JP2014527257A - A method and apparatus for surface treatment of materials using a plurality of coupled energy sources. - Google Patents

A method and apparatus for surface treatment of materials using a plurality of coupled energy sources. Download PDF

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Abstract

材料処理が処理領域(124)において、(i)大気圧(AP)プラズマ、(ii)前記プラズマに仕向けられ、任意に処理されている材料に仕向けられる紫外線(UV)レーザ、のような少なくとも2つのエネルギー源によって実行される。処理前に先駆物質(323)が供給されてもよく、処理後に仕上げ物質(327)が供給されてもよい。プラズマを生成する電極(e1,e2)は、2つの離間したローラ(212/214;412/414;436/438)を備える。電極ローラ(412/414)に隣接するニップローラ(416/418;436/438)は、セミエアタイトキャビティ(440)を規定し、また、金属外方層(437/439)を有していてもよい。At least two material treatments such as (i) atmospheric pressure (AP) plasma, (ii) ultraviolet (UV) laser directed to said plasma and optionally processed material in the processing region (124) Implemented by two energy sources. The precursor (323) may be supplied before processing, and the finishing material (327) may be supplied after processing. The electrodes (e1, e2) that generate the plasma comprise two spaced rollers (212/214; 412/414; 436/438). The nip rollers (416/418; 436/438) adjacent to the electrode rollers (412/414) define a semi-air tight cavity (440) and may have a metal outer layer (437/439). .

Description

本出願は、米国出願61/501,874(2011年6月28日出願)の出願日の利益を主張するものである。
本発明は、材料及び種々の基材、より詳しくは布など、の表面処理に係り、より詳しくは、組み合わされた複数の種々のエネルギー源、典型的にはエネルギー源の1つは大気圧プラズマ(AP)である、による材料の処理に関するものである。
This application claims the benefit of the filing date of US application 61 / 501,874 (filed Jun. 28, 2011).
The present invention relates to the surface treatment of materials and various substrates, more particularly fabrics, and more particularly, a plurality of various energy sources combined, typically one of the energy sources is atmospheric pressure plasma. (AP), which relates to the processing of materials.

スマート生地の開発は、先進的なプラズマ技術、マイクロ波エネルギー源、ある場合には化学処理を通して獲得可能な耐汚染性、防水性、色堅ろう度、及び他の特徴のような種々の特性を向上させるためにアクティブな領域として着目されている。 Smart fabric development improves various properties such as advanced plasma technology, microwave energy sources, and in some cases stain resistance, waterproofing, fastness to color and other characteristics that can be obtained through chemical processing Therefore, it is attracting attention as an active region.

大気圧プラズマ処理(APT)は、繊維の内部特性に影響を与えずに親水性のような繊維表面の特性を向上させるものであり、生地の製造業者や加工業者によって、天然繊維や合成繊維の表面特性を向上し、付着性、濡れ性、印刷適性、染色性を向上させ、また、材料の縮みを低減するために用いられ得る。 Atmospheric pressure plasma treatment (APT) improves the properties of the surface of the fiber, such as hydrophilicity, without affecting the internal properties of the fiber. It can be used to improve surface properties, improve adhesion, wettability, printability, dyeability, and reduce material shrinkage.

大気圧プラズマ(すなわち、APプラズマないし常圧プラズマ)は、プラズマにおける圧力が周囲雰囲気の圧力と略同じであるような特別の場合に用いられる名称である。APプラズマは卓越した技術的重大性を有している。なぜなら、低気圧プラズマや高気圧プラズマに比べて、外気圧とは異なる圧力レベルを維持するための高コストな反応容器を必要としないからである。また、多くの場合、APプラズマは製造ラインに簡単に組み込むことができる。種々の形式のプラズマ励起が可能であり、その中には、AC(交流)励起、DC(直流)励起、低周波数励起、ラジオ波による励起、マイクロ波励起、が含まれる。ここで、交流励起によるAPプラズマのみが、注目すべき産業的重大性を獲得している。 Atmospheric pressure plasma (ie, AP plasma or atmospheric pressure plasma) is a name used in special cases where the pressure in the plasma is approximately the same as the pressure in the ambient atmosphere. AP plasma has an outstanding technical significance. This is because a high-cost reaction vessel for maintaining a pressure level different from the external atmospheric pressure is not required as compared with low-pressure plasma and high-pressure plasma. Also, in many cases, AP plasma can be easily incorporated into a production line. Various types of plasma excitation are possible, including AC (alternating current) excitation, DC (direct current) excitation, low frequency excitation, radio frequency excitation, and microwave excitation. Here, only AP plasma by AC excitation has gained remarkable industrial significance.

一般に、APプラズマは交流励起(コロナ放電)及びプラズマジェットによって生成される。プラズマジェットにおいて、パルス化電流アークが、プラズマジェット中の高電圧放電(5−15kV,10−100kHz)によって生成される。処理ガス、この放電領域を通過して流れるオイルフリー圧縮空気のような、が励起され、プラズマ状態へ変換される。そして、このプラズマが、ジェットヘッドを通して、被処理材料の表面へ到着する。このジェットヘッドは地表ポテンシャルにあり、そのようにしてプラズマストリームの電位担持部分を大抵抑える。さらに、ジェットヘッドは、出射ビームのジオメトリを決定する。複数のジェットヘッドが、処理される基材の対応する領域と相互作用するために用いられる。例えば、数メートルの処理幅を有するシート材料は、ジェット列によって処理され得る。 In general, AP plasma is generated by alternating current excitation (corona discharge) and a plasma jet. In a plasma jet, a pulsed current arc is generated by a high voltage discharge (5-15 kV, 10-100 kHz) in the plasma jet. A process gas, such as oil-free compressed air flowing through this discharge region, is excited and converted to a plasma state. This plasma then reaches the surface of the material to be processed through the jet head. This jet head is at the surface potential, thus largely suppressing the potential carrying portion of the plasma stream. In addition, the jet head determines the geometry of the outgoing beam. Multiple jet heads are used to interact with corresponding regions of the substrate being processed. For example, sheet material having a processing width of several meters can be processed by a jet train.

大気圧及び真空プラズマ法は、接着、印刷、塗装、重合化、他の機能的ないし装飾的コーティングのために材料表面を清浄化しまた活性化することに用いられている。大気圧処理は、真空プラズマに比べて、材料の継続処理に適している。他の表面処理手法は、先駆コーティングを重合化するためにマイクロ波エネルギーを用いる。 Atmospheric pressure and vacuum plasma methods are used to clean and activate material surfaces for adhesion, printing, painting, polymerization, and other functional or decorative coatings. Atmospheric pressure processing is suitable for continuous processing of materials compared to vacuum plasma. Other surface treatment techniques use microwave energy to polymerize the precursor coating.

本発明は、材料の処理(表面処理や改質のような)の改良された技術を提供することを目的としており、材料は、例えば、基材、より詳しくは、生地(織物、編物、不織布を含む)のようなものであり、そして、広範囲に、処理を実施するための、高電圧によって生成されたプラズマ(大気圧プラズマ(AP)のような)と種々の追加のエネルギー源(レーザ照射のような)を組み合わせることを含み、表面のみならず、処理されている材料のコアを変化させ得るものであり、また、ドライ環境で導入されたガスや先駆物質を用い得る。種々のエネルギー源の組み合わせが開示される。 The present invention aims to provide improved techniques for the treatment of materials (such as surface treatments and modifications), such as a substrate, more specifically a fabric (woven fabric, knitted fabric, non-woven fabric). And a wide range of high-voltage generated plasma (such as atmospheric pressure plasma (AP)) and various additional energy sources (laser irradiation) In addition to the surface, the core of the material being processed can be changed, and gases and precursors introduced in a dry environment can be used. Various energy source combinations are disclosed.

本発明の実施形態は、広範囲に、レーザと高電圧により生成された大気圧(AP)プラズマのような、互いに相互作用する少なくとも2つの組み合わされたエネルギー源を用いて、工業用の生地や他の材料を処理し生成する方法及び装置を含む。 Embodiments of the present invention broadly use industrial fabrics and others using at least two combined energy sources that interact with each other, such as an atmospheric pressure (AP) plasma generated by a laser and a high voltage. And a method and apparatus for processing and producing a plurality of materials.

本明細書に記載された技術は、生地材料の自動処理システムに容易に組み込むことができる。機能性は、エッチングやアブレーティングのような非水系クリーニング、表面でのラジカル生成による活性化、を通して、また、所望の機能性特性を同時にまた選択的に増大しあるいは低減させることによって得られる。疎水性、親水性、難燃性、防菌性、収縮低減、繊維精錬、撥水性、低温染色、向上された染料取り込み及び染色堅ろう度などの特性が、材料の表面におけるラジカルの生成のような、化学的および/あるいは形態学的変化を生成するプロセスによって、実現ないし増進され、また、増大ないし低減される。先進的な物質組成のナノスケールコーティングのような、材料のコーティングが適用されて処理され得る。 The techniques described herein can be readily incorporated into an automated dough material processing system. Functionality is obtained through non-aqueous cleaning such as etching and ablating, activation by radical generation on the surface, and also by selectively increasing or decreasing desired functional properties simultaneously. Properties such as hydrophobicity, hydrophilicity, flame retardancy, antibacterial properties, shrinkage reduction, fiber refining, water repellency, low temperature dyeing, improved dye uptake and dyeing fastness, such as the generation of radicals on the surface of the material Realized or enhanced and increased or decreased by processes that generate chemical and / or morphological changes. A coating of material can be applied and processed, such as a nanoscale coating of advanced material composition.

大気圧プラズマエネルギーに、レーザ、X線、電子ビーム、マイクロ波あるいは他の様々なエネルギー源のような1つあるいは複数の追加(第2)のエネルギー源を組み合わせる(ハイブリダイズ)ことによって、基材処理のためのより効果的(商業的に実用的な)なエネルギー環境が生成される。第2のエネルギー源は、大気圧プラズマエネルギーと組み合わされて(協働、同時に)適用されて所望の特性を得るようしても、および/あるいは、大気圧プラズマエネルギーと連続して(並んで、選択的)適用されて所望の特性を得るようにしてもよい。 By combining (hybridizing) atmospheric pressure plasma energy with one or more additional (second) energy sources such as lasers, x-rays, electron beams, microwaves or various other energy sources A more effective (commercially practical) energy environment for processing is created. The second energy source may be applied in combination (cooperating, simultaneously) with atmospheric pressure plasma energy to obtain the desired properties and / or in succession (side by side) with atmospheric pressure plasma energy. (Optional) may be applied to obtain the desired properties.

第2のエネルギー源は、別個に生成されたプラズマプリューム(plume)に作用して、より効果的でエネルギッシュなプラズマ環境を生成し、また、このハイブリッド処理を受けている材料の表面に、場合によってはコア、に直接作用する能力を有している。 The second energy source acts on a separately generated plasma plume to create a more effective and energetic plasma environment and, optionally, on the surface of the material undergoing this hybrid treatment. Has the ability to act directly on the core.

