Composiciones curables y membranas.

Un procedimiento para preparar una membrana, que comprende aplicar una composición curable a un soporte poroso y curar la composición,

en el que la composición comprende:

a) un compuesto iónico curable;

b) un primer agente de reticulación;

c) un segundo agente de reticulación;

d) un disolvente inerte; y

e) opcionalmente, un iniciador de radicales libres;

en el que el segundo agente de reticulación tiene un punto de fusión por debajo de 80ºC.

Composiciones curables y membranas Esta invención se refiere a un procedimiento para preparar membranas, a composiciones curables adecuadas para uso en el procedimiento, y a membranas obtenibles a partir del procedimiento. Las membranas son particularmente útiles para la purificación de agua.

La purificación de agua es el proceso de eliminar sustancias químicas indeseables de agua contaminada para que el agua sea apta para bebida, o para uso en una aplicación que requiera agua ultrapura.

Existen diversas técnicas para la purificación de agua. La técnica usada depende en gran medida de las impurezas presentes en el agua, del uso final del agua purificada, y de las instalaciones de fabricación y de la infraestructura disponible. Las técnicas incluyen procedimientos químicos tales como filtración y sedimentación, procedimientos biológicos tales como filtros de arena lentos o lodo activado, procedimientos químicos tales como floculación y cloración, y el uso de radiación electromagnética para exterminar las bacterias.

Las técnicas de purificación de agua conocidas incluyen electrodesionización y electrodiálisis. Éstas usan membranas cargadas iónicamente que permiten eliminar de forma selectiva iones positivos o negativos del agua hacia el electrodo cargado opuestamente. Esto produce agua desionizada de gran pureza.

Uno de los problemas con las membranas actualmente disponibles es que permiten que pasen cantidades significativas de agua desde el lado del retentado de la membrana al lado del permeado, junto con los iones deseados. Como resultado, se reduce el rendimiento de agua pura, y aumenta el volumen de la corriente residual. Existe la necesidad de membranas cargadas iónicamente que tengan propiedades de baja permeación del agua y buena permselectividad. Además, tales membranas son deseablemente resistentes, mientras que al mismo tiempo son flexibles. Idealmente, las membranas son baratas y capaces de ser producidas en masa.

El documento WO 2011/073639 describe la preparación de membranas a partir de composiciones curables. Los agentes de reticulación usados en los Ejemplos son sólidos que tienen puntos de fusión elevados. También, las membranas ejemplificadas tuvieron una permselectividad por debajo de 90, siendo en el mejor de los casos 91, 0.

A fin de mejorar la resistencia de una membrana, se puede optar por incluir más reticulador en la composición curable. Sin embargo, la adición de más reticulador implica una reducción en la cantidad de componente curable iónico, y por lo tanto una disminución indeseable de la permselectividad de la membrana. Además, muchos agentes de reticulación, por ejemplo los usados en los Ejemplos del documento WO 2011/073639, tienen baja solubilidad, y esto impone una limitación práctica en la cantidad del agente de reticulación que se puede incluir en la composición curable. Es posible incrementar la cantidad de disolvente inerte presente en una composición curable a fin de asegurarse de que todos los componentes curables se disuelven. Sin embargo, el incremento de la cantidad de disolvente inerte puede crear en algunos casos una membrana más débil que tiene permselectividad reducida, debido a que las moléculas de disolvente ocupan espacio durante la polimerización, y este espacio permite que la membrana polimerizada resultante se hinche más con el uso. La presente invención busca abordar la dificultad de proporcionar membranas resistentes, producibles en masa, que tengan tanto buena permselectividad como una baja permeación de agua.

El documento WO 2010/007399 describe la preparación de membranas para un problema técnico diferente, el de producir electricidad a partir del mezclamiento de agua de mar y agua dulce. Las membranas ejemplificadas se prepararon curando composiciones que comprenden uno o dos agentes de reticulación. Las composiciones que comprenden dos agentes de reticulación no comprendieron compuestos iónicos o un disolvente inerte. El ejemplo CC4 contenía dos agentes de reticulación, uno de los cuales tuvo un punto de fusión por debajo de 80ºC (SR259) . Sin embargo, las membranas resultantes tuvieron bajas permselectividades; por ejemplo, el Ejemplo CC4 tuvo una permselectividad de 84, 0 solamente.

