absorbentes o se evapora antes de que el cemento se hidrate, lo que provoca una hidratación incompleta, una menor resistencia de adherencia, la formación prematura de una capa superficial y fisuras por contracción. La delaminación de las baldosas, los revocos huecos y las capas de acabado agrietadas son los modos de fallo visibles, y todos ellos se deben a una retención de agua insuficiente en la interfaz entre el mortero y el sustrato.
Los éteres de celulosa suelen superar el 30% del gasto total en aditivos en una formulación de mezcla seca. La elección entre CMC y HPMC determina directamente tanto la fiabilidad del rendimiento como el coste de los aditivos. Especificar una cantidad excesiva de HPMC cuando basta con CMC supone un derroche de dinero; por el contrario, especificar una cantidad insuficiente de CMC cuando se necesita HPMC conlleva el riesgo de que el producto falle en la obra. Los formuladores que comprenden la brecha cuantitativa de retención y sus causas fundamentales pueden tomar decisiones fundamentadas que optimicen los costes sin comprometer el rendimiento crítico; y esta es precisamente la decisión que determina si un producto de mortero tiene éxito o fracasa en la obra.
Los éteres de celulosa retienen el agua en el mortero mediante dos mecanismos simultáneos: obstrucción física de los poros (cadenas de polímeros hinchadas que obstruyen los poros capilares para ralentizar la migración del agua) y aumento de la viscosidad de la solución (espesamiento de la fase acuosa para reducir la conductividad hidráulica hacia los sustratos absorbentes). Ambos mecanismos dependen de que el polímero mantenga su estado disuelto e hinchado durante todo el tiempo de trabajo del mortero —normalmente entre 20 y 30 minutos para la aplicación de adhesivo para baldosas—.
Los sustituyentes mixtos metoxilo/hidroxipropoxilo de la HPMC crean una capa de hidratación más eficaz alrededor de cada cadena polimérica. Los grupos metoxilo (19–24%) reducen los enlaces de hidrógeno entre las cadenas, lo que favorece la extensión de cada cadena y maximiza el volumen hidrodinámico por unidad de masa. Los grupos hidroxipropoxilo (4–12%) introducen cadenas laterales hidrófilas que refuerzan la retención de agua. En conjunto, estos sustituyentes confieren al HPMC una capacidad de retención de agua por molécula superior a la que ofrecen únicamente los grupos carboximetilo del CMC.
Los grupos carboximetilo de la CMC (-CH₂COONa) proporcionan un fuerte espesamiento inicial: la carga aniónica crea una repulsión electrostática entre las cadenas, lo que aumenta el volumen hidrodinámico a bajas concentraciones. Sin embargo, esta ventaja se ve mermada en los sistemas de cemento. Los iones Ca²⁺ disueltos procedentes de la hidratación del cemento se unen a los grupos carboxilatos, neutralizando la repulsión electrostática y formando complejos de carboximetilcelulosa cálcica que reducen la extensión de las cadenas, disminuyen la viscosidad y liberan el agua previamente retenida.
La diferencia fundamental en cuanto a la retención se debe a su carácter iónico. La HPMC solo contiene sustituyentes metoxilo e hidroxipropoxilo neutros, sin grupos ionizables. Su capacidad espesante y de retención de agua es totalmente física, y no se ve afectada por el pH, la concentración de electrolitos ni los iones de calcio. La CMC contiene grupos carboxilatos ionizables que determinan tanto su ventaja en cuanto al coste (el monocloroacetato de sodio es más barato que la combinación de cloruro de metilo y óxido de propileno utilizada para la HPMC) como su limitación de rendimiento (sensibilidad a los iones en entornos de cemento alcalinos).
En los sistemas a base de yeso (pH 6–8), la concentración de Ca²⁺ se mantiene baja y los grupos carboxilatos de la CMC permanecen totalmente ionizados, lo que permite mantener la extensión de la cadena y la eficacia espesante. Por eso la CMC ofrece un rendimiento comparable al de la HPMC en el yeso y en la pasta para juntas: la reacción química que limita la acción de la CMC en el cemento simplemente no se produce.
