MEMBRANA POROSA Y PROCEDIMIENTO DE FABRICACIÓN DE LA MEMBRANA POROSA.

Membrana porosa y procedimiento de fabricación de una membrana porosa Sector técnico La presente invención se refiere a membranas de microfiltración y membranas de ultrafiltración utilizadas para el tratamiento de agua, tal como la producción de agua para el consumo, la purificación de agua y el tratamiento de efluentes. La presente invención también se refiere a módulos de membrana porosa y a aparatos para la separación de agua que incluyen dicha membrana porosa. Además, la presente invención también se refiere a separadores de baterías, membranas cargadas, pilas de combustible y membranas de purificación de sangre que utilizan una membrana porosa. Técnica anterior Las membranas porosas se han utilizado en varios sectores que incluyen el tratamiento de agua, tales como la purificación de agua y el tratamiento de efluentes; aplicación médica, tal como la purificación de la sangre; diseño de alimentos; separadores de baterías; membranas cargadas; y pilas de combustible. En el sector de la producción de agua de consumo, es decir, en la utilización para el tratamiento de agua, tal como la purificación de agua y el tratamiento de efluentes, las membranas de separación están siendo sustituidas por la filtración con arena y la sedimentación por coagulación convencionales, y están siendo utilizadas para mejorar la calidad del agua tratada. En estos sectores se trata una gran cantidad de agua. Por consiguiente, se utiliza de manera ventajosa una membrana de separación que tiene una permeabilidad del agua excelente en vista de los costes de sustitución de membranas y el desgaste de los aparatos, ya que una permeabilidad del agua excelente puede conducir a un área reducida de la membrana, reduciendo consecuentemente el tamaño del aparato y ahorrando gastos en equipo. También se requiere que las membranas de separación tengan resistencia química. En la purificación del agua, a efectos de esterilizar, permear y evitar la biocontaminación de membranas, se añade un antiséptico, tal como hipoclorito sódico, o las membranas se lavan con un ácido, un álcali, cloro, un surfactante, o similares. Por consiguiente, se han desarrollado recientemente y se han utilizado membranas de separación que utilizan un material resistente a los productos químicos, tal como una resina de polietileno, una resina de polipropileno o una resina de fluoruro de polivinilideno. En el sector de la purificación de agua, desde los años 90 han aparecido accidentes en los que patógenos resistentes al cloro, tales como cryptosporidium derivado de excrementos del ganado o similares, no se depositan completamente en una planta de filtración y, de este modo, están contenidos en el agua tratada. A efectos de evitar dicho accidente, se requiere que las membranas de separación tengan una resistencia física elevada y propiedades de separación suficientes para evitar que el agua sin tratar contamine en agua tratada. En aplicaciones médicas, las membranas porosas se utilizan para la purificación de sangre, la hemodiálisis, en particular sirviendo como sustitución de las funciones del riñón, filtración de sangre y diálisis por filtración de sangre, y eliminación de productos de desecho en sangre mediante circulación extracorpórea. En la industria de la alimentación, se utilizan membranas porosas, en algunos casos, para separar y eliminar la levadura utilizada para la fermentación y la condensación de líquidos. En el sector de las baterías, las membranas porosas se utilizan para separadores de baterías que permiten que los electrolitos, pero no los productos de reacción de la pila, permeen a través de la misma. Además, en el sector de las pilas de combustible, se utilizan algunas membranas porosas como material base de electrolitos sólidos macromoleculares. Por otro lado, en la producción de agua ultrapura, se utilizan membranas porosas cargadas para aumentar, en algunos casos, las características de exclusión de iones cargados y la pureza del agua producida. Se requiere que estas membranas porosas tengan unas características de separación excelentes, resistencias química y física excelentes, y una permeabilidad excelente, que muestran cuánto líquido no tratado se permea a través de las membranas. La solicitud de patente europea No. 0037836 ha dado a conocer un método de solución húmeda para formar una estructura porosa asimétrica mediante la separación de fases inducida por un no disolvente. En