PL205195B1 - Sposób obróbki drewna podatnego na uszkodzenia oraz wyrób z takiego drewna - Google Patents
Sposób obróbki drewna podatnego na uszkodzenia oraz wyrób z takiego drewnaInfo
- Publication number
- PL205195B1 PL205195B1 PL374187A PL37418703A PL205195B1 PL 205195 B1 PL205195 B1 PL 205195B1 PL 374187 A PL374187 A PL 374187A PL 37418703 A PL37418703 A PL 37418703A PL 205195 B1 PL205195 B1 PL 205195B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- wood
- pressure
- temperature
- mpa
- treatment
- Prior art date
Links
- 239000002023 wood Substances 0.000 title claims abstract description 175
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 73
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 59
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 35
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 27
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 53
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 27
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 241000894007 species Species 0.000 claims description 19
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 15
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims description 14
- 241000218657 Picea Species 0.000 claims description 12
- 239000010875 treated wood Substances 0.000 claims description 10
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 9
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 241000218638 Thuja plicata Species 0.000 claims description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 238000010186 staining Methods 0.000 claims description 3
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 13
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 12
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 11
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 6
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 6
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 239000003139 biocide Substances 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical class N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 1
- 239000006184 cosolvent Substances 0.000 description 1
- 230000006837 decompression Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000000417 fungicide Substances 0.000 description 1
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002917 insecticide Substances 0.000 description 1
- 231100000053 low toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 239000005445 natural material Substances 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 239000003755 preservative agent Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 208000024891 symptom Diseases 0.000 description 1
- 150000003505 terpenes Chemical class 0.000 description 1
- 235000007586 terpenes Nutrition 0.000 description 1
- 231100000167 toxic agent Toxicity 0.000 description 1
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F26—DRYING
- F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
- F26B21/00—Arrangements or duct systems, e.g. in combination with pallet boxes, for supplying and controlling air or gases for drying solid materials or objects
- F26B21/14—Arrangements or duct systems, e.g. in combination with pallet boxes, for supplying and controlling air or gases for drying solid materials or objects using gases or vapours other than air or steam, e.g. inert gases
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D11/00—Solvent extraction
- B01D11/02—Solvent extraction of solids
- B01D11/0203—Solvent extraction of solids with a supercritical fluid
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D11/00—Solvent extraction
- B01D11/02—Solvent extraction of solids
- B01D11/0215—Solid material in other stationary receptacles
- B01D11/0219—Fixed bed of solid material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
- B27K—PROCESSES, APPARATUS OR SELECTION OF SUBSTANCES FOR IMPREGNATING, STAINING, DYEING, BLEACHING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS, OR TREATING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS WITH PERMEANT LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CHEMICAL OR PHYSICAL TREATMENT OF CORK, CANE, REED, STRAW OR SIMILAR MATERIALS
- B27K3/00—Impregnating wood, e.g. impregnation pretreatment, for example puncturing; Wood impregnation aids not directly involved in the impregnation process
- B27K3/02—Processes; Apparatus
- B27K3/08—Impregnating by pressure, e.g. vacuum impregnation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
- B27K—PROCESSES, APPARATUS OR SELECTION OF SUBSTANCES FOR IMPREGNATING, STAINING, DYEING, BLEACHING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS, OR TREATING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS WITH PERMEANT LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CHEMICAL OR PHYSICAL TREATMENT OF CORK, CANE, REED, STRAW OR SIMILAR MATERIALS
- B27K5/00—Treating of wood not provided for in groups B27K1/00, B27K3/00
- B27K5/007—Treating of wood not provided for in groups B27K1/00, B27K3/00 using pressure
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F26—DRYING
- F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
- F26B2210/00—Drying processes and machines for solid objects characterised by the specific requirements of the drying good
- F26B2210/16—Wood, e.g. lumber, timber
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/31504—Composite [nonstructural laminate]
- Y10T428/31971—Of carbohydrate
- Y10T428/31989—Of wood
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Forests & Forestry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical And Physical Treatments For Wood And The Like (AREA)
Description
Przedmiotem wynalazku jest sposób obróbki drewna podatnego na uszkodzenia mającego długość powyżej długości krytycznej z użyciem płynu nośnego oraz wyrób z takiego drewna.
Płyny nośne pod wysokim ciśnieniem, tak jak w warunkach nadkrytycznych, są coraz częściej wykorzystywane w procesach obróbki drewna w celu impregnacji lub ekstrakcji. Płyny pod wysokim ciśnieniem mają właściwości podobne częściowo zarówno do gazów, jak i cieczy. Tak więc właściwości penetracyjne płynów nadkrytycznych są podobne do właściwości gazów, natomiast rozpuszczalność jest podobna do cieczy.
Ditlenek węgla jest bardzo atrakcyjnym związkiem do używania jako nadkrytyczny czynnik do obróbki drewna z uwagi na dogodny punkt krytyczny (31°C, 7,3 MPa), niską reakcyjność chemiczną oraz małą toksyczność. Dodatkowo ditlenek węgla jest dostępny w dużych ilościach po relatywnie niskich kosztach.
Artykuł Morrella i Leviena pt. „Development of New Treatment Processes for Wood Protection” raport z konferencji „Conference on Wood Preservation in the'90 and Beyond” Savannah, Georgia, USA, 26-28 września 1994 r., zajmuje się impregnacją gatunków drewna normalnie odpornych na impregnację, przy użyciu nadkrytycznego ditlenku węgla do dostarczenia i osadzenia biocydów w tym drewnie. W referacie opisano eksperymenty, w których 100-milimetrowe bądź mniejsze próbki drewna poddano impregnacji.
Opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki US 5364475 ujawnia sposób usuwania chemicznych konserwantów przez ekstrakcję z użyciem nadkrytycznego ditlenku węgla jako czynnika ekstrakcyjnego i próbek drewna o wymiarach 10 x 50 mm.
W międzynarodowej publikacji nr WO 00/27601 ujawniono impregnację drewna z użyciem nadkrytycznego ditlenku węgla, gdzie po obróbce ciśnienie obniża się w pulsujący sposób w celu uniknięcia bądź zmniejszenia wypacania na powierzchnię drewna.
W literaturze moż na znaleźć informacje o zmianie wł a ś ciwoś ci mechanicznych próbek drewna obrabianych w nadkrytycznych warunkach.
W publikacji Andersona i inni 2000 r., Forest Products Journal, 50, str. 85-93, opisano, iż wł aściwości mechaniczne są naruszone przez obróbkę nadkrytyczną. Zachodni czerwony cedr wykazuje zmniejszenie wytrzymałości na zginanie aż do 23,1%, a modułu elastyczności aż do 13,7%. Ponadto opisano, że niektóre próbki wykazywały zasadnicze wady obróbki i uległy rozszczepieniu na setki długich, wiotkich kawałków drewna. Ponadto opisano istnienie zależności między wielkością próbek a uszkodzeniami drewna, przy czym wię ksze próbki ulegał y większym uszkodzeniom niż mniejsze. Rzekomo zaobserwowane uszkodzenia były spowodowane przez gradienty ciśnienia wewnątrz drewna.
Celem niniejszego wynalazku jest dostarczenie sposobu obróbki drewna podatnego na uszkodzenie pod wysokim ciśnieniem, jak na przykład w warunkach nadkrytycznych, w którym unika się uszkodzeń bądź są one zmniejszone. W szczególnie korzystnej postaci wykonania obrabiane drewno ma długość powyżej długości krytycznej.
Zauważono, że gdy długość próbek drewna wzrasta, istnieje pewna długość, od której zakres występowania uszkodzeń drewna gwałtownie wzrasta. Długość tę w tym zgłoszeniu zdefiniowano jako długość krytyczną.
Wynalazek oparto na spostrzeżeniu, iż płyny, odpowiednie do obróbki pod wysokim ciśnieniem, a w szczególności obróbki w warunkach nadkrytycznych, w stanie ciekłym mają znacznie niż szą wnikliwość niż w stanie gazowym bądź w stanie nadkrytycznym, można więc stwierdzić, iż płyn w stanie ciekłym zostaje uwięziony wewnątrz drewna i powoduje formowanie nadmiernych gradientów ciśnienia, które mogą prowadzić do uszkodzenia drewna.