本明細書に開示された技術は、限定されないものの、生地(有機及び無機の両方)、紙、合成紙、プラスチック、典型的にはフラットシート形状(ヤール物)の他の類似の材料の処理に適用可能である。本明細書に開示された技術は、プラスチックないし金属の押し出し、圧延、射出成型、紡績、カージング、織り込み、ガラス成形、基材エッチング及びクリーニング、任意の物質によるコーティングの処理に適用可能であり、実際的には、任意の物質の処理技術にも適用可能である。ガラスのフラットシート(タッチスクリーンに用いるような)のような剛性材料も、本明細書に開示された技術によって処理することができる。 The techniques disclosed herein include, but are not limited to, processing of dough (both organic and inorganic), paper, synthetic paper, plastic, and other similar materials typically in flat sheet form (yar). Applicable. The technology disclosed in this specification can be applied to extrusion of plastic or metal, rolling, injection molding, spinning, cursing, weaving, glass forming, substrate etching and cleaning, and processing of coating with any substance. In particular, the present invention can be applied to any material processing technique. Rigid materials such as glass flat sheets (such as those used in touch screens) can also be processed by the techniques disclosed herein.

1つの態様では、本発明は基材(102,402,404)の処理方法を提供し、
2つの離間した電極(e1/e2;212/214;412/414;452/454)を含む処理領域(124)にプラズマを生成し、
第1のエネルギー源とは異なる少なくとも1つの第2のエネルギー源を前記プラズマに仕向けて当該プラズマと相互作用させ、ハイブリッドプラズマを取得し、
前記ハイブリッドプラズマを、処理領域(124)における基材と相互作用させる。
In one aspect, the present invention provides a method for treating a substrate (102, 402, 404),
Generating a plasma in a processing region (124) comprising two spaced apart electrodes (e1 / e2; 212/214; 412/414; 452/454);
Directing at least one second energy source different from the first energy source to the plasma to interact with the plasma to obtain a hybrid plasma;
The hybrid plasma is allowed to interact with the substrate in the processing region (124).

他の態様では、本発明は材料を処理する装置(100,400A,400B,400C,400D,400E,400F,400G)を含み、当該装置は、
処理領域(124)にプラズマを生成する2つの離間した電極(e1/e2;212/214;412/414)と、
対応する1つあるいは複数のビーム(132)を前記処理領域に仕向け、前記プラズマ及び処理されている材料の少なくとも1つと相互作用させる、1つあるいは複数のレーザ(130)と、
を備えている。
In another aspect, the invention includes an apparatus for processing materials (100, 400A, 400B, 400C, 400D, 400E, 400F, 400G), the apparatus comprising:
Two spaced electrodes (e1 / e2; 212/214; 412/414) that generate plasma in the processing region (124);
One or more lasers (130) that direct one or more corresponding beams (132) to the processing region and interact with at least one of the plasma and the material being processed;
It has.

さらなる態様では、本発明は、生地基材を処理するための本明細書に記載した装置の使用に係る。 In a further aspect, the invention relates to the use of the apparatus described herein for treating a dough substrate.

他の態様では、本発明は、本明細書に記載された方法により取得された生地材料に係る。 In another aspect, the present invention relates to a dough material obtained by the method described herein.

さらに他の態様では、本発明は、材料処理のためのプラズマの生成方法に係る。 In yet another aspect, the invention relates to a method for generating a plasma for material processing.

本発明の効果には、限定されないものの、さらなる処理や仕上げのために表面を清浄化し活性化するためのよりエネルギッシュで効果的なプラズマを生成する方法が含まれる。例えば、連続波(CW)でもパルスでもよい紫外線(UV)レーザ照射は、電磁的に生成された大気圧プラズマと組み合わさって、表面を処理するためのより高度にイオン化されたエネルギッシュな反応環境を生成する。結果として得られるハイブリット化されたエネルギーは、個々の部分の合計よりも大きい効果を有する。パルスレーザエネルギーがプラズマを駆動することに用いられ、
波が生成され、そして、レーザエネルギーが得られたプラズマ波を促進し、砂浜に波が叩きつけられるように基材に作用する。
The effects of the present invention include, but are not limited to, a method of generating a more energetic and effective plasma for cleaning and activating the surface for further processing and finishing. For example, ultraviolet (UV) laser irradiation, which can be continuous wave (CW) or pulsed, combined with electromagnetically generated atmospheric pressure plasma, creates a more highly ionized energetic reaction environment for surface treatment. Generate. The resulting hybridized energy has an effect that is greater than the sum of the individual parts. Pulsed laser energy is used to drive the plasma,
Waves are generated and laser energy is applied to the substrate to promote the plasma waves from which the energy was obtained and to strike the waves against the sandy beach.

促進され、よりエネルギッシュなプラズマは、繊維または処理された基材の表面にラジカルを生成し始め、生成され始めたラジカルにイオン化基を付着させる。表面に増大した有極特性を与えるカルボキシル、ヒドロキシルあるいはその他のような機能基の付着は、より大きい親水性や他の望ましい機能特性をもたらす。 The promoted, more energetic plasma begins to generate radicals on the surface of the fiber or treated substrate and attaches ionized groups to the radicals that have begun to be generated. The attachment of functional groups such as carboxyl, hydroxyl or others that give increased polar properties to the surface results in greater hydrophilicity and other desirable functional properties.

本発明は、材料基材が存在する制御された大気環境において有利にエネルギー源を組み合わせる。最終結果は、基材表面における転換及び物質合成であり、基材は、単に被覆されることとは対照的に物理的に変化するであろう。 The present invention advantageously combines energy sources in a controlled atmospheric environment where a material substrate is present. The end result is transformation and material synthesis on the substrate surface, which will change physically as opposed to simply being coated.

例示の実施形態では、高周波RFプラズマが、処理ウィンドウの幅に亘って延び、回転し、駆動されるローラ(rotating and driven rollers)間に形成されたエンベロープ(すなわち、キャビティやチェンバー)内に生成される。生成されたプラズマ場は、処理領域の幅に亘って一貫しており、また、大気圧で作動する。高出力紫外線(UV)レーザが、前記プラズマ、および/あるいは、処理されている基材と相互作用するために提供される。レーザからのビームは、処理領域全体に亘って一貫したパワー密度を呈する方形断面を有するように形成される。複数の(例えば4種類)の環境ガス及び先駆物質の任意の組み合わせを、ハイブリッドプラズマチェンバーに定住するする単一のフィードに合体させるためにガスデリバリシステムを用いてもよい。さらに、前処理あるいは後処理を問わず、処理されている材料に、ゾルゲルあるいは処理促進剤の薄い一貫性の層を適用することができる、スプレーないしミストデリバリシステムを用意してもよい。 In the illustrated embodiment, radio frequency RF plasma extends across the width of the process window and is generated in an envelope (ie, cavity or chamber) formed between rotating and driven rollers. The The generated plasma field is consistent across the width of the processing region and operates at atmospheric pressure. A high power ultraviolet (UV) laser is provided to interact with the plasma and / or the substrate being processed. The beam from the laser is formed to have a rectangular cross section that exhibits a consistent power density throughout the processing region. A gas delivery system may be used to combine any combination of multiple (eg, four) environmental gases and precursors into a single feed that settles in a hybrid plasma chamber. In addition, a spray or mist delivery system may be provided that can apply a thin, consistent layer of sol-gel or processing accelerator to the material being processed, whether pre-treated or post-treated.

プラズマとフォトニクス(UVレーザのような)を組み合わせるプロセスはドライであり、大気圧で行われ、安全で不活性なガス(窒素、酸素、アルゴン、二酸化炭素のような)を用いる。レーザ及びプラズマのパワー強度を変え、そして、環境ガスやゾルゲルの添加、および/あるいは、他の有機先駆物質や無機先駆物質を変更することによって、すなわち、製法(recipe)を変えることによって、本システムは幅広い種類の処理アプリケーションを生成できることになる。 The process of combining plasma and photonics (such as a UV laser) is dry, performed at atmospheric pressure, and uses a safe and inert gas (such as nitrogen, oxygen, argon, carbon dioxide). The system by changing the power intensity of the laser and plasma and adding environmental gases and sol-gels and / or changing other organic and inorganic precursors, ie changing the recipe Will be able to generate a wide variety of processing applications.

処理には、清浄、調整、材料の性能強化を含む幾つものアプリケーションがある。
清浄について、レーザは、プラズマの効果的なパワーを増大させると共に、独立して基材材料に作用する。
染色のような2次処理のための基材材料の調整について、繊維表面が制御された様式でアブレートされ、材料(生地材料のような)の親水性を増大させる。さらに、システムの処理ゾーンに環境ガスを導入することによって、材料(例えば、生地)の表面にケミストリーが生成され、もって、染色媒体と反応して、より効率的な染色浸透をもたらし、あるいは、より強いカラーリングプロセスをもたらし、あるいは染色温度の低減をもたらすようなケミストリーが得られる。例えば、布地の繊維を調整することで、酸化クロム染料のより制御された取り込みを与え、得られるブラックの強度を向上させる。したがって、本プロセスには、染料の化学成分を削減し、環境に与えるネガティブな影響や処理コストを低減し得る可能性がある。
性能強化について、本処理は、基材の表面で物質合成を獲得する。レーザ及びプラズマの周波数及びパワー強度を変えて、他の物質を処理環境に導入することによって、本システムは基材の表面をアブレートし、基材と環境ガスとの間の一連の化学反応が、生地ウェブの繊維の表面に新しい物質を合成する。
There are a number of applications in processing, including cleaning, conditioning, and material performance enhancement.
For cleaning, the laser increases the effective power of the plasma and acts independently on the substrate material.
For conditioning substrate materials for secondary treatments such as dyeing, the fiber surface is ablated in a controlled manner, increasing the hydrophilicity of the material (such as a dough material). Furthermore, by introducing an environmental gas into the processing zone of the system, chemistry is generated on the surface of the material (eg, dough), thereby reacting with the dyeing media to provide more efficient dye penetration, or more Chemistry that results in a strong coloring process or reduced dyeing temperature is obtained. For example, adjusting the fibers of the fabric provides a more controlled uptake of chromium oxide dye and improves the strength of the resulting black. Therefore, this process has the potential to reduce the chemical components of the dye, reducing the negative impact on the environment and processing costs.
For performance enhancement, the process acquires material synthesis at the surface of the substrate. By varying the frequency and power intensity of the laser and plasma and introducing other materials into the processing environment, the system ablates the surface of the substrate, and a series of chemical reactions between the substrate and the ambient gas occur. A new material is synthesized on the surface of the fabric web fibers.

