特許 6807576 コンポジット粒子、その製造方法、それを用いた油水分離材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6807576

(24)【登録日】2020年12月10日

(45)【発行日】2021年1月6日

(54)【発明の名称】コンポジット粒子、その製造方法、それを用いた油水分離材

(51)【国際特許分類】

   C08L 83/08 20060101AFI20201221BHJP

   C08L 75/04 20060101ALI20201221BHJP

   B01J 20/30 20060101ALI20201221BHJP

   B01D 17/022 20060101ALI20201221BHJP

   B01D 17/04 20060101ALI20201221BHJP

   B01J 20/26 20060101ALI20201221BHJP

【ＦＩ】

   C08L83/08

   C08L75/04

   B01J20/30

   B01D17/022 503

   B01D17/04 504G

   B01D17/04 501A

   B01J20/26 J

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-230579(P2016-230579)

(22)【出願日】2016年11月28日

(65)【公開番号】特開2018-87276(P2018-87276A)

(43)【公開日】2018年6月7日

【審査請求日】2019年10月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000230593

【氏名又は名称】日本化学工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504229284

【氏名又は名称】国立大学法人弘前大学

(73)【特許権者】

【識別番号】504433869

【氏名又は名称】株式会社環境工学

(74)【代理人】

【識別番号】110002170

【氏名又は名称】特許業務法人翔和国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】澤田 英夫

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 純一

【審査官】 小森 勇

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１８８６３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０８Ｌ ８３／０８

Ｂ０１Ｄ １７／０２２

Ｂ０１Ｄ １７／０４

Ｂ０１Ｊ ２０／２６

Ｂ０１Ｊ ２０／３０

Ｃ０８Ｌ ７５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

下記一般式（１）で表されるアルコキシシリル基を有するフルオロアルキル基含有オリゴマーを縮合させた縮合物と、芳香族イソシアネート系化合物架橋シクロデキストリンポリマーとを含有するコンポジット粒子。

【化1】

式中、Ｒ^１及びＲ^２は、−ＣＦ（ＣＦ_３）ＯＣ_３Ｆ_７である。
Ｒ^３、Ｒ^４及びＲ^５は、炭素数１以上５以下の直鎖状又は分岐状のアルキル基を示し、Ｒ^３、Ｒ^４及びＲ^５は、同一の基であっても異なる基であってもよい。
ｍは２〜３の整数である。

【請求項2】

芳香族イソシアネート系化合物がトルエンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート又はキシリレンジイソシアネートである請求項１に記載のコンポジット粒子。

【請求項3】

平均粒子径が０．０１μｍ以上１００μｍ以下である請求項１又は２に記載のコンポジット粒子。

【請求項4】

下記一般式（１）で表されるアルコキシシリル基を有するフルオロアルキル基含有オリゴマーと、芳香族イソシアネート系化合物架橋シクロデキストリンポリマーとを含む反応原料溶液に、アルカリを加えて、該アルコキシシリル基の加水分解反応を行う反応工程を有するコンポジット粒子の製造方法。

【化2】

式中、Ｒ^１及びＲ^２は、−ＣＦ（ＣＦ_３）ＯＣ_３Ｆ_７である。
Ｒ^３、Ｒ^４及びＲ^５は、炭素数１以上５以下の直鎖状又は分岐状のアルキル基を示し、Ｒ^３、Ｒ^４及びＲ^５は、同一の基であっても異なる基であってもよい。
ｍは２〜３の整数である。

【請求項5】

芳香族イソシアネート系化合物がトルエンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート又はキシリレンジイソシアネートである請求項４に記載のコンポジット粒子の製造方法。

【請求項6】

請求項１ないし３のいずれか一項に記載のコンポジット粒子を用いた油水分離材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コンポジット粒子及びその製造方法に関する。また本発明は、該コンポジット粒子を用いた油水分離材及び有機化合物吸着剤に関する。

