MEMBRANA POROSA DE MATERIAL COMPUESTO Y PROCEDIMIENTO PARA FABRICAR LA MEMBRANA.

Una membrana porosa de material compuesto que comprende una trenza y un material de membrana,

en la que el material de membrana comprende una primera capa porosa que está dispuesta sobre la superficie exterior de la trenza, y una segunda capa porosa que está dispuesta sobre la primera capa porosa, en la que la primera capa porosa comprende una capa densa que tiene un diámetro medio de poro en el intervalo de 0,2 µm a 1 µm, y la segunda capa porosa comprende una capa densa que tiene un diámetro medio de poro en el intervalo de 0,1 µm a 0,8 µm

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/JP2003/014262.

Solicitante: MITSUBISHI RAYON CO., LTD..

Nacionalidad solicitante: Japón.

Dirección: 6-41, KONAN 1-CHOME, MINATO-KU TOKYO 108-8506 JAPON.

Inventor/es: MURASE,KEI,MITSUBISHI RAYON CO.,LTD, SHIRASU,YUUICHI,MITSUBISHI RAYON CO.,LTD, YAMADA,TERUYUKI,MITSUBISHI RAYON CO.,LTD, MIZUTA,MASAHIKO,MITSUBISHI RAYON CO.,LTD, FUJIKI,HIROYUKI,MITSUBISHI RAYON CO.,LTD, SHINADA,KATSUHIKO,MITSUBISHI RAYON CO.,LTD.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 10 de Noviembre de 2003.

Fecha Concesión Europea: 4 de Agosto de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B01D69/08 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B01 PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL.B01D SEPARACION (separación de sólidos por vía húmeda B03B, B03D, mesas o cribas neumáticas B03B, por vía seca B07; separación magnética o electrostática de materiales sólidos a partir de materiales sólidos o de fluidos, separación mediante campos eléctricos de alta tensión B03C; aparatos centrifugadores B04B;   aparato de vórtice   B04C; prensas en sí para exprimir los líquidos de las sustancias que los contienen B30B 9/02). › B01D 69/00 Membranas semipermeables destinadas a los procedimientos o a los aparatos de separación, caracterizadas por su forma, por su estructura o por sus propiedades; Procedimientos especialmente adaptados para su fabricación. › Membranas con fibras huecas (fabricación de fibras huecas D01D 5/24, D01F 1/08).
  • B01D69/10 B01D 69/00 […] › Membranas sobre soportes; Soportes para membranas.
  • B01D69/12 B01D 69/00 […] › Membranas compuestas; Membranas ultradelgadas.
  • B01D71/34 B01D […] › B01D 71/00 Membranas semipermeables destinadas a los procedimientos o a los aparatos de separación, caracterizadas por sus materiales; Procedimientos especialmente adaptados para su fabricación. › Fluoruro de polivinilideno.

Clasificación PCT:

  • B01D69/08 B01D 69/00 […] › Membranas con fibras huecas (fabricación de fibras huecas D01D 5/24, D01F 1/08).
  • B01D69/10 B01D 69/00 […] › Membranas sobre soportes; Soportes para membranas.
  • B01D69/12 B01D 69/00 […] › Membranas compuestas; Membranas ultradelgadas.

Clasificación antigua:

  • B01D69/12 B01D 69/00 […] › Membranas compuestas; Membranas ultradelgadas.

Fragmento de la descripción:

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere a una membrana porosa de material compuesto que es adecuada para tratamiento de agua, como una membrana de microfiltración o una membrana de ultrafiltración, y a un procedimiento para producir la membrana porosa de material compuesto.

TÉCNICA ANTECEDENTE

Recientemente se está prestando atención al tratamiento del agua por un procedimiento con membrana que usa una membrana de filtración que es excelente en cuanto a la capacidad de separación y la compacidad, a la vista del interés creciente por la contaminación ambiental y el endurecimiento de las normas al respecto. Con el fin de usarla en tal tratamiento del agua, se demanda que una membrana de filtración no sólo tenga propiedades de separación y una permeabilidad excelentes, sino también unas propiedades mecánicas que sean superiores a las de membranas de filtración ordinarias.

