BR102013005328A2

BR102013005328A2 - Membrana polimérica de poro grande

Info

Publication number: BR102013005328A2
Application number: BRBR102013005328-7A
Authority: BR
Inventors: I-Fan Wang; Amarnauth Singh
Original assignee: Pall Corp
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2013-03-05
Publication date: 2015-07-14
Also published as: TWI501806B; BR102013005328B1; AU2013201107B2; EP2644261B9; JP2016106022A; US9248414B2; CN103357282A; EP2644261B1; US20130256229A1; CA2810018A1; CA2810018C; CN103357282B; SG193703A1; JP5845513B2; JP2013212503A; KR20130111367A; AU2013201107A1; TW201410313A; KR101470571B1; EP2644261A1

Abstract

Membrana polimérica de poro grande. Membranas porosas incluindo uma primeira superfície de pele microporosa tendo uma densidade de poros de pelo menos cerca de 20 poros / 50 000 um2, e uma segunda superfície porosa, e um volume entre as superfícies, onde o volume tem uma densidade de poros de pelo menos cerca de 120 poros/mm2, assim como processos de uso e processos de fabricação de membranas são mostrados

Description

“MEMBRANA POLIMÉRICA DE PORO GRANDE” Antecedentes da Invenção Membranas de polímeros sintéticas são usadas para filtração em uma variedade de aplicações. Entretanto, existe uma necessidade de membranas que proporcionem suficiente resistência e suficiente retenção de material indesejável enquanto provendo boa produtividade. Também existe uma necessidade de membranas para aplicações de jato de tinta que minimizem mancha. A invenção provê tais membranas.

Estas e outras vantagens da presente invenção serão aparentes a partir da descrição que se segue abaixo.

Resumo da Invenção Uma realização da invenção provê uma membrana polimérica porosa compreendendo uma primeira superfície de pele microporosa; uma segunda superfície porosa; e, um volume entre a primeira superfície de pele microporosa e a segunda superfície porosa, onde o volume da membrana tem uma densidade de poro de pelo menos cerca de 120 poros/mm2. Preferivelmente, a primeira superfície de pele microporosa compreende uma densidade de poros de pelo menos cerca de 20 poros / 50 000 micrometros2 (pm2). Em algumas realizações, a primeira superfície de pele microporosa compreende um tamanho de poro médio de pelo menos cerca de 10 micrometros. Alternativamente, ou adicionalmente, em algumas realizações, o volume da membrana tem um tamanho de poro de fluxo médio (MFP) de pelo menos cerca de 15 micrometros.

Em algumas realizações, a membrana compreende uma membrana isotrópica compreendendo uma primeira superfície de pele microporosa, a primeira superfície de pele microporosa compreendendo uma densidade de poro de pelo menos cerca de 20 poros/ 50 000 pm2; uma segunda superfície porosa, onde a segunda superfície porosa compreende uma segunda superfície de pele microporosa; e, um volume entre a primeira superfície de pele microporosa e a segunda superfície porosa, onde o volume da membrana tem uma densidade de poro de pelo menos cerca de 120 poros / mm2. Em outras realizações, a membrana compreende uma membrana assimétrica compreendendo uma primeira superfície de pele microporosa, a primeira superfície tendo uma densidade de poros de pelo menos cerca de 20 poros / 50 000 pm2, uma segunda superfície porosa; e, um volume entre a primeira superfície de pele microporosa e a segunda superfície porosa, o volume da membrana tendo uma densidade de poros de pelo menos cerca de 120 poros/mm2, onde a segunda superfície porosa compreende uma segunda superfície porosa grossa, onde a segunda superfície porosa grossa compreende poros tendo um tamanho de poro médio que é maior que o tamanho de poro médio dos poros na primeira superfície de pele microporosa. Tipicamente, a segunda superfície porosa grossa compreende poros tendo um tamanho médio de poro que é pelo menos cerca de 1,3 vezes o tamanho de poro médio dos poros na primeira superfície de pele microporosa Em uma realização típica, o volume da membrana assimétrica ou isotrópica tem um tamanho MFP de pelo menos cerca de 15 micrometros. Alternativamente, ou adicionalmente, em uma realização típica, a primeira superfície de pele microporosa da membrana assimétrica ou isotrópica tem um tamanho de poro médio de pelo menos cerca de 10 micrometros.

