提供改進(jìn)的紅外發(fā)射率的聚合材料的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請
[0002] 本申請涉及和要求2013年3月15日提交的序列號為61/792, 414的美國專利申 請的權(quán)益，其公開內(nèi)容通過引用并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及提供改進(jìn)的紅外（IR)發(fā)射率的聚合材料。包括聚合物膜和纖維狀網(wǎng) 的聚合材料包含紅外發(fā)射添加劑，所述紅外發(fā)射添加劑可以為接觸或接近所述聚合材料的 活體組織提供健康益處。
[0004] 發(fā)曰月背景
[0005] 紅外線（IR)照射是從高于絕對零度的所有物理對象發(fā)出的輻射熱。紅外發(fā)射體 的理想例子是絕對黑體，其既不反射也不透射撞擊它的能量，而是吸收所有撞擊它的能量。 所述黑體，然后在穩(wěn)定狀態(tài)下以取決于其溫度的頻率重新發(fā)射該吸收的能量。黑體具有 100%的發(fā)射率、0%的反射率，以及0%的透射率。
[0006] 針對對活體組織的明顯好處，對發(fā)射的紅外能量進(jìn)行了研究。紅外線似乎提高了 重要的生物活性，諸如擴(kuò)大微毛細(xì)管以提高血流量、促進(jìn)血液的氧含量，并改善養(yǎng)分運(yùn)輸進(jìn) 出細(xì)胞。
[0007] 對接近黑體的材料感興趣，因為它們可以從諸如日光、人造光、體熱、其它環(huán)境熱 量、電磁能量等來源吸收環(huán)境能量，然后在穩(wěn)定狀態(tài)下，再發(fā)射這種能量。特別感興趣的是 發(fā)射紅外能量、尤其是發(fā)射在遠(yuǎn)紅外光譜的4至14微米波長范圍內(nèi)的紅外能量的材料，認(rèn) 為該波長范圍內(nèi)的紅外能量是特別有益的。以這種方式發(fā)射能量的這些材料可非常有益于 增強(qiáng)活組織的健康的生物活性。有證據(jù)表明，例如，包含這些紅外發(fā)射材料的包裝材料有助 于保持和延長食品的新鮮度，所述食品例如生鮮農(nóng)產(chǎn)品和肉制品。也有證據(jù)表明，服裝、醫(yī) 療設(shè)備、毛毯和其它類似的耐用品可以增強(qiáng)活物（living creatures)(包括人類）的身體 的健康和幸福。這樣的耐用品已被證明可以減少炎癥、提高血液氧合和其它天然健康誘導(dǎo) 的生物學(xué)功能、和在體力活動中（例如鍛煉和運(yùn)動）改善表現(xiàn)。由于這些原因，紅外發(fā)射材 料有時被描述為存在"生物活性"。
[0008] 適合的紅外發(fā)射材料來自許多來源。各種礦物質(zhì)和無機(jī)材料已被證明表現(xiàn)出紅外 發(fā)射性能。一些有機(jī)材料也具有這些性能。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)被粉碎成細(xì)粉末（包括納米尺寸 的微粒）時，紅外發(fā)射材料效果最佳。所述粉末可應(yīng)用于基礎(chǔ)材料（如織物、薄膜或其它固 體物體）的表面。所述粉末也可混入涂料或油漆并應(yīng)用于固體物體的表面。所述粉末也可 混入液體或熔融基質(zhì)（諸如熔融的熱塑性聚合物），然后模塑成有用的物體。
[0009] 然而，這些紅外發(fā)射材料有缺點。它們中的許多通常非常昂貴。由于它們的高成 本，所以這些材料往往僅用于非常高端的耐用品。而且，這些材料可能難以并入到生活消費 品。如上所述，當(dāng)粉碎成細(xì)粉末時這些材料是最有效的。將這種粉末并入生活消費品可帶 來挑戰(zhàn)?；诘V物的或無機(jī)的紅外發(fā)射粉末對用于大多數(shù)生活消費品的有機(jī)材料不具有自 然親和力。對于服裝，可將紅外發(fā)射粉末噴涂到天然纖維（如棉、亞麻和羊毛）的表面，但 由于磨損，在穿著期間或當(dāng)洗滌衣物時這些粉末可能被除去或失去。將紅外發(fā)射粉末并入 合成聚合物是可行的。但是存在以下限制：在聚合材料不再能加工之前，可以混入像纖維或 薄膜之類的薄聚合材料中的紅外發(fā)射粉末是多少。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在加工期間纖維變得非 常容易破裂之前，無機(jī)紅外發(fā)射粉末在不超過約1-3%的濃度下可成功地混入聚合物纖維 中。還不清楚含有如此低水平紅外發(fā)射粉末的服裝、窗簾、毛毯、繃帶和其它類似的生活消 費品是否有效提供了如這些材料承諾的健康益處。較高濃度的紅外發(fā)射粉末也削弱了擠塑 薄膜。
[0010]因此，為了給活體組織帶來益處，對改善材料尤其是摻入了紅外發(fā)射粉末的合成 聚合材料存在持續(xù)的需求。非常需要減少這些聚合材料的成本，因為是正在改善包含在材 料中的紅外發(fā)射粉末的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 在一個實施方案中，本發(fā)明涉及聚合物纖維，所述聚合物纖維在雙組分或多組分 纖維的組分中摻入紅外發(fā)射粉末。
[0012] 在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及聚合物纖維，所述聚合物纖維在鞘芯型雙組分 或多組分纖維的鞘層中摻入紅外發(fā)射粉末。
[0013] 在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及聚合物纖維，所述聚合物纖維在海中島型雙組 分或多組分纖維的島中摻入紅外發(fā)射粉末。
[0014] 在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及聚合物纖維，所述聚合物纖維摻入了紅外發(fā)射 粉末，其中所述聚合物纖維的表面積增加。
