Plasmatehnoloogia mõjutab materjali nanotasandil, efekt on ennekõike õlide imendumisel

Plasmatehnoloogia on materjalitöötluse viimase aja üha enam populaarsust koguv meetod. Plasmatehnoloogia kasutamisel on TSENTER lähikonnas ainus, kes sellega tegeleb. Maailmas on tunnustatud tegijad Saksamaal, kes sellesse tehnoloogiasse palju panustavad, kuid seda eelkõige elektroonikas ja alumiiniumitööstuses ning enamasti pindade puhastamiseks, tekstiili- ja paberitööstuses imendumise tõhustamiseks või ka vee hülgamise parandamiseks. Kuid kuidas rakendada seda moodsat tehnoloogiat puidutööstuses?

 „Plasma on aine neljas olek, mis tekib siis, kui anname gaasile energiat juurde,“ selgitab plasmatehnoloogia algtõdesid Kalev Kaarna ja toob plasmalises olekus aine näitena taevas sähviva välgu või luminofoorlambis tekkiva reaktsiooni, kus gaasivälja juhitud elekter põhjustab ioonide  kiire liikumise. Sarnase reaktsiooniga saab mõjutada ka teisi materjale, sh on võimalik seda kasutada puidutöötluses.

„Puidul saab kasutada plasmavälja kahel viisil,“ jätkab Kaarna. „Esiteks selleks, et puidu pind hakkaks paremini vett imama, või kasutades erinevaid gaase, on võimalik muuta puit veekindlaks.“

Uuringusse on kaasatud kahe ülikooli teadlased

TSENTRI huvi oli koostöös Tartu ja Tšehhi Masaryki ülikoolide teadlastega vaadata lähemalt, mida võiks selle tehnoloogia kasutamine puidutööstusele juurde anda. Ühiselt on katsetatud erinevat puitu – tugevamat, nagu näiteks tamm ja saar, aga ka kuuske ja mändi, mida mööblitööstus väga palju kasutab. Viimati mainitud materjalidega on katseid veel vähe tehtud. Ka seekord, kui Masaryki ülikooli spetsialistid külas olid, saadi kaardistada vaid mõningad vajadused.

Teiseks kasutusalaks, kus plasmatehnoloogia appi võib tõtata, on puidul esinevad oksakohad, selgitab Kaarna. „Kui meil on n-ö skandinaavia stiilis heledates toonides materjal, millele värv on kantud õhukeste kihtidena, siis suhteliselt kiiresti hakkavad oksakohtades vaigu kollased rõngad läbi kumama, mis inimestele ei meeldi. Kasutatakse küll oksakrunte, kuid eriti head lahendust sellele küsimusele veel ei ole. Hüpotees oli proovida töödelda oksakohta plasmatehnoloogiaga, et saada oksakrunt tugevamini materjali sisse, et vaiku paremini ja kauem kinni hoida.“

Seade saadi Masaryki ülikoolist, sest sealsed teadlased on võtnud suuna tuua plasmatehnoloogia tööstusele lähemale. Lahendused on töötatud välja nii, et seda saab kasutada tavalises õhus, selleks ei pea olema kohandatud vaakumkambrit ega ka mingeid muid spetsiaalseid lahendusi materjali töötlemiseks. „Tegemist on silmale nähtamatu protsessiga. Kasutada on erinevaid viise, kuidas plasmat tekitada: on plaadid, mille peal on plasmaväli, mis tekib klaasi all. Detailid libistatakse üle klaasi ning töötlus toimub sekundite jooksul. Väli mõjutab nanokihti puidu pinnal ning see ei tungi sügavale, ta ei suuda materjali läbistada nagu näiteks röntgenikiir. Ka pärast töötlust ei paista midagi teistmoodi välja. Ainult oksakohtadelt toob töötlus vaigu välja, kuid asi on veel katsetamises, nii erineva kuumuse kui valgusega, kuid arvata on, et plasma toob vaigu kollase rõnga esile. See on kahjuks katsete negatiivne tulemus. Kui plasma suudaks sügavamale tungida, oleks kasutegur teine.“

