RO131484B1

RO131484B1 - System of treatment with cold plasma at atmospheric pressure for natural and synthetic polymer carriers

Info

Publication number: RO131484B1
Application number: ROA201500339A
Authority: RO
Inventors: Marian Totolin; Georgeta Cazacu; Iordana Neamţu
Original assignee: Institutul De Chimie Macromoleculară " Petru Poni " Iaşi
Priority date: 2015-05-14
Filing date: 2015-05-14
Publication date: 2018-11-29
Also published as: RO131484A2

Description

Invenția se referă la un sistem cu plasmă rece la presiune atmosferică pentru tratarea suporturilor de polimeri naturali și sintetici, prin operații de decontaminare biologică sterilizare, curățire de contaminanți organici slab legați sau funcționalizarea suprafeței (de exemplu: depunerea unui film polimeric protector).The invention relates to a cold plasma system at atmospheric pressure for the treatment of natural and synthetic polymer substrates, through biological decontamination operations, sterilization, cleaning of weakly bound organic contaminants or surface functionalization (for example: deposition of a protective polymeric film).

Suportul din polimeri naturali, cum este cel pe bază de celuloză degradată natural, ce intră în structura documentelor din colecțiile muzeale, depozite de patrimoniu și arhive (manuscrise, corespondență, periodice și alte documente de stocare și transmitere a informației) se poate trata în plasma rece pentru curățire, decontaminare biologică sau protejare prin acoperire cu filme polimerice subțiri.The support of natural polymers, such as the one based on naturally degraded cellulose, which enters the structure of documents from museum collections, heritage repositories and archives (manuscripts, correspondence, periodicals and other documents for storage and transmission of information) can be treated in plasma cold for cleaning, biological decontamination or protection by coating with thin polymeric films.

Tratarea în plasmă rece la presiunea atmosferică de curățire/decontaminare/ conservare prin depunere de filme polimerice în cazul suporturilor papetare fragile s-a dovedit o alternativă promițătoare la multe metode convenționale. Comparativ cu procesele convenționale ce includ tehnici pe bază de temperatură, umiditate, substanțe toxice sau radiații ionizante care pot afecta integritatea materialului tratat și care sunt restrictive în domenii cum este acela al conservării și restaurării obiectelor de patrimoniu, procesarea materialelor cu plasmă rece la presiunea atmosferică în vederea modificării proprietăților de suprafață este neinvazivă, ecologică, economică, păstrând beneficiul menținerii neschimbate a proprietăților în volum. Plasma nu numai produce inactivarea microorganismelor, dar inițiază și îndepărtarea materialului biologic rezidual.Cold plasma treatment at atmospheric pressure of cleaning / decontamination / preservation by deposition of polymeric films in the case of fragile paper supports has proven to be a promising alternative to many conventional methods. Compared to conventional processes that include techniques based on temperature, humidity, toxic substances or ionizing radiation that can affect the integrity of the treated material and are restrictive in areas such as conservation and restoration of heritage objects, processing of cold plasma materials at atmospheric pressure in order to change the surface properties it is non-invasive, ecological, economical, keeping the benefit of maintaining the properties unchanged in volume. Plasma not only causes the inactivation of microorganisms, but also initiates the removal of residual biological material.

Plasma ca formă de gaz ionizat este folosită în numeroase domenii tehnice, pornind de la fabricarea circuitelor integrate pentru microelectronică, aerospațial, auto, ambalarea de produse, medicină, până la diverse tratamente pe suprafață, sau destrucția deșeurilor. În particular, plasma se folosește la tratarea suporturilor organice și anorganice pentru a promova anumite caracteristici, în special pentru: curățire, pretratare, funcționalizare chimică, activare a suprafețelor și chiar a unor componente tridimensionale, acoperire cu filme barieră care să promoveze rezistență, hidrofilie sau hidrofobie, biocompatibilitate, adezivitate sau caracteristici antireflectante.Plasma as a form of ionized gas is used in many technical fields, from the manufacture of integrated circuits for microelectronics, aerospace, automotive, product packaging, medicine, to various surface treatments, or waste destruction. In particular, plasma is used to treat organic and inorganic substrates to promote certain characteristics, in particular for: cleaning, pretreatment, chemical functionalization, activation of surfaces and even three-dimensional components, barrier film coating to promote resistance, hydrophilicity or hydrophobicity, biocompatibility, adhesiveness or antireflective characteristics.

