JP2000000402A - 油水分離フィルターとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】使用中におけるシリコーン系のオイルの脱離に
よるフィルターの目詰まりがなく、油水混合液から油
（水分含有率が著しく低い油）を効率よく回収すること
ができる油水分離フィルター及びその製造方法を提供す
る。 【解決手段】窒化ホウ素粉末を捕集した実質的に非晶質
のシリカ繊維の凝集体を含む成形体を、１３００℃で１
時間焼成することにより、比表面積が０．６ｍ²／ｇの
高気孔体から成る油水分離フィルターを得た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油水混合液から油
（特に、水分含有率の低い油）を効率よく回収するため
に用いられる油水分離フィルター及びその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】食品製造、繊維処理、機械加工、石油精
製などの廃液処理、また事故などによる河川、海洋など
への油の流出による油回収作業として、油水混合液を油
と水とに分離する処理が行われている。

【０００３】従来の分離方法としては、比重分離、加圧
浮上分離、遠心分離、吸着分離、電気的方法などが行わ
れてきた。また、最近では高濃度分離が可能であり且つ
省エネルギーの点で有利な逆浸透法、限外濾過法、精密
濾過法が注目されている。特にセラミック質材料の化学
的、機械的安定性から以下のような様々な方法が開示さ
れている。

【０００４】特開平１−１３９１０７号公報には、アル
ミナ製の多孔質セラミックスから成る筒状多層構造体の
フィルタを用いた油水分離装置が開示されている。特開
平６−１５１６４号公報には、シリコーン系のオイル等
を用いて撥水処理をした中空セラミック粒よりなる吸油
材が開示されており、前記中空セラミック粒は、ポリス
チロールの球形発泡体にシリカ、アルミナ等の粘土質を
含む無機質を被覆し、造粒、乾燥、焼成して得る旨が記
載されている。

【０００５】特開平７−６０２７７号公報には、汚水に
浮かべて水面の汚れや油膜を処理する汚水浄化用中空セ
ラミックボールが開示されている。特開平８−５２３０
５号公報には、多数の細孔を有するセラミックスから成
ると共にカップリング剤から成る撥水親油膜が形成され
た濾過膜を備えて、油水混合液から水分含有率の低い油
を回収するために用いられる油水分離用濾過器が開示さ
れている。

【０００６】また、これまで油水分離用として用いられ
るセラミックフィルターには、セラミック粒子を焼結
し、気孔を残して得られるフィルター、あるいは、セラ
ミック粒子が含まれるスラリーを樹脂製のスポンジに含
浸し焼結して得られるセラミックフォームがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のセラミックフィ
ルターは、ある程度の親水性を有するが、親水性が十分
ではないため、油に対しても親和性がある。そのため、
濾過された液体の中に油の微粒子が混入することを防止
することができず、油水分離フィルターとして十分なも
のではなかった。

【０００８】そこで、従来のセラミックフィルターにシ
リコーン系のオイルで撥水処理などの加工を施し油水分
離フィルターとして使用することが考えられた。しか
し、シリコーン系のオイルで撥水処理をしたセラミック
フィルターは、使用中に前記オイルが脱離しフィルター
が目詰まりするという問題点があった。

【０００９】本発明は、上記従来のセラミックフィルタ
ーとは全く異なる新規な油水分離フィルター及びその製
造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、
上記従来技術の問題点を解消し、使用中におけるシリコ
ーン系のオイルの脱離によるフィルターの目詰まりがな
く、油水混合液から油（水分含有率が著しく低い油）を
効率よく回収することができる油水分離フィルター及び
その製造方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は、無機質結合
剤形成原料粉末（例えば、窒化ホウ素粉末）を捕集した
無機質繊維（例えば、実質的に非晶質のシリカ繊維）の
凝集体を含む成形体を、前記無機質結合剤形成原料粉末
と前記無機質繊維が反応する最低温度以上の温度で焼成
することにより、比表面積が高く、単位体積あたりの−
ＯＨ基の数が多く、水を通過させ油を遮断するのに十分
な程度に親水性が高い高気孔焼成体を得ることができ
る、ということを見出し本発明を完成するに至った。

【００１１】本発明の第１の視点によれば、無機質繊維
と前記無機質繊維を結合する無機質結合剤を含有して成
る高気孔体を有し、前記高気孔体の少なくとも油水混合
液との接触部分は、水を通過させ油を遮断するのに十分
な親水性である油水分離フィルターにより、上記目的を
達成することができる。この油水分離フィルターは、次
のようにすることができる。

【００１２】前記高気孔体は、３次元網目構造の高気孔
体にすることができる。前記接触部分は、水を通過させ
油を遮断するのに十分な比表面積を有するものにするこ
とができる。前記比表面積は０．６ｍ²／ｇ以上にする
ことができる。前記高気孔体の気孔率は、８０体積％以
上にすることができる。前記高気孔体の曲げ強度は、８
ｋｇｆ／ｃｍ²以上にすることができる。

【００１３】前記無機質繊維は、実質的に非晶質のシリ
カ繊維を主たる無機質繊維として含むものにすることが
できる。前記無機質繊維は、さらに、アルミナ繊維、ア
ルミノシリケート繊維、アルミノボロシリケート繊維の
うちの１種以上を補強用無機質繊維として含むものにす
ることができる。

【００１４】前記無機質結合剤は、実質的に非晶質のシ
リカ繊維の結晶化を抑制する結晶化抑制剤の粉末と無機
質繊維との反応生成物を含むものにすることができる。
前記結晶化抑制剤の粉末は、（ａ）非金属ホウ化物、
（ｂ）ジルコニウムの窒化物、硝酸塩、炭酸塩及び硼化
物、（ｃ）クロムの窒化物、硝酸塩、炭酸塩及び硼化
物、（ｄ）イットリウムの窒化物、硝酸塩、炭酸塩及び
硼化物、（ｅ）バナジウムの窒化物、硝酸塩、炭酸塩及
び硼化物、（ｆ）ランタノイド系元素の窒化物、硝酸
塩、炭酸塩及び硼化物のうちの少なくとも１種を含有す
る粉末にすることができる。

