JP2021065856A - 油水分離濾過フィルター、油水分離濾過カートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で低コストに、水と油とを含む混合液体を水分と油分に分離して濾過可能な油水分離濾過フィルター、および油水分離濾過カートリッジの提供。【解決手段】水と油とを含む混合液体を通過させることによって、混合液体から油分を分離して水分を濾過する油水分離濾過フィルター１２であって、水と油とを含む混合液体が流入する一面と、該一面に対向する他面との間を貫通する多数の気孔２２を備えた水浸透性の多孔質基材２１と、多孔質基材２１のうち、少なくとも混合液体が流入する流入面側に形成された油水分離層２３と、を備え、油水分離層２３は、撥油性付与基および親水性付与基と、を有するフッ素系化合物を含む油水分離体を有し、フッ素系化合物は、式（１）又は（２）で示される構造の化合物のうち、一種又は二種以上を含むことを特徴とする油水分離濾過フィルター。【選択図】図２

Description

本発明は、水と油とを含む混合液体を水分と油分に分離する油水分離濾過フィルター、およびこれを用いた油水分離濾過カートリッジに関する。

従来から、一般家庭や営業用調理場、ビルの排水、公共事業体の汚水廃液処理施設への導管からの排水には、油・ラード類が混入しており、このような水と油が混合した混合液体である排水は、油分の固着による下水道管の詰まりや、油分の酸化による臭気などの原因となる。さらには、公共下水道施設の機能の著しい妨げとなるという問題や、大雨の後等に下水道施設からの油塊（白色固形物）が港湾に流出するという問題等もあった。このため、各地域では、飲食店事業者に対して、混合液体中の油脂類等を分離、回収する阻集器を設置させて、下水道への油・ラード類を流出させないという対策もとられている。

また、食品製造、繊維処理、機械加工、石油精製などの廃液処理、さらに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。

その他にも、例えば、原油採掘の際に海水を地層の油層に注入して、非水溶性油分の圧力を高め、生産量を確保することが一般的に行われているが、このような原油採掘に使用された排水である「油田随伴水」は非水溶性油分を多く含むため、非水溶性油分の除去処理がなされた後に廃棄されている。しかしながら、近年、海洋・湖沼等の汚染を引き起こす要因となることから、排水中の非水溶性油分含有量の規制が強化されてきており、最も厳格な国や地域では５ｍｇ／Ｌ未満の非水溶性油分含有量とすることが要求されている。

ところで、従来の油水分離方法としては、凝集剤による分離、吸着分離、遠心分離、加圧浮上分離、電解浮上法、コアレッサーによる粗粒化分離（例えば、特許文献１を参照）、微生物分解による分離等が知られている。

しかしながら、凝集剤を用いる分離方法の場合には、経費が日常的に掛かるばかりか濾過した凝集物の処理も手間と費用が掛かるという課題があった。また、遠心分離器のような機械によるもの、加圧浮上分離によるものは、多量に且つ大型の施設においては有効かもしれないが、限られたスペースに備え付けるには困難であるという課題があった。また、電解浮上法では、安定な油水分離を行うために、処理液の電気伝導度と処理量に応じて印加電力を変えるなど、制御が煩雑であるという課題があった。コアレッサー法では、超極細繊維の網目構造を有するフィルターを用いるため、保守管理上、常に目詰まりが問題になるという課題があった。さらに、微生物を用いる分離方法では、時間が掛かるとともに管理が大変であるという課題があった。

一方で、従来から、多孔質膜を用いた濾過膜による水処理が行われている。そして、油水分離においても、逆浸透法、限外濾過法、精密濾過法（例えば、特許文献２を参照）等が知られている。

しかしながら、逆浸透法、限外濾過法、精密濾過法は、原水中に存在する油などの分離対象物質が濾過膜に付着して起こるファウリング（目詰り）のため、定期的に逆圧洗浄、エアスクラビング等の物理洗浄を行う必要があるという課題があった。したがって、多孔質膜を用いた濾過膜には、長期間継続して使用できるようにするために、油の吸着しにくさ（防汚性）や、吸着した油の除去し易さ（易洗浄性）の向上が望まれているのが実情であった。

一方、本願の出願人は、特許文献３において、含窒素ペルフルオロアルキル基からなる撥油性賦与基と、アニオン型、カチオン型及び両性型のいずれかの親水性賦与基とを分子中に含む、特定の含窒素フッ素系化合物が、優れた親水性及び撥油性を有することを見出し、その含窒素フッ素系化合物からなる新規な親水撥油剤およびその製造方法を開示している。また、出願人は、特許文献４において、前記親水撥油剤を、多数の気孔を備えた多孔質基材の表面に存在させた、油水分離多孔質体及び油水分離フィルターを開示している。

特許文献４において開示した技術は、簡易な構成で低コストに、水と油とを含む混合液体を水分と油分に分離でき、耐ファウリング性にも優れた従来にない新しい材料あったが、前記濾材の表面を被覆している前記親水撥油剤が次第に流出して油水分離性能が低下してしまう点でさらなる改良の余地があった。

特開２００６−１９８４８３号公報 特開平０５−１３７９０３号公報 国際公開第２０１６／０１７６８６号 特開２０１６−６４４０５号公報

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で低コストに、水と油とを含む混合液体を水分と油分に分離して濾過することが可能な油水分離濾過フィルター、およびこれを用いた油水分離濾過カートリッジを提供することを目的とする。

すなわち、本発明の油水分離濾過フィルター、および油水分離濾過カートリッジは、以下の構成を有する。
［１］水と油とを含む混合液体を通過させることによって、該混合液体から油分を分離して水分を濾過する油水分離濾過フィルターであって、
水と油とを含む混合液体が流入する一面と、該一面に対向する他面との間を貫通する多数の気孔を備えた水浸透性の多孔質基材と、該基材のうち、少なくとも前記混合液体が流入する流入面側に形成された油水分離層と、を備え、
前記油水分離層は、撥油性付与基および親水性付与基と、を有するフッ素系化合物を含む油水分離体を有し、
前記フッ素系化合物は、下記式（１）又は（２）で示される構造の化合物のうち、一種又は二種以上を含むことを特徴とする。

