MEMBRANAS MODIFICADAS.

Membrana polimérica porosa formada a partir de una combinación de un material de formación de membrana polimérico que es PVDF o una polisulfona seleccionada del grupo que consiste en polisulfona per se,

poliétersulfonas, poliarilsulfonas, polialquilsulfonas y poliaralquilsulfonas, y un agente de modificación de la reactividad polimérico adaptado para modificar las propiedades de superficie de la membrana polimérica porosa en relación a una membrana polimérica porosa formada a partir del material de formación de membrana polimérico solo, siendo dicho agente poli(alquil vinil éter/anhídrido maleico), en la que el agente de modificación de la reactividad se añade al material de formación de membrana polimérico antes de colarse la membrana

Membranas modificadas.

La invención se refiere a membranas porosas que tienen propiedades físicas modificadas conferidas mediante la adición de modificadores químicos.

Se usan membranas sintéticas para una variedad de aplicaciones incluyendo desalinización, separación de gases, filtración y diálisis. Las propiedades de las membranas varían dependiendo de la morfología de la membrana, es decir propiedades tales como simetría, forma de poro y tamaño de poro y el material polimérico usado para formar la membrana.

Pueden usarse diferentes membranas para procesos de separación específicos, incluyendo microfiltración, ultrafiltración y ósmosis inversa. La microfiltración y la ultrafiltración son procesos dirigidos por presión y se distinguen por el tamaño de la partícula o molécula que la membrana puede retener o dejar pasar. La microfiltración puede eliminar partículas coloidales muy finas en el rango micrométrico y submicrométrico. Como regla general, la microfiltración puede filtrar partículas de hasta 0,1 µm, mientras que la ultrafiltración puede dejar pasar a su través partículas de tan sólo 0,01 µm. La ósmosis inversa funciona a una escala incluso inferior.

A medida que aumenta el tamaño de las partículas que van a separarse, también lo hace la presión requerida para llevar a cabo la separación y la densidad de la membrana.

Un área superficial grande es necesaria cuando se requiere un flujo grande. Una técnica conocida para hacer el aparato de filtración más compacto es formar membranas en forma de una fibra porosa hueca. Pueden fabricarse módulos de tales fibras con un área superficial por unidad de volumen extremamente grande.

Las membranas sintéticas microporosas son particularmente adecuadas para el uso en fibras huecas y ellos se producen mediante inversión de fase. En este procedimiento, se disuelve un polímero en un disolvente apropiado y se logra una viscosidad adecuada de la disolución. La disolución de polímero puede entonces colarse como una película o fibra hueca, y entonces sumergirse en un baño de precipitación tal como agua. Esto provoca la separación de la disolución de polímero homogénea en una fase de disolvente líquido y polímero sólido. El polímero precipitado forma una estructura porosa que contiene una red de poros uniformes. Los parámetros de producción que afectan a las propiedades y la estructura de la membrana incluyen la concentración de polímero, los medios de precipitación y la temperatura y la cantidad de disolvente y no disolvente en la disolución de polímero. Estos factores pueden variarse para producir membranas microporosas con un gran intervalo de tamaños de poro (de desde menos de 0,1 hasta 20 µm), y alteran las propiedades mecánicas, térmicas y químicas.

Las membranas microporosas de inversión de fase son particularmente muy adecuadas para la aplicación de la eliminación de virus y bacterias. De todos los tipos de membranas, la fibra hueca contiene la mayor área de membrana por volumen de unidad.