【背景技術】

【0002】

フッ素化合物は、撥水・撥油性、酸素透過性、低屈折率などの特徴を活かして塗料や化粧品等への応用が期待できる。しかしながら、フッ素化合物は撥水・撥油性が高すぎるため、非フッ素原料に対して分散安定性を保持させることが難しい。

【0003】

また、空気中で高い撥油性を発現するフッ素化合物は、水中では逆に撥油性が消失し、油が濡れ拡がるという欠点がある。

【0004】

油分を含んだ廃水は、環境を汚染する大きな原因となり、適切に処理することが求められている。従来、油水分離処理には、比重分離等の静置分離、遠心分離、吸着分離等の方法が用いられている。

【0005】

しかし、静置分離は多大な時間を要し、遠心分離は大がかりな装置を必要とし、吸着分離は大量の油水混合液の処理に不向きである。

【0006】

本発明者らは、先にフルオロアルキル基含有オリゴマーを用い、フルオロアルキル基含有オリゴマーに起因した優れた特性を付与した各種の新しい機能性材料を提案している（例えば、特許文献１〜３等参照）。

【0007】

また、本発明者らは、先に４、４’―ジフェニルメタンジイソシアネートの存在下、アルコキシシリル基を有するフルオロアルキル基含有オリゴマーのアルカリ性条件下若しくは酸性条件下におけるゾル−ゲル反応により、得られるナノコンポジット粒子を提案した（非特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１０−２０９３００号公報

【特許文献2】特開２０１０−２３５９４３号公報

【特許文献3】特開２０１３−１８５０７１号公報

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】日本化学会講演予稿集，Vol.95th，No.3，Page1007（2015）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

混合液が、例えば油分の割合が多いものや、利用価値の高い油分を含む場合は、水のみ又は油のみが油水分離材を通過するタイプのものが使用者にとって有利な場合がある。このタイプの油水分離材は、親水性及び撥油性に優れているか、又は親油性及び撥水性に優れていることが条件である。非特許文献１に記載のナノコンポジット粒子は、撥水性に優れたものではあるが、超親油性及び超撥水性に優れたものは未だ得られていない。

【0011】

したがって本発明の課題は、油水分離材として好適に利用することができる超親油性及び超撥水性に優れたコンポジット粒子、その工業的に有利な製造方法、並びに該コンポジット粒子を用いた油水分離材を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明者らは、フルオロアルキル基含有オリゴマーを用いた新しい機能性材料の開発を進める中で、特定のフルオロアルキル基含有オリゴマーを縮合させた縮合物と、イソシアネート系化合物架橋シクロデキストリンポリマーとを含むコンポジット粒子は超親油性及び超撥水性を有し、油水分離材として好適に利用できるものであることを見出し、本発明を完成するに到った。

【0013】

すなわち、本発明が提供しようとする第一の発明は、下記一般式（１）で表されるアルコキシシリル基を有するフルオロアルキル基含有オリゴマーを縮合させた縮合物と、イソシアネート系化合物架橋シクロデキストリンポリマーとを含有するコンポジット粒子である。

【0014】

【化1】

【0015】

式中、Ｒ^１及びＲ^２は、−（ＣＦ_２）ｐ−Ｙ基、又は−ＣＦ（ＣＦ_３）−［ＯＣＦ_２ＣＦ（ＣＦ_３）］ｑ−ＯＣ_３Ｆ_７基を示し、Ｒ^１及びＲ^２は、同一の基であっても異なる基であってもよい。
Ｙは水素原子、フッ素原子又は塩素原子を示し、ｐ及びｑはそれぞれ独立に０以上１０以下の整数である。
Ｒ^３、Ｒ^４及びＲ^５は、炭素数１以上５以下の直鎖状又は分岐状のアルキル基を示し、Ｒ^３、Ｒ^４及びＲ^５は、同一の基であっても異なる基であってもよい。
ｍは２〜３の整数である。