Alternatywnie zagęszczona ciecz może doznać znaczącej zmiany objętości, jeśli temperatura wzrośnie później podczas cyklu pod ciśnieniem. W następstwie może to również powodować znaczące gradienty ciśnienia i prowadzić do uszkodzeń.
Ponadto zauważono, że gdy temperatura drewna przekracza temperaturę uplastyczniania, drewno staje się podatne na uszkodzenia, nawet przez niewielkie gradienty ciśnienia.
Zatem, jednym celem wynalazku jest dostarczenie procesu obróbki drewna z użyciem czynnika nośnego pod wysokim ciśnieniem, w szczególności w warunkach nadkrytycznych, unikając uszkadzania obrabianego drewna.
Innym celem wynalazku jest dostarczenie sposobu określenia odpowiedniego przebiegu zwiększania i zmniejszania ciśnienia w obróbce drewna.
PL 205 195 B1
Dalszym celem wynalazku jest dostarczenie sposobu zmniejszania ciśnienia w komorze obróbki w obróbce drewna, z uż yciem ditlenku wę gla w stanie nadkrytycznym, w celu uniknię cia uszkodzenia drewna.
Zgodny z wynalazkiem sposób obróbki drewna podatnego na uszkodzenia mającego długość powyżej długości krytycznej z użyciem płynu nośnego, mającego punkt krytyczny w temperaturze 20 - 50°C i ciśnieniu 0,5 - 10 MPa, przy ciśnieniu co najmniej 2 MPa i w temperaturze poniżej 65°C, charakteryzuje się tym, że steruje się temperaturą z utrzymaniem wewnątrz drewna płynu w postaci nieciekłej.
Korzystnie, obróbkę wybiera się spośród impregnacji, ekstrakcji, bejcowania albo suszenia.
Zgodnie ze sposobem korzystnie a) załadowuje się naczynie drewnem przeznaczonym do obróbki; b) zwiększa się ciśnienie w naczyniu za pomocą płynu nośnego, aż do osiągnięcia ciśnienia obróbki; c) przetrzymuje się drewno pod stałym ciśnieniem albo pod ciśnieniem zmieniającym się w mał ym stopniu; d) zmniejsza się ciś nienie w naczyniu do ciśnienia otoczenia, co poprzedza wyjęcie obrabianego drewna.
Korzystnie, obróbkę stanowi impregnacja, a w etapie a) albo b) dodaje się do układu aktywne komponenty.
Korzystnie, obróbkę prowadzi się co najmniej częściowo w stanie nadkrytycznym.
Korzystnie, w etapie c) ciśnienie nadkrytyczne obróbki wynosi 8,5 - 30 MPa, korzystnie 10 - 20 MPa, korzystniej 12 - 17 MPa i najkorzystniej 14 - 16 MPa.
Korzystnie, temperatura płynu nośnego w drewnie wynosi powyżej 10°C, korzystnie powyżej 20°C, korzystnie powyżej 25°C, korzystnie powyżej 30°C, korzystniej powyżej 32,5°C i najkorzystniej powyżej 35°C.
Korzystnie, w etapie b) i d) temperatura płynu nośnego w drewnie wynosi 25 - 65°C, korzystnie 31 - 55°C, przy ciśnieniu wyższym niż 3 MPa.
Korzystnie, temperatura drewna w trakcie etapu b) jest niższa od temperatury uplastyczniania drewna.
Korzystnie, temperatura w trakcie etapu b) i d) jest niższa od 65°C, korzystnie niższa od 60°C, korzystnie niższa od 55°C, korzystniej niższa od 50°C i najkorzystniej niższa od 45°C.
Korzystnie, płyn nośny stanowi ditlenek węgla.
Korzystnie, w trakcie etapu d) odprowadza się ciepło.
Korzystnie, w trakcie etapu b) dodaje się ciepło.
Korzystnie, drewno podatne na uszkodzenia wybiera się spośród odpornych gatunków drewna.
Korzystnie, drewno podatne na uszkodzenia wybiera się spośród świerku, świerku Engelmana i zachodniego czerwonego cedru.
Korzystnie, w trakcie etapu c) temperaturę podnosi się powyżej temperatury uplastyczniania.
Korzystnie, w trakcie etapu d) temperatura jest wyższa niż temperatura uplastyczniania, przy ciśnieniu wyższym niż 3 MPa.
Korzystnie, w trakcie etapu d) temperatura jest wyższa niż 45°C, korzystnie wyższa niż 50°C, korzystnie wyższa niż 55°C, korzystniej wyższa niż 60°C, przy ciśnieniu wyższym niż 3 MPa.
Korzystnie, zmniejszenie ciśnienia dokonuje się poprzez następujące etapy:
i) usuwa się płyn z naczynia, aż do osiągnięcia ciśnienia i temperatury odpowiadających stanowi nadkrytycznemu, lecz poniżej warunków początkowych;
ii) dodaje się płyn i/lub ciepło, aż osiągnie się ciśnienie niższe od ciśnienia początkowego w etapie i);
iii) powtarza się etap i) i ii) raz albo więcej razy;
iv) gdy ciśnienie jest dostatecznie niskie, obniża się ciśnienie do w przybliżeniu ciśnienia atmosferycznego i wyjmuje się obrobione drewno.
Korzystnie, jako drewno stosuje się świerk, przy czym podczas procesu temperatura jest wyższa niż 31°C, a podczas zwiększania i zmniejszania ciśnienia niższa niż 55°C.
Korzystnie, ustanawia się warunki obróbki drewna podatnego na uszkodzenia o długości większej od długości krytycznej, z płynem nadkrytycznym, przy czym pewną liczbę próbek poddaje się zwiększaniu ciśnienia z użyciem płynu nośnego, poddaje się zmniejszaniu ciśnienia, a następnie sprawdza pod kątem uszkodzeń.
Korzystnie, próbki poddaje się zwiększaniu ciśnienia do 15 MPa z użyciem ditlenku węgla przy 35°C i poddaje się zmniejszaniu ciśnienia przez 30 min.
PL 205 195 B1
Korzystnie, temperatura drewna podczas zwiększania i zmniejszania ciśnienia jest niższa od temperatury uplastyczniania drewna.
Powyższy sposób znajduje zastosowanie w obróbce wyrobów z drewna podatnego na uszkodzenia mającego długość powyżej długości krytycznej.
Jako że wynalazek jest związany ze zmniejszaniem i zwiększaniem ciśnienia w naczyniu zawierającym drewno, znajduje zastosowanie w dowolnym procesie, w którym drewno obrabia się w naczyniu z użyciem płynu pod wysokim ciśnieniem, przy czym wynalazek dotyczy zwłaszcza procesów impregnacji, bejcowania, suszenia oraz ekstrakcji.
W niektórych postaciach wykonania podnoszenie temperatury powyż ej temperatury uplastyczniania może prowadzić do lepszego osadzania i/lub lepszego przywierania aktywnego związku w drewnie. Takie postaci wykonania są również rozważane jako będące częścią wynalazku.
Ważnym jest, że podniesienia temperatury powyżej temperatury uplastyczniania dokonuje się, gdy w drewnie nie występują gwałtowne gradienty ciśnienia, tak jak w okresie przetrzymywania procesu obróbki.
Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wykres temperatura-entropia (wykres TS) dla ditlenku węgla, na którym granicę pomiędzy stanem nadkrytycznym a stanem ciekłym zaznaczono grubą linią, fig. 2 - wykres TS dla ditlenku węgla z zaznaczeniem trzech różnych ścież ek odpowiednio A, B i C dla zmniejszania ciśnienia, fig. 3 - wykres TS dla ditlenku węgla z korzystną ścieżką zmniejszania ciśnienia, fig. 4 - fotografię próbek drewna po obróbce w warunkach nadkrytycznych, gdzie ciśnienie w naczyniu do obróbki zostało obniżone bez zachowania środków ostrożności zgodnie z wynalazkiem. Długość próbek, od lewej do prawej, wynosi: 1,2 m, 1,0 m, 0,75 m, 0,5 m i 0,25 m.
