Mikä on ylikriittinen kuivaus?

Kun ainetta kuivataan normaaleilla menetelmillä lämmön ja paineen kohdistamiseksi rajallisella nopeudella, aine kulkee nestekaasun läpi, jossa kapillaarijännityksen määrä muuttuu ja aiheuttaa aineen tyhjentymisen. Tämä kuivausprosessi vaikuttaa aineen kokonaispintajännitykseen aiheuttaen herkkien rakenteiden rikkoutumisen tai rappeutumisen. Tämän ongelman välttämiseksi on ylikriittinen kuivaus, joka kuivattaa aineen korkeassa kuumuudessa ja paineessa ja kiertää neste-kaasurajan sen sijaan, että se liikkuisi sen läpi. Nesteen ja kaasun tiheys on sama, ja molekyylisesti näiden kahden välillä ei ole eroa. Ylikriittistä kuivausta voidaan käyttää ylikriittisten nesteiden kanssa, ja on olemassa useita erilaisia ​​kuivausmenetelmiä.

Normaaliin kuivausprosessiin kuuluu keskilämmön tai -paineen käyttö, ja se soveltuu hyvin aineille, kuten vedelle, jotka eivät helposti rikkoudu. Jotkut aineet tai laitteet – kuten mikroelektromekaaniset laitteet, joissa on pieniä koneita – kokevat epätasapainon tämän kuivausprosessin aikana, koska kun nesteen pintajännitys muuttuu kaasuksi, se vetää aineen rakennetta vasten. Herkissä rakenteissa tämä vetäminen voi aiheuttaa ongelmia.

Tämän pintajännitysongelman kiertämiseksi ylikriittinen kuivaus on yksi menetelmä, joka kiertää neste-kaasurajaa eikä vaikuta aineen kapillaarijännitykseen. Kapillaarijännitys on aineen huokosten välinen tila, ja kun neste muuttuu normaaliksi kaasuksi, kapillaarijännitys aiheuttaa aineen romahtamisen. Tätä varten tarvitaan ylikriittinen neste. Nämä nesteet näyttävät nesteiltä, ​​mutta pystyvät laajentumaan ja puristumaan kuin kaasut; ne voivat myös liuottaa muita aineita. Näiden nesteiden valmistelu edellyttää huokosten kyllästämistä orgaanisella liuottimella.

Ylikriittinen kuivaus voidaan suorittaa useilla tavoilla. Korkean paineen ja korkean lämpötilan menetelmässä painekammio täytetään ylikriittisellä nesteellä ja orgaanisella liuottimella, johon ylikriittinen neste upotettiin. Aine altistuu sitten nopeasti kuumuudelle ja paineelle, joka ylittää sen kriittisen rajan, jolloin neste muuttuu kaasuksi, jossa kapillaarijännitys säilyy.

Vaikka korkean paineen ja korkean lämpötilan menetelmä on yleisin tapa suorittaa ylikriittinen kuivaus, on olemassa matalan lämpötilan menetelmä; tämä menetelmä on turvallisempi, koska toinen voi olla räjähtävä ja jotkut aineet eivät kestä korkeaa painetta ja kuumuutta. Orgaanisen liuottimen sijasta käytetään hiilidioksidia, koska se uutetaan ylikriittisesti alhaisessa lämpötilassa. Ylikriittinen kuivaus tällä menetelmällä ei aina onnistu, koska jotkut nesteet reagoivat hiilidioksidin kanssa muodostaen metallikarbonaatteja.