前記式（１）中、Ｒｆ^１、Ｒｆ^２は、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数１〜６であって直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基である。また、Ｒｆ^３は、炭素数１〜６であって、直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基である。
前記式（２）中、Ｒｆ^４、Ｒｆ^５は、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数１〜６であって直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基である。また、Ｒｆ^６は、炭素数１〜６であって、直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基である。また、Ｚは、酸素原子、置換基を有していてもよいイミノ基及び置換基を有していてもよいＣＦ_２基のいずれかを表す。
また、前記式（１）及び（２）中、Ｒは、２価の有機基であって、直鎖状又は分岐状の連結基であり、Ｘは、カルボキシベタイン型、スルホベタイン型、アミンオキシド型及びホスホベタイン型のうち、いずれかの末端を有する両性型の親水性賦与基である。

このような構成の油水分離濾過フィルターによれば、基材に撥油性賦与基と親水性賦与基とを分子中に含むフッ素系化合物が存在する油水分離層を備えている。このため、水と油との混合液体を流した場合、油水分離された水分は基材を通過するのに対して、油分は基材を通過しない。したがって、本実施形態の油水分離濾過フィルターは、混合液体を水分と油分とに分離して、水分を更に濾過層で濾過可能であり、混合液体から油分や固形物を容易に、かつ低コストに取り除くことができる。

［２］前記油水分離層は、前記多孔質基材の前記一面に形成されていることを特徴とする。

［３］前記気孔は、前記一面から前記他面に向けて、開口径が段階的、または連続的に狭められることを特徴とする。

［４］前記多孔質基材は中空円筒形に形成され、前記一面は、中空円筒形の前記多孔質基材の内周面または外周面を成すことを特徴とする。

［５］前記油水分離体は、マイクロカプセルに内包されて前記多孔質基材に分散していることを特徴とする。

［６］前記マイクロカプセルは、前記油水分離体を含むコア体と、該コア体を被覆する耐水性の殻体と、からなることを特徴とする。

［７］前記マイクロカプセルは、有機結合剤又は無機結合剤によって前記多孔質基材に結合されていることを特徴とする。

［８］［１］から［７］のいずれかに記載の油水分離濾過フィルターと、該油水分離濾過フィルターを収容するフィルターケースとを備えた油水分離濾過カートリッジであって、
前記フィルターケースは、前記混合液体を前記流入面側に導入する流入口と、前記油水分離濾過フィルターを通過した液体を流出させる流出口とを備えたことを特徴とする。

本発明の油水分離濾過フィルター、油水分離濾過カートリッジによれば、水と油とを含む混合液体から、容易に、かつ低コストに油分を分離し、水分を濾過することが可能になる。

本発明の油水分離濾過フィルターを備えた油水分離濾過カートリッジの一例を示す断面図である。 本発明の油水分離濾過フィルターの一例を示す要部拡大模式図である。 第二実施形態の油水分離濾過フィルターを示す要部拡大模式図である。 第三実施形態の油水分離濾過フィルターを示す要部拡大模式図である。 第一実施形態の油水分離濾過フィルターを備えた油水分離濾過カートリッジの変形例を示す断面図である。 マイクロカプセルを含む油水分離層と、多孔質基材と、を有する油水分離濾過フィルターを示す要部拡大模式図である。 油水分離体を内包するマイクロカプセルの断面図である。

以下、本発明を適用した一実施形態である油水分離濾過フィルター、およびこれを用いた油水分離濾過カートリッジについて図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

＜第一実施形態＞
図１は、本発明の油水分離濾過フィルターを備えた油水分離濾過カートリッジの一例を示す断面図である。
本実施形態の油水分離濾過カートリッジ１０は、フィルターケース１１と、このフィルターケース１１の内部に収容された油水分離濾過フィルター１２とを備えている。
油水分離濾過フィルター１２は、例えば中空円筒形に形成されている。本実施形態においては、この中空円筒形の油水分離濾過フィルター１２の外周面となる一面１２ａ側から、水と油とを含む混合液体を流入させる。そして、油水分離濾過フィルター１２の内周面となる他面１２ｂ側から、油水分離後の水を流出させる。

油水分離濾過フィルター１２の中空部分、即ち、他面１２ｂに接するように、中空管１３が形成されている。この中空管１３は、油水分離濾過フィルター１２の他面１２ｂ側から流出する水分を中空管１３の内部に導くための多数の開口１３ａが形成されている。

フィルターケース１１には、混合液体を内部に流入させる流入口１１ａ，油水分離濾過フィルター１２によって分離された油分をオーバーフローによって流出させる排油口１１ｂ、および、中空管１３に接続され、油水分離濾過フィルター１２によって分離された水分を流出させる排水口１２ｃがそれぞれ形成されている。

図２（ａ）は、本発明の油水分離濾過フィルターを示す外観斜視図である。図２（ｂ）は、本発明の油水分離濾過フィルターを示す要部拡大模式図である。
油水分離濾過フィルター１２は、全体が水浸透性の多孔質材を中空円筒形に形成した多孔質基材２１を備える。この多孔質基材２１は、外周面２１ａと内周面２１ｂとの間を貫通する多数の気孔２２が形成されている。そして、外周面２１ａ、内周面２１ｂ、および気孔２２の表面（内側面）には、油水分離層２３が形成されている。

なお、油水分離層２３は、多孔質基材２１に油水分離体を所定の厚み範囲で多数分散させてなる。即ち、本実施形態の油水分離濾過フィルター１２は、多孔質基材２１に油水分離体を分散配置させたものであり、実際には油水分離層２３の形成部分と、それよりも内側の多孔質基材２１との間に明瞭な界面が存在するわけではない。また、油水分離層２３は、図６に示すように、殻体に油水分離体を内包させたマイクロカプセルを分散形成したものから構成されていてもよい。

