SK51092006A3 - Apparatus and treatment method of wood surfaces, wood fibres and wooden materials - Google Patents
Apparatus and treatment method of wood surfaces, wood fibres and wooden materials Download PDFInfo
- Publication number
- SK51092006A3 SK51092006A3 SK5109-2006A SK51092006A SK51092006A3 SK 51092006 A3 SK51092006 A3 SK 51092006A3 SK 51092006 A SK51092006 A SK 51092006A SK 51092006 A3 SK51092006 A3 SK 51092006A3
- Authority
- SK
- Slovakia
- Prior art keywords
- wood
- plasma
- based materials
- treated
- generated
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
- B05D1/60—Deposition of organic layers from vapour phase
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/2406—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes
- H05H1/2439—Surface discharges, e.g. air flow control
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
- B05D7/06—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to wood
- B05D7/08—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to wood using synthetic lacquers or varnishes
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/2406—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes
- H05H1/2418—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes the electrodes being embedded in the dielectric
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/2406—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes
- H05H1/2437—Multilayer systems
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
- B05D3/14—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by electrical means
- B05D3/141—Plasma treatment
- B05D3/142—Pretreatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
- B05D7/50—Multilayers
- B05D7/52—Two layers
Abstract
Description
7Τ7Τ
Zariadenie a spôsob na povrchovú úpravu dreva, drevených vlákien a materiálov na báze drevaApparatus and method for surface treatment of wood, wood fibers and wood-based materials
Oblasť technikyTechnical field
Vynález sa týka zariadenia a spôsobu na povrchové úpravy dreva, drevených vlákien a materiálov na báze dreva elektrickou plazmou povrchových bariérových elektrických výbojov pri tlakoch blízkych atmosférickému a následných povrchových úpravy takto opracovaných materiálov.The invention relates to an apparatus and method for surface treatment of wood, wood fibers and wood-based materials by electric plasma of surface barrier electrical discharges at pressures close to atmospheric and subsequent surface treatment of the materials so treated.
Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Východiskové drevené materiály ako dosky, dýhy a drevené vlákna veľmi často nemajú povrchové vlastnosti potrebné pre náročné aplikácie. Na zušľachťovanie lacných a ľahko dostupných východzích drevných materiálov na finálne produkty sa preto bežne používajú napr. promotéri adhézie obsahujúce prchavé organické zlúčeniny, surfaktanty a rôzne iné chemikálie. Použitie týchto chemikálií je však často problematické zo zdravotného i environmentálneho hľadiska. Ako dôsledok vznikla trvalá potreba vývoja environmentálne priateľnejších, účinnejších a menej nákladných netradičných metód povrchových úprav dreva.Very often, starting wood materials such as boards, veneers and wood fibers do not have the surface properties needed for demanding applications. Therefore, for the refinement of cheap and readily available starting materials of wood to final products, e.g. adhesion promoters containing volatile organic compounds, surfactants and various other chemicals. However, the use of these chemicals is often problematic in both health and environmental terms. As a result, there has been a continuing need for the development of more environmentally friendly, efficient and less expensive non-traditional methods of wood surface treatment.
Podobne ako v prípade východzích drevených materiálov, často je potrebné zlepšiť povrchové vlastnosti materiálov na báze dreva, ako sú napríklad povrchovo upravené i neupravené, ako i laminované drevené a drevotrieskové dosky, preglejky, dýhy a vrstvy drevených vlákien.As with starting wood materials, it is often necessary to improve the surface properties of wood-based materials, such as surface treated and untreated wood, as well as laminated wood and particle board, plywood, veneer and wood fiber layers.
V ďalšom texte, ako to nebude bližšie špecifikované, budeme pod termínom materiály na báze dreva rozumieť povrchovo upravené i neupravené, ako i laminované drevené a drevotrieskové dosky, preglejky, dýhy a vrstvy drevených vlákien.In the following, as will not be further specified, wood-based materials will be understood to mean surface-treated and untreated wood as well as laminated wood and particle board, plywood, veneer and wood fiber layers.
Aplikácia neizotermickej plazmy je dobre odskúšanou a široko používanou technikou na leptanie a povrchové úpravy v elektronickom priemysle. Neizotermická plazma sa čoraz viac sa používa na úpravy polymérnych povrchov i v leteckom, automobilovom, zdravotníckom, obalovom a textilnom priemysle. Sú známe i rôzne povrchové úpravy materiálov na báze dreva účinkom neizotermickej elektrickej plazmy. Pri generácii neizotermickej plazmy dochádza účinkom silného elektrického poľa k ionizácií molekúl plynu, čím vznikajú elektróny a kladné ióny. Elektróny v silnom elektrickom poli získajú vysokú energiu zodpovedajúcu teplote rádovo až 104Ka pri ich zrážkach s molekulami plynu dochádza k tvorbe chemicky aktívnych častíc a vzbudených molekúl. Teplota pracovného plynu sa pri generácii neizotermickej plazmy významne nezvýši, čiže molekuly plynu nie sú v tepelnej rovnováhe s elektrónmi, takže nedochádza k termickému poškodeniu opracovávaného materiálu na báze dreva.Application of non-isothermal plasma is a well-tried and widely used technique for etching and surface treatment in the electronics industry. Non-isothermal plasma is increasingly used for polymer surface treatment in the aerospace, automotive, medical, packaging and textile industries. Various surface treatments of wood-based materials with non-isothermic electric plasma are also known. In the generation of non-isothermal plasma, the gas molecules ionize under the influence of a strong electric field, producing electrons and positive ions. Electrons in a strong electric field receive a high energy corresponding to a temperature of the order of up to 10 4 Ka, when they collide with gas molecules, chemically active particles and aroused molecules are formed. The temperature of the working gas does not increase significantly during the generation of the non-isothermal plasma, so that the gas molecules are not in thermal equilibrium with the electrons, so that the wood-based workpiece is not thermally damaged.