Como membranas de filtración convencionales que tienen una permeabiidad excelente son conocidas membranas hechas de polisulfona, poliacrilonitrilo, acetato de celulosa, poli(fluoruro de vinilideno) y similares, que se producen por un procedimiento de hilado en húmedo o por un procedimiento de hilado en seco y en húmedo. Estas membranas de filtración se producen por separación de microfases de una solución de polímero y solidificación de la solución del polímero en un medio no disolvente. Estas membranas de filtración comprenden una capa densa y una capa soporte y tienen una relación de poro alta y una estructura asimétrica.

Entre los materiales para estas membranas de filtración se usa adecuadamente resina de poli(fluoruro de vinilideno) como material de una membrana de separación, dado que tiene una resistencia química excelente y resistencia al calor. Sin embargo, hay un problema que es que una membrana de filtración hecha como membrana de fibra hueca de poli(fluoruro de vinilideno) tiene una resistencia mecánica inferior.

Se ha sugerido una membrana porosa en la que las trenzas huecas están embebidas completamente en una membrana porosa semipermeable como membrana que tiene una resistencia mecánica mejorada (Solicitudes de Patentes Japonesas no Examinadas, Primera Solicitud nos. S52-081076, S52-082682 y S52-120288). Sin embargo, puesto que las trenzas están totalmente embebidas en la membrana porosa semipermeable, la membrana porosa tiene un problema en cuanto a la permeabilidad al agua.

Con el fin de mejorar la capacidad permeable al agua, se ha sugerido (patente U.S. 5.472.607) una membrana de separación en la que sobre la superficie de trenzas huecas se dispone una membrana porosa. Sin embargo, dado que esta membrana de separación tiene una membrana porosa sólo sobre la superficie de las trenzas, hay el problema de que la membrana porosa se despega fácilmente de las trenzas por pelado.

El documento WO 00/78437 da a conocer una membrana de fibra hueca que comprende una trenza tubular y una membrana de película delgada fijada a la superficie exterior de la trenza tubular, en la que la membrana de película delgada comprende una capa barrera periférica (o “piel”) y capas microporosas sucesivas, incluidas una capa exterior, una capa intermedia y una capa interior anular.

A la vista de los problemas expuestos, un objetivo de la presente invención es proporcionar una membrana porosa de material compuesto que no sólo tenga una excelente capacidad de filtración, sino también que tenga una adherencia excelente entre una membrana porosa y una trenza y propiedades mecánicas excelentes, y un procedimiento para producir la membrana porosa de material compuesto.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención proporciona una membrana porosa de material compuesto que comprende una trenza, y un material de la membrana, en la que el material de la membrana comprende una primera capa porosa que comprende una capa densa que está dispuesta sobre la superficie exterior de la trenza, y una segunda capa porosa que comprende una capa densa dispuesta sobre la primera capa porosa.

Es preferible que la membrana porosa de material compuesto sea una membrana de fibra hueca obtenida revistiendo el material de la membrana la trenza. Cuando la membrana porosa de material compuesto se usa para tratamiento de agua, es necesario hacer líquido en la corriente del primer lado en relación a la superficie de la membrana. Debido al deslizamiento en relación a la superficie de la membrana, la membrana vibra y es forzada; por tanto, se requiere que la membrana tenga suficiente resistencia mecánica. Puesto que las trenzas tienen una resistencia mecánica suficiente, la membrana porosa de material compuesto de la presente invención tiene una resistencia mecánica suficiente.

Dado que la membrana porosa de material compuesto de la presente invención comprende el material de la membrana que comprende dos o más capas densas, la membrana porosa de material compuesto tiene una durabilidad mejorada.

