DE69301800T2

DE69301800T2 - Strahlungsquelle im weiten Infrarotbereich

Info

Publication number: DE69301800T2
Application number: DE69301800T
Authority: DE
Inventors: Shunichi Kikuta
Original assignee: Fukutani Co Ltd
Current assignee: Firbest Coltd Tokio/tokyo Jp
Priority date: 1992-08-31
Filing date: 1993-07-26
Publication date: 1996-09-19
Anticipated expiration: 2013-07-27
Also published as: US5419855A; DE69301800D1; EP0588031B1; CN1100079A; JPH07115914B2; KR940003887A; EP0588031A1; JPH0680466A; TW274098B; SG48260A1; CN1050588C; KR960007375B1

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen neuartigen fernen Infrarotstrahler. Insbesondere betrifft die Erfindung ein im fernen Infarot abstrahlendes Material, das auf den Verarbeitungsgebieten wie Trocknen und Kühlung von verschiedenen Materialien wie zum Beispiel von Nahrung, dem Anbau von landwirtschaftlichen und Meeresprodukten, als Funktionszusatz wie Wärmeisolierung zu medizinischen Instrumenten oder zur Kleidung, Klimatisierung, Frisieren und kosmetischer Behandlung usw. verwendet werden kann.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Es gibt viele verschiedenen Keramiken, die Aluminiumoxid, Titandioxid, Zirkoniumdioxid, Siliciumdioxid oder ähnliches, was herkömmlicherweise als das im fernen Infrarot abstrahlende Material vorgeschlagen wird, enthalten, die beim Erhitzen, Kühlen oder Trocknen von einem Gegenstand, bei der Klimatisierung oder bei einer medizinischen Anwendung, um die Absorption oder den Strahlungswirkungsgrad von thermischer Energie zu erhöhen, verwendet werden.
Um die thermische Energie an einen Gegenstand oder einen menschlichen Körper durch die Verwendung von fernen Infrarotstrahlen wirksam abzugeben, ist es notwendig, ferne Infrarotstrahlen, die mit den Rotations- Schwingungswellenlängen von Wassermolekülen, die in einem Körper, an den die fernen Infrarotstrahlen abgegeben werden, enthalten sind, übereinstimmen, wirksam abzustrahlen. Die herkömmlichen im fernen Infrarot abstrahlenden Materialien haben jedoch nicht immer einen zufriedenstellenden Strahlungswirkungsgrad bei fernen Infrarotstrahlen, die für die Anregung eines Wassermoleküls geeignet sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges, im fernen Infrarot abstrahlendes Material, das die thermische Energie, die für die Anregung von Wassermolekülen, die in Tieren und Pflanzen wie zum Beispiel im menschlichen Körper enthalten sind, notwendig ist, wirksam abstrahlt, bereitzustellen.
Ein im fernen Infrarot abstrahlendes Material gemäß der vorliegenden Erfindung, das die Aufgabe erfüllt, umfaßt 5-60 Gew.% (Gewichtsprozent) Aluminiumoxid, 20-70 Gew.% wenigstens einer Titanverbindung, die ausgewählt wird aus Titandioxid, Titancarbid und Titanborid, 20-50 Gew.% wenigstens einer Zirkoniumverbindung, die ausgewählt wird aus Zirkoniumdioxid, Zirkoniumcarbid und Zirkoniumborid und 0,01 bis 0,5 Gew.% eines Seltenen Erdenoxids.