開示の実施形態、それの幾つかの非限定的な例が添付の図面に示されている、についての参照が詳細に行われる。これらの図面は、一般に、概念図である。図面における幾つかの要素は誇張されており、また、幾つかの要素は、図示上の明瞭さのため省略されているであろう。図面におけるそれぞれの要素間の関係、例えば、上、下、左、右、上方、下方等、は、これらが図面においてどのように見えかつ配置さているかを参照するものである。本明細書における用語や専門用語は、限定的に解釈されるものではなく、記述目的のためであることを理解されたい。 Reference will now be made in detail to the disclosed embodiments, some non-limiting examples of which are illustrated in the accompanying drawings. These drawings are generally conceptual diagrams. Some elements in the drawings are exaggerated and some elements may be omitted for clarity of illustration. Relationships between elements in the drawings, such as top, bottom, left, right, top, bottom, etc., refer to how they appear and are located in the drawings. It should be understood that the terms and terminology used herein are not to be construed as limiting, but for descriptive purposes.

図1は、本発明の実施形態に係る処理システムの図である。FIG. 1 is a diagram of a processing system according to an embodiment of the present invention. 図2は、図1に示す処理システムのプラズマ領域の部分斜視図である。FIG. 2 is a partial perspective view of the plasma region of the processing system shown in FIG. 図2Aは、図1に示す処理システムのプラズマ領域の部分斜視図である。2A is a partial perspective view of the plasma region of the processing system shown in FIG. 図3は、本発明の実施形態にしたがう、図1の処理システムの前処理領域、プラズマ領域、後処理領域の部分斜視図である。FIG. 3 is a partial perspective view of the pre-processing region, plasma region, and post-processing region of the processing system of FIG. 1 in accordance with an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態にしたがった、図1の処理システムの処理領域の要素の図である。FIG. 2 is a diagram of elements of a processing region of the processing system of FIG. 1 in accordance with an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態にしたがった、図1の処理システムの処理領域の要素の図である。FIG. 2 is a diagram of elements of a processing region of the processing system of FIG. 1 in accordance with an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態にしたがった、図1の処理システムの処理領域の要素の図である。FIG. 2 is a diagram of elements of a processing region of the processing system of FIG. 1 in accordance with an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態にしたがった、図1の処理システムの処理領域の要素の図である。FIG. 2 is a diagram of elements of a processing region of the processing system of FIG. 1 in accordance with an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態にしたがった、図1の処理システムの処理領域の要素の図である。FIG. 2 is a diagram of elements of a processing region of the processing system of FIG. 1 in accordance with an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態にしたがった、図1の処理システムの処理領域の要素の図である。FIG. 2 is a diagram of elements of a processing region of the processing system of FIG. 1 in accordance with an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態にしたがった、図1の処理システムの処理領域の要素の図である。FIG. 2 is a diagram of elements of a processing region of the processing system of FIG. 1 in accordance with an embodiment of the present invention.

発明の詳細な説明Detailed Description of the Invention

本発明は一般に材料(布のような)の特性を改質するための材料の処理(表面処理のような)に関するものである。 The present invention relates generally to the treatment of materials (such as surface treatments) to modify the properties of the material (such as cloth).

本発明の開示を説明するために種々の実施形態について記載されるが、これらは本発明を限定するものではなく例示として解釈される。本発明は、一般に種々の実施形態の文脈に沿って説明されるが、これらの特定の実施形態に本発明を限定減する意図はないことを理解されたい。各実施形態は、本発明の1ついあるいは複数の観点の例ないし実現である。本発明の種々の特徴が単一の実施例の文脈で記載されるかもしれないが、これらの特徴は分離して提供されたり、あるいは、互いの適切な任意の組み合わせとして提供されたりしてもよい。逆に、本発明は別個の実施形態の文脈に沿って記載されるかもしれないが、本発明は、単一の実施形態として実現されてもよい。 Various embodiments are described to illustrate the disclosure of the present invention, but are not intended to limit the present invention and are to be construed as illustrative. While the invention will be described in general in the context of various embodiments, it will be understood that it is not intended to limit the invention to these particular embodiments. Each embodiment is an example or implementation of one or more aspects of the invention. Although the various features of the invention may be described in the context of a single embodiment, these features may be provided separately or in any suitable combination with each other. Good. Conversely, although the invention may be described in the context of separate embodiments, the invention may be implemented as a single embodiment.

以下、主として、ロール型(円筒コアに巻装された材料の長いシート)で供給された生地である基材の表面処理について議論する。限定されないものの材料合成を含む1つあるいは複数の処理が、生地基材の一方あるいは両方の表面に適用されてもよく、また、追加の材料が導入されてもよい。本明細書において、基材は、2つの表面を備えた材料の薄いシートであり、2つの表面は、正面及び後面、ないし、上面及び下面と呼ぶことができる。 Hereinafter, the surface treatment of the base material, which is a dough supplied in a roll form (a long sheet of material wound around a cylindrical core) will be discussed. One or more treatments including but not limited to material synthesis may be applied to one or both surfaces of the dough substrate, and additional materials may be introduced. In this specification, a substrate is a thin sheet of material with two surfaces, the two surfaces being referred to as the front and back surfaces, or the top and bottom surfaces.

本発明の幾つかの実施形態
以下の施形態及びその観点は、システム、ツール、方法と共に記載され説明されるが、これらは例証ないし例示であり、範囲を限定するものではない。特定の構成態様及び詳細が本発明の理解を提供するように示される。しかしながら、ここで述べられた特定の詳細の幾つかを用いることなく、本発明が実施され得ることは、当業者にとって明らかである。さらに、周知特徴については、本発明の説明が不明瞭とならないよう省略ないし簡略化されるであろう。
Some Embodiments of the Invention The following embodiments and aspects thereof are described and described in conjunction with systems, tools, and methods, which are illustrative and not limiting in scope. Specific configuration aspects and details are set forth to provide an understanding of the invention. However, it will be apparent to one skilled in the art that the present invention may be practiced without some of the specific details set forth herein. Furthermore, well-known features may be omitted or simplified in order not to obscure the description of the present invention.

図1は、表面処理システム100全体、及び、基材102の表面処理などの処理の実施手法を示す。提示される図において、基材102は、システム100を通して右から左に向かって進むように示してある。 FIG. 1 shows a method for performing processing such as the entire surface treatment system 100 and the surface treatment of the substrate 102. In the presented figure, the substrate 102 is shown as proceeding from right to left through the system 100.

基材102は、例えば、生地材料であり、ロール上の長いシートとしてのヤール物として提供される。例えば、処理される基材は、コットン/ポリステルのような繊維状の生地材料であり、約1メートル幅、約1ミリ厚、約100メートル長である。 The base material 102 is a dough material, for example, and is provided as a yarl as a long sheet on a roll. For example, the substrate to be treated is a fibrous fabric material such as cotton / polyster, which is about 1 meter wide, about 1 millimeter thick and about 100 meters long.

例えば基材102の1m×1mの領域であって、まだ処理されていないセクション102Aは、システム100の投入セクション100Aにおいて供給リールR1から繰り出されるように図示されている。この投入セクション100Aから、基材102は装置100の処理部120を通って通過する。処理された後に、基材102は処理装置120から出て、巻取リールR2上での巻き取りのような、適切な手法で回収される。例えば基材102の1m×1mの領域であって、処理されたセクション102Bは、システム100の産出セクション100Aにおいて巻取リールR1に巻き取られるように図示されている。種々のローラRが、システムを通して材料を案内するために、システム100の種々のセクションの間(図示)及びセクション中(図示せず)に提供される。 For example, a 1 mx 1 m area of substrate 102, which has not yet been processed, is shown as being unwound from supply reel R1 in input section 100A of system 100. From this input section 100A, the substrate 102 passes through the processing section 120 of the apparatus 100. After being processed, the substrate 102 exits the processing device 120 and is recovered in a suitable manner, such as winding on the take-up reel R2. For example, a 1 mx 1 m area of the substrate 102, the processed section 102B is illustrated as being wound on a take-up reel R1 in the output section 100A of the system 100. Various rollers R are provided between the various sections of the system 100 (shown) and in the sections (not shown) to guide the material through the system.

処理部120は一般に3つの領域(区域ないしゾーン)を有している:
−任意の前処理(すなわち、先駆材料)領域122、
−処理(すなわち、プラズマ)領域124、
−任意の後処理(すなわち、仕上げ)領域126
The processing unit 120 generally has three regions (zones or zones):
Any pre-treatment (ie precursor material) region 122,
A treatment (ie plasma) region 124,
Any post-processing (ie finishing) region 126

処理領域124は、高電圧(HV)交流(AC)大気圧プラズマ(AP)を生成するコンポーネントを備えており、これらの要素はよく知られており、その中の幾つかは以下に詳しく述べられる。 The processing region 124 includes components that generate a high voltage (HV) alternating current (AC) atmospheric pressure plasma (AP), these elements are well known, some of which are described in detail below. .

第2のエネルギー源として、ビーム132を提供するレーザ130が提供され、ビーム132は主処理領域124において大気圧プラズマと相互作用し、また、基材102の表面に当たる。 As a second energy source, a laser 130 is provided that provides a beam 132 that interacts with atmospheric pressure plasma in the main processing region 124 and strikes the surface of the substrate 102.

上述の種々のコンポーネント及び要素の作動を制御するためにコントローラ140が提供されてもよく、また、通常のヒューマンインターフェース(入力部、表示部等)を備えていてもよい。 A controller 140 may be provided to control the operation of the various components and elements described above, and may include a conventional human interface (input, display, etc.).

図2は、主処理領域124の部分及びいくつかの作用要素を示す。3つの直交する軸x、y、zが図示されている(図1において、対応するx軸、y軸が示されている)。 FIG. 2 shows a portion of the main processing area 124 and some working elements. Three orthogonal axes x, y and z are shown (in FIG. 1, the corresponding x and y axes are shown).

2つの長尺状の電極212(e1)、214(e2)が示してあり、一方が陰極であり、他方が陽極であるとする。2つの電極は、互いにだいたい平行で、y軸に平行して延びるように配置されており、また、互いにx方向に離間している。例えば、電極e1、e2は、ロッド、チューブ、その他の回転可能な円筒状電極材料のような形の任意の適切な様式で形成され、また、名目上、処理される材料の厚さのクリアランスを許容する十分な距離だけ、互いに離れている。電極e1、e2は処理される基材102の上面102aの約1mm上方に配置されている。 Two elongated electrodes 212 (e1) and 214 (e2) are shown, and one is a cathode and the other is an anode. The two electrodes are arranged so as to be substantially parallel to each other and extend parallel to the y-axis, and are separated from each other in the x direction. For example, the electrodes e1, e2 are formed in any suitable manner, such as rods, tubes, and other rotatable cylindrical electrode materials, and nominally provide clearance for the thickness of the material being processed. They are separated from each other by a sufficient distance to allow. The electrodes e1 and e2 are arranged approximately 1 mm above the upper surface 102a of the substrate 102 to be treated.

電極e1、e2は、任意の適切な様式で電圧が印加され、結果として得られる陰極/陽極対の長さに沿って、プラズマ反応ゾーンと呼ばれる電極e1、e2の間及び電極e1、e2を囲む直近の空間に大気圧プラズマが生成される。 The electrodes e1, e2 are energized in any suitable manner and surround the electrodes e1, e2 and between the electrodes e1, e2, called the plasma reaction zone, along the length of the resulting cathode / anode pair Atmospheric pressure plasma is generated in the immediate space.