【0016】

また、本発明が提供しようとする第二の発明は、下記一般式（１）で表されるアルコキシシリル基を有するフルオロアルキル基含有オリゴマーを縮合させた縮合物と、イソシアネート系化合物架橋シクロデキストリンポリマーを含む反応原料溶液に、アルカリを加えて、該アルコキシシリル基の加水分解反応を行う反応工程を有するコンポジット粒子の製造方法である。

【0017】

【化2】

【0018】

式中、Ｒ^１及びＲ^２は、−（ＣＦ_２）ｐ−Ｙ基、又は−ＣＦ（ＣＦ_３）−［ＯＣＦ_２ＣＦ（ＣＦ_３）］ｑ−ＯＣ_３Ｆ_７基を示し、Ｒ^１及びＲ^２は、同一の基であっても異なる基であってもよい。
Ｙは水素原子、フッ素原子又は塩素原子を示し、ｐ及びｑはそれぞれ独立に０以上１０以下の整数である。
Ｒ^３、Ｒ^４及びＲ^５は、炭素数１以上５以下の直鎖状又は分岐状のアルキル基を示し、Ｒ^３、Ｒ^４及びＲ^５は、同一の基であっても異なる基であってもよい。
ｍは２〜３の整数である。

【0019】

また、本発明が提供しようとする第三の発明は、前記第一の発明のコンポジット粒子を用いた油水分離材である。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、超親油性及び超撥水性を有するコンポジット粒子を提供することができる。また、該コンポジット粒子は水と油を分離する油水分離材として好適に利用することができる。
また、本発明によれば、該コンポジット粒子を工業的に有利な方法で提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、本発明の油水分離材を用いて油水分離を行う実施形態の一つを示す概略図である。

【図2】図２は、本発明の油水分離材を用いて油水分離を行う実施形態の一つを示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明する。本発明に係るコンポジット粒子は、前記一般式（１）で表されるアルコキシシリル基を有するフルオロアルキル基含有オリゴマー（以下、「フルオロアルキル基含有オリゴマー」ということもある）を縮合させた縮合物と、イソシアネート系化合物架橋シクロデキストリンポリマーとを含有するものである。

【0023】

本発明に係るコンポジット粒子は、フルオロアルキル基含有オリゴマーの縮合物１００質量部に対して、イソシアネート系化合物架橋シクロデキストリンポリマーを５質量部以上５００質量部以下、特に１０質量部以上２００質量部以下含むことが、超親油性及び超撥水性を発現する観点から好ましい。

【0024】

本発明のコンポジット粒子は、平均粒子径が好ましくは０．０１μｍ以上１００μｍ以下であり、更に好ましくは０．１μｍ以上７０μｍ以下である。平均粒子径がこの範囲内にあると、種々の分散溶媒、樹脂材料及び各種基材等への分散性が良好になる。前記平均粒子径は、レーザー回折散乱法により求めることができ、例えばレーザー回折式粒度分布測定装置（株式会社島津製作所製ＳＡＬＤ−３００Ｖ）を用いることにより測定できる。

【0025】

本発明のコンポジット粒子は、イソシアネート系化合物架橋シクロデキストリンポリマーの粒子の表面に、該粒子よりも小径である、フルオロアルキル基含有オリゴマーの縮合物の粒子が分散配置されている構造を有することが好ましい。フルオロアルキル基含有オリゴマーの縮合物の粒子は、芯材であるイソシアネート系化合物架橋シクロデキストリンポリマーの粒子の表面に均一に分散していることが好ましい。「均一に分散」とは、（ｉ）芯材であるイソシアネート系化合物架橋シクロデキストリンポリマーの粒子の表面が露出するように、疎らで且つ均一にフルオロアルキル基含有オリゴマーの縮合物の粒子が配置されている場合、及び（ii）芯材であるイソシアネート系化合物架橋シクロデキストリンポリマーの粒子の表面が露出しないように、緻密に且つ均一にフルオロアルキル基含有オリゴマーの縮合物の粒子が配置されている場合の双方の分散状態を包含する。本発明のコンポジット粒子が超親油性及び超撥水性を容易に発現する観点からは、フルオロアルキル基含有オリゴマーの縮合物の粒子は、芯材であるイソシアネート系化合物架橋シクロデキストリンポリマーの粒子の表面に、（ｉ）の状態で分散配置されていることが好ましい。