Imavuse reguleerimine

Teiseks katsematerjaliks on kuuse- ja männipuit — et kas neil on imavuses erinevusi. Katsetati ka termopuitu, kus postulaadiks oli, et see imab vett viis korda vähem kui tavaline puit, siis järelikult peaks see imama vähem ka terrassiõlisid ja teisi kaitsevahendeid. Katse seisnes selles, et vaadata, kas plasmatöödeldud materjal aitab panna terrassiõli sügavamale imenduma. „Probleem on selles, et terrassilauad lähevad päikese käes halliks ning see samuti ei meeldi inimestele,“ kõneles Kaarna. „Termopuit on muidu keskkonnamõjutustele kindel, ent valguskahjustus tekib ruttu. Seega soovime teada, kas see tehnoloogia aitab meil pikendada hooldusvälpa. Huvitav tulemus oli, et plasmatöötlus kiirendas märgatavalt õli imendumist. Erineval termopuidul oli see lausa kordades kiirem, mis on oluline vahe, sest kui on vaja kaks-kolm korda õlitada, võib see võtta tööstuses mitmeid päevi. Kui plasmatöötlus võimaldaks seda kordades kiirendada, et viie päeva asemel saaksime hakkama kahe päevaga, siis oleks see suur võit.“

Üks uuringu tulemus oli ka see, et paljud terrassiõlid ei imendunud üldse puidu pinda. Õlitilk ei liikunud ühelegi poole – see ei olnud laiali valgunud ega sisse imendunud. Pikema aja jooksul see arvatavasti sinna küll imendub, ent suure tõenäosusega siiski puidu sisse ei lähe. Võib jääda mulje, et terrass on õlitatud, kuid muljeks see ka jääb ning kui õli on sama tooniga, mis laud, siis sellest ei pruugi ka aru saada. See info osutus kasulikuks ka terrassilaua tootjatele, kes oskavad nüüd oma klientidele soovitada, millised õlid imenduvad ja millised mitte.

Katsetati veel palju erinevaid kombinatsioone ning nüüd on aeg vaadelda lähemalt ja analüüsida saadud teavet, kui suur efekt oli, ja kui seda polnud, siis tuleb nentida, et üheks või teiseks rakenduseks plasmatehnoloogia ei sobi. Oluline on saavutada plasmakihi pikemaajalisem mõju, mis kestaks kaua, isegi aastaid.

Plasmatehnoloogia on ohutu

Plasmatehnoloogia on keskkonnale ohutu, sest sama tehnoloogiaga on puhastatud taimeseemneid seenhaigustest ning viirustest. Selleks kontrolliti eelnevalt, kas plasmatöötlus võiks muuta seemnete DNA-d ja need uuringutulemused olid negatiivsed – plasmatöötlusel puudub igasugune mõju DNA-le ja see on täiesti ohutu. Tehnoloogia muutis seemnekesta paremini vett imavaks, mis aitas omakorda kaasa taime kiiremale võrsumisele. Ettevaatlik tuleb aga olla gaasi käitlemisel.  

Randi Sepping, kes tehnoloogia katsetusega vahetult kokku puutus, leidis, et töötlemise aspektist  on pinnad siiski erinevad. Tehnoloogia töötab ideaalselt siledate pindade peal, nagu näiteks klaas, kuid puit on reljeefsem ja nõuab rohkem ainega täitmist. „Kiir töötleb 0,15 mm sügavusel ja eeldab, et materjal on teatud kaugusel plasma fookuspunktist, mis tähendab, et töödeldav pind peaks olema pidevalt sellel kaugusel. Puitu nii sildeks ei lihvi ega sirgeks ei painuta, mistõttu on selle töötlemine väga keeruline. Tõenäoliselt on vaja plasmavälja suurendada, kuid see vajab juba tõsisemaid masinaid ja kallimat tehnikat. Puidul mõjutab töötlust iga asi, nii oksakoht kui aastarõngas. Senimaani on tunda, et plasmatehnoloogiaga töödeldud materjalis imendub aine ühtlasemalt ning erinevused on väiksemad,“ arvas Sepping. „Kliimakapis on katsed läbitud ning suurt erinevust täheldada pole. Osad katseobjektid on pandud õue vihma ja valguse kätte ning sealt on tulemusi oodata veebruariks. Saame teada, kuidas erinevad õlid ja nende erinevad kogused on mõju avaldanud.“