Nevýhodou bežne dostupných zariadení na povrchové úpravy polymérnych materiálov plazmou je skutočnosť, že pracujú iba pri nízkom tlaku, čo zvyšuje cenu zariadení a náklady, keďže je nevyhnutné používať kapitálovo náročné vákuové zariadenia obsluhované kvalifikovaným personálom. Pri nízkych tlakoch pracovného plynu je tiež prakticky nemožné kontinuálne opracovanie materiálov, čo je zvlášť významné a kritické, keď sa plazma pri nízkom tlaku aplikuje na opracovanie materiálov na báze dreva, ako je uvedené napríklad v Japonských patentoch JP11042611, JP10305410, JP6106508, JP6099409, JP5069417, v Ruskom patente RU2185283, a v F. Denes, L. Nielsen and X. Tu: Improvement of Biobased FiberPlastic Composite Properties Through Cold Plasma Treatments, 1996. Wood-Fiber Plastic Composites, Proceedings No. 7293, Forest Products Research Soc., Madison, Wl., pp 227-234, H. Sabharwal, F. Denes, a L. Nielsen: Free Radical Formation in Lignocellulosics from Argón Plasma Treatment J. Agric. Food Chem. 41 (1993) 2202, a v W.L.E Magalhaes a M.F. de Souza „Solid softwood coated with plasma-polymer for water repellence“ Surface and Coat. Technology 155(2002)11-15 a v A.R. Denes, R.A. Young: “Reduction of weathering degradation of wood through plasma-polymer coating“ Holzforschung 53(1999) 632-640.A disadvantage of currently available plasma surface treatment devices for polymeric materials is that they only operate at low pressure, which increases equipment cost and costs, as it is necessary to use capital intensive vacuum equipment operated by qualified personnel. Continuous machining of materials is also virtually impossible at low working gas pressures, which is particularly important and critical when plasma is applied at low pressure to the treatment of wood-based materials such as disclosed in Japanese patents JP11042611, JP10305410, JP6106508, JP6099409, JP5069417 , in Russian Patent RU2185283, and in F. Denes, L. Nielsen, and X. Here: Improvement of Biobased FiberPlastic Composite Properties Through Cold Plasma Treatments, 1996. Wood-Fiber Plastic Composites, Proceedings No. 5, pp. 7293, Forest Products Research Soc., Madison, Wl., Pp. 227-234, H. Sabharwal, F. Denes, and L. Nielsen: Free Radical Formation in Lignocellulosics from Argon Plasma Treatment J. Agric. Food Chem. 41 (1993) 2202, and in W. L. E. Magalhaes and M.F. de Souza "Solid softwood coated with plasma-polymer for water repellence" Surface and Coat. Technology 155 (2002) 11-15 and in A.R. Denes, R.A. Young: “Reduction of weathering degradation of wood through plasma-polymer coating” Holzforschung 53 (1999) 632-640.