【００１５】本発明の第２の視点によれば、無機質結合
剤形成原料粉末を捕集した無機質繊維の凝集体を含む成
形体を、前記無機質結合剤形成原料粉末と前記無機質繊
維が反応する最低温度以上の温度で焼成する焼成工程を
含む油水分離フィルターの製造方法により、上記目的を
達成することができる。この油水分離フィルターの製造
方法は、次のようにすることができる。

【００１６】前記凝集体として、無機質結合剤形成原料
粉末と無機質繊維が分散する分散液のｐＨを調整して得
られた凝集体を用いることができる。前記分散液とし
て、ｐＨ３以上の弱酸性の分散液を用いることができ
る。前記成形体として、前記凝集体を真空成形して得ら
れる成形体を用いることができる。

【００１７】前記分散液をｐＨ４〜１０に調整し、ｐＨ
３以上の弱酸性の分散液に分散していた無機質繊維の凝
集の程度を変化させることによって、焼成後に得られる
高気孔体の気孔率を制御することができる。前記分散液
を、前記焼成工程の焼成後に得られる高気孔体の気孔率
に対応するｐＨ４〜１０の範囲内の所定ｐＨに調整する
ことができる。前記無機質繊維として、実質的に非晶質
のシリカ繊維を主原料として含有する無機質繊維を用い
ることができる。

【００１８】前記無機質結合剤形成原料粉末として、
（ａ）ホウ素酸化物形成原料、（ｂ）ジルコニウムの窒
化物、硝酸塩、炭酸塩及び硼化物、（ｃ）クロムの窒化
物、硝酸塩、炭酸塩及び硼化物、（ｄ）イットリウムの
窒化物、硝酸塩、炭酸塩及び硼化物、（ｅ）バナジウム
の窒化物、硝酸塩、炭酸塩及び硼化物、（ｆ）ランタノ
イド系元素の窒化物、硝酸塩、炭酸塩及び硼化物のうち
の少なくとも１種の粉末を用いることができる。

【００１９】本発明の着想は、セラミックス製のフィル
ターの親水性を高めることにより、フィルターの水に対
する吸着能を高め、油水を分離しようとしたところにあ
る。

【００２０】セラミックス製のフィルターの親水性を高
めるには、フィルター表面に存在する−ＯＨ基を増やす
ことが必要であるが、セラミックスの表面の−ＯＨ基は
通常ほぼ一定であるため、本発明ではフィルターの比表
面積を高めることにより、単位体積あたりの−ＯＨ基の
数を多くし親水性を高めようとするものである。

【００２１】なお、表面積を高める方法としては、微細
な穴の空いた活性炭、シリカゲルなどの粒子の使用が挙
げられるが、細孔径が小さすぎることと穴の一方がふさ
がっている閉気孔であるため、一旦細孔に油が吸着され
た場合、油の脱離が起こりにくいため目詰まりを起こ
し、連続的に使用できないという欠点がある。これに対
して、本発明の油水分離フィルターは、無機質繊維を用
いた上記構成により、このような欠点を解消することが
できた。なお、本発明において数値範囲の記載は、両端
値のみならず、その中に含まれる全ての任意の中間値を
含むものとする。

【００２２】

【発明の実施の形態】〔油水分離フィルター〕本発明の
油水分離フィルターは、無機質繊維と前記無機質繊維を
結合する無機質結合剤を含有して成る高気孔体を含むも
のである。そして、前記高気孔体の少なくとも油水混合
液との接触部分が、水を通過させ油を遮断するのに十分
な親水性である。前記高気孔体の形状は、例えばチュー
ブ状、板状、お椀形にできる。

【００２３】前記高気孔体は、好ましくは３次元網目構
造（特に、無機質繊維が複雑に絡み合った３次元網目構
造）の高気孔体である。本発明の油水分離フィルター
は、このような高気孔体のみから成るものにすることが
できるが、必要に応じて前記高気孔体を保持あるいは保
護する支持体を具備することができる。前記支持体は、
例えば、セラミックス、樹脂及び金属のうちの１種以上
の材料から成るもの（例えば、油水混合液を通過させな
い低気孔性ないし実質的に無気孔性のもの）から適宜選
択することができる。

【００２４】本発明の油水分離フィルターにおける前記
高気孔体の油水混合液と接触しない部分は、水を通過さ
せ油を遮断するのに十分な親水性にする必要はないが、
油水混合液と接触しない部分を含めた前記高気孔体の全
表面（気孔の内面も含む）を、水を通過させ油を遮断す
るのに十分な親水性にすることができる。

【００２５】［油水分離フィルターの特性］ 〈比表面積〉油水分離フィルターにおける前記高気孔体
の油水混合液との接触部分は、好ましくは、水を通過さ
せ油を遮断するのに十分な比表面積を有するようにす
る。前記比表面積は、０．０５ｍ²／ｇ以上にすること
ができ、好ましくは０．０８ｍ²／ｇ以上であり、より
好ましくは０．１ｍ²／ｇ以上（さらに好ましくは０．
２ｍ²／ｇ以上、よりさらに好ましくは０．３ｍ²／ｇ以
上、特に好ましくは０．４ｍ²／ｇ以上）であり、０．
６ｍ²／ｇ程度以上までにすることができる。

【００２６】このためフィルター単位体積あたりの−Ｏ
Ｈ基が多くなっているので、見かけの親水性が高い。従
って、油をほとんど吸収することがないようにできるた
め、十分な油水分離が可能となる。なお、セラミック粒
子を焼結させて得られたフィルターあるいはセラミック
フォームの比表面積は、一般的に０．０６ｍ²／ｇ程度
までである。

【００２７】〈気孔率及び嵩密度〉油水分離フィルター
における前記高気孔体の気孔率は、好ましくは７０〜９
７体積％（より好ましくは７５〜９７体積％、さらに好
ましくは８０〜９５体積％）にすることができる。気孔
率が８０体積％以上と極めて高い場合には、油水分離フ
ィルター体積あたりの処理量は、従来のもの（例えば、
セラミック粒子を焼結して得られたもの等）よりも大き
い。

