JP4478866B2 - ２重作用の汚染除去システム - Google Patents

Description

典型的な流出水は驚くほど多量の油及び他の汚染物質を含んでいる。結果として、自然に得られる水の汚染が、財政面及び環境面で、毎年膨大な費用を招く。例えば、ある刊行文献に記載された政府の調査は、街路から採取された雨水は、流出水１リットル当たり２．２ｍｇの”平均濃度”で油を含んでいることを示していた。シェップ(Shepp) ，”個別の、都市化した、自動車の多い、土地利用からの流出水中に観察された石油炭化水素濃度”，「分水界」１９９６年。幅１０メートルの街路上に年間１メートルの雨が降るとき、その場合に観察された平均割合において、街路１キロメートル毎からの毎年の流出水は、約２７５リットルの炭化水素を含むであろう。

流出水から炭化水素及び他の化学的汚染物質を除去するために、種々のシステムが開発された。例えば、本出願人と同一の特許権者による米国特許第６０８０３０７号明細書は、雨水管などに流入する水から塵屑及び油を回収するシステムを開示している。
米国特許第６０８０３０７号明細書

残念なことに、国際資源保護協会（www.nrdc.orgから入手し得る”水質検査２００１年”）のレポートは、化学的汚染除去及びデブリー除去のためのこのような慣用のシステムは、流出水の効果的な精製には不適当であることを明らかにしている。前記レポートによると、２０００年に起こった海岸閉鎖及び健康勧告の８５％は高バクテリア濃度の結果であり、汚染された流出水及び雨水が”４１０２件を越える閉鎖及び勧告を起こした又は生じさせた。公衆衛生に対する継続的な不安を緩和するため、流出水の精製における更なる改良に対する要求が明らかに残っている。

種々の利点がある方法を包含する本発明の観点に基づき、例えば、流出水を濾過するためのフィルター媒体として用いられる疎水性ポリマー顆粒又はフラグメントは、その表面上に抗菌性化合物を含む。都合の良いことに、このようなポリマー顆粒又はフラグメントは、水から化学的汚染物質を吸着することに加えて、水中の微生物の増殖を抑制することができる。（本明細書中で使用されるとき、”増殖を抑制する”は、微生物の再生若しくは増殖、或いはその両方を妨げ、生きている若しくは活性な微生物の数又は濃度を抑制することを包含する。）この２重の汚染除去作用を用いることにより、このような粒子を用いるフィルターシステムは、流出水の（又は他の水流の）品質を更に向上させ、そして水中の潜在的に有害な微生物により与えられる危険性を減少させることができる。

濾過及び汚染除去媒体を製造するための本発明の特に利点がある方法において、油又は他の炭化水素のような１種又はそれより多くの予め決定された汚染物質液体に対して高い吸着性を有するポリマー顆粒に、反応性の抗菌性化合物を含む溶液が供給される。（本明細書中で使用されるとき、用語”供給する”は、噴霧、静的含浸、遠心的浸水(centrifugal innundation) 、又は粒子の流れと溶液とを一緒にすることを包含する何れかの適する技術により、ポリマー材料に溶液を適用することを意味する。）ポリマー顆粒は水及び溶液の液体（これ自体、水であってよい）に対して忌避性（すなわち、疎水性）であり、従って、供給の間でさえ、大した量の溶液は吸収しない。溶液中の抗菌性化合物は反応性であるので、それは、顆粒により溶液が実質的に吸収される（すなわち、吸収される又は吸着される）ことなく、顆粒のポリマー表面にグラフトすることになる。結果として、ポリマー顆粒は、汚染された水中に浸漬されるとき、汚染物質液体を吸収すること及び水中の
生物的汚染を抑制することの両方（明らかに、有益な性質）が可能である。

本方法は、溶液が供給されたポリマー顆粒を乾固（少なくとも、実質的に）し、その後、前記ポリマー顆粒を押し出してフィルター媒体のフラグメントにすることも包含し得る。もう一つの方法として、本方法は、押出プロセスを使用することなどにより、溶液を供給していない顆粒をフィルター媒体のフラグメントに形成し、その後、形成されたフラグメントに溶液を供給することを包含し得る。本明細書中に開示された多くの実施態様は、顆粒に溶液を供給し、その後フラグメントを形成することに言及して記載されているけれども、本発明者は、フラグメントに形成され、その後、溶液を供給された顆粒を使用することも考えている。本方法は、フィルターモジュール内の開口凹部の周囲にフラグメントを支持することを更に含み得る。汚染物質液体が炭化水素を含むとき、このようなフィルターモジュールは、開口凹部内を通過する水から油を除去すること及び前記水中の微生物の増殖を抑制することの両方を可能にする。従って、本方法の有利な結果は、流出水の純度の従来可能なものを越える更なる向上である。

本発明の一つの観点に基づくフィルター媒体のフラグメントは、柔軟性の、疎水性オレフィン系ポリマーのマトリックス；該マトリックス中の、油吸着性の疎水性のコポリマー；及び抗菌性化合物からなる。抗菌性化合物は、一つの有用な実施態様において、例えば、上述の利点のある方法により、マトリックスのポリマーの一部分及び該マトリックス中の油吸着性の疎水性のコポリマーの一部分にグラフトされ得る。もう一つの方法として、抗菌性化合物は、コポリマーだけに（又は、より好ましくはないけれども、マトリックスの顆粒だけに）グラフトされ得る。その結果、前記フラグメントは、有利にも、周囲の水から油を吸着すること及び水中の微生物の増殖を抑制することの両方が可能である。（本明細書中で使用されるとき、用語”粒子”は、不定形の顆粒並びにフラグメントに形成された顆粒を包含し、そして、単独又は隣接するフラグメントに結合されて肉眼で見える寸法の密着したポリマー体を形成するフラグメントを包含する、顆粒又はフラグメントを示す。）