Súčasný trend v priemyselných aplikáciách nízkoteplotnej plazmy je nahradiť opracovanie plazmou vo vákuových systémoch opracovaním plazmou pri atmosférickom tlaku. Ako je uvedené v Nemeckom patente DE 199 578 775 a v Podgorski L., Chevet B., Onic L., Merlin A.: “Modification of wood wettability by plasma and corona treatments“ Inter. Journal of Adhesion and Adhesives (2000)10311, P Rehn , W. Viol : “Dielectric barrier discharge treatments at atmospheric pressure for wood surface modification“ Holz als roh-und werkstoff“ 61(2003)145150, ako i v M. Bente, G. Avramidis, S. Foerster, E. G. Rohwer a W. Viol: „Wood surface modification in dielectric barrier discharges at atmospheric pressure for creating water repellent characteristics“ Holz Roh Werkst 62(2004)157-163 na opracovanie povrchu dreva boli testované plazmové technológie pôvodne navrhnuté na opracovanie polymérnych fólii a podobných materiálov pri atmosférickom tlaku založené na štandardnom objemovom bariérovom výboji alebo zdrojoch plazmy typu „priemyselnej koróny“, kde je opracovávaný materiál vložený medzi elektródy zaradenia, alebo je použitý priamo ako jedna z elektród, pričom prúdočiary posuvného prúdu tečúceho medzi elektródami prechádzajú oboma povrchmi opracovávaného materiálu. Významnou nevýhodou technológie na báze bariérového výboja alebo „priemyselnej koróny“ je veľká spotreba energie, nehomogénne opracovanie povrchu, problém s opracovaním suchých a hrubých materiálov s veľkým elektrickým odporom, bezpečnostné riziko spojené s použitím opracovaného dreveného materiálu ako elektródy výboja, ako i nebezpečenstvo vzniku iskrového výboja v prašnom a vlhkom prostredí bežnom v drevospracujúcom priemysle. Elektródy takýchto zariadení taktiež nie sú bezpečné pri náhodnom dotyku s povrchom ľudského tela.The current trend in industrial low temperature plasma applications is to replace plasma treatment in vacuum systems with plasma treatment at atmospheric pressure. As disclosed in German Patent DE 199 578 775 and in Podgorski L., Chevet B., Onic L., Merlin A .: "Modification of Wood Wettability by Plasma and Corona Treatments" Inter. Journal of Adhesion and Adhesives (2000) 10311, P Rehn, W. Viol: "Dielectric barrier discharge treatment at atmospheric pressure for wood surface modification" Holz als Horn- und Werkstoff "61 (2003) 145150, as well as M. Bente, G Avramidis, S. Foerster, EG Rohwer and W. Viol: "Wood surface modification in dielectric barrier discharges at atmospheric pressure for creating water repellent characteristics" Holz Roh Werkst 62 (2004) 157-163 for surface treatment of wood was tested by plasma technology initially Designed for atmospheric pressure treatment of polymeric films and similar materials based on standard volumetric barrier discharges or plasma sources of 'industrial corona' type, where the material to be treated is sandwiched between the inclusion electrodes or used directly as one of the electrodes, with a displacement current flow flowing between electrodes pass through both surfaces of the workpiece. Significant disadvantages of barrier-based or "industrial corona" technology are high energy consumption, inhomogeneous surface treatment, the problem of treating dry and coarse materials with high electrical resistance, the safety risk associated with the use of treated wood material as a discharge electrode, and the risk of sparking. discharges in dusty and humid environments common in the woodworking industry. Also, the electrodes of such devices are not safe in accidental contact with the surface of the human body.
Spôsob a zariadenie na povrchovú úpravu dreva s použitím zdokonaleného bariérového výboja je opísané v P. Rehn, A. Wolkenhauer, M. Bente, S. Fórster, W. Viol: „Wood surface modification in dielectric barrier discharges at atmospheric pressure“ Surface and Coating Technology, 174-175(2003)515-518, kde je homogenita plazmy a tým i opracovania zlepšená rýchlym prúdením pracovného plynu. I pri tomto spôsobe však elektrický bariérový výboj horí oproti povrchu opracovávaného dreva, takže prúdočiary posuvného prúdu prechádzajú cez oba povrchy opracovaného materiálu, čo spôsobuje problém s opracovaním suchých a hrubých materiálov o veľkom elektrickom odpore. Ďalšou nevýhodou tohoto spôsobu je potreba veľkého prietoku pracovného plynu, čo má za následok jeho veľkú spotrebu i tvorbu veľkého množstva exhalátov. Ďalšou nevýhodou je značná spotreba energie 0,1 kWh na m2 aktivovaného povrchu dreva. Elektródy zariadenia taktiež nie sú bezpečné pri náhodnom dotyku s povrchom ľudského tela.A method and apparatus for treating wood using an improved barrier discharge is described in P. Rehn, A. Wolkenhauer, M. Bente, S. Forster, W. Viol: "Wood surface modification in dielectric barrier discharges at atmospheric pressure" Surface and Coating Technology, 174-175 (2003) 515-518, where the homogeneity of plasma and thus of machining is improved by the rapid flow of working gas. Even in this method, however, the electrical barrier discharge burns against the surface of the treated wood, so that the feed current streams pass through both surfaces of the treated material, causing a problem of machining dry and coarse materials of high electrical resistance. Another disadvantage of this process is the need for a large flow of working gas, which results in a large consumption of gas and in the generation of large amounts of exhaust gas. Another disadvantage is the considerable energy consumption of 0.1 kWh per m 2 of activated wood surface. Also, the device electrodes are not safe when accidentally touching the surface of the human body.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Nedostatky vyššie uvedených spôsobov a zariadení sú odstránené zariadením podľa vynálezu, kde sa povrch materiálu na báze dreva pôsobí tenkou, s výhodou tenšou než 1 mm a hrubšou než 0,05 mm, difúznou vrstvou silne neizotermickej elektrickej plazmy generovanou na časti povrchu dielektrického materiálu, s výhodou keramického materiálu, alebo skla, s výhodou nad povrchom vodivých elektród uložených v tomto dielektrickom materiáli. Plazmou opracovaný povrch sa nachádza v blízkosti, s výhodou vo vzdialenosti väčšej než 0,05 mm a menšej než 1 mm, od povrchu dielektrického materiálu, na ktorom sa generuje tenká vrstva plazmy.The drawbacks of the above methods and apparatuses are overcome by the apparatus of the invention, wherein the surface of the wood-based material is treated with a thin, preferably thinner than 1 mm and thicker than 0.05 mm, diffuse layer of strongly non-isothermic electric plasma generated on the surface portion of the dielectric material. preferably a ceramic material or glass, preferably above the surface of the conductive electrodes embedded in the dielectric material. The plasma treated surface is located near, preferably more than 0.05 mm and less than 1 mm, from the surface of the dielectric material on which the thin plasma layer is generated.
