專利名稱:遠紅外輻射發(fā)射材料的制作方法
技術領域:
本發(fā)明涉及新的遠紅外輻射發(fā)射材料,還涉及用于干燥各種材料,用于賦予醫(yī)療設備和儀器以及衣服以功能(如隔熱),和用于空氣調(diào)節(jié)以及頭發(fā)護理和美容的遠紅外輻射發(fā)射材料。
為通過利用遠紅外輻射使熱能對產(chǎn)品和人體組織起作用,必須根據(jù)包含在這些物體中的遠紅外輻射對其起作用的水分子的旋轉(zhuǎn)振動波長,有效地輻射遠紅外輻射。然而,這些常規(guī)遠紅外輻射發(fā)射材料在適于水分子激發(fā)的遠紅外輻射的輻射效率上并不一定是很好的。
另一方面,本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)明了能夠有效發(fā)射要求用于包含在動物和植物體,包括人體組織中的水分子的激發(fā)的熱能的遠紅外輻射發(fā)射材料(JP No.2137667)。然而此遠紅外輻射發(fā)射材料存在高生產(chǎn)成本的問題。
考慮到此狀況,本發(fā)明的目的是提供一種新穎的遠紅外輻射發(fā)射材料,它可有效地發(fā)射要求用于包含在動物和植物體,包括人體組織中的水分子的激發(fā)的熱能,可以在低成本下生產(chǎn)并且非常適用于通用應用。
發(fā)明概述能夠達到以上目的的根據(jù)本發(fā)明的遠紅外輻射發(fā)射材料,是包含如下物質(zhì)的材料60-90wt%的選自二氧化鈦和碳化鈦的至少一種類型,10-40wt%的選自二氧化硅和碳化硅的至少一種類型和0.01-0.5wt%稀土金屬的氧化物。
同樣,本發(fā)明的遠紅外輻射發(fā)射材料可以是由包含上述遠紅外輻射發(fā)射材料與合成樹脂的組合物形成并可以通過加工此遠紅外輻射發(fā)射材料獲得的具有板、圓筒體、片或纖維的形狀的遠紅外輻射發(fā)射材料。
附圖簡述
圖1顯示表1,其說明了測量從本發(fā)明遠紅外輻射發(fā)射材料的試樣發(fā)出的遠紅外輻射發(fā)射量的測試結果;圖2顯示表2,其說明了干燥測試材料木材的測試結果;和圖3顯示表3,其說明了具有更高體溫保持效果的本發(fā)明遠紅外輻射發(fā)射材料。
實施方案的描述包含在本發(fā)明遠紅外輻射發(fā)射材料中的鈦組分是選自二氧化鈦和碳化鈦的至少一種類型。鈦組分的含量是60-90wt%。當含量超過90wt%時,遠紅外輻射發(fā)射的效率降低而當含量小于60wt%時,遠紅外輻射發(fā)射的效率也降低,因此不在上述范圍內(nèi)的含量不是所需的。
同樣,包含在本發(fā)明遠紅外輻射發(fā)射材料中的硅組分是選自二氧化硅和碳化硅的至少一種類型。硅組分的含量是10-40wt%。當含量超過40wt%時,遠紅外輻射發(fā)射的效率降低而當含量小于10wt%時,遠紅外輻射發(fā)射的效率也降低,因此不在上述范圍內(nèi)的含量不是所需的。
此外,稀土金屬的氧化物包括稀土金屬如鑭、釹和釔的氧化物。特別地當含量是0.01wt%或更高時,稀土金屬的氧化物具有提高遠紅外輻射發(fā)射效率的效果。另一方面,當含量小于0.01wt%時,沒有預期的在遠紅外輻射發(fā)射效率中的改進。同樣,以大于0.05wt%或更高的量混合氧化物產(chǎn)生經(jīng)濟的問題和因此是不實際的。
即使少量的氧化鋁、氧化鋯、堿金屬氧化物、堿土金屬氧化物、VIII族金屬氧化物等進一步包含在根據(jù)本發(fā)明的遠紅外輻射材料中,如果這些材料的含量是5wt%或更低,不會產(chǎn)生特別嚴重的問題。盡管這些組分的每一種可以單一氧化物等的形式包含,每一種可以配位氧化物等的形式包含。
構成本發(fā)明遠紅外輻射發(fā)射材料的每種組分可以如下方式使用組合物,其中以粉末形式混合每種物質(zhì),或通過混合一些或所有這些組分,其后在高溫下煅燒混合物和進一步粉碎煅燒的產(chǎn)物而獲得的物質(zhì)。當經(jīng)受以下解釋的各種加工時,從共混可操作性和模塑加工性方面來看,這樣獲得的遠紅外輻射發(fā)射材料優(yōu)選具有足夠小的顆粒直徑以獲得細顆粒。