【００２８】また、気孔の径は、数μｍ以上にすること
ができ、実用上の点から５μｍ以上、１０〜１００μｍ
にすることができ、例えば平均細孔径４０〜５０μｍに
することができる。なお、前記高気孔体は、例えば、水
銀圧入法等の気孔径測定法により測定された場合、気孔
の孔径分布がそろっているものにすることができる。

【００２９】油水分離フィルターにおける前記高気孔体
の嵩密度は、好ましくは０．１５ｇ／ｃｍ³以下（より
好ましくは０．１２〜０．０８ｇ／ｃｍ³、さらに好ま
しくは０．１１〜０．０９ｇ／ｃｍ³）にすることがで
きる。

【００３０】〈強度〉油水分離フィルターにおける前記
高気孔体の曲げ強度は、５ｋｇｆ／ｃｍ²以上にするこ
とができ、好ましくは８ｋｇｆ／ｃｍ²以上（より好ま
しくは１０ｋｇｆ／ｃｍ²以上）であり、１０〜１５ｋ
ｇｆ／ｃｍ²程度までの高い曲げ強度にすることができ
る。このため、板状、円筒状などの形状を油水分離フィ
ルターに付与して、従来の装置の中に組み込んでの連続
使用にも十分耐え得る。

【００３１】油水分離フィルターにおける前記高気孔体
の引張り強度は、高さ方向の引張り強度が２．５ｋｇｆ
／ｃｍ²（およそ０．２４５ＭＰａ）以上（好ましくは
０．２９４ＭＰａ以上）である。ここで、高さ方向の引
張り強度における「高さ方向」とは、成形時における加
圧方向のことであり、通常は、成形に用いるプレス装置
の軸方向のことをいう。例えば、プレス装置により得ら
れた成形体のプレス面に対して直交する方向である。

【００３２】［無機質繊維］本発明の油水分離フィルタ
ーの前記高気孔体における無機質繊維の全重量の好まし
くは６０〜１００重量％（より好ましくは６０〜９０重
量％）を実質的に非晶質のシリカ繊維にすることができ
る。前記高気孔体における実質的に非晶質のシリカ繊維
以外の無機質繊維は、アルミナ繊維、アルミノシリケー
ト繊維、アルミノボロシリケート繊維等のような、実質
的に非晶質のシリカ繊維と併用した場合に前記非晶質の
シリカ繊維を補強することができる無機質補強繊維のう
ちの１種以上の無機質繊維にすることができる。また、
前記高気孔体における無機質繊維に含まれている全ての
シリカ繊維を、実質的に非晶質のシリカ繊維にすること
ができる。

【００３３】［無機質結合材］無機質結合材は、無機質
繊維を結合する。無機質結合材は、好ましくは、実質的
に非晶質のシリカ繊維の結晶化を抑制する結晶化抑制剤
の粉末と無機質繊維との反応生成物を含む。実質的に非
晶質とは、Ｘ線回折的に非晶質のみから構成されている
ことである。即ち、Ｘ線回折法によって結晶が確認でき
ないことである。図１は、非晶質のシリカ繊維を含むフ
ィルターのＸ線回折法によるパターンであるが、例え
ば、この図１に示すとおりである。前記反応生成物は、
好ましくは、前記結晶化抑制剤の粉末が無機質繊維と反
応して、無機質繊維との界面に生成した反応生成物であ
る。この反応生成物を介して無機質繊維と無機質繊維の
間は融着している。

【００３４】なお、本発明の油水分離フィルターが実質
的に非晶質のシリカ繊維の結晶化を抑制する結晶化抑制
剤の粉末と前記非晶質のシリカ繊維との反応生成物を含
む場合は、前記非晶質のシリカ繊維の結晶化を防止しつ
つ、使用後のフィルターに付着した油水混合液（特に、
油分）を燃焼させて除去することができる。

【００３５】より好ましくは、無機質繊維と無機質結合
剤が三次元結節状網状に結合して、即ち、無機質繊維と
無機質繊維の交点ないし接点で無機質結合剤を介して互
いに結合し（少なくとも、接点では必ず結節を有するよ
うに結合し）、三次元結節状網状体を形成している。

【００３６】無機質結合剤は、より好ましくは、次の
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）及び（ｆ）の
うちの少なくとも１種の粉末と無機質繊維との反応生成
物を含有する。即ち、（ａ）非金属ホウ化物の粉末、
（ｂ）ジルコニウムの窒化物、硝酸塩、炭酸塩及び硼化
物の各粉末、（ｃ）クロムの窒化物、硝酸塩、炭酸塩及
び硼化物の各粉末、（ｄ）イットリウムの窒化物、硝酸
塩、炭酸塩及び硼化物の各粉末、（ｅ）バナジウムの窒
化物、硝酸塩、炭酸塩及び硼化物の各粉末、（ｆ）ラン
タノイド系元素の窒化物、硝酸塩、炭酸塩及び硼化物の
各粉末のうちの少なくとも１種の粉末と無機質繊維との
反応生成物である。

【００３７】ランタノイド系元素とは、原子番号５７の
ランタンと、原子番号５８のセリウムから原子番号７１
のルテチウムを含めた１５元素のことである。前記粉末
は、好ましくは１４００℃以下（より好ましくは９００
〜１４００℃、さらに好ましくは９００〜１２００℃）
で酸化反応を起こす粒度を有するものである。

【００３８】非金属ホウ化物の粉末は、好ましくは水に
溶解しない非金属系のホウ化物であり、より好ましくは
ホウ素酸化物を形成する粉末である。かかる非金属ホウ
化物としては、例えば窒化ホウ素（ＢＮ）、炭化ホウ素
（Ｂ₄Ｃ）、ホウ化珪素（ＳｉＢ₄、ＳｉＢ₆）等があ
る。好ましくは、窒化ホウ素を用いる。窒化ホウ素とし
ては、六方晶窒化ホウ素、立方晶窒化ホウ素、正方晶窒
化ホウ素を用いることができるが、好ましくは安価な六
方晶窒化ホウ素を用いる。

