Co to jest suszenie w stanie nadkrytycznym?
Kiedy substancja jest suszona zwykłymi metodami przykładania ciepła i ciśnienia z skończoną szybkością, substancja przechodzi przez barierę ciecz-gaz, w której zmienia się napięcie kapilarne, powodując deflację substancji. Ten proces suszenia wpływa na ogólne napięcie powierzchniowe substancji, powodując łamanie lub degenerację delikatnych struktur. Aby uniknąć tego problemu, następuje suszenie nadkrytyczne, które suszy substancję pod wpływem wysokiej temperatury i ciśnienia i omija granicę ciecz-gaz zamiast się przez nią poruszać. Gęstość cieczy i gazu są takie same i molekularnie nie ma między nimi żadnej różnicy. Suszenie nadkrytyczne można stosować z płynami nadkrytycznymi i istnieje kilka różnych metod suszenia.
Normalny proces suszenia wymaga użycia średniego ciepła lub ciśnienia i jest odpowiedni, gdy stosuje się go do substancji takich jak woda, które nie są łatwo łamliwe. Niektóre substancje lub urządzenia - takie jak urządzenia mikroelektromechaniczne, które mają małe maszyny - doświadczają nierównowagi podczas tego procesu suszenia, ponieważ gdy napięcie powierzchniowe cieczy zmienia się w gaz, przyciąga się ona do struktury substancji. W delikatnych strukturach ciągnięcie to może powodować problemy.
Aby obejść ten problem napięcia powierzchniowego, suszenie w stanie nadkrytycznym jest jedną z metod, która omija granicę ciecz-gaz i nie wpływa na napięcie kapilarne substancji. Naprężenie kapilarne to przestrzeń między porami substancji, a gdy ciecz staje się gazem w normalny sposób, naprężenie kapilarne powoduje zapadanie się substancji. Aby to zrobić, wymagany jest płyn nadkrytyczny. Płyny te wyglądają jak ciecze, ale są w stanie rozszerzać się i sprężać jak gazy; potrafią także rozpuszczać inne substancje. Przygotowanie tych płynów wymaga nasycenia porów rozpuszczalnikiem organicznym.
Istnieje kilka sposobów suszenia w stanie nadkrytycznym. W metodzie wysokociśnieniowej i wysokotemperaturowej komorę ciśnieniową wypełnia się płynem nadkrytycznym i rozpuszczalnikiem organicznym, w którym zanurzono płyn nadkrytyczny. Substancja jest następnie szybko wystawiana na działanie ciepła i ciśnienia, które przekraczają jej granicę krytyczną, powodując zmianę płynu w gaz, w którym utrzymuje się naprężenie kapilarne.
Chociaż metoda wysokociśnieniowa i wysokotemperaturowa jest najczęstszym sposobem przeprowadzania suszenia w stanie nadkrytycznym, istnieje metoda niskotemperaturowa; ta metoda jest bezpieczniejsza, ponieważ druga może być wybuchowa, a niektóre substancje nie są w stanie wytrzymać wysokiego ciśnienia i ciepła. Zamiast rozpuszczalnika organicznego stosuje się dwutlenek węgla, ponieważ jest on ekstrahowany w sposób nadkrytyczny w niskiej temperaturze. Nadkrytyczne suszenie tą metodą nie zawsze kończy się powodzeniem, ponieważ niektóre płyny reagują z dwutlenkiem węgla, tworząc węglany metali.