上述のように、主処理領域124へとレーザビーム132が仕向けられ、基材102の表面に当たる。ここで、レーザビーム132はy軸にほぼ沿うように向けられ、ほぼ電極e1、e2に平行かつ電極e1、e2間で、かつ、基材102の上面102aの少し上に示されており、2つの電極e1、e2によって生成されたプラズマ(プリューム)と相互作用するようになっている。例示の適用では、ビームのフットプリントは、約30mmx15mmの方形である。ビームは、プラズマとの所望の相互作用をより良く獲得し、および/あるいは、所望の直接の基材放射をより良く獲得するように、垂直あるいは水平に仕向けられてもよい。 As described above, the laser beam 132 is directed to the main processing region 124 and strikes the surface of the substrate 102. Here, the laser beam 132 is directed substantially along the y-axis, is shown substantially parallel to the electrodes e1, e2, between the electrodes e1, e2, and slightly above the upper surface 102a of the substrate 102. It interacts with the plasma (plum) generated by the two electrodes e1 and e2. In the illustrated application, the beam footprint is approximately 30 mm × 15 mm square. The beam may be directed vertically or horizontally to better obtain the desired interaction with the plasma and / or better obtain the desired direct substrate radiation.

レーザビーム132は、わずかにしかしながら十分にオフアングル(“off angle”)で仕向けられ、2つの電極e1、e2間で生成されたプラズマと同時に反応しながら、処理される基材102に直接放射される。より詳細には、レーザビーム132は、基材の上面102aに当たらないように、基材102の上面102aに対して約0°である角度“a”を形成してもよい。あるいは、レーザビーム132は、基材の上面102aに当たるように、基材102の上面102aに対して約1〜10°より小さい角度である角度“a”を形成してもよい。ビーム132の他の配向も可能であり、例えば、基材102の上面102aに対して垂直(“a”=90°)でもよい。レーザビーム132は、2つの電極e1、e2によって生成されたプラズマの選択された部位あるいは基材102の選択された部位、あるいは両方と相互作用するように、従来のガルバノメータなどを用いて走査される。 The laser beam 132 is directed slightly but sufficiently off angle ("off angle") and is emitted directly to the substrate 102 to be processed while reacting simultaneously with the plasma generated between the two electrodes e1, e2. The More specifically, the laser beam 132 may form an angle “a” that is approximately 0 ° with respect to the top surface 102a of the substrate 102 so that it does not strike the top surface 102a of the substrate. Alternatively, the laser beam 132 may form an angle “a” that is less than about 1-10 ° with respect to the top surface 102a of the substrate 102 so as to strike the top surface 102a of the substrate. Other orientations of the beam 132 are possible and may be, for example, perpendicular (“a” = 90 °) to the top surface 102a of the substrate 102. The laser beam 132 is scanned using a conventional galvanometer or the like to interact with a selected portion of the plasma generated by the two electrodes e1, e2 or a selected portion of the substrate 102, or both. .

プラズマは、高電圧(HV)交流(AC)のような第1のエネルギー源を用いて生成される。第2の別個のエネルギー源(レーザなどの)がプラズマと相互作用し、結果としてハイブリッドプラズマが得られ、ハイブリッドプラズマは、処理されている基材(材料)と相互作用(処理領域において)するようになっている。第1のエネルギー源と相互作用することに加えて、第2のエネルギー源はまた、処理されている材料と直接相互作用するようになっている。基材や他の気体(2次あるいは先駆)との直接の相互作用は、それ自身のレーザによって持続されるプラズマを形成し、それは、さらに、高電圧により生成されたプラズマと相互作用し、反応環境により高いエネルギーを付与する。 The plasma is generated using a first energy source such as high voltage (HV) alternating current (AC). A second separate energy source (such as a laser) interacts with the plasma, resulting in a hybrid plasma that interacts (in the processing region) with the substrate (material) being processed. It has become. In addition to interacting with the first energy source, the second energy source is also adapted to interact directly with the material being processed. Direct interaction with the substrate and other gases (secondary or pioneer) forms a plasma that is sustained by its own laser, which further interacts with and reacts with the plasma generated by the high voltage. Give higher energy to the environment.

基材102(処理されている材料)は、主処理領域(区域)124を通過する時に複数のローラによって案内される。図2Aは、これらのローラのうちの1つのローラ214が、プラズマを生成する陰極/陽極対の陽極として機能し、他のローラ212が陰極として機能する(陰極と陽極が逆であってもよい)ことを示している。図2では、基材102は2つの電極e1、e2の両方の一側(図示では下方)に配置されており、図2Aでは、基材102は2つの電極e1、e2の間に配置されることに留意されたい。両方の場合において、電極e1、e2によって生成されたプラズマは、基材102の少なくとも一方の表面に作用する。陽極及び陰極は、セラミックのような絶縁材料で被覆されていてもよい。 The substrate 102 (the material being processed) is guided by a plurality of rollers as it passes through the main processing region (area) 124. FIG. 2A shows that one of these rollers 214 functions as the anode of the cathode / anode pair that generates the plasma and the other roller 212 functions as the cathode (the cathode and anode may be reversed). )It is shown that. In FIG. 2, the substrate 102 is disposed on one side (downward in the drawing) of both electrodes e1 and e2, and in FIG. 2A, the substrate 102 is disposed between the two electrodes e1 and e2. Please note that. In both cases, the plasma generated by the electrodes e1, e2 acts on at least one surface of the substrate 102. The anode and cathode may be coated with an insulating material such as ceramic.

本発明はいかなる特定の配置、すなわち、電極e1、e2の構成態様に限定されるものではなく、図2、2Aに示した実施例はいくつかの可能性を単に例示する意図であることを理解されたい。さらに、例えば、2つの電極e1、e2を用いることに代えて、プラズマを供給するプラズマジェット列(図示せず)を提供し、基材102の表面102aの上に所望のプラズマを形成してもよい。 It is understood that the present invention is not limited to any particular arrangement, i.e. the configuration of the electrodes e1, e2, and that the embodiment shown in FIGS. 2, 2A is intended only to illustrate some possibilities I want to be. Further, for example, instead of using two electrodes e1 and e2, a plasma jet train (not shown) for supplying plasma may be provided to form a desired plasma on the surface 102a of the substrate 102. Good.

図3は、前処理領域(区域)122において、処理される材料の全幅を覆うようなスプレーヘッド(ノズル)の列322、あるいは他の適切な手段が、固相、液相あるいは気相の先駆物質323を基材102上へ吐出し、抗菌性、難燃性、超疎水性、超親水性などの特定の特性の処理を可能とすることが示してある。 FIG. 3 shows that in a pretreatment region 122, a spray head (nozzle) row 322 or other suitable means to cover the full width of the material to be treated is a solid, liquid or vapor phase precursor. It has been shown that the substance 323 can be discharged onto the substrate 102 to allow treatment of specific properties such as antibacterial properties, flame retardancy, superhydrophobicity, superhydrophilicity.

前処理領域(区域)122と主処理領域(区域)124との間に中間バッファゾーンを設けて、前処理で適用された材料が基材に浸み込む(吸収される)時間を許容するようにしてもよい。この処理は、単一の材料長を走らせるが、バッファは、例えば、最大200mの生地まで維持する。例えば、処理されている材料(ヤール物などの)が20メートル/分でシステムを通って送られている時に、これによって、システムを通して材料の流れを止めることなく、前処理(122)とハイブリットプラズマ処理(124)との間に数分間の乾燥時間を許容するであろう。 An intermediate buffer zone is provided between the pretreatment area (zone) 122 and the main treatment area (zone) 124 to allow time for the material applied in the pretreatment to soak (absorb) into the substrate. It may be. This process runs a single material length, but the buffer maintains, for example, up to 200 m of dough. For example, when a material being processed (such as a Yar) is being sent through the system at 20 meters / minute, this allows pretreatment (122) and hybrid plasma without stopping the material flow through the system. Several minutes of drying time will be allowed between treatments (124).

同様に、後処理領域126において、処理された(124)材料の全幅を覆うようなスプレーヘッド(ノズル)の列326、あるいは他の適切な手段が、固相、液相あるいは気相の仕上げ材料327を基材102上へ吐出し、基材に望ましい特性を浸透させてもよい。 Similarly, in post-process area 126, a row of spray heads (nozzles) 326 or other suitable means to cover the full width of the processed (124) material is a solid, liquid or vapor phase finish. 327 may be discharged onto the substrate 102 to infiltrate the substrate with desirable characteristics.

処理領域 (124)の幾つかの実施形態
図4A〜Gは、処理領域124における要素の種々の実施形態を例示する。
Some Embodiments of Processing Region (124) FIGS. 4A-G illustrate various embodiments of elements in processing region.