Deși numeroase experimente s-au realizat pe sisteme de producere a plasmei cu vid, prețul ridicat și limitările în realizarea lor tehnică au condus la realizarea unor sisteme mai economice care funcționează la presiunea atmosferică și care nu necesită investiții speciale pentru a crea si a menține vidul. În ultimii ani s-a înregistrat un efort deosebit pentru a dezvolta sisteme capabile să opereze în plasmă rece la presiunea atmosferică, pentru tratarea polimerilor naturali sau sintetici sub formă de filme, folii, hârtie, produse țesute sau nețesute, etc. Folosind o sursă de putere corespunzătoare, inserția unui strat dielectric între electrozi și folosirea unui gaz inert (azot, heliu) sau a unui amestec gazos corespunzător ca mediu pentru plasmă, descărcarea la presiunea atmosferică poate fi generată la temperatură relativ scăzută în regim menajant pentru a nu distruge în masă suportul tratat.Although numerous experiments have been performed on vacuum plasma production systems, the high cost and limitations in their technical performance have led to the development of more economical systems that operate at atmospheric pressure and do not require special investment to create and maintain vacuum. . In recent years, there has been a special effort to develop systems capable of operating in cold plasma at atmospheric pressure, for the treatment of natural or synthetic polymers in the form of films, foils, paper, woven or nonwoven products, etc. Using a suitable power source, the insertion of a dielectric layer between the electrodes and the use of an inert gas (nitrogen, helium) or a suitable gas mixture as a medium for plasma, the discharge at atmospheric pressure can be generated at relatively low temperature in order to does not mass destroy the treated substrate.

Pentru a genera plasma la presiune atmosferică, în literatura de specialitate sunt descrise surse de plasmă în configurație de descărcare corona, descărcare cu barieră dielectrică, jet de plasmă la presiune atmosferică sau plasmă aciformă. Cele mai reprezentative moduri sunt considerate sistemele cu descărcare cu barieră dielectrică - DBD - și jeturile de plasmă la presiune atmosferică cu electrozi bară în contact cu plasma, la putere redusă < 25 W - DBE - ce induc reacții de suprafață prin oxidare și formare de radicali, conducând la modificarea unor proprietăți superficiale (umectabilitate, topografie), sterilizare, îmbunătățirea adeziunii, vopsire și imprimare, rezistență la forfecare.In order to generate plasma at atmospheric pressure, in the literature are described plasma sources in corona discharge configuration, dielectric barrier discharge, atmospheric pressure plasma jet or aciform plasma. The most representative modes are considered dielectric barrier discharge systems - DBD - and plasma jets at atmospheric pressure with bar electrodes in contact with plasma, at low power <25 W - DBE - which induce surface reactions by oxidation and radical formation , leading to changes in surface properties (wettability, topography), sterilization, improved adhesion, painting and printing, shear strength.

Descărcările de tip barieră dielectrică (DBD) se obțin prin separarea a doi electrozi conectați la sursa de înaltă tensiune prin intermediul unuia sau a două straturi de material dielectric (sticlă, ceramică, teflon, material plastic), ce permite evitarea trecerii descărcării la regim de arc electric. Prezența ecranului dielectric în vecinătatea electrozilor schimbă 1 distribuția sarcinilor spațiale în zonă, favorizând descărcările de tip DBD. O astfel de descărcare are particularitatea că asigură, într-un volum de dimensiuni relativ mici, un 3 transfer de energie mare între electrozii alimentați de la sursa de înaltă tensiune și gazul din incintă, printr-un număr mare de canale de plasmă, de ordinul miilor, foarte fine, ce se 5 manifestă simultan și realizează umplerea, totală sau parțială, a spațiului dintre electrozi.Dielectric barrier (DBD) discharges are obtained by separating two electrodes connected to the high voltage source by means of one or two layers of dielectric material (glass, ceramic, Teflon, plastic), which avoids the discharge to electric arc. The presence of the dielectric screen in the vicinity of the electrodes changes the distribution of space loads in the area, favoring DBD type discharges. Such a discharge has the peculiarity that it ensures, in a volume of relatively small dimensions, a 3 high energy transfer between the electrodes supplied from the high voltage source and the gas inside, through a large number of plasma channels, of the order thousands, very fine, which manifests itself simultaneously and achieves the filling, total or partial, of the space between the electrodes.

