PROCEDIMIENTO PARA SECAR UNA ESTRUCTURA DE MEMBRANA POROSA HUMEDA.

Procedimiento para secar una estructura de membrana de polietersulfona porosa húmeda,

caracterizado por las etapas de: proporcionar una estructura de membrana porosa húmeda; rellenar los poros de dicha estructura de membrana porosa con una solución acuosa de CaCl2 al 16,7% sumergiéndola en dicha solución acuosa de CaCl2 durante 60 minutos a 23 o C; y secar dicha estructura de membrana porosa a una temperatura de 50-51 o C y una humedad del 39-43% durante 24 horas mientras como mínimo una parte de dicha solución de dicha sustancia química soluble en agua en dicho disolvente orgánico o inorgánico permanece dentro de dichos poros de dicha estructura de membrana tras el secado

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento para secar una estructura de membrana porosa húmeda.

La patente de Estados Unidos 5.385.670 (McDonogh y otros) da a conocer un procedimiento similar para secar membranas porosas húmedas. Según la patente de Estados Unidos anterior, los poros de una membrana de ultrafiltración se rellenan, como mínimo parcialmente, con una solución de un sólido orgánico soluble en agua en un disolvente orgánico. A continuación, dichas membranas se secan, mientras que como mínimo una parte de dicho sólido orgánico permanece dentro de dichos poros tras el secado.

Dichos sólidos orgánicos solubles en agua utilizados son adecuadamente ácidos orgánicos o sales de metales alcalinos de los mismos, particularmente sales de sodio o potasio. Son ejemplos adecuados de los mismos el ácido ascórbico, ácido cítrico y las sales de metales alcalinos de los mismos, tal como ascorbato de

La patente europea EP 604833 (Wagener y otros) da a conocer un método que utiliza mezclas de uno o más polímeros de entre los polímeros hidrofílicos húmedos nativos, tales como polietilenimida, polivinilpirrolidona, polietilenglicol o polivinilalcohol, y uno o más electrolitos, tales como cloruro de sodio, acetato de potasio, dodecilsulfato de sodio, sulfato de litio, etc. El agua de los poros se evapora tras rellenar la membrana con la solución acuosa de la mezcla anterior. Las membranas resultantes muestran una disminución significativa de flujo a la vez que mantienen la retención.

Otro método conocido y mayoritariamente utilizado consiste en rellenar los poros de la membrana con glicerol o sustancias químicas similares al mismo antes del secado, tal como se describe, por ejemplo, en el documento WO 02076593. Tras la inmersión en una solución acuosa de glicerol o de una sustancia química similar, la membrana se seca a una determinada temperatura. Debido a la diferencia de volatilidad, el agua se evapora y el soluto se deja dentro de los poros a efectos de prevenir futuros colapsos. Tras la aplicación, el glicerol se elimina de los poros a efectos de restaurar la permeabilidad original de las membranas. Sin embargo, en la práctica, la permeabilidad en húmedo no se puede

recuperar tras el secado debido al colapso parcial de algunos poros efectivos. La utilización de glicerol en el secado de membranas presenta la desventaja adicional de que dicha membrana lo absorbe y el mismo puede afectar a la estructura de membrana. Además, debido

También el documento JP 62049908 (Yanagimota Takeshi) se refiere a un procedimiento para secar una estructura de membrana porosa húmeda basado en un intercambio de disolvente. Según dicho procedimiento, se lleva a cabo un procedimiento de secado por intercambio de disolvente en tres etapas del modo siguiente: la membrana húmeda se lava algunas veces con un no disolvente que presenta una tensión interfacial menor con el aire, habitualmente etanol. A continuación, la membrana lavada se coloca en un baño con el mismo no disolvente. Posteriormente, se lleva a cabo una segunda etapa de sustitución de líquido con otro no disolvente que presenta una tensión interfacial menor para el aire que el no disolvente anterior. En muchos casos se utiliza hexano o también ciclohexano como no disolvente secundario, sumergiéndose la membrana en dicho disolvente a 10-30ºC durante 10-30 h. La última etapa consiste en secar con aire a 30-50ºC durante 10-30 h. En este caso, la tensión interfacial tiene que ser suficientemente pequeña como para que la evaporación del líquido no dé lugar a cambios demasiado importantes en la morfología de la membrana. Al rehumedecer la membrana, se debe tener en cuenta que se producen los mismos problemas con las tensiones interfaciales. Rehumedecer simplemente rociando agua a través de la membrana seca puede producir daños irreversibles.

