DE60209656T2 - Ferninfrarotbestrahlung strahlendes Material - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Ferninfrarotstrahlung emittierendes Material und ein Ferninfrarotstrahlung emittierendes Material, welches verwendet wird zum Trocknen verschiedener Materialien, zum Verleihen von Funktionen, wie beispielsweise eine thermische Isolation an medizinisches Equipment und Instrumente und Kleidung, und für Klimaanlagen und zum Frisieren und für die Kosmetik.
  • Als konventionelle Ferninfrarotstrahlung emittierende Materialien werden verschiedene Keramiken, enthaltend Aluminiumoxid, Titandioxid, Zirkonoxid und Siliziumdioxid vorgeschlagen. Diese Materialien werden in Klimaanlagen und medizinischen Applikationen, sowie bei Applikationen, wie beispielsweise Erhitzen, Kühlen und Trocknen von Produkten durch Verbesserung der Wärmeabsorptions- und Wärmestrahlungseffizienz unter Verwendung dieser Materialien, verwendet. Um zu bewirken, dass Wärmeenergie auf Produkte und menschliche Systeme durch Verwendung von Ferninfrarotstrahlung einwirkt, ist es notwendig, Ferninfrarotstrahlung gemäß der Rotationsschwingungswellenlänge eines Wassermoleküls, welches in diesen Gegenständen, auf die Ferninfrarotstrahlung einwirkt, enthalten ist, effizient zu strahlen. Jedoch sind diese konventionellen, Ferninfrarotstrahlung emittierenden Materialien nicht notwendigerweise hervorragend bei der Strahlungseffizienz einer Ferninfrarotstrahlung, welche für die Anregung von Wassermolekülen geeignet ist.
  • Auf der anderen Seite hat der Erfinder der vorliegenden Erfindung ein Ferninfrarotstrahlung emittierendes Material erfunden (JP Nr. 2137667), welches verwendbar ist, um thermische Energie, welche erforderlich ist für die Anregung von Wassermolekülen, enthaltend in tierischen und pflanzlichen Körpern einschließlich menschlichen Systemen, effizient zu emittieren. Dieses Ferninfrarotstrahlung emittierende Material weist jedoch das Problem von hohen Produktionskosten auf.
  • Das Dokument US-A-5419855 beschreibt ein weiteres Ferninfrarot emittierendes Material, welches unterschiedliche Gewichsanteile verwendet und welches Zirkon anstelle von Silizium verwendet.
  • Im Hinblick auf diese Situation ist es ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein neues Ferninfrarotstrahlung emittierendes Material zur Verfügung zu stellen, welches die thermische Energie, welche erforderlich ist für die Anregung von Wassermolekülen, enthaltend in tierischen und pflanzlichen Körpern, einschließlich menschlicher Systeme, effizient emittieren kann, bei niedrigen Kosten produziert werden kann, und sehr brauchbar bei Universalapplikationen ist.
  • Ein Ferninfrarotstrahlung emittierendes Material gemäß der vorligenden Erfindung, durch welches der vorgenannte Gegenstand errreicht wird, ist ein Material, umfassend 60 bis 90 Gew.-% mindestens eines Typs, der aus Titandioxid und Titancarbid ausgewählt ist, 10 bis 40 Gew.-% mindestens eines Typs, der aus Siliziumdioxid und Siliziumcarbid ausgewählt ist, und 0,01 bis 0,5 Gew.-% eines Oxids eines Seltenerdmetalls.
  • Das Ferninfrarotstrahlung emittierende Material der vorliegenden Erfindung kann auch ein Ferninfrarotstrahlung emittierendes Material sein, welches aus einer Zusammensetzung gebildet ist, enthaltend das vorgenannte Ferninfrarotstrahlung emittierende Material und ein synthetisches Harz, und das eine plattenförmige, zylindrische, lagenartige oder fasrige Gestalt aufweist, oder es kann eines sein, welches durch Verarbeiten dieses Ferninfrarotstrahlung emittierenden Materials erhalten wird.