Descărcările de tip barieră dielectrică, numite și descărcări silențioase (fără scântei), 7 sunt posibile în diferite aranjamente: geometrie cilindrică (înălțime descărcare de aproximativ 1 mm), cu suprafață plană în care ambii electrozi (site metalice) sunt în contact direct cu 9 plăcile dielectrice și descărcarea coplanară în care ambii electrozi sunt încastrați în materialul dielectric. Un tip special de DBD sunt reactoarele pat împachetat în care 11 dielectricul sau capsulele feroelectrice (Al₂ O₃, TiO₂, sau BaTiO3) sunt împachetate între cei doi electrozi. Capsulele pot fi folosite drept catalizator, permițând interacțiunea directă între13 plasmă și catalizator, și conducând la o distribuție uniformă a debitului de gaz de lucru și a plasmei în reactor. Sistemul DBD este intensiv aplicat pentru procese de tratare a suprafeței15 materialelor, în scopul îmbunătățirii udării și adeziunii. În ultimii ani, DBD este investigat pentru aplicații biomedicale, de exemplu: dermatologie.17Dielectric barrier discharges, also called silent discharges (without sparks), 7 are possible in different arrangements: cylindrical geometry (discharge height of about 1 mm), with a flat surface in which both electrodes (metal screens) are in direct contact with 9 dielectric plates and coplanar discharge in which both electrodes are embedded in the dielectric material. A special type of DBD is packaged bed reactors in which the dielectric or ferroelectric capsules (Al ₂ O ₃ , TiO ₂ , or BaTiO3) are packed between the two electrodes. The capsules can be used as a catalyst, allowing direct interaction between the plasma and the catalyst, and leading to a uniform distribution of working gas flow and plasma in the reactor. The DBD system is intensively applied for surface treatment processes15 of materials, in order to improve watering and adhesion. In recent years, DBD is being investigated for biomedical applications, for example: dermatology.17

Construcția sursei cu jet de plasmă de presiune atmosferică (DBE) ce funcționează la puteri reduse (< 25 W) se bazează pe o configurație cu electrozi plan paraleli, din care19 electrodul legat la masă are un orificiu cu rolul de duză, prin care plasma generată iese și expandează în spațiul dintre cei doi electrozi. Un tub extern izolator (cuarț sau ceramică)21 acoperă lateral regiunea descărcării limitate la un capăt de duză. Gazul de lucru alimentează descărcarea prin celălalt capăt al tubului și este ejectat prin duză sub formă de fascicul de 23 plasmă.The construction of the atmospheric pressure plasma jet (DBE) source operating at low powers (<25 W) is based on a configuration with parallel plane electrodes, of which19 the grounded electrode has a hole with the nozzle role, through which the generated plasma it comes out and expands in the space between the two electrodes. An external insulating tube (quartz or ceramic) 21 laterally covers the discharge region limited to one end of the nozzle. The working gas feeds the discharge through the other end of the tube and is ejected through the nozzle in the form of a plasma beam.

Este cunoscută, din cererea de brevet US 5456972 (A), o metodă pentru tratare în 25 plasmă la presiunea atmosferică și un aparat care are la bază o pereche de electrozi sub formă de plăci metalice izolate electric, plasate convenabil la distanța de 5 cm. Electrozii se 27 răcesc cu apă și sunt acoperiți cu un izolator dielectric. Un amplificator de putere de înaltă frecvență de 180 W, 1...5 kV și 1...100 kHz este conectat la electrozi. În spațiul dintre 29 electrozi, în care se realizează descărcarea, se introduce heliu sau argon și se menține presiunea de o atmosferă în timpul tratării materialului pentru realizarea caracteristicilor de 31 udare prestabilite.A method for treating plasma at atmospheric pressure and an apparatus based on a pair of electrodes in the form of electrically insulated metal plates conveniently placed at a distance of 5 cm is known from U.S. Patent Application 5456972 (A). The electrodes are cooled with water and covered with a dielectric insulator. A high frequency power amplifier of 180 W, 1 ... 5 kV and 1 ... 100 kHz is connected to the electrodes. In the space between 29 electrodes, in which the discharge is performed, helium or argon is introduced and the pressure of one atmosphere is maintained during the treatment of the material to achieve the predetermined watering characteristics.