Se ha presentado un trabajo similar en la patente de Estados Unidos 3 842 515 (MacDonald y otros), en la que se utilizan específicamente un alcohol soluble en agua y, en consecuencia, un líquido orgánico soluble en alcohol no polar. En la patente de Estados Unidos 4 080 743 (Manos), una membrana en la que el polímero presenta una tensión de superficie crítica, como mínimo, de 42 dinas por centímetro, contacta, como mínimo, con un líquido de sustitución que consiste esencialmente en una solución homogénea de (i) una parte mayoritaria, como mínimo, de un disolvente orgánico seleccionado dentro de la clase que consiste en hidrocarburos con 4-8 átomos de carbono y perclorofluorocarbonos con 1-3 átomos de carbono, y (ii) una parte minoritaria, como

mínimo, de un disolvente orgánico sustancialmente miscible en agua que presenta un parámetro de enlace de hidrógeno, como mínimo, de aproximadamente 1,5 (caloría por centímetro cúbico)1/2. Después de haberse sustituido sustancialmente el agua, la etapa de evaporación da lugar a una membrana libre de agua y líquido de sustitución.

A pesar de que el intercambio de disolventes es un método muy bueno para secar membranas de ultrafiltración, presenta algunas limitaciones: en primer lugar, el intercambio de disolventes puede provocar el aplanamiento de la capa superficial. Los estudios por AFM han puesto de manifiesto que la capa superficial de una membrana de polisulfona, inmediatamente después

colapso de los poros en gran medida, el mismo no impide que la matriz de membrana se encoja. Otro problema es el hecho de que, en general, los disolventes orgánicos son malos para la salud y el medio ambiente, de tal modo que se deben adoptar precauciones especiales.

H.C. Park y otros “Effect of solvent exchange on the morphology of asymmetric membranes” (“Efecto del intercambio de disolventes sobre la morfología de membranas asimétricas”, Polym. Mater. Sci. Eng. vol 77, pág. 238, 1997) da a conocer un método designado de secado supercrítico, un método bueno pero bastante costoso para secar membranas de ultrafiltración. Según dicho método, el agua se sustituye por etanol y, a continuación, dicho etanol se sustituye por CO2 supercrítico a 100 bar y 40ºC durante medio día.

Finalmente, el documento JP 63111907 (Kumami Kazuhisa) da a conocer un método de secado para membranas en el que las membranas de fibra hueca se sumergen en agua caliente >= 80ºC o se tratan en agua caliente o vapor de agua a presión durante 10 min 100 h, aunque el periodo de tiempo depende de la temperatura de inmersión. Características de la invención

En la preparación de las membranas, la etapa de secado de las mismas es uno de los factores más críticos. Las membranas húmedas son difíciles de almacenar y no resultan adecuadas para la producción en módulos. Si la membrana se seca sin ningún tratamiento previo, los poros se pueden colapsar y el flujo se

puede reducir significativamente. Se conoce el hecho de que el colapso de los poros es resultado de la pérdida de líquido de relleno inicialmente introducido en los poros, habitualmente agua, la cual ha dado lugar a una elevada presión de atracción sobre las cadenas poliméricas. A efectos de prevenir o soportar la elevada presión ejercida sobre las cadenas poliméricas, se puede utilizar

mezcla de soluto/disolvente sustituye el disolvente inicial presente dentro de los poros de la membrana tras cierto tiempo de inmersión (o tiempo de remojo). A continuación, el disolvente se elimina de los poros por secado y el soluto permanece como sustancia de relleno de los mismos.

Generalmente, el tipo de sustancias de relleno de los poros varía desde pequeñas moléculas orgánicas, es decir, glicerol, etilenglicol, ácido cítrico, hasta polímeros orgánicos, es decir, PVP, PEI, PVA. Sin embargo, los poros suelen colapsarse tras el secado, que da lugar a un flujo menor que el inicial.

En...

1. Procedimiento para secar una estructura de membrana

de polietersulfona porosa húmeda, caracterizado por las etapas de: proporcionar una estructura de membrana porosa húmeda; rellenar los poros de dicha estructura de membrana

porosa con una solución acuosa de CaCl2 al 16,7% sumergiéndola en dicha solución acuosa de CaCl2 durante 60 minutos a 23ºC; y

secar dicha estructura de membrana porosa a una temperatura de 50-51ºC y una humedad del 39-43% durante 24 horas mientras como mínimo una parte de dicha solución de dicha sustancia química soluble en agua en dicho disolvente orgánico o inorgánico permanece dentro de dichos poros de dicha estructura de membrana tras el secado.

2. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que dicha solución acuosa contiene un alcohol, seleccionado entre el grupo que consiste en metanol, etanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-propanol o tert-butanol.

3. Procedimiento, según las reivindicaciones 1 ó 2, en el que la estructura de membrana porosa se prepara de forma general a partir de polímeros de polietersulfona mezclados con sustancias inorgánicas.

4. Procedimiento, según las reivindicaciones 1-3, en el que dicha estructura de membrana porosa consiste en poros activos con diámetros dentro del intervalo de 1 nm a 200 nm.

5. Procedimiento, según las reivindicaciones 1-4, en el que la estructura de membrana porosa se presenta en forma de lámina plana, fibra hueca (de canal único o múltiple), o estructura tubular y similares.