Plazma sa generuje v ľubovolnou pracovnom plyne, s výhodou v pracovnom plyne neobsahujúcom hélium a obsahujúcom molekuly N2, O2, H2O, CO2, halogén uhľovodíkov, alebo pár monomérov. Zariadenie podľa vynálezu môže pracovať v širokom rozsahu tlakov pracovného plynu rádovo od 1 kPa do 1000 kPa, s výhodou pri atmosférickom tlaku a pri rýchlosti prúdenia plynu menšej než 10 m/s.The plasma is generated in any working gas, preferably in the working gas not containing He and containing molecules of N 2, O 2, H 2 O, CO 2, halogen, hydrocarbon, or a few monomers. The device according to the invention can operate over a wide range of working gas pressures of the order of 1 kPa to 1000 kPa, preferably at atmospheric pressure and at a gas flow velocity of less than 10 m / s.
Difúzna plazma sa generuje na povrchu dielektrického materiálu oddeľujúceho elektricky vodivé elektródy zariadenia umiestnené v objeme tohoto dielektrika, v tenkej vrstve s výhodou v oblasti nad vodivými elektródami, pričom vodivé elektródy nie sú v kontakte s plazmou. Medzi elektródy sa privádza striedavé alebo impulzné elektrické napätie o frekvencii 50 Hz až 1 GHz o amplitúde 100 V až 100 kV. Minimálna vzdialenosť elektród na ktoré sa privádza striedavé napätie je menšia než 2 mm a väčšia než 0,05 mm.Diffuse plasma is generated on the surface of the dielectric material separating the electrically conductive electrodes of the device disposed in the volume of the dielectric, preferably in a thin layer above the conductive electrodes, wherein the conductive electrodes are not in contact with the plasma. An alternating or pulsed electrical voltage of 50 Hz to 1 GHz with an amplitude of 100 V to 100 kV is applied between the electrodes. The minimum electrode gap to which the AC voltage is applied is less than 2 mm and greater than 0.05 mm.
Elektródy sú usporiadané tak, že významná časť toku siločiar elektrického poľa, ktorá je väčšia ako 50% veľkosti celkového toku siločiar elektrického poľa medzi elektródami oddelenými vrstvou dielektrického materiálu, ktoré sú napájané striedavým elektrickým napätím, neprechádza cez plazmou opracovávaný povrch materiálu. Pri takomto usporiadaní sú elektródy, na ktoré sa nakladá elektrické napätie za účelom generácie plazmy umiestnené na tej istej strane opracovávaného materiálu, alebo opracovávanej vrstvy drevených vlákien.The electrodes are arranged such that a significant portion of the field field flux that is greater than 50% of the total field field flux between the electrodes separated by a layer of dielectric material that is powered by an alternating electrical voltage does not pass through the plasma treated surface of the material. In such an arrangement, the electrodes on which the electrical voltage is applied to generate the plasma are located on the same side of the workpiece or the wood fiber layer to be treated.
Prekvapujúco bolo zistené, že spôsobom podľa vynálezu je nad povrchom vodivých elektród, uložených opísaným spôsobom v dielektrickom materiáli, možné generovať difúznu plazmu s vysokým objemovým výkonom až rádu 100 W/cm3 vhodnú na rýchle opracovanie povrchu materiálov na báze dreva i pri dobách opracovania rádu 0,1 s až 1 s. Výhodou riešenia podľa vynálezu je, že takúto difúznu plazmu je možné generovať i bez rýchleho prúdenia pracovného plynu a bez použitia pracovného plynu obsahujúceho hélium alebo argón. Prekvapujúco bolo zistené, že homogenita takto generovanej plazmy, na rozdiel od všetkých známych plazmových zariadení doteraz testovaných k vyššie uvedenému účelu, narastá s rastúcim elektrickým výkonom privádzaným do plazmy.Surprisingly, it has been found that by the method according to the invention it is possible to generate a diffusion plasma with a high volumetric power up to the order of 100 W / cm 3 above the surface of the conductive electrodes embedded in the described method in a dielectric material. 0.1 s to 1 s. An advantage of the solution according to the invention is that such a diffusion plasma can be generated even without a rapid flow of the working gas and without using a working gas containing helium or argon. Surprisingly, it has been found that the homogeneity of the plasma thus generated, in contrast to all known plasma devices tested so far for the above purpose, increases with increasing electrical power supplied to the plasma.