Obróbka drewna z użyciem czynnika nośnego pod wysokim ciśnieniem w ostatnich latach jest obszernie badana w celu wykorzystania zalet czynników nośnych pod wysokim ciśnieniem. W szczególności były badane czynniki nośne w stanie nadkrytycznym, mające właściwości penetracyjne podobne do gazów, a rozpuszczalność jak ciecze.
Procedura obróbki jest zwykle podzielona na co najmniej trzy funkcjonalnie różne etapy lub okresy, etap zwiększania ciśnienia, w którym ciśnienie w naczyniu do obróbki jest podnoszone od ciśnienia otoczenia do ciśnienia obróbki; okres przetrzymywania, w którym ciśnienie jest względnie stałe i w którym związki przeznaczone do osadzenia w drewnie zostają osadzone; i na koniec etap zmniejszania ciśnienia, w którym ciśnienie jest obniżane znowu do ciśnienia otoczenia.
Mimo że ciśnienie podczas okresu przetrzymywania niekoniecznie będzie stałe, zmiany ciśnienia, a zatem gradienty ciśnienia w naczyniu i wewnątrz drewna będą relatywnie małe w porównaniu do sytuacji podczas zwiększania i zmniejszania ciśnienia.
Chociaż opisano, że osadzanie odbywa się podczas okresu przetrzymywania, należy uświadomić sobie, iż trochę osadzenia może również nastąpić podczas etapów zwiększania i zmniejszania ciśnienia.
W obecnych zastosowaniach termin noś nik lub czynnik noś ny oznacza pł yn w postaci gazu lub w stanie nadkrytycznym, uż yty do konkretnej obróbki. W zależ noś ci od konkretnego zastosowania nośnik będzie służyć jako rozpuszczalnik dla aktywnych związków przeznaczonych do wprowadzenia w drewno w przypadku procesu impregnacji albo jako rozpuszczalnik dla zwią zków przeznaczonych do wypłukania z drewna w przypadku procesu ekstrakcji.
Nośnik może zawierać dalsze komponenty w zależności od konkretnej procedury obróbki, która ma być przeprowadzona, jak na przykład aktywne komponenty do osadzenia w drewnie, współrozpuszczalniki ułatwiające rozpuszczenie aktywnych komponentów bądź ułatwiające ekstrakcję konkretnych komponentów z drewna. Fachowiec może zasugerować dalsze komponenty, które mogą być zawarte w nośniku.
Zgodnie z wynalazkiem, obróbka z użyciem czynnika nośnego odbywa się pod wysokim ciśnieniem. Nośniki pod wysokim ciśnieniem albo w stanie nadkrytycznym w literaturze są również czasami nazywane gęstymi gazami.
Choć niniejszy opis wyjaśniono głównie w odniesieniu do nośników w warunkach nadkrytycznych, fachowiec zda sobie sprawę, iż warunki prowadzące do uszkodzeń w obrabianym drewnie podobnie odnoszą się do nośników pod wysokim ciśnieniem, ale poniżej warunków nadkrytycznych, a zatem niniejsze zgł oszenie odnosi się do procesów obróbki z uż yciem czynnika noś nego pod wysokim ciśnieniem, niezależnie czy nośnik jest w stanie nadkrytycznym, czy nie.
PL 205 195 B1
Proces odbywający się pod wysokim ciśnieniem zgodnie z wynalazkiem oznacza, że ciśnienie w instalacji do obróbki w co najmniej jednym okresie podczas procesu obróbki jest znaczą co wyż sze od ciśnienia otoczenia. W szczególności, ciśnienie jest co najmniej o 2 MPa wyższe od ciśnienia otoczenia, korzystnie co najmniej o 4 MPa wyższe od ciśnienia otoczenia, korzystniej więcej niż o 6 MPa wyższe od ciśnienia otoczenia, a w szczególnie korzystnej postaci wykonania więcej niż o 8 MPa wyższe od ciśnienia otoczenia.
W korzystnej postaci wykonania obróbka odbywa się przy ciś nieniu 8,5 - 30 MPa, korzystnie 10 - 20 MPa, korzystniej 12 - 17 MPa i najkorzystniej 14 - 16 MPa.
Termin „penetracja” zgodnie z wynalazkiem oznacza właściwość płynu nośnego związaną z jego wnikaniem w obrabiane drewno. Zatem płyn, który wnika w warstwy drewna położone w dużej odległości od powierzchni, ma lepsze właściwości penetracyjne niż płyn, który w tych samych warunkach wnika tylko do warstw drewna położonych bliżej powierzchni.
Płyn w stanie gazowym lub nadkrytycznym ma znacząco lepsze zdolności penetracji niż sam płyn w stanie ciekłym.
Termin „przenikalność” zgodnie z wynalazkiem oznacza właściwość drewna opisującą odporność na penetrację płynu w to drewno. Zatem gatunki drewna mające wysoką przenikalność wywierają mniejszy opór na penetrację płynu niż gatunki drewna mające niską przenikalność.
Czynnikiem nośnym używanym zgodnie z wynalazkiem może w zasadzie być jakikolwiek dogodny nośnik mający pożądane właściwości związane z rozpuszczaniem dla zamierzonego zastosowania. Korzystnym jest użycie czynnika mającego punkt krytyczny w niskiej temperaturze i przy niskim ciśnieniu w celu uniknięcia zbyt wysokiej temperatury lub zbyt wysokiego ciśnienia. Zatem czynnik mający punkt krytyczny w temperaturze 20 - 50°C i ciśnieniu 0,5 - 10 MPa jest korzystny.
Odpowiednie nośniki są znane ze stanu techniki. Przeciętny praktyk jest w stanie w ramach swoich umiejętności wybrać odpowiedni nośnik dla zamierzonego zastosowania.
Przykłady użytecznych nośników zgodnie z wynalazkiem są znane fachowcom w tej dziedzinie. Korzystnym nośnikiem jest ditlenek węgla.
Wynalazek określa pomiary dla uniknięcia uszkodzenia drewna podczas obróbki pod wysokim ciśnieniem. Zatem fachowiec zda sobie sprawę, iż wynalazek może być zastosowany do jakiejkolwiek obróbki drewna pod wysokim ciśnieniem.
Obróbka może być procesem impregnacji, w którym osadza się w drewnie jeden albo większa liczba aktywnych związków. Aktywne związki mogą stanowić biocydy, środki grzybobójcze, środki owadobójcze, barwniki, związki spowalniające palenie, związki zwiększające wytrzymałość itd.
Obróbka może być procesem ekstrakcji, w którym ekstrahuje się z drewna poszczególne związki, takie jak żywica, terpeny itd., lub też mogą to być związki toksyczne, które powinny być usunięte z drewna przed jego pozbyciem się .
W obchodzeniu się z czynnikami pod wysokim ciś nieniem, wiadome jest, iż przy podnoszeniu ciśnienia gazu temperatura wzrasta, a przy zmniejszaniu ciśnienia temperatura spada. Te właściwości są dobrze znane z fizyki opisującej zachowanie gazów (jak na przykład efekt Joule'a-Thomsona).
Zatem fachowiec w tej dziedzinie zda sobie sprawę, iż czynnik nośny użyty w warunkach wysokiego ciśnienia, na skutek spadku temperatury wywołanego spadkiem ciśnienia, może podczas obróbki przejść w stan ciekły.
Jeśli spadek temperatury wewnątrz drewna dopuści do zaistnienia nośnika w postaci ciekłej, nastąpi dramatyczna zmiana. Ciekły nośnik, mający znacząco niższą penetrację w drewno, zostanie uwięziony wewnątrz drewna i, ponieważ nośnik usunięto z naczynia, powstaje coraz bardziej gwałtowniejszy gradient ciśnienia od wnętrza drewna, gdzie ciecz została uwięziona, na zewnętrz drewna, skąd usunięto nośnik. Ten gradient ciśnienia może ostatecznie doprowadzić do pęknięcia i uszkodzenia drewna, jeśli drewno jest z gatunku podatnego na uszkodzenia.
