CN111432923A - 油脂吸附用纳米纤维聚集体、油脂吸附用纳米纤维聚集体的油脂吸附率推算方法以及吸附油脂后的体积推算方法 - Google Patents

油脂吸附用纳米纤维聚集体、油脂吸附用纳米纤维聚集体的油脂吸附率推算方法以及吸附油脂后的体积推算方法 Download PDF

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Abstract

提供一种确保油吸附率并有效地提高吸附速度的油脂吸附用纳米纤维层积体、油脂吸附用纳米纤维聚集体的油脂吸附率推算方法以及吸附油脂后的体积推算方法。油脂吸附用纳米纤维聚集体1的平均纤维直径d为1000nm以上且2000nm以下，堆积密度ρb为0.01g/cm3以上且0.2g/cm3以下。油脂吸附用纳米纤维聚集体1能够确保油脂吸附率并有效地提高吸附速度。

Description

油脂吸附用纳米纤维聚集体、油脂吸附用纳米纤维聚集体的 油脂吸附率推算方法以及吸附油脂后的体积推算方法
技术领域
本发明涉及油脂吸附用纳米纤维聚集体、油脂吸附用纳米纤维聚集体的油脂吸附率推算方法以及吸附油脂后的体积推算方法。
背景技术
油脂吸附材料用于吸附和除去例如海面、湖面、池面、河面、蓄水池面等的水面上的油类、分散在地面上、道路上等的油类。另外，油脂吸附材料也用于从食堂或餐厅等的厨房排出的污水中吸附和除去油脂。
专利文献1公开了现有的油脂吸附材料。该油脂吸附材料通过将纤维直径为100nm～500nm的聚丙烯纤维层积而成。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-184095号公报
发明内容
发明要解决的问题
作为油脂吸附材料的性能的指标包括能够吸附的油脂量与自重的比率(吸附率)。此外，作为指标还包括油脂的吸附速度。吸附速度慢的油脂吸附材料的工作效率差，实际工作中可以使用的场景有限，因此需要具有更高吸附速度的油脂吸附材料。
因此，本发明的目的在于提供确保油脂吸附率并有效提高吸附速度的油脂吸附用纳米纤维聚集体、油脂吸附用纳米纤维聚集体的油脂吸附率推算方法以及吸附油脂后的体积推算方法。
用于解决问题的手段
本发明人着眼于油脂吸附用纳米纤维聚集体的平均纤维直径以及堆积密度(Bulkdensity)，并对这些参数与油吸附率及吸附速度之间的关系进行了专门研究。其结果，发现了能够实现高水平的油脂的吸附量和吸附速度的平均纤维直径以及堆积密度，从而实现本发明。
为了达成上述目的，本发明的一个方式的油脂吸附用纳米纤维聚集体，其特征在于，在将所述油脂吸附用纳米纤维聚集体的平均纤维直径设定为d，将所述油脂吸附用纳米纤维聚集体的堆积密度设定为ρb时，满足以下的公式(i)以及公式(ii)，
(i)1000nm≤d≤2000nm，
(ii)0.01g/cm3≤ρb≤0.2g/cm3。
在本发明中，优选进一步满足以下的公式(i’)，
(i’)1300nm≤d≤1700nm。
在本发明中，优选进一步满足以下的公式(ii’)，
(ii’)0.01g/cm3≤ρb≤0.05g/cm3。
在本发明中，在将所述油脂吸附用纳米纤维聚集体的厚度设定为t时，优选进一步满足以下的公式(iii)，
(iii)2mm≤t≤5mm。
为了达成上述目的，本发明的另一个方式的一种油脂吸附率推算方法，用于推算油脂的吸附率M/m，所述吸附率表示油脂吸附用纳米纤维聚集体的吸附油脂后的质量M与吸附油脂前的质量m的比，其特征在于，使用所述油脂吸附用纳米纤维聚集体的空隙率η、构成所述油脂吸附用纳米纤维的纤维密度ρ以及油脂密度ρo，通过以下的公式(iv)推算油脂吸附率M/m，
[式1]
Figure BDA0002397511560000021
为了达成上述目的，本发明的另一个方式的一种吸附油脂后的体积推算方法，用于推算油脂吸附用纳米纤维聚集体的吸附油脂后的体积V，其特征在于，使用所述油脂吸附用纳米纤维聚集体的空隙率η、构成所述油脂吸附用纳米纤维的纤维密度ρ以及油脂密度ρo，通过以下的公式(iv)推算油脂的吸附率M/m，所述吸附率表示油脂吸附用纳米纤维聚集体的吸附油脂后的质量M与吸附油脂前的质量m的比，使用所述油脂的吸附率M/m、油脂吸附用纳米纤维聚集体的吸附油脂前的质量m、构成所述油脂吸附用纳米纤维的纤维密度ρ以及油脂密度ρo，通过以下的公式(v)推算吸附油脂后的体积V，