  • 1 zeigt Tabelle 1, welche das Ergebnis eines Tests zeigt, bei dem die Menge der Ferninfrarotstrahlungsemission einer Probe eines Ferninfrarotstrahlung emittierenden Materials der Erfindung gemessen wird;
  • 2 zeigt Tabelle 2, welche das Ergebnis eines Tests zum Trocknen der Hölzer mittels des Testmaterials zeigt; und
  • 3 zeigt Tabelle 3, welche das Ferninfrarotstrahlung emittierende Material der Erfindung mit einer höheren Körpertemperatur-Haltewirkung zeigt.
  • Die Titankomponente, welche in dem Ferninfrarotstrahlung emittierenden Material der vorliegenden Erfindung enthalten ist, ist mindestens ein Typ, der aus Titandioxid und Titancarbid ausgewählt ist. Der Gehalt an der Titankomponente ist 60 bis 90 Gew.-%. Wenn der Gehalt 90 Gew.-% überschreitet, wird die Effizienz der Ferninfrarotstrahlungsemission erniedrigt, wohingegen die Effizienz der Ferninfrarotstrahlungsemission ebenfalls erniedrigt wird, selbst wenn der Gehalt weniger als 60 Gew.-% ist, weshalb der Gehalt außerhalb des oben definierten Bereichs unerwünscht ist.
  • Auch ist die Siliziumkomponente, welche in dem Ferninfrarotstrahlung emittierenden Material der gegenwärtigen Erfindung enthalten ist, mindestens ein Typ, welcher aus Siliziumdioxid und Siliziumcarbid ausgewählt ist. Der Gehalt an der Siliziumkomponente ist 10 bis 40 Gew.-%. Wenn der Gehalt 40 Gew.-% überschreitet ist die Effizienz der Ferninfrarotstrahlungsemission erniedrigt, wohingegen die Effizienz der Ferninfrarotstrahlungsemission auch erniedrigt wird, selbst wenn der Gehalt weniger als 10 Gew.-% beträgt, weshalb der Gehalt außerhalb des oben definierten Bereichs unerwünscht ist.
  • Darüber hinaus enthält das Oxid eines Seltenerdmetalls Oxide von Seltenerdmetallen, wie beispielsweise Lanthan, Neodym und Yttrium. Insbesondere hat das Oxid eines Seltenerdmetalls den Effekt des Verbesserns der Effizienz von Ferninfrarotstrahlungsemission, wenn der Gehalt 0,01 Gew.-% oder mehr ist. Auf der anderen Seite wird keine Verbesserung in der Effizienz von Ferninfrarotstrahlungsemission erwartet, wenn der Gehalt weniger als 0,01 Gew.-% ist. Auch führt ein Vermengen des Oxids in einer Menge, welche größer 0,05 Gew.-% oder mehr ist, zu einem ökonomischen Problem und ist daher unpraktikabel.
  • Selbst wenn ferner eine kleine Menge an Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Alkalimetalloxiden, Erdalkalimetalloxiden, Oxiden von Metallen der achten Gruppe und dergleichen in solch einem Ferninfrarotstrahlungsmaterial gemäß der vorliegen den Erfindung enthalten ist, taucht kein besonders ernstes Problem auf, wenn der Gehalt dieser Materialien 5 Gew.-% oder weniger ist. Obwohl jede dieser Komponenten in der Form eines einzelnen Oxids oder dergleichen enthalten sein kann, kann jedes in der Form eines komplexen Oxides oder dergleichen enthalten sein.
  • Jede Komponente, welche das Ferninfrarotstrahlung emittierende Material der vorliegenden Erfindung aufbaut, kann entweder als eine Zusammensetzung verwendet werden, in welcher alles in der Form eines Pulvers gemischt wird, oder kann eine solche sein, welche erhalten wird durch ein Vermengen einiger oder aller dieser Komponenten, ein darauf folgendes Kalzinieren der Mischung bei hohen Temperaturen und ferner ein Pulverisieren des kalzinierten Produkts. Das Ferninfrarotstrahlung emittierende Material, welches auf diese Weise erhalten wird, hat vorzugsweise einen Partikeldurchmesser, der, vom Standpunktpunkt einer Vermischbarkeit und einer Formgebungsverarbeitbarkeit aus gesehen, wenn dieses verschiedenen Verarbeitungen unterzogen wird, klein genug ist, um Feinpartikel zu erhalten, wie später geschildert werden wird.