Przeciwnie, jeśli nośnik jest utrzymywany w stanie gazowym lub nadkrytycznym, penetracja nośnika w drewno jest tak duża, że może on wydostawać się bez uszkadzania drewna lub uszkadzając drewno jedynie w znacznie mniejszym stopniu.
Drewno, jako naturalny materiał, nie jest zbytnio jednorodne i jak jest wiadome, różni się pomiędzy różnymi drzewami i źródłami w zależności od różnych warunków pogodowych, charakteru gleby, uwarunkowań genetycznych itp. Dodatkowo, jako że wzrost drzew jest procesem wieloletnim, właściwości pojedynczej próbki drewna mogą zmieniać się w zależności od zmieniającej się pogody.
PL 205 195 B1
Tak więc drewno jest z natury niejednorodne i jest możliwym znalezienie próbki drewna, która wytrzyma obróbkę jaka uszkodzi inną próbkę, choćby nawet te dwie próbki pochodziły z tych samych gatunków.
Struktura i budowa drewna z długimi włóknami skierowanymi osiowo, ułożonymi w charakterystyczny wzór, z rocznymi słojami, jest dobrze znana. Ta struktura prowadzi do bardzo różnej przenikalności w kierunkach osiowym i promieniowym, przy czym przenikalność w kierunku osiowym jest znacząco większa niż w kierunku promieniowym. Przypuszcza się, iż przenikalność w kierunku osiowym jest 10 - 20 razy lub więcej większa niż w kierunku promieniowym. Wynalazek jednak w swoim zamierzeniu nie ogranicza się do żadnej konkretnej teorii.
Uważa się, że przy zwiększaniu i zmniejszaniu ciśnienia, płyn nośny wnika w drewno i przepływa osiowo i/lub promieniowo przez drewno, a ścianki komórek drewna stwarzają przepływowi zauważalny opór. Zatem podczas zwiększania i zmniejszania ciśnienia tworzą się gradienty z komórki do komórki na wskroś drewna.
W następstwie dominującego przepływu w kierunku osiowym, fachowiec w tej dziedzinie zda sobie sprawę, iż bardziej strome gradienty ciśnienia pomiędzy centralną częścią drewna a zewnętrzną wytworzą się w dłuższych próbkach w porównaniu do krótszych próbek.
Prowadzi to do przewidywania, iż duże kawałki drewna będą podatniejsze na uszkodzenia podczas obróbki z użyciem nośników pod wysokim ciśnieniem. Faktycznie, zależność między długością próbki a podatnością na uszkodzenia można zaobserwować eksperymentalnie.
Można zdefiniować długość krytyczną dla próbek z podatnych gatunków drewna, która definiuje długość, przy której występuje podatność na uszkodzenia. W celu obrabiania próbek powyżej tej długości krytycznej, w celu uniknięcia uszkodzenia drewna powinno dokonać się szczególnych pomiarów, przy czym dla próbek poniżej tej długości takie pomiary nie są potrzebne. Z powodu różnorodności drewna w obrębie partii granice takie mogą być szerokie. Dla zastosowania zgodnego z wynalazkiem długość krytyczna jest zdefiniowana jako długość, przy której podatność na uszkodzenie w danej partii jest na akceptowalnym poziomie, np. uszkodzenia notowane są z częstotliwością poniżej 5%, korzystnie poniżej 2%, gdzie przez częstotliwość rozumie się częstotliwość występowania desek z jednym lub wię kszą liczbą uszkodzeń .
Długość krytyczna może różnić się między różnymi gatunkami drewna, a nawet może różnić się w obrę bie jednego gatunku w zależ noś ci od miejsca wzrostu i okreś lonych warunków np. szerokoś ci geograficznej, pod którą dane drewno rosło. Długość krytyczna dla danej partii drewna może być określona poprzez impregnację próbek mających różne długości w nadkrytycznych warunkach, z szybkim i nie przerywanym usunię ciem nadkrytycznego pł ynu po impregnacji, a nastę pnie w wyniku oględzin próbek, określenia długości krytycznej, powyżej której próbki są uszkodzone w poważnym stopniu.
Na przykład długość krytyczna może być określona poprzez impregnację próbek pod ciśnieniem 8,5 - 15 MPa i w temperaturze 40 - 60°C, obniżenie ciśnienia do 2 MPa w ciągu 40 - 60 minut i na koniec obniż enie ciś nienia do 0,1 MPa w cią gu 40 minut, a nastę pnie dokonanie oglę dzin próbek.
Zazwyczaj długości krytyczne wynoszą 0,4 - 6 m, a częściej 0,5 - 3 m.
Długość krytyczna może zmieniać się wraz z zawartością wody w drewnie. Dodatkowo długość krytyczna może zależeć od konkretnego, wybranego profilu ciśnienie-temperatura.
Na przykład zostało ustalone, iż dla próbek świerku z Lilleheden w Danii długość krytyczna wynosi 1,2 m.
Przy braku danych eksperymentalnych dla celów praktycznych można założyć, iż długość krytyczna dla danej partii wynosi 1 m.
Różne gatunki drewna wykazują różną podatność na uszkodzenia podczas obróbek z płynami nadkrytycznymi. Niektóre gatunki są bardzo odporne na uszkodzenia, natomiast inne gatunki są podatne. Przypuszcza się, iż czynniki determinujące czy dany gatunek drewna jest podatny, czy nie, kryją się w strukturze drewna, choć czynnik determinujący nie jest bezpośrednio znany.
Gatunki drewna, które są podatne na uszkodzenie, zgodnie z wynalazkiem są nazywane również gatunkami odpornymi.
Zatem fachowiec doceni informacje z tego opisu, że wyrób drewniany jest podatnym wyrobem drewnianym, gdy wyrób pochodzi z gatunków odpornych, a wymiary wyrobu są takie, że długość wyrobu przekracza długość krytyczną dla danego gatunku.
W celu okreś lenia czy gatunek drewna jest gatunkiem odpornym, stosowną liczbę próbek tego gatunku należy poddać ciśnieniu z użyciem omawianego płynu nośnego i zmniejszyć ciśnienie w krótkim
PL 205 195 B1 czasie, a później zbadać próbki pod kątem uszkodzeń. Na przykład próbki można poddać działaniu ditlenku węgla sprężonego do 15 MPa w 35°C, zmniejszyć ciśnienie w ciągu 30 min, a później zbadać pod kątem uszkodzeń. Jeśli liczba uszkodzeń zaobserwowanych po tej obróbce przekracza wybrane granice, drewno jest gatunkiem odpornym.
Przykładami gatunków odpornych drewna zgodnie z wynalazkiem są świerk, zachodni czerwony cedr i świerk Engelmana.
Zgodnie z wynalazkiem uszkodzenia drewna spowodowane nadkrytyczną obróbką mogą mieć różne objawy. Uszkodzenia mogą być zaobserwowane jako obniżenie wytrzymałości, obniżenie elastyczności, pęknięcia, ściśnięcia albo zerwania struktury drewna, gdzie drewno jest rozczepione na wiele długich, wiotkich kawałków drewna. Na potrzeby wynalazku nie wprowadza się rozróżnienia między rożnymi formami uszkodzeń, i wszystkie są po prostu określane jako „uszkodzenie”.
Kiedy kawałek drewna poddany działaniu sprężonego czynnika nośnego np. ditlenku węgla jest poddawany zmniejszającemu się ciśnieniu, można wybrać różne ścieżki temperatura-entropia, zależnie od położenia w drewnie. W środkowych komórkach drewna przyjmuje się, iż zmniejszanie ciśnienia jest istotnie izoentropiczne, tzn. wzdłuż ścieżki odpowiadającej ścieżce A na fig. 2. W komórkach leżących na zewnątrz środkowych komórek ditlenek węgla napływa z wewnętrznych komórek i równocześnie ditlenek węgla wypływa z omawianych komórek, a więc zmniejszanie ciśnienia nie jest już izoentropiczne, lecz przebiega wzdłuż ścieżki podobnej do ścieżki B lub C na fig. 2, gdzie ścieżka B odpowiada komórce usytuowanej bliżej środkowej komórki niż komórka, której odpowiada ścieżka C.