Según un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento para preparar una membrana, que comprende aplicar una composición curable a un soporte poroso y curar la composición, en el que la composición comprende:

a) un compuesto iónico curable;

b) un primer agente de reticulación;

c) un segundo agente de reticulación;

d) un disolvente inerte; y e) opcionalmente, un iniciador de radicales libres;

en el que el segundo agente de reticulación tiene un punto de fusión por debajo de 80ºC.

Excepto cuando se señale de otro modo, las referencias a "% en peso" en esta memoria descriptiva son con respecto al peso total de la composición curable.

En este documento (incluyendo sus reivindicaciones) , el verbo "comprender" y sus conjugaciones se usan en un sentido no limitante para querer decir que están incluidos los términos que siguen a cada palabra, pero los términos no mencionados específicamente no están excluidos. Además, la referencia a un elemento mediante el artículo indefinido "un" o "una" no excluye la posibilidad de que esté presente más de uno de los elementos, excepto que el contexto requiera claramente que haya uno y solamente uno de los elementos. El artículo indefinido "un" o "una" significa de este modo habitualmente "al menos uno".

En esta memoria descriptiva, los puntos de fusión se miden a una presión de 100 kPa.

El compuesto iónico curable comprende un grupo aniónico o un grupo catiónico. Dependiendo del pH de la composición, estos grupos pueden estar parcial o totalmente en forma salina. El compuesto iónico curable se puede hacer curable mediante la presencia de uno o más (preferiblemente uno y solamente uno) grupos etilénicamente insaturados.

Los compuestos aniónicos curables preferidos comprenden un grupo ácido, por ejemplo un grupo sulfo, carboxi y/o fosfato. Preferiblemente, el compuesto aniónico curable comprende un grupo sulfo. Las sales preferidas son sales de litio, de amonio, de sodio y de potasio, y mezclas que comprenden dos o más de las mismas.

Los ejemplos de compuestos iónicos curables que comprenden un grupo aniónico incluyen ácido acrílico, acrilato de beta-carboxietilo, ácido maleico, anhídrido de ácido maleico, ácido vinilsulfónico, acrilamida fosfonometilada, (2carboxietil) acrilamida, ácido 2- (met) acrilamido-2-metilpropanosulfónico, mezclas que comprenden dos o más de los mismos, y sus sales.

Los compuestos catiónicos curables preferidos comprenden un grupo amonio cuaternario. Los ejemplos de tales grupos incluyen cloruro de (3-acrilamidopropil) trimetilamonio, cloruro de 3-metacrilamidopropiltrimetilamonio, cloruro de (ar-vinilbencil) trimetilamonio, cloruro de (2- (metacriloiloxi) etil) trimetilamonio, cloruro de [3 (metacriloilamino) propil]trimetilamonio, cloruro de (2-acrilamido-2-metilpropil) trimetilamonio, cloruro de 3-acrilamido3-metilbutiltrimetilamonio, cloruro de acriloilamino-2-hidroxipropiltrimetilamonio, cloruro de N- (2aminoetil) acrilamidatrimetilamonio, y mezclas que comprenden dos o más de los mismos.

Preferiblemente, la composición comprende 20 a 80% en peso, más preferiblemente 25 a 70% en peso, especialmente 30 a 65% en peso, de componente a) .

Preferiblemente, la cantidad total de agentes de reticulación presentes en la composición es de 10% en peso a 80% en peso, más preferiblemente 15% en peso a 75% en peso, especialmente 17 a 70% en peso. En una realización preferida, la cantidad total de agentes de reticulación presentes en la composición es de 5 o 10 a 60% en peso, más preferiblemente 15 a 50% en peso u 8 a 45% en peso, especialmente 17 a 40% en peso. Para otra realización preferida, la cantidad total de agentes de reticulación presentes en la composición es al menos 17% en peso, más preferiblemente al menos 20% en peso, especialmente al menos 20, 5% en peso.