Pueden usarse diferentes técnicas para inducir la separación de fases y preparar membranas de polímero. Un polímero disuelto en un disolvente puede solidificar con enfriamiento, lo que se conoce como separación de fases líquida-sólida. La separación de fases puede inducirse o bien mediante un cambio de temperatura o bien mediante un cambio en la concentración de la disolución. Estos dos procesos se denominan separación de fases inducida térmicamente (TIPS) y separación de fases inducida por difusión (DIPS). Es necesario asegurar la morfología inducida por la separación de fases y, por tanto, es necesario conseguir la solidificación de la fase de polímero. En el proceso TIPS esto se realiza habitualmente disminuyendo la temperatura por debajo de la temperatura de transición vítrea o el punto de fusión del polímero. El proceso DIPS usa un cambio en la concentración, provocado por la difusión de un disolvente y un no disolvente, para inducir una separación de fases. Con esta técnica, se producen membranas de fibra hueca usando un procedimiento discontinuo. El proceso DIPS tiene una ventaja de que pueden formarse fácilmente membranas asimétricas. Además, el hilado de fibras huecas puede realizarse a temperatura ambiente, mientras que el proceso alternativo, la separación de fases inducida térmicamente (TIPS), requiere temperaturas mucho mayores. Ya que DIPS usa la difusión de no disolvente y disolvente es relativamente fácil controlar la velocidad a que tiene lugar la formación de membrana cambiando la concentración del baño de no disolvente y la disolución de polímero. Sin embargo, la desventaja es que pueden producirse macrohuecos, en forma de intrusiones similares a dedos en la membrana. Éstos disminuyen la resistencia mecánica de la membrana pero pueden evitarse eligiendo la composición correcta de la disolución.

Las membranas de lámina plana se preparan de la siguiente manera. Se ponen en contacto una disolución de polímero que consiste en un polímero y disolvente con un no disolvente. El disolvente difunde hacia fuera en el baño de coagulación y el no disolvente difundirá hacia la película colada. Después de un periodo de tiempo dado, el intercambio del no disolvente y el disolvente ha procedido de manera que la disolución se vuelve termodinámicamente inestable y se produce segregación. Finalmente se obtiene una lámina plana con una estructura simétrica o asimétrica.

Las superficies hidrófobas se definen como "con repulsión al agua" y superficies hidrófilas como "con atracción del agua". Muchos de los polímeros que componen las membranas porosas son hidrófobos. Puede forzarse agua a través de una membrana hidrófoba mediante el uso de presión suficiente, pero la presión necesaria es muy alta (de 10,34 x 10⁵ Pa a 20,68 x 10⁵ Pa o de 150-300 psi), y la membrana puede dañarse a tales presiones y generalmente no llegan a humectarse uniformemente.

Las membranas microporosas hidrófobas se caracterizan por su resistencia química, biocompatibilidad, resistencia mecánica y rendimiento de separación excelentes. Por tanto, en la aplicación de filtración de agua, es necesario hidrofilizar tales membranas hidrófobas para permitir que el agua penetre en ellas. Muchos materiales hidrófilos no son adecuados para las membranas MF y UF que requieren resistencia mecánica y estabilidad térmica ya que las moléculas de agua desempeñan el papel de plastificantes.

Actualmente, poli(tetrafluoroetileno) (PTFE), polietileno (PE), polipropileno (PP) y poli(fluoruro de vinilideno) (PVDF) son los materiales de membranas hidrófobas más populares y disponibles. El poli(fluoruro de vinilideno) (PVDF) es un polímero semicristalino que contiene una fase cristalina y una fase amorfa. La fase cristalina proporciona buena estabilidad térmica mientras que la fase amorfa tiene flexibilidad para las membranas. El PVDF, presenta varias características deseables para aplicaciones de membrana, incluyendo resistencia térmica, resistencia química (para una gama de productos químicos corrosivos, incluyendo cloro), y resistencia a la intemperie (UV).

La modificación de una superficie del polímero potencialmente puede mantener las propiedades volumétricas deseables de un polímero pero puede proporcionar nuevas propiedades interfaciales diferentes. Las membranas compuestas por polímeros hidrófilos son generalmente menos propensas a la incrustación que los polímeros hidrófobos. En algunos casos, la modificación de la superficie de los polímeros más resistentes químicamente los ha vuelto menos susceptibles a la incrustación. Existen numerosas técnicas para la modificación de la superficie de los polímeros. Los ejemplos más comunes de esta química son reacciones que introducen un único tipo de grupo funcional o una mezcla de grupos funcionales.