Jak można zauważyć na fig. 2, ścieżki A i B przecinają się z grubą linią oddzielającą stan ciekły i stan nadkrytyczny, a zatem ciekł y ditlenek wę gla będzie formował się w tej komórce. Formowanie się ciekłego ditlenku węgla ma dramatyczne konsekwencje, ponieważ penetracja ciekłego ditlenku węgla w drewno jest znacząco niższa niż penetracja nadkrytycznego ditlenku węgla w drewno, a więc uwalnianie ditlenku węgla z tej komórki jest znacząco zmniejszone. W konsekwencji pomiędzy tą komórką a otoczeniem powstaje bardzo stromy gradient ciś nienia, co moż e prowadzić do rozerwania i uszkodzenia drewna.
Zgodnie z wynalazkiem, podczas nadkrytycznej obróbki drewna podatnego na uszkodzenia i mającego długość powyżej długości krytycznej, unika się albo zmniejsza uszkodzenia poprzez dokonywanie obróbki w sposób taki, iż nie dopuszcza się do zaistnienia nadkrytycznego płynu w swej postaci ciekłej wewnątrz drewna.
Fachowiec w tej dziedzinie będzie wiedzieć, jak interpretować wykres Temperatura-Entropia (TS-wykres) pokazany na fig. 1 bądź podobne, i będzie wiedzieć, w jakim stanie omawiany związek występuje w różnych obszarach wykresu. W szczególności będzie on znać granicę pomiędzy stanem nadkrytycznym i stanem ciekłym, której to granicy zgodnie z wynalazkiem nie wolno przekraczać. Zatem zadaniem fachowca w tej dziedzinie jest wybranie warunków oraz ścieżki dla zmniejszania ciśnienia tak, by nie przekroczyć tej granicy.
Ponadto zauważono, że oprócz uszkodzeń powstałych w wyniku użycia płynu jako nadkrytycznego, płyn jest uwięziony w postaci ciekłej wewnątrz drewna, dalsze uszkodzenia mogą powstać podczas zwiększania lub zmniejszania ciśnienia działającego na drewno. Zauważono zwłaszcza, iż uszkodzenia powstające podczas zwiększania lub zmniejszania ciśnienia zależą od temperatury drewna, przy czym drewno będzie bardziej uszkodzone, jeśli temperatura wzrośnie powyżej temperatury uplastyczniania drewna.
Temperatura uplastyczniania drewna jest zdefiniowana jako temperatura, w której drewno staje się deformowalne przez małe różnice ciśnienia. Fachowcy zauważą, iż temperatura uplastyczniania zgodnie z wynalazkiem odpowiada temperaturze potrzebnej do deformacji drewna przy użyciu zwykłej komory parowej, i dodatkowo zauważą, jak określić taką temperaturę.
Temperatura uplastyczniania może być również znana jako temperatura plastyfikacji lub zmiękczania. W tym zgłoszeniu terminy te uważane są za równoznaczne.
Na przykład dla świerku nordyckiego o wilgotności 16 - 23% odkryto, iż temperatura uplastyczniania wynosi w przybliżeniu 50 - 55°C.
Bez wiązania się z jakąkolwiek teorią, można założyć, że gdy temperatura drewna przekroczy temperaturę uplastyczniania, drewno stanie się łatwo deformowalne i podatne na deformację, nawet przez niewielkie gradienty ciśnienia, co może prowadzić do uszkodzenia drewna.
Zatem w korzystnej postaci wykonania zgodnie z wynalazkiem drewno obrabia się z użyciem nadkrytycznego płynu, przy czym temperatura drewna nie przekracza temperatury uplastyczniania podczas zwiększania lub zmniejszania ciśnienia.
PL 205 195 B1
W szczególnie korzystnej postaci wykonania zgodnie z wynalazkiem proces przeprowadza się tak, że nie dopuszcza się, by płyn użyty jako płyn nadkrytyczny przeszedł w stan ciekły wewnątrz drewna, i nie dopuszcza się, by temperatura drewna przekroczyła temperatury uplastyczniania podczas zwiększania i zmniejszania ciśnienia.
Podnoszenie temperatury powyżej temperatury uplastyczniania drewna może zgodnie z wynalazkiem zwiększyć osadzanie związków przeznaczonych do osadzenia. Ważnym jest, by ciśnienie nie wzrosło powyżej temperatury uplastyczniania, gdy w naczyniu istnieją duże gradienty ciśnienia, celem uniknięcia uszkodzenia drewna. Zatem wzrost temperatury powyżej temperatury uplastyczniania drewna nie powinien mieć miejsca zanim ciśnienie przetrzymywania zostanie osiągnięte lub dopóki tempo wzrostu ciśnienia znacznie nie zwolni. Zanim rozpocznie się zmniejszanie ciśnienia, temperaturę powinno się obniżyć poniżej temperatury uplastyczniania.
Podnoszenie temperatury powyżej temperatury uplastyczniania drewna może w pewnych postaciach zapewnić lepsze osadzanie i lepsze przywieranie aktywnych związków w drewnie, co prowadzi do wyższej skuteczności impregnacji i mniejszych wycieków osadzanych aktywnych po obróbce.
W celu obrabiania drewna z użyciem nośnika pod wysokim ciśnieniem informacje o warunkach wewnątrz drewna mogą być użyteczne. Te informacje, szczególnie odnośnie temperatury i ciśnienia, można otrzymać poprzez rutynowe eksperymentowanie, np. przez umieszczenie sond w odpowiedniej liczbie kawałków drewna i pomiar temperatury oraz ciśnienia podczas testowej obróbki z użyciem wysokiego ciśnienia. Fachowiec w tej dziedzinie doceni, że do przeprowadzenia tego testu należy użyć odpowiedniej liczby próbek, przy czym tę liczbę powinno się dobierać, biorąc pod uwagę niejednorodności partii itp.
Wynalazek może być również stosowany bez szczegółowej wiedzy o warunkach wewnątrz drewna. Zgłoszenie to naucza, iż warunki, w których nośnik występuje w ciekłej postaci, nie powinny powstać wewnątrz drewna, a temperatura drewna nie powinna przekroczyć temperatury uplastyczniania drewna podczas zwiększania i zmniejszania ciśnienia w naczyniu. Fachowiec zauważy, jak unikać takich warunków. Pomiary, które można zastosować, są pomiarami prowadzącymi do oddalania się od granicy pomiędzy płynem nadkrytycznym a cieczą, tj. pomiarem ciśnienia i temperatury, a korzystnie temperatury, uważając, by nie przekroczyć temperatury uplastyczniania.
W jednej korzystnej postaci wykonania do naczynia, w którym odbywa się obróbka nadkrytyczna, dostarcza się ciepło podczas zmniejszania ciśnienia. Ilość ciepła przeznaczonego do dostarczenia musi być dostateczna do zabezpieczenia warunków wewnątrz drewna, by nie dopuścić do zaistnienia płynu użytego do obróbki w ciekłej postaci. Na przykład, jeśli nadkrytycznym płynem jest ditlenek węgla, temperatura powyżej temperatury krytycznej 31°C zapewni, że nie wystąpi ciekły ditlenek węgla.
Temperaturę można mierzyć przez włożenie czujnika temperatury, np. termometru, w jeden albo większą liczbę próbek w każdym z przebiegów albo w reprezentatywną liczbę próbek podczas przebiegu testowego.
Dostępne dla fachowca środki regulacji temperatury podczas obróbki obejmują dodawanie płynu, ujmowanie płynu, dodawanie ciepła, ujmowanie ciepła oraz jakąkolwiek odpowiednią ich kombinację.