多孔質基材２１は、多数の気孔２２を備えた材料からなり、例えば、繊維、多孔質樹脂、セラミックス等から構成され、気孔２２は水分の流路とされている。こうした多孔質基材２１は、個々の気孔２２の開口径ｄが０．１μｍ以上、１８０μｍ以下のものを用いる。０．５〜７５μｍであることがより好ましく、１〜５０μｍであることがさらに好ましい。ここで、気孔２２の開口径ｄが０．１μｍ未満であると、水の透過抵抗が大きくなり、大きな加圧が必要となる場合や、透過に時間が必要となる場合があるために好ましくない。一方、気孔２２の開口径ｄが１８０μｍを超えると、油が通過し始めるために好ましくない。これに対して、気孔２２の開口径ｄが前記範囲内であると、油の透過が起こらず、実用上適した範囲の通水速度となるために好ましい。

このような構成の油水分離濾過フィルター１２は、多孔質基材２１に形成された油水分離層２３の親水性および撥油性（以下、親水撥油性と称する）によって、水と油とを含む混合液体を水分Ｗと油分Ｇに分離する。

例えば、油水分離濾過カートリッジ１０を、混合液体が排出される排出経路に配置し、流入口１１ａから混合液体を油水分離濾過フィルター１２の一面１２ａに流入させると、混合液体は、油水分離層２３の親水撥油性によって水分と油分に分離される。そして、水分Ｗが例えば液圧によって油水分離濾過フィルター１２の一面１２ａから他面１２ｂに向けて通過する。一方、油水分離層２３によって油水分離された後の油分Ｇは、多孔質基材２１の気孔２２を通過することができず、油水分離濾過フィルター１２の一面１２ａに留まり、水分Ｗとの比重差によってフィルターケース１１の上部に浮上する。
なお、本実施形態のような油水分離濾過カートリッジ１０を、直列に複数個配置して、多段式の油水分離濾過カートリッジとすることもできる。

前記油水分離体は、撥油性付与基および親水性付与基とを有するフッ素系化合物を含む材料から構成されている。撥油性付与基は、油水分離層２３の表面に例えば４０°以上の接触角で油滴を形成させる官能基である。また、親水性付与基は、油水分離層２３の表面に例えば２０°以下の接触角で水分に対する濡れ性を付与する官能基である。
なお、こうした接触角は、例えば、自動接触角計（協和界面科学社製、「Ｄｒｏｐ Ｍａｓｔｅｒ ７０１」）により測定することができる。

油水分離層２３は、こうした撥油性付与基および親水性付与基とを有するフッ素系化合物の存在によって、親水撥油性を持つ。この油水分離層２３に水と油とを含む混合液体が接触すると、油分は接触角の大きい油滴として凝集し、水分は接触角が小さい濡れ性を保ったままとなる。これによって、凝集して大きい油滴となった油分は油水分離濾過フィルター１２の表面に留まり、あるいは水との比重差によって混合液体の表層に浮遊する。一方、濡れ性を保った水分は凝集することなく油水分離濾過フィルター１２の気孔２２を通過することができる。こうした作用によって、油水分離濾過フィルター１２は、混合液体から油分を分離することができる。

図６は、本発明の特徴であるマイクロカプセルを含む油水分離層と、多孔質基材と、を有する油水分離濾過フィルターを示す要部拡大模式図である。また、図７は、油水分離体を内包するマイクロカプセルの断面図である。
油水分離濾過フィルター１２は、全体が水浸透性の多孔質材料からなる多孔質基材２１と、この多孔質基材２１の表面に形成された油水分離層６２とを有する。

油水分離層６２は、殻体７２に油水分離体７３を内包させたマイクロカプセル７１が分散形成されている。マイクロカプセル７１は、例えば、外形形状が微細な球形を成すように形成されている。このマイクロカプセル７１のうち、少なくともその一部は、油水分離層６２において、殻体７２から油水分離体７３が放出した状態にされている。即ち、油水分離層６２は、油水分離体７３が殻体７２に覆われた状態のマイクロカプセル７１と、油水分離体７３が殻体７２から放出した状態のものとが混在している。こうしたマイクロカプセル７１の状態は経時変化し、マイクロカプセル７１から油水分離体７３が徐々に放出される徐放性によって、長期間にわたって油水分離層６２が保持される。

マイクロカプセル７１を構成する殻体７２は、油水分離体７３が徐々に放出可能な素材であれば有機高分子や無機材料のいずれでも使用可能である。有機高分子としては、例えば、ポリスチレン、スチレン−メタクリレート重合体、スチレン−アクリレート重合体、メラミン樹脂、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリカーポネート、ゼラチン、エチルセルロースなどが挙げられる。無機材料としては、例えば、シリカ、アルミナ、酸化チタンなどが挙げられる。

マイクロカプセル７１は多孔質基材２１の気孔内に分散担持される。個々のマイクロカプセル７１の粒径（直径）Ｄは、担持させる多孔質基材２１の気孔の平均開口径に近いものを選択するのが好ましい。具体的には、０．１μｍ以上、１８０μｍ以下にすることが好ましい。マイクロカプセル７１の粒径Ｄが０．１μｍ未満では、内部に適切な量の油水分離体７３を封入することが困難である。また、マイクロカプセル７１の粒径Ｄが１８０μｍを超えると、多孔質基材２１に対してマイクロカプセル７１を分散させて油水分離層６２を形成する際に、マイクロカプセル７１を均一に分散させることや、多孔質基材２１の気孔内に担持させることが困難となる。

前記殻体７２の吸油量としては、１０ｍｌ／１００ｇ以上が好ましい。前記吸油量が１０ｍｌ／１００ｇ未満であると、油水分離体７３を担持できる量が少なくなるために、持続性が不充分となることがある。ここで、前記吸油量は、ＪＩＳ Ｋ５１０１により測定することができる。