【0026】

本発明に係るコンポジット粒子は、フルオロアルキル基含有オリゴマーを縮合させた縮合物と、イソシアネート系化合物架橋シクロデキストリンポリマーを含む反応原料溶液に、アルカリを加え、該アルコキシシリル基の加水分解反応を行う反応工程によって得られるものであることが好ましい。

【0027】

フルオロアルキル基含有オリゴマーは、前記一般式（１）で表され、加水分解可能なアルコキシシリル基を有するものである。一般式（１）中のＲ^３、Ｒ^４及びＲ^５で示される炭素数１以上５以下の直鎖状又は分岐状のアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基及びペンチル基等が挙げられる。

【0028】

一般式（１）中のＲ^１及びＲ^２の−（ＣＦ_２）ｐ−Ｙ基、又は−ＣＦ（ＣＦ_３）−［ＯＣＦ_２ＣＦ（ＣＦ_３）］ｑ−ＯＣ_３Ｆ_７基のｐ及びｑはそれぞれ独立に０以上１０以下の整数であり、好ましくはそれぞれ独立に０以上３以下の整数である。特にＲ^１及びＲ^２は、−ＣＦ（ＣＦ_３）ＯＣ_３Ｆ_７であることが好ましい。

【0029】

一般式（１）で表されるフルオロアルキル基含有オリゴマーは、例えば、トリメトキシビニルシラン等のトリアルコキシビニルシランを過酸化フルオロアルカノイルと反応させることにより製造される（例えば、特開２００２−３３８６９１号公報及び特開２０１０−７７３８３号公報参照を参照のこと）。得られるフルオロアルキル基含有オリゴマーはナノレベルの微小な粒子である。

【0030】

本発明に係るコンポジット粒子に含まれるイソシアネート系化合物架橋シクロデキストリンポリマーは、本発明のコンポジット粒子に、優れた親油性を付与し、また優れた油水分離能を付与するものである。

【0031】

イソシアネート系化合物架橋シクロデキストリンポリマーは、シクロデキストリンにおける−ＯＨ基やＣＨ_２ＯＨ基がイソシアネート系化合物で架橋された構造を有するものである。架橋部位は例えばウレタン結合を含む。イソシアネート系化合物架橋シクロデキストリンポリマーは水不溶性のものであることが好ましい。

【0032】

イソシアネート系化合物によって架橋される対象化合物であるシクロデキストリンとしては、例えば六員環化合物であるα−シクロデキストリン、七員環化合物であるβ−シクロデキストリン、及び八員環化合物であるγ−シクロデキストリンが知られている。本発明においては、これらのシクロデキストリンを特に制限なく用いることができる。一つのシクロデキストリンポリマーは１種のシクロデキストリンから構成されていてもよく、あるいは２種以上のシクロデキストリンから構成されていてもよい。

【0033】

シクロデキストリンを架橋するために用いられるイソシアネート系化合物としては、例えば芳香族イソシアネート系化合物、脂肪族イソシアネート系化合物及び環式脂肪族イソシアネート系化合物が挙げられる。これらのイソシアネート系化合物はジイソシアネート系化合物であることが好ましい。特に、芳香族ジイソシアネート系化合物及び脂肪族ジイソシアネート系化合物であることが好ましい。

