Método para preparar una membrana de poliamida de material compuesto.

Un método para preparar una membrana de poliamida de material compuesto 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 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) realizar la polimerización interfacial en presencia de un monómero adicional diferente a los monómeros de amina polifuncional y haluro de ácido mencionados anteriormente y que comprende un resto aromático sustituido con un único grupo funcional ácido carboxílico o sal del mismo y un único grupo funcional reactivo con aminas, y en donde el monómero adicional y el monómero de haluro de ácido polifuncional se aplican desde una disolución no polar común en una relación molar de 0,0001:1 a 1:1; y

ii) aplicar monómero adicional diferente a los monómeros de amina polifuncional y haluro de ácido mencionados anteriormente y que comprende un resto aromático sustituido con un único grupo funcional ácido carboxílico o sal del mismo y un único grupo funcional reactivo con aminas a la capa de poliamida de película fina, y en donde el monómero adicional se aplica desde una disolución no polar a una concentración de 0,5 a 5% peso/volumen;

en donde el grupo funcional reactivo con aminas se selecciona de: haluro de acilo, anhídrido, isocianato y epoxi.

Método para preparar una membrana de poliamida de material compuesto Campo

La presente invención está dirigida de manera general a métodos para preparar membranas de poliamida de material compuesto.

Introducción

Las membranas de poliamida de material compuesto se usan en diversas 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 pollcondensaclón interfacial entre monómeros de amina polifuncional (p.ej. m-fenilendiamina) y haluro de adío polifuncional (p.ej. cloruro de trimesoílo) que son revestidos secuencialmente sobre el soporte desde disoluciones Inmiscibles, véase por ejemplo la patente de EE.UU. 4.277.344 de Cadotte. Se pueden añadir diversos constituyentes a una o ambas de las disoluciones de revestimiento para mejorar el rendimiento de la membrana. Por ejemplo, la patente de EE.UU. 4.259.183 de Cadotte describe el uso de combinaciones de monómeros de haluro de acilo b¡- y trl-funcionales, p.ej. cloruro de isoftaloílo o cloruro de tereftaloílo con cloruro de trimesoílo. La patente de EE.UU. 6.878.278 de Mickols describe la adición de un amplio intervalo de agentes acomplejantes a la disolución de revestimiento de haluro de acilo, que incluyen diversas especies que contienen fósforo. El documento US 211/4955 describe la adición de restos derivados de haluros de sulfonilo, sulfinilo, sulfenllo, sulfurllo, fosforita, fosfonllo, fosfinilo, tiofosforilo, tiofosfonilo y carbonita. La patente de EE UU. 6.521.13 describe la adición de un ácido carboxíllco (p.ej. ácidos carboxílicos alifáticos y aromáticos) o éster de ácido carboxílico a una o más disoluciones de revestimiento monoméricas antes de la polimerización. De manera similar, las patentes de EE.UU. 6.24.873, 5.989.426, 5.843.351 y 5.576.57 describen la adición de alcoholes, éteres, cetonas, ésteres, hidrocarburos halogenados, compuestos que contienen nitrógeno y compuestos que contienen azufre seleccionados que tienen parámetros de solubilidad de 8 a 14 (cal/cm3)1/2 a una de las disoluciones de revestimiento. El documento 29/17922 describe la adición de diversos "reactivos de taponación de cadena" a una o ambas disoluciones de revestimiento, p.ej. 1,3 propanosultona, cloruro de benzoílo, 1,2- bis(bromoacetoxi)etano, etc. Las patentes de EE.UU. 4.66.943 y 6.46.626 describen la formación de una película fina de poliamida usando una amina polifuncional y haluro de acilo polifuncional junto con un haluro de anhídrido de ácido polifuncional (p.ej. cloruro de acilo de anhídrido trimelítico). Los documentos US 29/272692, US 21/62156, US 211/5997, 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. La patente de EE.UU. 4.812.27 de Cadotte describe el post-tratamiento de la membrana con ácido fosfórico. La patente de EE.UU. 5.582.725 describe un post-tratamiento similar con un haluro de acilo tal como cloruro de benzoílo.

Compendio

La presente invención es como se expone en las reivindicaciones acompañantes.

La invención incluye un método para preparar una membrana de poliamida de material compuesto que comprende las etapas de aplicar monómeros de amina polifuncional y haluro de acilo a una superficie de un soporte poroso y polimerizar de manera interfacial tas monómeros para formar una capa de poliamida de película fina. El método Incluye además al menos una de las siguientes etapas: i) realizar la polimerización interfacial en presencia de un monómero adicional diferente a tas monómeros de amina polifuncional y haluro de ácido mencionados anteriormente y que comprende un resto aromático sustituido con un único grupo funcional ácido carboxílico o sal del mismo y un único grupo funcional reactivo con aminas, y en donde el monómero adicional y el monómero de haluro de ácido polifuncional se aplican desde una disolución no polar común en una relación molar de ,1:1 a 1:1; y/o ¡i) aplicar tal monómero adicional a la capa de poliamida de película fina, en donde el monómero adicional se aplica desde una disolución no polar a una concentración de ,5 a 5% peso/volumen, en donde el grupo funcional reactivo con aminas se selecciona de: haluro de acilo, anhídrido, isocianato y epoxl. La Invención Incluye muchas realizaciones adicionales.