油水分離体７３を内包するマイクロカプセル７１を多孔質基材２１に分散定着させておき、水と油とを含む混合液体中の水分がマイクロカプセル７１の外側から内部に侵入すると、水に溶解した油水分離体７３がマイクロカプセル７１の内部から放出されることにより多孔質基材２１の表面に油水分離層６２が形成される。
以下、油水分離体７３を構成する親水撥油剤について、詳細に説明する。

（親水撥油剤）
油水分離層６２を形成する油水分離体７３を構成するフッ素系化合物としては、例えば、下記式（１）又は（２）で示されるフッ素系化合物のうち、少なくとも一種又は二種以上を含む。下記式（１）又は（２）で示されるフッ素系化合物は、分子中に撥油性賦与基と親水性賦与基とを含む親水撥油剤である。
以下、油水分離体７３を構成する親水撥油剤について、詳細に説明する。

前記式（１）中、Ｒｆ^１、Ｒｆ^２は、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数１〜６であって直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基である。また、Ｒｆ^３は、炭素数１〜６であって、直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基である。

また、前記式（２）中、Ｒｆ^４、Ｒｆ^５は、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数１〜６であって直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基である。また、Ｒｆ^６は、炭素数１〜６であって、直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基である。また、Ｚは、酸素原子、置換基を有していてもよいイミノ基及び置換基を有していてもよいＣＦ_２基のいずれかを表す。イミノ基及びＣＦ_２基の置換基の例としては、炭素数１〜６であって直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基が挙げられる。

前記式（１）に示す、直鎖状又は分岐状のＲｆ^１とＲｆ^２さらにＲｆ^３が含まれる含窒素ペルフルオロアルキル骨格、及び前記式（２）に示す、直鎖状又は分岐状のＲｆ^４、Ｒｆ^５、Ｒｆ^６のペルフルオロアルキレン基、さらにはＺが含まれる含窒素ペルフルオロアルキル骨格が、撥油性賦与基を構成する。また、前記式（１）又は（２）に示すフッ素系化合物では、前記撥油性賦与基であるＲｆ^１〜Ｒｆ^６中の、フッ素が結合した炭素数の合計が４〜１８個の範囲であることが好ましい。フッ素が結合した炭素数が４未満であると、撥油効果が不十分であるために好ましくない。

また、前記式（１）及び（２）中、Ｒは、２価の有機基である連結基である。２価の有機基の例としては、炭素数１〜１２の２価の炭化水素基、２価の炭化水素基とアミド基との組合せ、２価の炭化水素基とエステル基との組合せ、２価の炭化水素基とウレタン基（−ＮＨ−ＣＯ−Ｏ−）との組合せを挙げることができる。２価の炭化水素基は、飽和炭化水素基であってもよいし、不飽和炭化水素基であってもよい。また、炭化水素基は鎖状炭化水素基であってもよいし、環状炭化水素基であってもよい。鎖状炭化水素基は、直鎖状であってもよいし分岐状であってもよい。炭化水素基の例としては、アルキレン基、アルケニレン基、アリーレン基およびこれらの組合せを挙げることができる。アミド基は、カルボン酸アミド基（−ＣＯ−ＮＨ−）およびスルホンアミド基（−ＳＯ_２−ＮＨ−）を含む。エステル基は、カルボン酸エステル基（−ＣＯ−Ｏ−）およびスルホン酸エステル基（−ＳＯ_２−Ｏ−）を含む。アミド基およびウレタン基の窒素原子に結合している水素原子は、炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐状のアルキル基で置換されていてもよい。

さらに、前記式（１）及び（２）中、Ｘは、両性型の親水性賦与基である。Ｘは、末端に、カルボキシベタイン型の「−Ｎ^＋Ｒ^２Ｒ^３（ＣＨ_２）ｍＣＯ_２ ⁻」、スルホベタイン型の「−Ｎ^＋Ｒ^２Ｒ^３（ＣＨ_２）ｍＳＯ_３ ⁻」、アミンオキシド型の「−Ｎ^＋Ｒ^２Ｒ^３Ｏ⁻」又はホスホベタイン型の「−ＯＰ（Ｏ）（Ｏ⁻）Ｏ（ＣＨ_２）ｍＮ^＋Ｒ^２Ｒ^３Ｒ^４」及び［−Ｎ^＋Ｒ^２Ｒ^３−（ＣＨ_２）ｍ−ＯＰ（Ｏ）（Ｏ⁻）ＯＲ^４］（ｍは１〜５の整数、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４は水素原子または炭素数１〜１０のアルキル基）を有する。

前記式（１）で示される親水撥油剤の構造の具体例としては、例えば、下記式（３）〜（１１）の構造のものが挙げられる。

前記式（２）で示される親水撥油剤の構造の具体例としては、例えば、下記式（１２）〜（２１）の構造のものが挙げられる。

なお、上述した本実施形態の親水撥油剤の構造の具体例は一例であって、本発明の技術範囲は前記具体例に限定されるものではない。すなわち、本実施形態の親水撥油剤は、含窒素ペルフルオロアルキル骨格からなる撥油性賦与基と、両性型の親水性賦与基と、を分子中に少なくともそれぞれ１以上有していればよい。

（結合剤）
マイクロカプセル７１は多孔質基材２１の気孔内に担持されるが、マイクロカプセル７１を気孔内に定着させるために、結合剤を用いても良い。また、前記結合剤は、油水分離体７３がマイクロカプセル７１の殻体７２から放出した後、油水混合液体によって前記フッ素系化合物が流失しないために、多孔質基材２１に当該フッ素系化合物を固着させる効果も期待できる。本実施形態における油水分離層６２は、多孔質基材２１の表面側に前記式（１）又は（２）で示されるフッ素系化合物（親水撥油剤）が単独または結合剤と複合化され、油水分離層６２を成すことが好ましい。

