Exkurs: Lösungsmittelaustausch

Was ist eigentlich ein Lösungsmittel? Als Lösungsmittel (umgangssprachlich auch: Lösemittel) werden chemische Verbindungen bezeichnet, welche andere Stoffe (auf)-lösen, ohne dass es zu einer chemischen Reaktion zwischen den beiden kommt. Meistens sind Lösungsmittel Flüssigkeiten, wie z.B. Wasser oder Alkohol. Zum Beispiel ist Wasser ein gutes Lösungsmittel für Kochsalz.

Bei einem Lösungsmittelaustausch wird logischerweise ein Lösungsmittel durch ein anderes ausgetauscht.

Bei der Herstellung von Aerogelen tauschen wir beim Lösungsmittelaustausch Wasser in den Poren durch Ethanol aus. Anschließend wird das Ethanol durch ein weiteres Lösungsmittel ersetzt, das sogenannte überkritische Kohlendioxid, denn nur mit diesem lässt sich die Struktur beim Trocknen erhalten. 

Aber warum wird der Lösungsmittelaustausch für die Aerogelherstellung überhaut benötigt und das Wasser in den Poren durch Ethanol ausgetauscht?

Das hat folgenden Grund: Die Flüssigkeit muss entfernt werden, ohne dass dabei ein Phasenwechsel zwischen Flüssigkeit und Gas stattfindet. Daher nutzt man den überkritischen Zustand, in dem Flüssig- und Gasphase eins sind. Bei Wasser würde man hierfür jedoch extrem hohe Drücke und Temperaturen benötigen (siehe Tabelle), was einerseits die Struktur schädigen könnte und andererseits hohe Herstellkosten zur Folge hätte. Mit Ethanol sind diese Bedingungen schon besser, noch besser jedoch bei Kohlendioxid. Ein Wechsel von Wasser direkt zu Kohlendioxid wäre jedoch auch problematisch, da sich Wasser und Kohlendioxid nicht gut mischen. Ethanol ist da ein guter Zwischenschritt.

StoffTemperaturDruck
Wasser374,12 °C220,9 bar
Ethanol240,75 °C61,5 bar
CO230,98 °C73,8 bar
Tabelle: Kritische Temperaturen und Drücke verschiedener Stoffe – Zum Erreichen des überkritischen Zustands müssen sie überschritten werden.
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