HPC: aditivo de celulosa para recubrimientos de refrigeración radiativa pasiva. Impulsados por el aumento de las altas temperaturas a nivel mundial y las políticas de neutralidad de carbono, los recubrimientos de refrigeración radiativa pasiva diurna (recubrimientos de refrigeración sin electricidad) se han convertido en la solución de refrigeración de bajo consumo energético más habitual para edificios industriales, depósitos de almacenamiento de petróleo, paneles fotovoltaicos y contenedores de transporte. Al reflejar la mayor parte de la radiación solar y disipar el calor directamente hacia el espacio exterior a través de la ventana infrarroja atmosférica de 8-13 μm, reducen la temperatura superficial de los sustratos entre 10 y 25 °C sin necesidad de ventiladores ni aparatos de aire acondicionado, lo que permite una reducción a largo plazo de las facturas de electricidad y de las emisiones de carbono.
El rendimiento final del recubrimiento no solo depende de las resinas de fluorocarbono o acrílicas, del dióxido de titanio nano y de los rellenos radiativos de infrarrojos de tierras raras, sino también, de manera decisiva, del sistema de aditivos auxiliares. Con propiedades exclusivas como la solubilidad tanto en agua fría como caliente, la gelificación inducida térmicamente, el comportamiento de fluidez por cizallamiento y el autoensamblaje mediante enlaces de hidrógeno débiles, la hidroxipropilcelulosa (HPC) destaca como el aditivo de éter celulósico preferido para recubrimientos de refrigeración radiativa de alta calidad que no requieren electricidad.
Problemas en la formulación de los recubrimientos de refrigeración radiativa pasiva (por qué es necesario el HPC)
Un sistema estándar de recubrimiento refrigerante a base de agua y sin necesidad de electricidad se compone de una emulsión filmógena, nanopólderes altamente reflectantes, cargas radiativas infrarrojas, dispersantes humectantes, antiespumantes, espesantes y agentes de retención de agua. El sector suele enfrentarse a los siguientes retos:
1. El dióxido de titanio nano, la sílice ultrafina y los rellenos de tierras raras tienen una alta densidad, por lo que tienden a sedimentarse y deslaminarse fácilmente en reposo, lo que reduce la reflectancia óptica;
2. Una viscosidad excesiva provoca defectos tipo «piel de naranja» durante la pulverización a alta velocidad y el recubrimiento con rodillo, mientras que, una vez que el equipo se detiene, se produce un descuelgue;
3. La formación inestable de poros y las estructuras irregulares de microporos cerrados reducen directamente la emisividad infrarroja;
4. El revestimiento pierde agua rápidamente bajo la intensa luz solar exterior, lo que provoca grietas y una escasa resistencia a la intemperie;
5. Las formulaciones de refrigeración adaptativa termosensibles requieren un cambio reversible entre los estados hidrofílico e hidrofóbico en función de los cambios de temperatura.
Las cuatro funciones principales de HPC en los recubrimientos refrigerantes sin electricidad
1. Estabilizar la suspensión y la dispersión para preservar las prestaciones clave del enfriamiento óptico
- El efecto de refrigeración pasiva se basa en la dispersión homogénea de los nanorrellenos. Cuando se producen la aglomeración y la sedimentación, la reflectancia solar desciende de un valor superior a 95% a uno inferior a 85%, lo que elimina por completo la capacidad de refrigeración pasiva.
- Los abundantes grupos hidroxilo presentes en las cadenas moleculares del HPC se adsorben en la superficie de los nanopolvos mediante enlaces de hidrógeno, formando así una barrera de impedimento estérico que impide la aglomeración y la sedimentación de las partículas;
- Se disuelve en agua fría y forma un coloide estable que no presenta delaminación ni sedimentos duros tras un almacenamiento prolongado;
- Ofrece una mayor resistencia a los electrolitos que los tipos CMC y HEC en fórmulas modificadas con alto contenido en sal, lo que lo hace ideal para recubrimientos de refrigeración al aire libre utilizados en zonas costeras y salino-alcalinas.
2. Propiedades reológicas únicas, perfectas para procesos de recubrimiento automatizados
- El HPC presenta un perfil reológico dual caracterizado por el típico comportamiento de fluidez por cizallamiento y la gelificación termorreversible, lo cual es fundamental para optimizar la trabajabilidad del recubrimiento:
- La viscosidad disminuye rápidamente bajo la acción de la fuerza de cizallamiento durante la agitación y la pulverización a alta velocidad, lo que permite un bombeo fluido y la formación de películas uniformes y sin poros;
- La viscosidad se recupera al instante una vez que desaparece la tensión de cizallamiento, lo que evita que se produzcan descuelgues importantes en paredes verticales y superficies de techo;
- Se gelifica a una temperatura de entre 40 y 60 °C para retener la humedad en las primeras etapas de la exposición al sol del verano, lo que frena la contracción y el agrietamiento de la película provocados por la pérdida de agua y prolonga su vida útil en exteriores.
3. Optimizar la estructura microporosa para mejorar la eficiencia radiativa en el infrarrojo
- La alta emisividad depende de la distribución uniforme de microporos cerrados en el interior del recubrimiento. El HPC actúa como estructura flexible y estabilizador de la espuma en el sistema:
- Estabilizar las burbujas de aire diminutas durante la agitación y evitar la fusión y la fuga de las burbujas grandes;
- Formar una red porosa jerárquica tras la formación de la película para aumentar la emisividad en la banda del infrarrojo medio de 8-13 μm (hasta 0,94 o más);
- Servir como plantilla de autoensamblaje para recubrimientos refrigerantes ultradelgados a base de aerogel, con el fin de fabricar capas finales transparentes con estructuras de cristal líquido colestérico para paneles fotovoltaicos y muros cortina de cristal.
4. Fabricación de recubrimientos inteligentes de refrigeración adaptativa termosensibles (línea de I+D de vanguardia)
- Los recubrimientos de refrigeración estáticos convencionales siguen disipando calor en invierno y aumentan el consumo de calefacción, y el HPC es la materia prima fundamental para los sistemas de control adaptativo de la temperatura:
- Es hidrófilo y transparente a bajas temperaturas para retener el calor interior, y se vuelve hidrófobo y blanco a temperaturas elevadas para potenciar la reflexión solar y la disipación del calor infrarrojo;
- A menudo se combina con alginato de sodio para crear recubrimientos de hidrogel de refrigeración inteligente en paneles fotovoltaicos y superficies de carrocería, con el fin de lograr una regulación automática de la temperatura durante todo el año;
- Soporta repetidas expansiones y contracciones térmicas y sigue siendo eficaz tras cientos de ciclos de altas y bajas temperaturas.