De asemenea, este cunoscut, din brevetul US 6228330 (B1), un aparat pentru 33 decontaminarea și sterilizarea în plasmă la presiune atmosferică a unor materiale și echipamente sensibile, ca cele: electronice, optice, de patrimoniu cultural, din industria 35 alimentară sau din medicină. Aparatul este constituit dintr-o cameră etanșă în care sunt dispuși doi electrozi de formă cilindrică: unul din electrozi este alimentat de la sursa de 37 curent de înaltă frecvență, iar celălalt este dispus coaxial în interiorul primului electrod legat la pământ și cu găuri pe suprafață. O zonă inelară se formează între cei doi electrozi, 39 obiectul de decontaminat sau sterilizat fiind plasat în interiorul celui de-al doilea electrod. Camera de tratare este prevăzută cu mijloace de alimentare cu un amestec de heliu-oxigen 41 și de dirijare către obiectele supuse sterilizării în plasmă, direct în zona inelară, de unde intră în al doilea electrod prin găurile de pe suprafață. Astfel, apare o descărcare uniformă în gaz 43 ca rezultat al tensiunii de înaltă frecvență aplicată primului electrod.It is also known from US Pat. No. 6228330 (B1), an apparatus for 33 decontamination and sterilization in plasma at atmospheric pressure of sensitive materials and equipment, such as: electronic, optical, cultural heritage, food industry or medicine. The device consists of a sealed chamber in which two cylindrical electrodes are arranged: one of the electrodes is supplied from the high frequency current source, and the other is arranged coaxially inside the first electrode connected to ground and with holes on the surface. . An annular zone is formed between the two electrodes, the object to be decontaminated or sterilized being placed inside the second electrode. The treatment chamber is provided with means for feeding a mixture of helium-oxygen 41 and directing it to the objects subjected to plasma sterilization, directly into the annular area, from where it enters the second electrode through the holes on the surface. Thus, a uniform gas discharge 43 occurs as a result of the high frequency voltage applied to the first electrode.

În brevetul US 6441553 (B1), se prezintă un sistem de tratare în plasmă cu 45 descărcare la presiunea atmosferică, în care un strat metalic poros este încorporat în unul dintre electrozi, celălalt electrod fiind acoperit cu un strat dielectric. Gazul este injectat în 47 primul electrod la presiunea atmosferică și difuzează prin stratul poros, formând astfel o descărcare uniformă în plasmă. Filmul de material ce trebuie tratat este expus acțiunii plasmei create între electrozi. Datorită dimensiunii micrometrice a porilor materialului metalic, fiecare por produce un efect de catod tubular care facilitează ionizarea gazului. Ca rezultat, se produce plasma în regim staționar la o frecvență de 60 Hz. Concomitent cu tratarea în plasmă a suportului țintă, se face depunerea din fază gazoasă a unei substanțe amestecate cu gazul purtător și difuzate odată cu acesta prin electrodul poros. Un element de încălzire este folosit pentru menținerea temperaturii electrodului mai sus de temperatura de condensare a substanței și pentru a preveni condensarea acesteia în timpul difuziei. Astfel, tratarea în plasmă și depunerea unui film din vapori se poate realiza concomitent la presiunea atmosferică.U.S. Pat. No. 6,414,553 (B1) discloses a plasma treatment system with atmospheric pressure discharge, wherein a porous metal layer is incorporated into one of the electrodes, the other electrode being coated with a dielectric layer. The gas is injected into the first electrode at atmospheric pressure and diffuses through the porous layer, thus forming a uniform discharge into the plasma. The film of material to be treated is exposed to the action of the plasma created between the electrodes. Due to the micrometric size of the pores of the metallic material, each pore produces a tubular cathode effect that facilitates the ionization of the gas. As a result, plasma is produced in steady state at a frequency of 60 Hz. Simultaneously with the plasma treatment of the target support, a substance mixed with the carrier gas is deposited in the gas phase and diffused with it through the porous electrode. A heating element is used to keep the temperature of the electrode above the condensation temperature of the substance and to prevent it from condensing during diffusion. Thus, plasma treatment and vapor deposition can be performed simultaneously at atmospheric pressure.

De asemenea, în cererea de brevet US 5456942 (A) se descrie un sistem de tratare în plasmă cu descărcare ce operează la presiunea atmosferică, ce constă dintr-o pereche de electrozi plani conectați la sursa de energie de 1...5 kV și 1...100 kHz. Gazul utilizat ca mediu pentru plasmă este injectat în spațiul dintre electrozi, iar suportul ce urmează să fie tratat se plasează între electrozi în descărcare pentru o perioadă de timp determinată.Also disclosed in U.S. Patent Application No. 5456942 (A) is a plasma treatment system with a discharge operating at atmospheric pressure, consisting of a pair of flat electrodes connected to the 1 ... 5 kV power source, and 1 ... 100 kHz. The gas used as the plasma medium is injected into the space between the electrodes, and the support to be treated is placed between the electrodes in the discharge for a specified period of time.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în diversificarea gamei de configurații a sistemelor experimentale aplicate în tehnicile de tratare în plasma rece la presiune atmosferică, în scopul modificării caracteristicilor de suprafață a unor suporturi, cum este cel papetar.The technical problem solved by the invention consists in diversifying the range of configurations of experimental systems applied in cold plasma treatment techniques at atmospheric pressure, in order to modify the surface characteristics of some supports, such as paper.