[式2]
Figure BDA0002397511560000031
[式3]
Figure BDA0002397511560000032
发明的效果
根据本发明，能够确保油脂吸附率并有效地提高吸附速度。
另外，根据本发明，能够使用吸附油脂前能够取得的参数(空隙率、纤维密度以及油脂密度)预测(推算)油脂的吸附率。
另外，根据本发明，能够使用吸附油脂前能够取得的参数(空隙率、纤维密度、油脂密度，吸附油脂前的质量)预测(推算)吸附油脂后的体积。
附图说明
图1是说明本发明的一个实施方式的油脂吸附用纳米纤维聚集体的图。
图2是示出用于制作图1的油脂吸附用纳米纤维聚集体的制造装置的一个例子的立体图。
图3是包括图2的制造装置的部分截面的侧视图。
图4是用于堆积图2的制造装置制造的纳米纤维的捕集网的主视图。
图5是用于说明纤维聚集体的结构的模型的图。
图6是从各个轴向观察图5的模型的图。
图7是示出纤维聚集体的空隙率与纤维间距离的关系的曲线图。
图8是示意性示出纤维聚集体吸起油脂的状态的图。
图9是示出纤维聚集体的平均纤维直径与吸附率的关系的曲线图。
图10是示出纤维聚集体的试片的厚度与吸附率的关系的曲线图。
图11是示出纤维聚集体的平均纤维直径与系数放大率及体积膨胀率的关系的曲线图。
图12是示出纤维聚集体的堆积密度与吸附率的关系的曲线图。
图13是示出纤维聚集体的吸起时间与吸起高度的关系的曲线图。
图14是示出纤维聚集体的体积膨胀率与吸附率的关系的曲线图。
图15是示出纤维聚集体的空隙率与吸附率的关系的曲线图。
具体实施方式
对本发明的一个实施方式的油脂吸附用纳米纤维聚集体进行说明。
(油脂吸附用纳米纤维聚集体的结构)
首先，对本实施方式的油脂吸附用纳米纤维聚集体的构成进行说明。
图1是说明本发明的一个实施方式的油脂吸附用纳米纤维聚集体的图。具体来说，图1中的(a)是拍摄油脂吸附用纳米纤维聚集体的一个例子的正面照片。图1中的(b)是拍摄未成形的纳米纤维聚集体的一个例子的照片。图1中的(c)是通过电子显微镜放大并拍摄油脂吸附用纳米纤维聚集体的一个例子的照片。
本实施方式的油脂吸附用纳米纤维聚集体1用于从食堂或餐厅等的厨房排出的污水中吸附并除去油脂的油脂吸附装置。这样的装置一般被称作隔油器(Grease trap)。对于从餐厅、酒店、食堂、供餐中心等商业厨房排出的污水，有义务通过隔油器净化再将其排出。另外，油脂吸附用纳米纤维聚集体1对于吸附海面、湖面、池面、河面、蓄水池面等的水面上的油类、分散在地面上、道路上等的油类也有用。
油脂吸附用纳米纤维聚集体1通过将纤维直径为纳米级的微细纤维即纳米纤维聚集而成。优选油脂吸附用纳米纤维聚集体1的平均纤维直径为1000nm～2000nm，更优选平均纤维直径为1500nm。油脂吸附用纳米纤维聚集体1例如图1中的(a)所示成形为正方形的垫子状。除了正方形以外，油脂吸附用纳米纤维聚集体1也可以成形为圆形或六边形等与使用方式等相对应的形状。图1中的(b)示出平均纤维直径为1500nm的纳米纤维的未成形的聚集体。图1中的(c)示出通过电子显微镜将平均纤维直径为1500nm的纳米纤维聚集体放大的状态。
在本实施方式中，构成油脂吸附用纳米纤维聚集体1的纳米纤维由合成树脂制成。作为合成树脂，例如列举聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。这些以外的材料也可以。
尤其是聚丙烯具有疏水性和油吸附性。聚丙烯纤维的聚集体具有吸附数十倍自重的油脂的性能。因此，优选将聚丙烯作为油脂吸附用纳米纤维聚集体1的材料。对于聚丙烯的密度(材料密度)，原料制造商公开的数值为0.85～0.95左右的范围。另外，聚丙烯相对油脂的接触角为29度～35度。在本说明书中，将0.895g/cm3用作聚丙烯的密度。
油脂吸附用纳米纤维聚集体1，在将平均纤维直径设定为d，将堆积密度设定为ρb时，满足以下的公式(i)以及公式(ii)。
(i)1000nm≤d≤2000nm
(ii)0.01g/cm3≤ρb≤0.2g/cm3
优选油脂吸附用纳米纤维聚集体1满足以下的公式(i’)以及公式(ii’)。
(i’)1300nm≤d≤1700nm
(ii’)0.01g/cm3≤ρb≤0.05g/cm3