【００３９】［油水分離フィルターの分離対象］本発明
の油水分離フィルターの分離対象は、油水混合液、即
ち、油と水の混合液であり、特に、食品製造、繊維処
理、機械加工、石油精製などの際の廃液や、事故などに
よる河川水、海洋水などと油の混合物のような、油と水
を含む各種の油水混合液である。ここで、「水」は、水
に溶解する水以外の水溶性媒体を包含する。なお、油及
び水以外の各種の不溶性含有物を含む油水混合液に対し
ても適用できるが、必要であれば、油及び水以外の不溶
性含有物を取り除いた油水混合液に適用することができ
る。

【００４０】好適な分離対象は、油の含有率よりも水の
含有率が高い油水混合液であり、水１００重量部に対し
て好ましくは油１０重量部以下（より好ましくは油５重
量部以下、さらに好ましくは油１重量部以下）を含有す
る油水混合液である。

【００４１】〔油水分離フィルターの製造方法〕本発明
の油水分離フィルターの製造方法は、無機質結合剤形成
原料粉末を捕集した無機質繊維の凝集体を含む成形体
を、前記無機質結合剤形成原料粉末と前記無機質繊維が
反応する最低温度以上の温度で焼成する焼成工程を含
む。

【００４２】前記無機質結合剤形成原料粉末と前記無機
質繊維が反応する最低温度以上の温度は、好ましくは１
２００℃以上（より好ましくは１２００〜１４００℃、
さらに好ましくは１２００〜１３００℃、特に好ましく
は１２５０〜１３５０℃）である。

【００４３】無機質結合剤形成原料粉末を捕集した無機
質繊維の凝集体を含む成形体は、前記凝集体（必要であ
れば、前記凝集体１００重量に対して好ましくは有機質
結合剤０〜５０重量部、より好ましくは５〜３０重量部
を混合して得られた混合物）を成形して（好ましくは真
空成形して）得ることができる。前記凝集体における、
無機質結合剤形成原料粉末の重量は、無機質繊維の全重
量に対して、好ましくは３〜７．５重量％（より好まし
くは３〜６重量％、さらに好ましくは３〜５重量％）に
する。前記成形体は、そのまま放置して自然乾燥させる
ことができるが、好ましくは８０〜１１０℃（より好ま
しくは９０〜１１０℃）で強制的に乾燥することができ
る。本発明の油水分離フィルターの製造方法は、このよ
うな成形工程及び乾燥工程を前記焼成工程の前に設ける
ことができる。

【００４４】前記凝集体は、無機質結合剤形成原料粉末
と無機質繊維が分散する分散液（好ましくは弱酸性の分
散液）のｐＨを調整して得ることができる。好ましく
は、前記分散液をｐＨ４〜１０に調整し、前記無機質繊
維の凝集の程度を変化させることによって、焼成後に得
られる高気孔体の気孔率を制御することができる。凝集
させる際のｐＨが高いほど、焼成後に得られる高気孔体
の密度は小さくなる。

【００４５】前記分散液をｐＨ４に調整することによ
り、４ｍｍ以上（４〜７ｍｍ程度）の径の凝集体を得る
ことができる。前記分散液をｐＨ１０に調整することに
より、３０ｍｍ以下（通常は２０〜２５ｍｍ、場合によ
っては３０ｍｍ程度）の径の凝集体を得ることができ
る。このような凝集体を多数集積し、成形し（好ましく
は真空成形して）、成形体を得ることができる。

【００４６】ｐＨ４未満の場合は、凝集体の径は４ｍｍ
よりも小さくなり凝集体の効果が小さくなる。ｐＨ１０
を越える場合は、凝集体の径が３０ｍｍを越える場合が
多く、凝集体がほぐれすぎる傾向があり凝集体の効果が
小さくなる。なお、ｐＨ５〜９に調整することにより、
１０〜２０ｍｍの径の凝集体を得ることができる。

【００４７】好ましくは、前記分散液を、前記焼成工程
の焼成後に得られる高気孔体の気孔率に対応するｐＨ４
〜１０の範囲内の所定ｐＨに調整する。本発明の油水分
離フィルターの製造方法は、このような凝集工程を前記
成形工程の前に設けることができる。

【００４８】前記無機質繊維として、好ましくは、実質
的に非晶質のシリカ繊維を主原料として（好ましくは６
０〜１００重量％、より好ましくは６０〜９０重量％、
さらに好ましくは７０〜９０重量％）含有する無機質繊
維を用いる。実質的に非晶質のシリカ繊維としては、好
ましくはＳｉＯ₂を９９重量％以上含有するものを用い
る。前記無機質繊維は、さらに、アルミナ繊維、アルミ
ノシリケート繊維、アルミノボロシリケート繊維等のよ
うな、実質的に非晶質のシリカ繊維と併用した場合に実
質的に非晶質のシリカ繊維を補強することができる補強
用無機質繊維を副原料として含むことができる。

【００４９】無機質結合剤形成原料粉末としては、好ま
しくは、（ａ）ホウ素酸化物形成原料粉末、（ｂ）ジル
コニウムの窒化物、硝酸塩、炭酸塩及び硼化物、（ｃ）
クロムの窒化物、硝酸塩、炭酸塩及び硼化物、（ｄ）イ
ットリウムの窒化物、硝酸塩、炭酸塩及び硼化物、
（ｅ）バナジウムの窒化物、硝酸塩、炭酸塩及び硼化
物、（ｆ）ランタノイド系元素の窒化物、硝酸塩、炭酸
塩及び硼化物のうちの少なくとも１種の粉末を用いる。
ランタノイド系元素とは、既述のものである。

【００５０】ホウ素酸化物形成原料粉末としては、水に
溶解しない非金属系のホウ化物を用いることができ、か
かるホウ化物としては例えば窒化ホウ素（ＢＮ）、炭化
ホウ素（Ｂ₄Ｃ）、ホウ化珪素（ＳｉＢ₄、ＳｉＢ₆）等
がある。好ましくは、窒化ホウ素を用いる。窒化ホウ素
としては、六方晶窒化ホウ素、立方晶窒化ホウ素、正方
晶窒化ホウ素を用いることができるが、好ましくは安価
な六方晶窒化ホウ素を用いる。