Sistemul, conform invenției, diversifică gama de sisteme experimentale cu plasmă rece la presiune atmosferică prin aceea că tratamentul se face într-un reactor de plasmă A ce prezintă un capac inferior 1 pe care se susține întreaga instalație constituită dintr-un cadru 3 pe care se prevăd intrarea 3.1 a conductei 5 de alimentare cu gaz inert sau monomer și orificiul 3.2 de fixare a corpului robinetului 6 de reglare a debitului de gaz sau monomer care este divizat prin piesa 7 în T, în camera de lucru a reactorului, o placă superioară 9 pe care este trasată zona de etalare 10 a materialului de tratat și cu două ajutaje 11 de introducere a gazului inert sau a monomerului, o placă 12 pe care se bobinează cablul bifilar 13, tip bandă cu conductori din cupru ale căror capete de început și de sfârșit formează, prin unire, conductorii de nul 14 și de fază 15, ce constituie o înfășurare tip pieptene care va susține descărcarea de înaltă frecvență prin conectarea la generatorul de înaltă tensiune B, direcționată perpendicular pe 3 mm înălțime de către o placă metalică 16 pe partea inferioară a ansamblului, care, împreună cu placa 12, sunt solidare cu capacul 18 rabatabil legat de cadrul 3 prin balamalele 4, și care realizează o semietanșare a camerei de tratament în plasmă rece la presiunea atmosferică.The system, according to the invention, diversifies the range of experimental systems with cold plasma at atmospheric pressure in that the treatment is done in a plasma reactor A having a lower cover 1 on which the whole installation consists of a frame 3 on which provide for the inlet 3.1 of the inert gas or monomer supply line 5 and the hole 3.2 for fixing the valve body 6 for regulating the gas or monomer flow which is divided by the piece 7 into T, in the reactor chamber, an upper plate 9 on which is drawn the display area 10 of the material to be treated and with two nozzles 11 for introducing the inert gas or the monomer, a plate 12 on which the two-wire cable 13 is wound, a strip type with copper conductors whose ends and ends end forms, by joining, the conductors of zero 14 and phase 15, which is a comb-like winding that will support high frequency discharge by connecting to the high voltage generator ne B, directed perpendicularly to a height of 3 mm by a metal plate 16 on the lower part of the assembly, which, together with the plate 12, are integral with the folding cover 18 connected to the frame 3 by the hinges 4, and which makes a half-seal of the chamber cold plasma treatment at atmospheric pressure.

Sistemul conform invenției prezintă următoarele avantaje:The system according to the invention has the following advantages:

- investiția de capital este redusă deoarece sistemul nu necesită instalații complicate și costisitoare pentru asigurarea vidului în vederea procesării suportului papetar;- the capital investment is low because the system does not require complicated and expensive installations to ensure the vacuum in order to process the paper support;

- permite tratarea în prezența de gaz de lucru inert, monomer în fază gazoasă sau amestecuri de gaze, la temperatura ambiantă, fără substanțe toxice;- allows treatment in the presence of inert working gas, gaseous monomer or gas mixtures, at ambient temperature, without toxic substances;

- prin construcția tip pieptene a electrozilor se elimină descărcarea tip corona care ar putea deteriora suportul papetar;- the comb-type construction of the electrodes eliminates the corona-type discharge which could damage the paper support;

- tratamentul afectează superficial suportul, fără alterarea proprietăților de volum;- the treatment superficially affects the support, without altering the volume properties;

- tratamentul distruge legăturile slabe dintre suportul papetar și diferiți agenți de contaminare, și îndepărtează impuritățile reziduale organice superficiale;- the treatment destroys the weak links between the paper support and various contaminants, and removes superficial organic residual impurities;

- tratamentul activează suportul, mărindu-i capacitatea de reacție chimică, de exemplu ancorarea de molecule organice prin grefare;- the treatment activates the support, increasing its chemical reaction capacity, for example the anchoring of organic molecules by grafting;

- tratamentul modifică hidrofilia/hidrofobia suportului papetar;- the treatment modifies the hydrophilicity / hydrophobicity of the paper support;

- tratamentul conduce la acoperirea cu filme subțiri, în funcție de parametrii descărcării și de introducerea unor precursori adecvați în gazul de lucru.- the treatment leads to thin film coating, depending on the discharge parameters and the introduction of suitable precursors in the working gas.

