Método para preparar una membrana de material compuesto de poliamida.

Un método para preparar una membrana de material compuesto de poliamida que comprende un soporte poroso y una capa de poliamida de película fina,

en donde el método comprende la etapa de aplicar un monómero de amina polifuncional y un monómero de haluro de acilo polifuncional a una superficie del soporte poroso y polimerizar de manera interfacial los monómeros para formar una capa de poliamida de película fina, en donde el método se caracteriza por incluir al menos una de las siguientes etapas:

i) llevar a cabo la polimerización en la interfaz en presencia de un monómero adicional que comprende un monómero alifático de C2-C20 diferente de los anteriormente mencionados monómeros de amina polifuncional y de haluro de acilo y que comprende además al menos un grupo funcional ácido carboxílico o sal del mismo y un único grupo funcional reactivo con amina, y en donde el monómero adicional y el monómero de haluro de acilo polifuncional se aplican a partir de una disolución no-polar común en una relación molar de desde 0,0001:1 a 1:1; y

ii) aplicar a un monómero adicional que comprende un monómero alifático de C2-C20 diferente de los anteriormente mencionados monómeros de amina polifuncional y de haluro de acilo polifuncional y que además comprende al menos un grupo funcional ácido carboxílico o sal del mismo y un único grupo funcional reactivo con amina a la capa de poliamida de película fina y en donde el monómero adicional se aplica a partir de una disolución no polar a una concentración de 0,5 a 5 % en peso/volumen.

Método para preparar una membrana de material compuesto de poliamida CAMPO:

La presente invención está dirigida en general hacia los métodos para la preparación de membranas de material compuesto de poliamida.

INTRODUCCIÓN:

Las membranas de material compuesto de poliamida se usan en una variedad de separaciones de fluidos. Una clase común de membranas incluye un soporte poroso revestido con una capa de poliamida de "película fina". La capa de película fina se puede formar por una reacción de policondensación en la interfaz entre monómeros de amina polifuncional (por ejemplo, m-fenilendiamina) y de haluro de acilo polifuncional (por ejemplo, cloruro de trimesoilo) que se revisten secuencialmente sobre el soporte a partir de disoluciones inmiscibles, véase por ejemplo el Documento de Patente de los EE UU, de número US 4.277.344 de Cadotte. Para mejorar el rendimiento de la membrana se pueden añadir varios componentes a una o ambas de las disoluciones del revestimiento. Por ejemplo, el Documento de Patente de los EE UU, de número US 4.259.183 de Cadotte describe el uso de combinaciones de monómeros de haluro de acilo b¡ y tri-funcionales, por ejemplo, cloruro de ¡softaloílo o cloruro de tereftaloilo con cloruro de trimesoilo. El Documento de Patente de los EE.UU. de número US 6.878.278 de Mickols describe la adición de una amplia gama de agentes complejantes a la disolución de haluro de acilo del revestimiento, que incluye varias especies que contienen fósforo. El Documento de Patente de los EE.UU. de número US 211/4955 describe la adición de restos derivados de haluros de sulfonilo, sulfinilo, sulfenilo, sulfurilo, fosforilo, fosfonilo, fosfinilo, tiofosforilo, tiofosfonilo y carbonilo. El Documento de Patente de los EE.UU. de número US 6.521.13 describe la adición de un ácido carboxílico (por ejemplo, ácidos carboxílicos alifáticos y aromáticos) o éster de ácido carboxílico a una o ambas disoluciones de monómero del revestimiento antes de la polimerización. Del mismo modo, los Documentos de Patente de los EE.UU. de números US 6.24.873, US 5.989.426, US 5.843.351 y US 5.576.57 describen la adición de alcoholes, éteres, cetonas, ésteres, hidrocarburos halogenados, compuestos que contienen nitrógeno y compuestos que contienen azufre seleccionados con parámetros de solubilidad de 8 a 14 (cal/cm3)1/2 a una de las disoluciones del revestimiento. El Documento de Patente de los EE UU, de número US 29/17922 describe la adición de diversos "reactivos de finalización de cadena" una o ambas disoluciones del revestimiento, por ejemplo, 1,3 propano sultona, cloruro de benzoilo, 1,2-bis (bromoacetoxi) etano, etc. Los Documentos de Patente de los EE.UU. de números US 4.66.943 y US 6.46.626 describen la formación de una poliamina de película fina usando una amina polifuncional y un haluro de acilo polifuncional junto con un haluro de ácido anhídrido polifuncional (por ejemplo, cloruro de ácido anhídrido trimetílico). Los Documentos de Patente de los EE UU, de números US 29/272692, US 21/62156 y US 211/5997, y los Documentos de Patente de números WO 29/129354, WO 21/12326 y WO 21/12327 describen el uso de diversos haluros de acilo polifuncionales y sus correspondientes homólogos parcialmente hidrolizados. El Documento de Patente de los EE UU, de número US 4.812.27 de Cadotte describe el tratamiento posterior de la membrana con ácido fosfórico. El Documento de Patente de los EE.UU. de número US 5582725 describe un tratamiento posterior similar con un haluro de acilo tal como cloruro de benzoilo.