  • Das Ferninfrarotstrahlungsmaterial der vorliegenden Erfindung, wie es oben beschrieben ist, kann in verschiedene Formen, wie beispielsweise einen Film, eine Lage, eine Platte und eine Röhre, unter Verwendung beispielsweise eines synthetischen Harzes als Bindemittel, und geformt angewandt werden. Auch kann das Ferninfrarotstrahlung emittierende Produkt als Ferninfrarotstrahlung emittierende Fasern durch Kneten desselben in polymeren Materialien verwendet werden, um zu spinnen. Ferner kann das Ferninfrarotstrahlung emittierende Material der vorliegenden Erfindung gemischt werden, wenn Papier hergestellt wird, um ein Ferninfrarotstrahlung emittierendes Blatt zu formen. Solch ein Blatt oder Platte kann einem zusätzlichen Formen unterzogen werden, um geformte Artikel zu formen, welche verschiedene Formen aufweisen. Ferner kann das Ferninfrarotstrahlung emittierende Material der vorliegenden Erfindung als Ferninfrarotstrahlung emittierende Farben verwendet werden durch Vermischen desselben mit geeigneten Bindemittel oder Lösemittel.
  • Wasser in einem lebenden Körper ist assoziiert mit einem Polymer des lebenden Körpers, um einen Hydrat-Cluster zu bilden, sodass es in einfacher Weise Ferninfrarotstrahlung absorbiert, welche eine Wellenlänge in der Größenordnung von 6 bis 12 μm aufweist. Das Ferninfrarotstrahlung emittierende Material der vorliegenden Erfindung kann effizient Ferninfrarotstrahlung emittieren, welche eine Wellenlänge aufweist, die weitgehend im Bereich von 4 bis 30 μm oder mehr ist, und kann deshalb effizient in einer Vorrichtung verwendet werden, welche zum Erhitzen und Trocknen von Lebensmitteln und anderen Materialien, welche beispielsweise von Tieren und Pflanzen erhalten werden, verwendet wird. Das Ferninfrarotstrahlung emittierende Material der vorliegenden Erfindung kann für medizinische Instrumente und Einrichtungen sowie als Kleidungs- und Baumaterialien verwendet werden und kann exzellentere Eigenschaften zeigen als konventionelle Ferninfrarotstrahlung emittierende Materialien.
  • (Testbeispiel 1)
  • Ein Titandioxid-Pulver (Partikeldurchmesser: 0,15 μm), ein Titancarbid-Pulver (Partikeldurchmesser: 0,3 μm), ein Siliziumdioxid-Pulver (Partikeldurchmesser: 0,05 μm), ein Siliziumcarbid-Pulver (Partikeldurchmesser: 0,1 μm), ein Lanthanoxid-Pulver (Partikeldurchmesser: 0,2 μm), ein Neodymoxid-Pulver (Partikeldurchmesser: 0,15 μm) und Yttriumoxid-Pulver (Partikeldurchmesser: 0,2 μm) wurden gemäß den Formulierungen, wie sie in Tabelle 1 gezeigt sind, gemischt, um Ferninfrarotstrahlung emittierende Materialien A bis L gemäß der vorliegenden Erfindung und Ferninfrarotstrahlung emittierende Materialien M bis Z als Kontrollprodukte zu erhalten.
  • Jedes dieser Ferninfrarotstrahlung emittierenden Materialien wurde in einer Menge von 50 Gew.-% mit 100 Gew.-% eines hochdichten Polyethylenharzes vermengt und die Mischung wurde unter Verwendungen eines Knetextruders (KCK-Modell), hergestellt von Toyo Tester, bei einer Rotation von 150 Umdrehungen pro Minute bei einer Harztemperatur von 200°C für zehn Minuten geknetet, um ein Pellet zu erhalten. Dieses Pellet wurde einem Extruder unterworfen, um ein Blatt zu formen, welches dann durch eine Heißpresse bearbeitet wurde, um ein 0,5 mm dickes Blatt zu produzieren.
