CARACTERIZAÇÃO TÉRMICA DA VERMICULITA

A caracterização térmica das amostras de vermiculita foi realizada através da análise termogravimétrica (TG). As análises foram realizadas com o objetivo de determinar os percentuais de perda de massa referentes aos teores de matéria orgânica, no sentido de identificar o percentual de cera de carnaúba que estava recobrindo a superfície da argila a qual foi incorporada na estrutura lamelar.

A Figura 4.1 corresponde à curva termogravimétrica da cera de carnaúba do tipo 1 que apresentou duas etapas de perda de massa. A primeira etapa ocorre no intervalo de temperatura compreendido entre 300 e 450 ºC, com eliminação de 92 % de massa atribuída à decomposição dos principais constituintes da cera, através de processos de oxidação. A segunda etapa aconteceu entre as temperaturas de 450 ºC até 580ºC com uma perda de massa de 8% que foi atribuída à oxidação de impurezas presentes na cera ou oxidação de carbono gerado na primeira etapa devido à queima incompleta como mostra a Tabela 4.1. Por se tratar de um material completamente hidrofóbico não se observa a perda de água de adsorção, até cerca de 100oC, processo comum na análise de materiais hidrofílicos.

Tabela 4.1 - Dados da curva termogravimétrica da cera de carnaúba do tipo 1.

Fonte: Elaborado pelo autor (2012)

Figura 4.1 - Curva termogravimétrica da cera de carnaúba do tipo 1.

Fonte: Gerado pelo autor (2012)

As Figuras 4.2 e 4.3 mostram as curvas termogravimétricas da vermiculita expandida de granulometria nas faixas entre -20+35# e -8+16 #, respectivamente. Os resultados da variação em perda em massa podem ser observados na Tabela 4.2. Em ambas as curvas foram identificadas quatro etapas que indicam a perda de massa. Na Figura 4.2, a primeira etapa ocorreu até aproximadamente 135 ºC com eliminação de 11,5 % de massa que foi atribuída à saída de água de adsorção, devido ao argilomineral ser bastante hidrofílico, portanto adsorve água do meio, apesar dos cuidados durante o armazenamento. Como a cera sofre decomposição total até 600 oC, foi feita uma avaliação da perda de massa da vermiculita no intervalo entre 135 e 600 oC, no sentido de obter um material de referência com a vermiculita pura e comparar com a perda de massa com a vermiculita hidrofobizada com a cera. Para a vermiculita pura com

Amostra Δm1 em % Δm2 em %

Cera de Carnaúba 91,87 8,05

Δm2

granulometria nas faixas entre -20+35# (granulometria menor) a perda de massa entre 135 e 600 oC foi de 7,8%. Na Figura 4.3, granulometria entre -8+16 #, observa-se um comportamento idêntico apresentado pela curva da Figura 4.2, porém com valores menores de perda de massa, tanto para a eliminação da água de adsorção quanto para as etapas seguintes de decomposição, com valores iguais a 10,2 e 4,6 %. As etapas de perda de massa observadas após a eliminação da água de adsorção, acima de 135 oC, nas faixas de temperaturas entre 135 – 245 ºC, 245 – 460 ºC e 460 – 800 ºC, tem sido atribuídas como à perda de água ligada à estrutura da argila e o processo de desidroxilação do mineral (UGARTE et at, 2005).

Tabela 4.2 - Dados das curvas termogravimétricas da vermiculita expandida a -20+35 e -8+16 #.

Amostra Δm1 em % Δm2 em %

VV-A 11,5 7,8

VV-C 10,2 4,6

Fonte: Elaborado pelo autor (2012)

Uma observação importante a ser feita é que o resultado apresenta do pelo material de partículas menores, Figura 4.2, apresenta maior perda de massa em todas as etapas. A maior perda de massa associada à água de adsorção pode ser explicada devido à maior área superficial apresentada pelo material constituído de partícula s menores. A diferença nos percentuais de perda de massa nas outras faixas de temperatura indica que a constituição da argila pode apresentar diferenças em função da granulometria após o processo de peneiramento. Esses resultados também indicam que as transformações térmicas foram incompletas durante o processo de expansão da argila, uma vez que esse tratamento é realizado em temperaturas elevadas.

Como a água de adsorção é uma substância incorporada à argila, ou seja, não faz parte da sua composição, foi feita uma correção dos valores da decomposição entre 135 e 600 °C levando-se em consideração à ausência de água adsorvida. Os resultados estão expostos na Tabela 4.3.

