ES2274533T3 - Capilar semipermeable asi como proceso y un aparato para su fabricacion. - Google Patents
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Abstract
CAPILAR SEMIPERMEABLE QUE COMPRENDE UNA PARED TUBULAR SEMIPERMEABLE, COMPUESTA DE MATERIAL EN FORMA DE MEMBRANA. EL CAPILAR COMPRENDE ADEMAS UNA CAPA TUBULAR DE REFUERZO, COMPUESTA DE AL MENOS UNA CINTA ALARGADA QUE SE CONVIERTE EN UNA FORMA TUBULAR Y EN LA QUE, AL MENOS LOS BORDES LONGITUDINALES, SE SOLAPAN MUTUAMENTE, ESTANDO UNIDA LA CAPA DE REFUERZO A LA PARED Y LAS PARTES MUTUAMENTE SOLAPADAS DE LA CINTA, SE UNEN POR MEDIO DEL MATERIAL EN FORMA DE MEMBRANA.
Description
Capilar semipermeable así como un proceso y un
aparato para su fabricación.
La presente invención concierne a un capilar
semipermeable que comprende una pared tubular semipermeable hecha de
un material formador de membrana.
En el documento
DE-A-22 36 226 se describe un
capilar semipermeable de este tipo. En dicho documento se describe
un capilar compuesto en su totalidad por una solución de polímero
hilada. Dicha solución de polímero hilada se pone en contacto con
un líquido coagulante. En función de la dirección del flujo del
líquido coagulante a través de la pared, se produce una piel muy
densa en el interior o en el exterior, mientras que en el otro lado
se produce una estructura porosa. La piel densa hace la función de
capa de membrana semipermeable y la estructura porosa, de material
de soporte.
Una desventaja de dicho capilar conocido
consiste en que es débil, dada su falta de refuerzo. En
consecuencia, la pared semipermeable puede deteriorarse con
rapidez. A fin de fortalecer dicho capilar, se puede incrementar el
grosor de la pared, pero esto también incrementa sensiblemente la
resistencia al flujo, con lo que la capacidad de filtración
disminuye considerablemente.
El objeto de la presente invención es
proporcionar un capilar tubular semipermeable reforzado en el que se
eliminen dichas desventajas.
De acuerdo con la presente invención, este
objeto se consigue según la reivindicación 1, en la que el capilar
comprende además una capa tubular de refuerzo compuesta por al menos
una cinta alargada convertida a forma tubular, y de la que al menos
los bordes longitudinales se superponen entre sí, uniéndose al mismo
tiempo la capa de refuerzo a la pared, y juntándose las secciones
de cinta que se superponen entre sí gracias al material formador de
membrana. Por lo tanto, el capilar comprende ventajosamente una
pared semipermeable fortalecida mediante una capa de refuerzo. Para
conseguir una fuerza determinada, el grosor de las paredes puede
seguir siendo ventajosamente pequeño, con lo que la capacidad de
filtración puede seguir siendo elevada. Además de formar la pared
semipermeable de refuerzo, el material formador de membrana
desempeña otra función: junta las secciones de cinta que se
superponen entre sí. El capilar de acuerdo con la presente invención
es barato y su fabricación es rápida y sencilla.
La cinta del capilar semipermeable de acuerdo
con la presente invención tiene una estructura abierta de cohesión
que está contenida, preferiblemente por completo, en el material
formador de membrana. La estructura abierta de cohesión de la capa
de refuerzo sirve para fortalecer el material formador de membrana.
La capa de refuerzo está enganchada por completo en el material
formador de membrana y, en consecuencia, la unión entre la capa de
refuerzo y la pared es muy fuerte. La pared no se separa rápidamente
de la capa de refuerzo ni se deteriora rápidamente en el caso de
que se produzca cualquier tipo de deformación del capilar. La unión
fuerte es particularmente ventajosa para el enjuague a
contracorriente para limpiar el capilar, puesto que la dirección del
flujo de la pared semipermeable y de la capa de refuerzo se
invierte en relación con la que se tiene durante su uso. El
material de cinta se puede componer, por ejemplo, de una tira de
material no tejido, tejido, tricotado o trenzado.
Dado que, de acuerdo con la invención, al menos
los bordes longitudinales de la cinta o cintas convertidos a forma
tubular se superponen entre sí, la unión entre las secciones de
cinta que se superponen entre sí se forma ventajosamente gracias al
propio material formador de membrana. Es virtualmente imposible, en
el caso de los capilares, pegar o soldar las secciones de cinta que
se superponen entre sí, ya que la pieza necesaria para ello, que se
tiene que alojar en la capa tubular de refuerzo, tendría una masa
demasiado pequeña para dichos diámetros de tubo tan pequeños.
Además, pegar o soldar reduciría considerablemente la velocidad de
fabricación. Asimismo, en el caso de la unión de acuerdo con la
invención, la costura de unión es a su vez semipermeable, lo que
mantiene la superficie efectiva de membrana semipermeable a un nivel
óptimo y ofrece la posibilidad de realizar una costura de unión
ancha para obtener una unión fuerte. Esto contrasta con las
junturas usadas al pegar o al soldar, que suelen ser impenetrables
y, por lo tanto, se realizan lo más estrechas posible. De manera
ventajosa, el diámetro interior del capilar es menor o igual a 5 mm.
En consecuencia, se puede
\hbox{obtener una superficie muy
grande de pared semipermeable reforzada para cada m ^{3} de
volumen.}
Cabe destacar que el documento
GB-A-2 289 634 describe una membrana
tubular semipermeable soportada. En este caso, la membrana
comprende una capa de soporte tubular hecha de un material de
poliéster no tejido y una capa fina de membrana aplicada sobre la
misma. En esta estructura, la capa de soporte tubular está formada
a partir de una cinta alargada, estando los bordes longitudinales
soldados entre sí mediante soldadura ultrasónica. En este caso, no
se trata de ningún capilar y la técnica descrita en este documento
no se puede aplicar fácilmente a capilares.
Asimismo cabe destacar que los documentos
JP-A-54089980 y
JP-A-54087681 describen membranas
tubulares semipermeables en las que, en una primera etapa, se
impregna y coagula un material formador de membrana, mientras que,
en una segunda etapa, se suministra material formador de membrana en
secciones de borde de cinta para su unión. Sin embargo, este método
de dos etapas provoca una discontinuidad en la posición de la
unión.
Asimismo cabe destacar que los documentos
JP-A-55129108 y
EP-A-0 362 917 describen membranas
tubulares formadas a partir de dos capas de materiales de refuerzo
unidas mediante un material que también forma una membrana
permeable. No obstante, las dos capas de materiales de refuerzo ya
están en forma tubular cuando se unen entre sí.
El solapamiento de acuerdo con la presente
invención es mayor o igual a 90º. En consecuencia, se obtiene una
unión muy fuerte entre las secciones de cinta que se superponen
entre sí. Aumentando aún más el solapamiento, haciéndolo en
particular mayor o igual a 360º, no sólo se obtiene una unión muy
fuerte sino también una capa tubular de refuerzo muy rígida hecha a
partir de una pluralidad de capas.
Asimismo es posible dotar a la pared
semipermeable de una capa superior apta para la nanofiltración y/o
la ósmosis inversa. Un método posible para hacerlo es mojar el
capilar semipermeable tal como se ha descrito anteriormente, con
una solución acuosa de una amina escogida adecuadamente, tras lo
cual se pone el capilar en contacto con un haluro ácido escogido
adecuadamente y disuelto en un disolvente orgánico inmiscible en
agua, por ejemplo hexano, para así formar una capa superior de
poliamida apta para la ósmosis inversa y/o la nanofiltración
mediante polimerización de superficie de unión. De esta manera se
obtiene una realización ventajosa del capilar semipermeable
reforzado, que tiene la capacidad de resistir las presiones
existentes durante la nanofiltración o la ósmosis inversa.
La presente invención también concierne a un
método de fabricación de un capilar semipermeable según las
reivindicaciones 4 y 5, y también a un dispositivo para la
realización de dicho método según cualquiera de las reivindicaciones
6 a 8.
La invención se explica con mayor detalle
haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 es una vista en sección transversal
de un primer ejemplo de realización de un capilar semipermeable de
acuerdo con la presente invención;
la figura 2 es una vista de un segundo ejemplo
de realización análoga a la figura 1;
la figura 3 es una vista de un tercer ejemplo de
realización análoga a la figura 1;
la figura 4 es una vista de un cuarto ejemplo de
realización análoga a la figura 1;
la figura 5 ilustra esquemáticamente un
dispositivo para realizar un método de acuerdo con la presente
invención, y
la figura 6 ilustra en detalle ampliado una
variante del dispositivo ilustrado en la figura 5.
La figura 1 ilustra un capilar semipermeable de
acuerdo con la presente invención, que comprende una capa tubular
de refuerzo con una pared semipermeable 2 en su interior hecha de
material formador de membrana. Dicha capa de refuerzo tiene una
estructura abierta de cohesión y está formada por una cinta 1
convertida a forma tubular. Dicha cinta 1 convertida a forma
tubular se superpone a sí misma a un ángulo de aproximadamente 90º.
De acuerdo con la invención, la estructura abierta de cohesión de la
capa de refuerzo está totalmente contenida en el material formador
de membrana con el que también se forma la pared semipermeable 2.
Como resultado de dicha contención, no sólo se refuerza el capilar
y se forma una unión fuerte entre la capa de refuerzo y la pared
semipermeable 2, sino que se obtiene ventajosamente una unión
simultánea entre las secciones de cinta que se superponen entre sí.
De este modo, la pared semipermeable forma una fase continua con la
capa de refuerzo, con lo que se obtiene un capilar reforzado.
La figura 2 ilustra un capilar similar al de la
figura 1. La capa de refuerzo se forma de nuevo mediante una cinta
3 convertida a forma tubular. Sin embargo, en este caso el
solapamiento es de aproximadamente 360º y la pared semipermeable 4
está prevista en el exterior. Como consecuencia de un solapamiento
tan grande, la capa de refuerzo está hecha de dos capas a lo largo
de toda la sección. La estructura abierta de cohesión de la capa de
refuerzo está también contenida en el material formador de membrana.
De este modo, se obtienen un capilar muy rígido y una unión muy
fuerte entre las secciones de cinta que se superponen entre sí.
En la variante ilustrada en la figura 3, la capa
de refuerzo está formada por dos cintas 5, 6 que se han convertido
a una forma tubular conjunta. Esta vez la pared semipermeable 7 está
prevista en el exterior. El solapamiento entre las dos cintas 5, 6
vuelve a ser de aproximadamente 90º para ambos bordes
longitudinales.
La figura 4 ilustra un capilar similar al de la
figura 3. La capa de refuerzo vuelve a estar formado por dos cintas
8, 9 convertidas a forma tubular. Sin embargo, el solapamiento es
completo en este caso y la pared semipermeable 10 está prevista
tanto en el interior como en el exterior. De la misma manera que en
la figura 2, la capa de refuerzo está hecha de dos capas a lo largo
de toda la sección.
La presente invención no se limita a los
ejemplos de realización del capilar ilustrados en las figuras 1 a
4. Por ejemplo, el solapamiento puede ser más grande o más pequeño,
pero siempre mayor o igual a 90º. La capa de refuerzo también puede
formarse a partir de más de dos cintas.
El material formador de membrana está compuesto,
en particular, de una solución de polímero que se coagula en un
líquido coagulante, tal como agua, pero también puede estar
compuesto, por ejemplo, de un polímero que contiene aceite que se
coagula como consecuencia de la reducción de temperatura. La
solución de polímero puede formarse a partir de polisulfona,
fluoruro de polivinilideno, polietersulfona, poliacrilonitrilo o
cualquier otro polímero adecuado para formar la pared
semipermeable. La capa de refuerzo se forma mediante al menos una
cinta que se convierte a forma tubular y puede estar hecha de un
material de lana fibroso no tejido, un material tricotado, un
material tejido o un material trenzado, o bien cualquier otro
material adecuado para formar la capa de refuerzo que tiene una
estructura abierta de cohesión. El diámetro interior de los
capilares de acuerdo con la presente invención está preferiblemente
comprendido entre 1 y 5 mm.
La figura 5 ilustra un dispositivo adecuado para
la fabricación en continuo de un ejemplo de realización de un
capilar semipermeable reforzado de acuerdo con la invención, en el
que la capa de refuerzo se forma mediante una cinta que se
convierte a forma tubular y tiene una estructura abierta de
cohesión. En el dispositivo, la cinta 11 se hace pasar a través de
una cámara de perfilado 12. La cinta alargada 11 se suministra a
partir de un rollo y se muestra en vista lateral en la parte
superior de la figura 5, es decir, vista a lo largo de su borde
longitudinal. La cámara de perfilado 12 comprende una parte cónica
13 y una parte tubular 14. Dado que la cinta se mueve hacia abajo
en la parte cónica 13, que se estrecha progresivamente, la cinta 11
inicialmente plana se enrolla hasta adoptar una forma tubular. La
cinta 11 se enrolla de tal modo que al menos sus bordes
longitudinales se superponen entre sí. Durante el enrollamiento, la
cinta 11 se impregna de un material 20 formador de membrana. Dado
que dicha impregnación se efectúa a la vez que el enrollado, en
particular el material formador de membrana situado entre las
secciones de cinta que se superponen entre sí se hace pasar a
través de la estructura abierta de cohesión, con lo que dicha
estructura se impregna por completo de dicho material. A tal
efecto, la parte cónica 13 se llena de material 20 formador de
membrana, suministrado a través de un conducto 21. De manera
ventajosa, el material 20 formador de membrana hace la función de
lubricante durante el enrollamiento de la cinta 11. A continuación,
la capa tubular de refuerzo así formada e impregnada del material
formador de membrana se hace pasar por la parte tubular 14 y se pone
en contacto allí dentro con un líquido coagulante 25. En
consecuencia, el material 20 formador de membrana se coagula y, en
función de las dimensiones de la parte cónica 13 y de la parte
tubular 14, se produce una pared semipermeable en el interior y/o
en el exterior de la capa tubular de refuerzo. Además se produce una
unión muy fuerte entre las secciones de la cinta 11 que se
superponen entre sí, dado que el material 20 formador de membrana,
que está situado en la estructura abierta de cohesión de la cinta
11 y, en particular, en la posición de las secciones de cinta que se
superponen entre sí, se seca.
En el dispositivo ilustrado en la figura 5, la
pared semipermeable está prevista sustancialmente en el interior de
la capa tubular de refuerzo. Esto se ocasiona porque el diámetro
interior d_{buis} de la parte tubular 14 presenta una
construcción de igual tamaño que el diámetro interior más pequeño
d_{c,min} de la parte cónica 13. Para constituir dicho diámetro
interior más pequeño, la cinta 11 enrollada en forma tubular está
situada, en consecuencia, con su parte exterior sustancialmente
contra la pared interior de la parte tubular 14. Por lo tanto, se
deja libre muy poco espacio, o incluso ninguno, en el exterior de la
capa tubular de refuerzo, con lo que se evita en ese punto la
formación de una capa semipermeable sin roturas. Además, el líquido
coagulante 25 se suministra en primer lugar en el interior de la
capa tubular de refuerzo impregnada de material formador de
membrana. Esto se realiza a través de un conducto 26 que se extiende
desde la parte cónica 13 hasta el interior de la parte superior de
la parte tubular 14 y, en concreto, hasta el interior de la capa
tubular de refuerzo ya formada. El grosor de la pared semipermeable
que se ha de formar se determina por la diferencia entre el
diámetro exterior del conducto 26 y el diámetro interior de la capa
tubular de refuerzo formada en la parte cónica 13. En consecuencia,
la pared semipermeable compuesta de material 20 formador de
membrana se forma en el interior de la capa tubular de refuerzo
impregnada de material formador de membrana. Solamente después de
que la capa tubular de refuerzo haya salido de la parte tubular 14
entra su parte exterior en contacto con el líquido coagulante 25.
A tal efecto, por debajo de la cámara de perfilado 12 se sitúa un
recipiente 28 lleno de líquido coagulante 25 gracias a un conducto
27.
En el dispositivo ilustrado en la figura 6, la
pared semipermeable está prevista sustancialmente en el exterior de
la capa tubular de refuerzo. Esto se ocasiona porque el diámetro
interior d_{buis} de la parte tubular 14 presenta una
construcción mayor que el diámetro interior más pequeño d_{c,min}
de la parte cónica 13. Por lo tanto, se deja espacio libre en el
exterior de la capa tubular de refuerzo, con lo que se forma en ese
punto una pared semipermeable continua. En concreto, se proporciona
material 20 formador de membrana en el exterior de la capa tubular
de refuerzo a través de un conducto de alimentación 29. En este
caso, el conducto 26 presenta un diámetro exterior virtualmente
igual al diámetro interior de la capa tubular de refuerzo formada
en la parte cónica 13. En consecuencia, se deja libre muy poco
espacio, o incluso ninguno, en el interior de la capa tubular de
refuerzo, con lo que se evita en ese punto la formación de una pared
semipermeable continua. El conducto 26 está previsto de tal manera
que desemboca por debajo del conducto de alimentación 29 y también
sirve para asegurar que la capa tubular de refuerzo no se apriete
como consecuencia del suministro de más material 20 formador de
membrana a través del conducto de alimentación 29.
Si se tiene que proporcionar la pared
semipermeable tanto en el interior como en el exterior, se puede
utilizar un dispositivo que combine los dispositivos ilustrados en
las figuras 5 y 6.
Tal como se aprecia en la figura 5, la cinta 11
se desplaza hacia abajo en la cámara de perfilado 12 accionando
unos rodillos guía 30 ubicados en la parte superior de dicha cámara
de perfilado 12 y/o un rodillos guía 31 ubicados en la parte
inferior de la cámara de perfilado 12. Los rodillos guía 30 están
previstos en la cámara de perfilado 12 de tal manera que la cierran
en la parte superior. Por lo tanto, es ventajosamente posible dotar
al material 20 formador de membrana de una determinada presión por
encima de la presión atmosférica, con lo que el material 20
formador de membrana puede impregnar bien la cinta abierta de
cohesión 10. Con una presión lo suficientemente elevada, incluso se
puede eliminar el conducto 29 en el ejemplo de realización de la
figura 6: de hecho, en ese caso, el material formador de membrana no
necesita suministrarse por separado, sino que se hace pasar por la
estructura abierta de cohesión de la capa tubular de refuerzo hacia
el espacio situado entre la parte tubular 14 y la capa tubular de
refuerzo.
La fabricación de un capilar semipermeable
reforzado en el que la capa de refuerzo está hecha de dos cintas se
puede llevar a cabo gracias a un dispositivo en el que la cámara de
perfilado comprende dos partes cónicas situadas una dentro o detrás
de la otra. Este ejemplo de realización del capilar se puede
fabricar también mediante un dispositivo tal como el ilustrado en
las figuras 5 y 6. En ese caso, ambas cintas necesitan utilizar
partes de pared opuestas de la parte cónica 13. Asimismo se
necesitan dos alimentadores de cinta en lugar de uno solo. Además,
es necesario supervisar precisamente cómo se acercan las dos cintas
entre sí para que se superpongan entre sí correctamente.
Se puede obtener un capilar semipermeable
reforzado con el dispositivo de acuerdo con la presente invención
de manera muy simple, rápida y económica. En lugar del dispositivo
descrito anteriormente, son posibles muchos otros ejemplos de
realización para fabricar capilares semipermeables reforzados de
acuerdo con la invención. Por ejemplo, en lugar de una cámara de
perfilado se pueden considerar también uno o más convertidores que
hacen que la cinta adopte una forma tubular y están situados uno
detrás del otro.
Claims (8)
1. Capilar semipermeable que comprende una pared
semipermeable tubular (2) compuesta de material formador de
membrana, caracterizado porque comprende además una capa
tubular de refuerzo compuesta por al menos una cinta alargada (1)
convertida a forma tubular, y de la que al menos los bordes
longitudinales se superponen entre sí, uniéndose al mismo tiempo la
capa de refuerzo a la pared (2), y juntándose las secciones de cinta
que se superponen entre sí gracias al material formador de
membrana, en el que la cinta (1) presenta una estructura abierta de
cohesión contenida en el material formador de membrana, cuyo
diámetro interior es menor o igual a 5 mm,
en el que el solapamiento es mayor o igual a
90º, y en el que las secciones de cinta que se superponen entre sí
se han unido mediante el material formador de membrana en un proceso
de formación simultáneo al de formación y unión a la capa de
refuerzo de la pared semipermeable (2) mediante dicho material
formador de membrana, en el que se ha formado una fase continua
entre la pared semipermeable (2) y la capa de refuerzo.
2. Capilar semipermeable de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque el solapamiento es
mayor o igual a 360º.
3. Capilar semipermeable de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado
porque se ha aplicado una capa apta para la nanofiltración y/o la
ósmosis inversa en la parte superior de la pared semipermeable.
4. Método de fabricación de un capilar
semipermeable de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque al menos una cinta alargada
(11), inicialmente plana, con una estructura abierta de cohesión se
convierte a forma tubular de tal manera que al menos los bordes
longitudinales se superponen entre sí, impregnándose la estructura
abierta de cohesión de material (20) formador de membrana, tras lo
cual el material (20) formador de membrana de la/s cinta/s (11)
convertida/s a forma tubular se coagula mediante un líquido
coagulante (25), con lo que se forman simultáneamente una unión
entre las secciones de cinta que se superponen entre sí y una capa
de membrana semipermeable de la pared interior y/o exterior de la
cinta (11) convertida a forma tubular.
5. Método según la reivindicación 4,
caracterizado porque la cinta (11) se impregna de material
(20) formador de membrana durante la conversión a forma tubular.
6. Dispositivo para la realización del método de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 4 ó 5, que comprende
unos medios de perfilado para convertir la cinta alargada (11),
inicialmente plana, a forma tubular, así como unos medios de
alimentación para desplazar la cinta (11) por los medios de
perfilado, caracterizado porque los medios de perfilado
comprenden una cámara de perfilado (12) con una parte cónica (13) y
una parte tubular (14), comprendiendo dicha parte cónica (13) unos
medios de relleno (21) para llenar la parte cónica (13) de material
(20) formador de membrana, y comprendiendo además dicho dispositivo
unos medios de alimentación (26, 27) para suministrar líquido
coagulante (25).
7. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
6, caracterizado porque el diámetro interior de la parte
tubular (14) es sustancialmente igual que el diámetro más pequeño de
la parte cónica (13).
8. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
6, caracterizado porque el diámetro interior de la parte
tubular (14) es mayor que el diámetro más pequeño de la parte cónica
(13).
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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