油水分離層６２は、上述したフッ素系化合物（親水撥油剤）のみからなる場合と、結合剤を含む場合とがある。具体的には、油水分離層６２は、気孔の表面を含む多孔質基材２１の表面の一部又は全部が、前記式（１）又は（２）で示されるフッ素系化合物（親水撥油剤）を含む塗膜（塗布膜）、あるいは前記式（１）又は（２）で示されるフッ素系化合物と結合剤とを成分とする塗膜（塗布膜）によって被覆されていてもよい。

結合剤を含む場合は、マイクロカプセル７１と結合剤との質量組成比は、０．２対９９．８〜９９．８対０．２の範囲であることが好ましい。ここで、マイクロカプセル７１の質量組成比が０．２未満であると、十分な親水撥油性が得られないために好ましくない。また、マイクロカプセル７１の質量組成比が９９．８を超えると、結合剤による固定効果が不十分となるため、経済的に好ましくない。

結合剤としては、具体的には、例えば、有機結合剤（樹脂）や無機結合剤（無機ガラス）が挙げられる。有機結合剤（樹脂）としては、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、熱硬化性樹脂、ＵＶ硬化性樹脂等があり、具体的には、例えば、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、シリコーン樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、アクリルポリオール系樹脂、ポリエステルポリオール系樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂、熱可塑性アクリル樹脂等の熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂、フェノール樹脂や熱硬化性アクリル樹脂等の熱硬化性樹脂等が挙げられる。

無機結合剤（無機ガラス）としては、具体的には、例えば、化学式［Ｒ^１１Ｓｉ（ＯＲ^１２）_３］で示されるトリアルコキシシラン、化学式［Ｓｉ（ＯＲ^１３）_４］（Ｒ^１１〜Ｒ^１３はそれぞれ独立した炭素数１〜６までのアルキル基）で示されるテトラアルコキシシラン等のシラン化合物や、水ガラス等が挙げられる。これらの中でも、水ガラスは、耐久性の向上効果が高いために好ましい。

（基材）
本実施形態の油水分離層６２において、分離された水を主体的に通過させる気孔は、多孔質材料から成る多孔質基材２１によって形成されている。多孔質基材２１の材質としては、後述する平均開口径の気孔が形成された多孔質材料であれば特に限定されるものではなく、有機物であってもよいし、無機物であってもよい。更には有機物と無機物との複合物であってもよい。したがって、本実施形態の多孔質基材２１の態様としては、多孔質材料の一種である有機物の繊維質材料または無機物の繊維質材料が挙げられる。

ここで、基材として利用可能な有機物としては、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、セルロース製のろ紙、ろ布（ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ナイロン、ポリイミド、ポリアクリロニトリル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンサルファイド等）、不織布フィルタ（ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、レーヨン、ナイロン、ポリフェニレンサルファイド等）、繊維フィルタ（樹脂、ガラス、セラミックス、金属）、焼結フィルタ（金属、セラミックス、プラスチック等の粉末や繊維を熱および圧力により直接接着したもの）、およびこれらの材料を複合化したものなどが挙げられる。

これら多孔質材料からなる多孔質基材２１において、気孔の平均開口径（繊維質材料にあっては繊維どうしの間隔）は、０．１μｍ以上、１８０μｍ以下のものが選択される。気孔の平均開口径が０．１μｍ未満であると、水（水分）の透過抵抗が大きくなり、加圧が必要となる場合や、透過に時間が必要となる場合があるために好ましくない。

一方、気孔の平均開口径が１８０μｍを超えると、油（油分）が通過し始めるために好ましくない。これに対して、気孔の平均開口径が前記範囲内であると、油の透過が起こらず、かつ、実用上適した範囲の通水速度となるために好ましい。なお、多孔質基材２１に形成された気孔は、必ずしも油分を全く通過させない構成に限定されるものではなく、水分を主体的に通過させ、油分も一定割合（少量）通過可能な幅のものも含む。

基材の表面にマイクロカプセル７１を分散担持させる方法としては、特に限定されるものではない。具体的には、例えば、マイクロカプセルが分散された液中に基材を浸漬する浸漬法や、スプレー、刷毛、ローラなど塗布手段を使用する、あるいは密閉可能な容器に基材を入れて置き、この容器内にマイクロカプセルが分散された液を通液する方法などが挙げられる。

また、例えば、通液可能な多数の開口を備えた網状や籠状の中空円筒体をカートリッジコアとして用い、このカートリッジコアの周面にマイクロカプセル７１を分散担持させたシートや繊維を巻き付けて固定することによって、油水分離濾過フィルター１２を作製することも可能である。

油水分離体７３は、親水撥油剤のほかに、流動性改善剤、界面活性剤、難燃剤、導電付与剤、防カビ剤等の親水撥油以外の機能を付与するために添加剤を任意成分としてさらに含んでもよい。

また、油水分離体７３がマイクマロカプセルから放出され易くなるように、水やアルコールなどの極性溶剤やフッ素系溶剤などを、予めマイクルカプセル内に含ませておいてもよい。

以上のような構成の油水分離濾過フィルター１２を備えた油水分離濾過カートリッジ１０の作用を説明する。
本実施形態の油水分離濾過カートリッジ１０の流入口１１ａから、水と油とを含む混合液体を流入させると、油水分離濾過フィルター１２を構成する多孔質基材２１に形成された油水分離層６２の親水撥油性によって、混合液体が水分と油分に分離される。

そして、分離された油分は、開口径が０．１μｍ〜１８０μｍの範囲の気孔２２を通過することができず、水分との比重差によってフィルターケース１１の上部に浮上する。一方、水分は油水分離層６２の親水性によってトラップされて液膜化され、気孔２２を通過して中空管１３の内部に達する。