RESUMEN:

La presente Invención es como se establece en las reivindicaciones que se acompañan.

La Invención Incluye un método para la preparación una membrana de material compuesto de poliamida que comprende las etapas de aplicar un monómero de amina polifuncional y un monómero de haluro de acilo a una superficie de un soporte poroso y pollmerizar de manera interfacial los monómeros para formar una capa de poliamida de película fina. El método incluye además al menos una de las siguientes etapas: i) llevar a cabo la polimerización en la interfaz en presencia de un monómero adicional que comprende un monómero alifático de Cr- C2 diferente de los anteriormente mencionados monómeros de amina polifuncional y de haluro de ácido y que además comprende al menos un grupo funcional ácido carboxílico o sal del mismo y un único grupo funcional reactivo con amina, y en donde el monómero adicional y el monómero de haluro de ácido polifuncional se aplican a partir de una disolución no polar común en una relación molar de desde ,1:1 a 1:1; y/o ¡i) aplicar tal monómero adicional a la capa de poliamida de película fina y en donde el monómero adicional se aplica a partir de una disolución no polar a una concentración de ,5 % a 5 % en peso/volumen. La invención incluye muchas realizaciones adicionales.

DESCRIPCIÓN DETALLADA:

La Invención no está limitada particularmente a un tipo, construcción o forma específica de membrana de material compuesto o aplicación. Por ejemplo, la presente Invención es aplicable a membranas de poliamida de lámina plana, tubular y de fibra hueca adecuadas en una variedad de aplicaciones que Incluyen separaciones de fluidos por osmosis forzada (OF), osmosis inversa (OI), nano-flltraclón (NF), ultra-filtración (UF) y micro-filtración (MF). Sin embargo, la Invención es particularmente útil para membranas diseñadas para separaciones de OI y NF. Las membranas de materiales compuestos para OI son relativamente impermeables a prácticamente todas las sales

disueltas y rechazan típicamente más de aproximadamente el 95 % de las sales con iones monovalentes tales como el cloruro de sodio. Las membranas de material compuesto para OI también rechazan típicamente más de aproximadamente el 95 % de las moléculas inorgánicas así como moléculas orgánicas con pesos moleculares mayores de aproximadamente 1 Dalton. Las membranas de material compuesto para NF son más permeables que las membranas de materiales compuestos para OI y rechazan típicamente menos de aproximadamente el 95 % de las sales con iones monovalentes mientras que rechazan más de aproximadamente el 5 % (y a menudo más del 9 %) de las sales con iones divalentes - dependiendo de la especie de ion divalente. Las membranas de material compuesto para NF también rechaza típicamente partículas en la gama de nanómetros así como moléculas orgánicas con pesos moleculares mayores de aproximadamente 2 a 5 Dalton.

Ejemplos de membranas de material compuesto de poliamida incluyen las membranas del tipo FT-3 de FilmTec Corporación, es decir, una membrana de material compuesto de lámina plana que comprende una capa inferior (lado posterior) de una red de soporte no tejida (por ejemplo, tejido de malla de PET), una capa intermedia de un soporte poroso con un espesor típico de aproximadamente 25-125 pm y una capa superior (lado frontal) que comprende una capa de poliamida de película fina con un espesor típicamente menor que aproximadamente 1 micrómetro, por ejemplo de ,1 micrómetro a 1 micrómetro, pero más comúnmente de aproximadamente ,1 a ,1 pm. El soporte poroso es típicamente un material polimérico con tamaños de poro que son de tamaño suficiente para permitir esencialmente el paso sin restricciones del permeado pero no son lo bastante grandes para interferir con el soporte de una capa de poliamida de película fina formada sobre el mismo. Por ejemplo, el tamaño de poro del soporte oscila preferiblemente de aproximadamente ,1 a ,5 pm. Ejemplos no limitantes de soportes porosos incluyen los preparados de: polisulfona, poliéter sulfona, poliimida, poliamida, polieterimida, poliacrilonitrilo, poli(metacrilato de metilo), polietileno, polipropileno y diversos polímeros halogenados tales como poli(fluoruro de vinilideno). Para aplicaciones de OI y NF, el soporte poroso proporciona resistencia pero ofrece poca resistencia al flujo del fluido debido a su relativamente elevada porosidad.