図4Aは、実施形態
400Aを示し、
―第1(上側)ローラ412は、電極e1として機能するように作動し、約10cmの直径で、2メートルの長さ(ページ内の方向)を有している。ローラ412は金属コアとセラミック(電気的に絶縁性)外方表面とを有している。
―第2(下側)ローラ414は、電極e2 として機能するように作動し、約15cmの直径で、2メートルの長さ(ページ内の方向)を有している。ローラ414は金属コアとセラミック(電気的に絶縁性)外方表面とを有している。
―第2ローラ414は、第1ローラ412に平行すると共に直下(図示において)に配置されており、第1ローラ412と第2ローラ414とのギャップ(間隔)は、ローラ412、414との間に供給される基材材料402(102と比較)の厚さに対応(例えば少し小さい)している。材料移動の方向は、矢印で示すように右から左である。基材402は、上面402a(102aと比較)と、下面402b(102bと比較)と、を有している。
―第1ローラ412は、陽極/陰極対の陽極として機能し、高電圧(HV)が供給されるようになっている。第2ローラ414は、陽極/陰極対の陰極として機能し、グラウンドされている。
―第1(右側)ニップローラないしフィードローラ416(n1)は、第1ローラ412の右下(図示において)四分円部位に隣接し、第2ローラ414の右上(図示において)四分円部位に隣接して配置されている。ローラ416は、約12cmの直径で、2メートルの長さ(ページ内の方向)を有している。ローラ416の外方表面はローラ412の外方表面に接触している。ローラ416の外方表面とローラ414の外方表面とのギャップ(間隔)は、ローラ416、414の間に供給される基材材料402(102と比較)の厚さ(少し小さい)に対応している。
―第2(左側)ニップローラないしフィードローラ418(n2)は、第1ローラ412の左下(図示において)四分円部位に隣接し、第2ローラ414の左上(図示において)四分円部位に隣接して配置されている。ローラ418は、約12cmの直径で、2メートルの長さ(ページ内の方向)を有している。ローラ418の外方表面はローラ412の外方表面に接触している。ローラ418の外方表面とローラ414の外方表面とのギャップ(間隔)は、ローラ418、414の間に供給される基材材料402(102と比較)の厚さ(少し小さい)に対応している。
―一般に、ニップローラないしフィードローラ416、418は、陽極と陰極412、414間の短絡を防止するように絶縁外方表面を備えている。
FIG. 4A illustrates an embodiment.
Shows 400A,
The first (upper) roller 412 operates to function as the electrode e1, has a diameter of about 10 cm and a length of 2 meters (in-page direction). The roller 412 has a metal core and a ceramic (electrically insulating) outer surface.
The second (lower) roller 414 operates to function as the electrode e2, has a diameter of about 15 cm and a length of 2 meters (in-page direction). Roller 414 has a metal core and a ceramic (electrically insulating) outer surface.
The second roller 414 is parallel to the first roller 412 and disposed immediately below (in the drawing), and the gap (interval) between the first roller 412 and the second roller 414 is between the rollers 412 and 414. Corresponds to the thickness of the base material 402 (compared to 102) supplied to (for example, slightly smaller). The direction of material movement is from right to left as shown by the arrows. The base material 402 has an upper surface 402a (compared to 102a) and a lower surface 402b (compared to 102b).
The first roller 412 functions as the anode of the anode / cathode pair and is supplied with a high voltage (HV). The second roller 414 functions as the cathode of the anode / cathode pair and is grounded.
The first (right) nip roller or feed roller 416 (n1) is adjacent to the lower right (in the drawing) quadrant of the first roller 412 and the upper right (in the drawing) quadrant of the second roller 414. Adjacent to each other. Roller 416 has a diameter of about 12 cm and a length of 2 meters (in-page direction). The outer surface of the roller 416 is in contact with the outer surface of the roller 412. The gap between the outer surface of the roller 416 and the outer surface of the roller 414 corresponds to the thickness (a little smaller) of the substrate material 402 (compared to 102) supplied between the rollers 416, 414. ing.
The second (left) nip roller or feed roller 418 (n2) is adjacent to the lower left (in the drawing) quadrant of the first roller 412 and adjacent to the upper left (in the drawing) quadrant of the second roller 414 Are arranged. Roller 418 is approximately 12 cm in diameter and has a length of 2 meters (in-page direction). The outer surface of the roller 418 is in contact with the outer surface of the roller 412. The gap between the outer surface of the roller 418 and the outer surface of the roller 414 corresponds to the thickness (a little smaller) of the substrate material 402 (compared to 102) supplied between the rollers 418, 414. ing.
In general, the nip or feed rollers 416, 418 have an insulating outer surface to prevent a short circuit between the anode and the cathode 412, 414.

このようなローラ412、414、416、418の配置によって、4つのローラ412、414、416、418の外方表面間に、処理領域124を規定しプラズマを含んだセミエアタイトキャビティ(“440”)を形成する。キャビティ440は全体として、上側、右側、下側ローラ412、416、414の間の空間の第1(右側)部分440aと、上側、左側、下側ローラ412、418、414の間の空間の第2(左側)部分440bと、を含んでいる。キャビティ440の右側部位440aのリード線の端部の塗り潰し丸●は、キャビティ内へのガスフローを表している。キャビティ440の左側部位440bのリード線の端部の塗り潰し四角■は、レーザビーム(132)を表している。 Such an arrangement of rollers 412, 414, 416, 418 defines a processing region 124 between the outer surfaces of the four rollers 412, 414, 416, 418 and contains a semi-air tight cavity (“440”) containing plasma. Form. The cavity 440 generally has a first (right) portion 440a of the space between the upper, right and lower rollers 412, 416, 414 and the first of the space between the upper, left and lower rollers 412, 418, 414. 2 (left side) portion 440b. A filled circle ● at the end of the lead wire of the right side portion 440a of the cavity 440 represents a gas flow into the cavity. A filled square (2) at the end of the lead wire of the left side portion 440b of the cavity 440 represents the laser beam (132).

キャビティ440で生成されるプラズマは、大気圧プラズマ(AP)である。よって、キャビティ440のシーリングは必要ない。しかしながら、エンドキャップないしプレート(図示せず)が、ローラ412、414、416、418の端部に配置され、キャビティ440から出入りするガスフローを収容し(部分的に閉じ込め)かつ制御する。 The plasma generated in the cavity 440 is atmospheric pressure plasma (AP). Therefore, sealing of the cavity 440 is not necessary. However, end caps or plates (not shown) are disposed at the ends of the rollers 412, 414, 416, 418 to contain (partially confine) and control the gas flow in and out of the cavity 440.

図4Bは実施形態400Bを示し、左右のローラ416、418は、ローラ412、414から少し外方に移動しており、より厚いおよび/あるいはより剛性の大きい基材が処理されることを許容するようにキャビティ440を開放している。しかしながら、このことは、陽極、陰極の各電極の独立したすなわち直接の駆動を必要とするであろう。材料は、外部のフィーディング及び弛み取りローラによって、反応ゾーンを通過するように駆動されるであろう。 FIG. 4B shows an embodiment 400B where the left and right rollers 416, 418 have moved slightly outward from the rollers 412, 414, allowing thicker and / or stiffer substrates to be processed. Thus, the cavity 440 is opened. However, this would require independent or direct driving of the anode and cathode electrodes. The material will be driven through the reaction zone by external feeding and slacking rollers.

図4Cは、実施形態400Cを示し、左右のローラ(416、418)の代わりに、概ね逆U形状のシールド420が用いられ、左右の部位440a、440bを有するキャビティ440を規定している。シールド420は、1つのローラ412(材料がフィードされ通過する部分を除いて)の実質的に完全に周りに配置されており、また、少なくとも他方のローラ414の周りの一部に配置されている。追加のシールド(図示せず)が下側ローラ414の下方に配置されていてもよい。 FIG. 4C shows an embodiment 400C where a generally inverted U-shaped shield 420 is used instead of the left and right rollers (416, 418) to define a cavity 440 having left and right portions 440a, 440b. The shield 420 is disposed substantially completely around one roller 412 (except where the material is fed and passed) and is disposed at least partially around the other roller 414. . An additional shield (not shown) may be disposed below the lower roller 414.

図4Dは剛性基材の処理に適合する実施形態400Dを示す。上述の基材402は、布などのように柔軟性を備えていた。タッチスクリーンディスプレイのガラスのような剛性基材を、ハイブリッドプラズマ及び先駆物質を用いて処理してもよい。上面404a、下面404bを有する剛性基材404が上側ローラ(e1)412と下側ローラ(e2)414との間を通過する。ノズル422(322と比較)の列が、液体、固体、あるいは、噴霧化形式などの先駆物質を提供するように配置される。図4Cで参照される420のようなシールド(図示せず)がハイブリッドプラズマを含むように組み込まれても良い。 FIG. 4D shows an embodiment 400D adapted for processing rigid substrates. The above-mentioned base material 402 was provided with flexibility like cloth. Rigid substrates such as glass for touch screen displays may be treated with hybrid plasma and precursors. A rigid substrate 404 having an upper surface 404a and a lower surface 404b passes between the upper roller (e1) 412 and the lower roller (e2) 414. A row of nozzles 422 (compared to 322) is arranged to provide a precursor, such as a liquid, solid, or atomized form. A shield (not shown) such as 420 referenced in FIG. 4C may be incorporated to contain the hybrid plasma.

図4Eは、円筒状の電極e1、e2ではなく、HVプラズマノズル(ジェット)430の列を組み込んだ構成態様400Eを示す。例えば、処理領域124には、10個のジェット430が20cm間隔で設けられる。剛性基材404が示してある。ノズル422(322と比較)の列が、基材がハイブリッドプラズマに晒される前に、前処理領域122において、噴霧化形式などで先駆材料を基材404上に提供するように配置される。例えば、前処理領域122には、10個のジェット422が20cm間隔で設けられる。図4Cで参照される420のようなシールド(図示せず)がハイブリッドプラズマを含むように組み込まれても良い。この構成態様は、金属あるいは他の導電性基材の処理を可能とする。 FIG. 4E shows a configuration 400E that incorporates a row of HV plasma nozzles (jets) 430 rather than cylindrical electrodes e1, e2. For example, 10 jets 430 are provided in the processing region 124 at intervals of 20 cm. A rigid substrate 404 is shown. A row of nozzles 422 (compared to 322) is arranged to provide precursor material on the substrate 404, such as in an atomized form, in the pretreatment region 122 before the substrate is exposed to the hybrid plasma. For example, ten jets 422 are provided in the pretreatment region 122 at intervals of 20 cm. A shield (not shown) such as 420 referenced in FIG. 4C may be incorporated to contain the hybrid plasma. This configuration allows processing of metals or other conductive substrates.

図4Fは、実施形態400Dを示し、電極e1(すなわち陽極)として機能するように動作する第1(上側)ローラ412と、電極e2(すなわち陰極)として機能するように動作する第2(下側)ローラ414と、2つのニップローラ436、438(416、418と比較)と、を有している。 FIG. 4F shows an embodiment 400D in which a first (upper) roller 412 that operates to function as electrode e1 (ie, anode) and a second (lower) that operates to function as electrode e2 (ie, cathode). ) Roller 414 and two nip rollers 436, 438 (compare 416, 418).

実施形態400A(図4A)と対照的に、この実施形態では、ローラ436、438は、上側及び下側ローラ412、414から外方に少し(例えば1cm)離れている。したがって、プラズマを収容するものではあるが、フィードローラとしては機能せず、別個のフィードローラ(図示せず)を設けることが必要となるであろう。 In contrast to embodiment 400A (FIG. 4A), in this embodiment, rollers 436, 438 are slightly outward (eg, 1 cm) away from upper and lower rollers 412, 414. Therefore, although it contains plasma, it will not function as a feed roller, and it will be necessary to provide a separate feed roller (not shown).

右側ローラ436(416と比較)は、表面に層すなわち被覆437を有するものとして示してある。右側ローラ436(418と比較)は、表面に層すなわち被覆439を有するものとして示してある。例えば、ハイブリッドプラズマ処理領域124のローラ436、438は、金属箔(あるいは、金属外方層)によって包まれており、プロセスにおいて、高エネルギーハイブリッドプラズマおよび/あるいはレーザ(第2エネルギー源)によってエッチングされ、反応性金属プラズマを含むプリュームが形成され、これが基材表面ラジカルとすぐに結合し、基材材料上に金属組成物のナノレイヤーコーティングを形成する。金属材料(箔、層)は、プラズマによって制御可能にエッチングあるいはアブレートされ、放出される金属成分は、プラズマと反応して、ナノスケール層などとして、基材上に堆積される。 The right roller 436 (compare 416) is shown as having a layer or coating 437 on the surface. The right roller 436 (compared to 418) is shown as having a layer or coating 439 on the surface. For example, the rollers 436, 438 in the hybrid plasma processing region 124 are encased by a metal foil (or metal outer layer) and etched in the process by a high energy hybrid plasma and / or laser (second energy source). A plume containing a reactive metal plasma is formed, which immediately combines with the substrate surface radicals to form a nanolayer coating of the metal composition on the substrate material. The metal material (foil, layer) is controllably etched or ablated by the plasma, and the released metal component reacts with the plasma and is deposited on the substrate as a nanoscale layer or the like.