そして、分離された油分は排油口１１ｂからオーバーフローによって排出される。一方、水分はフィルターケース１１の排水口（流出口）１２ｃから排出される。

以上のように、水と油とが混合した混合溶液を本実施形態の油水分離濾過カートリッジ１０に流入させるだけで、効率よく、かつ確実に混合溶液を油分と水分とに分離することが可能になる。

また、油水分離濾過フィルター１２は、多孔質基材２１に対して親水撥油性が付与されるため、有機分子や土泥類が付着し難く、優れた耐ファウリング性が得られる。また、逆洗浄する等の物理処理によって付着した汚れが除去され易く、易洗浄性にも優れる。

また、油水分離濾過フィルター１２は、前記式（１）又は（２）に示すフッ素系化合物のみを含む場合には、連続して結合している炭素数８以上のペルフルオロアルキル基を含有せず、生体蓄積性や環境適応性の点で問題となるＰＦＯＳまたはＰＦＯＡを生成する懸念がない化学構造でありながら、優れた親水撥油性を付与することが可能である。

＜第一実施形態の変形例＞
図５は、第一実施形態の油水分離濾過カートリッジの変形例を示す断面図である。
油水分離濾過カートリッジ５０は、フィルターケース５１と、このフィルターケース５１の内部に収容された油水分離濾過フィルター１２とを備えている。
油水分離濾過フィルター１２は、例えば第一実施形態と同様に中空円筒形に形成されている。
本実施形態のフィルターケース５１には、混合液体を内部に流入させる流入口５１ａ，油水分離濾過フィルター１２によって油分を分離させた後の水分を流出させる排水口５１ｂがそれぞれ形成されている。

この実施形態では、上部から混合液体をフィルターケース５１内に導入し、上部から水分を流出させる一般的なフィルターケース５１に油水分離濾過フィルター１２を適用している。この場合、油水分離濾過フィルター１２で分離された油分はフィルターケース５１内に蓄積される。そして、油水分離性能が低下するなど一定量の油水分離を行った後、混合液体の供給を停止させ、流入口５１ａから蓄積された油分を排出して、再び油水分離を行うといったバッチ式の使用形態を採る。このため、複数の油水分離濾過カートリッジ５０を用意して適宜切り替えて使用するなどによって、効率的に油水分離を行うことができる。そして、排油口を持ちないフィルターケース５１であっても、油水分離濾過フィルター１２を用いて効率的に油水分離を行うことができる。

なお、上述した実施形態のような油水分離濾過カートリッジのフィルターケースに対して、更に頂部に空気抜き用バルブ５１ｃを備えたものも用いることができる。こうした空気抜き用バルブから、油水分離によって分離されフィルターケース内に浮上した油分をフィルターケースの外部に取り出すことによって、連続して効率的に油水分離を行うことができる。

また、１つのフィルターケースに対して、複数の油水分離濾過フィルターを収容し、複数の油水分離濾過フィルターによって油水分離を行う構成にすれば、単位時間あたりの油水分離能力が向上し、より一層効率的に混合液体の油水分離を行うことが可能になる。

なお、上述した実施形態のような油水分離濾過カートリッジのフィルターケースにおいて、流入口や排水口の形成位置は特に限定されるものでは無く、フィルターケースの上部や下部など装置構成に応じて任意の位置に形成することができる。また、フィルターケースの形状は、上述した円筒形以外にも直方体形状や球形など、任意の形状にすることができる。

＜第二実施形態＞
図３は、第二実施形態における油水分離濾過フィルターを示す要部拡大模式図である。
本実施形態の油水分離濾過フィルター３２は、多数の気孔３３を有する多孔質基材３４と、気孔３３の表面を含む多孔質基材３４の表面全体に形成した油水分離層３５とを備えている。そして、本実施形態では、多孔質基材３４の一面３４ａと他面３４ｂとの間を貫通する気孔３３は、その開口径が一面３４ａから他面３４ｂに向かって連続的に狭められている。なお、本実施形態における油水分離層３５も、図６に示すように、殻体に油水分離体を内包させたマイクロカプセルを分散形成したものから構成されているものを含む。

こうした多孔質基材３４の気孔３３の開口径を連続的に狭める方法としては、例えば、多孔質基材３４を構成する繊維の形成密度を一面３４ａから他面３４ｂに向かって連続的に変化させたり、一面３４ａ側から薬品を浸漬させることによって、気孔３３の開口径を連続的に広げていくなどが挙げられる。
また、糸巻カートリッジなどで中心から外側に向けて緩やかに巻き密度を変化させることでも、疑似的に気孔３３の開口径を連続的に広げたような形態とすることができる。

このように、気孔３３の開口径を多孔質基材３４の一面３４ａから他面３４ｂに向かって連続的に狭める構成とすることで、油分が気孔３３を通過することを防止しつつ、水分の通過速度を速めて、より効率的に混合溶液の油水分離を行うことが可能になる。

＜第三実施形態＞
図４は、第三実施形態における油水分離濾過フィルター体を示す要部拡大模式図である。
本実施形態の油水分離濾過フィルター４２は、多数の気孔４３を有する多孔質基材４４と、気孔４３の表面を含む多孔質基材４４の表面全体に形成した油水分離層４５とを備えている。そして、本実施形態では、多孔質基材４４の一面４４ａと他面４４ｂとの間を貫通する気孔４３は、その開口径が一面４４ａから他面４４ｂに向かって段階的に狭められている。例えば、本実施形態では、気孔４３の開口径が３段階に変化している。なお、施形態における油水分離層４５も、図６に示すように、殻体に油水分離体を内包させたマイクロカプセルを分散形成したものから構成されているものを含む。

こうした多孔質基材４４の気孔４３の開口径を段階的に狭める方法としては、例えば、第一の開口径の気孔４３ａを持つ多孔質基材４４Ａと、第一の開口径より狭い第二の開口径の気孔４３ｂを持つ多孔質基材４４Ｂと、第二開口径より狭い第三の開口径の気孔４３ｃを持つ多孔質基材４４Ｃとを順に重ねて貼り合わせることが挙げられる。