Utilizando el método del papel de filtro (EN 413-2 modificada) a los 20 minutos, los resultados típicos para una formulación de adhesivo para baldosas de cemento (35% OPC, 65% arena) son:
Éter de celulosa | Dosificación | Retención de agua (%) |
Michem HPMC MH100K | 0.05% | 92 |
Michem HPMC MH100K | 0.03% | 88 |
Michem CMC (DS 0,8) | 0.05% | 68–72 |
Michem CMC (DS 0,8) | 0.10% | 75–78 |
Michem CMC (DS 0,8) | 0.15% | 80–83 |
Michem CMC (DS 0,65) | 0.05% | 62–65 |
Michem CMC (DS 0,65) | 0.10% | 70–73 |
En una formulación de yeso (75% hemihidrato, 25% como material de relleno), los resultados varían significativamente:
Éter de celulosa | Dosificación | Retención de agua (%) |
Michem HPMC MH75K | 0.05% | 91 |
Michem CMC (DS 0,8) | 0.10% | 88–90 |
Michem CMC (DS 0,8) | 0.15% | 92–94 |
Los datos sobre el yeso confirman que la química aniónica de la CMC no es intrínsecamente inferior, sino que depende del entorno. Cuando la concentración de Ca²⁺ es baja y el pH es neutro, la CMC se acerca al rendimiento de la HPMC con una dosis aproximadamente dos veces mayor.
Supongamos que el HPMC para la construcción cuesta 3,50 USD/kg y el CMC, 1,80 USD/kg (precios representativos del mercado, con un margen de 30–50%). Para un adhesivo para baldosas de cemento que requiera una retención de agua ≥90%:
En este caso, el CMC resulta más caro por tonelada de mezcla seca y no cumple los requisitos de rendimiento. El HPMC resulta más económico y ofrece un mayor rendimiento.
Para el yeso que requiera una retención de agua ≥88%:
En el yeso, el CMC ofrece un rendimiento equivalente a un coste de uso prácticamente idéntico, con la ventaja añadida de que se disuelve rápidamente en agua fría y no interfiere en el fraguado del yeso al gelificarse térmicamente.
El grado de sustitución influye directamente en el rendimiento de retención de la CMC. Un grado de sustitución más alto (0,8-0,9) implica un mayor número de grupos carboximetilo por unidad de anhidroglucosa, lo que:
Sin embargo, la mejora que aporta el DS es incremental, no transformadora. Pasar de un DS de 0,65 a uno de 0,9 mejora la retención de agua en aproximadamente 5-8 puntos porcentuales en los sistemas de cemento con la misma dosificación —una mejora significativa, pero insuficiente para cerrar la brecha de 15-25 puntos porcentuales con respecto al HPMC—. En el caso de los sistemas de yeso, el efecto del DS es menor (entre 2 y 3 puntos porcentuales), ya que la interferencia del calcio es mínima.