Ďalším prekvapujúcim poznatkom je, že difúznosť a homogenita plazmy je vyššia ak sa vo vzdialenosti 0,05 mm až 1 mm, s výhodou pri 0,1 až 0,3 mm, od povrchu dielektrického materiálu, na ktorom sa generuje plazma, nachádza povrch opracovávaného materiálu na báze dreva. Ďalším prekvapujúcim poznatkom je, že takto generovaná plazma je bezpečná pri kontakte s povrchom ľudského tela.Another surprising finding is that the diffusion and homogeneity of the plasma is higher when the surface of the workpiece to be treated is at a distance of 0.05 mm to 1 mm, preferably at 0.1 to 0.3 mm, from the surface of the dielectric material on which the plasma is generated. wood-based material. Another surprising finding is that the plasma thus generated is safe in contact with the surface of the human body.
Prehľad obrázkov na výkresochBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Príklady elektródových systémov podľa vynálezu sú schematicky znázornené na priložených obrázkoch. Na obrázkoch sú zobrazené len elektródové systémy rovinného tvaru.Examples of electrode systems according to the invention are shown schematically in the attached figures. Only planar-shaped electrode systems are shown in the figures.
Obr. 1 predstavuje v reze elektródový systém ako súčasť zariadenia slúžiaceho na plazmové opracovanie povrchu materiálov na báze dreva bez pomocnej elektródy. Opracovávaný materiál sa nachádza vo vzdialenosti maximálne 1 mm od elektródového systému.Fig. 1 is a cross-sectional view of an electrode system as part of an apparatus for plasma treatment of a surface of wood-based materials without an auxiliary electrode. The material to be processed is at most 1 mm from the electrode system.
Obr. 2 zobrazuje súčasť zariadenia slúžiaceho na plazmové opracovanie povrchu materiálov na báze dreva s pomocnou elektródou.Fig. 2 shows a component for plasma treatment of the surface of wood-based materials with an auxiliary electrode.
Príklady uskutočnenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Príklad 1Example 1
Zariadenie a metóda podľa vynálezu boli použité na hydrofilizáciu povrchu dreva za účelom získania vhodných povrchových vlastností pre následné povrchové úpravy napríklad vodou rozpustnými chemikáliami bez použitia surfaktantov.The device and method of the invention have been used to hydrophilize a wood surface in order to obtain suitable surface properties for subsequent surface treatments, for example with water-soluble chemicals without the use of surfactants.
Drevo z borovice bolo 6 hodín sušené v bežnej sušičke pri teplote 100°C. Po vysušení bolo drevo ochladené na izbovú teplotu. Uhol zmáčania povrchu dreva ihneď po aplikovaní kvapky na povrch dreva bol 90°, čiže povrch bol hydrofóbny. Časť vysušených vzoriek bola opracovaná metódou podľa vynálezu v plazme generovanej v laboratórnom vzduchu bez prúdenia vzduchu pri výkone 5 W/cm2 v trvaní 1 s. Povrch vzorky sa nachádzal v strednej vzdialenosti 0,2 mm od povrchu elektródového systému. Na elektródy elektródového systému bolo naložené striedavé napätie o frekvencii 25 kHz a veľkosti “špička-špička” 15 kW. Po expozícií v trvaní 1 s bol uhol zmáčania menší než 5°, čiže povrch vzorky bol dokonale hydrofilný. Spotreba elektrickej energie bola 0,0135 kWh/m2.The pinewood was dried in a conventional dryer at 100 ° C for 6 hours. After drying, the wood was cooled to room temperature. The wetting angle of the wood surface immediately after application of the drop onto the wood surface was 90 °, i.e. the surface was hydrophobic. A portion of the dried samples was treated by the method of the invention in plasma generated in laboratory air without air flow at a power of 5 W / cm 2 for 1 s. The sample surface was located at a mean distance of 0.2 mm from the surface of the electrode system. The electrodes of the electrode system were loaded with an alternating voltage of 25 kHz and a peak-to-peak voltage of 15 kW. After exposure for 1 s, the wetting angle was less than 5 ° so that the sample surface was perfectly hydrophilic. The electricity consumption was 0.0135 kWh / m 2 .
Príklad 2Example 2
Zariadenie a metóda podľa vynálezu boli použité na zlepšenie adhéznych vlastností povrchu dreva.The device and method of the invention have been used to improve the adhesion properties of the wood surface.
