Un método para producir una membrana microporosa asimétrica, que comprende:

moldear la membrana a partir de una disolución de material precursor de membrana de manera que se forma una membrana asimétrica monocapa o una membrana asimétrica multicapa con un lado tupido y un lado abierto y un gradiente de porosidad entre ellos;

aumentar la porosidad superficial del lado tupido de la membrana

a) fijando el punto de rocío en un área cerca de la superficie del lado tupido de la membrana recién moldeada a una temperatura que varía de 1,67ºC (35ºF) a 29,44ºC (85ºF); y/o

b) fijar la concentración de sólidos de laca a la capa de la membrana multicapa dispuesta en el lado tupido a una concentración que varía de 8-15% antes de moldear la membrana;

de manera que la porosidad superficial del lado tupido de la membrana asimétrica resultante medida por porcentaje de área fraccionada es aproximadamente 16.

Membrana asimétrica de alto rendimiento y método para aumentar la porosidad superficial de un lado tupido de una membrana asimétrica

Campo

En general, la presente invención se refiere a métodos de producción de membranas microporosas asimétricas y, más en particular, membranas asimétricas que tienen una microestructura superficial reticulada aumentando la porosidad superficial de un lado tupido de una membrana asimétrica.

Antecedentes

Las membranas asimétricas - en uso durante muchos años - se caracterizan por tener el tamaño de poro de la membrana que varía como una función de la situación en el espesor de la membrana. La membrana asimétrica más usual tiene una estructura de gradiente, en la que el tamaño de poro aumenta gradual y continuamente desde una superficie (denominada frecuentemente lado "tupido") a la otra (denominada frecuentemente lado "abierto") . Estas membranas se valoran porque tienen un flujo mayor que las membranas simétricas comparables. Cuando se usan en la configuración con su lado de poros mayores en aguas arriba, estas membranas tienen mayor rendimiento en muchos casos en comparación con las membranas simétricas comparables. Ver el documento Pat. U.S. No.

4.261.834 concedido a D.M. de Winter el 14 de Abril de 1981. Las membranas asimétricas se usan en una variedad de aplicaciones tales como filtración de alimentos y bebidas, fabricación farmacéutica y biofarmacéutica, filtración de laboratorio, filtración de agua y similares. Se conocen membranas asimétricas basadas en sulfotas aromáticas tales como polietersulfonas y son capaces de usarse a temperaturas elevadas y en condiciones muy ácidas y básicas.

Todas las membranas asimétricas tienen una región superficial densa, espesa, o en muchos casos una piel formada sobre una superficie y que se extiende algo en su profundidad, por ejemplo una superficie tupida. Ver el documento U.S. Pat. No. 4.629.563 concedido a W. Wrasidlo el 16 de Diciembre de 1986. La superficie densa y/o piel se puede ver mediante el uso de microfotografías. La superficie densa se muestra como una película superficial densa continua con una miríada de poros dispersos. La piel se puede ver en microfotografías de sección transversal como una capa densa que se extiende en el espesor de la membrana. Ver el documento Pat. U.S. No. 4.629.563.

Más recientemente se ha producido una membrana asimétrica multicapa. Ver el documento Publicación Internacional PCT No. WO 01/89673. Esta membrana está formada por dos o más capas que se co-moldean simultáneamente a partir de dos o más disoluciones diferentes de material precursor de membrana. Se pueden formar estructuras asimétricas únicas con las membranas de esta invención.

Aunque la mayor parte de las membranas asimétricas funcionan satisfactoriamente en agua o disoluciones acuosas, tienden a obstruirse prematuramente y tienen mal rendimiento con corrientes viscosas o sobrecargadas, incluso cuando se usan en la configuración preferida con el lado abierto en aguas arriba. Tales corrientes son relativamente usuales y pueden incluir diversas corrientes alimentarias tales como jarabes y productos azucarados, corrientes de suero como se usan en preparaciones biofarmacéuticas o de laboratorio, o sangre, plasma y otros productos sanguíneos.