本発明の別の観点に基づくフィルターシステムは、上述の種類の多数の不規則な、肉眼で見えるフラグメントと、開口凹部の周囲に前記フラグメントを支持するフィルターモジュールを包含する。このようなフィルターシステムは、それが、開口凹部に流入する水から油、グリース等を吸着すること、及び水中或いはフィルターフラグメント又はフィルターモジュール中（又は間）に放置された残渣の微生物の増殖を抑制することの両方の２重作用の汚染除去を行い得るので、非常に望ましい。

同じく非常に望ましいものは、雨水管に流入する水の化学的及び生物学的純度を向上させる本発明の方法である。前記方法は、汚染物質の吸着体である、多数の不規則な、肉眼で見えるフラグメント、例えば上述の種類のフラグメント、の間隙を通る水の流れを生じさせることにより、１種又はそれより多くの目的とする汚染物質を水から吸着することを包含する。前記方法において、フラグメントはその表面に抗菌性化合物、例えば、ポリマーフラグメントの表面にグラフトした反応性化合物を含む。前記表面上を通過する水中の微生物の増殖は、化学的汚染物質が水から吸着されるときでさえ、都合良く抑制される。

本発明のこれらの及び他の組成物、システム及び方法は、特に好ましい結果についての本発明の種々の観点に基づく特別な材料を用いることができる。第一に、抗菌性化合物は、水中で自己縮合し易くないオルガノシラン化合物であってよく、該化合物は、より有害な溶液の使用を避ける。第二に、汚染物質吸着性で疎水性のコポリマーは、スチレン−ブタジエン−スチレンブロックコポリマー（”ＳＢＳ”）又は水素添加されたスチレン系のブロックコポリマー（”ＳＥＢＳ”）であってよく、両方とも、非常に油吸着性で無毒であり、そして油で飽和された後も凝集性のままである。柔軟性の、疎水性ポリマーは、エ
チレンプロピレンジエンモノマーからのポリマー（ＥＰＤＭ）又はエチレンプロピレンモノマーからのポリマー（ＥＰＭ）であってよく、両方とも、一定量の油を吸着しながら、油吸着性で疎水性のコポリマーを支持するポリマーマトリックスの形成を可能にする。

上記の概略的な記載は、本発明の全ての観点の完全なリストを包含しない。実際、本発明者は、本発明が、上記の種々の観点の適する組み合わせの全てから実施され得る全てのシステム及び方法、並びに、以下の詳細な記載中に開示され、そして本明細書と共に提出する本請求項にて特に指摘されたものを包含すると考えている。このような組み合わせは、上記に特に列挙されていない特別な利点を有する。

本発明の種々の実施態様が図面を参照して以下に記載されており、図中、同一記号は同一要素を示す。
図１は、本発明の種々の観点に基づく、表面上に抗菌性化合物を含むコポリマーフラグメントの断面の詳細図である。
図２は、図１のコポリマーフラグメントの概略図である。
図３は、図１の種類のコポリマーフラグメントを含むフィルター媒体を用いるフィルターシステムの破断斜視図である。
図４は、図１のコポリマーフラグメントを製造する方法のプロセスフローダイヤグラムである。
図５は、本発明の種々の観点に基づき、フィルター媒体のマスへと粒子を凝集させた後抗菌性溶液を供給されたフィルター粒子を用いるフィルターカートリッジの破断斜視図である。

本発明の観点に基づく種々の方法及びシステムにおいて、フィルター媒体に用いられる多数の疎水性ポリマー顆粒又はフラグメントは、その表面上に抗菌性化合物を含む（又は、含ませ作られる）。このような構成は、水から化学的汚染物質を吸着する能力を保持しつつ、水中又はポリマー材料上の微生物の増殖を抑制することをポリマー材料に可能ならしめる非常な利点を提供する。この２重の汚染除去作用を用いることにより、このような顆粒又はフラグメントを用いるフィルターシステムは、流出水（又は他の水流）の品質を更に向上させ、そして水中の又はフィルター内の有害な微生物により与えられる危険性を減少させることができる。

例示の方法に関しては、例えば、流出水（図示せず）が雨水管の入口縁３０６に入り、そしてホッパー３１０を含む例示のフィルターシステム３００に流入するとの図３への言及により、より良く理解され得る。ホッパー３１０に入った後、水は、塵屑をトラップするバスケット３２０のスクリーンを通過し、そしてポリマーフラグメント１３０を含む多数のフィルター媒体に流入する。フラグメント１３０は、水が該フラグメントの間隙を通過するとき、水中の汚染物質を吸着し且つ微生物の増殖を抑制する２重の作用を行なう。従って、ホッパー３１０から流出する（貫通孔が設けられたスチール又はプラスチック製底部３４０を通る）全ての水の純度は、化学的及び生物学的に向上する。

システム３００の更なる開示は、７０７号特許として本明細書中に記載された、モリス(Morris)及びシュテルプストラ(Stelpstra) による、発明の名称”屑及び炭化水素を濾過するための入口縁雨水管システム(Curb-Inlet Storm Drain System for Filtering Trash
and Hydrocarbons)”である、本出願人と同一の特許権者による米国特許第６０８０３０７号明細書中に見出される。本明細書中に記載された全ての特許と同様、７０７号特許は、言及されることによりその中に取り込まれた全ての文献に関して言及することにより、本明細書中に取り込まれている。

図１及び図２は、システム３００の内部区画３１０を使用するための、適するコポリマーフラグメント１３０の例を説明している。フラグメント１３０は、ＳＢＳ顆粒３８０のための耐久性であるがしかし浸透性の構造を形成し、且つフラグメント１３０に機械的強度を提供するＥＰＤＭ又はＥＰＭマトリックス３９０を含む。ＳＢＳ顆粒の表面（例えば、表面１１０又は開口凹部３７０内の表面）及び好ましくはＥＰＤＭ又はＥＰＭマトリックスも、２重の 作用汚染除去のための抗菌性化合物を含む。