【００５１】［好適な製造方法］次に、無機質結合剤形
成原料粉末として非金属系のホウ素化合物粉末を用いる
場合の好適な製造方法について説明する。

【００５２】本発明の油水分離用フィルターは、無機質
繊維とホウ素化合物粉末を水中で分散、混合して、ホウ
素化合物粉末を捕集した無機質繊維の凝集体を得て、前
記凝集体を真空成形し、乾燥後１２００〜１４００℃の
温度で焼成することで製造することができる。

【００５３】上記無機質繊維はフィルターの親水性をよ
り高めるという点から、シリカ質の無機質繊維が選択さ
れるべきである。通常、シリカ繊維は他の無機質繊維よ
り単位表面積あたりの−ＯＨ基が多いためである。ま
た、高温で使用する場合には、ガラス転移点のあるシリ
カガラス質繊維ではなく、好ましくは、シリカ非晶質繊
維（実質的に非晶質のシリカ繊維、以下同様。）にす
る。

【００５４】しかし、シリカ非晶質繊維は繊維自体の強
度が弱いため、アルミナ繊維、アルミノシリケート繊
維、アルミノボロシリケート繊維のうち１つ又は複数の
繊維を補強用無機質繊維として添加することが強度向上
に好ましい。また、シリカ非晶質繊維は加熱されると結
晶化し、クリストバライトとなり繊維自体がもろくな
る。そのため、焼成後もシリカ非晶質繊維を非晶質のま
ま保持する必要がある場合には、結晶抑制剤としてホウ
素化合物を添加する。ホウ素化合物はシリカ及びアルミ
ナとアルミノボロシリケートを生成することから無機質
繊維間を融着させることを可能とする。

【００５５】ホウ素化合物としては様々な化合物がある
が、金属ホウ化物はシリカ非晶質繊維を結晶化させる可
能性があるのみならず、ボロシリケート、アルミノボロ
シリケートのガラス化温度を変化させ、無機質繊維間の
融着を阻害するため望ましくない。非金属系のホウ化物
としては、酸化ホウ素、窒化ホウ素、炭化ホウ素、ホウ
化珪素などが知られているが、酸化ホウ素は水溶性があ
り、水中での分散、混合を伴う製造方法には適していな
い。窒化ホウ素、炭化ホウ素、ホウ化珪素は、いずれの
ものも使用できるが、入手のしやすさから窒化ホウ素の
方が望ましい。

【００５６】無機質繊維の直径は０．６５〜１０μｍが
望ましい。０．６５μｍよりも細い場合は強度が低くな
り、１０μｍよりも太すぎるとフィルターの細孔径が大
きくなり、水中に分散した油の微粒子が通りやすくなる
ため油水分離が困難となる。シリカ非晶質繊維としては
径が例えば１〜２．５μｍのものを、アルミナ繊維等の
補強用無機質繊維としては径が例えば１〜３．５μｍの
ものをそれぞれ用いることができる。繊維の長さは特に
制限はないが、１〜３０ｍｍ程度が望ましい。シリカ非
晶質繊維と補強用無機質繊維との割合は、−ＯＨ基がよ
り多く付いているシリカ非晶質繊維を９０〜６０重量％
とすべきである。

【００５７】無機質結合剤形成原料粉末として添加する
窒化ホウ素粉末の粒度は、１２００〜１４００℃で焼成
する際に酸化し、無機質繊維とボロシリケート、又はア
ルミノボロシリケートを生成させ、無機質繊維の界面を
融着させなければならないため、９００〜１２００℃
（より好ましくは１０００〜１２００℃、さらに好まし
くは１１００〜１２００℃）付近で酸化反応を起こす程
度の粒度が望ましい。

【００５８】窒化ホウ素粉末が９００℃よりも低温で酸
化反応を起こすと、無機質繊維と反応する前に窒化ホウ
素粉末が酸化して生成した酸化ホウ素が昇華し、所定量
よりもホウ素量が不足するため強度低下が起こる。ま
た、１２００℃よりも高い温度で酸化する窒化ホウ素粉
末では、窒化ホウ素粉末の酸化が起こる前に、無機質繊
維の結晶化が起こる。窒化ホウ素粉末は扁平な形状をし
ているため測定方法により平均粒径は大きく異なるの
で、使用する窒化ホウ素粉末の粒度は酸化反応を引き起
こす温度から決定すべきである。

【００５９】窒化ホウ素粉末は、無機質繊維の全重量に
対して好ましくは約３〜７．５重量％添加する。３重量
％未満では無機質繊維間の融着が悪く、強度が不足する
傾向がある。一方７．５重量％よりも多くの窒化ホウ素
粉末等のホウ素化合物粉末を添加しても強度上昇は確認
できないためである。

【００６０】無機繊維質はそのまま水中に分散させるこ
とは困難であるので、一旦、ｐＨ１〜２程度の強酸水溶
液中に攪拌モータにて１〜２時間分散させ、無機質繊維
表面に親水基を吸着させる。強酸水溶液を除去した後、
水を加え無機質繊維を１５〜３０分程度攪拌モータで攪
拌する。その後、加えた水を除去し、再度水を加え無機
質繊維を１５〜３０分程度攪拌モータで攪拌すれば水中
に均質に分散できる。

【００６１】水を加え攪拌した後、一旦水を除去するの
は、無機質繊維、特にシリカ非晶質繊維は強酸水溶液中
に長時間分散させておくと溶解が開始するためであり、
無機質繊維を分散させる水溶液のｐＨを３〜６程度にす
る必要があるからである。２回の脱水でｐＨが３より大
きくならない場合ｐＨが３よりも大きくなるまで同様の
操作を行う。この時に用いる水は水道水でも構わないが
脱イオン水の方が好ましい。