Tabela 4.3 - Resultados para perda de matéria orgânica levando-se em consideração a água e a parte do material seco.

Granulometria da argila

Perda considerando a água (%)

Perda desconsiderando a água (%)

-20+35# 7,8 8,4

-8+16 # 4,6 5,1

Fonte: Elaborado pelo autor (2012)

Figura 4.2 - Curva termogravimétrica para a amostra VV-A.

Fonte: Gerado pelo autor (2012)

Figura 4.3 - Curva termogravimétrica para a amostra VV-C.

Fonte:Gerado pelo autor (2012)

Δm1

Δm2

Δm1

A Figura 4.4 mostra a curva termogravimétrica da argila com granulometria entre -20+35 # e hidrofobizada com 5% de cera de carnaúba, a qual apresentou quatro eventos distintos de decomposição. O primeiro evento acontece com a eliminação de aproximadamente 9,7% no intervalo de temperatura até 135oC que está relacionado com a água de adsorção adquirida no meio em contato. Devido a cera sofrer decomposição total até 600oC, a interpretação da curva será feita levando-se em consideração a perda de massa ocorrida no intervalo entre 135 e 600oC. Para o resultado em questão a perda foi de 8,6 %.

Na Tabela 4.4, são expostos os dados das variações em perda de massa das curvas termogravimétricas das amostras de vermiculita hidrofobizada a 5, 10 e 15%, na faixa granulométrica de -20+35 #.

Tabela 4.4 - Dados das curvas termogravimétricas para as amostras com granulometria -20+35 #.

Amostra Δm1 em % Δm2 em %

VH-A-5 9,7 8,6

VH-A-10 9,5 10,1

VH-A-15 7,8 18,9

Fonte: Elaborado pelo autor (2012)

Figura 4.4 - Curva termogravimétrica para a amostra VH-A-5.

Fonte: Gerado pelo autor (2012)

Δm2

A Figura 4.5 mostra a curva termogravimétrica para a mostra de argila com faixa granulométrica de -20+35 #, hidrofobizada com 10% de cera. Os resultados mostram uma perda de água de adsorção igual a 9,5 %, no intervalo de temperatura até 135 oC. A perda de massa entre 135 e 600 oC foi de 10,1%.

Figura 4.5 - Curva termogravimétrica para a amostra VH-A-10.

Fonte: Gerado pelo autor (2012)

A Figura 4.6 mostra a curva termogravimétrica para a mostra de argila com faixa granulométrica de -20+35 #, hidrofobizada com 15% de cera. Os resultados mostram uma perda de água de adsorção igual a 7,8%, no intervalo de temperatura até 135 oC. A perda de massa entre 135 e 600 oC foi de 18,9%.

Um fato a ser observado é que a quantidade de água de adsorção diminui com o aumento do teor de hidrofobizante. Esse resultado é esperado, pois o material torna-se mais hidrofóbico com o aumento da quantidade de hidrofobizante. É possível que a água de adsorção observada não tenha sido adsorvida após a hidrofobização, ou seja, já se encontrava adsorvida à argila antes da argila ser hidrofobizada, uma vez que esta não foi previamente seca e o processo de hidrofobização se dá abaixo de 100 oC.

Δm2

Figura 4.6 - Curva termogravimétrica para a amostra VH-A-15.

Fonte: Gerado pelo autor (2012)

Uma avaliação da quantidade real de hidrofobizante incorporada à argila foi feita subtraindo-se o valor de perda da massa da argila hidrofobizada em relação à mesma amostra da argila não hidrofobizada, no intervalo entre 135 e 600 oC. A Tabela 4.5 mostra os valores obtidos para a perda de massa relativa à quantidade de cera incorporada à argila de granulometria -20+35 #.

A Tabela 4.5 mostra os percentuais reais de perda de cera de carnaúba nas amostras com 5, 10 e 15 % hidrofobizado.

Tabela 4.5 - Resultados os percentuais reais de perda de cera de carnaúba nas amostras com 5, 10 e 15 % hidrofobizado.

Amostra Perda sem água (%) Cera incorporada (%) Valor previsto VV-A 8,4 - - VV-A-5 9,6 1,2 5,5 VV-A-10 11,2 2,8 11,1 VV-A-15 22,2 13,8 16,7

Fonte: Elaborado pelo autor (2012)

Os resultados obtidos não mostram uma boa coerência com os valores previstos. Como se espera que a argila tenha uma composição homogênea e os resultados do branco foram bastante diferentes para as duas amostras de granulometria diferente, foi

Δm2

feito também um tratamento dos dados considerando-se a possibilidade de erros na análise da argila de granulometria mais fina (-20+35 #). Para tanto, foi verificada a quantidade de cera incorporada na amostra de granulometria mais fina, levando-se em consideração o branco da amostra de granulometria mais grossa. A Tabela 4.6 mostra os resultados obtidos.