７０７号特許は、本発明の種々の観点に基づく顆粒又はフラグメントのための好ましい種類のポリマーを開示している。油と水からなる流出水がフラグメントに接触するようになるとき、コポリマー材料は、油を吸着し且つトラップする。しかしながら、コポリマー材料は疎水性なので、それは水を含んで重くならず、そして、水はフィルターモジュールを通過する。コポリマー材料が油を吸着した後、次いで、該材料を流通する流出水は、油を洗い流さないであろう。実際、本明細書中に記載された材料は、油を放出することなく又は油を乳化させることなく、少なくとも数カ月の間、そして恐らく永久に、連続して水と接触して残り得ることが見出された。

フラグメント１３０の基本的な成分は、油は吸着するがしかし水は吸着しないことが知られているコポリマー物質である。油がフラグメント１３０に入ったとき、該フラグメント１３０は幾分膨張する。従って、フラグメント１３０が油を吸収して膨張したときフラグメント１３０がバスケット３２０を上方に押すのを阻止するため、濾過区画３１０（図３参照）を完全にフラグメント１３０で充満することを避けることが好ましい。

特に適する種類のコポリマーは、熱可塑性エラストマー類に属し、例えば、スチレン−ブタジエン−スチレンブロックコポリマー（”ＳＢＳ”）及び水素添加されたスチレン系のブロックコポリマー（”ＳＥＢＳ”）であり、これらの両方はスチレン系のブロックコポリマーである。スチレン系のブロックコポリマーは、耐衝撃性を必要とする用途のために開発され、そして耐衝撃性を必要とする用途はまだ、それらの主な用途である。ＳＢＳ及びＳＥＢＳは非常に油吸着性で無毒であり、そして油で飽和された後、凝集性のままである。ＳＢＳ及びＳＥＢＳの利点が必要とされないとき、本発明の種々の観点に基づく顆粒及びフラグメントにおいて用いられてよいもう一つのスチレン系のブロックコポリマーは、スチレン−イソプレン−スチレンブロックコポリマー（”ＳＩＳ”）である。

図４に対する言及と共に以下に議論されている好ましいフィルター媒体製造方法４００において、顆粒に形成されるＳＢＳ材料は、顆粒化されたバインダー材料と混合される。この実施態様において、４ないし２４メッシュの寸法範囲のピースを残すように篩分けされるとき、スチレン約２５〜４５％、例えば約３０％を持つ顆粒状の多孔性ＳＢＳが適することが見出された。好ましくは、ＳＢＳ製品は、形成されるボディ中の顆粒相互の架橋又は結合を増強するため、標準的な製造方法に反して、タルクを含むことなく製造される。

バインダー材料は、顆粒形態中の柔軟性又は可撓性の、疎水性の、オレフィン系ポリマー材料であり、そして好ましくは、油吸収性ポリマーの融点よりも低い融点を有する。ポリオレフィン系エラストマー、例えばエチレンプロピレンモノマーからのエラストマー（”ＥＰＭ”）又はエチレンプロピレンジエンモノマーからのエラストマー（”ＥＰＤＭ”）が適することが見出された。前記バインダーは、乾燥形態で取り扱われ、もう一度一定量の油を吸着する間にフラグメント１３０が崩れることを非常に妨げる。好ましい実施態様において、１２ないし２４メッシュのピースに篩分けされたＥＰＤＭ顆粒が適することが見出された。６ないし２４メッシュの範囲内のピースもまた、好適に用いられ得る。

好ましい実施態様において、フラグメント１３０の材料の約７０〜９０重量％はＳＢＳからなり、そして残部はＥＰＤＭバインダーからなる。以下に説明するように、ＳＢＳ及
びＥＰＤＭ顆粒は、ＥＰＤＭマトリックス中にＳＢＳ顆粒が存在するよう、結合され、そしてフラグメント１３０に形成される。

本発明の種々の観点に基づくフラグメントの表面上に抗菌性化合物を有することに加えて、本発明の種々の観点に基づくポリマーフラグメントは、好ましくは、二つの主な設計思想の元に製造される。第一に、所望の液体（例えば、汚染物質を除去する水）の流れは、過度に限定されるべきではない。限定された液体の流れは、該液体が精製されそして汚染除去される速度を制限する。第二に、液体は、流路に集まるものから実用的な程度まで抑制されるべきである。液体がフィルター媒体のマスの範囲内の流路に集まるとき、液体は、流路を取り囲む制限された量の処理されたフィルター媒体のみと接触し始める傾向がある。フラグメント１３０は不規則に成形されており、そして粉末形態ではなく、この事は、水の流れを制限し得るので、フラグメント１３０が図３の区画３１０の内側に過度にコンパクトに充填されることを妨げることにより、第一の思想に対処している。フラグメント１３０の不定形状は、液体を区画３１０内で側面に沿って移動させ、それにより、流路に集まる液体の傾向を抑制することにより、第二の思想に対処している。

表面から中心までの距離を増加させることなく、油の吸着を速くし、そしてゲルブロッキング（外側ブロックでの吸着された油の層が、フラグメント１３０の内部にアクセスする現象）を少なくすることを可能にするため、フラグメント１３０の外表面上の平滑な外部”スキン”を避けることが望ましい。以下に議論する好ましい形成プロセスは、この目的に進ませる。

またゲルブロッキングを抑制するため、フラグメント１３０は好ましくは、図１に説明されているように、外部表面から内部に延び、そしてＳＢＳの顆粒の間を通る多数の亀裂を有している。このような亀裂は、フラグメント１３０の有効な表面領域を増加させ、そしてまだ、それぞれを全体集積体として維持し、容易な取り扱いを可能にする。以下に議論する好ましい形成プロセスは、この目的に進ませる。

一実施例において、フラグメント１３０は、直径約１ｃｍ又は２ｃｍの種々の寸法を持つ、不規則に成形された物体から主になる。これらの例示のフラグメント１３０は、ＳＢＳ７８％及びＥＰＤＭ２２％から形成されており、そして嵩密度約０．４〜０．６ｇ／ｃｃを有し、そして大部分はそれぞれ２ｇないし３ｇの重量を持つ。フラグメントの幾つかは、より小さいピースに分解され、その幾つかは、僅か０．３ｇないし１ｇの重量を持つ。通常寸法のフラグメントの対からなる僅かなフラグメントは一緒に結合し、それぞれ約５ｇないし６ｇのより大きいフラグメントを形成していた。