Parámetro | Especificación |
Número CAS | 9004-32-4 |
Grado de sustitución (DS) | 0.65–0.9 |
Pureza | ≥99.5% |
Contenido de cloruro | ≤0.5% |
Pérdida por secado | ≤8.0% |
pH (solución 1%) | 6.5–8.5 |
Insoluble en agua | ≤0.3% |
Tipo iónico | Aniónico |
Viscosidad (Brookfield, solución 1%) | 400–8 000 mPa·s (ajustable) |
Dosificación del mortero | 0.1%–0.3% |
Fuente: michemicals.com
Grado | Viscosidad (mPa-s) | Aplicaciones principales |
MH04K | 400–500 | Compuestos autonivelantes, soleras fluidas |
MH75K | 35,000–40,000 | Masilla para paredes interiores, yeso |
MH100K | 45,000–60,000 | Adhesivo estándar para baldosas (C1), mortero de uso general |
MH150K | 55,000–65,000 | Adhesivo para baldosas de alto rendimiento (C2), mortero de reparación |
MH200K | 65,000–80,000 | Capa base de EIFS, mortero impermeabilizante |
MH200D | 65,000–80,000 | Adhesivo para baldosas de tiempo de trabajo prolongado (C2E), formulaciones para climas cálidos |
Especificaciones adicionales del HPMC:
Parámetro | Especificación |
Contenido de metoxilo | 19–24% |
Contenido de hidroxipropoxilo | 4–12% |
Humedad | ≤5% |
Contenido de ceniza | ≤5% |
pH (solución 1%) | 6–8 |
Temperatura de gelificación | 60–70 °C |
Fuente: michemicals.com
Revestimientos y masillas para juntas a base de yeso (pH 6–8). El CMC, en una dosis de 0,10–0,201 TP3T, proporciona una retención de agua de 88–921 TP3T, comparable a la del HPMC. El pH neutro del yeso evita por completo la sensibilidad del CMC al calcio. La rápida solubilidad de la CMC en agua fría también simplifica los protocolos de mezcla en comparación con el requisito de hidratación térmica de la HPMC. Esta es la aplicación más destacada de la CMC en lo que respecta a la retención de agua.
Masilla para paredes interiores (opción económica). Cuando la competencia en el precio prevalece sobre las especificaciones, el CMC en una proporción de 0,15–0,251 TP3T sustituye por completo al HPMC. Hay que aceptar un tiempo abierto ligeramente reducido y un riesgo de agrietamiento ligeramente mayor. No es adecuado para uso en exteriores, donde los ciclos de humedad exigen la integridad de la película que proporciona el HPMC.
Mortero de albañilería de uso general (tipo N). Una concentración de CMC de 0,10–0,201 TP3T, con un pequeño suplemento de HPMC (0,02–0,031 TP3T), proporciona una reología adecuada para aplicaciones interiores no estructurales.
Producción de baldosas cerámicas (aglutinante). Michem CMC está recomendado para masas cerámicas, barbotinas y esmaltes decorativos, donde su carácter aniónico y su capacidad para formar una película favorecen la resistencia en estado verde y el rendimiento en el moldeado.
Aplicación | Dosis de HPMC | Dosis de CMC (si se utiliza) | Viabilidad del CMC |
Adhesivo para baldosas (C1/C2) | 0.03–0.08% | No recomendado | No es viable |
Masilla para paredes exteriores | 0.05–0.10% | No recomendado | No es viable |
Yeso | 0.02–0.06% | 0.10–0.20% | Totalmente factible |
Masilla para paredes interiores | 0.04–0.08% | 0.15–0.25% | Viable (relación coste-beneficio) |
Mortero para albañilería (interior) | 0.02–0.04% | 0.10–0.20% | Es posible con un suplemento de HPMC |
Capa base EIFS | 0.06–0.12% | No recomendado | No es viable |
Compuesto autonivelante | 0.02–0.05% | No recomendado | No es viable |
En el caso del yeso proyectado, una mezcla de CMC y HPMC en proporción 50:50 con una dosis combinada de 0,301 TP3T (0,151 TP3T de cada uno) permite reducir el coste del éter de celulosa entre 15 y 201 TP3T, al tiempo que se mantienen la trabajabilidad y el acabado superficial. La fracción de HPMC aporta integridad a la película y prolonga el tiempo abierto; la fracción de CMC proporciona un espesamiento rápido y una reducción de costes. Esta es la estrategia más rentable, en la que el CMC puede contribuir parcialmente a la retención de agua sin sustituir por completo al HPMC.