Na vzorky dreva z borovice vysušenej ako v Príklade 1, bolo valčekom nanesené fenolformaldehydové lepidlo Chembond® CB 303 v množstve 200 g/m2. Po jednej minúte boli vzorka lepené v laboratórnom lise pri 200°C and tlaku 2 N/mm2 v trvaní 12 min. Po zlepení bola výsledná vzorka uskladnená 1 deň pri izbovej teplote v laboratórnom vzduchu. Adhézna pevnosť vzorky zmeraná metódou ASTM D3433 1997 ako energia potrebná na vytvorenie dvoch nových povrchov odtrhnutím zlepených častí bola 52 J/m2 Chembond® CB 303 phenol-formaldehyde adhesive was applied to the samples of pine wood dried as in Example 1 at a rate of 200 g / m 2 . After one minute, the samples were glued in a laboratory press at 200 ° C and a pressure of 2 N / mm 2 for 12 minutes. After gluing, the resulting sample was stored at room temperature in room air for 1 day. The adhesive strength of the sample measured by ASTM D3433 1997 as the energy required to create two new surfaces by tearing off the bonded parts was 52 J / m 2
Vysušené vzorky dreva boli opracované plazmou spôsobom opísaným v Príklade 1 a testované na adhéznu pevnosť rovnako ako je vyššie uvedené pre neopracované vzorky. Aktivácia plazmou mala za následok 158%-né zvýšenie adhéznej pevnosti.The dried wood samples were plasma treated as described in Example 1 and tested for adhesion strength as above for untreated samples. Plasma activation resulted in a 158% increase in adhesion strength.
Príklad 3Example 3
Zariadenie a metóda podľa vynálezu boli použité na hydrofobizáciu povrchu dreva metódou plazmovej polymerizácie.The apparatus and method of the invention have been used to hydrophobize a wood surface by a plasma polymerization method.
Doska z topoľového dreva o rozmeroch 21 cm x 50 cm x 5 cm bola sušená 24 hodín pri teplote 75°C a obrúsená jemným 150 grid brusným papierom. Povrch takéhoto materiálu bol silne hydrofilný, keďže kvapka vody bola materiálom absorbovaná v čase menšom než 1 s.The 21 cm x 50 cm x 5 cm poplar wood board was dried for 24 hours at 75 ° C and sanded with fine 150 grid sandpaper. The surface of such a material was highly hydrophilic since a drop of water was absorbed by the material in less than 1 second.
Doska bola povrchovo opracovaná v plazme generovanej pri atmosférickom tlaku v zmesi N2 + 4% hexamethyldisiloxanu (HMDSO). Povrch vzorky sa nachádzal v strednej vzdialenosti 0,35 mm od povrchu elektródového systému. Na elektródy elektródového systému bolo naložené striedavé napätie o frekvencii 50 kHz a veľkosti “špička-špička” 15 kW. Rýchlosť prúdenia pracovného plynu nad povrchom vzorky bola asi 2m/s, plošný výkon 7 W/cm2 a doba expozície 30 s. Pri takomto opracovaní sa na povrchu dreva plazmovou polymerizáciou utvorila silne hydrofilné polymérny vrstva o povrchovej energii 15 mJ/m2.The plate was surface treated in plasma generated at atmospheric pressure in a mixture of N 2 + 4% hexamethyldisiloxane (HMDSO). The sample surface was located at a mean distance of 0.35 mm from the surface of the electrode system. The electrodes of the electrode system were loaded with an alternating voltage of 50 kHz and a peak-to-peak voltage of 15 kW. The working gas flow rate above the sample surface was about 2 m / s, the area power was 7 W / cm 2, and the exposure time was 30 s. In this treatment, a highly hydrophilic polymer layer having a surface energy of 15 mJ / m 2 was formed on the wood surface by plasma polymerization.
Príklad 4Example 4
Zariadenie a metóda podľa vynálezu boli použité na aktiváciu povrchu dreva pred nasledovný očkovaním absorbérom ultrafialového žiarenia z roztoku.The device and method of the invention were used to activate the wood surface prior to subsequent inoculation with a UV absorber from the solution.
Vzorky z borovicového dreva boli aktivované v plazme spôsobom opísaným v Príklade 1. Bol pripravený 5%-ný roztok 2-Hydroxy-4-(2,3epoxypropoxy)benzophenone v etanole a vo forme aerosólu bol nanesený na povrch plazmou aktivovaných a plazmou neaktivovaných vzoriek. Po vysušení boli vzorky analyzované metódou FTIR-PAS. Bolo zistené, že HEPBP sa kovalentne naviazal na hydroxylové skupiny a voľné radikály vytvorené plazmovou aktiváciou. Na plazmou neaktivovaných vzorkách takáto žiadúca väzba nebola zistená.Pine wood samples were activated in plasma as described in Example 1. A 5% solution of 2-Hydroxy-4- (2,3-epoxypropoxy) benzophenone in ethanol was prepared and sprayed onto the surface of plasma-activated and non-plasma-activated samples. After drying, the samples were analyzed by FTIR-PAS. HEPBP was found to be covalently bound to hydroxyl groups and free radicals generated by plasma activation. Such desirable binding was not detected on plasma non-activated samples.
Príklad 5Example 5
Zariadenie a metóda podľa vynálezu boli použité na aktiváciu povrchu dreva pred nasledovnou acetyláciou z pár acetanhydridu.The device and method of the invention were used to activate the wood surface prior to subsequent acetylation from acetic anhydride vapors.
