Membrana asimétrica de separación de líquidos que comprende un soporte de trenza tubular (31) que comprende hilos resinosos sintéticos tejidos con un miembro de película de polímero apoyado sobre la superficie exterior de la misma,

caracterizado porque el hilo se teje de manera que dicha trenza tiene una longitud precontraída por calor estable que se encuentra en el intervalo de aproximadamente el 1% al 20% inferior a su longitud no contraída y una permeabilidad al aire inferior a 10 cm 3 /sec/cm 2 a 1.378 kPa, teniendo la trenza un espesor de pared inferior a tres veces el diámetro del hilo a partir del cual se teje dicha trenza, siendo la orientación del hilo helicoidal

Campo de la Invención

La presente invención se refiere a un soporte tubular trenzado para una película de polímero que funciona como una membrana semipermeable asimétrica en aplicaciones de microfiltración (MF) y ultrafiltración. El tubo trenzado es de apenas de mm de diámetro exterior y se basa en la película de polímero para empapar el producto de membrana de fibras con gran flujo sostenible junto con una resistencia a la abrasión suficiente de manera que una madeja de fibras (también denominado “módulo”) se puede utilizar en una aplicación de filtración comercial durante varios meses sin la formación de orificios.

Antecedentes de la invención

La patente de los Estados Unidos Nº 5.472.607 concedida a Mailvaganam Mahendran y col. divulga una membrana semipermeable de fibras huecas en la cual un soporte macroporoso tubular es revestido superficialmente en su superficie exterior por una película fina de polímero, más preferiblemente de difluoruro de polivinilideno. La trenza tubular es flácida pero otros detalles de la estructura de la trenza no se especifican. Por ejemplo, el efecto de las características del material que forma la trenza no se conoce; tampoco es el efecto de una sección transversal que no era perfectamente circular, es decir, que tiene una forma de cilindro” sustancialmente inferior a 1,0. El término “forma de cilindro” (a veces denominada “redondez”) se refiere a la medida de perfección con la que la sección transversal circular del soporte tubular coincide con la geometría de un verdadero círculo dibujado para corresponder con el diámetro medio de la trenza, siendo una coincidencia perfecto 1,0. Por lo tanto no se conocía en ese momento la medida de cristicidad con la que las características físicas de una trenza preferida se referían al rendimiento de una membrana de fibras huecas usando la trenza.

En una trenza comercialmente disponible, hecha con equipo de tranzado convencional de hilo comercialmente disponible, había numerosas “roturas” en la fibra; también acumulaciones de filamentos rotos, denominados pelusa, trenzada en la pared cilíndrica de la trenza dio como resultado puntos débiles en la película de polímero revestida sobre la superficie; y filamentos rotos, denominados “patillas”, que sobresalen de la superficie de la trenza tubular, que dieron como resultado dominios de polímero demasiado espesos que se concentraron alrededor de los bigotes; y cuando el dominio no era demasiado espeso, los bigotes tiene tendencia a producir orificios.

Además, si la urdimbre abierta de la trenza proporcionó bien una porosidad de trenza demasiado elevada o demasiado porosa al medirse con la resistencia al flujo de aire, la membrana de fibras formada no se podía usar en una instalación comercial. Demasiado abierta una urdimbre daba como resultado que la trenza estuviese empotrada, es decir, encerrada por y fijada firmemente en el polímero que también se infiltra en el orificio de la trenza; de este modo, demasiado abierta una urdimbre da como resultado una permeabilidad muy reducida. Demasiado prieta una urdimbre da como resultado que el polímero no se ancle suficientemente bien en la superficie; esto incrementa la probabilidad de que, en servicio, la película de polímero se pele desde la trenza. En operación el flujo fue excelente, las partes de la película de polímero se encontraron que algunas veces se habían pelado cuado las fibras se habían retrolavado con agua limpia u otro medio fluido, bien agua o permeato a presión; o partes de la película se “arrancaron” de la superficie de las fibras cuando sus orificios fueron impulsados con airea presión. Incluso con la mejor trenza producida en condiciones controladas, la contracción durante el uso en un medio acuoso varaba de manera impredecible. Este dio como resultado fibras tensas que se ensuciaban prematuramente porque eran incapaces de desplazase lo suficiente para permanecer limpias o se rozan entre sí. Si están demasiado tensas, las fibras se rompen antes de ensuciarse, o se desgarran de la resina de encapsulado en la cabecera. Particularmente, porque es esencial para un mejor rendimiento, y para despojarse de los contaminantes de las superficies de las membranas de fibras huecas, que una madeja de fibras opere con fibras "flojas", la estructura de la trenza necesita para sobrevivir giros repetitivos, y no se sabía qué característica(s) física(s) de la trenza era propicia para tal supervivencia. Una forma de cilindro inferior a 0,8 daba como resultado una película de polímero con las variaciones inaceptables de espesor que dan como resultado falta de uniformidad de flujo y zonas que se ensuciaban demasiado fácilmente.