W jednej postaci wykonania ciepł o dostarcza się do naczynia poprzez dostarczanie i ujmowanie nadkrytycznego płynu jednocześnie, przy czym temperatura płynu dostarczanego do naczynia jest wyższa od temperatury płynu ujmowanego, a ilość płynu dostarczanego jest mniejsza od ilości ujmowanej.
W innej korzystnej postaci wykonania zmniejszenie ciśnienia przeprowadza się w następujących etapach:
a) usuwa się nośnik z naczynia, aż do osiągnięcia ciśnienia i temperatury poniżej warunków początkowych;
b) dodaje się nadkrytycznego płynu mającego temperaturę wyższą niż płyn w naczyniu, aż ciśnienie będzie niższe niż ciśnienie początkowe w etapie (a) i/lub dodaje się ciepło do naczynia;
c) powtarza się etap (a) i (b) raz albo więcej razy;
d) gdy ciśnienie jest dostatecznie niskie, obniża się ciśnienie do w przybliżeniu ciśnienia atmosferycznego i wyjmuje obrobione drewno.
Fachowiec w tej dziedzinie zauważy, iż podczas etapu (a) temperatura w naczyniu i wewnątrz próbek drewna spada.
W tej postaci wykonania podąża się ś cieżk ą na wykresie TS z fig. 3, gdzie zaznaczona ścieżka odpowiada warunkom w środku drewna.
PL 205 195 B1
Liczbę i wysokość każdego etapu (a), jak również różnicę temperatury pomiędzy płynami ujmowanymi i dostarczanymi w etapie (b) można określić przez rutynowe eksperymenty odnośnie do wykresu TS. Korzystnie jest, aby liczba etapów wynosiła pomiędzy 2 a 10, a najkorzystniej pomiędzy 3 a 6. Wysoko ść każ dego etapu wynosi korzystnie 0,5 - 5 MPa; korzystniej 1 - 3 MPa i najkorzystniej 1,5 - 2, MPa.
Jeden korzystny sposób obejmuje następujące etapy:
a) naczynie załadowuje się drewnem przeznaczonym do obróbki;
b) zwiększa się ciśnienie w naczyniu przy użyciu płynu nośnego, aż do osiągnięcia ciśnienia obróbki;
c) okres przetrzymywania, w którym ciśnienie jest zasadniczo stałe albo zmienia się w małym stopniu;
d) zmniejsza się ciśnienie w naczyniu do temperatury otoczenia, co poprzedza wyjęcie obrabianego drewna.
Jako korzystne wartości ciśnienia i temperatury można wymienić:
Obróbka, w której nadkrytyczne ciśnienie obróbki w etapie c) wynosi 8,5 - 30 MPa, korzystnie 10 - 20 MPa, korzystniej 12 - 17 MPa i najkorzystniej 14 - 16 MPa.
Obróbka, w której temperatura płynu nośnego w drewnie wynosi powyżej 10°C, korzystnie powyżej 20°C, jeszcze korzystniej powyżej 25°C, i jeszcze korzystniej powyżej 30°C, i korzystniej powyżej 32,5°C oraz najkorzystniej powyżej 35°C.
Obróbka, w której w etapie b) i d) temperatura nośnika w drewnie wynosi 25 - 65°C, korzystnie 31 - 55°C, przy ciśnieniu powyżej 3 MPa.
Obróbka, w której temperatura w trakcie etapu b) i d) wynosi poniżej 65°C, korzystnie poniżej 60°C, korzystnie poniżej 55°C, korzystniej poniżej 50°C i najkorzystniej poniżej 45°C.
Obróbka, w której temperatura w trakcie etapu d) wynosi powyżej 45°C, korzystnie powyżej 50°C, korzystnie powyżej 55°C i korzystniej 60°C przy ciśnieniu powyżej 3 MPa.
Gdy ciśnienie zostanie zmniejszone do 1 - 3 MPa, może być obniżone do ciśnienia atmosferycznego bez dalszych pomiarów (etap (d)).
Zrozumiałym jest, iż można uniknąć uszkodzeń również poprzez zmniejszenie szybkości zmniejszania ciśnienia. W ten sposób zmniejszanie ciśnienia zabiera więcej czasu, co zapewnia lepszy rozkład ciepła, a w konsekwencji nie dopuszcza się do tak znacznego spadku temperatury w środku, jakby to miało miejsce przy obniżaniu ciśnienia z większą szybkością . Ponadto płyn nadkrytyczny wewnątrz drewna będzie miał więcej czasu, by wypłynąć z drewna. Zatem uformowane gradienty ciśnienia będą mniej strome. Jednakże z przemysłowego punktu widzenia takie rozwiązanie nie jest korzystne, ponieważ dłuższy czas zmniejszania ciśnienia oznacza, iż każda partia zajmuje urządzenia przez dłuższy czas, co znów oznacza zmniejszenie wydajności urządzeń.
Wynalazek jest obecnie dalej zilustrowany następującymi przykładami, których intencją jest zilustrowanie wynalazku, i nie powinny być traktowane jako ograniczające w jakikolwiek sposób.
P r z y k ł a d 1
Określanie długości krytycznej.
Dla tego określania zostały użyte próbki drewna świerkowego uzyskane z Lilleheden w Danii.
Próbki o długości w zakresie 0,25 do 1,2 m były impregnowane w nadkrytycznych warunkach z uż yciem ditlenku wę gla jako rozpuszczalnika.
Próbki były impregnowane w temperaturze 55° i przy ciśnieniu 15 MPa z użyciem 50 g biocydu, co odpowiada osadzeniu 0,25 kg biocydu na m3 drewna.
Po impregnacji przez 20 minut ciśnienie w naczyniu zostało obniżone zgodnie z przebiegami przedstawionymi w tabeli 1 poniżej.
Gdy ciśnienie osiągnęło ciśnienie atmosferyczne, naczynie otworzono, próbki wyjęto i poddano oględzinom pod katem uszkodzeń.
T a b e l a 1
Długość (m) | 0,25 | 0,25 | 0,5 | 0,75 | 1,0 | 1,2 | 1,2 |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
Czas obniżania ciśnienia 15 - 8,5 MPa (min) | 20 | 40 | 20 | 20 | 20 | 20 | 40 |
Czas obniżania ciśnienia 8,5 - 2 MPa (min) | 40 | 60 | 40 | 40 | 40 | 40 | 60 |
PL 205 195 B1 cd. tabeli 1
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
Czas obniżania ciśnienia 2 - 0,1 MPa (min) | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 |
uszkodzone | nie | nie | nie | nie | nie | tak | tak |
Z wyników widać, iż długość krytyczna drewna wynosi 1,2 m. Ponadto można zauważyć, iż spowolnienie obniżania ciśnienia, i skutkiem tego wydłużenie czasu na obniżenie ciśnienia 15 - 8,5 MPa z 20 do 40 minut i 8,5 - 2 MPa z 40 do 60 minut, nie zmienia długości krytycznej.
Na fig. 4 pokazane są próbki, gdzie oczywistym jest, iż próbka długości 1,2 m jest poważnie uszkodzona, podczas gdy inne próbki nie są uszkodzone.
P r z y k ł a d 2
Wpływ temperatury na liczbę uszkodzeń
Przykład ten ukazuje zależność liczby uszkodzeń od temperatury.
W naczyniu znajdował y się zwykł e ś wierkowe deski o wymiarach 25 x 76 mm obrabiane z uż yciem nadkrytycznego ditlenku węgla jako czynnikiem. Deski miały długość całkowitą 1,5 m. W celu symulacji desek o długość 3 m, deski zaślepiono na jednym końcu tak, aby czynnik mógł wnikać w deski tylko z jednego koń ca.
Jak zaznaczono w Tabeli 1, dobrano różne wartości ciśnienia, temperatury i czasu zmniejszania ciśnienia, a stopień uszkodzeń obliczono jako procent desek mających jedno lub więcej uszkodzeń.