Genaue Beschreibung der Erfindung

Der Gehalt an Aluminiumoxid, das in dem im fernen Infrarot abstrahlenden Material der vorliegenden Erfindung enthalten ist, bewegt sich von 5 bis 60 Gew.%. Bei einem Gehalt von über 60 Gew.% würde der Strahlungswirkungsgrad im Wellenlängenbereich von 8-10 µm oder darüber abnehmen, während bei einem Gehalt von unter 5 Gew.% der Strahlungswirkungsgrad annehmbar wäre, aber ein Mischvorgang würde beim Mischen mit einem polymeren Bindestoff schwierig werden, was auch für die Herstellung ungünstig wäre. Der Gehalt der Titanverbindung liegt zwischen 20 und 70 Gew.%. Bei einem Gehalt von über 70 Gew.% würde der Stahlungswirkungsgrad im Wellenlängenbereich von über 12 µm abnehmen, während bei einem Gehalt von unter 20 Gew.% der Strahlungswirkungsgrad annehmbar wäre, aber der Mischvorgang würde schwierigkeiten beim Mischen mit einem polymeren Bindestoff beinhalten, was zu einer Abnahme der Knetverarbeitungsfähigkeit führen würde
Der Gehalt der Zirkoniumverbindung bewegt sich von 20 bis 50 Gew.%. Bei einem Gehalt von über 50 Gew.% würde der Strahlungswirkungsgrad abnehmen, während bei einem Gehalt von unter 20 Gew.% der Strahlungswirkungsgrad in dem Wellenlängenbereich von nicht mehr als 5 µm ungünstig abnehmen würde. Es ist bevorzugt, daß die Gesamtgehalte der Titaniumverbindung und der Zirkoniumverbindung nicht weniger als 70 Gew.% sind. Weiterhin zeigt das Seltene Erdenoxid hauptsächlich eine Wirkung bei der Verbesserung des Wirkungsgrades der fernen Infrarotstrahlung, wenn es in einer Menge von nicht weniger als 0,01 Gew.% formuliert ist. Jedoch ist es wirtschaftlich ungeeignet, das Seltene Erdenoxid in einer großen Menge von nicht weniger als 0,5 Gew.% zu formulieren.
Wie beschrieben umfaßt das im fernen Infrarot abstrahlende Material der vorliegenden Erfindung Aluminiumoxid, eine Titanverbindung wie Titandioxid, Titancarbid und Titanborid, eine Zirkoniumverbindung wie Zirkoniumdioxid, Zirkoniumcarbid und Zirkoniumborid, und ein Oxid eines Seltenen Erdenelementes wie Neodym, Lanthan und Yttrium. Das im fernen Infrarot abstrahlende Material der Erfindung kann ohne jedes ernste Problem einen zusätzlichen Bestandteil in einer Menge von nicht mehr als 8 Gew.% wie zum Beispiel eine kleine Menge Siliciumdioxid, ein Alkalimetalloxid, ein Erdalkalimetalloxid, ein Gruppe-VIII Metalloxid oder eine Phosphorverbindung enthalten. Ein solcher, zusätzlicher Bestandteil kann nicht nur in der Form eines einzelnen Oxides, sondern auch in der Form eines Mischoxids enthalten sein.
Die in dem im fernen Infrarot abstrahlenden Material der vorliegenden Erfindung enthaltenen Bestandteile können pulverförmig sein, die gemischt werden, um eine Zusammensetzung zu ergeben. Alternativ können einige oder alle Bestandteile formuliert und dann bei hoher Temperatur gesintert werden, und das sich ergebende Produkt kann dann gemahlen werden. Die Korngröße des so erhaltenen im fernen Infrarot abstrahlenden Materials sollte bevorzugt so fein wie möglich für die Mischverarbeitbarkeit oder Spritzgießbarkeit bei den verschiedenen unten beschriebenen Verarbeitungsverfahren sein.
Das im fernen Infrarot abstrahlende Material der vorliegenden Erfindung kann mit einem Bindestoff aus Harzmaterial wie einem synthetischen Harz, das in verschiedenen Formen gebildet werden kann wie zum Beispiel in der Form eines Films, einer Platte, einer Röhre oder ähnlichem kombiniert werden. Das Material kann auch als im fernen Infrarot abstrahlende Fasern verwendet werden, wobei man es in ein Polymer für Fasern einbaut und die Mischung spinnt. Das Material kann weiterhin als eine im fernen Infrarot abstrahlende Folie verwendet werden, wobei man es bei der Folienherstellung wie zum Beispiel von Papier einmischt. Eine solche Folie oder eine Platte kann weiter einem Nachformvorgang unterworfen werden, um einen geformten Körper mit beliebiger Gestalt zu formen. Weiterhin kann das Material mit einem geeigneten Bindestoff oder Lösungsmittel für die Aufbringung als ein im fernen Infrarot abstrahlender Überzug gemischt werden.
Wasser ist in lebenden Organismen normalerweise mit einem Biopolymer verbunden, um Hydrationscluster zu bilden, die dazu neigen, ferne Infrarotstrahlen mit einer Wellenlänge von ungefähr 6-12 µm zu absorbieren. Das im fernen Infrarot abstrahlende Material der vorliegenden Erfindung kann effizient ferne Infrarotstrahlen in einem breiten Wellenlängenbereich von 4-20 µm oder mehr abstrahlen und kann deshalb in einer Vorrichtung zum wirksamen Aufheizen oder Trocknen einer tierischen oder pflanzlichen Nahrung verwendet werden. Weiterhin kann das Material in medizinischen Instrumenten als auch in Bekleidung oder in Baumaterialien verwendet werden, wobei es seine gegenüber herkömmlichen Materialien überlegene Eigenschaft offenbart.