Debido a su relativa delgadez, la capa de poliamida se describe en términos de su cobertura de revestimiento o de carga en el soporte poroso, por ejemplo de aproximadamente 2 a 5. mg de poliamida por metro cuadrado de área de superficie de soporte poroso y más preferiblemente de aproximadamente 5 a 5 mg/m2 La capa de poliamida se prepara preferiblemente por una reacción de policondensación en la interfaz entre un monómero de amina polifuncional y un monómero de haluro de acilo polifuncional sobre la superficie del soporte poroso como se describe en los Documentos de Patente de los EE.UU. de números US 4.277.344 y US 6.878.278. Más específicamente, la capa de membrana de poliamida se puede preparar polimerizando de manera interfacial un monómero de amina polifuncional con un monómero de haluro... [Seguir leyendo]

1. Un método para preparar una membrana de material compuesto de poliamida que comprende un soporte poroso y una capa de poliamida de película fina, en donde el método comprende la etapa de aplicar un monómero de amina polifuncional y un monómero de haluro de acilo polifuncional a una superficie del soporte poroso y polimerizar de

manera interfacial los monómeros para formar una capa de poliamida de película fina, en donde el método se caracteriza por incluir al menos una de las siguientes etapas:

i) llevar a cabo la polimerización en la interfaz en presencia de un monómero adicional que comprende un monómero alifático de C2-C2 diferente de los anteriormente mencionados monómeros de amina polifuncional y de haluro de acilo y que comprende además al menos un grupo funcional ácido carboxílico o

sal del mismo y un único grupo funcional reactivo con amina, y en donde el monómero adicional y el

monómero de haluro de acilo polifuncional se aplican a partir de una disolución no-polar común en una relación molar de desde ,1:1 a 1:1; y

ii) aplicar a un monómero adicional que comprende un monómero alifático de C2-C2 diferente de los anteriormente mencionados monómeros de amina polifuncional y de haluro de acilo polifuncional y que

además comprende al menos un grupo funcional ácido carboxílico o sal del mismo y un único grupo

funcional reactivo con amina a la capa de poliamida de película fina y en donde el monómero adicional se aplica a partir de una disolución no polar a una concentración de ,5 a 5 % en peso/volumen.

2. El método de la reivindicación 1, en donde el grupo funcional reactivo con amina se selecciona de: haluro de acilo, anhídrido, isocianato y epoxi.

3. El método de la reivindicación 1, en donde el monómero adicional comprende un único grupo funcional ácido

carboxílico.

4. El método de la reivindicación 1, en donde el monómero adicional es un compuesto alicíclico.

5. El método de la reivindicación 1, en donde el monómero adicional es un compuesto acíclico.

6. El método de la reivindicación 1, en donde el monómero adicional está representado por la Fórmula (III):

Formula (III):

A-V

°

en donde X es un halógeno y n es un número entero de 1 a 1.

7. El método de la reivindicación 1, en donde el monómero adicional se selecciona de: ácido 4-(clorocarbonil) butanoico; ácido 5-(clorocarbonil) pentanoico; ácido 6-(clorocarbonil) hexanoico; ácido 7-(clorocarbonil) heptanoico; ácido 8-(clorocarbonil) octanoico; ácido 9-(clorocarbonil) nonanoico y ácido 1-(clorocarbonil) decanoico.

8. El método de la reivindicación 1, en donde el monómero adicional está representado por al menos una de las

Fórmulas (IV y V):

Formula (IV): Formula (V):

en donde X es un halógeno.

9. El método de la reivindicación 1, en donde la etapa de la aplicación de los monómeros polifuncionales a la 35 superficie del soporte poroso comprende aplicar una disolución polar que comprende el monómero de amina polifuncional y una disolución no polar que comprende el monómero de haluro de acilo polifuncional; y en donde la disolución no polar comprende además el monómero adicional.