フラグメント１３０は制御された嵩密度を有し、また、ゲルブロッキングを抑制する。上で議論した好ましい材料を用いるとき、０．７５ｇ／ｃｃより大きい嵩密度は、油がフラグメントに入ることを妨げる傾向があり、他方、０．３〜０．３５ｇ／ｃｃより小さい嵩密度は、乾燥時又は油を吸着した後、フラグメントが寸断されることを一層容易に生じさせる。例えば、好ましい範囲内の嵩密度を持つコポリマーフラグメント１３０は、大きいフラグメント１３０の厚さを通って油が侵入するのを可能にするに充分な顆粒内空隙を有し、それにより、ゲルブロッキングが避けられ、そして、該フラグメントを殆ど無傷で残す。このような材料のフラグメントは、その重量の５倍までの油を吸着し得る。

方法４００の変法において、ＳＢＳはＳＥＢＳで置き換えられ、ＥＰＤＭはＥＰＭで置き換えられ、又はその両方が行われる。別の変法において、容器内にフラグメントを集積した後、又はフラグメントをフィルター媒体の集積ブロックに集積形成した後、フラグメント１３０に抗菌性化合物を含む溶液が供給される。また別の変法において、溶液が供給された又はされていないＥＰＤＭ顆粒とは別に、ＳＢＳ顆粒４１０に抗菌性化合物を含む
溶液が供給される。

例示のフィルターシステム３００のフラグメント１３０は、その表面に、何らかの適する方法により適用された適する種類の抗菌性化合物を有し得る。汚染物質吸着性及び抗菌性を有する媒体を製造するための本発明の特に利点がある方法は、多数の汚染物質吸着性ポリマー顆粒に抗菌性化合物を含む溶液を供給し、その後、該顆粒を押し出すことによりフラグメントにすることを包含する。この方法において、抗菌性化合物と顆粒のポリマーが共に反応性であり、そして該ポリマーは実質的に水及び前記溶液に対して忌避性である。化合物が溶液中でポリマーにグラフトすることを要求され得るときは何時でも、抗菌性化合物とポリマーは共に反応性である。化合物がポリマーと共有結合を形成するときは何時でも、化合物はポリマーにグラフトする。

疎水性であり、また溶液（これ自体、水であってよい）に対して忌避性であるポリマーの使用は、このようなポリマーの顆粒又はフラグメントは多量の水（濾過中）又は溶液（溶液からの抗菌性化合物のグラフト中）を吸収しないであろうから、特に利点がある。

図４の方法４００は、ＳＢＳ顆粒４１０、ＥＰＤＭ顆粒４２０及び抗菌性溶液４３０の初期材料を用いて始まる。水中で自己縮合し易くないオルガノシラン抗菌性化合物は、前記溶液が水であり得るか又は水を含むという事実を含む多くの理由により、溶液４３０中で使用するために特に望ましい。

適する化合物の一つは、エルファーシ(Elfersy) らによる米国特許第５９５４８６９号明細書（”８６９号特許”として本明細書中に記載されている）に記載された種類の化合物であり、該明細書は、特に第５欄第２０行ないし第２２欄第８行の言及により本明細書中に取り込まれている。８６９号特許明細書において使用された専門用語は、特別な実施態様を記載する目的にのみ用いられている。従って、８６９号特許明細書又はその記録ファイル中に例示の抗菌剤の記載が無いことは、限定の際に考慮される。本明細書中及び８６９号特許明細書中で使用されるとき、単一の形態”一つのもの又は特定の一つのもの”は、文脈が明らかに他のものを表わすとき以外は、複数の対象を包含する。この種類の適する商品はＡＭ５００として示され、そして、米国、ジョージア州、ノークロス(Norcross)のバイオシールド テクノロジーズ インコーポレイテッド(Bioshield Technologies,Inc.) により市販されている。

化合物、生成物又は組成物の用語”有効量”は、望ましい結果を提供するために充分な量を意味する。８６９号特許明細書中で指摘されるとき、必要とされる正確な量は、使用された特定の化合物、生成物又は組成物、その投与形式などに依存して、基材ごとに変化するであろう。従って、正確な”有効量”を特定することは常に可能ではない。しかしながら、妥当な有効量は、日常の体験のみを使用して、本発明の開示により情報を与えられた当業者により決定され得る。

本明細書中及び言及された８６９号特許明細書中で使用されるとき、用語”抗菌性”は、微生物の増殖を抑制するための、すなわち、微生物の成長、繁殖、生成又は他の生命活動を阻止又は抑制するための、記載された化合物、生成物、組成物又は物品の性質に関する一般的な意味を有する。微生物は、同様に損傷又は感染を起こすバクテリア病原体、ウィルス、原虫、カビ又は他の微生物を包含し、そして勿論、増殖が問題とならない微生物、例えば、”無害な”バクテリアも包含し得る。

方法４００は、ＳＢＳ顆粒とＥＰＤＭ顆粒を粒子レベルで一緒に混合することを示す操作４４０で始まる。混合は、全体的でなくとも有効である。混合は、共通の溶液容積に顆粒４１０及び顆粒４２０を単に投入することであってよく、このとき、方法４００の次の
操作４５０が、混合操作４４０と一緒に行なわれる。