Vzorky z borovicového dreva o rozmeroch 21 cm x 10 cm a hrúbke 0.5 cm boli aktivované vplazme spôsobom opísaným v Príklade 1. Následne boli plazmou aktivované a neaktivované vzorky pri teplote 120°C vystavené 2 hodiny pôsobeniu nasýtených pár acetanhydridu.Pine wood samples of 21 cm x 10 cm and 0.5 cm thickness were plasma-activated as described in Example 1. Subsequently, plasma-activated and non-activated samples at 120 ° C were exposed to saturated acetic anhydride vapor for 2 hours.
Príklad 6Example 6
Zariadenie a metóda podľa vynálezu boli použité na zvýšenie účinnosti a stálosti hydrofóbnej úpravy povrchu dreva.The apparatus and method of the invention have been used to increase the efficiency and stability of the hydrophobic treatment of the wood surface.
Vysušené vzorky borovicového dreva boli na 10 minút ponorené do 0,5 mol.dm'3 roztoku chlorotrimethylsilanu (Merck) v chloroforme. Následne boli opláchnuté v chloroforme a osušené prúdom vzduchu. Časť takto silanizovaných vzoriek bola opracovaná spôsobom podľa vynálezu v plazme generovanej v zmesi dusíka s nasýtenými parami vody pri výkone 5 W/cm2 v trvaní 2 s. Po 12 hodinách boli zmerané uhly zmáčania plazmou upravených vzoriek a plazmou neexponovaných vzoriek. Uhol zmáčania plazmou upravených vzoriek bol 105° a plazmu neupravených vzoriek 83°, čiže plazmou upravené vzorky boli hydrofóbnejšie. Plazmou upravené vzorky tiež vykazovali zvýšenú odolnosť hydrofóbnej úpravy voči starnutiu a biogegradácií.The dried pinewood samples were immersed for 10 minutes in a 0.5 mol.dm < 3 > solution of chlorotrimethylsilane (Merck) in chloroform. They were then rinsed in chloroform and air-dried. A portion of the silanized samples were treated according to the invention in plasma generated in a mixture of nitrogen with saturated water vapors at a power of 5 W / cm 2 for 2 s. After 12 hours, the wetting angles of the plasma treated samples and the plasma unexposed samples were measured. The wetting angle of the plasma-treated samples was 105 ° and the plasma of the untreated samples was 83 °, thus the plasma-treated samples were more hydrophobic. Plasma treated samples also showed increased resistance to hydrophobic treatment against aging and biogegradation.
Príklad 7Example 7
Zariadenie a metóda podľa vynálezu boli použité na zlepšenie impregnácie dreva melamínovou živicou.The device and method of the invention have been used to improve the impregnation of wood with melamine resin.
S pomocou ultrazvuku bol pripravený nasýtený vodný roztok melamínovej Z jedľového dreva boli pripravené vzorky o rozmeroch 5 cm x 10 cm x 0.5 cm a na jednom povrchu opracované plazmou generovanou zmesi dusíka s nasýtenými parami vody pri výkone 5 W/cm2 v trvaní 3 s. Po opracovaní boli za laboratórnej teploty na 6 hodín ponorené do roztoku melamínovej živice. Vzorky boli opláchnuté v destilovanej vode a sušené 3 dni pri laboratórnych podmienkach. Následne boli vzorky boli tepelne upravené 10 minút pri teplote 180°C. UV spektroskopiou na vlnovej dĺžke 240 nm bola určená povrchová koncentrácia melamínu. V plazmou upravených vzorkách bola zistená koncentrácia melamínu zvýšená o 250%.A saturated aqueous melamine solution was prepared by ultrasonication. Fir trees were sampled at 5 cm x 10 cm x 0.5 cm and treated on one surface with a plasma generated nitrogen-saturated water vapor mixture at 5 W / cm 2 for 3 s. After treatment, they were immersed in a melamine resin solution for 6 hours at room temperature. The samples were rinsed in distilled water and dried for 3 days under laboratory conditions. Subsequently, the samples were heat treated for 10 minutes at 180 ° C. The surface concentration of melamine was determined by UV spectroscopy at a wavelength of 240 nm. In plasma treated samples, the melamine concentration was increased by 250%.