通过以下方式求得平均纤维直径。在油脂吸附用纳米纤维聚集体1中任意选择多个部位并用电子显微镜放大。在用电子显微镜放大的多个部位中分别任意选择多根纳米纤维并测量直径。然后，将选择的多根纳米纤维的直径的平均值作为平均纤维直径。在本实施方式中，在任意选择的油脂吸附用纳米纤维聚集体1的五个部位中分别任意选择20根纳米纤维并测量直径。然后，将这些100根纳米纤维的直径的平均值作为平均纤维直径。优选变异系数(标准差除以平均值而得到的值)为0.6以下。
(油脂吸附用纳米纤维聚集体的制造装置以及制造方法)
本实施方式的油脂吸附用纳米纤维聚集体1由如图2～图4所示的制造装置所制造。图2是示出用于制作图1的油脂吸附用纳米纤维聚集体的制造装置的一个例子的立体图。图3是包括图2的制造装置的部分截面的侧视图。图4是用于堆积图2的制造装置制造的纳米纤维的捕集网的主视图。
如图2以及图3所示，制造装置50具有料斗62、加热缸63、加热器64、螺杆65、马达66以及头部70。
将作为纳米纤维的原材料的颗粒状的合成树脂投入料斗62中。加热缸63被加热器64加热，从而使从料斗62供给的树脂熔融。螺杆65容纳在加热缸63内。螺杆65借助马达66进行旋转，从而将熔融树脂输送至加热缸63的前端。圆柱状的头部70设置在加热缸63的前端。在头部70上经由气体供给管68连接有气体供给部(未图示)。气体供给管68具备加热器，用于加热从气体供给部供给的高压气体。头部70朝向正面喷射高压气体，且以乘着高压气流的方式排出熔融树脂。在头部70的正面配置有捕集网90。
对本实施方式的制造装置50的动作进行说明。投入料斗62中的颗粒状的原料(树脂)被供给至加热缸63内。在加热缸63内熔融的树脂被螺杆65输送至加热缸63的前端。到达加热缸63的前端的熔融树脂(熔融原料)从头部70排出。配合熔融树脂的排出，从头部70喷出高圧气体。
从头部70排出的熔融树脂以规定的角度与气流相交，并一边被拉长一边被运向前方。如图4所示，被拉长的树脂变为微细纤维，并聚集在配置于头部70正面的捕集网90上(聚集工序)。然后，将该被聚集的微细纤维95成形为期望的形状(例如正方形垫子状)(成形工序)。这样，得到本发明的油脂吸附用纳米纤维聚集体1。
此外，上述制造装置50是将对作为原料的合成树脂加热并熔融而得到的“熔融原料”排出的结构，但并不限定于此。除此之外，例如也可以是将“溶液”排出的结构，其中，“溶液”是以形成规定浓度的方式向规定的溶剂中预先溶解作为溶质的固态原料或液态原料而形成的溶液。作为能够用于制造油脂吸附用纳米纤维聚集体1的制造装置的一个例子，本申请人在日本特愿2015-065171中公开了纳米纤维制造装置以及纳米纤维制造方法。该申请已取得专利授权(日本专利第6047786号，平成27年3月26日申请，平成28年12月2日登记)，本申请人拥有该专利权。
(纤维聚集体的模型化)
本发明人尝试对具有大量纤维复杂地缠绕在一起的结构的纤维聚集体的构造进行确定。本发明人将纤维聚集体的构造简化，将纤维聚集体当作含有在立方体形状的最小计算单元内在互相垂直的三个方向上延伸的多个纤维的构造，并创建模型。
图5以及图6示出创建的模型。图5中的(a)是示出纤维聚集体的三方向模型以及单位计算单元的立体图。图5中的(b)是最小计算单元的立体图。图6中的(a)、(b)以及(c)分别是在Y轴向、X轴向以及Z轴向上观察最小计算单元的图。在图6中的(c)中，以虚线标记相邻的最小计算单元(相邻单元)。
如图5以及图6所示，在由X轴、Y轴以及Z轴表示的三维空间中，最小计算单元10是各边的长度为2L的立方体形状。最小计算单元10包括纤维部分20x、纤维部分20y以及纤维部分20z。纤维部分20x的中心轴位于与X轴以及Z轴平行的两个平面上，并在X轴方向上延伸。纤维部分20x的截面形状是将圆二等分的半圆形。纤维部分20y的中心轴跟与Y轴平行的4个边重合，并在Y轴方向上延伸。纤维部分20y的截面形状是将圆四等分的扇形。纤维部分20z的中心轴穿过与X轴以及Y轴平行的两个平面的中央，并在Z轴方向上延伸。纤维部分20z的截面形状是圆形。纤维部分20x、纤维部分20y以及纤维部分20z互相隔开间隔地进行配置。纤维部分20x的总体积、纤维部分20y的总体积以及纤维部分20z的体积相同。
在最小计算单元10中，若将纤维直径设定为d，将纤维半径设定为r，将平行的纤维彼此的中心轴的距离设定为2L，则长度系数ε能够以下面的公式(1)表示。
[式4]