操作４５０は、溶液４３０中の抗菌性化合物を顆粒４１０及び顆粒４２０のポリマーにグラフトするため、混合物を供給することを示す。上述のように、溶液への顆粒の供給は多数の異なる方法で行なうことができる。従って、操作４５０は、溶液４３０中に顆粒４１０及び顆粒４２０を浸漬すること、顆粒４１０及び顆粒４２０の上に溶液４３０を噴霧すること、遠心分離器を操作するなかで、顆粒４１０及び顆粒４２０に溶液４３０の流れを適用すること等を包含する、多くの可能な変法を有する。供給は、特定の実施のために望ましい量をグラフトするまで継続する。操作４５０の一実施態様において、顆粒は”ＡＭ−５００”抗菌剤溶液（抗菌剤濃度２質量％〜１０質量％）に、室温で５分間浸漬される。好ましくは、得られた、抗菌剤がグラフトされた顆粒は、少なくとも、抗菌剤約０．５質量％を含んでいる。

方法４００の多くの変法は、好適に用いることができる。一つの変法において、例えば、操作４４０と操作４５０は、例えば、それぞれの種類の顆粒を溶液の静止又は撹拌された容積に投入することにより、同時に行なわれ、前記顆粒は混合され、そして前記顆粒に溶液が供給される。別の変法において、操作４４０と操作４５０は、頭に示す手順と反対の手順で行なわれる。このような変法において、顆粒が一緒に混合される前に、別のサブプロセスにおいて、顆粒に溶液が供給される（そして恐らく、乾固もされる）。ＳＢＳ顆粒とＥＰＤＭ顆粒の両方に溶液を供給する利点が必要とされない他の変法において、ただ１種のポリマーの顆粒に溶液が供給される。例えば、得られたポリマーフラグメントのＥＰＤＭマトリックスが抗菌性の利点を有する必要がないとき、ＳＢＳ顆粒に溶液が供給されてよい。

操作４５０の生成物は、顆粒４１０と顆粒４２０の混合物であって、顆粒のポリマーにグラフトされた抗菌性化合物を持ち、且つ該混合物中に幾分かの溶液残渣を持つ混合物である。操作４６０は、混合物から液体を乾固させることを示す。方法４００の例において、操作４７０は、ここでのプロセスにより、乾燥された顆粒を押し出してフラグメントにすることを示す。乾燥操作４６０又はどのような次のプロセスの利点も必要とされない変法においては、操作４６０及び操作４７０は実質的に無視されてよい。このような変法において、最終生成物は、操作４５０の生成物であると考えられる。

乾燥操作４６０は、顆粒の混合物を室温で、静的空気マスに単に曝露することを包含する何らかの適する技術により、行なうことができる。強制空気又は加熱乾燥のようなより効果的な乾燥技術もまた、用いることができる。乾燥の程度は、特定の実施に対する要求に依存する。一晩の静止乾燥は、例えば、操作４７０により、顆粒を押し出してフラグメントにすることを含む方法の好適なオプションである。好ましくは、操作４６０は、６０℃での加熱処理分析前後の重量比を使用して測定して、混合物中に残留する溶液の量が０．３〜０．５重量％未満であるまで、顆粒混合物を乾燥する。

操作４７０は、操作４４０〜４６０から得られ、抗菌性化合物がグラフトされた、混合され、乾燥された顆粒を押し出して、図１〜３のフラグメント１３０のようなフィルター媒体のフラグメントにすることを示している。押し出し操作４７０の実施例において、ＳＢＳ顆粒及びＥＰＤＭ顆粒が慣用設計の押出機（例えば、熱水外部バレル熱交換器を持ち、４０ＲＰＭで駆動する５．０８ｃｍボンノット(Bonnot)ラボ押出機）のホッパー中に配置され、押し出しプロセスの一実施態様において、顆粒材料の温度を、プラスチック生成物に対する通常の押し出し温度より遥かに低い約４６℃〜５７℃付近に維持する。熱交換器は顆粒材料の温度が７１℃を越えるのを許すべきでない。以下に議論するように、フィルター媒体を形成する特に利点がある方法は、ＳＢＳフラグメントが、分子結合を確立するまで充分に温めながら集積されるようになることを許容する。

スクリューによる機械的撹拌から得られる剪断応力により生じた熱の結果として、押出機のバレル中で、ＥＰＤＭ顆粒は迅速に軟化する。所望の温度の近傍に顆粒材料の温度を維持するため、熱交換器は典型的には、該材料からこの熱の幾分かを伝達除去するための冷却装置として機能する。前記プロセスの開始から何らかの他の適する時間にて、熱交換器は前記材料に熱を適用し、該材料を所望の温度まで高めることができる。

押出機のスクリューは軟化したＳＢＳ顆粒とＥＰＤＭ顆粒を混合し、ＳＢＳ顆粒の周囲を取り囲みそしてＳＢＳ顆粒と相互結合したＥＰＤＭマトリックスを形成する。ＳＢＳ顆粒は溶融しないので、幾分かの空隙（例えば、バブル）が混合物中に残る。軟化プロセスは押出機中で迅速に起こり、非常に短い滞留時間（例えば、１分未満）を可能にし、迅速な製造を可能にする。

特定寸法の断面積を使用する一実施態様において、コンポジット材料は、中心ロッド又はマンドレル（図示せず）を持つ環状ダイを通って、約６ｇ／秒の単位流速で押圧される。この流速にて撹乱されずに置かれるとき、前記材料は、軸孔を持つ円筒状ボディを形成するであろう。しかしながら、ダイの端部の放射状アーム、又はノズル（図示せず）のすぐ外の同様に配置されたカッターは、該円筒状ボディを、恐らく四区画に分けて、セグメントにする。自動ナイフ（図示せず）が２秒毎に閃き、そして、前記区画の長手方向を切断する。

このようなフラグメントを製造するための別の方法は、円筒状形態から該区画を放射状に切断することよりもむしろフラグメントを直接製造するために、直径約１ｃｍの孔を持つ小さいダイを使用する方法である。

ダイを通過するに当たり、ダイを押圧通過することにより幾分圧縮されたＳＢＳ顆粒は、再膨張し、押し出された材料がゆっくり冷える間、押し出された材料を”毛羽立たせる”。混合物中に残留する空気は、膨張を更に助ける。押し出された材料が適する長さに切断された後、押し出された材料は押出機の外でゆっくり冷え、そして顆粒は、更に毛羽立ちを起こす時間、膨張を続ける。

