Membranas capilares.

Una membrana capilar (1) que comprende un trenzado tubular (5) y un recubrimiento polimérico (4) dispuestoalrededor de dicho trenzado,

teniendo dicho recubrimiento poros internos con un tamaño de poro que es menor en eldiámetro exterior (3) del recubrimiento y aumenta hacia el diámetro interior (2), en la que dicho recubrimiento (4)está dispuesto en intimo contacto con dicho trenzado (5), de forma que la superficie interior del recubrimiento siguetodas las irregularidades de la superficie exterior (2) del trenzado, sin penetración sustancial de dicho recubrimiento(4) en dicho trenzado ,en el que el trenzado tubular (5) es un cordón hueco retorcido con un diámetro externo en elintervalo de entre 0,5 mm y 5 mm y caracterizado porque el trenzado tubular (5) está hecho de filamentos.

Membranas capilares Campo de la invención La presente invención se refiere a membranas capilares asimétricas que están reforzadas longitudinalmente por un trenzado.

Estado de la técnica

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

El documento US6354444 se refiere a una membrana asimétrica que comprende una pelicula tubular de polímero y soportada por una malla trenzada tubular hecha de hebras de filamentos múltiples.

El documento US-A-3676193 describe un procedimiento para la fabricación de una membrana tubular reforzada. El material trenzado está completamente incorporado. El procedimiento 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 de los dedos. Los huecos del trenzado son relativamente mucho mayores que los poros de la pellcula 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 pellcula 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.

Durante la fabricación, se debe evitar que el dope penetre demasiado en el trenzado y cierre el orificio interno del trenzado. Hayano y col. (documento US4061821) solucionaron este problema usando un trenzado especial. En el documento US5472607 se indica que los huecos del trenzado deben ser lo suficientemente pequeños 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 J.lm. La penetración de la pelicula pOlimérica es, preferentemente, 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 liquido. Se indica el agua como la elección preferente para este liquido. 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 extraidos del dope y el resultado es un recubrimiento polimérico solidificado) . Sin embargo, un liquido 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 efedo 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 memoria descriptiva describe cómo proporcionar un procedimiento para la producción de una membrana capilar semi permeable reforzada. La memoria descriptiva describe cómO 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.

Sumario de la invención La memoria descriptiva describe un procedimiento para producir membranas capilares asimétricas de ultra-o microfiltración reforzadas con un trenzado, en concreto membranas de tipo "con piel externa", que comprende las etapas sucesivas de extraer un trenzado tubular de una extrusora y recubrir el trenzado con un dope que, preferentemente, comprende un polímero, caracterizado porque, antes de dicha etapa de recubrimiento, el trenzado se impregna con un liquido de no coagulación, que es un liquido que no produce la coagulación de dicho dope cuando se pone en contacto Con dicho dope. Dicho liquida deberia tener una viscosidad suficiente para que dicho liquido permanezca en los poros del trenzado durante el procedimiento de recubrimiento, evitando asi que los poros del trenzado y su canal interno se llenen con el dope de la membrana. Con este fin, la viscosidad del liquido se encuentra, preferentemente, entre 0, 01 y 5 Pa·s. El exceso de dicho liquido viscoso de no coagulación se puede eliminar de la superfide externa del trenzado en la propia extrusora antes del recubrimiento con el dope.

Según una realización preferente, el canal interno formado por el trenzado tubular se rellena totalmente con el liquido de no coagulación, antes del recubrimiento. Preferentemente, la viscosidad del liquido de no coagulación eS tal que el liquido permanece en los poros del trenzado, y el canal interno, durante el procedimiento.

El efecto de aplicar un Ii quido de no coagulación antes de la etapa de recubrimiento permite, al mismo tiempo, evar 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 inmediatamente a coagular, sino que este procedimiento 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 técnica anterior disponible. En el ámbito de las membranas tubulares no se conoce la impregnación del trenzado con ningún líqUido con el fin de evitar la penetración del dope. Solo se describe el uso de agua con este fin en el ámbito de las membranas planas (documento DE4025768) . El uso de un liquido de no coagulación en una membrana plana plantearia inmediatamente cuestiones respecto a la adhesión del polímero al soporte poroso, cuestiones que serían aplicables también a soportes tubulares. Adicionalmente, en la descripción se demuestra que. en el caso de un trenzado lubular, recubierto según la invención. el recubrimiento queda dispuesto en íntimo contacto alrededor de la superficie externa del trenzado sin penetrar realmente en el trenzado. El contacto es tal que la superficie interna del recubrimiento sigue el contorno de la superficie externa del trenzado, incluyendo las fibras retorcidas... [Seguir leyendo]

1. Una membrana capilar (1) que comprende un trenzado tubular (5) y un recubrimiento polimérico (4) dispuesto alrededor de dicho trenzado, teniendo dicho recubrimiento poros internos con un tamaño de poro que es menor en el diámetro exterior (3) del recubrimiento y aumenta hacia el diámetro interior (2) , en la que dicho recubrimiento (4) está dispuesto en intimo contacto con dicho trenzado (5) , de forma que la superficie interior del recubrimiento sigue todas las irregularidades de la superficie exterior (2) del trenzado, sin penetración sustancial de dicho recubrimiento (4) en dicho trenzado , en el que el trenzado tubular (5) es un cordón hueco retorcido con un diámetro externo en el intervalo de entre 0, 5 mm y 5 mm y caracterizado porque el trenzado tubular (5) está hecho de filamentos.

2. La membrana capilar de la reivindicación 1, en la que el recubrimiento está firmemente dispuesto alrededor del trenzado (5) , formando la superficie interna del recubrimiento un negativo de la superficie exterior (2) del trenzado.

3. La membrana capilar de la reivindicación 1 o 2, en la que el material trenzado se seleccionad del grupo constituido por poliamida 6/6, poliamida 12, polipropileno, polietileno, aramida y poliéster.

4. La membrana capilar de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el recubrimiento comprende una resina polimérica seleccionada del grupo constituido por polisulfona, poliétersulfona, poli (difluoruro de vinilideno) , pOliacronijrilO, poli (doruro de vinilo) . poliimida, poliamideimida y poliesterimida.

5. La membrana capilar de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que se puede obtener por un procedimiento que comprende las etapas sucesivas de sacar un trenzado tubular (5) a través de una extrusora (7) y recubrir el trenzado (5) con un dope, y en el que antes de dicha etapa de recubrimiento, se impregna el trenzado con un liquido de no coagulación, que es un liquido que nO provoca la coagulación de dicho dope, al ponerlo en contacto con dicho dope.

6. La membrana capilar de la reivindicación 5, en la que en dicho procedimiento el liquido de no coagulación comprende un disolvente para el polímero comprendido en el dope y una o más sustancias seleccionadas del grupo que consiste en: una sustancia de aumento de la viscosidad y una sustancia que proporciona un comportamiento tixotrópico al liquido.