【００６２】シリカ非晶質繊維を用いる場合には、水道
水中のナトリウム、カリウム、マグネシウムといったア
ルカリ金属及びアルカリ土類金属がシリカ非晶質繊維の
結晶化を促進するため、脱イオン水を使用するべきであ
る。強酸水溶液中及び水中に無機質繊維を分散させる際
には、無機質繊維全体を１〜３重量％程度の含有率にな
るように分散させることが望ましい。分散させる際の無
機質繊維の重量割合を大きくすると、分散させる攪拌モ
ータの出力を大きくすることが必要であり、分散中に無
機質繊維を短く折ってしまい、強度を低下させる可能性
がある。

【００６３】窒化ホウ素は攪拌モータと超音波洗浄機を
用いてｐＨ３〜６の水溶液中に分散させておく。これは
１つには窒化ホウ素が弱酸性域で分散が良好であるため
であり、もう一つは分散させた無機質繊維懸濁液に合わ
せるためである。窒化ホウ素の分散は、ｐＨ３〜６の水
溶液に対し１．５〜２．０重量％の含有率とすることが
望ましい。このようにｐＨ３〜６の水溶液中に窒化ホウ
素粉末を分散させて得られた窒化ホウ素粉末懸濁液を、
無機質繊維を分散させたｐＨが３よりも大きい水溶液中
に加え、３０分間程度混合する。

【００６４】無機質繊維はｐＨ３〜６の弱酸性域で水中
に分散されているが、無機質繊維はｐＨをアルカリ側に
変化させる（分散時のｐＨの値よりもｐＨの値を大きく
する）ことで分散状態から凝集状態へと変化し、窒化ホ
ウ素粉末を捕集した無機質繊維の凝集体を得ることがで
きる。

【００６５】凝集した前記無機質繊維は脱水・成形時に
緩衝材料のように抵抗として働くため、前記無機質繊維
の凝集度合いを変化させることにより、成形時の抵抗の
度合いを変化させ、充填の度合いを変化させることがで
きる。この結果、フィルターの気孔率、強度を、希望す
るものにコントロールすることが可能である。

【００６６】また、成形中においては、無機質繊維の凝
集体単位で成形させることができるため、無機質繊維の
配向を抑制できる。通常、抄造といった成形方法を用い
る場合には、加圧方向に繊維が配向してしまい、厚さ方
向の引張強度が低いといった問題点があったが、本発明
では配向を抑制できるため、フィルターの方向性をなく
し、強度を高くすることを可能とした。

【００６７】この様な配向を抑制するには懸濁液を成形
前にｐＨ４以上に調整すればよいが、好ましくはｐＨ４
〜１０である。ｐＨを１０以上にしても抑制効果は変わ
らないが、廃液の処理等のように工程が煩雑になるため
ｐＨを１０以下とすることが好ましい。

【００６８】ｐＨ調整に用いられるｐＨ調整剤は、アン
モニア水、又は酢酸アンモニウムなどが好ましく、水酸
化ナトリウム、水酸化カリウムなどの金属水酸化物はシ
リカ非晶質繊維を結晶化させ、フィルターの強度を著し
く低下させてしまうため望ましくない。

【００６９】ｐＨ制御を行った無機質繊維とホウ素化合
物粉末の混合懸濁液は、真空成形により脱水、成形す
る。その後、成形体を８０〜１１０℃で乾燥し、窒化ホ
ウ素が酸化し、無機質繊維と反応する温度以上の１２０
０〜１４００℃（好ましくは１３００〜１４００℃）で
焼成する。昇温速度は成形体内部まで均一な温度になる
ように選択し、１時間で１００〜２５０℃昇温させる程
度、即ち１００〜２５０℃／ｈｒ．（好ましくは１００
〜２００℃／ｈｒ．）程度が望ましい。最高温度での保
持時間は１〜２時間程度で良い。焼成時の雰囲気は窒化
ホウ素の酸化を促進するため、酸化雰囲気が好ましい。

【００７０】

【実施例】シリカ非晶質繊維（米国Shuller社製Ｑ-Fibe
r、純度：９９．７ｗｔ％ＳｉＯ₂、真比重：２．０ｇ／
ｃｍ³、繊維の平均径：２μｍ）６００ｇをｐＨ１の塩
酸水溶液３５ｌ中に攪拌モータを用いて分散させ、強酸
水溶液を除去した。強酸水溶液を除去したシリカ非晶質
繊維に脱イオン交換水を３５ｌ加え攪拌モータで２０分
間分散し、分散液を除去するという一連の操作を２回繰
り返した。

【００７１】アルミナ繊維（英国ＩＣＩ社製ＳＡＦＦＩ
Ｌ、純度：９６ｗｔ％Ａｌ₂Ｏ₃、真比重：３．２ｇ／ｃ
ｍ³、繊維の平均径：３μｍ）１５０ｇもｐＨ１の塩酸
水溶液２５ｌ中に攪拌モータを用いて分散させ、強酸水
溶液を除去した。強酸水溶液を除去したアルミナ繊維も
シリカ非晶質繊維と同様に脱イオン水を２５ｌ加え攪拌
モータで２０分間分散し、分散液を除去するという一連
の操作を２回繰り返した。

【００７２】このシリカ非晶質繊維とアルミナ繊維を混
合し、六方晶窒化ホウ素粉末（電気化学工業（株）製デ
ンカボロンナイトライド、平均粒径：７．３μｍ、酸化
温度：９５０℃）３１．２ｇを分散させた水溶液を１．
５ｌ加え攪拌モータで３０分混合した後、濃アンモニア
水（２８％ＮＨ₃）で４．３〜９．０の各ｐＨ（ｐＨ
９．０、７．０、５．０及び４．３）に調整し、シリカ
非晶質繊維、アルミナ繊維及び窒化ホウ素粉末から成る
凝集体を得た。