ＥＰＤＭマトリックス１９０（図１参照）は、ＳＢＳ顆粒のための耐久性であるがしかし浸透性の構造を形成し、且つフラグメント１３０に機械的強度を提供する。従って、好ましい方法に基づいて形成されたフラグメント１３０は、亀裂３７０の存在にもかかわらず、非常に弾性的に変形することなく、破壊及びクラッキングに耐える。また、このようなボディのフラグメントは、フレーク、破砕体又は屑の形態に容易に分離しない。

毛羽立ち効果（押し出しプロセスでは、通常、望ましくない）は、該毛羽立ち効果がＥＰＤＭマトリックス中に、構造体を通る顆粒相互の間隙３７０を形成するので、本発明の方法において実用上の利点がある。しかしながら、構造強度の損失を生じさせる程には、間隙は大きくない。上記のように、間隙は、フラグメント１３０内への油の迅速な通過を可能にし、そしてゲルブロッキングの発生率を低下させ、継続的な吸着を可能にするために好都合である。

流動速度における僅かな不規則性（毛羽立ち効果）及びナイフが材料を切断する方法は、異なる寸法のフラグメントの生成を生じさせ得る。例えば、二つの隣接するセクションが一緒に結合するとき、通常より大きいフラグメントが生成し得る。毛羽立ちにより生じる亀裂がフラクチャー線に添って起こり得、セクションが離れるとき、通常より小さいフラグメントが生成し得る。得られるフラグメント１３０は寸法が同一であり、そして通常、ポップコーンに見える。

本発明の別の利点がある方法において、顆粒前駆体を供給してポリマーフラグメントにすることは、ポリマーフラグメント自体を抗菌性化合物を含む溶液に供給することにより置き換えられる。本発明の別の利点がある方法において、ポリマーフィルター媒体のマス（例えば、集積した又は不規則に結合したポリマーフラグメントからなる）に、抗菌性化合物を含む溶液が好適に供給される。例えば、本発明の種々の観点に基づくフィルターモジュールは、該フィルターモジュールの実用上の使用の間、抗菌性化合物が、精製する液体と接触することが予想される殆ど全ポリマー表面にグラフトすることを保証するに充分な時間、このような溶液の再循環流を”濾過”することができる。もう一つの方法として、フィルターモジュール自体を、適するグラフト時間、抗菌性溶液の静止容積に浸漬することができる。

上述のように、フィルター媒体を形成する本発明の特に利点がある方法は、フラグメントの間に分子結合を確立するまで充分に温めながら集積化される媒体のフラグメントから、フィルター媒体の凝集ブロックを形成する。この方法において、フラグメントは、熱発生プロセス（例えば、押し出し）から直接供給されてフォームになる。フラグメントは、フォームを好適に満たした後、冷却されて、フォーム内に媒体の凝集ブロックを形成する。フォームはその後、除去され得るか（例えば、剪断することにより）、又は、媒体のブロックを含むための構造物として所定位置に置かれる。そのような媒体のブロックを用いるフィルターシステム３００の変法において、例えば、ホッパー３００は、ブロックで置き換えられてよい。そのような変法において、ブロックは、可撓性の支持構造体及びその上にブロックを支持するために寸法が定められたトレイにより、バスケットから吊り下げることができる。妥当な開示は、現在、www.abtechindustries.comにて入手可能な”ULTRA-URBAN filter with OARS Onbord ”及びウェッブ頁www.abtechindustries.com/Ultra UrbanFilter.htmに見出され、両方の書面は、参照として本明細書中に取り込まれている。

本発明の様々な観点に従うフィルターモジュールの有利な変法は、フィルター媒体をカートリッジ内に収容する。操作の間、そのようなフィルターモジュールは水流を前記カートリッジを通し、及びそこに収容されたフィルター媒体を通す。図５を参照するとより良く理解できるであろう例示的なフィルターモジュール５００は、本態様において対向端部として示される孔５２０及び５３０を有するカートリッジ５４０を含む。カートリッジ５４０は、抗菌性化合物がグラフトされて含まれるポリマーフィルター媒体５１０で充填されている（あるいは又、一定量のそのような媒体を充填された状態でなく含む）。フィルター媒体５１０は、下記の何れかによりそこにグラフトされた抗菌性化合物を有し得る：（１）ポリマー顆粒に上記された種類の抗菌性溶液を供給し、そして該顆粒をフラグメントに形成する；（２）ポリマー顆粒（又は他のポリマー前駆体構造物）から形成されたポリマーフラグメントに前記溶液を供給する；又は（３）ポリマーフラグメント（又は他のポリマー前駆体構造物）から形成されたフィルター媒体に、例えば、フィルターモジュールの結合されたフラグメント（その特定の構造は凝集された後失われる）を孔５２０及び５３０を通して抗菌性溶液の再循環された流れに曝すことにより、前記溶液を供給する。

更なる変法においては、水（又は汚染物質質除去される他の液体）の流れは、抗菌性化合物がグラフトされたポリマー粒子の筒状集積又は凝集の中央間隙へと導かれる。水は、前記粒子からなるフィルター媒体を通して半径方向に素とに向かって流されて、フィルター媒体シリンダーの多孔質外壁を通ってフィルターモジュールを出る。前期シリンダーの好ましい半径は焼く１０ないし１３ｃｍである。

上記の好ましい例示的な態様の記載は、一定の特許及び一般に入手可能な書面（米国特許番号６１０６７０７及び５９５４８６９を含む）の詳細な説明部分に触れており、それらは全て本明細書に参照として組み込まれている。これらの列挙された特許及び特許出願
に参照として組み込まれた、米国特許第５４１１５８５号明細書、同第５０６４６１３号明細書、同第５１４５５９２号明細書及び同第４３９０７１２号明細書、及び“ディーシーシランカップリング剤への手引き”と題した刊行物（ダウ コーニング、１９９０年）を含む全ての試料の詳細な説明部分もまた、ここに参照として特に組み込まれている。

