Introduo

A Laponita (Silicato de magnsio, ltio e sdio hidratado,

Na+0,7[(Si8Mg5,5Li0,3)O20(OH)4]-0,7) uma espcie nica de argila, mais especificamente,

silicato lamelar sinttico, formado a partir de minerais inorgnicos, com estrutura

cristalina e composio bem semelhante da esmectita natural. Possui dimetro na

gama de 25 a 30 nm, e espessura de 0,92 nm, muito menor do que as argilas naturais (LI

et. al., 2014). A Figura 1 exemplifica de uma maneira genrica a forma do cristal de

laponita (CUMMINS, H. Z., 2007).

De uma maneira geral, sua composio qumica 65,82 % de SiO2, 30,15% de

MgO, 3,20% de Na2O e 0,83% de LiO2; tal composio corresponde ao tipo de laponita

mais estudada (Laponita RD). Seu ponto de fuso se d em torno de 900 C e sua

densidade de 2,53 g/cm3 (CUMMINS, H. Z., 2007).

Em um nico cristal, uma folha de xido de magnsio ou alumnio coordenada

octaedricamente est entre duas camadas de silcio coordenadas tetraedricamente. As

faces do cristal tm carga negativa, j as arestas tm uma pequena carga positiva que

dependente do pH, sendo esta tipicamente 10% da carga negativa. A Figura 2

exemplifica uma estrutura idealizada da Laponita. Esta estrutura idealizada teria uma

carga neutra com seis ons de magnsio bivalentes na camada octadrica, dando uma

carga positiva de doze; entretanto, na prtica, alguns ons de magnsio so substitudos

por ons ltio monovalentes e algumas posies encontram-se vazias para se obter a

composio qumica tpica da laponita (CUMMINS, H. Z., 2007; Technical Information B-

RI 21, LAPONITE).

Figura 1. Forma em disco do cristal de Laponita (Fonte: Technical Information B-RI 21,

LAPONITE, Peformance Additives, BYK Additives & Instruments)

A carga negativa global lquida de um nico cristal de laponita de

aproximadamente 700 cargas de eltrons; esta carga equilibrada por ctions entre

camadas que so predominantemente Na+. No p seco, os cristais de laponita

empilham-se, compartilhando os ons Na+ interlamelar. Quando disperso em gua, os

hidratos de laponita se incham e formam uma disperso coloidal com os ons Na+

formando camadas duplas nas faces. O pH de uma suspenso de laponita 2% em gua

pura de 9,8.

A laponita contm cerca de 8% em peso de gua, que quimicamente adsorvido

pela estrutura do cristal e s pode ser removido por cozimento a temperaturas

superiores a 150 C; alm disso, a laponita higroscpica e absorve gua da atmosfera

facilmente, tipicamente de 15% a 50% da umidade relativa do ar (CUMMINS, H. Z.,

2007).

Como j mencionado, a laponita um produto inteiramente sinttico. O

processo se sntese envolve a combinao de sais de sdio, magnsio e ltio com silicato

de sdio a taxas e temperaturas cuidadosamente controladas. Isto produz um

precipitado amorfo que , em seguida, cristalizado parcialmente por um tratamento a

alta temperatura. O produto resultante filtrado, lavado, seco e modo at um p fino

branco ser obtido. A figura 3 apresenta um esquema de um processo tpico de sntese

da laponita.

Figura 2. Estrutura idealizada da Laponita. (Fonte: Technical Information B-RI 21, LAPONITE,

Peformance Additives, BYK Additives & Instruments)

Caracterizaes

A Figura 4 apresenta a curva de TG e DTA (anlise termogravimtrica) de uma

Laponita comercial. A anlise termogravimtrica permite a investigao do

comportamento do material sob tratamentos trmicos.

O material exibe um pico endotrmico largo na curva de DTA. O pico mostrado

em uma temperatura mdia de 120 C devido a dessoro de humidade adsorvida pelo

p, j que a Laponita altamente higroscpica; este pico seguido por outro em

temperatura de aproximadamente 719 C e 739 C que, que atribudo a liberao de

OH estrutural. O ngreme declnio das curvas de DTA e TG entre 200 C e 700 C sugere

que nesta faixa de temperatura a perda de OH estrutural concomitante com a

liberao de gua residual adsorvida. A remoo total de grupos OH aparece em 800 C,

pois nenhuma perda de peso observada na curva de TG acima dessa temperatura.

