Wat is superkritisch drogen?

Wanneer een stof wordt gedroogd via normale methoden om warmte en druk met een eindige snelheid toe te passen, passeert de stof door de vloeistof-gasbarrière, waar de hoeveelheid capillaire spanning verandert, waardoor de stof leegloopt. Dit droogproces beïnvloedt de algehele oppervlaktespanning van de stof, waardoor delicate structuren breken of degenereren. Om dit probleem te voorkomen, is er superkritisch drogen, dat een stof via hoge hitte en druk droogt en rond de grens van vloeibaar gas gaat in plaats van er doorheen te bewegen. De dichtheid van de vloeistof en het gas zijn hetzelfde en moleculair is er geen verschil tussen beide. Superkritisch drogen kan worden gebruikt met superkritische vloeistoffen en er zijn verschillende droogmethoden.

Het normale droogproces omvat het gebruik van gemiddelde hitte of druk en is prima wanneer het wordt toegepast op stoffen zoals water, die niet gemakkelijk worden gebroken. Sommige stoffen of apparaten - zoals micro-elektromechanische apparaten met kleine machines - ondervinden een onbalans tijdens dit droogproces omdat, wanneer de oppervlaktespanning van de vloeistof in een gas verandert, deze tegen de structuur van de stof trekt. In delicate structuren kan dit trekken problemen veroorzaken.

Om dit probleem met de oppervlaktespanning te omzeilen, is superkritisch drogen een methode die de grens tussen vloeibaar gas overschrijdt en geen invloed heeft op de capillaire spanning van de stof. Capillaire spanning is de ruimte tussen de poriën van de stof en, wanneer de vloeistof op normale wijze een gas wordt, zorgt de capillaire spanning ervoor dat de stof instort. Om dit te doen, is een superkritische vloeistof vereist. Deze vloeistoffen zien eruit als vloeistoffen maar kunnen uitzetten en samendrukken als gassen; ze kunnen ook andere stoffen oplossen. Het bereiden van deze vloeistoffen omvat het verzadigen van de poriën met een organisch oplosmiddel.

Er zijn verschillende manieren om superkritisch drogen uit te voeren. Bij de hogedruk- en hoge-temperatuurmethode wordt een drukkamer gevuld met de superkritische vloeistof en het organische oplosmiddel waarin de superkritische vloeistof werd ondergedompeld. De stof wordt vervolgens snel blootgesteld aan hitte en druk die de kritieke limiet overschrijdt, waardoor de vloeistof verandert in een gas waar capillaire spanning wordt gehandhaafd.

Hoewel de methode met hoge druk en hoge temperatuur de meest gebruikelijke manier is om superkritisch te drogen, is er een methode met lage temperatuur; deze methode is veiliger, omdat de andere explosief kan zijn en sommige stoffen de hoge druk en hitte niet aankunnen. In plaats van een organisch oplosmiddel wordt koolstofdioxide gebruikt, omdat het superkritisch wordt geëxtraheerd bij een lage temperatuur. Superkritisch drogen met deze methode is niet altijd succesvol, omdat sommige vloeistoffen reageren met het koolstofdioxide om metaalcarbonaten te vormen.