ローラ436、438の金属材料コーティングは、例えば、チタン、銅、アルミニウム、金、銀の1つあるいは任意の組み合わせを含む。一方のローラがある1つの材料で被覆され、他方のローラが別個の材料で被覆されてもよい。ローラ436、438の様々な異なる部分が様々な異なる材料で被覆されてもよい。一般に、これらの材料がアブレートされる時には、処理領域124において蒸気先駆物質を形成する(したがって、前処理領域124で先駆物質を提供するノズル322、422とは対照的であろう)。 The metallic material coating of the rollers 436, 438 includes, for example, one or any combination of titanium, copper, aluminum, gold, silver. One roller may be coated with one material and the other roller may be coated with a separate material. Various different portions of the rollers 436, 438 may be coated with a variety of different materials. In general, when these materials are ablated, a vapor precursor is formed in the processing region 124 (and thus will be in contrast to the nozzles 322, 422 that provide the precursor in the preprocessing region 124).

図4Gは、ローラ(412、414)ではなく、2枚のフラットシートである、プレート電極452、454を用いた実施形態400Gを示し、2つの電極は互いに離間して配置されて処理領域(反応/合成ゾーン)124を形成し、当該領域を通って材料404のシートが供給される。処理領域に供給されるガスは丸○440aで示してあり、レーザビームは四角□440bで示してある。前処理区域122において先駆物質を吐出するためにノズル422が設けられる。後処理区域126において仕上げ物質を吐出するためにノズル426が設けられる。 FIG. 4G shows an embodiment 400G using plate electrodes 452, 454, which are two flat sheets rather than rollers (412, 414), and the two electrodes are spaced apart from each other in the processing region (reaction). / Synthetic zone) 124 through which the sheet of material 404 is fed. The gas supplied to the processing region is indicated by a circle 440a, and the laser beam is indicated by a square □ 440b. A nozzle 422 is provided to discharge the precursor in the pretreatment area 122. A nozzle 426 is provided for discharging the finishing material in the post-processing area 126.

付加的特徴
特に示してはいないが、ハイブリッドエネルギー処理(124)の後に基材102上に供給された仕上げ物質が、隣接した2次的プラズマあるいはハイブリッドプラズマに曝されることで、ハイブリッドプラズマによる表面の活性化に続いて供給された仕上げ物質を乾燥、密閉、反応させてもよい。
Additional features Although not specifically indicated, the finish material provided on the substrate 102 after the hybrid energy treatment (124) is exposed to an adjacent secondary or hybrid plasma, Subsequent to activation of the surface by hybrid plasma, the supplied finishing material may be dried, sealed and reacted.

特に示してはいないが、処理された基材に種々の望ましい特徴や特性を付与するために、酸素、窒素、水素、二酸化炭素、アルゴン、ヘリウムなどの種々のガス、あるいは、シランやシロキサンをベースとする材料などの化合物が、例えば処理領域124内で、プラズマに導入されてもよい。 Although not specifically shown, various gases such as oxygen, nitrogen, hydrogen, carbon dioxide, argon, helium, or silane or siloxane are used to impart various desirable characteristics and properties to the treated substrate. A compound such as a material may be introduced into the plasma, for example, within the processing region 124.

処理されている材料に防菌性を付与するために、非銀ベース・シラン/シロキサンや3(トリヒドロキシルシリル)プロピルジメチル・オクタデシル・アンモニウムクロリドのような塩化アルミニウム族のような先駆物質を導入してもよい。シロキサン及びエトキシシラン(疎水性を向上させる)と同様に、疎水性に影響を与えるために他のシラン/シロキサン基を用いてもよい。プラズマの気相においてヘキサエチルジオシランを適用することは、紡織繊維の表面を滑らかにし、疎水性のレベルの指標である接触角を増大する。 Introducing precursors such as non-silver based silanes / siloxanes and aluminum chloride families such as 3 (trihydroxylsilyl) propyldimethyl octadecyl ammonium chloride in order to impart bactericidal properties to the material being treated. May be. Similar to siloxane and ethoxysilane (which improves hydrophobicity) other silane / siloxane groups may be used to affect hydrophobicity. Applying hexaethyldiosilane in the gas phase of the plasma smoothes the surface of the textile fiber and increases the contact angle, which is an indicator of the level of hydrophobicity.

負のドラフト、すなわち大気部分真空を採用して、プラズマ組成成分を引き込み、多孔性基材の厚さにさらに浸透させてもよい。図3は、処理領域124において、その上を基材102が通過するプラテン(ベッド)324のような吸引手段を示し、吸引手段は、所望の効果を生成するように、複数の孔を備えており、適切な様式で吸引手段(図示せず)に接続されている。プラテン324は、プラズマを生成させる電極の1つとして機能してもよい。あるいは、ローラ等を適宜変形(孔を備え、かつ、吸引手段に接続させる)してこの機能を実施するようにしてもよい。 A negative draft, i.e., an atmospheric partial vacuum, may be employed to draw the plasma composition component and further penetrate the thickness of the porous substrate. FIG. 3 shows a suction means, such as a platen (bed) 324, over which the substrate 102 passes in the processing region 124, and the suction means includes a plurality of holes to produce the desired effect. And connected to suction means (not shown) in an appropriate manner. The platen 324 may function as one of the electrodes that generate plasma. Alternatively, this function may be implemented by appropriately deforming a roller or the like (provided with a hole and connected to a suction means).

本プロセスはドライであり、低い環境への影響を有し、残存ないし副生成ガスや成分は本来的に安全であり、当該システムから排出され、そして適切な様式で、リサイクルされ、あるいは、処分されることを理解されたい。 The process is dry, has a low environmental impact, residual or by-product gases and components are inherently safe, exhausted from the system, and recycled or disposed of in an appropriate manner. Please understand that.

少なくとも2つのエネルギー源を用いた材料の処理方法が提供され、前記2つのエネルギー源は、(i)高エネルギー電磁場を通過する種々のガスによって生成される大気圧プラズマと、(ii)前記プラズマと相互作用し、ハイブリッドプラズマを生成する少なくとも1つのレーザと、を含む。レーザは、308nm以下のような紫外線波長範囲で動作する。レーザは、100ワットより大きい、150ワットより大きい、200ワットより大きい、を含む、少なくとも25ワットの出力パワーで動作するエキシマレーザを含んでいる。レーザは、350-400Hzのような25Hz以上の周波数のパルスでもよく、ピコ秒ないしフェムト秒レーザを含む。1つのレーザがプラズマ(及び基材)と相互作用するものとして記載したが、2つ以上のレーザを用いることは本発明の範囲内である。 A method of processing a material using at least two energy sources is provided, the two energy sources comprising: (i) an atmospheric pressure plasma generated by various gases passing through a high energy electromagnetic field; and (ii) the plasma. And at least one laser that interacts and generates a hybrid plasma. The laser operates in the ultraviolet wavelength range such as 308 nm or less. Lasers include excimer lasers that operate at an output power of at least 25 watts, including greater than 100 watts, greater than 150 watts, greater than 200 watts. The laser may be a pulse with a frequency of 25 Hz or higher, such as 350-400 Hz, and includes a picosecond or femtosecond laser. Although one laser has been described as interacting with the plasma (and the substrate), it is within the scope of the invention to use more than one laser.

処理領域においてプラズマを生成する幾つかの例示的なパラメータは、アルゴン80%、酸素ある二酸化炭素20%のガス混合物において、HV生成プラズマについては、1−2Kw(キロワット)、308nmUVレーザについては、500mjoules、350Hz、である。 Some exemplary parameters for generating a plasma in the processing region are: a gas mixture of 80% argon, 20% carbon dioxide with oxygen, 1-2 Kw (kilowatts) for HV generated plasma, and 500 mjoules for a 308 nm UV laser. 350Hz.

レーザを用いることに代えてあるいは加えて、処理領域の長さに沿って配置した、紫外線ランプあるいは高出力UVLED(発光ダイオード)のアレイのような紫外線(UV)源を用いて、大気圧プラズマへエネルギーを仕向けて、ハイブリッドプラズマを生成すると共に、処理されている材料と相互作用(材料に対するエッチング、反応や合成など)するようにしてもよい。 Instead of or in addition to using a laser, an ultraviolet (UV) source, such as an ultraviolet lamp or an array of high power UVLEDs (light emitting diodes), placed along the length of the treatment area, can be used to generate atmospheric pressure plasma. Energy may be directed to generate a hybrid plasma and to interact with the material being processed (etching, reaction, synthesis, etc. on the material).

主として、上記では、基材102の一方の表面102aを処理することについて示し、幾つかの例示的な処理について記載した。材料102の反対の下面102bについて、材料102をループバックさせて処理室124を通過させるなどして、処理を行うことは本発明の範囲内である。材料の第2の表面を処理するために、様々なエネルギー源及び環境、先駆材料及び仕上げ材料が用いられてもよい。このようにして、材料の両面が処理される。また、処理を、処理されている材料の表面の内部にまで及ぼして、内部(コア)材料の特性を変えたり増大させたりしてもよいことが理解される。幾つかの場合には、材料の上面及び下面、及びコアが一側から効果的に処理される。 Primarily, the above describes the treatment of one surface 102a of the substrate 102 and describes some exemplary treatments. It is within the scope of the present invention to process the opposite lower surface 102b of the material 102, such as by looping back the material 102 and passing it through the processing chamber 124. Various energy sources and environments, precursor materials and finishing materials may be used to treat the second surface of the material. In this way, both sides of the material are processed. It will also be appreciated that processing may affect the interior of the surface of the material being processed to alter or increase the properties of the internal (core) material. In some cases, the top and bottom surfaces of the material and the core are effectively treated from one side.

本システムは、シート形式以外の材料を処理することに用いられ得る。例えば、本発明は、ハイブリッドエネルギー・アニーリングによって、有機発光ダイオード(OLEDs)の光学的及び形態学的特性を向上させることに用いられる。このような個別の材料は、なにかしらの適切な様式によって、システムを通して運搬(搬送)される。 The system can be used to process materials other than sheet format. For example, the present invention can be used to improve the optical and morphological characteristics of organic light emitting diodes (OLEDs) by hybrid energy annealing. Such individual materials are conveyed (conveyed) through the system in some suitable manner.

他のタイプのエネルギーが、組み合わされて、あるいは、互いに連続して適用されることで、増大された処理能力を生成してもよい。例えば、材料を処理する方法は、マイクロ波とレーザ、マイクロ波と電磁的に生成されたプラズマ、プラズマとマイクロ波、あるいは、プラズマ、レーザ、パルス化可能なマイクロ波電子サイクロトン共鳴(ECR)の様々な組み合わせなどの、少なくとも2つのエネルギー源の組み合わせを用いるものである。 Other types of energy may be combined or applied sequentially to each other to produce increased throughput. For example, methods of processing materials include microwaves and lasers, microwaves and electromagnetically generated plasma, plasmas and microwaves, or plasma, laser, and pulsed microwave electron cycloton resonance (ECR). It uses a combination of at least two energy sources, such as various combinations.