[0015] 在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及聚合物纖維，所述聚合物纖維摻入了紅外發(fā)射 粉末，其中由于纖維的橫截面形狀而使得聚合物纖維的表面積增加。
[0016] 在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及聚合物纖維，所述聚合物纖維摻入了紅外發(fā)射 粉末，其中所述聚合物纖維有被微紋理化的（microtextured)增加的表面積。
[0017] 在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及聚合物纖維，所述聚合物纖維摻入了紅外發(fā)射 粉末，其中所述聚合物纖維具有被破裂（cracked)的增加的表面積。
[0018] 在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及聚合物纖維，所述聚合物纖維摻入了紅外發(fā)射 粉末，其中所述聚合物纖維具有發(fā)泡的增加的表面積。
[0019] 在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及聚合物纖維，所述聚合物纖維摻入了紅外發(fā)射 粉末，其中所述聚合物纖維的表面積增加，這是因為纖維分裂成微纖維。
[0020] 在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及多層聚合物膜，所述多層聚合物膜在多層薄膜 的一個或多個層中摻入紅外發(fā)射粉末。
[0021] 在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及多層聚合物膜，所述多層聚合物膜在多層薄膜 的一個或多個表面層中摻入紅外發(fā)射粉末。
[0022] 在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及聚合物膜，所述聚合物膜摻入了紅外發(fā)射粉末， 其中所述膜的表面積增加。
[0023] 在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及聚合物膜，所述聚合物膜摻入了紅外發(fā)射粉末， 其中所述膜有被微紋理化的增加的表面積。
[0024] 在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及聚合物膜，所述聚合物膜摻入了紅外發(fā)射粉末， 其中所述膜具有被壓花的（embossed)增加的表面積。
[0025] 在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及聚合物膜，所述聚合物膜摻入了紅外發(fā)射粉末， 其中所述膜具有被破裂的增加的表面積。
[0026] 在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及聚合物膜，所述聚合物膜摻入了紅外發(fā)射粉末， 其中所述膜具有發(fā)泡的增加的表面積。
[0027] 考慮到本發(fā)明的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它實施方案將是顯而易見的。
【附圖說明】
[0028] 鑒于附圖，本發(fā)明將得到更充分理解，其中：
[0029] 圖Ia-Ic是雙組分纖維常見結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
[0030] 圖2a_2d是常見非圓形纖維的橫截面圖。
[0031] 圖3是有一種組分集中在葉末端的三葉形雙組分纖維的橫截面圖。
[0032] 圖4是鞘芯型雙組分纖維的透視圖，其中鞘是被微紋理化的（microtextured)。
[0033] 圖5是鞘芯型雙組分纖維的透視圖，其中鞘是有裂紋的。
[0034] 圖6a和6b是在它們被分裂成微纖維之前和之后兩個雙組分纖維的圖示。
[0035] 圖7a和7b是顯示本發(fā)明發(fā)泡和平坦聚合物膜的測量的發(fā)射率的曲線圖。
【具體實施方式】
[0036] 本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，聚合材料中的紅外發(fā)射粉末的有效性可以以幾種方式得到改 善。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)紅外發(fā)射粉末的較高載荷可并入雙組分或多組分纖維的一種組分中。纖 維的填充組分提供紅外發(fā)射特性，而纖維的未填充組分加強(qiáng)和支撐纖維的整體結(jié)構(gòu)，尤其 是在紡絲過程中。該多組分或多層效果也可在摻入紅外發(fā)射粉末的聚合物膜中見到。本發(fā) 明人還發(fā)現(xiàn)，增加聚合材料（不論以纖維或薄膜形式）的表面積可提高材料的發(fā)射率。
[0037] 為了本公開的目的，下列術(shù)語定義如下：
[0038] "膜"指的是片狀形式的材料，其中材料在x(長度）和y(寬度）方向的尺寸實質(zhì) 上大于在z (厚度）方向上的尺寸。所述膜具有的z方向的厚度在約1 μπι至約Imm的范圍 內(nèi)。
[0039] "纖維"指的是線狀形式的材料，其中材料在X(長度）方向的尺寸實質(zhì)上大于在 y(寬度）和ζ(厚度）方向上的尺寸。纖維可以是整個實心的，或它們可包含空心區(qū)域，如 孔（cell)、氣泡或管。短纖維可以相對短，長度（X尺寸）大約2-100_。連續(xù)纖維（也被 稱為長絲）是連續(xù)地紡絲并且在長度上基本上是無限的。纖維通常具有的y和z尺寸具有 小于數(shù)量級的不同，且這些尺寸在約〇. 1 μπι至約Imm的范圍內(nèi)。例如，典型的纖維的橫截 面可大致呈圓形，具有約5 μ m的直徑（y和ζ尺寸）；或者，具有橢圓或長橢圓形橫截面的 典型的纖維可具有約10 μπι的寬度（y尺寸）但是約2 μπι的厚度（z方向）。
[0040] "雙組分纖維"指的是包含兩種明顯不同的聚合物組分