Em uma outra realização, um processo para fabricação de membranas poliméricas é provido, o processo compreendendo moldagem de uma solução de polímero sobre um suporte, exposição de solução moldada a uma temperatura de pelo menos cerca de 35°C por pelo menos cerca de 40 segundos; induzindo inversão de fase térmica da solução para formar uma pró-membrana; e, rapidamente resfriando a pré-membrana.

Em outras realizações, processos de uso de membranas e dispositivos incluindo as membranas são providos.

Breve Descrição das Várias Vistas dos desenhos As Figuras 1A-1C mostra vistas em seção transversa, superfície de pele microporosa, e superfície porosa grossa de várias membranas assimétricas de acordo com realizações da presente invenção. A Figura 2 mostra vistas em seção transversa de primeira superfície microporosa, e segunda superfície microporosa de uma membrana isotrópica de acordo com outra realização da presente invenção.

As Figuras 3A-3C mostram sistemas ilustrativos para preparação de realizações de membranas de acordo com a presente invenção, os sistemas ilustrados incluindo aquecimento de correias para aquecer uma pedra tendo uma solução de moldagem sobre a mesma (Figura 3A), banhos de água para aquecimento de uma pedra tendo sobre a mesma uma solução de moldagem (Figura 3B), e uma lâmpada de aquecimento para aquecer o lado da solução de moldagem não contatando a pedra (Figura 3C).

Descrição Detalhada da Invenção Uma realização da invenção provê uma membrana polimérica porosa compreendendo uma primeira superfície de pele microporosa; uma segunda superfície porosa; e, um volume entre a primeira superfície de pele microporosa e a segunda superfície porosa, onde o volume tem uma densidade de poros de pelo menos cerca de 120 poros/mm2. Preferivelmente, a primeira superfície de pele microporosa compreende uma densidade de poros de pelo menos cerca de 20 poros / 50 000 pm2. Em uma realização preferida, a primeira superfície de pele microporosa compreende um tamanho de poro médio de pelo menos cerca de 10 micrometros. Alternativamente, ou adicionalmente, em uma realização típica, o volume da membrana tem um tamanho de poro de fluxo medido (MFP) de pelo menos cerca de 15 micrometros.

Em algumas realizações, a membrana compreende uma membrana isotrópica compreendendo uma primeira superfície de pele microporosa, a primeira superfície de pele microporosa compreendendo uma densidade de poro de pelo menos cerca de 20 poros / 50 000 pm2; uma segunda superfície porosa, onde a segunda superfície porosa compreende uma segunda superfície de pele microporosa; e, um volume entre a primeira superfície de pele microporosa e a segunda superfície porosa, onde o volume da membrana tem uma densidade de poros de pelo menos cerca de 120 poros / mm2. Em uma realização típica, o volume da membrana isotrópica tem um tamanho MFP de pelo menos cerca de 15 microme-tros, e em uma realização preferida, a primeira superfície de pele microporosa tem um tamanho de poro de fluxo médio de pelo menos cerca de 10 micrometros.

Em outras realizações, a membrana compreende uma membrana assimétrica compreendendo uma primeira superfície de pele microporosa, a superfície tendo uma densidade de poros de pelo menos cerca de 20 poros / 50 000 pm2; uma segunda superfície porosa; e, um volume entre a primeira superfície de pele microporosa e a segunda superfície porosa, o volume da membrana tendo uma densidade de poros de pelo menos cerca de 120 po-ros/mm2, onde a segunda superfície porosa compreende uma segunda superfície porosa grossa, onde a segunda superfície porosa grossa compreende poros tendo um tamanho de poro médio que é maior que o tamanho de poro médio dos poros na primeira superfície de pele microporosa. Tipicamente, a segunda superfície porosa grossa compreende poros tendo um tamanho de poro médio que é pelo menos cerca de 1,3 vezes o tamanho de poro médio dos poros na primeira superfície de pele microporosa. Em algumas realizações, a segunda superfície porosa grossa compreende poros tendo um tamanho de poro médio que é pelo menos 1,5 vezes o tamanho de poro médio dos poros na primeira superfície de pele microporosa, por exemplo, a segunda superfície porosa grossa pode compreender poros tendo um tamanho de poro médio que está na faixa de cerca de 5 a cerca de 15 vezes o tamanho de poro médio na primeira superfície de pele microporosa. Em uma realização típica, o volume da membrana assimétrica tem um tamanho MFP de pelo menos cerca de 15 micrometros.

