Mis on ülekriitiline kuivatamine?

Kui ainet kuivatatakse tavapäraste meetodite abil, kasutades piiratud kiirusega kuumust ja rõhku, läbib aine vedelik-gaasibarjääri, kus muutub kapillaarpinge, põhjustades aine tühjenemise. See kuivamisprotsess mõjutab aine üldist pindpinevust, põhjustades õrnade struktuuride purunemist või degenereerumist. Selle probleemi vältimiseks on olemas ülekriitiline kuivatamine, mis kuivatab aine kõrge kuumuse ja rõhuga ning liigub selle asemel ümber vedeliku-gaasi piiri. Vedeliku ja gaasi tihedus on sama ja molekulaarselt pole neil kahel vahet. Superkriitilist kuivatamist saab kasutada koos superkriitiliste vedelikega ja seal on mitu erinevat kuivatamismeetodit.

Tavaline kuivatusprotsess hõlmab keskmise kuumuse või rõhu kasutamist ja on hea, kui seda kasutatakse sellistele ainetele nagu vesi, mis ei purune kergesti. Mõned ained või seadmed – näiteks pisikeste masinatega mikroelektromehaanilised seadmed – kogevad selle kuivatusprotsessi ajal tasakaalutust, sest kui vedeliku pindpinevus muutub gaasiks, tõmbab see vastu aine struktuuri. Õrnade struktuuride korral võib see tõmbamine probleeme tekitada.

Pindpinevuse probleemi lahendamiseks on ülekriitiline kuivatamine üks meetod, mis ületab vedeliku-gaasi piiri ega mõjuta aine kapillaaride pinget. Kapillaarpinge on ruum aine pooride vahel ja kui vedelik muutub tavapärasel viisil gaasiks, põhjustab kapillaarpinge aine kokkuvarisemise. Selleks on vaja ülekriitilist vedelikku. Need vedelikud näevad välja nagu vedelikud, kuid on võimelised paisuma ja kokku suruma nagu gaasid; nad on võimelised lahustama ka muid aineid. Nende vedelike ettevalmistamine hõlmab pooride küllastamist orgaanilise lahustiga.

Ülekriitilise kuivatamise läbiviimiseks on mitu võimalust. Kõrgsurve ja kõrgtemperatuurilise meetodi puhul täidetakse survekamber ülekriitilise vedeliku ja orgaanilise lahustiga, millesse superkriitiline vedelik oli sukeldatud. Seejärel puutub aine kiiresti kokku kuumuse ja rõhuga, mis ületab selle kriitilise piiri, mistõttu vedelik muutub gaasiks, kus säilib kapillaarpinge.

Kui ülikriitilise kuivatamise kõige levinum viis on kõrgsurve- ja kõrgetemperatuuriline meetod, siis on olemas ka madaltemperatuuriline meetod; see meetod on ohutum, kuna teine ​​võib olla plahvatusohtlik ning mõned ained ei talu kõrget rõhku ja kuumust. Orgaanilise lahusti asemel kasutatakse süsihappegaasi, sest seda ekstraheeritakse ülekriitiliselt madalal temperatuuril. Selle meetodiga ülekriitiline kuivatamine ei ole alati edukas, sest mõned vedelikud reageerivad süsinikdioksiidiga, moodustades metallikarbonaate.