Liigutakse selles suunas, et seda tehnoloogiat hakatakse rakendama, ent kas see toimub viie, kümne või viiekümne aasta pärast, ei oska katsete läbiviijad täpselt öelda. Puit on ebatasane ja konarlik ning kui sellest tõigast üle saab, et sama mõju saavutada detaili kõikides nurkades, on juba suur samm edasi astunud. Juba järgmisel katsetusperioodil tõmmatakse fookust rohkem kokku ühe aine ja materjali käitumise peale — näiteks tamme termopuit ja terrassiõli.

Aparatuur, millega TSENTRIS Tšehhi teadlastega koos toimetati, maksab ca 20 000 — 30 000 eurot. Loomulikult otsitaksegi katsetustega efekti, mille saavutamiseks on selline kulutus vajalik teha. Väiksemal kujul on plasmatehnoloogia seade olemas ka Tartu ülikoolil.

Artikli autor: Indrek Sarapuu

Pilt: Erineva viimistlusega detailid on katsetamisel TSENTRI masinasaalis, labori kliimakapis ja välistendil

Artikli originaalversioon TSENTRI ajalehes

Jaga postitust:

Puit on plasmatöötluseks keeruline, aga lootustandev materjal

Kompetentsikeskuses TSENTER tegid kaks nädalat katseid füüsikud Tšehhist Masaryki Ülikoolist.  Oleksandr Galmiz ja Zlata Tučeková uurisid, kuidas plasmatehnoloogia aitab muuta puidu pinda rohkem või vähem vett imavaks. Imavus on oluline tegur erinevate viimistlusmaterjalide pealekandmise kvaliteedi tagamiseks. Viimistlusmaterjalidest tehti katseid veebaasil puiduvärvide, oksakruntide, peitside ja terrassiõlidega.

Esmaste testide tulemused näitasid, et plasmaga töödeldud puidupindade puhul olid erinevused väga suured isegi ühe näidise piires. See tähendab, et tuleb täiustada uurimismetoodikat ja teha täiendavaid teste, et saada teaduses aktsepteeritavaid ja praktikas kasutatavaid teadmisi.

Teadlaste sõnul said nad väga huvitavaid ja paljulubavaid tulemusi termopuidu töötlemisel plasmaga – erinevad õlid imendusid termopuidul täiesti erinevalt. Osad terrassiõlid imendusid hästi, osad ei imendunud peaaegu üldse. Saadud andmed julgustavad edasi töötama, erinevaid termopuite ja õlisid testima ning täiendavaid andmeid koguma, et teha kindlaks konkreetsele termopuidule sobiv õli.

Katsed näitasid samuti, et teatud juhtudel aitab plasmatöötlus nii tavalise kui termopuidu puhul kiirendada õli imendumist ja kuivamist kuni 4 korda. Edasine arendustöö võib viia lahendusteni, mis aitaksid tööstusettevõtetel lühendada puidu õlitamisel kuivamisaega päevadelt mõne tunnini.

Tšehhi teadlaste sõnul oli TSENTRIS viibimine mitmes mõttes kasulik ja inspireeriv – sai teha praktilisi katseid, mida laboritingimustes teha ei saa, ning tugevdada sidemeid edaspidiseks koostööks nii TSENTRI kui Tartu Ülikooliga.

Zlata Tučeková sõnul meeldisid talle TSENTRI inspireeriv keskkond ja inimesed, kes teavad, kuidas protsess toimib. Oleksandr Galmiz lisas lõpetuseks: „Kui meil oleks võimalus tagasi tulla, siis me teeks seda meeleldi“.

Täiendavat infot saab TSENTRI juhi Kalev Kaarna käest kalev@tsenter.ee

Jaga postitust:

Plasmatehnoloogia – kas puidutööstuse tulevik?