A la vista de lo anterior, hay una necesidad de una membrana con rendimiento y flujo altos, adecuada para filtrar rápidamente grandes volúmenes de fluido, por ejemplo fluidos viscosos.

Sumario

La presente invención proporciona un método para producir una membrana microporosa asimétrica como se define en la reivindicación 1, que incluye aumentar la porosidad superficial de un lado tupido de la membrana asimétrica. Las realizaciones preferidas del método se definen en las reivindicaciones dependientes.

En ciertas realizaciones la presente invención se dirige a producir una membrana asimétrica microporosa formada por una o más capas, donde el lado "tupido" de la membrana tiene una superficie reticulada "abierta" o muy porosa, estando dicha superficie configurada para favorecer un rendimiento alto en comparación con membranas asimétricas previamente descritas. La membrana asimétrica microporosa tiene alto rendimiento y alto flujo, incluso cuando se usa para fluidos viscosos tales como suero o plasma. En otras realizaciones la invención se refiere a un método para producir una membrana asimétrica que comprende una superficie tupida modificada. La superficie tupida modificada se puede modificar para proporcionar una estructura porosa más abierta sobre la superficie tupida en comparación con una membrana similar sin una superficie tupida modificada. La superficie tupida se puede modificar alterando o ajustando condiciones durante el procedimiento de moldeo o tratarla con un agente apropiado después del procedimiento de moldeo.

La invención proporciona un método para aumentar la porosidad superficial de un lado tupido de una membrana asimétrica, que comprende una o más de las etapas siguientes: a) ajustar el punto de rocío cerca de la superficie de una membrana asimétrica recién moldeada; b) ajustar la concentración de sólidos de laca antes de moldear la membrana.

Aunque la presente invención no se destina a limitarse a cualquier teoría usada en su explicación, se cree que la superficie reticulada muy porosa puede proporcionar comparativamente más aberturas para fluir, y puede proporcionar mayor interconexión entre diferentes poros de la estructura, reduciendo por tanto la tendencia de los poros a obturar completamente.

Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1A muestra una microfotografía de una membrana asimétrica "sin piel" en sección transversal de acuerdo con la técnica anterior.

La Figura 1B muestra la superficie tupida de la membrana de la Figura 1A de acuerdo con la técnica anterior. La Figura 2A muestra una microfotografía de una sección transversal de una membrana asimétrica bicapa, similar a una producida de acuerdo con la presente invención.

La Figura 2B muestra la superficie tupida de la membrana de la Figura 2A, modificada de acuerdo con la presente invención. La Figura 3 es una gráfica de los tiempos de flujo de las membranas del Ejemplo 1. La Figura 4 es una gráfica del flujo de las membranas del Ejemplo 1. La Figura 5 es una gráfica de los tiempos de flujo de las membranas del Ejemplo 2.

La Figura 6 es una gráfica del flujo de las membranas del Ejemplo 2. La Figura 7 muestra una microfotografía de la superficie tupida de una membrana con superficie de baja porosidad de acuerdo con la técnica anterior.

La Figura 8 muestra una microfotografía de la superficie tupida de una membrana con superficie de baja porosidad de acuerdo con la técnica anterior, tras ser modificada superficialmente por las técnicas de la presente invención.

La Figura 9 es una gráfica de los datos de poros vecinos más cercanos. La Figura 10 muestra una microfotografía de la superficie tupida de una membrana de acuerdo con la técnica anterior.

La Figura 11 muestra una microfotografía de la superficie tupida de una membrana similar a una producida de acuerdo con la presente invención.

La Figura 12 es una gráfica que representa los datos descritos en el Ejemplo 7. La Figura 13 muestra SEM (microscopía electrónica de barrido) de dos superficies tupidas de una membrana. La membrana representada a la izquierda (12) se preparó con 11% de una Laca Superior y la membrana a la derecha (06) se preparó con 13, 5% de una Laca Superior.