Tipicamente, a membrana polimérica compreende uma membrana sulfona, preferivelmente, uma membrana sulfona, mais preferivelmente, uma membrana poli éter sulfona.

Uma outra realização da invenção compreende um processo para processamento de um fluido, o processo compreendendo passagem de fluido através de uma realização da membrana.

Ainda em uma outra realização, um processo para fabricação de uma membrana porosa é provido, o processo compreendendo moidagem de uma solução de polímero sobre um suporte, exposição de solução de moidagem a uma temperatura de pelo menos cerca de 35°C (preferivelmente, pelo menos cerca de 37,7°C) por pelo menos cerca de 40 segundos; indução de inversão de fase térmica da solução para formar uma pré-membrana; e, rápido resfriamento de pré-membrana, preferivelmente em um banho de água, mais preferivelmente um banho de água aquecido, para prover uma membrana depositada. A membrana depositada pode ser separada do suporte e lixiviada para remoção de solvente e outros ingredientes solúveis (alternativamente, a membrana depositada pode ser removida do suporte antes ou durante tixiviação). À membrana separada pode ser secada, ou mantida úmida.

Vantajosamente, as membranas inventivas são particularmente apropriadas para aplicações de jato de tinta, provendo mínima formação de mancha e/ou linha de gel. Uma adicional vantagem é que elas provêm suficiente resistência e suficiente retenção de material indesejável enquanto provendo boa produtividade (taxa de fluxo).

Da mesma maneira, em uma realização de um processo de acordo com a invenção, o processo compreende filtração de um fluido contendo tinta através de passagem do mesmo através de uma realização da membrana.

Em outras realizações, dispositivos incluindo as membranas são providos. Por exemplo, em uma realização, um dispositivo compreende uma cápsula filtro para filtração de jato de tinta, a cápsula compreendendo um invólucro tendo uma entrada e uma saída e definindo um caminho de fluxo de fluido entre a entrada e a saída, e um filtro compreendendo uma realização da membrana entre a entrada e a saída e através de caminho de fluxo de fluido. Opcionalmente, o dispositivo compreende um invólucro opaco para proteger contra intrusão de luz-UV.

Membranas de acordo com as realizações da invenção podem ser usadas em uma variedade de aplicações, incluindo, por exemplo, aplicações de jato de tinta, aplicações diagnosticas (incluindo, por exemplo, preparação de amostra e/ou dispositivos de fluxo lateral diagnóstico), filtração de fluidos para a indústria farmacêutica, filtração de fluidos para aplicações médicas (incluindo para uso doméstico e/ou para paciente, por exemplo, aplicações intravenosas, também incluindo, por exemplo, filtração de fluidos biológicos como sangue (por exemplo, para remoção de leucócitos)), filtração de fluidos para a indústria eletrônica, filtração de fluidos para a indústria de alimentos e bebidas, clarificação, filtração de fluidos contendo anticorpos e/ou proteína, detecção de célula (incluindo in situ), colheita de células, e/ou filtração de fluidos de cultura de células. Alternativamente, ou adicionalmente, membranas de acordo com as realizações da invenção podem ser usadas para filtrar ar e/ou gás e/ou podem ser usadas para aplicações de ventilação (por exemplo, permitindo ar e/ou gás, mas não líquido, passar através). Membranas de acordo com realizações das invenções podem ser usadas em uma variedade de dispositivos, incluindo dispositivos e produtos cirúrgicos, tais como, por exemplo, produtos cirúrgicos oftálmicos.

Como aqui usado, o termo “pele” (em “superfície de pele microporosa") não indica a camada relativamente espessa, aproximadamente impermeável de polímero que está pre- sente em algumas membranas. Aqui, a pele microporosa é uma superfície porosa, relativamente fina que reveste uma região microporosa de espessura variável. Os poros da região microporosa subjacente podem ser do mesmo tamanho como, ou um pouco menores que, os poros de pele. Em membranas assimétricas de acordo com a invenção, a face oposta da membrana (a segunda superfície porosa) pode ser referida como a face não-pele, ou a superfície de poros grossos.