【００７３】ｐＨ調整後、有効口径３６ｃｍ×３６ｃｍ
の真空成型機で脱水して縦３６ｃｍ×横３６ｃｍの成形
体を得て、この成形体をさらに高さ８．５ｃｍまで加圧
し、得られた成形体を１００℃で乾燥した。乾燥後、成
形体を大気雰囲気中で１３００℃、１．５時間焼成し、
実施例１〜４のフィルターを得た。得られた実施例１〜
４の各々のフィルターの気孔率（体積％）及び曲げ強度
（ｋｇｆ／ｃｍ²）を表１に示す。また、各々のフィル
ターの気孔径は、実施例１のものが５８μｍであり、実
施例２のものが５６μｍであり、実施例３のものが５６
μｍであり、実施例４のものが５４μｍであった。

【００７４】

【表１】

【００７５】表１には、シリカ非晶質繊維７６．８重量
％、アルミナ繊維１９．２重量％、窒化ホウ素４重量％
で調合し、成形直前のｐＨを変えて得られた各フィルタ
ーの気孔率と曲げ強度を示している。通常、フィルター
の気孔率を変化させるためには、調合の変更、成形時の
加圧力の変更により行っていたが、本発明の方法によれ
ば、ｐＨのみを変化させるだけで原料の調合、製造方法
を変えることなく気孔率を所望の値に変更することがで
きる。

【００７６】実施例１のフィルターのＸＲＤ（Ｘ線回折
法）パターンを図１に示す。補強用に用いたアルミナ繊
維のコランダムのピークは確認できるが、クリストバラ
イトのピークは確認できなかった。

【００７７】［比較例］比較例として、アルミナ粒子
（＃３２０）をホウ珪酸ガラスで結合させた粒子結合型
フィルターを作製した。このフィルターは、気孔率が４
０％、細孔径が１０μｍであった。

【００７８】表１に示した本発明の実施例１〜４のフィ
ルターをトレー（縦１０ｃｍ、横１０ｃｍ、高さ７ｃ
ｍ、壁の厚さ２ｃｍの升）形状に加工し、その中へ油水
混合液を入れたところ、トレー構造の内側に油の吸着は
見られたものの、トレー構造裏側からしみ出した液体は
水であり、油微粒子の存在は全く見られなかった。油水
分離の終了時において、油はトレー構造の内側に残って
いた。前記実施例のフィルターにより、油水分離が可能
となった。なお、使用した油水混合液は、粘度４．１２
ｃＰ（Ｂ型粘度計による測定）のサラダ油１重量部と水
１００重量部の混合液である。

【００７９】一方、従来からの粒子を焼結した比較例の
フィルターの場合、しみ出した液体の中に油の微粒子が
存在していることを確認した。

【００８０】上記実施例のフィルターは、無機質繊維を
用い、無機質繊維が複雑に絡み合った３次元網目構造の
フィルターである。比表面積は、０．６ｍ²／ｇであ
り、粒子を焼結させた比較例のフィルターあるいはセラ
ミックフォームの０．０６ｍ²／ｇより大きい。このた
めフィルター単位体積あたりの−ＯＨ基が多くなってい
るから、見かけの親水性が高い。従って、油をフィルタ
ー内部にほとんど吸収することがないため、油水分離が
可能となる。

【００８１】また、無機繊維質による前記実施例の各フ
ィルターは、いずれも気孔率が８０％以上と極めて高い
ため、セラミックフィルター体積あたりの処理量も従来
より大きい。

【００８２】なお、従来から無機質繊維のフェルト、マ
ットの成形体は存在するが、前記各実施例のフィルター
は、３次元網目構造を有するため、高い気孔率を持つに
もかかわらず、曲げ強度でいづれも１０ｋｇｆ／ｃｍ²
以上の高い強度を持つ。

【００８３】このため、板状、円筒状などの形状を付与
して、従来の装置の中に組み込んで連続して使用する場
合にも十分耐えうる。

【００８４】

【発明の効果】請求項１〜１０の油水分離フィルター
は、無機質繊維と前記無機質繊維を結合する無機質結合
剤を含有して成る高気孔体を有し、前記高気孔体の少な
くとも油水混合液との接触部分は、水を通過させ油を遮
断するのに十分な親水性であるので、次の基本的効果を
奏することができる。

【００８５】請求項１〜１０の油水分離フィルターは、
前記高気孔体を含有するので、比表面積が高く、単位体
積あたりの−ＯＨ基が多いと共に、前記高気孔体の少な
くとも油水混合液との接触部分は、水を通過させ油を遮
断するのに十分な親水性であるから、油水混合液（特
に、油の含有率が水の含有率よりも著しく小さい油水混
合液）を水と油に良好に分離することができる。特に、
濾過された液体（水等の水溶性成分）の中に油の微粒子
が混入することを防止して、油水混合液から水のみを良
好に分離して、水分含有率が小さい油を得ることができ
る。

【００８６】また、請求項１〜１０の油水分離フィルタ
ーは、前記高気孔体を含有するので、気孔率が高いため
油水混合液の処理能力（油水分離能力）が高く、短時間
で大量の油水混合液を処理することができる。よって、
油（特に、水分含有率が著しく低い油）を極めて効率よ
く回収することができる。従って、本発明の油水分離フ
ィルターを使用する装置をコンパクトにすることも可能
である。

【００８７】さらに、請求項１の油水分離フィルター
は、シリコーン系のオイルを必須とすることなしに、油
水混合液を分離することができる。従って、使用中にお
けるシリコーン系のオイルの脱離によるフィルターの目
詰まりなしに油水混合液を分離することができる。

【００８８】請求項２〜１０の油水分離フィルターは、
請求項１の構成に加えてそれぞれの各請求項に記載の構
成をさらに具備するので、上記基本的な効果がより一層
顕著である。