El objetivo para conseguir una gran fuerza llevaba a elegir un hilo de alta resistencia, por ejemplo, de vidrio, aramida o cualquier otro material de alto módulo, para beneficiarse de su alta resistencia y estabilidad. Por ejemplo, una trenza tejida de multifilamentos de vidrio, tiene una extensión máxima insignificante a la rotura, inferior al 5%, y es esencialmente no contraible. Sin embargo, en la práctica, las fibras trenzadas tejidas con hilos de alto módulo estable no son deseables, ya que proporcionan una adherencia inadecuada de la película a la superficie de la trenza, atribuida a la recuperación insignificante de humedad de estas fibras, y cuando está mojada, la trenza es demasiado frágil para un servicio prolongado. En particular, no se sabía que un cierto intervalo de recuperación de humedad en el material de la trenza era esencial para un funcionamiento óptimo de las membranas de fibras huecas recubierta con una película de polímero hidrofílico y opera en un medio acuoso o alcohólico. La recuperación de humedad es el porcentaje de humedad en un material textil puesto en equilibrio con una atmósfera normal después de un secado parcial, calculado como un porcentaje del peso libre de humedad.

El objetivo de anclar de manera no amovible la película de polímero, y conseguir un "punto de burbujeo" alto en una membrana sin defectos (tales como orificios) no se identifico en la patente 5.472.607'607 porque los factores que afectaron al objetivo no se conocían. El "punto de burbujeo" se refiere a la presión bajo la cual una corriente de aire se escapa por los poros más grandes de una pared de una membrana libres de defectos que tiene un flujo deseado. Además, la importancia de la estabilidad de la estructura de la trenza durante la operación, en particular el efecto de la contracción, no se conocía.

Sumario de la invención

Se ha descubierto que algunas características físicas de una trenza tubular son fundamentales para la formación de una microfiltración o ultrafiltración deseable de fibras huecas, es decir, membrana de separación de líquido que es estable y fuerte, aunque, tiene una vida útil esencialmente sin problemas y una permeabilidad aceptable deseablemente alta.

Por lo tanto, un objeto general de esta invención es proporcionar un soporte de trenza tubular para una membrana asimétrica, tejida a partir de hilo sintético con filamentos resinosos sintéticos esencialmente insoluble en el disolvente en el que se disuelve el polímero formador de membrana, teniendo la trenza una longitud precontraida por calor estable que se encuentra en el intervalo de aproximadamente entre el 1% y el 20% inferior a su longitud no contraída, preferiblemente de manera que, independientemente del material que forma las fibras, cuando la trenza precontraida se estira longitudinalmente, tiene que "ceder", es decir, la extensión a la rotura de al menos el 10%, preferiblemente en el intervalo del 10% al 30%, y, más preferiblemente alrededor del 20%. Un objeto específico de esta invención es proporcionar una trenza tubular precontraida por calor con los modelos especificados, empleando los soportes que llevan los hilos que tienen un número determinado de filamentos, extremos, denier, y pasadas, en condiciones que controlan la porosidad (medida como permeabilidad al aire) de la trenza, sirviendo tal porosidad controlada para anclar no amoviblemente una película de polímero a la superficie de la trenza tubular. La presente invención proporciona una membrana de separación de líquidos asimétrica que comprende un soporte de trenza tubular que comprende fibras sintéticas resinosa tejidas que tienen un miembro de película polimérica apoyado en la superficie exterior de la misma, caracterizada porque el hilo se teje de manera que dicha trenza tiene una longitud precontraída por calor estable que se encuentra en el intervalo de aproximadamente el 1% al 20%... [Seguir leyendo]

1. Membrana asimétrica de separación de líquidos que comprende un soporte de trenza tubular (31) que comprende hilos resinosos sintéticos tejidos con un miembro de película de polímero apoyado sobre la superficie exterior de la misma, caracterizado porque el hilo se teje de manera que dicha trenza tiene una longitud precontraída por calor estable que se encuentra en el intervalo de aproximadamente el 1% al 20% inferior a su longitud no contraída y una permeabilidad al aire inferior a 10 cm3/sec/cm2 a 1.378 kPa, teniendo la trenza un espesor de pared inferior a tres veces el diámetro del hilo a partir del cual se teje dicha trenza, siendo la orientación del hilo helicoidal.

2. Membrana de la reivindicación 1, en la que dicha trenza estirada longitudinalmente tiene una extensión a la rotura de al menos el 10%.

3. Membrana de la reivindicación 1 , 0'2 en la cual dicha trenza es tejida con entre 16 y 60 portabobinas, utilizando cada uno hilo multifilamento de 150 a 500 deniers, estando cada multifilamento constituido por 25 a 750 filamentos, siendo cada filamento de 0,5 a 7 deniers, comprendiendo dicho hilo entre 1 y 3 extremos multifilamento.

4. Membrana de la reivindicación 3, en la cual dicha trenza tiene entre 30 a 45 pasadas /cruces/ 2,54 cm).

5. Membrana de la reivindicación 4, en la cual dichos filamentos se forman a partir de una resina sintética seleccionada en el grupo que consiste en poliéster, poliamida, poliolefina, poliamina, poliuretano, polisulfona y acetato de celulosa.

6. Membrana de la reivindicación 5, en la cual dicha trenza tiene un espesor de pared comprendido en el intervalo de 0,2 mm a menos de tres veces el espesor de dicho hilo.

7. Membrana de la reivindicación 5, en la cual dicha resina sintética se selecciona en el grupo que consiste en poliéster y poliamida, dicha trenza tiene una resistencia suficiente para presentar una carga de ruptura de al menos 227 N.

8. Membrana de la reivindicación 7, en la cual dicha trenza tiene un diámetro interior superior a 0,5 mm, un diámetro exterior inferior a 3 mm y un espesor de pared en el intervalo de 0,2 mm a aproximadamente 1,0 mm.