As membranas podem ter qualquer estrutura de poros apropriada, por exemplo, um tamanho de poro (por exemplo, como evidenciado por ponto de bolha, ou por KL como descrito em, por exemplo, patente U.S. 4 340 479, ou evidenciado por medição de poros de fluxo de condensação capilar), um tamanho de poro de fluxo médio (MFP) (por exemplo, quando caracterizado usando um medidor de poro, por exemplo, um Porvair Porometer (Porvair pic, Norfolk, UK), ou um medidor de poros disponível sob a marca registrada POROLUX ((Porometer.cm; Belgium)), uma classificação de poros, um diâmetro de poro (por exemplo, quando caracterizado usando o teste OSU F2 modificado como descrito em, por exemplo, patente U.S. 4 925 572), ou classificação de remoção que reduz ou permite a passagem através de um ou mais materiais de interesse quando o fluido é passado através de meios porosos. A estrutura de poros usada depende do tamanho das partículas a serem utilizadas, a composição do fluido a ser tratado, e o desejado nível efluente do fluido tratado.

Tipicamente, o volume das membranas assimétricas e isotrópicas de acordo com realizações da invenção tem um tamanho MFP de pelo menos cerca de 15 micrometros, em algumas realizações, por exemplo, 17 ou 18 micrometros, e em algumas realizações, pelo menos cerca de 20 micrometros, ou maior.

Membranas de acordo com realizações da invenção têm uma alta densidade de poros no volume das membranas. Densidade de poros pode ser determinada para uma dada amostra de membrana através de, por exemplo, vista de uma micrografia de exploração eletrônica da superfície da membrana de interesse de uma dada área de superfície quadrada e calculando o número de poros na área dada. O número de poros calculado em uma dada área quadrada pode ser normalizado para uma particular área de referência através de uma razão simples. Em contraste com membranas comercialmente disponíveis tendo densidades de poros no volume de cerca de 8 poros / mm2 ou mesmo cerca de 70 poros / mm2, membranas (assimétricas e isotrópicas) produzidas de acordo com realizações da invenção têm densidades de poros no volume de pelo menos cerca de 120 poros/mm2, tipicamente, densidades de poros de pelo menos cerca de 150 poros/mm2, preferivelmente, densidades de poros de pelo menos cerca de 160 poros/mm2. Em algumas realizações, membranas de acordo com a invenção têm densidades de poros no volume de cerca de 200 poros/mm2, ou mais.

Preferivelmente, a superfície de pele microporosa também tem uma alta densidade de poros (por exemplo, como determinada por análise de poros de superfície SEM, por exemplo, através de cálculo a partir de uma micrografia SEM em aumento de 800X). Em contraste com membranas comercialmente disponíveis tendo densidades de poros de superfície de pele de cerca de 13 poros/500 pm2, membranas produzidas de acordo com realizações da invenção têm densidades de poros de superfície de pele de pelo menos cerca de 20 poros/50 000 pm2, tipicamente, densidades de poros de superfície de pele de pelo menos cerca de 23 poros/50 000 pm2, preferivelmente, densidades de poros de superfície de pele de pelo menos cerca de 26 poros/50 OOOpm2. Em algumas realizações, onde a segunda superfície porosa é uma superfície microporosa, a segunda superfície porosa também tem as altas densidades de poros descritas acima.

As superfícies porosas das membranas podem ter qualquer tamanho de poro médio apropriado, por exemplo, como determinado através de, por exemplo, cálculo de tamanho de poro de superfície médio a partir de uma micrografia SEM em aumento de 800X. Tipicamente, pelo menos a primeira superfície de pele microporosa tem um tamanho de poro médio de pelo menos cerca de 10 micrometros. Em algumas realizações, a primeira superfície de pele microporosa tem um tamanho de poro médio de pelo menos cerca de 15 micrometros, ou pelo menos cerca de 20 micrometros. Membranas isotrópicas de acordo com a invenção têm primeira e segunda superfícies compreendendo superfícies de pele microporosa onde as superfícies têm tamanhos de poros médios que são substancialmente idênticos. Por exemplo, a segunda superfície de pele microporosa pode ter um tamanho de poro médio que é cerca de 1 a cerca de 1,2 vezes o tamanho de poro médio dos poros na primeira superfície de pele microporosa.