Beispiele und Vergleichsbeispiele

Die folgenden pulverförmigen Bestandteile wurden wie in Tabelle 1 gezeigt in den Formulierungen diesbezüglich gemischt, um die im fernen Infrarot abstrahlenden Materialien A-G gemäß der vorliegenden Erfindung und die im fernen Infrarot abstrahlenden Materialien H-M der Vergleichsbeispiele zu erhalten: Titandioxidpulver (Korngröße: 0, 1-0,3 µm); Titancarbidpulver (Korngröße: ungefähr 0,3 µm); Titanboridpulver (Korngröße: ungefähr 0,3 µm); Aluminiumoxidpulver (Korngröße: 0,3-0,5 µm); Zirkoniumdioxidpulver (Korngröße: ungefähr 0,3 µm); Zirkoniumcarbidpulver (Korngröße: ungefähr 0,3 µm); Zirkoniumboridpulver (Korngröße: ungefähr 0,3 µm); Lanthanoxidpulver (Korngröße: ungefähr 0,3 µm); Yttriumoxidpulver (Korngröße: ungefähr 0,3 µm); Neodymoxidpulver (Korngröße: ungefähr 0,3 µm); und Boroxidpulver (Korngröße: ungefähr 0,3 µm).
50 Gewichtsteile jedes so erhaltenen im fernen Infrarot abstrahlenden Materials wurden mit 100 Gewichtsteilen an High- Density-Polyethylen formuliert und bei einer Harztemperatur von 200ºC für 10 Minuten mit einer Rührfrequenz von 150 Upm in einer von TOYO TESTER Co., Ltd. hergestellten Knet- und Extrudiermaschine geknetet, um Kügelchen davon zu erhalten. Durch einen Extruder wurde ein Folie aus den Kügelchen von jeder Zusammensetzung hergestellt, und daraus wurde durch thermisches Pressen eine Platte mit einer Dicke von 0,8 mm hergestellt. Probenstückchen mit jeweils 5 cm x 5 cm wurden aus den so erhaltenen entsprechenden Platten geschnitten und es wurde die Infrarotstrahlung davon bei einer Temperatur von 35ºC mit dem fernen Infrarotstrahlungs-Spektrometer (JIR-E500, hergestellt von JEOL Ltd. (Nihon Denshi)) gemessen. Ein Strahlungswirkungsgrad R wurde für jeden Strahlungsmeßwert in dem Wellenlängenbereich von 4-24 µm als ein Verhältnis zu der idealen Strahlung eines schwarzen Körpers bei einer Temperatur von 35ºC berechnet.
Tabelle 1 enthält auch Werte des Strahlungswirkungsgrades R, die von den diesbezüglichen Probenstückchen erhalten wurden. Tabelle 1 Formulierungen (in Gewichtsteilen) und Wirkungsgrade R (in %) der fernen Infrarotstrahlung der im fernen Infrarot abstrahlenden Materialien Material *: Vergleichsbeispiele