Tabela 4.6 - Resultados os percentuais reais de perda de cera de carnaúba nas amostras com 5, 10 e 15 % hidrofobizado consideração o branco da amostra de granulometria mais

grossa.

Amostra Perda sem água (%) Cera incorporada (%) Valor previsto VV-A 5,1 - - VV-A-5 9,6 4,5 5,5 VV-A-10 11,2 6,1 11,1 VV-A-15 22,2 17,1 16,7

Fonte: Elaborado pelo autor (2012)

Levando-se em consideração o branco da amostra de granulometria maior, percebe-se uma maior coerência entre os dados obtidos e os valores previstos, com uma maior divergência para a amostra com 10% de cera. O valor previsto foi calculado considerando-se a perda de massa entre 135 e 600 oC, excluindo-se a água de adsorção. Neste caso, apenas a amostra com 10% de cera apresentou maior divergência em relação ao valor esperado.

As Figuras 4.7, 4.8 e 4.9 referem-se às curva termogravimétricas da vermiculita, de granulometria (-8+16 #), hidrofobizadas com 5, 10 e 15% de cera de carnaúba. Percebe-se que a decomposição do argilomineral hidrofobizado ocorre de forma semelhante à mostrada anteriormente para a granulometria mais fina. A primeira etapa que ocorre entre 30 a 135 ºC indica a saída da água readsorvida do meio ambiente que é menor em comparado com a amostra de vermiculita sem hidrofobização e diminui com o aumento da quantidade de hidrofobizante. Entre a segunda e terceira etapas ocorre a decomposição não só da vermiculita, mas também a perda de cera incorporada a vermiculita na temperatura entre 135 e 600 ºC. Na Tabela 4.7, mostra as variações de perda de massa das amostras de vermiculita hidrofobizada a 5, 10 e 15%, na faixa granulométrica de -8+16 #.

Tabela 4.7 - Dados das curvas termogravimétricas para as amostras com granulometria -8+16 #.

Fonte: Elaborado pelo autor (2012)

Figura 4.7 - Curva termogravimétrica para a amostra VH-C-5.

Fonte: Gerado pelo autor (2012)

Amostra Δm1 em % Δm2 em % VH-C-5 9,1 8,0 VH-C-10 8,5 14,7 VH-C-15 7,9 21,0 Δm2 Δm1

Figura 4.8 - Curva termogravimétrica para a amostra VH-C-10.

Fonte: Gerado pelo autor (2012)

Figura 4.9 - Curva termogravimétrica para a amostra VH-C-15.

Fonte: Gerado pelo autor (2012)

Como anteriormente, foi feita uma avaliação da decomposição da cera pela perda de massa entre 135 e 600 oC. Os dados reais de perdas calculados podem ser vistos na Tabela 4.8. Como pode ser observado, o teor de água de adsorção diminui gradualmente de 10,2%, para a vermiculita pura, para 7,9%, para o material

Δm2

Δm1

Δm1

hidrofobizado com 15,0% de cera, em virtude do aumento da hidrofobicidade. Os teores de cera encontrados determinados em cada material são bastante compatíveis com os valores esperados. Como a massa de material usada para a análise termogravimétrica é bastante pequena, normalmente inferior a 5 mg, a coerência entre o resultado esperado e o valor determinado indica que o material analisado é homogêneo, uma vez que uma pequena porção representa as características da amostra total. Isso é um indicativo que o método de deposição é eficiente e que o processo experimental foi bem executado. A boa coerência dos resultados obtidos para a amostra de maior granulometria também é

um indicativo que a análise da amostra “branco” da vermiculita de granulometria

menor, realmente, realmente pode ter apresentado algum tipo de erro, provocando distorções nos resultados obtidos.

Tabela 4.8 – Resultados da análise das curvas termogravimétricas para perda de água e matéria orgânica nas amostras com granulometria -8+16 #.

Amostra % água % 135 a 600oC Valor previsto VV-C 10,2 5,1 - - VH-C-5 9,1 8,9 3,8 5,5 VH-C-10 8,5 16,1 11,0 11,1 VH-C-15 7,9 22,0 16,9 16,7

Fonte: Elaborado pelo autor (2012)