La HPMC es no iónica: sus sustituyentes metoxilo e hidroxipropoxilo crean una capa de hidratación que permanece intacta al pH del cemento (12,5–13,5) y en presencia de iones Ca²⁺ disueltos. La CMC es aniónica; sus grupos carboxilatos se unen al Ca²⁺, formando complejos de carboximetilcelulosa cálcica que colapsan la extensión de la cadena polimérica y liberan el agua retenida. Se trata de una limitación química intrínseca a todos los éteres de celulosa aniónicos en entornos alcalinos y ricos en calcio.
Sí, en sistemas a base de yeso. El pH neutro del yeso (6–8) y su baja concentración de Ca²⁺ evitan el colapso de la viscosidad de la CMC inducido por el calcio. Con una dosificación de 0,10–0,20%, la CMC alcanza una retención de agua de 88–92% en el yeso, comparable a la de la HPMC. En los sistemas de cemento, la CMC no puede igualar a la HPMC ni siquiera con una dosificación tres veces superior, ya que la precipitación del calcio es irreversible en condiciones de cemento.
Para aplicaciones en la construcción, seleccione DS 0,8–0,9 (rango superior de la especificación de CMC de Michem). Un DS más alto mejora la solubilidad en agua fría, reduce la formación de «ojos de pez» y proporciona una retención de agua entre 5 y 8 puntos porcentuales superior en los sistemas de cemento, en comparación con el DS 0,65. En los sistemas de yeso, el efecto del DS es menor (2-3 puntos); cualquiera de los dos rangos funciona adecuadamente.
De forma marginal. Al duplicar la viscosidad de la CMC de 2.000 a 4.000 mPa·s, solo se consigue un aumento de entre 3 y 5 puntos porcentuales en la retención de agua del mortero de cemento. El DS, la calidad de la mezcla y la dosificación influyen más que la viscosidad en bruto en el rendimiento de la CMC en cuanto a la retención de agua. En el caso de la HPMC, la selección del grado de viscosidad es más importante, ya que los grados de mayor viscosidad (MH150K–MH200K) proporcionan tanto una mayor viscosidad de la solución como una mejor capacidad de formación de película.
A precios representativos (CMC: 1,80 USD/kg; HPMC: 3,50 USD/kg), sustituir el HPMC MH75K a 0,051 TP3T por CMC a 0,101 TP3T en el yeso reduce el coste del éter de celulosa de 1,75 USD/tonelada a 1,80 USD/tonelada de mezcla seca —un coste de uso prácticamente equivalente, al tiempo que se consigue una retención de agua comparable—. El ahorro real se produce en la masilla para paredes interiores, donde el CMC a una concentración de 0,15–0,251 TP3T sustituye al HPMC a una concentración de 0,04–0,081 TP3T, lo que supone una reducción del coste de los aditivos de 10–201 TP3T por tonelada de mezcla seca.
El HPMC retiene más agua que el CMC en los morteros a base de cemento —entre el 85 y el 95% frente al 70 y el 85%— y esta diferencia viene determinada químicamente por la estabilidad no iónica del HPMC frente a la sensibilidad aniónica al calcio del CMC. En sistemas de yeso y de pH neutro, el CMC alcanza una retención comparable con una dosis aproximadamente dos veces mayor y supone un ahorro significativo en los costes.
El marco de decisión adecuado depende de cada aplicación concreta: utilice HPMC cuando la alta retención de los productos a base de cemento sea fundamental desde el punto de vista estructural (adhesivos para baldosas, sistemas de aislamiento térmico exterior, impermeabilización), utilice CMC cuando las aplicaciones a base de yeso o en interiores permitan que sus propiedades químicas se desarrollen sin limitaciones, y considere sistemas mixtos en los que la sustitución parcial por CMC reduzca el coste, mientras que el HPMC mantenga el rendimiento crítico.
Michem suministra tanto CMC como HPMC en toda la gama de viscosidades y grados de sustitución, con calidades personalizables y asesoramiento en formulación para ayudarle a seleccionar el éter adecuado para cada aplicación.
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