Testbeispiel 1

Im fernen Infrarot abstrahlende Harzplatten P der Größe 900 mm x 900 mm x 0,8 mm wurden auf die gleiche Art wie oben in einer Formulierung von 10 Gewichtsteilen des im fernen Infrarot abstrahlenden Materials B der vorliegenden Erfindung auf 100 Gewichtsteile an Polypropylen hergestellt, mit denen die gesamten Seitenwandflächen und die Deckenfläche einer Trockenkammer mit einer Breite von 8 m, einer Tiefe von 8 m und einer Höhe von 1,8 m mit Ausnahme der Bereiche, wo ein Einlaßgitter und ein Auslaßgitter für warme Luft so angeordnet wurden, daß sie sich jeweils an den linken und rechten Seitenwänden gegenüberliegen, ausgekleidet wurden. Vier rostfreie, bewegliche Stahlgestelle mit jeweils 7 Rasterregalfächern, auf denen Kammuschel-Adduktorenmuskeln angeordnet wurden, wurden in die im Inneren so eingerichtete Trockenkammer gegeben und in einem warmen Luftstrom bei 24ºC mit einer Windgeschwindigkeit von ungefähr 5 m/min getrocknet. Nach vierstündigem Trocknen wurden einheitlich halbgetrocknete Adduktorenmuskeln erhalten.
Die Temperaturmessungen wurden mit einem Thermoelement auf der Oberfläche und im Inneren der Adduktorenmuskeln, wobei einer in einer Entfernung von 1 m von dem mittleren Teil des Einlaßgitters auf dem mittleren Fach des beweglichen Gestells und der andere in einer Entfernung von 1 m von dem Auslaßgitter auf dem mittleren Fach angeordnet wurde, durchgeführt. Die gleiche Temperatur wurde, wie in Tabelle 2 gezeigt, bei 24ºC bei allen Meßpunkten 48 Minuten nach dem Beginn des Trocknens aufgenommen.
Die Harzplatten Q wurden in der gleichen Art unter Verwendung des im fernen Infrarot abstrahlenden Materiales des Vergleichsbeispieles J, mit denen die Seitenwandflächen und die Deckenfläche der Trockenkammer in der gleichen Art wie oben bedeckt wurden, ähnlich hergestellt. In der Trockenkammer wurde ein ähnlicher Trockentest mit einem Kammuschel-Adduktorenmuskel durchgeführt. Ein vierstündiges Trocknen konnte die Adduktorenmuskeln nicht gleichmäßig trocknen, und eine zusätzliche Trockenstunde wurde benötigt, um alle Adduktorenmuskeln halbtrocken zu bekommen.
Tabelle 2 zeigt auch Ergebnisse der Temperaturmessungen mit dem Thermoelement 48 Minuten nach dem Beginn des Trocknens an den gleichen Stellen des Adduktorenmuskels, die in den gleichen Positionen des beweglichen Gestelles wie oben angeordnet wurden. Wie aus Tabelle 2 ersichtlich hat das im fernen Infrarot abstrahlende Vergleichsmaterial eine breitere Temperaturverteilung und einen geringeren Trocknungswirkungsgrad des Körpers, der getrocknet werden soll, verglichen mit dem im fernen Infrarot abstrahlenden Material der vorliegenden Erfindung. Tabelle 2 Temperaturverteilung in ºC 48 Minuten nach dem Beginn des Warmlufttrocknung der Adduktorenmuskeln Messpunkt Mit den Harzplatten P der Erfindung Mit den Harzplatten Q des Vergleichsbeispiels Adduktorenmuskeln auf der Einlaßgitterseite Oberfläche Im Inneren Adduktorenmuskeln auf der Auslaßgitterseite