este método, se extruye desde una cabeza de extrusión una solución de polímero preparada mediante la disolución de una resina de fluoruro de polivinilideno en un buen disolvente a una temperatura mucho más baja que el punto de fusión de la resina de fluoruro de polivinilideno o se moldea en una placa de vidrio para su formación. El producto se pone en contacto con un líquido que contiene un no disolvente para resinas de fluoruro de polivinilideno. En el método de solución húmeda, desafortunadamente, es difícil realizar una separación de fases uniforme en la dirección del grosor y la membrana asimétrica resultante presenta macro huecos. Por lo tanto, la resistencia mecánica de la membrana no es satisfactoria. Además, muchos de los factores de las condiciones formadoras de las membranas influyen en la estructura y las características de las membranas resultantes. Por lo tanto, es difícil controlar la etapa de formación de las membranas y la reproducibilidad es escasa. La patente de Estados Unidos No. 5022990 ha dado a conocer de manera relativamente reciente un método de extracción en fundido para formar una estructura porosa. En este método, se moldea una resina de fluoruro de polivinilideno fundida con partículas inorgánicas y un líquido orgánico. 2 E03730636 30-12-2011   Para la formación, la mezcla se extruye desde una cabeza de extrusión a una temperatura superior o igual al punto de fusión de la resina de fluoruro de polivinilideno o se presiona con una máquina de presión. Después del enfriamiento, se extraen el líquido orgánico y las partículas inorgánicas. De este modo, se forma la estructura porosa. Esta extracción en fusión facilita el control de las características de los huecos y ayuda a preparar membranas fuertes relativamente uniformes sin la formación de macro huecos. Sin embargo, si las partículas inorgánicas no se dispersan bien, puede aparecer un defecto, tal como un poro. Además, la extracción en fusión aumenta de manera indeseable y extrema los costes de fabricación. Se han dado a conocer otras técnicas para fabricar una membrana porosa en que las resinas de poliolefina, tales como polietileno y polipropileno, se utilizan como materiales de partida. Por ejemplo, se estira una película de poliolefina que contiene una carga inorgánica, como mínimo, en una dirección, de manera que aparece una separación entre fases entre la carga inorgánica y la poliolefina para formar los huecos en la película (por ejemplo, las publicaciones de las solicitudes de patente japonesa no examinadas Nos. 7-26076 y 9-25372). En esta técnica, sin embargo, dado que debe extraerse la carga inorgánica para eliminarla, los costes de fabricación aumentan indeseablemente. Además, en esta técnica, es difícil controlar el tamaño de poro en las superficies de membrana y, por lo tanto, se fabrican sólo membranas que tienen un tamaño de poro relativamente grande de 0,1 a 1,0 m. La solicitud de patente europea No. 0245863 ilustra una membrana compuesta que incluye una membrana de ultrafiltración dispuesta sobre una membrana porosa. En la preparación de esta membrana compuesta, la membrana porosa, que actúa como el material base, se trata con una solución alcohólica de glicerina para aumentar la afinidad por la membrana de ultrafiltración. Después del secado, se aplica una solución de polímero al material base y se solidifica para formar la membrana de ultrafiltración. Por lo tanto, esta técnica hace que los procesos de fabricación sean complicados y aumenten de manera extrema los costes de fabricación. El documento WO 01/28667 A1 da a conocer una película microporosa resistente al calor que comprende una resina termoplástica y tiene una estructura en capas formada en la dirección del grosor, en la que la estructura en capas comprende del 5 al 100% de una capa que tiene solamente microporos que son huecos en una esferulita y del 0 al 95% de una capa que tiene microporos que son huecos en una esferulita y microporos que son huecos que están presentes entre las esferulitas. El documento JP 2003-138422 da a conocer un método para producir una membrana de fibra hueca que tiene una resistencia elevada y una permeabilidad de agua elevada mediante un proceso de separación de fases inducido térmicamente. Dicho proceso es capaz de proporcionar una estructura esférica en el sentido de la presente invención. Características de la invención El... [Seguir leyendo]