Se dă, în continuare, un exemplu de realizare a invenției, în legătură și cu fig. 1...5 An embodiment of the invention is given below in connection with FIG. 1 ... 5 1 1 care reprezintă which represents - fig. 1, sistem de tratament în plasmă rece la presiune atmosferică cu atmosferă - fig. 1, atmospheric pressure cold plasma treatment system with atmosphere 3 3 controlată: A - controlled: A - reactor de plasmă la presiune atmosferică cu atmosferă controlată; B - plasma atmosphere reactor with controlled atmosphere; B - generator de înaltă tensiune; high voltage generator; 5 5 - fig. 2, - fig. 2, reprezentare schematizată a sistemului schematic representation of the system de tratament în plasmă rece la cold plasma treatment at presiune atmosferică cu atmosferă controlată: A - reactor de plasmă la presiune atmosferică atmospheric pressure with controlled atmosphere: A - plasma reactor at atmospheric pressure 7 7 cu atmosferă controlată; B - generator de înaltă tensiune; a - electrod conductor conectat la with controlled atmosphere; B - high voltage generator; a - conductive electrode connected to fază; b - electrod conductor conectat la nul; c - circuite de legătură; d - electrozi conectați la phase; b - conductive electrode connected to zero; c - connection circuits; d - electrodes connected to 9 9 sursa de înalta tensiune; high voltage source; - fig. 3, - fig. 3, schița de ansamblu a reactorului de plasmă la presiune atmosferică cu overview of the plasma reactor at atmospheric pressure with 11 11 atmosferă controlată; controlled atmosphere; - fig. 4, - fig. 4, schema explodată a reactorului de plasmă la presiune atmosferică cu exploded diagram of the plasma reactor at atmospheric pressure with 13 13 atmosferă controlată; controlled atmosphere; 15 15 Poziția The position Denumire Name Nr. bucăți Nr. in pieces 1 1 Capac inferior din PVC PVC bottom cover 1 1 17 17 2 2 Suport din cauciuc Rubber support 4 4 3 3 Cadru din lemn Wooden frame 1 1 19 19 3.1. 3.1. Intrare conductă alimentare gaze Gas supply pipe inlet 1 1 3.2. 3.2. Orificiu fixare corp robinet Valve mounting hole 1 1 21 21 4 4 Balama Hinge 2 2 5 5 Conducta alimentare gaze Gas supply line 1 1 23 2. 3 6 6 Robinet Water tap 1 1 7 7 Piesă în T din alamă Brass T-piece 1 1 25 25 8 8 Conducta legătură din polipropilenă Polypropylene connecting pipe 2 2 9 9 Placa superioară din aluminiu Aluminum top plate 1 1 27 27 10 10 Zona de etalare material de tratat Material display area to be treated 1 1 11 11 Ajutaj Nozzle 2 2 29 29 12 12 Placă din PVC PVC board 1 1 13 13 Cablu bifilar Two-wire cable 1 1 31 31 14 14 Conductor nul Null conductor 1 1 15 15 Conductor fază Phase conductor 1 1 33 33 16 16 Placă de aluminiu Aluminum plate 1 1 17 17 Piesa de legătură și reglaj Connecting and adjusting piece 4 4 35 35 18 18 Capac rabatabil din plexiglas Plexiglas folding lid 1 1 19 19 Orificiu conexiune electrică pentru fază Phase electrical connection hole 1 1 37 37 20 20 Orificiu conexiune electrică pentru nul Electrical connection hole for zero 1 1 21 21 Mâner Handle 2 2 39 39

- fig. 5, electrozii cu înfășurarea tip pieptene: a - fotografie, și b - reprezentare schematizată.- fig. 5, electrodes with comb-type winding: a - photograph, and b - schematic representation.