このように、気孔４３の開口径を多孔質基材４４の一面４４ａから他面４４ｂに向かって連続的に狭める構成とすることで、油分が気孔４３を通過することを防止しつつ、水分の通過速度を速めて、より効率的に混合溶液の油水分離を行うことが可能になる。

以上、本発明の油水分離濾過フィルターを備えた油水分離濾過カートリッジの実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上述した実施形態では、多孔質基材として中空円筒形に形成したものを用いているが、多孔質基材としてシート状（平板状）のものを用いて、このシート状の多孔質基材の気孔を含む表面に油水分離層を形成して油水分離濾過フィルターとすることもできる。
また、上述した実施形態では、中空円筒形の油水分離濾過フィルターの外周面を一面として混合液体を流入させ、内周面を他面として油水分離した水分を流出させているが、これとは逆に、中空円筒形の油水分離濾過フィルターの内周面を一面として混合液体を流入させ、外周面を他面として油水分離した水分を流出させる構成とすることもできる。

以下、実施例によって本発明の効果をさらに詳細に説明する。なお、本発明は実施例によって、なんら限定されるものではない。

（調製例１）
「液中乾燥法による有機高分子マイクロカプセルの調製」
１２．５質量％のソルビタントリオレアートを含むエチルセルロースの５質量％ジクロロメタン溶液２５０ｍＬ中に、ＷＯ２０１６／０１７６８６号合成例４６に記載の製造方法により合成した式（１７）の化合物を７質量％配合した水分散液６０ｍＬを撹拌しながら室温下で添加し、Ｗ／Ｏ型エマルションを作製した。このＷ／Ｏ型エマルション３００ｍＬを５％ゼラチン水溶液中にかき混ぜながら添加し、４０℃で６０分間撹拌を続けた。得られたＷ／Ｏ／Ｗ型複合エマルションを約５０℃まで加熱し、撹拌を継続しながら約３時間かけてジクロロメタンを蒸発させた。次に、生成したマイクロカプセルを水洗してソルビタントリオレアートを除き、さらに４０℃の温水で洗浄してゼラチンを除去した。このようにして式（１７）の化合物を内包したエチルセルロースマイクロカプセルを調製した。走査型電子顕微鏡の視野内の粒子像を写真撮影後に目視計測して求めたマイクロカプセルの平均径は７μｍであった。

（調製例２）
「無機材料マイクロカプセルの調製」
中空多孔質シリカ球形粒子（鈴木油脂工業（株）製のゴッドボールＢ−６Ｃ、粒子径範囲が２〜３μｍ、吸油量１４０〜１６０ｍＬ／１００ｇ）１０ｇを２５０ｍＬの三角フラスコに採取し、吸引ろ過鐘にセットして１時間真空脱気した後、ＷＯ２０１６／０１７６８６号合成例１７に記載の製造方法により合成した式（５）の化合物２０質量％のエタノール分散液１００ｍＬを注入して中空多孔質シリカ球形粒子に分散液を浸透させた。常圧に戻して２４時間放置した後、ろ別、乾燥させて式（５）の化合物を内包したシリカマイクロカプセル体を得た。

本発明の油水分離濾過フィルターの効果を検証した。

（実施例１）
調製例１で得られたエチルセルロースマイクロカプセル１０質量％、結合剤として、ポリビニルブチラール（積水化学工業（株）製エスレックＢ ＢＨ−３）を４質量％、および分散媒として水を８６質量％の割合で配合した分散液を作製した。
次いで、濾過フィルターとして、市販のポリプロピレン製フィルター（ＡＤＶＡＮＴＥＣコンパクトカートリッジＭＣＰ−７−Ｃ１０Ｅ：長さ４８ｍｍ、有効濾過面積５００ｃｍ^２、公称気孔径７μｍ）（図２に示す模式図を参照）を使用し、調製した分散液に浸漬して、フィルターを表面処理した。このフィルターを６０℃で２時間乾燥した。表面処理前後の計量値から付着量は７０ｇ／ｍ^２であった。その後、表面処理したフィルターをフィルターケース（ＡＤＶＡＮＴＥＣ：ＭＴＡタイプ、内容量約２５０ｍｌ）に組み込んだ（図５を参照）。

２０Ｌのポリエチレン製広口瓶に、ｎ−ヘキサデカン濃度５０μｌ／Ｌの水混合液約１５Ｌを入れ、混合液を撹拌機で撹拌しながら、前記ハウジングの流入口から混合液を毎分０．３Ｌの速度で濾過カートリッジに通液した。ポリエチレン製広口瓶中の水とｎ−ヘキサデカンの混合液を補給しながら、濾過カートリッジから排出された水の外観を目視で観察した。通液を始めてから８時間が経過した時点でも、ｎ−ヘキサデカン由来の油膜は認められなかった。

（実施例２）
マイクロカプセル体として調整例２にて合成したシリカマイクロカプセル１０質量％、分散媒としてエタノール９０質量％の割合で配合した分散液を作成した。
次いで、濾過フィルターとして、外層から内層になるほど孔径を小さくした６層（６段階）プリーツタイプ（図４に示す模式図を参照）のポリプロピレン製フィルター（ＡＤＶＡＮＴＥＣコンパクトカートリッジＭＣＰ−０１０ＡＭ−Ｃ１０Ｅ：長さ４８ｍｍ、有効濾過面積１９０ｃｍ^２、公称気孔径１μｍ）を使用し、調製した分散液に浸漬して、フィルターを表面処理した。このフィルターを６０℃で２時間乾燥した。表面処理前後の計量値から付着量は５０ｇ／ｍ^２であった。その後、表面処理したフィルターをフィルターケース（ＡＤＶＡＮＴＥＣ：ＭＴＡタイプ、内容量約２５０ｍｌ）に組み込んだ（図５を参照）。