En contraste con el segundo agente de reticulación, el punto de fusión del primer agente de reticulación no es crítico para la presente invención, y puede ser 80ºC, por debajo de 80ºC o por encima de 80ºC.

Los agentes de reticulación tienen preferiblemente cada uno de forma independiente dos a seis grupos etilénicamente insaturados, más preferiblemente dos o tres, especialmente dos grupos etilénicamente insaturados.

Los grupos etilénicamente insaturados preferidos son grupos (met) acrílicos, más preferiblemente grupos (met) acrilato o (met) acrilamida, especialmente grupos acrílicos, por... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para preparar una membrana, que comprende aplicar una composición curable a un soporte poroso y curar la composición, en el que la composición comprende: a) un compuesto iónico curable; b) un primer agente de reticulación; c) un segundo agente de reticulación; d) un disolvente inerte; y

e) opcionalmente, un iniciador de radicales libres; en el que el segundo agente de reticulación tiene un punto de fusión por debajo de 80ºC.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que el primer agente de reticulación comprende al menos dos grupos acrílicos, y el segundo agente de reticulación comprende al menos dos grupos acrílicos.

3. Un procedimiento según la reivindicación 1 o 2, en el que el primer agente de reticulación comprende al menos dos grupos acrilamida.

4. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el compuesto iónico curable comprende un grupo acrilamida.

5. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el compuesto iónico curable comprende un grupo iónico seleccionado de amonio cuaternario, sulfo, fosfato y carboxi.

6. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la composición comprende menos de 25% en peso de componente d) .

7. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la cantidad total de agentes de reticulación presentes en la composición es al menos 17% en peso.

8. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la composición comprende además f) una sal no curable.

9. Un procedimiento según la reivindicación 8, en el que la sal no curable se selecciona de cloruro de litio, bromuro de litio, nitrato de litio, yoduro de litio, clorato de litio, tiocianato de litio, hidróxido de litio, tiocianato de amonio, cloruro de amonio, yoduro de amonio, nitrato de amonio, cloruro de sodio, bromuro de sodio, nitrato de sodio, tiocianato de sodio, nitrato de calcio, tiocianato de calcio, bromuro de calcio, cloruro de magnesio, bromuro de magnesio, nitrato de magnesio, tiocianato de magnesio, tiocianato de potasio, clorato de potasio, y mezclas que comprenden dos o más de tales sales.

10. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el disolvente inerte comprende menos de 30% en peso de disolvente orgánico inerte, y cualquier disolvente inerte que queda es agua.

11. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la composición comprende:

1) 20 a 80% en peso de compuesto o compuestos iónicos curables;

2) 5 a 60% en peso de agentes de reticulación; y 3) 5 a 45% en peso de disolvente o disolventes inertes;

en el que la composición comprende al menos dos agentes de reticulación, y el contenido de agente o agentes de reticulación que tienen un punto de fusión por debajo de 80ºC es 2 a 25% en peso.

12. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la composición se cura usando luz ultravioleta.

13. Una membrana obtenible mediante un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

14. Una composición curable que comprende:

1) 20 a 80% en peso de compuesto o compuestos iónicos curables;

2) 5 a 60% en peso de agentes de reticulación; y 3) 5 a 45% en peso de disolvente o disolventes inertes;

en la que la composición comprende al menos dos agentes de reticulación, y el contenido de agente o agentes de reticulación que tienen un punto de fusión por debajo de 80ºC es 2 a 25% en peso.

15. Una unidad de electrodiálisis o de electrodiálisis inversa, un módulo de electrodesionización, un módulo de electrodesionización continua, un condensador de circulación continua, una pila de combustible, un aparato de diálisis por difusión, un módulo de destilación sobre membrana o un montaje de electrodo de membrana, 18