Además, la presente invención proporciona un procedimiento para producir una membrana porosa de material compuesto, que comprende las etapas de: revestir con una solución que forma membrana una trenza usando una boquilla anular; solidificar la solución que forma la membrana revestida en una solución de solidificación para producir una primera capa porosa; revestir con otra solución que forma membrana la superficie de la primera capa porosa usando la boquilla anular; y solidificar la solución que forma la membrana revestida en una solución de solidificación para producir una segunda capa porosa.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La Figura 1 es una vista en sección transversal que muestra una realización de una boquilla anular usada en el procedimiento para producir una membrana de material compuesto de la presente invención.

MEJOR MODO PARA PRACTICAR LA INVENCIÓN

Seguidamente se explican realizaciones preferentes de la presente invención.

La membrana porosa de material compuesto de la presente invención comprende una trenza y un material de la membrana, en la que el material de la membrana comprende una primera capa porosa que comprende una capa densa que está dispuesta sobre la superficie exterior de la trenza, y una segunda capa porosa que comprende una capa densa que está dispuesta sobre la primera capa porosa.

Más adelante se explica detalladamente la trenza usada en la membrana porosa de material compuesto de la presente invención.

Es preferible que el hilo que compone la trenza usada en la presente invención sea hilo de multifilamentos, monofilamento o hilado. Además, la forma de la sección transversal del hilo preferiblemente es redonda, hueca o irregular.

En el caso de usar multifilamentos para la trenza, es preferible un hilo multifilamento que tenga un número de filamentos en el intervalo de 30 a 200 porque tiene una resistencia excelente y capacidad permeable al agua. Cuando el número de filamentos es inferior a 30, la presión de deformación del multifilamento disminuye. A diferencia, cuando excede de 200, es probable que disminuya la capacidad permeable al agua debido a la disminución del diámetro interior.

Entre los ejemplos de los materiales de la trenza figuran fibra sintética, fibra semisintètica, fibra regenerada, fibra natural y fibra inorgánica. Se pueden usar individualmente

o en combinación de dos o más de las mismas.

Entre los ejemplos de fibra sintètica figuran fibras de poliamida tales como fibras de nailon 6, nailon 66, y poliamidas aromáticas; fibras de poliéster tales como fibras de poli(tereftalato de etileno), poli(tereftalato de butileno), poli(ácido láctico), y fibras de poli(ácido glicólico); fibras acrílicas tales como fibras de poliacrilonitrilo; fibras de poliolefina tales como fibras de polietileno y polipropileno; fibras de poli(alcohol vinílico); fibras de poli(cloruro de vinilideno); fibras de poli(cloruro de vinilo); fibras de poliuretano; fibras fenólicas; fibras de fluororresina tales como fibras de (fluoruro de vinilideno) y fibras de politetrafluoroetileno; fibras de poli(paraoxibenzoato de alquileno) y similares.

Entre los ejemplos de fibras semisintéticas figuran fibras de derivados de celulosa tales como fibras de diacetato de celulosa, triacetato de celulosa, quitina y quitosano; fibras de proteína tales como la de la denominada promix, y similares.

Entre los ejemplos de fibras regeneradas figuran...

 


Reivindicaciones:

1. Una membrana porosa de material compuesto que comprende una trenza y un material de membrana, en la que el material de membrana comprende una primera capa porosa que está dispuesta sobre la superficie exterior de la trenza, y una segunda capa porosa que está dispuesta sobre la primera capa porosa, en la que la primera capa porosa comprende una capa densa que tiene un diámetro medio de poro en el intervalo de 0,2 µma1 µm, y la segunda capa porosa comprende una capa densa que tiene un diámetro medio de poro en el intervalo de 0,1 µm a 0,8 µm.

2. Una membrana porosa de material compuesto de acuerdo con la reivindicación 1, en la que las capas porosas primera y segunda se adhieren entre sí en una cuantía tal que está adherido de 1 a 50% de una superficie de entrecara formada por la superficie exterior de la primera capa porosa y la superficie interior de la segunda capa porosa.