通過使用例如合成樹脂作為粘合物,可以將前述的本發(fā)明遠紅外輻射發(fā)射材料模塑成各種形式如膜、片材、板材和管子。同樣,通過將它捏合入聚合物材料以紡絲,遠紅外輻射發(fā)射產(chǎn)物可以用作遠紅外輻射發(fā)射纖維。另外,當制備紙時,可以混合本發(fā)明的遠紅外輻射發(fā)射材料以形成遠紅外輻射發(fā)射的片材??梢詫⑦@樣的片材或板材進行二次塑模以形成具有各種形狀的模塑制品。此外,通過將它與合適的粘合劑或溶劑混合,本發(fā)明的遠紅外輻射發(fā)射材料可以用作遠紅外輻射發(fā)射涂料。
活體中的水與活體中的聚合物相聯(lián)合以形成水合物簇,使得它容易吸收波長為6-12μm的遠紅外輻射。本發(fā)明的遠紅外輻射發(fā)射材料可有效地發(fā)射波長廣泛地為4-20μm或更長的遠紅外輻射并因此可在用于加熱和干燥食品和例如從動物和植物有效地獲得的其它材料的設備中使用。本發(fā)明的遠紅外輻射發(fā)射材料可用于醫(yī)療儀器和設備以及衣服和建筑材料并且可比常規(guī)遠紅外輻射發(fā)射材料顯示更優(yōu)異的性能。(測試例1)根據(jù)表1所示的各種配方混合二氧化鈦粉末(粒徑0.15μm),碳化鈦粉末(粒徑0.3μm),二氧化硅粉末(粒徑0.05μm),碳化硅粉末(粒徑0.1μm),氧化鑭粉末(粒徑0.2μm),氧化釹粉末(粒徑0.15μm)和氧化釔粉末(粒徑0.2μm),以獲得根據(jù)本發(fā)明的遠紅外輻射發(fā)射材料A-L和作為對照產(chǎn)物的遠紅外輻射發(fā)射材料M-Z。
以50重量份的量,將各種這些遠紅外輻射發(fā)射材料與100重量份高密度聚乙烯樹脂混合,和使用由Toyo Tester制造的捏合擠出機(KCK型),在150rpm的轉(zhuǎn)速下,在200℃的樹脂溫度下,捏合混合物10分鐘以獲得粒料。將此粒料經(jīng)擠出機以形成片,然后將它通過熱壓機加工以生產(chǎn)0.5mm厚的片體。
將7cm×7cm測試樣從各個這些片體上切割出并通過使用遠紅外輻射功率儀(TMM-P-10,由FEROTEX制造)在36℃下,測量遠紅外輻射的發(fā)射量。結果見圖1,它顯示表1。
關于遠紅外輻射的發(fā)射量,超過根據(jù)由紅外輻射學會(基金會)規(guī)定的量,從人體發(fā)射的遠紅外線的發(fā)射量(在36℃下4.5mW/cm2)10%的5mW/cm2或更高的數(shù)值定義為“有效的”。
(測試例2)以100重量份的數(shù)量,將根據(jù)本發(fā)明的遠紅外輻射發(fā)射材料B與100重量份聚丙烯樹脂以上述相同方式混合以制造90cm長,90cm寬和0.8mm厚的遠紅外輻射發(fā)射樹脂板PB。然后,通過使用耐熱壓敏粘合劑雙涂敷膠帶,將此樹脂板施加到天花板表面上和寬度為2mm,長度為5.8m和高度為2.1m的IF型蒸汽木干燥倉庫(steam wood dry warehouse)(由Hildebrandt制造)的左和右壁表面上。
其后,在以上干燥倉庫中在橫木上負載厚度為34mm,寬度為15-35cm和長度為180-160cm,總體積為6.2立方米的橡樹木料,并將測試材料放入這些木料的中心。然后,在一定的干燥順序上進行用于干燥木料的測試使得干球溫度從50℃升高到70℃和濕球溫度從39℃升高到68℃以測量如下每種水分傾度(moisture inclination),干燥所需時間,能量消耗直到木料的水分含量達到目標水分含量,即,7-10%從30%損壞生成的比例。結果見表2。
使用電阻式濕度儀(resistance moisture meter)(HT-85,由GANN制造),以如下方式測量水分傾度。當木料的水分含量為27%-25%的范圍時,將電極針從表面層在測試材料中驅(qū)動到至多5mm的深度和至多其中心位置,以讀出在干燥過程期間在兩個位置的每個水分含量值(%),以計算在獲得水分含量之間的差值和將此差值定義為水分傾度(Δ%)。同樣,在干燥完成的時間,當木料的水分含量達到7-5%時,以如上相同的方式讀出每個位置水分含量值,以發(fā)現(xiàn)在此時的水分傾度(Δ%)。
另一方面,通過使用各種儀器,分別通過測量電能的量(kWH)和煤油的量(L),發(fā)現(xiàn)干燥木料所必須消耗的能量。此外,通過目測確認在干燥之前和之后的所有木料上的小裂縫,前表面裂縫,內(nèi)部裂縫和在干燥之前和之后在所有木料上的塌陷,并將具有由干燥引起的缺陷的木料體積比例定義為損壞生成率(%)。