【0034】

イソシアネート系化合物の具体例としては、トルエンジイソシアネート、１，５−ナフタレンジイソシアネート等のナフタレンジイソシアネート、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート等のジフェニルメタンジイソシアネート、４，４’−ジフェニルジメチルメタンジイソシアネート、４，４’−ジベンジルジイソシアネート、テトラアルキルジフェニルメタンジイソシアネート、１，３−フェニレンジイソシアネート、１，４−フェニレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネート、２，４−トリレンジイソシアネート、ブタン−１，４−ジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、２，２，４−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、２，４，４−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、シクロヘキサン−１，４−ジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−４，４’−ジイソシアネート、１，３−ビス（イソシアネートメチル）シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンジイソシアネート及びその誘導体が挙げられる。これらのイソシアネート系化合物は１種を単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

【0035】

特に好ましく用いられるイソシアネート系化合物としては、トルエンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート及びヘキサメチレンジイソシアネートが挙げられるが、これらに限られない。

【0036】

シクロデキストリンとイソシアネート系化合物の使用範囲は、特に制限はないが、シクロデキストリン１モルに対し、イソシアネート化合物１モル以上２４モル以下の範囲で用いることが好ましい。更に好ましくは、シクロデキストリン１モルに対し、イソシアネート化合物が２モル以上１６モル以下、より好ましくは、６モル以上１２モル以下である。

【0037】

シクロデキストリンとイソシアネート系化合物との反応は例えば３０℃以上１５０℃以下、特に５０℃以上１００℃以下の温度範囲で行うことが好ましい。この温度範囲を条件として、反応時間は０．５時間以上２４時間以下であることが好ましい。反応は、溶媒中で行うか、又は溶媒を用いずに行うことができる。

【0038】

溶媒を用いて反応を行う場合には、該溶媒として反応に影響を与えない有機溶媒を用いることが好ましい。そのような溶媒としては、例えばジメチルホルムアミド及びジエチルホルムアミドなどのジアルキルホルムアミド類、ジメチルスルホキシド及びジエチルスルホキシドなどのジアルキルスルホキシド類、アセトニトリル及びベンゾニトリルなどの脂肪族ニトリル類や芳香族ニトリル類、ピリジン及びｎ−ブチルアミンなどの芳香族及び脂肪族のアミン類、ジメチルエーテル及びジエチルエーテルなどの脂肪族エーテル類、ジオキサンなどの環状エーテル類、並びにベンゼン、トルエン及びキシレンなどの芳香族炭化水素類が挙げられる。安定性と溶解性を考慮すると、ジアルキルホルムアルデヒド類及びジアルキルスルホキシド類を用いることが好ましい。

【0039】

前記のようにして得られるイソシアネート系化合物架橋シクロデキストリンポリマーは、平均粒子径が０．０１μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以上４０μｍ以下であることが更に好ましい。

【0040】

本発明に係るコンポジット粒子を製造するときに用いられる反応溶媒としては、フルオロアルキル基含有オリゴマーが溶解できるものが挙げられる。反応溶媒の具体例としては、メタノール、エタノール及びイソプロピルアルコール等の低級アルコールが挙げられ、これらは単独で使用してもよく、あるいは２種以上の混合溶媒であってもよい。この中で、メタノールが特に好ましい。

【0041】

反応原料溶液中のイソシアネート系化合物架橋シクロデキストリンポリマーの含有量は、５質量部以上５００質量部以下であることが好ましく、１０質量部以上２００質量部以下であることが更に好ましい。イソシアネート系化合物架橋シクロデキストリンポリマーの含有量がこの範囲内であることを条件として、一般式（１）で表されるフルオロアルキル基含有オリゴマーの含有量は、５質量部以上５００質量部以下であることが好ましく、１０質量部以上２５０質量部以下であることが更に好ましい。反応原料溶液中での両者の含有量がこの範囲内であることにより、本発明のコンポジット粒子は超親油性及び超撥水性を呈する。

【0042】

反応工程において、反応原料溶液に加えるアルカリとしては、アルコキシシランの加水分解を行うことができるものであれば特に制限されず、例えば水酸化アンモニウム、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウム等が挙げられる。これらのうち、反応性が高い点で、水酸化アンモニウムが好ましく用いられる。