Figure BDA0002397511560000081
另外，若将最小计算单元10的质量设定为m，将体积设定为V，将纤维直径设定为d＝2r，将纤维密度设定为ρ，则下面的公式(2)的关系成立。此外，认为构成本实施方式的油脂吸附用纳米纤维聚集体1的一根一根纤维的密度ρ与固体状态的聚丙烯的密度相同。因此，在使用了本说明书的公式进行计算时，使用聚丙烯的密度作为纤维密度ρ。
[式5]
m＝6πr2Lρ···· (2)
纤维聚集体的堆积密度ρb可以用下面的公式(3)来表示。
[式6]
Figure BDA0002397511560000082
纤维聚集体的空隙率η(Freevolumeη)可以用下面的公式(4)来表示。
[式7]
Figure BDA0002397511560000083
纤维间距离e1(Gap e1)可以用下面的公式(5)来表示。
[式8]
Figure BDA0002397511560000091
图7示出利用公式(5)的计算结果创建的曲线图。该曲线图示出由不同平均纤维直径d的纤维(1000nm、1500nm、2000nm)构成的多个纤维聚集体的各自的空隙率η与纤维间距离e1的关系。
在纤维聚集体即油脂吸附用纳米纤维聚集体1中，对于平均纤维直径d为1000nm且堆积密度为0.2g/cm3(空隙率为0.7765)的结构，根据公式(5)，其纤维间距离e1为2.3μm。在油脂吸附用纳米纤维聚集体1中，对于平均纤维直径d为2000nm且堆积密度为0.01g/cm3(空隙率为0.9888)的结构，根据公式(5)，其纤维间距离e1为27.0μm。
根据图6中的(a)以及图8，若将作为吸附对象的油脂的表面张力设定为T，将油脂的接触角设定为θ，将油脂密度设定为ρo，将重力加速度设定为g，将吸起高度设定为h，则在Z方向(垂直方向)上的力处于平衡状态时，下面的公式(6)成立。
[式9]
2πtT cosθ＝{(e1+2r)2-πr2}ρogh····(6)
上述公式(6)参考以下参考文献。
(a)Yuehua YUAN and T.Randall LEE，Contact Angle and WettingProperties，Surface Science Techniques，ISBN：978-3-642-34242-4，(2013)，pp.3-34.
(b)Tiina Rasilainen，Controlling water on polypropylene surfaces withmicro-and micro/nanostructures，Department of CHEMISTRY University of EasternFinland，(2010)，pp.1-42.
(c)Thawatchai Phaechamud and Chirayu Savedkairop，Contact Angle andSurface Tension of Some Solvents Used in Pharmaceuticals，Research Journal ofPharmaceutical，Biological and Chemical Sciences，ISSN:0975-8585，Vol.3，Issue.4，(2012)，pp.513-529.
(d)Keizo OGINO and Ken-ichi SHIGEMURA，Studies of the Removal of OilySoil by Rolling-up in Detergency.II.On Binary Soil Systems Consisting ofOleic Acid and Liquid Paraffin，BULLETIN OF THE CHEMICAL SOCIETY OF JAPAN，Vol.49(11)，(1976)，pp.3236-3238.
(e)Victoria Broje and Arturo A.Keller，Interfacial interactionsbetween hydrocarbon liquids and solid surfaces used in mechanical oil spillrecovery，Journal of Colloid and Interface Science，Vol.305，(2007)，pp.286-292.