Claims (12)
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SK5109-2006A SK51092006A3 (en) | 2006-12-05 | 2006-12-05 | Apparatus and treatment method of wood surfaces, wood fibres and wooden materials |
PCT/SK2007/050022 WO2008085139A1 (en) | 2006-12-05 | 2007-12-04 | Apparatus and method for treatment of wood, wood fibres and wood-based materials |
EP07861188A EP2095694A1 (en) | 2006-12-05 | 2007-12-04 | Apparatus and method for treatment of wood, wood fibres and wood-based materials |
FI20100489U FI9072U1 (en) | 2006-12-05 | 2010-11-16 | Plant for surface treatment of wood, wood fibers and wood-based materials |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SK5109-2006A SK51092006A3 (en) | 2006-12-05 | 2006-12-05 | Apparatus and treatment method of wood surfaces, wood fibres and wooden materials |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SK51092006A3 true SK51092006A3 (en) | 2008-08-05 |
Family
ID=39111637
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SK5109-2006A SK51092006A3 (en) | 2006-12-05 | 2006-12-05 | Apparatus and treatment method of wood surfaces, wood fibres and wooden materials |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP2095694A1 (en) |
FI (1) | FI9072U1 (en) |
SK (1) | SK51092006A3 (en) |
WO (1) | WO2008085139A1 (en) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2945978A1 (en) * | 2009-05-27 | 2010-12-03 | Pierre Herve | Wood treatment process for industrial application, involves performing exposure of ionization of specific kilograys out of specific kg of wood with moisture of specific percent at exposure time for specific kg of wood |
PL2488690T3 (en) * | 2009-10-16 | 2015-02-27 | Tonak A S | Method for improving felting properties of animal fibres by plasma treatment |
CN102259364A (en) * | 2010-05-26 | 2011-11-30 | 朱斌 | Wood drying and modification method |
CN101941224B (en) * | 2010-08-30 | 2013-09-18 | 南京林业大学 | Method for improving bonding performance of woody single plate by utilizing normal pressure cold plasma |
CN107009478A (en) * | 2016-01-28 | 2017-08-04 | 东北林业大学 | One kind is in corona treatment wood-fibred reinforcing fiber board interface bonding capacity method |
CN112045807B (en) * | 2020-09-15 | 2021-04-06 | 清华大学 | Equipment and method for wood fire prevention treatment |
CN112060249B (en) * | 2020-09-15 | 2021-03-16 | 清华大学 | Wood preservative treatment equipment and method |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SK6292001A3 (en) * | 2001-05-04 | 2002-11-06 | Mirko Cernak | Method and device for the treatment of textile materials |
SK732005A3 (en) * | 2005-06-17 | 2007-01-04 | Matador A.S. | Method of arrangement fabric bracing materials, with a view to increase adhesion into rubber mixture |
EP1741826A1 (en) * | 2005-07-08 | 2007-01-10 | Nederlandse Organisatie voor Toegepast-Natuuurwetenschappelijk Onderzoek TNO | Method for depositing a polymer layer containing nanomaterial on a substrate material and apparatus |
-
2006
- 2006-12-05 SK SK5109-2006A patent/SK51092006A3/en not_active Application Discontinuation
-
2007
- 2007-12-04 EP EP07861188A patent/EP2095694A1/en not_active Withdrawn
- 2007-12-04 WO PCT/SK2007/050022 patent/WO2008085139A1/en active Application Filing
-
2010
- 2010-11-16 FI FI20100489U patent/FI9072U1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FIU20100489U0 (en) | 2010-11-16 |
FI9072U1 (en) | 2011-01-28 |
EP2095694A1 (en) | 2009-09-02 |
WO2008085139A1 (en) | 2008-07-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
SK51092006A3 (en) | Apparatus and treatment method of wood surfaces, wood fibres and wooden materials | |
Žigon et al. | Dielectric barrier discharge (DBD) plasma pretreatment of lignocellulosic materials in air at atmospheric pressure for their improved wettability: a literature review | |
US6706320B2 (en) | Method for surface engineering | |
WO2008068154B1 (en) | Changing surface properties by functionalized nanoparticles | |
Petric | Surface modification of wood: A critical review | |
EP3088451B1 (en) | Plasma assisted hydrophilicity enhancement of polymer materials | |
Hünnekens et al. | Plasma treatment of wood–polymer composites: A comparison of three different discharge types and their effect on surface properties | |
Yousefi et al. | Investigation of glow discharge plasma for surface modification of polypropylene | |
Žigon et al. | Enhancement of strength of adhesive bond between wood and metal using atmospheric plasma treatment | |
Avramidis et al. | Accelerated curing of PVAc adhesive on plasma-treated wood veneers | |
FI123827B (en) | Priming and coating process | |
Wheale et al. | Chemical reaction pathways at the plasma− polymer interface | |
US20040115354A1 (en) | Apparatus for surface engineering | |
JABLONSKÝ et al. | Modification of wood wettability (European beech) by diffuse coplanar surface barrier discharge plasma | |
Perisse et al. | MDF treatment with a Dielectric Barrier Discharge (DBD) torch | |
Bhatnagar et al. | Physico-chemical characteristics of high performance polymer modified by low and atmospheric pressure plasma | |
SK500842010U1 (en) | Device and method for surface treatment of wood, wood fiber and wood-based materials | |
Carlsson et al. | Adhesion between plasma‐treated cellulosic materials and polyethylene | |
Cho et al. | Improvement of paint adhesion to a polypropylene bumper by plasma treatment | |
WO2016146498A1 (en) | Low-temperature plasma treatment | |
EP2589438A1 (en) | Plasma surface activation method and resulting object | |
Denes et al. | 16 Plasma Treatment of Wood | |
Tang et al. | Surface characterization of plasma-modified poplar veneer: dynamic wettability | |
Novák et al. | Effect of barrier plasma pre-treatment on polyester films and their adhesive properties on oak wood | |
Ráhel et al. | Wood surfaces: plasma activation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FC9A | Refused patent application |