T a b e l a 2
Długość (m) | Temperatura (°C) | Czas zmniejszania ciśnienia (min) | Stopień uszkodzeń (%) |
1,5 | 45 | 39 | 22 |
3 | 45 | 39 | 41 |
3 | 55 | 39 | 13 |
3 | 65 | 39 | 5 |
3 | 55 | 90 | 7 |
3 | 65 | 90 | 0 |
Z danych w Tabeli 2 można wywnioskować, iż długość desek ma znaczący wpływ na stopień uszkodzeń z 22 - 41 procent przy zwiększeniu długości z 1,5 do 3 m.
Dodatkowo można wywnioskować, iż temperatura obróbki, tj. wyjściowa temperatura przed zmniejszaniem ciśnienia, ma wyraźny wpływ na stopień uszkodzeń. Przy czasie zmniejszania ciśnienia wynoszącym 39 minut można zaobserwować spadek z 41% do 5% przy temperaturze odpowiednio od 45°C do 65°C.
Podobny spadek można zaobserwować dla czasu zmniejszania ciśnienia wynoszącego 90 minut, teraz na niższym poziomie, z powodu dłuższego czasu.
Claims (24)
1. Sposób obróbki drewna podatnego na uszkodzenia mającego długość powyżej długości krytycznej z użyciem płynu nośnego, mającego punkt krytyczny w temperaturze 20 - 50°C i ciśnieniu 0,5 - 10 MPa, przy ciśnieniu co najmniej 2 MPa i w temperaturze poniżej 65°C, znamienny tym, że steruje się temperaturą z utrzymaniem wewnątrz drewna płynu w postaci nieciekłej.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że obróbkę wybiera się spośród impregnacji, ekstrakcji, bejcowania albo suszenia.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że a) załadowuje się naczynie drewnem przeznaczonym do obróbki; b) zwiększa się ciśnienie w naczyniu za pomocą płynu nośnego, aż do osiągnięcia ciśnienia obróbki; c) przetrzymuje się drewno pod stałym ciśnieniem albo pod ciśnieniem zmieniającym się w małym stopniu; d) zmniejsza się ciśnienie w naczyniu do ciśnienia otoczenia, co poprzedza wyjęcie obrabianego drewna.
PL 205 195 B1
4. Sposób wedł ug zastrz. 3, znamienny tym, ż e obróbkę stanowi impregnacja, a w etapie a) albo b) dodaje się do układu aktywne komponenty.
5. Sposób wedł ug zastrz. 4, znamienny tym, ż e obróbkę prowadzi się co najmniej częściowo w stanie nadkrytycznym.
6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że w etapie c) ciś nienie nadkrytyczne obróbki wynosi 8,5 - 30 MPa, korzystnie 10 - 20 MPa, korzystniej 12 - 17 MPa i najkorzystniej 14 - 16 MPa.
7. Sposób według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, ż e temperatura płynu nośnego w drewnie wynosi powyżej 10°C, korzystnie powyżej 20°C, korzystnie powyżej 25°C, korzystnie powyżej 30°C, korzystniej powyżej 32,5°C i najkorzystniej powyżej 35°C.
8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że w etapie b) i d) temperatura płynu nośnego w drewnie wynosi 25 - 65°C, korzystnie 31 - 55°C, przy ciśnieniu wyższym niż 3 MPa.
9. Sposób według zastrz. 3 - 8, znamienny tym, że temperatura drewna w trakcie etapu b) jest niższa od temperatury uplastyczniania drewna.
10. Sposób według zastrz. 3 - 9, znamienny tym, że temperatura w trakcie etapu b) i d) jest niższa od 65°C, korzystnie niższa od 60°C, korzystnie niższa od 55°C, korzystniej niższa od 50°C i najkorzystniej niż sza od 45°C.
11. Sposób według zastrz. 3 - 9, znamienny tym, że płyn nośny stanowi ditlenek węgla.
12. Sposób według zastrz. 3 - 11, znamienny tym, że w trakcie etapu d) odprowadza się ciepło.
13. Sposób według zastrz. 3 - 12, znamienny tym, że w trakcie etapu b) dodaje się ciepło.
14. Sposób według zastrz. 1 - 13, znamienny tym, że drewno podatne na uszkodzenia wybiera się spośród odpornych gatunków drewna.
15. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że drewno podatne na uszkodzenia wybiera się spośród świerku, świerku Engelmana i zachodniego czerwonego cedru.
16. Sposób według zastrz. 3 - 15, znamienny tym, że w trakcie etapu c) temperaturę podnosi się powyżej temperatury uplastyczniania.
17. Sposób według zastrz. 1 - 16, znamienny tym, że w trakcie etapu d) temperatura jest wyższa niż temperatura uplastyczniania, przy ciśnieniu wyższym niż 3 MPa.
18. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że w trakcie etapu d) temperatura jest wyższa niż 45°C, korzystnie wyższa niż 50°C, korzystnie wyższa niż 55°C, korzystniej wyższa niż 60°C, przy ciśnieniu wyższym niż 3 MPa.
19. Sposób według zastrz. 3 - 18, znamienny tym, że zmniejszenie ciśnienia dokonuje się poprzez następujące etapy:
i) usuwa się płyn z naczynia, aż do osiągnięcia ciśnienia i temperatury odpowiadających stanowi nadkrytycznemu, lecz poniżej warunków początkowych;
ii) dodaje się płyn i/lub ciepło, aż osiągnie się ciśnienie niższe od ciśnienia początkowego w etapie i);
iii) powtarza się etap i) i ii) raz albo więcej razy;
iv) gdy ciśnienie jest dostatecznie niskie, obniża się ciśnienie do w przybliżeniu ciśnienia atmosferycznego i wyjmuje się obrobione drewno.
20. Sposób według zastrz. 1 - 19, znamienny tym, że jako drewno stosuje się świerk, przy czym podczas procesu temperatura jest wyższa niż 31°C, a podczas zwiększania i zmniejszania ciśnienia niższa niż 55°C.
21. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ustanawia się warunki obróbki drewna podatnego na uszkodzenia o długości większej od długości krytycznej, z płynem nadkrytycznym, przy czym pewną liczbę próbek poddaje się zwiększaniu ciśnienia z użyciem płynu nośnego, poddaje się zmniejszaniu ciśnienia, a następnie sprawdza pod kątem uszkodzeń.
22. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że próbki poddaje się zwiększaniu ciśnienia do 15 MPa z użyciem ditlenku węgla przy 35°C i poddaje się zmniejszaniu ciśnienia przez 30 min.
23. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że temperatura drewna podczas zwiększania i zmniejszania ciśnienia jest niższa od temperatury uplastyczniania drewna.