2つのエネルギー源は、(i)高エネルギー電磁場を通過する種々のイオン化ガスを用いた大気圧プラズマと、放射を生成し、高イオン化プラズマ及び処理される表面に直接に仕向ける紫外線(UV)源と、を備えている。UV源は、処理領域の範囲に沿って配置された高出力UVLED(発光ダイオード)のアレイを含む。高出力紫外線LEDは、プラズマと相互作用してプラズマにより高いエネルギーを与え、また、基材に直接作用して当該基材をエッチングしたり、反応したりする。 The two energy sources are (i) an atmospheric pressure plasma using various ionized gases that pass through a high energy electromagnetic field, and an ultraviolet (UV) source that produces radiation and directs the highly ionized plasma and the surface to be treated directly. It is equipped with. The UV source includes an array of high power UVLEDs (light emitting diodes) arranged along the extent of the processing area. The high-power ultraviolet LED interacts with the plasma to give the plasma high energy, and directly acts on the substrate to etch or react with the substrate.

自動化材料搬送システムによって、材料を、組み合わされたエネルギー源によって生成されたエネルギー場を通るように制御可能に送り出してもよい。 An automated material delivery system may controllably deliver material through an energy field generated by a combined energy source.

以下のような一連の処理ステップが実施され、
ステップ1―(任意)先駆物質アプリケーション、
ステップ2―ハイブリッドエネルギーへの暴露、
ステップ3―(任意)先駆物質あるいは仕上げ物質アプリケーション、
ステップ4―ハイブリッドエネルギーへの暴露、
全てのステップは、システム内で直ちに連続する方式で達成される。
A series of processing steps are performed as follows:
Step 1-(Optional) precursor application,
Step 2-Exposure to hybrid energy,
Step 3-(Optional) Precursor or finishing material application,
Step 4-Exposure to hybrid energy,
All steps are accomplished in a continuous manner within the system.

本プロセスに対して、気体/気相先駆物質をプラズマ反応ゾーンに直接付加することができるデリバリーシステムを導入することは、本発明の範囲内である。 It is within the scope of the present invention to introduce a delivery system that can add a gas / vapor phase precursor directly to the plasma reaction zone for this process.

幾つかの代表的な処理プロセスパラメータ
処理1 親水性
先駆物質
ポリジメチルシロキサン・ハイドロキシカット(PMDSOハイドロキシカット)
代替:コポリマー(ジメチルシロキサンおよび/あるいはジメチルシランのブレンド)
レーザ
周波数 250Hz
パワー 380mJ
プラズマ
キャリアガス アルゴン … 80%
反応ガス 酸素… 20%
流速 15liter/min 圧力: 1barより僅かに高い
パワー 2KW
Some typical process parameters
Treatment 1 Hydrophilic precursor Polydimethylsiloxane Hydroxycut (PMDSO Hydroxycut)
Alternative: Copolymer (blend of dimethylsiloxane and / or dimethylsilane)
Laser frequency 250Hz
Power 380mJ
Plasma carrier gas Argon… 80%
Reaction gas Oxygen… 20%
Flow rate 15liter / min Pressure: Slightly higher than 1bar Power 2KW

処理2 染色性
先駆物質
先駆物質や他の先駆触媒無し
レーザ
周波数 250Hz
パワー 380mJ
プラズマ
キャリアガス アルゴン … 80%
反応ガス 酸素または窒素 … 20%
流速 15liter/min 圧力:1barより僅かに高い
パワー 2KW
Process 2 dyeable precursors Lasers without precursors and other precursor catalysts Frequency 250Hz
Power 380mJ
Plasma carrier gas Argon… 80%
Reaction gas Oxygen or nitrogen… 20%
Flow rate 15liter / min Pressure: slightly higher than 1bar Power 2KW

処理3 疎水性
先駆物質
オクタメチルシクロテトラシロキサン/ポリジメチルシラン・ブレンド (水溶性)、ポリグリコールエーテル(水溶性)を伴うジメチルポリシロキサンと混合されたハイドロジェンメチルポリシロキサン、あるいは、上記とジメチルポリシロキサンの組み合わせ。水溶性ブレンドを用いることで、アプリケーション、費用効果、アウトプット性能結果に基づく必要な濃度に、材料を脱イオン水で希釈することが可能となる。水溶性ブレンドは、適切な添加剤を用いて生成される。これらは、本質的に、油を水と混合してエマルジョン、一般にエマルジョン分散剤のサイズで記載され、すなわち、マクロあるいはミクロ(マクロは>100ミクロン、ミクロは<30ミクロン)、を生成する方法である。
代替:コポリマー(ジメチルシロキサンおよび/あるいはジメチルシランのブレンド)
レーザ
周波数 少なくとも350Hz
パワー 少なくとも450mJ
プラズマ
キャリアガス 窒素、アルゴン、ヘリウム … 80%
反応ガス 二酸化炭素あるいは窒素 … 2-20%
流速 10-40liter/min 圧力:1barより僅かに高い
パワー 0.5−1KW
Treatment 3 Hydrophobic precursor octamethylcyclotetrasiloxane / polydimethylsilane blend (water soluble), hydrogen methyl polysiloxane mixed with dimethylpolysiloxane with polyglycol ether (water soluble), or the above and dimethylpoly A combination of siloxanes. Using a water soluble blend allows the material to be diluted with deionized water to the required concentration based on application, cost effectiveness, and output performance results. Water soluble blends are produced using suitable additives. These are essentially methods in which oil is mixed with water to produce an emulsion, generally the size of an emulsion dispersant, i.e. macro or micro (macro> 100 microns, micro <30 microns). is there.
Alternative: Copolymer (blend of dimethylsiloxane and / or dimethylsilane)
Laser frequency at least 350Hz
Power at least 450mJ
Plasma carrier gas Nitrogen, argon, helium… 80%
Reaction gas Carbon dioxide or nitrogen… 2-20%
Flow rate 10-40liter / min Pressure: slightly higher than 1bar Power 0.5-1KW

処理4 難燃性能
先駆物質
シラン/シロキサンをベースとしたコポリマー及びターポリマー、および、主要な無機化合物、本質的にはチタン、シリコン、ジルコニウム、ホウ素の遷移酸化物を伴うポリボロシロキサン。また、有機シリコン/オキシエチル改質ポリボロシロキサンのような、シロキサンコポリマーやターポリマーを含むホウ素が含まれる。基材物質の種類やアウトプット要求に基づいて、最近の新しい亜リン酸ブレンドをベースとする幾つかの限定的な物質組成を用いてもよい。ポリグリコールエーテル(水溶性)を伴うポリジメチルシロキサンと混合されたオクタメチルシクロテトラシロキサン/ポリジメチルシラン・ブレンド(水溶性)、あるいは、上記とポリジメチルシロキサンとの以下の添加剤を伴う組み合わせ。
― シラン/シロキサンに添加されるカルシウムメタホウ酸塩
― シラン/シロキサンに添加されるシリコン酸化物
― チタンイソプロポキシド添加剤
― 二酸化チタン(ルチル)
― リン酸アンモニウム
― 酸化アルミニウム
― ホウ酸亜鉛
― プレセラミック・オリゴマーを含むリン酸ホウ素
― エアロゲル及びハイドロジェル、低あるいは高密度架橋ポリアクリル酸塩
― ナノ/マイクロ封入組成物
実施例:ジメチルシロキサン、および/あるいは、ポリボロシロキサンを伴うジメチルシランであって、二酸化チタン、二酸化シリコン(ヒュームド、ゲル、あるいはアモルファス)、酸化アルミニウム等の酸化物の5〜10%の容量範囲の遷移酸化物が付加されている。
ここに記載された先駆物質が、ハイブリッドプラズマ(例えば、レーザを用いる)を用いることによって、ここで記載されたシステムにおける材料の難燃性を高める。ここに記載された先駆物質が、非ハイブリッドプラズマ(例えば、レーザを用いない)を用いることによって、材料処理システムにおける材料の難燃性(あるいは、他の特性)を高めることは本発明の範囲内である。
レーザ
周波数 少なくとも350Hz
パワー 少なくとも450mJ
プラズマ
キャリアガス 窒素、アルゴン、ヘリウム … 80%
反応ガス 二酸化炭素あるいは窒素 … 2-20%
流速 10-20liter/min 圧力: 1barより僅かに高い
パワー 0.5−1KW
Treatment 4 Flame Retardant Performance Polysilanes and terpolymers based on precursor silane / siloxane and polyborosiloxane with transition oxides of major inorganic compounds, essentially titanium, silicon, zirconium, boron. Also included are boron containing siloxane copolymers and terpolymers, such as organosilicon / oxyethyl modified polyborosiloxanes. Depending on the type of substrate material and output requirements, several limited material compositions based on recent new phosphorous acid blends may be used. Octamethylcyclotetrasiloxane / polydimethylsilane blend (water soluble) mixed with polydimethylsiloxane with polyglycol ether (water soluble) or a combination of the above and polydimethylsiloxane with the following additives.
-Calcium metaborate added to silane / siloxane-Silicon oxide added to silane / siloxane-Titanium isopropoxide additive-Titanium dioxide (rutile)
-Ammonium phosphate-Aluminum oxide-Zinc borate-Boron phosphate containing preceramic oligomers-Aerogels and hydrogels, low or high density cross-linked polyacrylates-Nano / micro encapsulated compositions Example: Dimethylsiloxane, and / Or dimethylsilane with polyborosiloxane, with addition of transition oxide in the capacity range of 5-10% of oxides such as titanium dioxide, silicon dioxide (fumed, gel or amorphous), aluminum oxide etc. Yes.
The precursors described herein increase the flame retardancy of the materials in the systems described herein by using a hybrid plasma (eg, using a laser). It is within the scope of the present invention for the precursors described herein to increase the flame retardance (or other properties) of materials in material processing systems by using non-hybrid plasmas (eg, without the use of a laser). It is.
laser
Frequency at least 350Hz
Power at least 450mJ
Plasma carrier gas Nitrogen, argon, helium… 80%
Reaction gas Carbon dioxide or nitrogen… 2-20%
Flow rate 10-20liter / min Pressure: Slightly higher than 1bar Power 0.5-1KW