  • Eine 7 cm × 7 cm große Testprobe wurde aus jedem dieser Blätter herausgeschnitten und auf die Menge (mW/cm) an Emission von Ferninfrarotstrahlung unter Verwendung eines Ferninfrarotstrahlungs-Leistungsmessers (TMM-P-10, hergestellt von Ferotex) bei 36°C geprüft. Die Ergebnisse sind in 1 gezeigt, welche die Tabelle 1 zeigt.
  • Was den Wert der Menge an Emission einer Ferninfrarotstrahlung betrifft, wurde ein Wert von 5 mW/cm2 oder mehr, übersteigend den Wert (4,5 mW/cm2 bei 36°C) der Emission der Ferninfrarotstrahlung um 10 %, die von einem menschlichen Körper emittiert wird, gemäß der Menge an Strahlung, die durch die Ferninfrarotstrahlungs-Gesellschaft (Stiftung) vorgeschrieben ist, als „effektiv" definiert.
  • (Testbeispiel 2)
  • Ein Ferninfrarotstrahlung emittierendes Material B gemäß der vorliegenden Erfindung wurde in einer Menge von 10 Gew.-% mit 100 Gew.-% eines Polypropylenharzes auf dieselbe Art und Weise wie oben beschrieben vermengt, um eine 90 cm lange, 90 cm breite und 0,8 mm dicke Ferninfrarotstrahlung emittierende Harzplatte PB herzustellen. Dann wurde diese Harzplatte auf die Deckenoberfläche und die linken und rechten Wandoberflächen eines IF Models eines hölzernen Dampftrockenlagers (hergestellt von Hildebrandt) mit einer Breite von 2 mm, einer Länge 5,8 m und einer Höhe von 2,1 m unter Verwendungen eines hitzeresistenten druckempfindlichen Doppelklebebandes aufgebracht.
  • Als nächstes wurden Eichenhölzer jeweils mit einer Dicke von 34 mm, einer Breite von 15 bis 35 cm und einer Länge von 180 bis 260 cm mit einem Gesamtvolumen von 6,2 m3 auf Kreuzstücke in dem vorgenannten Trockenlager aufgebracht und das Testmaterial wurde in den Zentren dieser Hölzer angeordnet. Dann wurde ein Test zum Trocknen der Hölzer in einem solchen Trocknungsplan durchgeführt, dass eine Trockenkugeltemperatur von 50°C auf 70°C erhöht wurde und die Feuchtkugeltemperatur von 39°C auf 68°C erhöht wurde, um jede Feuchtigkeitsneigung, die Zeit, welche zum Trocknen benötigt wird, den E nergieverbrauch und das Ausmaß der Bildung von Schäden zu messen, bis der Feuchtigkeitsgehalt des Holzes einen Zielfeuchtigkeitsgehalt erreicht hat, nämlich 7 bis 10 % von 30 %. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
  • Die Feuchtigkeitsneigung wurde unter Verwendung eines Widerstands-Feuchtemessers (HT-85, hergestellt von GANN) auf die folgende Art und Weise hergestellt. Eine Elektrodennadel wurde in das Testmaterial bis zu einer Tiefe von 5 mm von der Oberflächenschicht und bis zur Zentralposition davon getrieben, um jeden Wert (%) der Feuchtigkeitsgehalte an beiden Positionen im Verlauf des Trocknens zu studieren, wenn der Feuchtigkeitsgehalt des Holzes im Bereich von 27 % bis 25 % war, um einen Unterschied zwischen den resultierenden Feuchtigkeitsgehalten zu berechnen, und dieser Unterschied wurde definiert als Feuchtigkeitsneigung (Δ %). Auch wurde der Wert des Feuchtigkeitsgehalts jeder Position auf dieselbe Art wie oben beschrieben studiert, wenn der Feuchtigkeitsgehalt des Holzes 7 % bis 5 % zum Zeitpunkt der Beendigung der Trocknung erreichte, um bei diesem Zeitpunkt ebenfalls die Feuchtigkeitsneigung (Δ %) herauszufinden.