24. Wyrób z drewna podatnego na uszkodzenia mającego długość powyżej długości krytycznej, obrobionego sposobem zdefiniowanym w zastrz. 1 - 23.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DKPA200200700 | 2002-05-08 | ||
DKPA200201107 | 2002-07-16 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
PL374187A1 PL374187A1 (pl) | 2005-10-03 |
PL205195B1 true PL205195B1 (pl) | 2010-03-31 |
Family
ID=29421784
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PL374187A PL205195B1 (pl) | 2002-05-08 | 2003-05-08 | Sposób obróbki drewna podatnego na uszkodzenia oraz wyrób z takiego drewna |
Country Status (15)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7807224B2 (pl) |
EP (1) | EP1501664B1 (pl) |
JP (1) | JP2005524552A (pl) |
AT (1) | ATE337145T1 (pl) |
AU (1) | AU2003229526B8 (pl) |
CA (1) | CA2485284C (pl) |
DE (1) | DE60307817T2 (pl) |
DK (1) | DK1501664T3 (pl) |
EA (1) | EA006343B1 (pl) |
ES (1) | ES2271571T3 (pl) |
NO (1) | NO333561B1 (pl) |
NZ (1) | NZ536745A (pl) |
PL (1) | PL205195B1 (pl) |
PT (1) | PT1501664E (pl) |
WO (1) | WO2003095165A2 (pl) |
Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040185101A1 (en) * | 2001-03-27 | 2004-09-23 | Macromed, Incorporated. | Biodegradable triblock copolymers as solubilizing agents for drugs and method of use thereof |
AU2003230389A1 (en) | 2002-05-13 | 2003-11-11 | Thomson Licensing S.A. | Seamless public wireless local area network user authentication |
DE602004016561D1 (de) * | 2003-11-19 | 2008-10-23 | Scf Technologies As | Verfahren und prozess zur steuerung der temperaturen fluiden und vorrichtung dafür |
NZ551265A (en) * | 2006-11-10 | 2010-03-26 | Nz Forest Research Inst Ltd | Wood drying in the presence of supercritical carbon dioxide |
AU2012203938B2 (en) * | 2006-11-10 | 2014-07-10 | New Zealand Forest Research Institute Limited | Improvements relating to wood drying |
US9789219B2 (en) | 2007-03-26 | 2017-10-17 | Prolitec Inc. | Glycol sensor for feedback loop control |
AU2010327152A1 (en) | 2009-12-03 | 2012-06-28 | Vkr Holding A/S | Method for increasing the water resistance of a porous material, compositions therefore and porous materials treated according to the method |
EP2699623B1 (de) | 2011-04-18 | 2019-12-18 | Momentive Performance Materials GmbH | Funktionalisierte polyorganosiloxane oder silane zur behandlung von lignocellulosischen werkstoffen |
CN103917344A (zh) * | 2011-11-08 | 2014-07-09 | 英派尔科技开发有限公司 | 利用超临界稀有气体使用防腐剂处理木材的方法 |
EP2945993A1 (de) | 2013-01-18 | 2015-11-25 | DWI an der RWTH Aachen e.V. | Behandlung von kristallinen cellulosehaltigen substraten |
EP3065923A1 (en) | 2013-11-06 | 2016-09-14 | Superwood A/S | A method for liquid treatment of a wood species |
FR3067274B1 (fr) | 2017-06-08 | 2022-12-09 | Commissariat Energie Atomique | Traitement hydrophobe du bois |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4308200A (en) | 1980-07-10 | 1981-12-29 | Champion International Corporation | Extraction of coniferous woods with fluid carbon dioxide and other supercritical fluids |
JPS59101311A (ja) * | 1982-11-30 | 1984-06-11 | 日本酸素株式会社 | 木材の防腐処理法 |
DE4202320A1 (de) * | 1992-01-29 | 1993-08-05 | Dierk Dr Knittel | Verfahren zum impraegnieren von substraten |
US5364475A (en) | 1993-07-30 | 1994-11-15 | State Of Oregon Acting By And Through The State Board Of Higher Education On Behalf Of Oregon State University | Process for removing chemical preservatives from wood using supercritical fluid extraction |
JP2871525B2 (ja) | 1995-04-05 | 1999-03-17 | 高知県 | 炭酸ガスを利用した木材の脱水・乾燥方法 |
DK199801456A (da) * | 1998-11-10 | 2000-05-11 | Fls Miljoe A S | Fremgangsmåde til imprægnering eller ekstrahering af et harpiksholdigt træsubstrat |
-
2003
- 2003-05-08 AT AT03722303T patent/ATE337145T1/de active
- 2003-05-08 EA EA200401476A patent/EA006343B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2003-05-08 PT PT03722303T patent/PT1501664E/pt unknown
- 2003-05-08 AU AU2003229526A patent/AU2003229526B8/en not_active Ceased
- 2003-05-08 EP EP20030722303 patent/EP1501664B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2003-05-08 PL PL374187A patent/PL205195B1/pl unknown
- 2003-05-08 NZ NZ536745A patent/NZ536745A/en not_active IP Right Cessation
- 2003-05-08 DE DE2003607817 patent/DE60307817T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2003-05-08 JP JP2004503224A patent/JP2005524552A/ja active Pending
- 2003-05-08 US US10/513,671 patent/US7807224B2/en active Active
- 2003-05-08 DK DK03722303T patent/DK1501664T3/da active
- 2003-05-08 ES ES03722303T patent/ES2271571T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2003-05-08 CA CA 2485284 patent/CA2485284C/en not_active Expired - Fee Related
- 2003-05-08 WO PCT/DK2003/000306 patent/WO2003095165A2/en active IP Right Grant
-
2004
- 2004-12-07 NO NO20045355A patent/NO333561B1/no not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
PL374187A1 (pl) | 2005-10-03 |
WO2003095165A3 (en) | 2004-01-15 |
JP2005524552A (ja) | 2005-08-18 |
AU2003229526B8 (en) | 2009-07-02 |
DK1501664T3 (da) | 2007-01-02 |
EA006343B1 (ru) | 2005-12-29 |
NO333561B1 (no) | 2013-07-08 |
NO20045355L (no) | 2005-02-08 |
CA2485284C (en) | 2011-05-03 |
ES2271571T3 (es) | 2007-04-16 |
EP1501664B1 (en) | 2006-08-23 |
EA200401476A1 (ru) | 2005-06-30 |
DE60307817T2 (de) | 2007-04-19 |
US20050208317A1 (en) | 2005-09-22 |
WO2003095165A2 (en) | 2003-11-20 |
AU2003229526B2 (en) | 2006-09-21 |
US7807224B2 (en) | 2010-10-05 |
CA2485284A1 (en) | 2003-11-20 |
DE60307817D1 (de) | 2006-10-05 |
EP1501664A2 (en) | 2005-02-02 |
AU2003229526A1 (en) | 2003-11-11 |
NZ536745A (en) | 2006-07-28 |
PT1501664E (pt) | 2007-01-31 |
ATE337145T1 (de) | 2006-09-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
PL205195B1 (pl) | Sposób obróbki drewna podatnego na uszkodzenia oraz wyrób z takiego drewna | |
CA2351165C (en) | A method of performing an impregnating or extracting treatment on a resin-containing wood substrate | |
Silvester | Timber: Its mechanical properties and factors affecting its structural use | |
Acda et al. | Supercritical fluid impregnation of selected wood species with tebuconazole | |
NO323525B1 (no) | Fremgangsmate ved impregnering eller ekstraherende behandling av et harpiksholdig tresubstrat | |
WO2002049819A1 (en) | Wood accelerating drying process based on its rheological properties | |
Shahverdi et al. | The Impact of red heartwood on drying characteristics and mass transfer coefficients in beech wood | |
US20210197419A1 (en) | Modified wood product | |
US5783258A (en) | Method for treating lumber | |
Elaieb et al. | Collapse and physical properties of native and pre-steamed Eucalyptus camaldulensis and Eucalyptus saligna wood from Tunisia | |
US6202320B1 (en) | Method of lumber preparation to improve drying and development of a new engineered wood composite | |
O'Connor | Improving wood strength and stiffness through viscoelastic thermal compression | |
Redman | Improving quality of seasoned Tasmanian eucalypt timbers | |
EP1440779B9 (de) | Verfahren zum Imprägnieren von gasdurchlässigen Feststoffen mit einem Imprägniermittel | |
Rosner | ACOUSTIC DETECTION OF CAVITATION EVENTS IN WATER CON-DUCTING ELEMENTS OF NORWAY SPRUCE SAPWOOD | |
Jelen et al. | Modification of domestic timbers by impregnation using supercritical carbon dioxide-a comparison | |
Kang et al. | Effect of Pretreatments and Drying Methods on Abnormal Shrinkage of Wood | |
Schneider | Pressure measurement in wood as a method to understand impregnation processes: conventional and supercritical carbon dioxide | |
Ursachi et al. | Vacuum impregnation viability of some fruits | |
Tourunen | Thermal Modification of Ayous and Frake: Jartek Invest Oy | |
Mankowski et al. | Determination of the compressive strength parallel to the grain of resinous yellow pine heartwood | |
Rosner et al. | Ultrasound acoustic detection of cavitation events in water conducting elements of Norway spruce wood | |
Lee et al. | Effect of Drying Methods on Longitudinal Liquid Permeability of Korean Pine | |
Anderson | The effects of supercritical CO₂ on the bending properties and treatment defects of four refractory wood species | |
CA2204474A1 (en) | Pressure treatment of wood with a wood preservative material |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RECP | Rectifications of patent specification |