Membranas assimétricas têm uma estrutura de poros (por exemplo, um tamanho de poro de fluxo médio) variando por todo o volume da membrana. Por exemplo, o tamanho de poro médio diminui em tamanho a partir de uma porção ou superfície para uma outra porção ou superfície (por exemplo, o tamanho de poro de fluxo médio diminui a partir da porção ou superfície à montante para a porção ou superfície à jusante). Entretanto, outros tipos de assimetria são abrangidos por realizações da invenção, por exemplo, o tamanho de poro segue através de um tamanho de poro mínimo em uma posição dentro de espessura da membrana assimétrica. A membrana assimétrica pode ter qualquer gradiente ou razão de tamanho de poro apropriado. Esta assimetria pode ser medida através de, por exemplo, comparação de tamanho de poro médio sobre uma superfície principal de uma membrana com o tamanho de poro médio da outra superfície principal da membrana.

Naquelas realizações onde a membrana inventiva compreende uma membrana assimétrica, a segunda superfície porosa compreende poros tendo um tamanho de poro médio que é maior que o tamanho de poro médio dos poros na primeira superfície de pele microporosa. Tipicamente, a segunda superfície tem um tamanho de poro médio que é pelo menos cerca de 1,3 vezes o tamanho de poro médio da primeira superfície. Em algumas realizações, o tamanho de poro médio da segunda superfície é pelo menos cerca de 1,5 vezes, ou pelo menos cerca de 2 vezes, o tamanho de poro médio da primeira superfície, por exemplo, na faixa de cerca de 3 a cerca de 15 vezes o tamanho de poro médio da primeira superfície, ou de cerca de 2 a cerca de 10 vezes o tamanho de poro médio da primeira superfície.

Vantajosamente, membranas de acordo com a invenção provêm boa produtividade (taxa de fluxo), tipicamente, pelo menos cerca de 1500 mL / minuto @ 10,16 centímetros de pressão de água, preferivelmente, pelo menos cerca de 2000 mL / minuto @ 10,16 centímetros de pressão de água.

Alternativamente, ou adicionalmente, membranas de acordo com a invenção têm uma pressão transmembrana delta P (TMP) de cerca de 150 Pascal (Pa) ou menos, preferivelmente, cerca de 125 Pa ou menos. Por exemplo, em algumas realizações, a TMP está na faixa de cerca de 30 a cerca de 100 Pa.

Membranas de acordo com a invenção podem ter um ponto de bolha de água de pelo menos cerca de 50,8 centímetros de água.

Membranas de acordo com a invenção tipicamente não são suportadas.

Tipicamente, membranas de acordo com a invenção têm uma espessura na faixa de cerca de 70 micrometros a cerca de 300 micrometros, preferivelmente na faixa de cerca de 80 micrometros a cerca de 150 micrometros.

Tipicamente, o volume de vazios da membrana é pelo menos cerca de 50%, por exemplo, na faixa de cerca de 60% a cerca de 90%, preferivelmente, na faixa de cerca de 70% a cerca de 85%.

Preferivelmente, a membrana é preparada através de um processo de inversão de fase induzida termicamente. Tipicamente, o processo de inversão de fase envolve molda-gem ou extrusão de solução(s) de polímero em filmes finos, e precipitação de polímeros através de um ou mais dos seguintes: (a) evaporação do solvente e não-solvente, (b) exposição a um vapor de não-solvente, tal como vapor d’água, que absorve sobre a superfície exposta, (c) resfriamento rápido em um líquido não-solvente (por exemplo, um banho de imersão de fase contendo água, e/ou um outro não-solvente), e (d) resfriando rapidamente termicamente um filme quente de modo que solubilidade do polímero seja subitamente grandemente reduzida. Inversão de fase pode ser induzida através do processo úmido (precipitação de imersão), separação de fase induzida por vapor (VIPS), separação de fase induzida termicamente (TIPS), resfriamento rápido, moldagem seca - úmida, e evaporação de solvente (moldagem seca). Inversão de fase seca difere do procedimento úmido ou seco — úmido através de ausência de coagulação de imersão. Nestas técnicas, uma solução de polímero inicialmente homogênea torna-se termodinamicamente instável devido a diferentes efeitos externos, e induz separação de fase em uma fase pobre em polímero e uma fase rica em polímero. A fase rica em polímero forma a matriz da membrana, e a fase pobre em polímero, tendo aumentados níveis de solventes e não-solventes, forma os poros.