Sistemul de tratament în plasmă rece la presiune atmosferică cu atmosferă controlată conform invenției este alcătuit dintr-un reactor de plasmă A la presiune atmosferică cu atmosferă controlată, conectat la un generator de înaltă tensiune B, în sine cunoscut, la care se conectează, prin circuite de legătură, electrozii (de fază și de nul) care realizează descărcarea de înaltă frecvență ce generează atmosfera de plasmă pentru tratarea suportului de polimer natural sau sintetic. Reactorul de plasmă A la presiune atmosferică cu atmosferă controlată prezintă un capac inferior 1 din PVC pe care sunt dispuse patru suporturi 2 de cauciuc care susțin instalația. Deasupra, se dispune cadrul 3 din lemn al reactorului, în care sunt prevăzute intrarea 3.1 a conductei 5 de alimentare cu gaz inert sau cu vapori de monomer și orificiul 3.2 de fixare a corpului robinetului 6 de reglare a debitului de gaz. Pe peretele din spate al cadrului sunt prevăzute două balamale 4 de fixare a capacului superior rabatabil 18. Solidar cu robinetul 6 este o piesă 7 din alamă în formă de T pentru divizarea debitului de gaz sau monomer în conductele de legătură 8, din polipropilenă cu diametrul de 4 mm, care conduc gazul în camera de lucru a reactorului.The controlled atmosphere atmospheric pressure cold plasma treatment system according to the invention consists of a controlled atmosphere atmospheric pressure plasma reactor A, connected to a high voltage generator B, known per se, to which it is connected, by circuits connecting, electrodes (phase and zero) that perform the high frequency discharge that generates the plasma atmosphere for treating the natural or synthetic polymer support. Atmospheric pressure plasma reactor A with controlled atmosphere has a lower cover 1 of PVC on which are arranged four rubber supports 2 that support the installation. Above, there is the wooden frame 3 of the reactor, in which are provided the inlet 3.1 of the inert gas or monomer vapor supply line 5 and the hole 3.2 for fixing the valve body 6 for regulating the gas flow. On the rear wall of the frame are provided two hinges 4 for fixing the folding top cover 18. Solidary with the valve 6 is a piece 7 of T-shaped brass for dividing the gas or monomer flow in the connecting pipes 8, made of polypropylene with a diameter 4 mm, which conduct the gas into the reactor's working chamber.

Pe cadrul 3 se fixează placa superioară 9 din aluminiu pe care este trasată zona de etalare 10 a materialului de tratat în plasmă, de dimensiunea unui format A4 (210 x 297 mm). În peretele plăcii superioare 9 sunt decupate două ajutaje 11 de introducere a gazului inert în camera de lucru a reactorului de plasmă.On the frame 3 is fixed the upper plate 9 of aluminum on which is drawn the display area 10 of the plasma material to be treated, the size of an A4 format (210 x 297 mm). Two nozzles 11 for introducing the inert gas into the working chamber of the plasma reactor are cut in the wall of the upper plate 9.

Deasupra plăcii superioare 9, prin rabatare, se așază o placă 12 din PVC de format 220 x 330 mm pe care se bobinează cablul bifilar 13 de 2 x 2,5 mm, tip bandă cu conductori din cupru izolați cu polietilenă. Firele de legătură nul 14 și fază 15 rezultă prin unirea capetelor de început și de sfârșit pentru cele două fire ale cablului bifilar 13 și constituie o înfășurare tip pieptene care va susține descărcarea de înaltă frecvență prin conectarea la generatorul de înaltă tensiune B. Pe partea superioară a conductorilor bobinați 14, 15 este dispusă o placă 16 metalică de aluminiu cu grosime de 1 mm, pentru direcționarea plasmei aciculare, perpendicular pe partea inferioară a ansamblului (placa 12 și placa 16), pe o înălțime 3 mm. Atât placa 12, cât și placa 16 sunt prevăzute cu 4 piese de legătură și reglaj 17, din oțel inoxidabil, cu diametrul de 4 mm, care le solidarizează la capacul rabatabil 18, din plexiglas cu grosimea de 4 mm, legat de cadrul 3 al reactorului prin intermediul balamalelor 4. Capacul rabatabil 18 realizează o semietanșare a camerei de tratament în plasmă rece la presiunea atmosferică. În peretele capacului 18 sunt decupate un orificiu 19 pentru conexiune electrică pentru fază și un orificiu 20 pentru conexiune electrică pentru nul. Deasupra, capacul 18 este prevăzut cu două mânere 21.Above the upper plate 9, by folding, is placed a PVC plate 12 of 220 x 330 mm format on which the two-wire cable 13 of 2 x 2.5 mm is wound, tape type with copper conductors insulated with polyethylene. The zero connection wire 14 and phase 15 result from joining the start and end ends for the two wires of the two-wire cable 13 and form a comb-like winding that will support high frequency discharge by connecting to the high voltage generator B. On the top of the coiled conductors 14, 15 is arranged a metal plate 16 of aluminum with a thickness of 1 mm, for directing the acicular plasma, perpendicular to the lower part of the assembly (plate 12 and plate 16), on a height of 3 mm. Both the plate 12 and the plate 16 are provided with 4 connecting and adjusting pieces 17, made of stainless steel, with a diameter of 4 mm, which secures them to the hinged lid 18, made of Plexiglas with a thickness of 4 mm, connected to the frame 3 of the of the reactor by means of the hinges 4. The hinged lid 18 achieves a semi-sealing of the cold plasma treatment chamber at atmospheric pressure. In the wall of the cover 18 are cut a hole 19 for electrical connection for the phase and a hole 20 for electrical connection for the null. Above, the cover 18 is provided with two handles 21.

