'La battaglia delle argille' ovvero sepiolite contro bentonite: scegliere l’argilla giusta per malte, adesivi per mattonelle e intonaci

Uno dei quesiti più comuni che mi sono stati posti dalla clientela riguarda il tipo di argilla migliore da utilizzare – sepiolite o bentonite– per materiali quali le malte, gli adesivi per mattonelle, gli stucchi, gli intonaci e altri.
Grazie alla loro disponibilità generale e all’accessibilità delle risorse, la bentonite è sempre stata ampiamente utilizzata, mentre la sepiolite ha giocato un ‘ruolo più marginale’, in quanto meno nota e meno utilizzata.

FONDAMENTI DI MINERALOGIA E STRUTTURALI: LE ORIGINI DELLE DIFFERENZE REOLOGICHE
La prestazione differente fra la bentonite e la sepiolite nelle malte in miscela secca (DMM), gli adesivi per mattonelle, gli intonaci e gli stucchi risiede nelle loro strutture cristalline, che stanno alla base dei meccanismi di gelificazione con l’idratazione. Questi minerali sono additivi reologici essenziali, di controllo della viscosità, della tissotropia e della resistenza alla colatura.

LA STRUTTURA LAMELLARE DELLA BENTONITE (MONTMORILLONITE)
La bentonite è un’argilla smectica, un fillosilicato 2:1 con morfologia lamellare. La bentonite sodica è la più utilizzata per applicazioni reologiche per via delle sue superiori proprietà di rigonfiamento.
La sua struttura a gel si forma dal rigonfiamento interstrato e assorbe l’acqua fra i laminati di silicato espandendo il suo volume originale da 15 a 25 volte (o 30-50 volte il suo peso). Il meccanismo di inspessimento è prevalentemente elettrochimico: le scaglie disperse interagiscono grazie alle forze di attrazione-repulsione (principalmente dal bordo al lato) per formare un reticolo colloidale 3D come ‘Castello di Carte’.
Questo reticolo rigido fornisce alla bentonite un’alta ritenzione idrica statica, un elevato limite di liquido e una plasticità considerevole. Nelle applicazioni di ingegneria civile, questa plasticità è molto critica: la bentonite dà luogo al calcestruzzo plastico, all’intonaco impermeabile flessibile e alle barriere chimicamente resistenti, in grado di muoversi con il substrato senza screpolarsi.

LA STRUTTURA FIBROSA DELLA SEPIOLITE (ARGILLA A STRATI A CATENA)
La sepiolite, per contro, è un silicato di magnesio, strutturalmente correlato all’attapulgite e ben distinto da un punto mineralogico dalla montomorillonite. La sua morfologia è fibrosa a forma di ago. La sepiolite non è espansiva, è molto porosa, a densità ridotta con una vasta area superficiale.
Il suo meccanismo di inspessimento è principalmente meccanico, basato sull’intreccio fisico delle fibre, rinforzate dalle interazioni dei legami idrogeno fra loro, che migliorano la stabilità e la tenacità del reticolo. Diversamente dalla bentonite, la sepiolite non rigonfia in modo significativo, al contrario assorbe l’acqua nei canali microporosi della propria struttura.

La viscosità e la formazione del reticolo derivano dalle interazioni fisiche delle fibre, specialmente in condizioni di elevate forze di taglio. Ciò conferisce alla sepiolite un alto grado di assorbimento, mantenendo il proprio peso in acqua. Il suo meccanismo reologico lo rende ideale per sistemi a miscela secca dove la consistenza e la stabilità sono fondamentali.
La differenza strutturale fra il rigonfiamento lamellare (bentonite) e l’intreccio fibroso (sepiolite) si traduce per i formulatori in un compromesso funzionale chiave per i formulatori: controllo della colatura in funzione del recupero tissotropico.
Resistenza statica del gel e il controllo della colatura: la resistenza alla colatura verticale (controllo della colatura) e la stabilità contro la sedimentazione a riposo sono correlati direttamente al limite di rendimento statico (τ₀) alla tensione del materiale.
La bentonite forma i gel con una resistenza statica iniziale superiore rispetto alla sepiolite. La robustezza del reticolo del ‘Castello di carte’ della bentonite fornisce un alto ‘Punto di Snervamento’ che è essenziale ai fini della stabilità delle miscele appena applicate. L’elevata resistenza allo snervamento è un requisito fondamentale, in particolare negli adesivi per mattonelle pesanti o di grandi formati, applicati in verticale, dove è particolarmente importante prevenire lo slittamento o la colatura immediatamente dopo l’applicazione. La bentonite, o la prestazione anti-colatura è quindi la scelta naturale quando la priorità assoluta è incrementare al massimo la prestazione anti colatura a riposo.
Trattamento dinamico e Recupero Tissotropico: la lavorabilità è definita come la facilità con cui la malta può essere applicata e diffusa in condizioni di forza di taglio (bassa viscosità dinamica) e la velocità a cui recupera la propria struttura interna una volta che la sollecitazione cessa (elevata tissotropia). La sepiolite presenta un vantaggio significativo a tal riguardo, permettendo una lavorabilità superiore con una tenacità di gelificazione comparabile a quella della bentonite.
Questa miglioria è evidente nella reologia dinamica: la sepiolite presenta un recupero della tissotropia più veloce. Quando il reticolo strutturale fibroso della sepiolite si rompe per le forze di taglio (ad es. durante l’applicazione a spatola) si impiglia fisicamente quasi istantaneamente una volta che l’utensile viene rimosso.
Questa rapida ricostruzione della struttura è fondamentale per mantenere la forma della parte sporgente della malta (spessore dello strato) e per garantire una finitura uniforme, prevenendo la ri-sedimentazione della particella o il collasso della parte sporgente per un’applicazione più agevole e più veloce.

STABILITÀ DEI SISTEMI CEMENTIZI: ALTO PH E IONI CALCIO
La prestazione di qualsiasi additivo minerale nella costruzione è condizionata dall’alto pH e dalla concentrazione dello Ione Ca2+ creatasi durante l’idratazione del cemento Portland.

• Bentonite: suscettibile di flocculazione ad alte concentrazioni di Ca2+; il reticolo lamellare collassa, riducendo la viscosità e la resistenza allo snervamento. Per conservare la prestazione sono richiesti la pre-idratazione o un alto grado di modificazione, che incrementano i costi e la complessità della gestione.
• Sepiolite: strutturalmente più robusta in ambienti ionici. Il meccanismo di intreccio delle fibre non è sensibile all’alta quantità di Ca2+, dando una reologia stabile e prevedibile, essenziale per le formulazioni di miscele secche.

IMPATTO SULLE APPLICAZIONI CHIAVE
Adesivi per mattonella: la sepiolite offre un bilanciamento ottimale fra il controllo della colatura e la lavorabilità. Il rapido recupero dopo le forze di taglio migliora la copertura e la stabilità della parte sporgente di cemento. Entrambe la bentonite e la sepiolite vengono utilizzati in sinergia con gli eteri di cellulosa (HPMC) per regolare la reologia.
Malte, intonaci e stucchi: la bentonite contribuisce alla ritenzione idrica e all’impermeabilità, ideale per malte impermeabilizzanti.
La sepiolite eccelle nella stabilità della sospensione, previene la sedimentazione e garantisce un’applicazione uniforme, in particolare negli strati con spessore superiore.
Strategia di formulazione: la scelta fra la bentonite e la sepiolite dipende dal risultato funzionale atteso:

• elevata ritenzione idrica e rendimento statico: Bentonite.
• Massima lavorabilità, tissotropia ed efficacia di dosaggio: sepiolite.