根据上述式(6)，Z方向的吸起高度h能够通过下面的公式(7)求出。
[式10]
Figure BDA0002397511560000101
另外，若将最小计算单元10的吸附油脂前的质量(自重)设定为m，将吸附油脂后的质量设定为M，则下面的公式(8)成立。
[式11]
Figure BDA0002397511560000102
根据公式(8)，能够利用吸附油脂前能够取得的参数即空隙率η、纤维密度ρ以及油脂密度ρo计算出吸附率M/m的推算值。
另外，最小计算单元10的吸附油脂后的体积V是油脂吸附用纤维聚集体的体积(vfiber)以及吸附的油脂(voil)的体积的合计值。另外，若将最小计算单元10的吸附油脂前的体积设定为Vn，则体积膨胀率V/Vn能够用下面的公式(9)以及公式(10)来表示。
[式12]
Figure BDA0002397511560000103
能够通过上述公式(8)推算吸附率M/m，而且，能够根据公式(9)，利用吸附油脂前能够取得的参数即吸附油脂前的质量m、纤维密度ρ以及油脂密度ρo计算出吸附油脂后的体积V的推算值。
[式13]
Figure BDA0002397511560000111
ε是最小计算单元10的吸附油脂前的长度系数，ε’是吸附油脂后的长度系数。
上述各个计算式与最小计算单元10相关，但若考虑到油脂吸附用纳米纤维聚集体是由多个最小计算单元10集合构成的，则各个计算式也能够适用于油脂吸附用纳米纤维聚集体。
(验证)
接着，本发明人制作下述所示的本发明的实施例1-1～1-8以及比较例1-1、1-2、2-1、2-2、3-1、3-2、4、5的油脂吸附用纳米纤维聚集体，并用这些来验证与吸附油脂相关的性能。
(实施例1-1～1-8)
使用上述制造装置50制造以聚丙烯为材料的平均纤维直径为1500nm的微细纤维95。纤维直径的标准差为900，标准差除以平均纤维直径而得到的变异系数为0.60。使堆积的微细纤维95以堆积密度为0.01(g/cm3)、0.03(g/cm3)、0.04(g/cm3)、0.05(g/cm3)、0.09(g/cm3)、0.1(g/cm3)、0.13(g/cm3)以及0.2(g/cm3)的方式成形，从而得到实施例1-1～1-8的油脂吸附用纳米纤维聚集体。此外，若将实施例1-1～1-8代入上述模型中，则由公式(5)计算出的纤维间距离e1为20.3μm、11.1μm、9.4μm、8.2μm、5.8μm、5.4μm、4.5μm以及3.4μm。
(比较例1-1、1-2)
使用上述制造装置50制造以聚丙烯为材料的平均纤维直径为800nm的微细纤维95。纤维直径的标准差为440，标准差除以平均纤维直径而得到的变异系数为0.55。使堆积的微细纤维95以堆积密度为0.01(g/cm3)以及0.1(g/cm3)的方式成形，从而得到比较例1-1、1-2的油脂吸附用纳米纤维聚集体。此外，若将比较例1-1、1-2代入上述模型中，则由公式(5)计算出的纤维间距离e1为10.8μm以及2.9μm。
(比较例2-1、2-1)
使用上述制造装置50制造以聚丙烯为材料的平均纤维直径为4450nm的微细纤维95。纤维直径的标准差为2280，标准差除以平均纤维直径而得到的变异系数为0.51。使堆积的微细纤维95以堆积密度为0.01(g/cm3)以及0.1(g/cm3)的方式成形，从而得到比较例2-1、2-2的油脂吸附用纳米纤维聚集体。此外，若将比较例2-1、2-2代入上述模型中，则由公式(5)计算出的纤维间距离e1为60.2μm以及16.0μm。
(比较例3-1、3-2)
使用上述制造装置50制造以聚丙烯为材料的平均纤维直径为7700nm的微细纤维95。纤维直径的标准差为4360，标准差除以平均纤维直径而得到的变异系数为0.57。使堆积的微细纤维95以堆积密度为0.01(g/cm3)以及0.1(g/cm3)的方式成形，从而得到比较例3-1、3-2的油脂吸附用纳米纤维聚集体。此外，若将比较例3-1、3-2代入上述模型中，则由公式(5)计算出的纤维间距离e1为104.1μm以及27.7μm。
(比较例4)
使用上述制造装置50制造以聚丙烯为材料的平均纤维直径为1500nm的微细纤维95。纤维直径的标准差为900，标准差除以平均纤维直径而得到的变异系数为0.60。使堆积的微细纤维95以堆积密度为0.3(g/cm3)的方式成形，从而得到比较例4的油脂吸附用纳米纤维聚集体。此外，若将比较例4代入上述模型中，则由公式(5)计算出的纤维间距离e1为2.5μm。