Pode-se concluir, atravs destas observaes, que a estrutura da Laponita no existe

mais quando o aquecimento acima de 700 C; alm disso, acima desta temperatura,

toda a gua ligada a desidroxilao tambm removida.

Figura 3. Esquema da sntese da Laponita. (Fonte: Technical Information B-RI 21, LAPONITE,

Peformance Additives, BYK Additives & Instruments)

A Figura 5 apresenta um difratograma de raio X de uma laponita comercial. A

Laponita pura aqui apresentada um padro amplo de DRX devido baixa cristalinidade

da argila em questo e tambm do pequeno tamanho de partcula. O pico largo exibido

acerca de 5.6 2, atribudo ao plano de difrao cristalogrfico 001, a partir do qual

mede-se o espassamento basal da argila. Os outros picos esto presentes em valores de

19.4, 27.5, 33.7 e 60.4, correspondentes aos planos cristalinos (100), (005), (110) e

(300), respectivamente.

Figura 4. Curvas de DTA e DG da Laponita em p. (Fonte: LUYER et. al., 2001)

Figura 5. DRX da Laponita. (Fonte: Adaptado de DANIEL et. al., 2008)

A Figura 6 apresenta o RMN de Si (Ressonncia Magntica Nuclear de Si) da

Laponita. Os picos so designados por letras, Qn, Tn, Dn, Mn, baseado no nmero de

tomos de oxignio ligados ao tomo de silcio principal, sendo estes, 4, 3, 2 ou 1,

respectivamente, sendo n o nmero de tomos de oxignio ligados a um tomo de silcio

adicional. A Laponita exibe dois picos principais a -96 e -86 ppm, atribudos aos stios Q3

e Q2, respectivamente. Os picos correspondentes ao stio Q3 surgem dos ncleos de

silcio das folhas tetradricas (Si(OMg)(OSi)3), j os picos correspondentes ao stio Q2

atribudo a presena dos silanis, Si(OMg)(OSi)2(OH), tanto das arestas das folhas da

argila quanto dos defeitos no interior da estrutura da argila.

A Figura 7 exibe o espectro de emisso de infravermelho da Laponita em diversas

temperaturas. A temperaturas abaixo de 200 C, o elevado comprimento de onda do

espectro da laponita nesta regio determinado por vrias vibraes e alongamentos

dos grupos hidroxila ligados aos ctions metlicos e as molculas de gua. Aps o

aquecimento, os picos da hidroxila se tornam mais definidos devido a remoo de

numerosos picos de gua que obstruem sua viso. O pico acerca de 3665 cm-1,

atribudo a vibrao/alongamento do on de magnsio Mg-OH presente na folha

octadrica da argila. O pico a 3730 cm-1 corresponde ao alongamento dos grupos silanis

Si-OH presentes na superfcie da argila. A aproximadamente 700 C, os picos de gua

so eliminados e os dois picos apresentados so de hidroxila; tais picos permanecem na

regio de 3400-3800 cm-1. A Intensidade relativa do pico de Si-OH e Mg-OH

permanecem constante durante toda a anlise. A 800 C, esses picos desaparecem

devido a desidroxilao da laponita.

Figura 6. RNM de Si da Laponita. (Fonte: Adaptado de DANIEL et. al., 2008)

Propriedades e Aplicaes

A laponita tem atrado constantemente a ateno devido principalmente devido

as suas propriedades reolgicas nicas e inovadoras. Tais propriedades incluem alta

viscosidade e baixas taxas de cisalhamento, que produz propriedades de auto-

sedimentao muito eficazes, baixa viscosidade e velocidades de cisalhamento

elevadas, um elevado grau de afinamento de cisalhamento e reestruturao tixotrpica

progressiva e controlvel aps cisalhamento. A combinao destas propriedades faz da

laponita um dos espessantes mais versteis em produtos formulados a base de gua.