La Figura 14 son SEMs que comparan superficies tupidas de membranas moldeadas bajo condiciones variables de punto de rocío. La Figura 15 es una gráfica que compara punto de burbuja frente a tiempo de flujo para membranas que tienen superficies modificadas bajo condiciones variables de humedad y temperatura. La Figura 16 es una gráfica de punto de burbuja IPA en función del tiempo de flujo del agua. La Figura 17 son microfotografías que muestran el efecto de la humedad sobre la estructura de poro del lado tupido de membranas asimétricas.

Descripción Detallada

Ciertas membranas asimétricas microporosas tienen una "piel" formada sobre su lado tupido. Ver por ejemplo el documento Pat. U.S. No. 4.629.563. Las que no tienen la "piel" tienen frecuentemente una "superficie de tipo piel" con una superficie tupida de porosidad reducida. Las Figuras 1A y 1B - ilustrativas de tal técnica anterior - muestran microfotografías... [Seguir leyendo]

1. Un método para producir una membrana microporosa asimétrica, que comprende:

moldear la membrana a partir de una disolución de material precursor de membrana de manera que se forma una membrana asimétrica monocapa o una membrana asimétrica multicapa con un lado tupido y un lado abierto y un gradiente de porosidad entre ellos;

aumentar la porosidad superficial del lado tupido de la membrana a) fijando el punto de rocío en un área cerca de la superficie del lado tupido de la membrana recién moldeada a una temperatura que varía de 1, 67º C (35º F) a 29, 44º C (85º F) ; y/o b) fijar la concentración de sólidos de laca a la capa de la membrana multicapa dispuesta en el lado tupido a una concentración que varía de 8-15% antes de moldear la membrana;

de manera que la porosidad superficial del lado tupido de la membrana asimétrica resultante medida por porcentaje de área fraccionada es aproximadamente 16.

2. El método de la reivindicación 1, en el que el punto de rocío se fija a una temperatura que varía de 1, 67º C (35º F) a 15, 55º C (60º F) .

3. El método de la reivindicación 2, en el que el punto de rocío se fija a una temperatura de aproximadamente 2, 78º C (37º F) o aproximadamente 12, 22º C (54º F) .

4. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el material precursor de membrana se elige de PVDF, nailons, poliamidas, poliimidas, polietersulfonas, polisulfonas, poliarilsulfonas, PVC, PET, policarbonatos, celulosa, celulosa regenerada, ésteres de celulosa, poliestirenos, polieterimidas, polímeros acrílicos, polímeros metacrílicos, copolímeros de polímeros acrílicos o metacrílicos, o mezclas de cualquiera de los anteriores.

5. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la membrana se forma de manera que el lado tupido de la membrana asimétrica resultante tiene una distancia media entre poros de aproximadamente 0, 4 micras.

6. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la membrana se forma de manera que el lado tupido de la membrana asimétrica resultante tiene una medida de brillo de aproximadamente:

a) 9, 5 a un ángulo de luz de 60º ;

b) 64 a un ángulo de luz de 85º ;

c) 1, 6 o menos a un ángulo de luz de 20º .

7. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la membrana se forma de manera que la membrana asimétrica resultante tiene un tiempo de flujo de suero, normalizado respecto al punto de burbuja, menor que aproximadamente 2, 9x10-4 s/Pa (2 s/psi) que se puede determinar de acuerdo con el siguiente procedimiento de prueba aplicado a un disco de muestra de 47 mm de la membrana:

- realizar una prueba de tiempo de flujo con una disolución de suero de prueba obtenida de 1 litro de suero de bovino fetal, 133, 7 g (1 frasco) de medio Dubelco Modified Eagle, 37 g de bicarbonato sódico, 100 ml de disolución Hepes y 10 l de agua desionizada,

- aplicar un vacío de 54182, 21 Pa (16 pulgadas de Hg) a una membrana microporosa asimétrica de muestra y medir el tiempo de flujo en segundos requerido para filtrar 500 ml de la disolución de suero de prueba por medio de la membrana microporosa asimétrica de muestra,

- medir el punto de burbuja del agua en la membrana microporosa asimétrica de muestra en 6894, 75 Pa (1 psi) , y

- dividir el tiempo de flujo medido por el punto de burbuja medido.

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