(比较例5)
使用上述制造装置50制造以聚丙烯为材料的平均纤维直径为1500nm的微细纤维95。纤维直径的标准差为900，标准差除以平均纤维直径而得到的变异系数为0.60。使堆积的微细纤维95以堆积密度为0.49(g/cm3)的方式成形，从而得到比较例5的油脂吸附用纳米纤维聚集体。此外，若将比较例5代入上述模型中，则由公式(5)计算出的纤维间距离e1为1.6μm。
在各个实施例以及各个比较例中，纤维直径的变异系数在0.55～0.60的范围内，基本上相同。
表1示出各个实施例以及比较例的结构一览表。
[表1]
Figure BDA0002397511560000131
(验证1：平均纤维直径与吸附率的关系1)
使用上述实施例1-1、1-6以及比较例1-1、1-2、2-1、2-2、3-1、3-2来制作直径为18mm、高度为2mm的圆柱状试片，并使用高精度电子天平来测量吸附油脂前的质量m。接着，将上述试片浸入作为吸附对象的油脂(TRUSCO公司制造的机油(ISOVG：46)，比重ρo＝850kg/m3，接触角为29度～35度)中。在经过足够的时间使油脂的吸附量饱和之后，将上述试片从油脂中拿出，并将其放置于金属丝网上，以使吸附的油脂自然落下。然后，使用高精度电子天平，对从油脂中刚拿出后(0秒)的质量MA以及拿出30秒后的质量MB进行测量。将质量MA以及质量MB除以质量m而得到的值作为吸附率(Suction Rate)M/m(MA/m、MB/m)。另外，将质量MB除以质量MA再乘以100而得到的值作为保持率(Maintenance Rate)MB/MA×100(％)。图9中的(a)示出实施例1-1以及比较例1-1、2-1、3-1中的平均纤维直径与吸附率以及保持率的关系。图9中的(b)示出实施例1-6以及比较例1-2、2-2、3-2中的平均纤维直径与吸附率以及保持率的关系。
从图9中的(a)、(b)可知，与各个比较例1-1、1-2、2-1、2-2、3-1、3-2相比，实施例1-1、1-2具有更高的吸附率。尤其是，平均纤维直径为1000nm～2000nm时，吸附率MA/m以及吸附率MB/m都比较高，平均纤维直径为1500nm左右时吸附率到达峰值。
(验证2：纤维聚集体的厚度与吸附率的关系2)
使用上述实施例1-1以及比较例1-1、2-1、3-1来制作直径为18mm、高度(厚度t)为1mm、2mm、4mm、20mm以及40mm的圆柱状试片，并使用高精度电子天平来测量吸附油脂前的质量m。接着，将上述试片浸入作为吸附对象的油脂(TRUSCO公司制造的机油(ISOVG：46)，比重ρo＝850kg/m3，接触角为29度～35度)中。在经过足够的时间使油脂的吸附量饱和之后，将上述试片从油脂中拿出，并将其放置于金属丝网上，以使吸附的油脂自然落下。然后，使用高精度电子天平，对从油脂中刚拿出后(0秒)的质量MA以及拿出30秒后的质量MB进行测量。将质量MA以及质量MB除以质量m而得到的值作为吸附率M/m(MA/m、MB/m)。另外，将质量MB除以质量MA再乘以100而得到的值作为保持率MB/MA×100(％)。图10示出实施例1-1以及比较例1-1、2-1、3-1中的试片的厚度与吸附率以及保持率的关系。
从图10可知，不论那种高度的试片，都是实施例1-1具有最高的吸附率。另外，不论那中平均纤维直径，都是试片的厚度越小则吸附率越高。其原因应该是，虽然试片下部的纤维支撑着上部，但下部的油脂被上部的油脂挤出试片，试片的厚度越大则被挤出的油脂的量越多。另外，若试片的厚度小，则虽然吸附率变高，但无法充分确保吸附的油脂的量。由此，优选油脂吸附用纳米纤维聚集体的厚度t满足以下的公式(iii)。
(iii)2mm≤t≤5mm
(验证3：平均纤维直径与系数放大率以及体积膨胀率的关系)
