Zespół:

dr inż. Marek Grześkiewicz - kierownik zespołu
dr hab. inż. Piotr Borysiuk
mgr inż. Katarzyna Kramarz

Istota wynalazku

Tworzywa drzewne, w tym również płyty MDF, są obecnie wykorzystywane w wielu dziedzinach życia człowieka. Szczególnie ich udział zauważalny jest w pomieszczeniach mieszkalnych, gdzie na każdym kroku można spotkać wyroby w postaci mebli, elementów wyposażenia wnętrz itp. Podobnie jak drewno lite, również i tworzywa drzewne pod wpływem działania wilgoci (w postaci wody lub pary wodnej) zmieniają swoje wymiary i kształt – pęcznieją. Jest to proces naturalny, jednak w przypadku gotowych wyrobów przynosi negatywne skutki w postaci powstawania wad elementów. Szczególnie uwidacznia się to w pomieszczeniach, gdzie okresowo pojawia się podwyższona wilgotność np. w kuchni czy łazience. W przypadku płyt MDF w praktyce przemysłowej zwiększenie odporności na działanie wilgoci w celu ograniczenia spęcznienia uzyskuje się na ogół przez dodatek chemicznych środków hydrofobowych, takich jak np. parafina. Dodatkowym sposobem jest zastosowanie powłok ochronnych, które poza funkcją estetyczną, ograniczą również penetrację wilgoci w głąb płyty. Nie da się jednak w ten sposób zabezpieczyć idealnie całej powierzchni elementu. W odniesieniu do drewna litego znane są sposoby zwiększenia stabilności materiału poprzez jego wygrzewanie w specjalistycznych komorach w atmosferze pary przegrzanej, spalin, azotu lub gorącego oleju. Dzięki modyfikacji termicznej drewno staje się mniej podatne na oddziaływanie wilgoci. Dodatkowym efektem procesu modyfikacji jest zmiana barwy materiału. W ramach wynalazku wykorzystano do modyfikacji właściwości tworzyw drzewnych proces obróbki termicznej w atmosferze gorącego powietrza. W efekcie opracowano uproszczoną i skuteczną metodę ograniczenia zmian wymiarowych (spęcznienia) tworzyw drzewnych, szczególnie płyt MDF. W przeciwieństwie do wspomnianych powyżej procesów modyfikacji drewna litego, zaproponowany proces realizowany jest w systemie otwartym z ciągłą, intensywną cyrkulacją powietrza celu zapewnienia równomiernego rozkładu temperatur we wnętrzu komory. Prędkość ogrzewania materiału może wynosić 30C - 1200C na godzinę, przy czym po osiągnięciu temperatury około 100oC powinna być ona obniżona. Osiągane temperatury modyfikacji wewnątrz materiału mogą zawierać się w przedziale 160oC - 190oC. Czas ogrzewania materiału drewnopochodnego w ustalonej temperaturze może wynosić 0,1h - 1,5h. Przeprowadzenie procesu modyfikacji nie wymaga wykorzystywania specjalnych komór, do tego celu mogą służyć zwykłe suszarnie. Może być on jednak przyspieszony poprzez wykorzystanie do ogrzewania materiału generatorów wielkiej częstotliwości. Po procesie modyfikacji, materiał, nawilża się do wilgotności równoważnej dla warunków użytkowania w wyrobie. W celu przyspieszenia nawilżania można je przeprowadzić w środowisku z parą wodną w podwyższonych temperaturach. Ostateczne parametry prowadzenia procesu ustala się w zależności od oczekiwanego efektu, tj. założonej redukcji spęcznienia oraz oczekiwanego lub akceptowalnego stopnia zmiany barwy tworzywa. W efekcie przeprowadzenia procesu modyfikacji płyt MDF można uzyskać redukcję ich spęcznienia o około 50% w stosunku do płyt niemodyfikowanych. Należy podkreślić, że proces przeznaczony jest do modyfikacji wyrobów suchotrwałych. Wyroby takie, w odróżnieniu od wyrobów wodoodpornych, zawierają tylko minimalną ilość chemicznych środków hydrofobowych. Dodatkowym efektem obróbki termicznej jest zmiana barwy (ściemnienie – obniżenie parametru jasności) płyt, przy czym jest ona uzależniona od parametrów obróbki. W wyniku obróbki termicznej następuje nieznaczna redukcja właściwości wytrzymałościowych płyt MDF.

Korzyści z zastosowania wynalazku

Wykorzystanie wynalazku w postaci procesu modyfikacji termicznej tworzyw drzewnych pozwala na zwiększenie możliwości użytkowania wyrobów wytworzonych z płyt suchotrwałych (nieodpornych na działanie wilgoci) w warunkach podwyższonej wilgotności. Meble a w szczególności meble łazienkowe i kuchenne, wyprodukowane na bazie zmodyfikowanych płyt będą charakteryzować się większą trwałością. Proces modyfikacji jest w pełni ekologiczny i nie wymaga stosowania dodatkowych środków chemicznych. Zmodyfikowany materiał, po zakończeniu jego cyklu życia, może być bez problemów poddawanych recyklingowi tak jak płyty niemodyfikowane. Procesowi mogą być poddawane poszczególne półfabrykaty do wykonania elementów wyrobów, co ogranicza konieczność zużycia energii na modyfikację materiału, który może stanowić później odpad poprodukcyjny. Proces modyfikacji może być prowadzony w suszarniach bez konieczności zakupu specjalistycznych komór.

Potencjał komercjalizacyjny

Wynalazek w postaci sposobu modyfikacji tworzyw drzewnych może być wdrożony praktycznie w każdym zakładzie przemysłowym posiadającym komory suszarniane pozwalające uzyskać temperatury około 200oC i umożliwiające stabilne sterowanie temperaturą i przepływem powietrza wewnątrz komory. Dzięki prowadzeniu całego procesu w atmosferze powietrza, nie jest wymagany zakup specjalistycznych urządzeń jak ma to miejsce przy typowej modyfikacji termicznej drewna.