【0043】

反応原料溶液に加えるアルカリの混合量は特に制限されず適宜選択される。また、反応原料溶液にアルカリを混合して反応を行う際の反応温度は、好ましくは−５℃以上５０℃以下であり、更に好ましくは０℃以上３０℃以下である。反応温度を−５℃以上に設定することで、アルコキシシリル基の加水分解速度が過度に遅くなることを防止でき、十分な反応効率が得られ、また５０℃以下に設定することで、コンポジット粒子の分散安定性の過度の低下を抑制できる。反応原料溶液にアルカリを混合して反応を行う際の反応時間は特に制限されず適宜選択されるが、好ましくは１時間以上７２時間以下であり、特に好ましくは１時間以上２４時間以下である。

【0044】

前記反応は、必要により液を撹拌することによって十分な反応効率が得られる。また、反応時に液を撹拌することによって、微小なコンポジット粒子、例えば平均粒子径が好ましくは０．０１μｍ以上１００μｍ以下であり、更に好ましくは０．１μｍ以上７０μｍ以下であるコンポジット粒子を得ることができる。

【0045】

反応終了後、析出物を常法により濾別後、必要により洗浄、乾燥等の精製を行って目的とするコンポジット粒子を得る。

【0046】

以上の方法で得られた前記コンポジット粒子は、これを例えば油水分離材として用いることができる。詳細には、本発明のコンポジット粒子を油水分離材として用い、該油水分離材と、水及び油を含む混合液とを接触させることにより水と油を分離することができる。

【0047】

本発明のコンポジット粒子は、例えば、以下の２つの方法により油水分離材として用いることができる。
（Ａ）水に不溶な基材を本発明のコンポジット粒子で改質する方法。
（Ｂ）本発明のコンポジット粒子自体をそのまま濾過材として用いる方法。

【0048】

前記（Ａ）に係る基材としては、水に不溶である無機物や有機物を用いることができる。無機物としては、例えば、ガラス繊維、シリカ、シリカゲル、アルミナ、スラグウール、モレキュラーシーブ、ゼオライト、活性炭、珪藻土、砂、石綿等が挙げられる。有機物としては、天然高分子又は合成高分子であってもよい。天然高分子としては、例えば、セルロース、羊毛、綿、絹等が挙げられる。合成高分子としては、ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ポリカーボネート等の縮合系又は付加系重合高分子重合体や、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニル、酢酸ビニル等のエチレン系不飽和高分子重合体等が挙げられる。

【0049】

基材の形状は特に制限されるものではなく、例えば細片状、海綿状、リボン状、フィブリル状、ウェブ状、マット状、綿布状及び不織布状等が挙げられる。

【0050】

本発明においては、市販の濾紙等を改質する基材として用いてもよい。この場合、濾紙の孔径は好ましくは５μｍ以下、更に好ましくは０．１μｍ以上３μｍ以下とすることが効率的に油水分離を行う観点から有利である。

【0051】

前記（Ａ）において、基材を本発明のコンポジット粒子で改質する方法としては、本発明のコンポジット粒子を基材の表面や内部に固定あるいは担持することができる方法であれば特に制限はなく公知の方法を用いることができる。その一例を挙げると、本発明のコンポジット粒子が１質量％以上５０質量％以下の濃度で分散した分散液に基材を接触させた後、乾燥する方法等がある。また、分散液と基材との接触は、基材を分散液へ浸漬する方法、スプレーによって基材に吹き付ける方法、あるいは基材へ分散液を塗布する方法等により行うことができる。

【0052】

図１は、本発明のコンポジット粒子により改質を行った濾紙を用いて、水と油の混合液を分離処理する場合の一つの実施形態を示す概略図である。同図に示す実施形態の分離システムＡは、改質した濾紙１ａ及びカラム１ｂを備えている。改質した濾紙１ａは本発明のコンポジット粒子により改質を行った濾紙である。