【００８９】請求項１１〜１８の油水分離フィルターの
製造方法は、無機質結合剤形成原料粉末を捕集した無機
質繊維の凝集体を含む成形体を、前記無機質結合剤形成
原料粉末と前記無機質繊維が反応する最低温度以上の温
度で焼成する焼成工程を含むので、本発明の油水分離フ
ィルターを簡単に製造することができるという基本的な
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、実施例１のフィルターのＸＲＤ（Ｘ線
回折法）パターンである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000004293 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 愛知県名古屋市西区則武新町３丁目１番36 号 (74)上記３名の代理人 100080816 弁理士 加藤 朝道 (72)発明者 垰田 博史 愛知県名古屋市名東区平和が丘１丁目70番 地猪子石住宅４棟301号 (72)発明者 野浪 亨 愛知県名古屋市名東区平和が丘１丁目70番 地猪子石住宅１棟302号 (72)発明者 矢野 賢司 愛知県名古屋市西区則武新町三丁目１番36 号 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 内 (72)発明者 加藤 真示 愛知県名古屋市西区則武新町三丁目１番36 号 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 内 (72)発明者 岩田 美佐男 愛知県名古屋市西区則武新町三丁目１番36 号 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 内 (72)発明者 松永 博和 愛知県名古屋市西区則武新町三丁目１番36 号 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 内 Ｆターム(参考） 4D019 AA04 BA01 BA05 BB06 BB07 BC13 BD01 BD10 CB06

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】無機質繊維と前記無機質繊維を結合する無
   機質結合剤を含有して成る高気孔体を有し、前記高気孔
   体の少なくとも油水混合液との接触部分は、水を通過さ
   せ油を遮断するのに十分な親水性であることを特徴とす
   る油水分離フィルター。
2. 【請求項２】前記高気孔体は、３次元網目構造の高気孔
   体であることを特徴とする請求項１に記載の油水分離フ
   ィルター。
3. 【請求項３】前記接触部分は、水を通過させ油を遮断す
   るのに十分な比表面積を有することを特徴とする請求項
   １〜２のいずれかに記載の油水分離フィルター。
4. 【請求項４】前記比表面積は、０．６ｍ²／ｇ以上であ
   ることを特徴とする請求項３に記載の油水分離フィルタ
   ー。
5. 【請求項５】前記高気孔体は、気孔率が８０体積％以上
   であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載
   の油水分離フィルター。
6. 【請求項６】前記高気孔体は、曲げ強度が８ｋｇｆ／ｃ
   ｍ²以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれ
   かに記載の油水分離フィルター。
7. 【請求項７】前記無機質繊維は、実質的に非晶質のシリ
   カ繊維を主たる無機質繊維として含むことを特徴とする
   請求項１〜６のいずれかに記載の油水分離フィルター。
8. 【請求項８】前記無機質繊維は、さらに、アルミナ繊
   維、アルミノシリケート繊維、アルミノボロシリケート
   繊維のうちの１種以上を補強用無機質繊維として含むこ
   とを特徴とする請求項７に記載の油水分離フィルター。
9. 【請求項９】前記無機質結合剤は、実質的に非晶質のシ
   リカ繊維の結晶化を抑制する結晶化抑制剤の粉末と無機
   質繊維との反応生成物を含むことを特徴とする請求項７
   〜８のいずれかに記載の油水分離フィルター。
10. 【請求項１０】前記結晶化抑制剤の粉末は、（ａ）非金
    属ホウ化物、（ｂ）ジルコニウムの窒化物、硝酸塩、炭
    酸塩及び硼化物、（ｃ）クロムの窒化物、硝酸塩、炭酸
    塩及び硼化物、（ｄ）イットリウムの窒化物、硝酸塩、
    炭酸塩及び硼化物、（ｅ）バナジウムの窒化物、硝酸
    塩、炭酸塩及び硼化物、（ｆ）ランタノイド系元素の窒
    化物、硝酸塩、炭酸塩及び硼化物のうちの少なくとも１
    種を含有する粉末であることを特徴とする請求項９に記
    載の油水分離フィルター。
11. 【請求項１１】無機質結合剤形成原料粉末を捕集した無
    機質繊維の凝集体を含む成形体を、前記無機質結合剤形
    成原料粉末と前記無機質繊維が反応する最低温度以上の
    温度で焼成する焼成工程を含むことを特徴とする油水分
    離フィルターの製造方法。
12. 【請求項１２】前記凝集体として、無機質結合剤形成原
    料粉末と無機質繊維が分散する分散液のｐＨを調整して
    得られた凝集体を用いることを特徴とする請求項１１に
    記載の油水分離フィルターの製造方法。
13. 【請求項１３】前記分散液として、ｐＨ３以上の弱酸性
    の分散液を用いることを特徴とする請求項１２に記載の
    油水分離フィルターの製造方法。
14. 【請求項１４】前記成形体として、前記凝集体を真空成
    形して得られる成形体を用いることを特徴とする請求項
    １１〜１３のいずれかに記載の油水分離フィルターの製
    造方法。
15. 【請求項１５】前記分散液をｐＨ４〜１０に調整し、ｐ
    Ｈ３以上の弱酸性の分散液に分散していた無機質繊維の
    凝集の程度を変化させることによって、焼成後に得られ
    る高気孔体の気孔率を制御することを特徴とする請求項
    １２〜１４のいずれかに記載の油水分離フィルターの製
    造方法。
16. 【請求項１６】前記分散液を、前記焼成工程の焼成後に
    得られる高気孔体の気孔率に対応するｐＨ４〜１０の範
    囲内の所定ｐＨに調整することを特徴とする請求項１２
    〜１５のいずれかに記載の油水分離フィルターの製造方
    法。
17. 【請求項１７】前記無機質繊維として、実質的に非晶質
    のシリカ繊維を主原料として含有する無機質繊維を用い
    ることを特徴とする請求項１１〜１６のいずれかに記載
    の油水分離フィルターの製造方法。
18. 【請求項１８】前記無機質結合剤形成原料粉末として、
    （ａ）ホウ素酸化物形成原料、（ｂ）ジルコニウムの窒
    化物、硝酸塩、炭酸塩及び硼化物、（ｃ）クロムの窒化
    物、硝酸塩、炭酸塩及び硼化物、（ｄ）イットリウムの
    窒化物、硝酸塩、炭酸塩及び硼化物、（ｅ）バナジウム
    の窒化物、硝酸塩、炭酸塩及び硼化物、（ｆ）ランタノ
    イド系元素の窒化物、硝酸塩、炭酸塩及び硼化物のうち
    の少なくとも１種の粉末を用いることを特徴とする請求
    項１１〜１７のいずれかに記載のセラミックシートの製
    造方法。