使用上述实施例1-6以及比较例1-2、2-2、3-2来制作直径为18mm、高度为2mm的圆柱状试片，并使用高精度电子天平来测量吸附油脂前的质量m。接着，将上述试片浸入作为吸附对象的油脂(TRUSCO公司制造的机油(ISOVG：46)，比重ρo＝850kg/m3，接触角为29度～35度)中。在经过足够的时间使油脂的吸附量饱和之后，将上述试片从油脂中拿出，并将其放置于金属丝网上，以使吸附的油脂自然落下。然后，使用高精度电子天平，对从油脂中拿出5分钟后的质量M进行测量。将这些质量m以及质量M代入上述公式(8)～(10)，从而得到系数放大率ε’/ε。然后，根据系数放大率ε’/ε得到体积膨胀率V/Vn。图11示出实施例1-6以及比较例1-2、2-2、3-2中的平均纤维直径与系数放大率以及体积膨胀率的关系。
从图11可知，与各个比较例1-2、2-2、3-2相比，实施例1-2具有更高的系数放大率以及体积膨胀率。另外，在平均纤维直径为1000nm～2000nm时，系数放大率以及体积膨胀率都比较高，平均纤维直径为1500nm左右时系数放大率以及体积膨胀率到达峰值。
(验证4：堆积密度与吸附率的关系)
使用上述实施例1-1、1-3、1-5、1-7以及比较例5来制作直径为18mm、高度为2mm的圆柱状试片，并使用高精度电子天平来测量吸附油脂前的质量m。接着，将上述试片浸入作为吸附对象的油脂(1)(TRUSCO公司制造的机油(ISOVG：46))以及油脂(2)(TRUSCO公司制造的机油(ISOVG：10))中。在经过足够的时间使油脂的吸附量饱和之后，将上述试片从油脂中拿出，并将其放置于金属丝网上，以使吸附的油脂自然落下。然后，使用高精度电子天平，对从油脂中刚拿出后(0秒)的质量MA以及拿出30秒后的质量MB进行测量。将质量MA以及质量MB除以质量m而的得到的值作为吸附率M/m(MA/m、MB/m)。另外，将质量MB除以质量MA再乘以100而得到的值作为保持率MB/MA×100(％)。图12示出实施例1-1、1-3、1-5、1-7以及比较例5中的堆积密度与吸附率以及保持率的关系。
从图12可知，无论油脂的粘度如何，堆积密度越小则吸附率MA/m以及吸附率MB/m都变得越高。尤其是，在堆积密度为0.2g/cm3以下时，堆积密度越小则各个吸附率的增加程度变得越大。
(验证5：堆积密度与吸附速度的关系)
使用上述实施例1-1、1-2、1-4以及比较例4来制作直径为18mm、高度为20mm的圆柱状试片。将上述试片以下部浸入油脂的方式放入注入有深度1mm的作为吸附对象的油脂(TRUSCO公司制造的机油(ISOVG：46)，比重ρo＝850kg/m3，接触角为29度～35度)的容器中，并测量随时间变化的吸起高度。图13示出实施例1-1、1-2、1-4以及比较例4中的吸起时间与吸起高度的关系。
从图13可知，堆积密度越小，越能够以短时间将油脂吸起至上端高度(20mm)，且吸附速度越高。尤其是，在堆积密度为0.2g/cm3以下时，在不到10分钟内，吸起高度到达15mm，吸附速度良好。
(验证6：体积膨胀率与吸附率的关系)
使用上述实施例1-6以及比较例1-2、2-2、3-2来制作直径为18mm、高度为2mm的圆柱状试片，并使用高精度电子天平来测量吸附油脂前的质量m。接着，将上述试片浸入作为吸附对象的油脂(TRUSCO公司制造的机油(ISOVG：46)，比重ρo＝850kg/m3，接触角为29度～35度)中。在经过足够的时间使油脂的吸附量饱和之后，将上述试片从油脂中拿出，并将其放置于金属丝网上，以使吸附的油脂自然落下。然后，使用高精度电子天平，对从油脂中刚拿出后(0秒)的质量MA，拿出30秒后的质量MB以及拿出5分钟后的质量MC进行测量。将质量MA、质量MB以及质量MC除以质量m而得到的值作为吸附率M/m(MA/m、MB/m、MC/m)。另外，将这些质量m以及质量M代入上述公式(8)～(10)，从而得到系数放大率ε’/ε。根据系数放大率ε’/ε得到体积膨胀率V/Vn。图14示出实施例1-6以及比较例1-2、2-2、3-2中的体积膨胀率与吸附率的关系。
从图14可知，对于系数放大率以及体积膨胀率，都在平均纤维直径为1500nm时，体积膨胀率变为最大，吸附率变为最高，能够有效地吸附油脂。
从上述验证1～6的结果判断出，平均纤维直径为1000nm～2000nm且堆积密度为0.01g/cm3～0.2g/cm3的油脂吸附用纳米纤维聚集体具有良好的油脂吸附性能。尤其是，判断出平均纤维直径为1500nm左右(1300nm～1700nm)且堆积密度为0.01g/cm3～0.05g/cm3的油脂吸附用纳米纤维聚集体，具有更加良好的油脂吸附性能。
(验证7：空隙率与吸附率的关系)