Testbeipiel 2

Das im fernen Infrarot abstrahlende Material A der vorliegenden Erfindung wurde in einer Spinnlösung für das Spinnen von Reyonfaser in einer solchen Formulierung gleichmäßig vermischt, daß das Material A in einer Menge von 1 Gew.% an Reyon-Festkörpergehalt enthalten war. 4 Denier Spinnreyon wurden aus der Mischung durch Spinnen hergestellt, und ein ungewobener Reyon-Stoff wurde in einer Flächendichte von 30 g/m² mit der Nadellochmethode (engl.: needle punch method) erhalten. Der ungewobene Reyon-Stoff wurde dann in Stücke von 25 cm x 15 cm geschnitten, aus denen röhrenförmige Pfirsichfruchttaschen in einer Länge von 15 cm und einem Durchmesser von 8 cm genäht wurden.
Ein anderes Spinnreyon, das 1 Gew.% des im fernen Infrarot abstrahlenden Materials M des Vergleichsbeispieles enthält, wurde auf gleiche Weise wie oben hergestellt, und Pfirsichfruchttaschen des Vergleichsbeispieles wurden auf gleiche Weise wie oben hergestellt.
Zum weiteren Vergleich wurden zusätzliche Pfirsichfruchttaschen hergestellt, die herkömmlich verwendet wurden und die aus Glassine-Papier hergestellt wurden.
Diese Taschen wurden auf junge Früchte von 8 bis 9 Jahren alten, zufällig ausgewählten Pfirsichbäumen (Marke "Noto") aufgesteckt, und man ließ die Früchte in diesem Zustand wachsen. Die gezogenen Früchte wurden bei der Ernte in den Bereichen oberer Ast, mittlerer Ast und unterer Ast gepflückt, und die gepflückten Früchte wurden in Übereinstimmung mit den folgenden Bewertungsparametern bewertet. Tabelle 3 zeigt die Bewertungsergebnisse. Man sieht, daß die Fruchttaschen unter Verwendung des im fernen Infrarot abstrahlenden Materials der vorliegenden Erfindung bei der Zucht von Pfirsichfrüchten hoher Qualität, deren Zuckergehalt vergrößert ist und die gut vergrößert sind, effektiv sind.

Bewertete Parameter

(1) Größe: Jede Frucht wurde bei der Ernte bezüglich Höhe, Länge und Breite mit einer Schieblehre vermessen.
(2) Gewicht: Das Gewicht wurde von jeder Frucht bei der Ernte mit einer Haushaltswaage gemessen.
(3) Zuckergehalt: Der Zuckergehalt wurde durch ein lichtbrechendes Saccharimeter mit je zwei Sarcocarps, die am größten Umfang genommen wurden und bei der Ernte in bezug auf die Fruchtnaht symmetrisch zueinander waren, und es wurde ein durchschnittlicher Wert aus den zwei Zuckergehalten berechnet.
(4) Farbe: Der Farbton jeder Frucht wurde bei der Ernte optisch in drei Güteklassen definiert mit den Graden 1: schlecht, 2: normal und 3: gut, und es wurde ein Durchschnittswert berechnet. Tabelle 3 Qualität der PfirsichfrüchteBewerteter Parameter Fruchttaschen der Erfindung Fruchttaschen des Vergleichbeispiels Herkömmliche Fruchttaschen Größe in cm (Höhe-Länge-Breite) Oberer Ast Mittlerer Gewicht in g (Durchschnitt) Zuckergehalt in % (Durchschnitt) Farbe (Durchschnittswert)