以如上相同的方式生產(chǎn)具有相同形狀的樹脂板PM*,區(qū)別在于使用用于對照的遠紅外輻射發(fā)射材料M*代替遠紅外輻射發(fā)射材料B。以如上相同的方式制備干燥倉庫,其中將此樹脂板施加到其側壁表面,天花板表面和左和右壁表面上。然后,以如上相同的方式進行用于干燥木料的測試和進行如上的相同測量。將結果與其它結果一起示于表2,表2示于圖2。
從示于圖2的表2可以理解,當與通過施加作為對照產(chǎn)品的樹脂板PM*制備的干燥倉庫比較時,通過施加樹脂板PB使用本發(fā)明的遠紅外輻射發(fā)射材料B制備的干燥倉庫降低水分傾度,降低損壞生成率,使干燥時間變短并且當干燥木料時僅要求小的能量消耗。(測試例3)在100重量份用于纖維紡絲的聚酯樹脂中,混合一重量份的本發(fā)明遠紅外輻射發(fā)射材料K,以獲得母料,然后將它熔融紡絲以生產(chǎn)1.25旦尼爾聚酯短纖維。通過纖維紡絲,通過以20%的量與棉紗混合生產(chǎn)的紗線支數(shù)30的棉混合紗用于通過使用圓形編織機編織成灰色薄片內(nèi)衣(sheeting underwear)HK。
同樣,以如上相同的方式生產(chǎn)聚酯短纖維,區(qū)別在于使用作為對照產(chǎn)品的遠紅外輻射發(fā)射材料代替本發(fā)明的遠紅外輻射發(fā)射材料K。此外,如上生產(chǎn)相同的棉混合紗以編織作為對照產(chǎn)物的灰色薄片內(nèi)衣HS*。然后,通過編織使用紗線支數(shù)30棉紗,也制備作為標準產(chǎn)品的灰色薄片內(nèi)衣Ha。
在保持在23±1℃的室內(nèi),在50%的濕度下,將這三種類型灰色薄片內(nèi)衣的每一種穿著30分鐘。使用溫度記錄儀(TVS-2000,由Abionix制造),測量在就在脫下每個內(nèi)衣之后的背部皮膚溫度。然后,繼續(xù)地,以如上相同的方式測量每次皮膚隨時間的溫度變化。注意到在該處測量溫度的背部位置是五個位置,即,頸部,左肩和右肩和左腰和右腰。計算每個測量值的平均溫度(℃)。結果示于表3,表3示于圖3。
如在表3所見,可以理解與使用作為對照產(chǎn)物的遠紅外輻射發(fā)射材料S*的灰色薄片內(nèi)衣HS*和與作為標準產(chǎn)物的灰色薄片內(nèi)衣Ha相比,使用本發(fā)明遠紅外輻射發(fā)射材料K的灰色薄片內(nèi)衣HK具有更高的體溫保持效果。
本發(fā)明的遠紅外輻射發(fā)射材料由具有高通用性的材料構成,可以在相對低成本下提供并且也可有效地發(fā)射波長范圍容易被包含在生物組織如動物,植物和人體組織中的水吸收的遠紅外輻射。因此,當它用于如下寬范圍應用時本發(fā)明的遠紅外輻射發(fā)射材料具有優(yōu)異的效果如,各種材料包括食品的干燥、冷藏和冷凍,農(nóng)產(chǎn)品和海產(chǎn)品的生長,功能的賦予如對醫(yī)療機器和儀器、衣服等的隔熱,空氣調(diào)節(jié)和頭發(fā)護理和美容。
權利要求
1.一種遠紅外輻射發(fā)射材料,包含60-90wt%選自二氧化鈦和碳化鈦的至少一種類型,10-40wt%選自二氧化硅和碳化硅的至少一種類型和0.01-0.5wt%稀土金屬的氧化物。
2.一種遠紅外輻射發(fā)射材料,由包含合成樹脂和權利要求1的遠紅外輻射發(fā)射材料的組合物形成并具有板、圓筒體、片或纖維的形狀。
全文摘要
為提供新穎遠紅外輻射發(fā)射材料,其可有效地發(fā)射用于包含在動物和植物體、包括人體組織中的水分子的激發(fā)所需的熱能,可以在低成本下生產(chǎn)并非常適用于通用應用。本發(fā)明的遠紅外輻射發(fā)射材料包括60-90wt%選自二氧化鈦和碳化鈦的至少一種類型,10-40wt%選自二氧化硅和碳化硅的至少一種類型和0.01-0.5wt%稀土金屬的氧化物。此外,將包含此遠紅外輻射發(fā)射材料和合成樹脂的組合物形成具有板、圓筒體、或纖維的形狀的遠紅外輻射發(fā)射材料由并使用。
文檔編號C09K3/00GK1470474SQ02144219
公開日2004年1月28日 申請日期2002年9月29日 優(yōu)先權日2002年7月23日
發(fā)明者菊田俊一 申請人:福貝斯特株式會社