  • Auf der anderen Seite wurde die nötige Energie, welche zum Trocknen der Hölzer verbraucht wurde, durch Messen der Menge (kWh) an elektrischer Energie bzw. der Menge (L) an Kerosin unter Verwendung beider Mittel herausgefunden. Darüber hinaus wurden die Beschädigungen des Holzes, hervorgerufen durch das Trocknen, durch visuelles Begutachten der Anwesenheit oder Abwesenheit von kleinen Rissen, Stirnflächenrissen, inneren Rissen und Zusammenbrüchen an all den Hölzern vor und nach dem Trocknen entdeckt, und das Verhältnis der Anzahl an Hölzern mit generierten Defekten, hervorgerufen durch das Trocknen, wurde als das Verhältnis (%) der Bildung von Beschädigungen definiert.
  • Eine Harzplatte PM* mit derselben Form wurde auch auf dieselbe Art und Weise wie oben beschrieben hergestellt mit der Ausnahme, dass das Ferninfrarotstrahlung emittierende Material M* als Kontrolle an Stelle des Ferninfrarotstrahlung emittierenden Materials B verwendet wurde. Ein Trockenlager, in welchem diese Harzplatte an die Seitenwandoberflächen, die Deckenoberfläche und die linken und rechten Wandoberflächen auf dieselbe Art und Weise wie oben beschrieben angebracht wurde, wurde hergestellt. Dann wurde ein Test zum Trocknen des Holzes auf dieselbe Art und Weise wie oben beschrieben durchgeführt und dieselbe Messung wie oben beschrieben wurde durchgeführt. Die Ergebnisse sind zusammen mit anderen Ergebnissen in Tabelle 2, gezeigt in 2, dargestellt.
  • Aus Tabelle 2, gezeigt in 2, ist es offensichtlich, dass, im Vergleich mit dem Trockenlager, hergestellt durch Anbringen der Harzplatte PM* als ein Kontrollprodukt, das Trockenlager, hergestellt durch Anbringen der Harzplatte PB unter Verwendung des Ferninfrarotstrahlung emittierenden Materials B der vorliegenden Erfindung, die Feuchtigkeitsneigung senkt, den Anteil der Bildung von Beschädigungen reduziert, die Trocknungszeit verkürzt, und lediglich einen geringen Energieverbrauch beim Trocknen der Hölzer erfordert.
  • (Testbeispiel 3)
  • Ein Gewichtsteil an Ferninfrarotstrahlung emittierenden Materials K der vorliegenden Erfindung wurde in 100 Gewichtsteilen eines Polyesterharzes für das Faserspinnen vermengt, um eine Vormischung zu erhalten, welche dann schmelz-gesponnen wurde, um einen 1,25 Denier Polyesterstapel herzustellen. Ein kombiniertes Baumwollgarn mit einem Titer von 30, welches durch Faserspinnen durch Mischen dieses Stapels in einer Menge von 20 % mit Baumwollgarn hergestellt wurde, wurde verwendet, um eine Unterwäsche HK mit grauer Umhüllung unter Verwendung einer Rundwirkmaschine zu wirken.
  • Ebenfalls wurde ein Polyesterstapel auf dieselbe Art und Weise wie oben beschrieben hergestellt, mit der Ausnahme, dass das Ferninfrarotstrahlung emittierende Material S* als Kontrollprodukt an Stelle des Ferninfrarotstrahlung emittierenden Materials K der vorliegenden Erfindung verwendet wurde. Ferner wurde dasselbe kombinierte Baumwollgarn wie oben beschrieben hergestellt, um eine Unterwäsche HS* mit grauer Umhüllung als ein Kontrollprodukt zu wirken. Dann wurde auch eine Unterwäsche Ha mit grauer Umhüllung, hergestellt als ein Standardprodukt, durch Wirken unter Verwendung eines Baumwollgarns mit einem Titer von 30 hergestellt.
