La structure des pores d’un matériau peut être tout aussi importante que sa chimie, car la taille des pores, leur volume et leur perméabilité ont un impact majeur sur les performances dans de nombreuses applications, de la biodisponibilité d’un produit pharmaceutique à la capacité d’adsorption d’un filtre. Ces mesures de pores peuvent être effectuées par adsorption de gaz, intrusion de mercure, flux capillaire, ou des techniques de déplacement liquide-liquide.
Pour mesurer la taille des pores par adsorption de gaz, des isothermes (utilisant généralement N2, Ar ou CO2) sont enregistrées à partir de basses pressions (environ 0,00001 torr, minimum) jusqu’à la pression de saturation (environ 760 torr). La plage de pression est déterminée par la plage de taille des pores à mesurer. Les isothermes des matériaux microporeux sont mesurées sur une plage de pression d’environ 0,00001 à 0,1 torr. Les isothermes des matériaux mésoporeux sont généralement mesurées sur une plage de pression de 1 torr à environ 760 torr. Dans l’ensemble, l’adsorption de gaz est applicable aux pores allant de 3,5 Angstroms à environ 4 000 Angstroms de diamètre.
Une fois que les détails de la courbe isotherme sont exprimés avec précision sous la forme d’une série de paires de données de pression par rapport à la quantité adsorbée, un certain nombre de méthodes différentes (théories ou modèles) peuvent être appliquées pour déterminer la répartition granulométrique des pores. Les méthodes de micropore disponibles comprennent : la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), méthode MP, parcelles de Dubinin (Dubinin-Radushkevich D-R, Dubinin-Astakov D-A) et calculs Horvath-Kawazoe (H-K). Les méthodes de mésopore disponibles comprennent : la méthode Barrett, Joyner et Halenda (BJH) et la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). L’analyse T-Plot est également disponible pour la surface totale de micropore.
La porosimétrie par intrusion de mercure consiste à placer l’échantillon dans une tasse spéciale (pénétromètre), puis à l’entourer de mercure. Le mercure est un liquide non mouillant pour la plupart des matériaux et résiste aux vides, sauf lorsque la pression est appliquée. La pression à laquelle le mercure pénètre dans un pore est inversement proportionnelle à la taille de l’ouverture vers le vide. Des pressions allant de 0,2 à 60 000 psi permettent de mesurer les pores de 30 Angstroms jusqu’à 900 micromètres de diamètre. Comme le mercure est forcé de pénétrer dans les pores du matériau de l’échantillon, il est épuisé à partir d’un réservoir capillaire relié à la tasse de l’échantillon. Le volume supplémentaire épuisé après chaque changement de pression est déterminé en mesurant le changement de capacité de la tige. Ce volume d’intrusion est enregistré avec la pression correspondante ou la taille des pores.
REMARQUE : La taille maximale des pores que tout porosimètre au mercure peut caractériser dépend d’un certain nombre de facteurs. Les principaux facteurs limitatifs sont 1) l’angle de contact entre le mercure et le matériau de l’échantillon, et 2) le gradient de pression de la tête associé à un volume de mercure et le volume de matériau de l’échantillon soumis à ces pressions.
La porométrie capillaire (CFP) est utilisée pour mesurer des tailles de pores de 500 à 0,015 microns de diamètre.
Avec cette méthode, les propriétés des pores sont calculées en mesurant le débit du fluide lorsqu’un gaz sous pression inerte est appliqué pour déplacer un fluide mouillant inerte et non toxique imprégné dans le réseau poreux de l’échantillon.
Des paramètres tels que le premier point de bulle (correspondant aux plus grands pores présents) peuvent être calculés avec précision et répétabilité selon la norme ASTM F316.
La porométrie de déplacement liquide-liquide (LLDP) mesure les pores de 1 000 à 2 nanomètres de diamètre.
Cette méthode permet de mesurer des nanopores (1 000 à 2 nm) à basse pression en déplaçant le liquide mouillant avec un liquide non miscible à une pression croissante. Cela permet d’éliminer les erreurs d’effondrement ou les dommages mécaniques causés par la haute pression lors de la mesure de matériaux tels que les fibres creuses.