Descripción detallada

La Invención no está limitada particularmente a un tipo, construcción o forma específicos de membrana de material compuesto o aplicación. Por ejemplo, la presente invención es aplicable a membranas de poliamida de lámina plana, tubulares y de fibra hueca útiles en diversas aplicaciones, que incluyen separaciones de fluidos por osmosis directa (OF), osmosis inversa (OI), nanofiltración (NF), ultrafiltración (UF) y microfiltración (MF). Sin embargo, la invención es particularmente útil para membranas diseñadas para separaciones por OI y NF. Las membranas de material compuesto de OI son relativamente impermeables a virtualmente todas las sales disueltas, y típicamente rechazan más de alrededor del 95% de las sales que tienen iones monovalentes tales como el cloruro de sodio. Las membranas de material compuesto de RO también rechazan típicamente más de alrededor del 95% de moléculas Inorgánicas así como moléculas orgánicas con pesos moleculares mayores que aproximadamente 1 Dalton. Las membranas de material compuesto de NF son más permeables que las membranas de material compuesto de OI, y típicamente rechazan menos que aproximadamente 95% de las sales que tienen Iones monovalentes, mientras que

rechazan más que aproximadamente 5% (y a menudo más que 9%) de las sales que tienen Iones dlvalentes - dependiendo de la especie de ión divalente. Las membranas de material compuesto de NF también rechazan típicamente partículas en el rango de nanómetros, así como moléculas orgánicas que tienen pesos moleculares mayores de aproximadamente 2 a 5 Dalton.

Los ejemplos de membranas de poliamida de material compuesto incluyen membranas de tipo FilmTec Corporation FT-3, es decir, una membrana de material compuesto de lámina plana que comprende una capa inferior (cara trasera) de una hoja soporte no tejida (p.ej. gasa de PET), una capa media de un soporte poroso que tiene un grosor típico de aproximadamente 25-125 pm y una capa superior (cara frontal) que comprende una capa de poliamida de película fina que tiene un grosor típicamente menor que aproximadamente 1 micrómetro, p.ej. de ,1 micrómetros a 1 micrómetro, pero más comúnmente de aproximadamente ,1 a ,1 pm. El soporte poroso es típicamente un material polimérico que tiene tamaños de poro que son de suficiente tamaño para permitir esencialmente el paso sin restricciones de permeado pero no lo bastante grande para interferir con el puenteado sobre 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 hechos de: polisulfona, poliéter sulfona, poliimida, poliamida, polieterimida, poliacrilonitrilo, poli(metacrilato de metilo), polietileno, polipropileno, y diversos polímeros halogenados tales como fluoruro de polivinilideno. Para aplicaciones de OI y NF, el soporte poroso proporciona fuerza pero ofrece poca resistencia al flujo de fluidos debido a su relativamente alta porosidad.

Debido a su delgadez relativa, la capa de poliamida se describe a menudo en términos de su cobertura de revestimiento o carga sobre el soporte poroso, p.ej. de aproximadamente 2 a 5. mg de poliamida por metro cuadrado de área superficial de soporte poroso, y más preferiblemente de aproximadamente 5 a 5 mg/m2 La capa de poliamida se prepara preferiblemente mediante una reacción de policondensación interfacial entre un monómero de amina polifuncional y un monómero de haluro de acilo polifuncional sobre la superficie del soporte poroso como se describe en las patentes de EE.UU. 4.277.344 y 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 haluro de acilo polifuncional, (en donde cada término pretende hacer referencia tanto al uso de una especie única como múltiples especies), sobre al menos una superficie de un soporte poroso. Como se emplea en la presente memoria, el término "poliamida" se refiere a un polímero en el que los enlaces de amida (-C(O)NH-) ocurren a lo largo de la cadena molecular. Los monómeros de amina polifuncional y haluro de acilo polifuncional se aplican al soporte poroso, lo más comúnmente, por medio de una etapa de revestimiento desde la disolución,... [Seguir leyendo]

1. Un método para preparar una membrana de poliamida de material compuesto 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 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) realizar la polimerización interfacial en presencia de un monómero adicional diferente a los monómeros de amina polifuncional y haluro de ácido mencionados anteriormente y que comprende un resto aromático sustituido con un único grupo funcional ácido carboxílico o sal del mismo y un único grupo funcional reactivo con aminas, y en donde el monómero adicional y el monómero de haluro de ácido polifuncional se aplican desde una disolución no polar común en una relación molar de ,1:1 a 1:1; y

ii) aplicar monómero adicional diferente a los monómeros de amina polifuncional y haluro de ácido mencionados anteriormente y que comprende un resto aromático sustituido con un único grupo funcional ácido carboxílico o sal del mismo y un único grupo funcional reactivo con aminas a la capa de poliamida de película fina, y en donde el monómero adicional se aplica desde una disolución no polar a una concentración de ,5 a 5% peso/volumen;

en donde el grupo funcional reactivo con aminas se selecciona de: haluro de acilo, anhídrido, isocianato y epoxi.

2. El método de la reivindicación 1, en donde el grupo funcional reactivo con aminas es un haluro de acilo.

3. El método de la reivindicación 1, en donde el monómero adicional se representa por la Fórmula (III):

en donde Z es un grupo funcional seleccionado de: haluro de acilo, anhídrido, isocianato y epoxi.

4. El método de la reivindicación 1, en donde el monómero adicional se selecciona de al menos uno de: cloruro de 3- carboxibenzoílo y cloruro de 4-carboxibenzoílo.

5. El método de la reivindicación 1, en donde el monómero adicional se representa por la Fórmula (IV):

6. El método de la reivindicación 1, en donde el monómero adicional se selecciona de al menos uno de: anhídrido 4- carboxiftálico y anhídrido 5-carboxiftálico, y sales de los mismos.

7. El método de la reivindicación 1, en donde la etapa de aplicar los monómeros polifuncionales a la 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.

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