Pentru realizarea tratamentului în condițiile plasmei reci la presiunea atmosferică pe sistemul realizat conform invenției, se urmăresc următoarele faze de lucru:In order to carry out the treatment in cold plasma conditions at atmospheric pressure on the system made according to the invention, the following work phases are followed:

- se etalează suportul din polimer natural (papetar) sau polimer sintetic (film, folie) ce necesită tratament pe placa superioară 9, în zona de etalare 10;- the support is made of natural polymer (paper) or synthetic polymer (film, foil) that requires treatment on the upper plate 9, in the display area 10;

- se închide prin rabatare capacul 18 care este solidar cu placa 12 pe care se bobinează conductorii nul 14 și fază 15;- the cover 18 which is integral with the plate 12 on which the null conductors 14 and phase 15 are wound is closed by folding;

- se creează atmosfera de gaz inert (de exemplu: azot) sau de monomer prin alimentare de la robinetul 6, prin piesa 7 în T și conductele 8;- the atmosphere of inert gas (for example: nitrogen) or monomer is created by feeding from valve 6, part 7 in T and pipes 8;

- se conectează electrozii 14 și 15 la contactele generatorului B și se pornește acesta prin alimentarea la rețea;- the electrodes 14 and 15 are connected to the contacts of generator B and it is started by the mains supply;

- se generează plasma la parametrii prestabiliți, funcție de natura tratamentului (de exemplu: 500 Hz, 16 kV în cazul decontaminării).- plasma is generated at the default parameters, depending on the nature of the treatment (for example: 500 Hz, 16 kV in case of decontamination).

Claims

Revendicări1

1. Experimental system with cold plasma at atmospheric pressure for the treatment of 3 supports of natural and synthetic polymers, characterized in that the operations of decontamination and / or cleaning, projective coating with a polymer of a support, are carried out5 in a plasma reactor ( A) having a lower cover (1) on which the whole system consisting of a frame (3) on which 7 the entrance of the supply pipe (5) is provided (3) is supported by means of rubber supports (2) working inert gas and the hole (3.2) for fixing the valve body (6) for regulating the flow of monomer gas or vapor, which 9 is divided by the part (7) into a T and transmitted through the pipes (8) into the working chamber of the reactor, an upper plate (9) on which is drawn the display area (10) of the material 11 to be treated and with two nozzles (11) for introducing the inert gas or the monomer, a plate (12) on which the cable is wound two-wire (13), strip type with copper conductors, whose 13 start and end ends form, by joining, the null (14) and phase (15) conductors, which constitute a comb-like winding that will support the high frequency discharge by 15 the connection to the high voltage generator (B ), directed perpendicular to a height of 3 mm by a metal plate (16) at the bottom of the assembly, which, together with 17 plate (12), are integral with the hinged cover (18), connected to the frame (3) by hinges (4), and which performs a half-sealing of the cold plasma treatment chamber at 19 atmospheric pressure.

Experimental system with cold plasma at atmospheric pressure for treating 21 natural and synthetic polymer supports as in claim 1, characterized in that, between the material to be treated placed in the display area (10) located on the upper plate (9) and 23 the comb-type electrodes (14, 15) formed by joining the beginning and end ends of the two-wire cable (13), wound on the plate (12) and connected through the holes (19) and (20) in the wall 25 of the hinged cover (18) at the high voltage generator (B), a cold plasma discharge at atmospheric pressure occurs which will initiate according to the predetermined working parameters 27, the cycle of biological decontamination operations - sterilization, cleaning of weakly bound organic contaminants or surface functionalization by deposition of polymeric films. 29