本発明者は、本願で提出された請求項に記載された観点や方法の様々な要素が有利なものであると考えており、恐らく本発明の一定の実施については決定的であるとさえ考えている。しかしながら、本発明者は、何れかの請求項に明記している場合を除き、特定の要素が“必須”であると考えてはいない。

本発明が、好ましい態様に関して及それに一般的に関連する方法に関して記載されているが、本発明者は、好ましい態様及び方法の変更及び交換が、本願明細者を読むこと及び図面を調べることにより当業者にとって明白となると考えている。例えば、特定の変法では、水中で自己縮合し易くないオルガノシラン化合物以外の抗菌性化合物を用い得る。他の変法においては、本発明の様々な観点に従うポリマー顆粒又はフラグメントは、パイプ、工業ろ過システム、ろ過カートリッジ、及びそのような顆粒又はフラグメントにより行われる２重の 作用汚染物質除去が望まれるその他の種類のシステムにおいて用いられ得る。

従って、好ましい例示的態様の前記記載及びまとめのいずれも、本発明を定義又は拘束するものではない。むしろ、本請求項は、本発明を様々に定義付ける。本発明の各変法は、それぞれ対応する請求項に記載された限定事項及びその均等物によってのみ限定され、該請求項に記載されていない他の用語により限定されることはない。例えば、乾燥及び押出しの作業が記載されていない方法に関する請求項は、それらを含む方法、及び除外する方法に関するのもと解する。

更に、本発明の観点は、妥当な最も広い解釈を有すると本発明者が考える用語を用いて、特に請求項に指摘されている；３５ Ｕ. Ｓ. Ｃ. チャプター１１２（６）のより特定的な解釈は用語“意味する”や“工程”が実際に記載された場合においてのみ為されると意図される。単語“からなる”、“包含する”、“含む”及び“有する”は、状況に応じて変わり得る用語として、その各々の場合の後に表現“少なくとも”が付されたものと同様の意味で、意図される。

図１は、本発明の種々の観点に基づく、表面上に抗菌性化合物を含むコポリマーフラグメントの断面の詳細図である。 図２は、図１のコポリマーフラグメントの概略図である。 図３は、図１の種類のコポリマーフラグメントを含むフィルター媒体を用いるフィルターシステムの破断斜視図である。 図４は、図１のコポリマーフラグメントを製造する方法のプロセスフローダイヤグラムを示す図である。 図５は、本発明の種々の観点に基づき、フィルター媒体のマスへと粒子を凝集させた後抗菌性溶液を供給されたフィルター粒子を用いるフィルターカートリッジの破断斜視図である。

Claims (26)