制作多个平均纤维直径为1500nm且空隙率(即堆积密度)不同的油脂吸附用纳米纤维聚集体，并使用高精度电子天平来测量吸附油脂前的质量m。接着，将上述试片浸入作为吸附对象的油脂(TRUSCO公司制造的机油(ISOVG：46)，比重ρo＝850kg/m3，接触角为29度～35度)中。在经过足够的时间使油脂的吸附量饱和之后，将上述试片从油脂中拿出，并将其放置于金属丝网上，以使吸附的油脂自然落下。然后，使用高精度电子天平，对从油脂中拿出30秒后的质量MB以及拿出5分钟后的质量MC进行测量。将质量MB以及质量MC除以质量m而得到的值作为吸附率M/m(MB/m、MC/m)。另外，使用上述公式(8)计算出吸附率相对于空隙率的理论值。图15示出平均纤维直径为1500nm的油脂吸附用纳米纤维聚集体的空隙率与吸附率的实测值以及理论值的关系。
从图15可知，实测值与理论值基本一致。因此，能够通过油脂吸附用纳米纤维聚集体的平均纤维直径以及堆积密度(空隙率)来近似地推算吸附率M/m，从而能够确认出上述模型是有效的。
以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于这些例子。本领域技术人员对上述的实施方式适当地追加、删除构成要素、进行设计变更以及对实施方式的特征进行适当的组合所形成的实施方式，只要具备本发明宗旨，则包括在本发明的范围内。
附图标记说明
1…油脂吸附用纳米纤维聚集体、7…油脂、10…最小计算单元、20…纤维、20x、20y、20z…纤维部分、50…制造装置、62…料斗、63…加热缸、64…加热器、65…螺杆、66…马达、68…气体供给管、70…头部、90…捕集网、95…微细纤维、d…平均纤维直径、ρb…堆积密度、e1…纤维间距离、η…空隙率。

Claims (6)

1.一种油脂吸附用纳米纤维聚集体，其特征在于，
在将所述油脂吸附用纳米纤维聚集体的平均纤维直径设定为d，将所述油脂吸附用纳米纤维聚集体的堆积密度设定为ρb时，满足以下的公式(i)以及公式(ii)，
(i)1000nm≤d≤2000nm，
(ii)0.01g/cm3≤ρb≤0.2g/cm3。
2.根据权利要求1所述的油脂吸附用纳米纤维聚集体，其特征在于，进一步满足以下的公式(i’)，
(i’)1300nm≤d≤1700nm。
3.根据权利要求2所述的油脂吸附用纳米纤维聚集体，其特征在于，进一步满足以下的公式(ii’)，
(ii’)0.01g/cm3≤ρb≤0.05g/cm3。
4.根据权利要求1所述的油脂吸附用纳米纤维聚集体，其特征在于，在将所述油脂吸附用纳米纤维聚集体的厚度设定为t时，进一步满足以下的公式(iii)，
(iii)2mm≤t≤5mm。
5.一种油脂吸附率推算方法，用于推算油脂的吸附率M/m，所述吸附率表示油脂吸附用纳米纤维聚集体的吸附油脂后的质量M与吸附油脂前的质量m的比，其特征在于，
使用所述油脂吸附用纳米纤维聚集体的空隙率η、构成所述油脂吸附用纳米纤维的纤维密度ρ以及油脂密度ρo，通过以下的公式(iv)计算出油脂吸附率M/m的推算值，
[式1]
Figure FDA0002397511550000021
6.一种吸附油脂后的体积推算方法，用于推算油脂吸附用纳米纤维聚集体的吸附油脂后的体积V，其特征在于，
使用所述油脂吸附用纳米纤维聚集体的空隙率η、构成所述油脂吸附用纳米纤维的纤维密度ρ以及油脂密度ρo，通过以下的公式(iv)计算出油脂的吸附率M/m的推算值，所述吸附率表示油脂吸附用纳米纤维聚集体的吸附油脂后的质量M与吸附油脂前的质量m的比，
使用所述油脂的吸附率M/m的推算值、油脂吸附用纳米纤维聚集体的吸附油脂前的质量m、构成所述油脂吸附用纳米纤维的纤维密度ρ以及油脂密度ρo，通过以下的公式(v)计算出吸附油脂后的体积V的推算值，
[式2]
Figure FDA0002397511550000022
[式3]
Figure FDA0002397511550000023
CN201880056946.6A 2017-06-30 2018-06-28 油脂吸附用纳米纤维聚集体、油脂吸附用纳米纤维聚集体的油脂吸附率推算方法以及吸附油脂后的体积推算方法 Pending CN111432923A (zh)

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