1. Membrana porosa que tiene tanto una estructura en red tridimensional, en la que un contenido de sólidos se extiende en tres dimensiones y que presenta poros separados por el contenido de sólidos que forman una red, como una estructura esférica, en la que un gran contenido de sólidos esféricos o sustancialmente esféricos se combinan entre sí directamente o a través de un contenido de sólidos rayados, en la que la estructura en red tridimensional y la estructura esférica se ponen en capas superpuestas entre sí, de manera que una cara de la superficie de la membrana porosa tiene la estructura en red tridimensional y la otra cara de la superficie de la membrana porosa tiene la estructura esférica. 2. Membrana porosa, según la reivindicación 1, en la que el tamaño de poro promedio de la estructura en red tridimensional se encuentra en el intervalo de 5 nm a 50 m. 3. Membrana porosa, según la reivindicación 1, en la que el diámetro promedio de la estructura esférica se encuentra en el intervalo de 0,1 m a 10 m. 4. Membrana porosa, según la reivindicación 1, en la que, como mínimo, una superficie de la misma presenta un tamaño de poro promedio de 0,5 m o inferior. 5. Membrana porosa, según la reivindicación 1, que comprende una resina termoplástica. 6. Membrana porosa, según la reivindicación 1, en la que la estructura esférica comprende la resina termoplástica. 7. Membrana porosa, según la reivindicación 5 ó 6, en la que la resina termoplástica es una resina seleccionada del grupo que comprende resinas de polietileno, resinas de polipropileno y resinas de fluoruro de polivinilideno. 8. Membrana porosa, según la reivindicación 1, en la que la membrana porosa presenta una permeabilidad de agua en el intervalo de 0,1 a 10 m 3 /m 2 ·h a 50 kPa y 25 o C, un rechazo del 90% o más para partículas con un tamaño de partícula de 0,843 m, una resistencia a la fractura de 2 MPa o superior, y una elongación a la fractura del 15% o superior. 9. Módulo de membrana porosa que comprende una membrana porosa tal como se establece en la reivindicación 1. 10. Aparato de separación de agua que comprende: un módulo de membrana porosa tal como se establece en la reivindicación 9; y medios de compresión en una cara de agua sin tratar del módulo de membrana porosa o medios de succión en una cara de permeado del módulo de membrana porosa. 11. Método para producir permeado a partir de agua sin tratar utilizando un aparato de separación de agua tal como se establece en la reivindicación 10. 12. Separador de baterías que comprende una membrana porosa tal como se establece en la reivindicación 1. 13. Membrana cargada que comprende una membrana porosa tal como se establece en la reivindicación 1. 14. Pila de combustible que comprende una membrana porosa tal como se establece en la reivindicación 1. 15. Membrana para la purificación de sangre que comprende una membrana porosa tal como se establece en la reivindicación 1. 16. Método para fabricar una membrana porosa, tal como se establece en la reivindicación 1, comprendiendo el método la etapa de formar la estructura en red tridimensional, como mínimo, en una superficie de una membrana porosa que tiene la estructura esférica. 17. Método para fabricar una membrana porosa, según la reivindicación 16, en el que se aplica una solución de resinas, como mínimo, sobre una superficie de la membrana porosa que tiene la estructura esférica, seguido de la inmersión en un líquido de solidificación, formando de este modo la estructura en red tridimensional. 18. Método para fabricar una membrana porosa, tal como se establece en la reivindicación 1, comprendiendo el método las etapas de: descargar de manera simultánea una solución de resinas para formar la estructura en red tridimensional y una solución de resinas para formar la estructura esférica de una cabeza de extrusión, seguido de solidificación. 19. Método para fabricar una membrana porosa, según la reivindicación 18, en la que la solución de resinas para formar la estructura en red tridimensional y la solución de resinas para formar la estructura esférica se descargan de manera simultánea con un fluido que forma el lumen de una cabeza triple de coextrusión, seguido de solidificación. 27 E03730636 30-12-2011   28 E03730636 30-12-2011   29 E03730636 30-12-2011   E03730636 30-12-2011   31 E03730636 30-12-2011   32 E03730636 30-12-2011   33 E03730636 30-12-2011   34 E03730636 30-12-2011   E03730636 30-12-2011   36 E03730636 30-12-2011   37 E03730636 30-12-2011   38 E03730636 30-12-2011   39 E03730636 30-12-2011   E03730636 30-12-2011