【0053】

カラム１ｂの途中に、改質した濾紙１ａを介在させることで、カラム１ｂに投入された水と油の混合液１は、改質した濾紙１ａと接触する。油１’は、改質した濾紙１ａを通過する一方、水は、改質した濾紙１ａを通過することができないので、水と油を分離することができる。必要に応じ分離効率を高めるために、分離操作中に圧力を加えることや、あるいは減圧することが可能である。この場合は、初めに油１’が、改質した濾紙１ａを選択的に通過し、次いで強い外力の関係で水は遅れて改質した濾紙を通過する場合がある。そして、油１’が溶出した後に、油水分離操作を終える等の手段によって、油水分離材を介して水と油を分離することができる。

【0054】

図２は、本発明のコンポジット粒子を濾過材として用いて、水と油の混合液を分離処理する場合の一つの実施形態を示す概略図である。同図に示す実施形態の分離システムＢは、カラム２ｂ、及び濾過材２ｃを含む濾過材層２ａを備えている。

【0055】

カラム２ｂには濾過材２ｃとして本発明のコンポジット粒子が充填されて濾過材層２ａが形成されている。カラム２ｂに水と油の混合液１を投入することにより、濾過材２ｃと混合液を接触させることができる。油１’は濾過材層２ａを通過する一方、水は濾過材層２ａを通過することができないので、水と油を分離することができる。必要に応じ分離効率を高めるために、分離操作中に圧力を加えることや、あるいは減圧することが可能である。また、目詰まり等を抑制するために、濾過材層２ａの上部及び／又は下部に濾過助剤を充填した層を必要により設けることができる。

【0056】

用いることができる濾過助剤としては、特に制限はなく公知のものを広く用いることができる。例えば、珪藻土、砂粒子、真珠岩、アンスラサイト、セルロース、羊毛、綿、絹、炭素質濾過助剤、酸性白土、ベントナイト、セライト、タルク、マイカ及びカオリナイト等が挙げられる。これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

【0057】

本発明に係る油水分離材で処理対象する水と油の混合液は、溶液状態のものであってもエマルションであってもよい。

【0058】

本発明に係る油水分離材は、例えば、油を含んだ廃水処理、各種産業分野での生産現場での水と油の分離あるいは精製手段等に利用することができる。

【実施例】

【0059】

以下、本発明を実施例により説明する。しかしながら本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。特に断らない限り「％」は「質量％」を表す。

【0060】

＜フルオロアルキル基含有オリゴマーの調製＞
以下の実施例及び比較例で用いたフルオロアルキル基含有オリゴマー（以下、「ＶＭ」という）は、以下の表１に示すものである。同表中、分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ、ポリスチレン換算）による数平均分子量を表す。

【0061】

【表1】

【0062】

＜ＭＤＩ架橋β−シクロデキストリンポリマーの調製＞
以下の実施例で用いたＭＤＩ（1-isocyanate-4-[(4-isocyanatephenyl)methylbenzene]）架橋β−シクロデキストリンポリマー（以下、ＭＤＩ−β−ＣＤポリマーともいう）は次に示す方法で合成した。
β−シクロデキストリン１１００ｍｇ及びＭＤＩ２２５０ｍｇを、ジメチルホルムアミド５０ｍｌ中に加えて７０℃で６時間加熱して反応溶液を得た。この反応溶液を過剰のテトラヒドロフラン中に添加して固形物を析出させ、濾過後、この固形物を容積比１：１の水／メタノール溶液で一晩撹拌洗浄してＭＤＩ架橋β−シクロデキストリンポリマー試料を得た。

【0063】

＜平均粒子径＞
以下の実施例及び比較例で得られたコンポジット粒子の平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置（株式会社島津製作所製ＳＡＬＤ−３００Ｖ）により測定した。

