Was ist überkritisches Trocknen?
Wenn eine Substanz mit normalen Methoden zum Ausüben von Wärme und Druck mit einer endlichen Geschwindigkeit getrocknet wird, passiert die Substanz die Flüssiggasbarriere, wo sich die Menge der Kapillarspannung ändert, wodurch die Substanz entleert wird. Dieser Trocknungsprozess beeinflusst die gesamte Oberflächenspannung des Stoffes und führt zum Bruch oder zur Entartung empfindlicher Strukturen. Um dieses Problem zu vermeiden, gibt es eine überkritische Trocknung, bei der ein Stoff durch hohe Hitze und hohen Druck getrocknet wird und die Flüssigkeits-Gas-Grenze umgeht, anstatt sie zu durchlaufen. Die Dichte der Flüssigkeit und des Gases ist die gleiche und molekular gibt es keinen Unterschied zwischen den beiden. Das überkritische Trocknen kann bei überkritischen Flüssigkeiten angewendet werden, und es gibt verschiedene Trocknungsmethoden.
Der normale Trocknungsprozess beinhaltet die Verwendung von mittlerer Hitze oder mittlerem Druck und ist gut, wenn er auf Substanzen wie Wasser angewendet wird, die nicht leicht zerbrechen. Einige Substanzen oder Vorrichtungen - wie beispielsweise mikroelektromechanische Vorrichtungen mit winzigen Maschinen - erfahren während dieses Trocknungsprozesses ein Ungleichgewicht, weil sie, wenn sich die Oberflächenspannung der Flüssigkeit in ein Gas ändert, gegen die Struktur der Substanz ziehen. In empfindlichen Strukturen kann dieses Ziehen zu Problemen führen.
Um dieses Problem der Oberflächenspannung zu umgehen, ist das überkritische Trocknen eine Methode, die die Flüssigkeits-Gas-Grenze umgeht und die Kapillarspannung der Substanz nicht beeinflusst. Die Kapillarspannung ist der Raum zwischen den Poren der Substanz. Wenn die Flüssigkeit auf normale Weise zu einem Gas wird, führt die Kapillarspannung dazu, dass die Substanz zusammenbricht. Hierzu ist ein überkritisches Fluid erforderlich. Diese Flüssigkeiten sehen aus wie Flüssigkeiten, können sich jedoch wie Gase ausdehnen und komprimieren. Sie sind auch in der Lage, andere Substanzen aufzulösen. Bei der Herstellung dieser Flüssigkeiten werden die Poren mit einem organischen Lösungsmittel gesättigt.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, eine überkritische Trocknung durchzuführen. Bei der Hochdruck- und Hochtemperaturmethode wird eine Druckkammer mit dem überkritischen Fluid und dem organischen Lösungsmittel gefüllt, in das das überkritische Fluid eingetaucht wurde. Die Substanz wird dann schnell Wärme und Druck ausgesetzt, die über ihre kritische Grenze hinausgehen, wodurch die Flüssigkeit in ein Gas umgewandelt wird, in dem die Kapillarspannung aufrechterhalten wird.
Während die Hochdruck- und Hochtemperaturmethode die häufigste Methode zur Durchführung überkritischer Trocknung ist, gibt es eine Niedertemperaturmethode. Diese Methode ist sicherer, da die andere explosiv sein kann und einige Substanzen nicht mit hohem Druck und Hitze umgehen können. Anstelle eines organischen Lösungsmittels wird Kohlendioxid verwendet, weil es bei niedriger Temperatur überkritisch extrahiert wird. Das überkritische Trocknen mit dieser Methode ist nicht immer erfolgreich, da einige Flüssigkeiten mit dem Kohlendioxid reagieren und Metallcarbonate bilden.