En general, todas las técnicas de hidrofilización de superficies de polímero implican un aumento de la cantidad en superficie de grupos polares. Desde un punto de vista microscópico, la base de la hidrofilización de superficie es maximizar la hidratación y las interacciones de enlaces de hidrógeno. Todas las clases de grupos funcionales orgánicos que contienen oxígeno, nitrógeno o azufre pueden interaccionar con agua de manera más eficaz que las unidades de repetición basadas en carbono comunes. Hay diversos métodos para humectar una membrana de manera no permanente. Un método de hidrofilización de una membrana hidrófoba porosa ha sido hacer pasar alcohol a través de los poros de la membrana, entonces sustituir el alcohol por agua. También...

1. Membrana polimérica porosa formada a partir de una combinación de un material de formación de membrana polimérico que es PVDF o una polisulfona seleccionada del grupo que consiste en polisulfona per se, poliétersulfonas, poliarilsulfonas, polialquilsulfonas y poliaralquilsulfonas, y un agente de modificación de la reactividad polimérico adaptado para modificar las propiedades de superficie de la membrana polimérica porosa en relación a una membrana polimérica porosa formada a partir del material de formación de membrana polimérico solo, siendo dicho agente poli(alquil vinil éter/anhídrido maleico), en la que el agente de modificación de la reactividad se añade al material de formación de membrana polimérico antes de colarse la membrana.

2. Membrana polimérica porosa según la reivindicación 1, en la que el material de formación de membrana polimérico es PVDF.

3. Membrana polimérica porosa según la reivindicación 1, en la que el material de formación de membrana polimérico es una polisulfona seleccionada de polisulfona per se, poliétersulfonas, poliarilsulfonas, polialquilsulfonas y poliaralquilsulfonas.

4. Membrana polimérica porosa según la reivindicación 3, en la que la polisulfona es polifenilsulfona.

5. Membrana polimérica porosa según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el poli(alquil vinil éter/anhídrido maleico) es poli(metil vinil éter/anhídrido maleico).

6. Membrana polimérica porosa según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicha membrana incluye sitios de anhídrido de superficie, haciéndose reaccionar los anhídridos de superficie con una amina para formar una unión amida.

7. Membrana polimérica porosa según la reivindicación 6, en la que se hacen reaccionar dichos anhídridos de superficie con una poliamina para formar una capa de poliamida reticulada.

8. Membrana polimérica porosa según la reivindicación 7, en la que dichas aminas se seleccionan de tetraetilenpentamina (TEP) o tris-(hidroximetil)aminometano (TRIS).

9. Membrana polimérica porosa según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que dicha membrana incluye sitios de anhídrido de superficie, haciéndose reaccionar los anhídridos de superficie con un alcohol para formar una unión éster.

10. Membrana polimérica porosa según la reivindicación 9, en la que se hacen reaccionar dichos anhídridos de superficie con butanol.

11. Membrana polimérica porosa según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que dicha membrana incluye sitios de anhídrido de superficie, haciéndose reaccionar los anhídridos de superficie con un poliol para formar una capa de poliéster reticulado.

12. Membrana polimérica porosa según la reivindicación 11, en la que dicho poliol es polietilenglicol.

13. Membrana polimérica porosa según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que dicha membrana incluye sitios de anhídrido de superficie, haciéndose reaccionar los anhídridos de superficie con ácido sulfúrico.

14. Membrana polimérica porosa según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que dicha membrana incluye sitios de anhídrido de superficie, haciéndose reaccionar los anhídridos de superficie con carbonato de calcio.

15. Membrana polimérica porosa según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la membrana es una fibra hueca.

16. Membrana polimérica porosa según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en la que la membrana es una lámina plana.