【0064】

＜ドデカンとの接触角、及び水と接触角の評価＞
以下の実施例及び比較例で得られた反応液試料に、ガラス板を１分間、室温（２５℃）で浸した。ガラス板を引き上げた後、自然乾燥させ、更に一晩真空乾燥を２０℃で行った。このようにして得られた改質ガラス板の表面について、ドデカンとの接触角、及び水との接触角を協和界面科学製のDrop Master.300を使用して測定した。その結果を表３に示す。同表中、「−」は接触角に変化がなかったことを示す。

【0065】

〔実施例１ないし実施例４〕
以下の表２に示す量のＶＭをメタノール５ｍｌに溶解した溶液に、同表に示す量のＭＤＩ架橋β−シクロデキストリンポリマーを純水１ｍｌに溶解した溶液を添加し、マグネティックスターラーにより１０分間撹拌を行った。次いで、２５％アンモニア水溶液１ｍｌを添加し、マグネティックスターラーを用いて室温（２５℃）で５時間撹拌を行った。反応終了後、反応液試料から溶媒を減圧下で除去し、次いでメタノール中で再分散を行い、遠心分離することにより、白色粉末として目的物であるコンポジット粒子を得た。得られたコンポジット粒子の平均粒子径は、表２に示すとおりであった。得られたコンポジット粒子について、前記の接触角の測定を行った。その結果を以下の表３に示す。同表中、「−」は接触角に変化がなかったことを示す。

【0066】

〔比較例１〕
ＭＤＩ架橋β−シクロデキストリンポリマーとのコンポジット化を行わなかったＶＭについて、前記の接触角の測定を行った。その結果を以下の表３に示す。同表中、「−」は接触角に変化がなかったことを示す。

【0067】

【表2】

【0068】

【表3】

【0069】

表２及び表３に示す結果から明らかなとおり、各実施例のコンポジット粒子によって表面が改質された板ガラスは、比較例１と比較して、超親油性であり且つ超撥水性の性能を有することが判る。

【0070】

＜油水分離材としての評価＞
クロマトグラフィー用カラム（内径１０ｍｍ）に海砂を層厚が約１ｍｍとなるように充填した。次いで実施例１で調製したコンポジット粒子、比較例２としてシリカ粒子（Ｗａｋｏｇｅｌ（登録商標）Ｃ−５００ＨＧ）をそれぞれ２００ｍｇ（層厚約４ｍｍ）充填した。更にその上に海砂を層厚が約１ｍｍとなるよう充填した。このクロマトグラフィー用カラムを用い、油水分離材としての性能を以下の手順で評価した。
評価には、１，２−ジクロロエタン（ＤＣＥ）５ｍｌと、水０．０５ｍｌと、乳化剤として２０ｍｇのＳｐａｎ８０とを混合したエマルションを用いた。図１に示す装置を用い、減圧濾過によってエマルションの油水分離を行った。その結果を表４に示す。同表中のＤＣＥの回収率（％）は、以下の式で計算した。
ＤＣＥの回収率（％）＝〔（回収したＤＣＥの質量Ｗ）／（使用したＤＣＥの質量Ｗ_０）〕×１００
また、表４中の油水分離の評価基準は以下のとおりである。
○；目視で濾液に水が観察されない。
△；目視で濾液に若干の水の混入が観察される。
×；目視で濾液にエマルションが観察される。

【0071】

【表4】

【0072】

表４に示す結果から明らかなとおり、比較例２では分離操作直後から水と油を含む混合液がそのまま濾液を通過し、全く水と油を分離することができなかった。これに対して、実施例１のカラムを用いることにより、コンポジット粒子を介してエマルションから油を高い収率で回収することが可能であることが判る。

【符号の説明】

【0073】

１ 混合液
１’ 油
１ａ 濾紙
１ｂ カラム
２ａ 濾過材層
２ｂ カラム
２ｃ 濾過材
Ａ，Ｂ 分離システム

【図1】

【図2】