基本介紹
- 中文名：微孔結構
- 外文名：cellular structure
- 參數說明：容重、微孔特性
- 分類依據：幾何性質和相變動力學過程
- 影響因素：配方、成型加工工藝因素、設備
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相變機理的微孔結構
相變機理微孔膜基於高分子溶液的相分離原理：在一定熱力學條件下，聚合物能夠溶解於溶劑中成為高分子溶液；而在其他條件下，溶劑的溶解力變差、高分子溶液會發生相分離成為富聚合物相和富溶劑相；當富聚合物相固化後，脫除溶劑就得到了多孔結構。高分子溶液發生相分離的原因既可能是溶液組分發生變化，亦可能是溫度的改變所致。前者被稱為溶致相分離，乾法、水蒸氣誘導相分離法和浸入凝膠法(濕法)都屬於這一類型；而後者被稱為熱致相分離。富聚合物相的固化方式可能會以不同的機理進行，如結晶、凝膠化或玻璃化等，它會因成膜體系的差異麗有所不同。
多孔膜的微孔結構可以根據微孔局部的幾何性質和相變動力學過程分類。典型的動力學過程有：富溶劑相成核、生長或核間聚結，富聚合物相成核生長和旋節線分相。每一種類型的相變動力學都會導致相應特徵的微孔結構，所以，從微孔結構的細緻特徵即可判斷膜製作過程所發生的相變機制。
下圖是典型的富聚合物相或富溶劑相成核、生長所獲得的多孔結構。富聚合物相的成核、生長過程導致球粒狀結構，這些球粒狀結構正是富含聚合物的新相核生長、固化的結果(圖a)。可以構想，富溶劑相的成核、生長也同樣會形成球粒狀的富含溶劑的液滴；如果這些液滴接觸前富聚合物相已經固化，那么就得到胞腔狀的微孔結構如圖b所示；如果富聚合物相尚未固化，這些新相液滴會進一步聚結以減小兩相的界面自由能，聚結的程度完全由富聚合物相的固化速度決定。
成核生長的微孔結構旋節線分相的初期就產生了數目眾多的富聚合物相和富溶劑相的新相核；這些新相核一出現就相互接觸、並相互聚結；聚結的富聚合物相會進一步演化以減小兩相界面的表面積，最後的結果是形成了枝條狀結構。與其他幾種類型的孔結構相比，枝條狀結構的微孔膜具有最小的彎曲因子和最大的孔道連通性。
影響微孔結構的因素
1、配方
1)發泡基體的性質
2)重要的添加劑
3)發泡劑
2、成型加工工藝因素
1)溫度
2)壓力
3)時間
4)冷卻速率
3、設備。微孔塑膠成型設備和模具應具有下列基本要求：
1)準確定量
2)溫度控制
3)多級壓力控制
4)密封氣體
澱粉顆粒的層狀結構和微孔結構
用光學顯微鏡觀察澱粉顆粒，大多情況下可以看到層狀結構，在它的中心有臍點。澱粉顆粒是以臍點為中心由球晶按一定規則排列成放射狀而構成。而層狀結構是由於澱粉顆粒內部折射率差異，或是由於澱粉顆粒中澱粉分子的裝填方法、裝填密度差異而產生的。
Tamaki等用糖化酶在常溫下處理馬鈴薯澱粉顆粒，然後用掃描電鏡觀察發現：澱粉顆粒表面出現彈殼狀殘餘，就像花蕾綻放式的膨脹。張本山博士通過三氯氧磷對木薯澱粉進行交聯也發現類似的澱粉顆粒膨脹歷程。Andrew A. Baker利用接觸式原子力顯微鏡( AFM)觀察到澱粉顆粒內部的納米結構，發現玉米澱粉顆粒內部接近臍點的位置具有400~500nm的生長環，且發現在制樣過程中由於切割刀的作用將澱粉顆粒臍點處拔出90nm的深坑。Les-lawJuszczak等用非接觸式AFM系統地研究了各類澱粉顆粒表面的拓撲形貌，發現玉米澱粉和木薯澱粉的顆粒表面比馬鈴薯澱粉顆粒表面平滑，後者的顆粒表面有高達1μm的突起。郭雲昌利用AFM觀察到澱粉顆粒中存在納米級微粒，粒徑在10~20nm左右，但以10nm為主，這種納米級顆粒可能是構成澱粉顆粒結晶的基本單元。此外，還有很多澱粉顆粒原子力顯微鏡的研究報導，其研究結果基本一致。
關於原澱粉顆粒表面的微孔結構，最早研究發現位於澱粉顆粒臍點有中空的中心空腔存在。隨後的研究認為，普通玉米澱粉、高粱澱粉及蠟質玉米澱粉顆粒均有微孔存在，而大麥、燕麥、稻米及小麥則沒有微孔，並認為澱粉表面的微孔是酶進人顆粒內部的通道，澱粉酶能夠水解某些定粉的臍點並使該處的空腔逐漸擴大。Fennon 等認為，只有當澱粉顆粒的微孔及空腔足夠大時才能在掃描電鏡及透射電鏡下被觀察到。近年來Huber和Bemiller將玉米澱粉和高梁澱粉用汞溴紅處理後，以共焦掃描雷射顯微鏡觀察澱粉顆粒發現澱粉顆粒表面存在著從表面深人到臍點的微孔，同時這種微孔有一定的規律性。他們由此提出澱粉顆粒的結構示意圖，在澱粉顆粒的中心(A區)有不同星形形狀的空洞；在B區澱粉顆粒邊緣有線形的空洞，直到顆粒的中心；而C區分別是遍布顆粒表面的孔點交錯通道的或通向中心的微孔。
玉米結構示意圖