  • Jeder dieser drei Typen von Unterwäsche mit grauer Umhüllung wurde für 30 Minuten in einem Raum bei 23 +/– 1°C bei einer Feuchtigkeit von 50 % getragen. Die Hauttemperatur des Rückens unmittelbar nachdem die Unterwäsche abgelegt wurde, wurde unter Verwendung einer Thermografie (TVS-2000 hergestellt von Abionix) gemessen. In der Folge wurde dann ein Wechsel in der Temperatur von jeder Haut im Laufe der Zeit auf dieselbe Art und Weise wie oben beschrieben gemessen. Es sei betont, dass die Positionen des Rückens, an denen die Temperatur gemessen wurde, 5 Positionen waren, nämlich der Nacken, die linke und die rechte Schulter und der linke und der rechte Rückenabschnitt. Eine Durchschnittstemperatur (°C) wurde von jedem gemessenen Wert berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3, gezeigt in 3, dargelegt.
  • Wie in Tabelle 3 zu sehen ist, ist es offensichtlich, dass die Unterwäsche HK mit grauer Umhüllung, welche das Ferninfrarotstrahlung emittierende Material K der vorliegenden Erfindung verwendet, eine höhere Körpertemperatur-Haltewirkung aufweist als die Unterwäsche HS* mit grauer Umhüllung, welche das Ferninfrarotstrahlung emittierende Material S* als das Kontrollprodukt verwendet, und als die Unterwäsche Ha mit grauer Umhüllung als das Standardprodukt.
  • Das Ferninfrarotstrahlung emittierende Material der vorliegenden Erfindung ist aus einem Material mit hoher Allgemeingültigkeit aufgebaut, kann mit relativ geringen Kosten zur Verfügung gestellt werden und kann auch effizient Ferninfrarotstrahlung mit einem Wellenlängenbereich emittieren, welcher einfach durch Wasser absorbiert wird, das in biologischen Systemen, wie beispielsweise tierischen, pflanzlichen und menschlichen Systemen, enthalten ist. Daher hat das Ferninfrarotstrahlung emittierende Material der vorliegenden Erfindung einen exzellenten Effekt, wenn es in einem großen Bereich von Anwendungen verwendet wird, wie beispielsweise verschiedene Arten von Bearbeitungen, z. B. Trocknen, kühl lagern und tiefkühlen von verschiedenen Materialien, einschließlich Lebensmittel, landwirtschaftliche- und Meeresprodukte, Verleihen von Funktionen, wie beispielsweise Heißisolierung medizinischer Maschinen und Instrumente, Kleidung und dergleichen, in Klimaanlagen und beim Frisieren und in der Kosmetik.
    Figure 00110001
    [Tabelle 2] Holz- Trocknungstest (Eichenmaterial)
    Figure 00120001
    • *: Kontrollbeispiel
    [Tabelle 3] Wärmehaltewirkungseigenschaft von Unterwäsche – Hauttemperatur (°C)
    Figure 00130001
    • *: Kontrollbeispiel

Claims (2)

  1. Ferninfrarotstrahlung emittierendes Material, umfassend 60 bis 90 Gew.-% mindestens eines Typs, der aus Titandioxid und Titancarbid ausgewählt ist, 10 bis 40 Gew.-% mindestens eines Typs, der aus Siliziumdioxid und Siliziumcarbid ausgewählt ist, und 0,01 bis 0,5 Gew.-% eines Oxides eines Seltenerdmetalls.
  2. Ferninfrarotstrahlung emittierendes Material, das aus einer Zusammensetzung gebildet ist, enthaltend ein synthetisches Harz und das Ferninfrarotstrahlung emittierende Material gemäß Anspruch 1, und das eine plattenförmige, zylindrische, lagenartige oder faserige Gestalt aufweist.
DE2002609656 2002-07-23 2002-09-17 Ferninfrarotbestrahlung strahlendes Material Expired - Lifetime DE60209656T2 (de)

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