3. Una membrana porosa de material compuesto de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en la que al menos una de las capas porosas primera y segunda tiene una capa densa en una posición que está en un intervalo de 0,1 µm a 50 µm en el interior de la superficie más exterior de la membrana porosa de material compuesto.

4. Una membrana porosa de material compuesto de acuerdo con la reivindicación 3, en la que el diámetro medio de poro en la posición más exterior en la primera capa porosa está en el intervalo de 1 µma5 µm y el diámetro medio de poro en la posición más exterior en la segunda capa porosa está en el intervalo de 0,8 µma2 µm.

5. Una membrana porosa de material compuesto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que el flujo de agua permeada (FA) es de 50 m3/m2/h/MPa o más, y el punto de burbuja (PB) es de 50 kPa o más.

6. Una membrana porosa de material compuesto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que la presión de estallido por flujo es de 200 kPa o más.

7. Una membrana porosa de material compuesto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que el período durable cuando pasa agua sucesivamente a través de la membrana de material compuesto a 200 kPa es de 150 horas o más.

8. Una membrana porosa de material compuesto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que el tiempo durable de aplicar una presión de 400 kPa a la membrana de material compuesto a 400 kPa repertidamente es de 100 veces o más.

9. Un procedimiento para producir una membrana porosa de material compuesto, que

comprende las etapas de:

revestir con una solución que forma membrana una trenza usando una boquilla anular;

solidificar la solución que forma la membrana revestida en una solución de solidificación para producir una primera capa porosa;

revestir con otra solución que forma membrana la superficie de la primera capa porosa usando la boquilla anular; y

solidificar la solución que forma la membrana revestida en una solución de solidificación para producir una segunda capa porosa, en el que la boquilla anular comprende un paso de trenza por el que pasa la trenza, un primer puerto de descarga que está formado en torno a la totalidad de la pared de paso de trenza en dirección circunferencial, y un segundo puerto de descarga que está formado en el lado de salida en la periferia del paso de trenza, concéntricamente con el paso de trenza.

10. Un procedimiento para producir una membrana porosa de material compuesto de acuerdo con la reivindicación 9, en el que, después de revestir la trenza con la primera solución que forma membrana que se suministra desde el primer puerto de descarga, se reviste la trenza con la segunda solución que forma membrana, que es más concentrada que la primera solución que forma membrana, suministrándola desde el segundo puerto que forma membrana para producir la primera capa porosa.

11. Un procedimiento para producir una membrana porosa de material compuesto de acuerdo con la reivindicación 10, en el que, después de formar la primera capa porosa, se reviste con una solución que no disuelve el material de membrana, que se suministra desde el primer puerto de descarga, la superficie de la primera capa porosa y luego, se reviste con la segunda solución que forma membrana, que se suministra desde el segundo puerto de descarga, la trenza resultante.

12. Un procedimiento para producir una membrana de material compuesto de acuerdo con la reivindicación 11, en el que la cara terminal del paso de trenza está situado más hacia el interior de la boquilla anular que la cara terminal del segundo puerto de descarga, siendo la distancia entre la cara terminal del paso de trenza y la cara terminal del segundo puerto de

5 descarga de 0,5 mm a 150 mm.

13. Un procedimiento para producir una membrana porosa de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, en el que, después de formar al menos una de las capas porosas primera y segunda, la membrana porosa de material compuesto se sumerge en una solución de hipoclorito sódico y se lava con agua caliente y se seca.

14. Un procedimiento para producir una membrana porosa de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, en el que la solución que forma membrana contiene poli(fluoruro de vinilideno) (A) que tiene un peso molecular ponderal medio de 100.000 a 1.000.000 y poli(fluoruro de vinilideno) (B) que tiene un peso molecular ponderal medio de 10.000 a 500.000, con una relación en masa de poli(fluoruro de vinilideno) (A) a poli(fluoruro de vinilideno) (B) en el intervalo de 0,5 a 10.


 

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