TSENTRIS alustasid esmaspäeval tööd kaks noort teadlast Masaryki Ülikoolist. Ülikool asub Brno linnas ja on suuruselt teine Tšehhis. Koolis on 9 teaduskonda ja 35 000 tudengit.
Oleksandr Galmiz ja Zlata Tučeková on mõlemad doktorikraadiga füüsikud ning on spetsialiseeriunud plasmatehnoloogiale.

Mis on välisülikooli teadlaste TSENTRIS viibimise põhjus?
Kalev Kaarna: TSENTRI üks eesmärk on tuua puidusektorisse uusi tehnoloogiaid – kuidas ettevõtted saaksid paremini lahendada tootmises ettetulevaid kitsaskohti. Üks tulevikuvõimalustest on plasmatehnoloogia (gaasist elektri läbijuhtimine), millega saame töödelda erinevaid pindu ja muuta pinna omadusi. Puidu puhul saame suurendada või vähendada veeimavust ja muuta puidu pinda rohkem vett hülgavaks või vett imavaks.
Tšehhi ülikooli teadlased on TSENTRISSE tulnud oma masinapargiga, et teha erinevaid katsetusi terrassiõlide, peitside, oksakruntide ja puiduliimidega. Katsete eesmärk on saavutada kvaliteetsemaid tulemusi väiksema vaevaga. Samuti teevad teadlased katseid termopuiduga. Termopuidu veeimavus on 5% väiksem kui tavalisel puidul ja soov on plasmatöötluse abil parandada pinna veeimavust ja sellega parandada termopuidu omadusi, muutes seda hooldusvabamaks.

Zlata ja Oleksander, olete siin teist päeva, kuidas te ennast TSENTRIS tunnete?
Oleksandr ja Zlata: Oleme mõlemad harjunud elama suurlinnades, kus kõik on 5 minuti kaugusel. Siin tunduvad kõik vahemaad pikad ja kohad väikesed – kogu aeg peab keegi meid auto peale võtma ja sõidutama. Aga TSENTER tundub olevat väga huvitav keskus, selline võiks ka Tšehhis olla.

Töötate mõlemad Masaryki Ülikoolis, aga kust te pärit olete?
Oleksandr: Olen pärit Ukrainast ja kõik mu sugulased on seal, aga elan ja töötan Brnos Masaryki Ülikoolis juba 7 aastat.
Zlata: Olen pärit Slovakkiast, elanud Bratislavas ja enne seda väikelinnas. Brnos elan teist aastat, aga kuna kaitsesin seal ka oma doktoritöö, siis olen linnaga harjunud.

Mida planeerite TSENTRIS teha?
Oleksandr: Peamine eesmärk on tõestada, et puidu töötlemine plasmaga aitab tõsta tootlikkust ja vähendada kulusid. See on kasulik mõlemale poolele, nii TSENTRILE kui ka meile, loob palju võimalusi koostööks ja annab kogemusi. Plaan on teha sellealast teadustööd ja avaldada artikkel teadusajakirjas.
Zlata: Lisaks on eesmärk muuta tootmist loodussõbralikumaks ja seda arvestatakse katsete läbiviimisel.

Kas puidu töötlemist plasmaga on ka varem katsetatud?
Zlata: Plasmatehnoloogia on patendeeritud juba 1991. aastal ja seda tehnoloogiat ning polümeere kasutatakse praegu ka tööstuses, kus plasmaga kaetakse suuri pindu. Bratislava ülikoolis on 6 aastat tagasi tehtud teste ka puiduga, aga need olid pilootkatsed. Praegu on plaan minna sügavale, teha uusi katseid, et seda praktikas kasutada. TSENTRIS viime läbi ühe katseseeria ja Brnos teeme veel täiendavad testid (Märkus: Zlata ja Oleksandr on TSENTRIS 2 nädalat).
Oleksandr: On täiesti reaalne, et plasmatehnoloogiat võiks näiteks 3 aasta pärast puidutööstuses kasutada. Plasmatehnoloogia märksõnad on:
– kvaliteetsemad tooted
– odavamad tooted
– keskkonnasõbralikud tooted

Intevjuu tegi Hille Lillemägi, 1. augustil 2017 TSENTRIS

Vaata lisaks:
Masaryki Ülikool https://www.muni.cz/en
http://www.ceplant.cz/

Jaga postitust: