Membranas capilares reforzadas y procedimiento para la fabricación de las mismas.

Un procedimiento para fabricar membranas capilares asimetricas de ultra- o microfiltracionreforzadas con un trenzado (1),

que comprende las etapas sucesivas de introducir untrenzado tubular (5) en una extrusora (7) y recubrir el trenzado con un dope, caracterizadoporque, antes de dicha etapa de recubrimiento, el trenzado se impregna con un liquido de nocoagulacion,que es un liquido que no produce coagulacion de dicho dope cuando se pone encontacto con dicho dope, en el cual el liquido de no coagulacion comprende un disolvente delpolimero incluido en el dope y una o mas sustancias seleccionadas del grupo constituido por:una sustancia de aumento de viscosidad y una sustancia que proporciona un comportamientotixotrópico al liquido.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/BE2005/000167.

Solicitante: VLAAMSE INSTELLING VOOR TECHNOLOGISCH ONDERZOEK (VITO).

Nacionalidad solicitante: Bélgica.

Dirección: BOERETANG 200 2400 MOL BELGICA.

Inventor/es: DOYEN, WILLY, BECKERS,HERMAN, DOTREMONT,CHRIS.

Fecha de Publicación: .

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.

PDF original: ES-2390960_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

MEMBRANAS CAPILARES REFORZADAS Y PROCEDIMIENTO PARA LA FABRICACIÓN DE LA MISMAS

Campo de la invención

La presente invención se refiere a membranas capilares asimétricas que están reforzadas longitudinalmente por un trenzado interno y a un procedimiento de producción de las mismas.

Estado de la técnica

Las membranas capilares semipermeables compuestas o membranas semipermeables reforzadas son conocidas. Las mismas se usan actuálmente, por ejemplo, como membranas de ultra-y micro-filtración para biorreactores de membrana (MBR) y filtración de partículas en líquidos.

El documento US-A-3676193 describe un proceso para la fabricación de una membrana tubular réforzada. El material trenzado está completamente incorporado. El proceso de fabricación se realiza con un dispositivo de moldeo. Sin embargo, un procedimiento de este tipo no es práctico para producir membranas capilares.

El documento US-A-4061821 describe una membrana semipermeable compuesta constituida por una sustancia porosa y un material de refuerzo hecho de material de fibra incorporado en la pared de la sustancia porosa.

El documento US-A-5472607, "Membrana semipermeable hueca con fibra de trenzado tubular" describe una membrana hueca de fibra, que comprende un soporte macroporoso tubular (es decir, un trenzado) recubierto por una película fina semipermeable asimétrica tubular de polímero, en el exterior de la membrana. El trenzado es tan flexible que no tiene una sección transversal circular y se colapsa con la presión radial. Los huecos del trenzado son relativamente mucho mayores que los poros de la película pero son lo suficientemente pequeños como para inhibir una penetración sustancial del dope (es decir, una disolución que comprende el material polimérico del recubrimiento) . El recubrimiento se realiza mediante un diseño único de la boquilla. El material de refuerzo se rellena parcialmente con el dope y el espesor de la película es de entre 0, 01 y 0, 1 mm. Este relleno parcial de, como máximo, un tercio del espesor es esencial porque la película no resistiría la diferencia de presión sobre la membrana sin refuerzo.

El documento US 6354444 describe una membrana hueca de fibra que comprende una película de membrana asimétrica de fuera hacia adentro soportada sobre la superficie circunferencial externa de un trenzado tubular. El trenzado tubular es macroporoso y flexible y está hecho con de 16 a 60 hebras multifilamento diferentes.

Durante la fabricación, se debe evitar que el dope penetre demasiado en el trenzado y cierre el orificio interno del trenzado. Hayano y col. (US4061821) solucionaron este problema usando un trenzado especial. En el documento US5472607 se indica que los huecos del trenzado deben ser lo suficientemente pequetlos como para inhibir la penetración sustancial de la disolución polimérica.

El documento EP-A-1321178 describe una membrana hueca de fibra reforzada con un trenzado con una capa interna que tiene una estructura esponjosa con microporos que tienen un diámetro inferior a 10 /-lm. La penetración de la película polimérica es, preferiblemente, inferior al 30% del espesor de refuerzo.

El documento WO-A-0397221A1 describe una membrana hueca de fibra que está reforzada longitudinalmente por hebras, no por un trenzado. El orificio central se forma inyectando una disolución de coagulación interna en el centro.

El documento DE-A-4025768 describe un procedimiento para producir membranas planas. Hay una estructura porosa que sirve como canal de permeado en un lado recubierta con el dope. Para evitar la penetración completa del dope y tener un mejor control de la profundidad de penetración del dope, la estructura porosa se rellena primero, total o parcialmente, con un líquido. Se indica el agua como la elección preferible para este líquido. El agua es un líquido de coagulación para las disoluciones poliméricas usadas en el dope, es decir, el dope polimérico coagula en contacto con agua, debido al hecho de que los disolventes del dope son miscibles en agua (los disolventes son extraídos del dope y el resultado es un recubrimiento polimérico solidificado) . Sin embargo, un líquido de coagulación no es una elección adecuada si se desea obtener membranas asimétricas con una estructura densa de pequeños poros sobre la piel externa del recubrimiento y poros mayores en el interior, denominadas membranas "con piel externa". En el documento DE4025768 el agua tendrá el efecto de formar una capa con doble piel, con una estructura densa cerca del soporte poroso (debido a la rápida coagulación tras el contacto con el agua presente en el soporte) , poros mayores cerca del centro del recubrimiento polimérico y, de nuevo, poros más pequeños en la superficie externa (debido al contacto con el agua del baño de coagulación) . La rápida coagulación del dope cerca del soporte poroso garantiza una buena adhesión del recubrimiento al soporte, al mismo tiempo que evita una mayor penetración del dope a través de los poros del soporte. Sin embargo, el resultado es una capa con doble piel, y no sería posible obtener una capa "con piel externa" usando el mismo procedimiento (es decir, impregnando con agua antes de aplicar el dope) .

Objetivos de la invención

La presente invención tiene por objeto proporcionar un proceso para la producción de una membrana capilar semipermeable reforzada. La invención tiene por objeto solucionar el problema indicado en la técnica anterior de excesiva penetración del dope en el trenzado, cerrando así el canal interno del trenzando, de una forma implementada, alternativa, barata y sencilla, adaptada para preparar la versión "con piel externa" de la membrana.

Resumen de la invención

La invención se refiere a un procedimiento como el descrito en las reivindicaciones adjuntas. Según la reivindicación principal, la presente invención se refiere a un procedimiento para producir membranas capilares asimétricas de ultra-o micro-filtración reforzadas con un trenzado, en concreto membranas de tipo "con piel externa", que comprende las etapas sucesivas de introducir un trenzado tubular en una extrusora y recubrir el trenzado con un dope que comprende un polímero, caracterizado porque, antes de dicha etapa de recubrimiento, el trenzado se impregna con un líquido de no-coagulación, que es un líquido que no produce la coagulación de dicho dope cuando se pone en contacto con dicho dope. El líquido de no coagulación comprende un disolvente del polímero incluido en el dope y una o más sustancias seleccionadas del grupo constituido por: una sustancia de aumento de viscosidad y una sustancia que proporciona un comportamiento tixotrópico al líquido. Dicho líquido debe tener una viscosidad suficiente para que dicho líquido permanezca en los poros del trenzado durante el proceso de recubrimiento, evitando así que los poros del trenzado y su canal interno se llenen con el dope de la membrana. Con este fin, la viscosidad del líquido se encuentra, preferiblemente, entre 0, 01 y 5 Pa.s. El exceso de dicho líquido viscoso de no coagulación se puede eliminar de la superficie externa del trenzado en la propia extrusora antes del recubrimiento con el dope.

Según una realización preferida, el canal interno formado por el trenzado tubular se rellena totalmente con el líquido de no coagulación, antes del recubrimiento. Preferiblemente, la viscosidad del líquido de no coagulación es tal que el líquido permanece en los poros del trenzado, y el canal interno, durante el proceso.

El efecto de aplicar un líquido de no coagulación antes de la etapa de recubrimiento permite, al mismo tiempo, evitar la excesiva penetración del dope a través de los poros del trenzado y obtener un recubrimiento "con piel externa" sin la necesidad de un trenzado especial o un diseño de boquilla especial en la extrusora. Tras ser aplicado al trenzado impregnado, el dope entra en contacto con el líquido de no coagulación en los poros del trenzado. El dope, por tanto, no empezará irimediatamente a coagular, sino que este proceso de coagulación empezará únicamente después de que la membrana sea introducida en el baño de agua de coagulación. Por tanto, la coagulación empezará desde el exterior hacia el interior, formando así la estructura densa deseada en la parte externa (poros pequeños) y la estructura menos densa en la parte interna (poros mayores) .

El uso de un líquido de no coagulación no es evidente en base a la... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un procedimiento para fabricar membranas capilares asimétricas de ultra-o microfiltración reforzadas con un trenzado (1) , que comprende las etapas sucesivas de introducir un trenzado tubular (5) en una extrusora (7) y recubrir el trenzado con un dope, caracterizado porque, antes de dicha etapa de recubrimiento, el trenzado se impregna con un líquido de nocoagulación, que es un líquido que no produce coagulación de dicho dope cuando se pone en contacto con dicho dope, en el cual el líquido de no coagulación comprende un disolvente del polímero incluido en el dope y una o más sustancias seleccionadas del grupo constituido por: una sustancia de aumento de viscosidad y una sustancia que proporciona un comportamiento tixotrópico al líquido.

2. El procedimiento según la reivindicación 1, en el cual la viscosidad de dicho líquido de no coagulación se encuentra entre 0, 01 Y 5 Pa.s.

3. El procedimiento según la reivindicación 1 o 2, en el cual el canal interno (8) de dicho trenzado tubular se rellena totalmente con dicho líquido de no coagulación.

4. El procedimiento de la reivindicación 1, 2 o 3, que comprende adicionalmente las etapas de una fase vapor controlada seguida de coagulación del dope en un baño de agua que tiene una temperatura en el intervalo de 40°C a 80°C y, adicionalmente, el enjuague del disolvente y los aditivos hidrosolubles y el secado.

5. El procedimiento de la reivindicación 1, 2 o 3, que comprende adicionalmente las etapas de coagulación en una mezcla de no disolvente y disolvente seguida de enjuague y secado.

6. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el cual el líquido de no coagulación es una disolución del disolvente, la sustancia de aumento de viscosidad y un no disolvente en una concentración inferior al punto en el cual empieza la coagulación del dope.

7. El procedimiento de la reivindicación 6, en el cual dicha sustancia de aumento de viscosidad comprende un polímero hidrosoluble, tal como polivinil pirrolidona (PVP) o polietilen glicol (PEO) y/o una sal hidrófila inorgánica tal como LiCl.

8. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el cual el dope comprende un disolvente orgánico, una resina polimérica y un compuesto hidrófilo.

9. El procedimiento según la reivindicación 8, en el cual dicho disolvente orgánico se selecciona del grupo constituido por N-metil pirrolidona, dimetil formamida, dimetil acetamida o una mezcla de las mismas.

10. El procedimiento según la reivindicación 8 o 9, en el cual dicha resina polimérica se selecciona del grupo constituido por polisulfona, polietersulfona, difluoruro de polivinilideno (PVDF) , poliacronitrilo, cloruro de polivinilo, poliimida, poliamidaimida y poliesterimida.

11. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en el cual dicho compuesto hidrófilo se selecciona del grupo constituido por polietilen glicol (PEG) , polivinilpirrolidona (PVP) , glicerol o una mezcla de los mismos.

12. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el cual el material del trenzado se selecciona del grupo constituido por poliamida 6/6, poliamida 12, polipropileno, polietileno, aramida y poliéster.


 

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