Existem vrios tipos diferentes de laponita disponveis para diferentes aplicaes

industriais. A Laponita RD, o tipo mais frequentemente estudado, usado em muitos

produtos domsticos e industriais, incluindo produtos de limpeza, revestimentos de

superfcie e esmaltes cermicos. A Laponita XLG um tipo de Laponita RD com um

elevado grau de pureza, processada para remover impurezas, como por exemplo,

Figura 7. Espectro de emisso de infravermelho da Laponita. (Fonte: DANIEL et. al., 2008)

metais pesados de chumbo e arsnio. Esta classe de laponita utilizada em higiene

pessoal e cosmticos, incluindo a produo de shampoos e protetores solares.

Devido ao seu comportamento fsico original, sua biodegrabilidade e

biocompatibilidade com uma vasta gama de aplicaes industriais, como por exemplo,

revestimentos de superfcie, produtos de cuidados pessoais, produtos de uso

domstico, esta argila tem recebido uma ateno substancial (LI et. al., 2014). A laponita

pode ser utilizada em revestimentos automotivos devido a tima aparncia e melhoria

na sensibilidade humidade em comparao com outros espessantes. Tambm

utilizada em revestimentos de madeira, devido a excelente clareza, brilho e suavidade

em vernizes, melhora na suspenso e espaamento dos pigmentos, reduo de

floculao do pigmento que pode aumentar a intensidade da cor. Sendo utilizada em

pigmentos suspensos d estabilidade sem viscosidade; em certas formulaes a laponita

pode ser utilizada em nveis muito baixos para fornecer estabilidade do pigmento

suspenso sem produzir viscosidade tixotrpica. As aplicaes incluem tintas de

impresso, tintas automotivas, revestimentos de imerso e tintas de madeira (Technical

Information B-RI 21, LAPONITE).

A laponita tambm pode ser utilizada na agricultura, pois considerada um

componente inerte nas formulaes utilizadas em colheitas em crescimento.

Um outro tipo de indstria em que a laponita pode ser empregada, na indstria

de petrleo e gs. Esta argila d um alto controle de fluxo de fluido de perfurao a

temperaturas e presses elevadas, aumenta o desempenho de cimentos tixotrpicos e

de plugs polimricos (Technical Information B-RI 21, LAPONITE).

Comentrios

Atravs das discusses sobre todas as propriedades e caractersticas

apresentada pela laponita aqui abordadas, pode-se perceber sem dvida que a laponita

uma argila bem diversificada, podendo ser empregada em diversas reas da indstria.

No meu ponto de vista, mesmo esta no sendo uma argila natural, e nem to pouco com

uma grande abundncia (o que a torna o seu custo superior a algumas argilas naturais),

j que no encontrada na natureza, de fcil sintetizao do ponto de vista dos

reagentes necessrios, j que se utiliza de sais de fcil acesso para sua fabricao.

Referncias

o Li X.; Liu A.; Ye R.; Wang Y.; Wang W. Fabrication of gelatin-laponite composite films: Effect of the concentration of laponite on physical properties and the freshness of meat during storage. Food Hydrocolloids, v. 44, p. 930-398, 2014.

o Cummins H. Z. Liquid, glass, gel: The phases of colloidal Laponite. Journal of Non-Crystalline Solids, v. 353, p. 3891-3905, 2007.

o Technical Information B-RI 21, LAPONITE, Peformance Additives, BYK Additives & Instruments,http://www.byk.com/fileadmin/byk/additives/product_groups/rheology/former_rockwood_additives/technical_brochures/BYK_B-RI21_LAPONITE_EN.pdf

o Luyer C. L.; Lou L.; Bovier C.; Plenet J. C.; Dumas J. G.; Mugnier J. A thick sol-gel inorganic layer for optical planar waveguide applications. Optical Materials, v. 18, p. 211-217, 2001.

o Daniel L. M.; Frost R. L.; Zhu H. Y. Edge-modification of laponite with dimethyl-octylmethoxysilane. Journal of Colloid and Interface Science, v. 321, p. 302-209, 2008.

Universidade Federal do Rio Grande do Norte

Instituto de Qumica

PPGQ Programa de Ps Graduao em Qumica

Cincia e Tecnologia de Argilas

Laponita Caractersticas, Propriedades e Aplicaes

Docente: Prof. Dr. Sibele Pergher / Dr Ana Alcntara

Discente: Manuela Silva Martins de Oliveira

Natal, RN