処理5 抗菌性
先駆物質
ジメチルオクタデシル(3トリエトキシルプロピル)アンモニウムクロリドの付加を伴う、疎水性プラットフォームとしてのシラン/シロキサン・ブレンド。
ポリグリコールエーテル(水溶性)を伴うポリジメチルシロキサンと混合されたオクタメチルシクロテトラシロキサン/ポリジメチルシラン・ブレンド(水溶性)、あるいは、上記とポリジメチルシロキサンとの以下の添加剤を伴う組み合わせ。
− ジメチルオクタデシル(3トリメトキシシリルプロピル) アンモニウムクロリド
― キトサン
レーザ
周波数 少なくとも350Hz
パワー 少なくとも450mJ
プラズマ
キャリアガス 窒素、アルゴン、ヘリウム … 80%
反応ガス 二酸化炭素あるいは窒素 … 2-20%
流速 10-20liter/min
圧力:1barより僅かに高い
パワー 0.5-1KW
Treatment 5 Silane / siloxane blend as hydrophobic platform with addition of antimicrobial precursor dimethyloctadecyl (3triethoxylpropyl) ammonium chloride.
Octamethylcyclotetrasiloxane / polydimethylsilane blend (water soluble) mixed with polydimethylsiloxane with polyglycol ether (water soluble) or a combination of the above and polydimethylsiloxane with the following additives.
-Dimethyloctadecyl (3 trimethoxysilylpropyl) ammonium chloride-chitosan laser
Frequency at least 350Hz
Power at least 450mJ
Plasma carrier gas Nitrogen, argon, helium… 80%
Reaction gas Carbon dioxide or nitrogen… 2-20%
Flow rate 10-20liter / min
Pressure: slightly higher than 1bar Power 0.5-1KW

本発明は、限られた数の実施形態に関連して記載されたが、これらは本発明の範囲を限定するように解釈されるべきでなく、幾つかの実施形態の例として解釈される。当業者は、他の可能性のある変形、改良、実施を想起することができ、これらは、本明細書の開示に基づいて、本発明の範囲内であると考えられ、またクレーム化されてもよい。 Although the invention has been described in connection with a limited number of embodiments, they should not be construed as limiting the scope of the invention, but as an example of some embodiments. Those skilled in the art will envision other possible variations, modifications, and implementations, which are considered to be within the scope of the present invention and are claimed based on the disclosure herein. Also good.

Claims (31)

基材(102,402,404)の処理方法であって、
2つの離間した電極(e1/e2;212/214;412/414;452/454)を含む処理領域(124)にプラズマを生成し、
第1のエネルギー源とは異なる少なくとも1つの第2のエネルギー源を前記プラズマに仕向けて当該プラズマと相互作用させて、ハイブリッドプラズマを取得し、
前記ハイブリッドプラズマを、処理領域(124)における基材と相互作用させる、
方法。
A method for treating a substrate (102, 402, 404),
Generating a plasma in a processing region (124) comprising two spaced apart electrodes (e1 / e2; 212/214; 412/414; 452/454);
Directing at least one second energy source different from the first energy source to the plasma to interact with the plasma to obtain a hybrid plasma;
Interacting the hybrid plasma with a substrate in the treatment region (124);
Method.
前記第1エネルギー源は高電圧交流(AC)を備え、
前記第2エネルギー源はレーザからの放射を備える、
請求項1に記載の方法。
The first energy source comprises a high voltage alternating current (AC);
The second energy source comprises radiation from a laser;
The method of claim 1.
前記レーザは前記プラズマと相互作用し、また、処理されている材料に直接作用する、
請求項2に記載の方法。
The laser interacts with the plasma and directly affects the material being processed;
The method of claim 2.
前記レーザは、以下の特徴の少なくとも1つを備えている:
前記レーザはエキシマレーザを備える;
前記レーザは、紫外線(UV)波長範囲で作動する;
前記レーザは、少なくとも25ワットの出力パワーで作動する、
請求項2、3いずれか1項に記載の方法。
The laser has at least one of the following features:
The laser comprises an excimer laser;
The laser operates in the ultraviolet (UV) wavelength range;
The laser operates at an output power of at least 25 watts;
The method according to claim 2.
前記プラズマは大気圧プラズマ(AP)を備える、請求項2に記載の方法。   The method of claim 2, wherein the plasma comprises atmospheric pressure plasma (AP). 前記基材を処理する前に、先駆物質(323,437)が基材上に供給(122,322,422)される、請求項1〜5いずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of the preceding claims, wherein a precursor (323,437) is fed (122,322,422) onto the substrate prior to treating the substrate. 前記基材を処理した後に、仕上げ物質(327,439)が基材上に供給(126,326,426)される、請求項1〜6いずれか1項に記載の方法。   The method of any one of the preceding claims, wherein after treating the substrate, a finishing material (327,439) is fed (126,326,426) onto the substrate. 前記プラズマは、高電圧(HV)大気圧(AP)プラズマを備える、請求項1〜7いずれか1項に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the plasma comprises a high voltage (HV) atmospheric pressure (AP) plasma. 前記電極(e1/e2)はローラ(212/214;412/414)である、請求項1〜8いずれか1項に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the electrodes (e1 / e2) are rollers (212/214; 412/414). 前記基材は材料である、請求項1〜9いずれか1項に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the substrate is a material. 前記基材は、合成布材料である、請求項1〜10いずれか1項に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the substrate is a synthetic fabric material. 前記合成布材料はポリエステルである、請求項11に記載の方法。   The method of claim 11, wherein the synthetic fabric material is polyester. 前記基材は、有機材料である、請求項1〜10いずれか1項に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the substrate is an organic material. 前記有機材料は、少なくともコットンとウールから選択された1つを含む、請求項13に記載の方法。   The method of claim 13, wherein the organic material comprises at least one selected from cotton and wool. 材料を処理する装置(100,400A,400B,400C,400D,400E,400F,400G)であって、
処理領域(124)にプラズマを生成する2つの離間した電極(e1/e2;212/214;412/414)と、
対応する1つあるいは複数のビーム(132)を前記処理領域に仕向け、前記プラズマ及び処理されている材料の少なくとも1つと相互作用させる、1つあるいは複数のレーザ(130)と、
を備えた装置。
Equipment for processing materials (100, 400A, 400B, 400C, 400D, 400E, 400F, 400G),
Two spaced electrodes (e1 / e2; 212/214; 412/414) that generate plasma in the processing region (124);
One or more lasers (130) that direct one or more corresponding beams (132) to the processing region and interact with at least one of the plasma and the material being processed;
With a device.
前記2つの離間した電極(e1/e2)は、第1ローラ及び第2ローラ(412/414)であり、
さらに、前記第1ローラ及び第2ローラに近接して配置された第3ローラ、第4ローラ(416/418)を備え、第1ローラ、第2ローラ、第3ローラ、第4ローラ(412,414,416,418)の外側表面間に、処理領域(124)を規定し、プラズマを収容するセミエアタイトキャビティ(440)を形成する(図4A,4B,4F)、請求項15に記載の装置。
The two spaced apart electrodes (e1 / e2) are a first roller and a second roller (412/414),
Further, a third roller and a fourth roller (416/418) are disposed in proximity to the first roller and the second roller, and the first roller, the second roller, the third roller, and the fourth roller (412, 414, 416, 418). 16. An apparatus according to claim 15, wherein a processing region (124) is defined between the outer surfaces of the substrate and a semi-air tight cavity (440) containing a plasma is formed (FIGS. 4A, 4B, 4F).
前記第3ローラ及び第4ローラ(436,
438)の少なくとも1つは、金属外側層(437, 439)を備える(FIG. 4F)、請求項16に記載の装置。
The third roller and the fourth roller (436,
The apparatus of claim 16, wherein at least one of 438) comprises a metal outer layer (437, 439) (FIG. 4F).
前記2つの離間した電極(e1/e2)は、第1ローラ及び第2ローラ(412/414)であり、
さらに、前記第1ローラ及び第2ローラ(412,414)を囲むように配置され、キャビティ(440)を規定するシールド(420)を備える(図4C)、請求項15〜17いずれか1項に記載の装置。
The two spaced apart electrodes (e1 / e2) are a first roller and a second roller (412/414),
Furthermore, it is arrange | positioned so that the said 1st roller and 2nd roller (412,414) may be enclosed, and the shield (420) which defines a cavity (440) is provided (FIG. 4C), It is any one of Claims 15-17 apparatus.
液体、あるいは固体、あるいは噴霧化された形式の先駆物質を吐出するノズル(322,422)と(図4D,4E)、
処理されている材料に仕上げ材料(327)を吐出するノズル(326)と(図3)、
の少なくとも1つを備える、請求項15〜18いずれか1項に記載の装置。
Nozzles (322, 422) and (Figures 4D, 4E) that discharge precursors in liquid, solid or atomized form,
A nozzle (326) that discharges the finishing material (327) to the material being processed (Figure 3),
The apparatus according to claim 15, comprising at least one of the following:
前記2つの離間した電極(e/e2)は、第1プレート、第2プレート(452, 454)である(図4G)、請求項15〜19いずれか1項に記載の装置。   20. Apparatus according to any one of claims 15 to 19, wherein the two spaced apart electrodes (e / e2) are a first plate and a second plate (452, 454) (Fig. 4G). 生地基材を処理するための請求項15〜20いずれか1項に記載の装置の使用。   21. Use of an apparatus according to any one of claims 15 to 20 for treating a dough substrate. 前記生地基材は合成生地材料である、請求項21に記載の使用。   The use according to claim 21, wherein the dough substrate is a synthetic dough material. 前記合成生地材料はポリエステルである、請求項22に記載の使用。   23. Use according to claim 22, wherein the synthetic fabric material is polyester. 前記基材は、有機材料である、請求項21に記載の使用。   The use according to claim 21, wherein the substrate is an organic material. 前記有機材料は、コットン及びウールから選択された少なくとも1つである、請求項24に記載の使用。   The use according to claim 24, wherein the organic material is at least one selected from cotton and wool. 請求項1〜14いずれか1項に記載の方法によって得られた生地材料。   The dough material obtained by the method of any one of Claims 1-14. 材料処理のためにプラズマを生成する方法であって、
高電圧、プラズマ、レーザ、紫外線ランプ、パルス化可能なマイクロ波電子サイクロトン共鳴(ECR)から選択された少なくとも2つのエネルギー源を組み合わせる、
方法。
A method for generating plasma for material processing, comprising:
Combining at least two energy sources selected from high voltage, plasma, laser, ultraviolet lamp, pulseable microwave electron cycloton resonance (ECR),
Method.
前記少なくとも2つの異なるエネルギー源の1つは、大気圧プラズマ(AP)を生成するものである、請求項27に記載の方法。   28. The method of claim 27, wherein one of the at least two different energy sources is one that generates an atmospheric pressure plasma (AP). 1つのエネルギー源はプラズマであり、
他方のエネルギー源は、前記プラズマへ仕向けられるレーザビームである、
請求項27に記載の方法。
One energy source is plasma,
The other energy source is a laser beam directed to the plasma,
28. The method of claim 27.
前記レーザビームは、処理されている材料に仕向けられる、請求項27、28いずれか1項に記載の方法。   29. A method according to any one of claims 27 and 28, wherein the laser beam is directed to the material being processed. 前記プラズマは、プラズマノズルによって提供される、請求項27〜30いずれか1項に記載の方法。   31. A method according to any one of claims 27 to 30, wherein the plasma is provided by a plasma nozzle.
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