実施例１と同様な方法により、ｎ−ヘキサデカン濃度５０μｌ／Ｌの水混合液を毎分０．１Ｌの速度で濾過カートリッジに通液した。通液を始めてから１２時間が経過した時点でも、ｎ−ヘキサデカン由来の油膜は認められなかった。

（比較例１）
濾過フィルターとして、実施例１と同じポリプロピレン製フィルター（ＡＤＶＡＮＴＥＣコンパクトカートリッジＭＣＰ−７−Ｃ１０Ｅ）を使用し、マイクロカプセル体の代わりに式（１７）のフッ素系化合物２質量％、結合剤としてポリビニルブチラール（積水化学工業株式会社製 エスレックＢＨ−３）４質量％、および分散媒としてエタノール９４質量％に調製した液（表面被覆材）に浸漬し、フッ素系化合物換算の付着量が実施例１と同じ値になるようにフィルターを表面処理した。このフィルターを６０℃で２時間乾燥した。表面処理前後の計量値から付着量は３０ｇ／ｍ^２であった。その後、表面処理したフィルターをフィルターケース（ＡＤＶＡＮＴＥＣ：ＭＴＡタイプ、内容量約２５０ｍｌ）に組み込んだ（図５を参照）。

実施例１と同様な方法により、ｎ−ヘキサデカン濃度５０μｌ／Ｌの水混合液を濾過カートリッジに通液した。通液を始めてから約４時間経過した頃、排水中にｎ−ヘキサデカン由来の油膜が認められた。

（比較例２）
濾過フィルターとして、実施例２と同じポリプロピレン製フィルター（ＡＤＶＡＮＴＥＣコンパクトカートリッジＭＣＰ−０１０ＡＭ−Ｃ１０Ｅ）を使用し、マイクロカプセル体の代わりに式（５）のフッ素系化合物２質量％、分散媒としてエタノール９８質量％に調製した液（表面被覆材）に浸漬し、フッ素系化合物換算の付着量が実施例２と同じ値になるようにフィルターを表面処理した。このフィルターを６０℃で２時間乾燥した。表面処理前後の計量値が付着量は１０ｇ／ｍ^２であった。その後、表面処理したフィルターをフィルターケース（ＡＤＶＡＮＴＥＣ：ＭＴＡタイプ、内容量約２５０ｍｌ）に組み込んだ（図５を参照）。

実施例２と同様な方法により、ｎ−ヘキサデカン濃度５０μｌ／Ｌの水混合液を濾過カートリッジに通液した。通液を始めてから約６時間経過した頃、排水中にｎ−ヘキサデカン由来の油膜が認められた。

本発明の油水分離濾過フィルターを備えた油水分離濾過カートリッジは、油と水とが混合した油水混濁液から、容易に、かつ効率的に水と油とを分離して回収できるので、水と油とを分離してから回収する必要のある施設等に幅広く適用することが可能である。

１０ 油水分離濾過カートリッジ
１１ フィルターケース
１２ 油水分離濾過フィルター
２１ 多孔質基材
２２ 気孔
２３ 油水分離層

Claims (8)

1. 水と油とを含む混合液体を通過させることによって、該混合液体から油分を分離して水分を濾過する油水分離濾過フィルターであって、
   水と油とを含む混合液体が流入する一面と、該一面に対向する他面との間を貫通する多数の気孔を備えた水浸透性の多孔質基材と、該多孔質基材のうち、少なくとも前記混合液体が流入する流入面側に形成された油水分離層と、を備え、
   前記油水分離層は、撥油性付与基および親水性付与基と、を有するフッ素系化合物を含む油水分離体を有し、
   前記フッ素系化合物は、下記式（１）又は（２）で示される構造の化合物のうち、一種又は二種以上を含むことを特徴とする油水分離濾過フィルター。
   

   

   

   前記式（１）中、Ｒｆ^１、Ｒｆ^２は、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数１〜６であって直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基である。また、Ｒｆ^３は、炭素数１〜６であって、直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基である。
   前記式（２）中、Ｒｆ^４、Ｒｆ^５は、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数１〜６であって直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基である。また、Ｒｆ^６は、炭素数１〜６であって、直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基である。また、Ｚは、酸素原子、置換基を有していてもよいイミノ基及び置換基を有していてもよいＣＦ_２基のいずれかを表す。
   また、前記式（１）及び（２）中、Ｒは、２価の有機基であって、直鎖状又は分岐状の連結基であり、Ｘは、カルボキシベタイン型、スルホベタイン型、アミンオキシド型及びホスホベタイン型のうち、いずれかの末端を有する両性型の親水性賦与基である。
2. 前記油水分離層は、前記多孔質基材の前記一面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の油水分離濾過フィルター。
3. 前記気孔は、前記一面から前記他面に向けて、開口径が段階的、または連続的に狭められることを特徴とする請求項１又は２に記載の油水分離濾過フィルター。
4. 前記多孔質基材は中空円筒形に形成され、前記一面は、中空円筒形の前記多孔質基材の内周面または外周面を成すことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の油水分離濾過フィルター。
5. 前記油水分離体は、マイクロカプセルに内包されて前記多孔質基材に分散していることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の油水分離濾過フィルター。
6. 前記マイクロカプセルは、前記油水分離体を含むコア体と、該コア体を被覆する耐水性の殻体と、からなることを特徴とする請求項５に記載の油水分離濾過フィルター。
7. 前記マイクロカプセルは、有機結合剤又は無機結合剤によって前記多孔質基材に結合されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の油水分離濾過フィルター。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の油水分離濾過フィルターと、該油水分離濾過フィルターを収容するフィルターケースとを備えた油水分離濾過カートリッジであって、
   前記フィルターケースは、前記混合液体を前記流入面側に導入する流入口と、前記油水分離濾過フィルターを通過した液体を流出させる流出口とを備えたことを特徴とする油水分離濾過カートリッジ。

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