1. 流出水から汚染物質を吸着すること及び微生物の増殖を抑制することの両方のためのフィルター媒体（５１０）であって、
   フラグメントがポリマーのマトリックス（３９０）中のコポリマー（３８０）からなる、汚染物質吸着性であり疎水性である多数のフラグメント（１３０）を含み、
   前記コポリマー及び前記ポリマーが、フラグメント上のオルガノシラン物質と結合し、
   前記フラグメントが流出水と接触するところの、
   フィルター媒体。
2. 前記オルガノシラン物質が、前記フラグメント（１３０）にグラフトされている、請求項１に記載のフィルター媒体。
3. 前記ポリマー（３９０）が、オレフィン系ポリマーマトリックス（３９０）である、請求項１に記載のフィルター媒体。
4. 前記オルガノシラン物質が前記コポリマー（３８０）の少なくとも幾分か及び前記ポリマー（３９０）マトリックスの少なくとも幾分かにグラフトされている、請求項３に記載のフィルター媒体。
5. 前記ポリマー（３９０）が、エチレンプロピレンモノマー（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ Ｍｏｎｏｍｅｒ）（ＥＰＭ）又はエチレンプロピレンジエンモノマー（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ Ｄｉｅｎｅ Ｍｏｎｏｍｅｒ）（ＥＰＤＭ）であり、そして前記コポリマー（３８０）がスチレン−ブタジエン−スチレン又は水素添加されたスチレン系のブロックコポリマーである、請求項３又は４に記載のフィルター媒体。
6. 前記オルガノシラン化合物が、水中での自己縮合の起こし易さを減少させるために安定化されたオルガノシラン化合物である、請求項１ないし５の何れか一項に記載のフィルター媒体。
7. 汚染物質を含む一本の流出水の化学的及び生物学的純度を向上させる方法であって、流
   出水水流の流れを、細長い構造物（５００）の第一開口部（５３０）内へ導き、請求項１ないし６の何れか一項に記載のフィルター媒体の、多数の、不定形の、センチメートルスケールの、汚染物質吸着性の、疎水性のポリマーフラグメント（１３０）であって、前記細長い構造物内に含まれている該フラグメントの間隙を通り、そして該細長い構造物の第二開口部（５２０）を通って該構造物の外へ導くことを含む方法。
8. 前記細長い構造物がパイプである、請求項７に記載の方法。
9. 前記細長い構造物がろ過カートリッジである、請求項７に記載の方法。
10. 水流の流れを導くに先立ち、該水流が炭化水素を含み、そして前記フラグメントが炭化水素の吸着体である、請求項７ないし９の何れか一項に記載の方法。
11. （ａ）容器の一端部に、一本の流出水が入るための第一開口部（５３０）及び容器の他端部に、該流出水が出るための第二開口部（５２０）を有する、細長い容器（５００）、
    （ｂ）前記容器内で且つ前記第一開口部と前記第二開口部との間に配置されている、請求項１ないし６の何れか一項に記載のフィルター媒体（５１０）を形成する、多数の、不定形の、センチメートルスケールの、汚染物質吸着性の、疎水性のポリマーフラグメント（１３０）を含み、
    （ｃ）前記フラグメントが、前記容器を通過する流出水と接触するところの、フィルター（５００）。
12. 一つの開口部に隣接する前記フラグメントを支持し、そして該開口部を経由して該フラグメントと接触して通る流出水と接触しているフィルターモジュール（５００）を含む、請求項１１に記載のフィルター。
13. 前記容器がパイプである、請求項１１又は１２に記載のフィルター。
14. 前記容器がろ過カートリッジ（５４０）である、請求項１１ないし１３の何れか一項に記載のフィルター。
15. （ａ）前記ポリマーフラグメントが、ポリマーマトリックス中のコポリマー粒子からなり、
    （ｂ）前記ポリマーが、エチレンプロピレンモノマー（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ Ｍｏｎｏｍｅｒ）（ＥＰＭ）又はエチレンプロピレンジエンモノマー（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ Ｄｉｅｎｅ Ｍｏｎｏｍｅｒ）（ＥＰＤＭ）であり、そして前記コポリマーがスチレン−ブタジエン−スチレン又は水素添加されたスチレン系のブロックコポリマーであり、
    （ｃ）前記エチレンプロピレンモノマー（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ Ｍｏｎｏｍｅｒ）（ＥＰＭ）マトリックス又は前記エチレンプロピレンジエンモノマー（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ Ｄｉｅｎｅ Ｍｏｎｏｍｅｒ）（ＥＰＤＭ）マトリックスが、前記フラグメントの１０〜３０重量％を構成し、そして
    （ｄ）前記スチレン−ブタジエン−スチレン又は水素添加されたスチレン系のブロックコポリマーが、スチレン２５〜４５％を含み、そして４〜２０メッシュの範囲内にある、請求項１１ないし１４の何れか一項に記載のフィルター。
16. 前記フラグメントの表面にオルガノシラン物質がグラフトされている、請求項１１ないし１５の何れか一項に記載のフィルター。
17. （ａ）一本の流出水が入るための、開口凹部である第一開口部及び該流出水が出るための
    第二開口部（３４０）を有する容器（３１０）、
    （ｂ）請求項１ないし６の何れか一項に記載のフィルター媒体（５１０）を形成する、多数の、不定形の、センチメートルスケールの、汚染物質吸着性の、疎水性のポリマーフラグメント（１３０）であって、前記容器内で、前記第一開口部と前記第二開口部との間で且つ、断面に関して見た場合に、前記開口凹部の少なくとも三つの側部に配置されているフラグメント（１３０）を含み、
    （ｃ）前記フラグメントが、前記容器を通過する流出水と接触するところの、フィルター（３００）。
18. 前記容器の第二開口部が、貫通孔を有する底プレート（３４０）を含む、請求項１７に記載のフィルター。
19. 前記容器が、固体壁のホッパー（３１０）の内側にバスケット（３２０）を含み、該バスケットの内側が前記第一開口部を形成し、前記容器の前記第二開口部が、該ホッパーに固定された、貫通孔を有する底板（３４０）を含み、そして前記フラグメント（１３０）が、（ａ）該バスケットの底部と前記貫通孔を有するプレートとの間及び（ｂ）該バスケットの少なくとも二つの壁と該ホッパーの隣接する壁との間に配置されている、請求項１７又は１８に記載のフィルター。
20. 請求項７ないし１０の何れか一項に記載の方法において使用するための、汚染物質吸着性及び抗菌性を有するフィルター媒体を製造する方法（４００）であって、
    （ａ）汚染物質吸着性で、疎水性のポリマー（４２０）からなる多数の不定形顆粒又は粒子に、オルガノシラン化合物を含む溶液（４３０）を供給し（４５０）、個々の顆粒又は粒子の全ての表面を該溶液に暴露すること
    を含み、
    （ｂ）前記オルガノシラン化合物がグラフトされたポリマーフラグメントを形成するように、一方の該オルガノシラン化合物と、他方の前記ポリマー顆粒又は粒子とが互いに反応性であり、そして
    （ｃ）前記フラグメントが、水に対して及び前記溶液に対して忌避性である
    ところの方法。
21. 前記粒子に供給することが、炭化水素吸着性の多数のポリマー粒子に供給することを含む、請求項２０に記載の方法。
22. （ａ）前記溶液から前記ポリマー粒子又は顆粒を乾燥させること（４６０）、及び
    （ｂ）前記ポリマー粒子又は顆粒を押し出して、フィルター媒体のフラグメントを形成することを含む、請求項２１に記載の方法。
23. 前記溶液を供給することが、水に溶解した、一定量の、水中での自己縮合の起こし易さを減少させたオルガノシラン化合物を供給することを含む、請求項２０ないし２２の何れか一項に記載の方法。
24. 前記溶液を製造するために、水中に前記オルガノシラン化合物を溶解することを含む、請求項２３に記載の方法。
25. 前記粒子に前記溶液を供給することが、前記粒子を前記溶液の静止容積中に所定の時間浸漬することを含む、請求項２０ないし２４の何れか一項に記載の方法。
26. （ａ）前記粒子に供給することが、
    （１）スチレン−ブタジエン−スチレン又は水素添加されたスチレン系のブロックコポリマーの粒子と、
    （２）エチレンプロピレンモノマー（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ Ｍｏｎｏｍｅｒ）（ＥＰＭ）又はエチレンプロピレンジエンモノマー（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ Ｄｉｅｎｅ Ｍｏｎｏｍｅｒ）（ＥＰＤＭ）の粒子、
    との混合物からなる粒子に供給することを含み、
    （ｂ）前記エチレンプロピレンモノマー（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ Ｍｏｎｏｍｅｒ）（ＥＰＭ）又は前記エチレンプロピレンジエンモノマー（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ Ｄｉｅｎｅ Ｍｏｎｏｍｅｒ）（ＥＰＤＭ）の粒子が、前記混合物の１０〜３０重量％をなし、そして
    （ｃ）前記スチレン−ブタジエン−スチレン又は水素添加されたスチレン系のブロックコポリマーの粒子が、スチレン２５〜４５％を含み、そして４〜２４メッシュの範囲内にある、請求項２０ないし２５の何れか一項に記載の方法。

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