Testbeispiel 3

Ein Ausgangsmaterial für das Spinnen von Nylonfaser wurde durch gleichmäßiges Mischen des im fernen Infrarot abstrahlenden Materials C der vorliegenden Erfindung in Nylon in der Formulierung von 1 Gew.% des Materials C in bezug auf den Nylonharz-Festkörpergehalt gefertigt. 4 Denier Spinnylon wurden durch Verspinnen des Ausgangsmaterials hergestellt. Wollgarn wurde in einer 20% Mischung von Spinnylon zu Wolle hergestellt, und ein Sweater wurde daraus gestrickt.
Ein anderes Spinnylon, das 1 Gew.% des im fernen Infrarot abstrahlenden Materials M des Vergleichsbeispieles enthält, wurde in der gleichen Art wie oben hergestellt, und ein ähnlicher Sweater wurde aus Wollgarn in einer 20% Mischung des Spinnylons des Vergleichsbeispieles gestrickt.
Zum weiteren Vergleich wurde ein zusätzlicher Sweater aus 100% Wolle hergestellt.
Ein Mann trug bei einer Temperatur von 20ºC im Raum jeden dieser Sweater und zog den Sweater 30 Minuten später aus. Kurz nach dem Entkleiden wurde eine Hauttemperaturmessung mit der Thermographie an der vorderen Körperoberfläche durchgeführt, und die gemessenen Werte wurden miteinander verglichen.
Tabelle 4 zeigt die Meßergebnisse, aus denen ersichtlich ist, daß die Kleidung unter Verwendung des im fernen Infrarot abstrahlenden Materials der vorliegenden Erfindung hervorragende Wirkungen in der Beibehaltung und dem Anheben der Körpertemperatur hat. Tabelle 4 Gemessene Werte der Hauttemperatur (ºC) Gemessener Körperteil Sweater der Erfindung Vergleichsbeispiel Echte Wolle Kopf Schulter Brust Unterleib
Das im fernen Infrarot abstrahlende Material der vorliegenden Erfindung kann effizient ferne Infrarotstrahlen in einem Wellenlängenbereich abstrahlen, die von Wasser, das in lebenden Organismen wie Tieren, Pflanzen und dem menschlichen Körper enthalten ist, absobiert werden können, was so hervorragende Wirkungen bei Anwendungen anbietet wie zum Beispiel bei der Verarbeitung wie Trocknung und Kühlung von verschiedenen Materialien wie zum Beispiel von Nahrung, dem Anbau von landwirtschaftlichen und Meeresprodukten, als Funktionszusatz, wie z.B. Wärmeisolierung, für medizinische Instrumente oder für Kleidung, bei der Klimatisierung oder beim Frisieren und bei kosmetischer Behandlung.

Claims

1. Ein im fernen Infrarot abstrahlendes Material, umfassend 5-60 Gew.% Aluminiumoxid, 20-70 Gew.% wenigstens einer Titanverbindung, ausgewählt aus Titandioxid, Titancarbid und Titanbond, 20-50 Gew.% wenigstens einer Zirkonverbindung, ausgewählt aus Zirkondioxid, Zirkoncarbid, Zirkonbond und 0,01-0,5 Gew.% eines Seltenen Erdenoxids.

2. Ein im fernen Infrarot abstrahlendes Material gemäß Anspruch 1, wobei die Summe der Anteile der Titanverbindung und der Zirkonverbindung nicht weniger als 70 Gew.% beträgt.

3. Ein im fernen Infrarot abstrahlendes Material gemäß Anspruch 1, wobei das Seltene Erdoxid Lanthanoxid, Neodymoxid oder Yttriumoxid ist.

4. Ein im fernen Infrarot abstrahlendes Material gemäß Anspruch 1, wobei die jeweiligen Bestandteile Pulver sind.

5. Eine im fernen Infrarot abstrahlende Zusammensetzung, umfassend ein Harz und ein im fernen Infrarot abstrahlendes Material wie in Anspruch 1 dargelegt.

6. Eine im fernen Infrarot abstrahlende Zusammensetzung gemäß Anspruch 5, die in der Form einer Platte ausgebildet ist.

7. Eine im fernen Infrarot abstrahlende Zusammensetzung gemäß Anspruch 5, die in der Form einer Röhre ausgebildet ist.

8. Eine im fernen Infrarot abstrahlende Zusammensetzung gemäß Anspruch 5, die in der Form einer Folie geformt ist.

9. Eine im fernen Infrarot abstrahlende Zusammensetzung gemäß Anspruch 5, die in der Form einer Faser geformt ist.