Inversão de fase térmica pode ser realizada usando uma variedade de técnicas e sistemas. Por exemplo, um leito, correia ou pedra de moldagem (ou carreador ou suporte móvel sobre a mesma) pode ser aquecida usando, ilustrativamente, uma almofada de aquecimento, lâmpada de aquecimento, um outro objeto aquecido, um sistema de circulação de fluido aquecido, ou um banho de água. Tipicamente, inversão de fase térmica é realizada usando uma temperatura de pelo menos cerca de 35°C, preferivelmente, pelo menos cerca de 37,7°C, e em algumas realizações, pelo menos cerca de 43,3°C, por pelo menos cerca de 40 segundos (preferivelmente, pelo menos cerca de 45 segundos), de modo que inversão de fase seja completada antes de resfriamento rápido.

Tipicamente, um gradiente de temperatura é inicialmente produzido na espessura da solução moldada, de modo que o lado ou superfície da solução moldada contatando (ou fazendo face) a lâmpada de aquecimento ou leito, correia, pedra, carreador ou suporte de moldagem, aquecido, terá uma temperatura que é diferente do lado ou superfície oposta posicionado afastado da lâmpada, leito, correia, pedra, carreador ou suporte.

Ilustrativamente, usando os sistemas exemplares 1000 mostrados em Figuras 3A-3C para referência, uma solução polímero é moldada (usando lâmina 110), tipicamente sobre uma correia móvel, que se move sobre uma pedra 100 (na direção de moldagem mostrada pela seta simples sobre a pedra) e em um banho de resfriamento rápido 150 (que também pode prover um banho de aquecimento para aquecimento de pedra). A pedra pode ser aquecida, por exemplo, através de uso de pelo menos uma correia de aquecimento 175 (por exemplo, como mostrado na Figura 3A, mostrando correias de aquecimento 175A, 175B, e 175C) ou através de uso de um banho de água aquecido (por exemplo, como mostrado na Figura 3B), ou calor pode ser aplicado ao lado da solução de moldagem não contatando a correia ou pedra (por exemplo, através de uso de uma lâmpada de aquecimento 160 como mostrado na Figura 3C).

Se velocidade de ar é desejada, o sistema pode incluir um ou mais ventiladores para provimento de velocidade de ar. As Figuras 3A-3C mostram seis ventiladores 200.

As membranas podem ser moldadas manualmente (por exemplo, vertidas, moldadas, ou espalhadas manualmente sobre uma superfície de moldagem) ou automaticamente (por exemplo, vertidas ou de outro modo moldadas sobre um leito móvel). Exemplos de apropriados suportes incluem, por exemplo, papel revestido com polietileno, ou poliéster (tal como MYLAR).

Uma variedade de técnicas de moldagem são conhecidas e são apropriadas. Uma variedade de dispositivos conhecidos na técnica podem ser usados para moldagem. Dispositivos apropriados incluem, por exemplo, espalhadores mecânicos, que compreendem lâ- minas espalhadoras, lâminas doutores, ou sistemas de espargimento / pressurizados. Um exemplo de um dispositivo de espalhamento é um cossinete de extrusão ou revestidor de fenda, compreendendo uma câmara de moldagem na qual a formulação de moldagem (solução compreendendo um polímero) pode ser introduzida e forçada sob pressão através de uma fenda estreita. Ilustrativamente, as soluções compreendendo polímeros podem ser moldadas por meio de uma lâmina doutor com folgas de lâminas na faixa de cerca de 120 micrometros a cerca de 500 micrometros, mais tipicamente na faixa de cerca de 180 micro-metros a cerca de 400 micrometros.

Uma variedade de folgas de ar são apropriadas para uso na invenção, e as folgas de ar podem ser as mesmas para as lâminas doutor / lâmina, ou diferentes. Tipicamente, as folgas de ar estão na faixa de cerca de 76,2 centímetros a cerca de 203,2 centímetros, mais tipicamente, na faixa de cerca de 88,9 centímetros a cerca de 152,4 centímetros.

Uma variedade de velocidades de moldagem são apropriadas como é conhecido na técnica. Tipicamente, a velocidade de moldagem é de pelo menos 60,96 centímetros por minuto, por exemplo, com folgas de ar de lâmina de pelo menos cerca de 7,62 centímetros.

Uma variedade de soluções de polímeros são apropriadas para uso na invenção, e são conhecidas na técnica. Apropriadas soluções de polímeros podem incluir, polímeros tais como, por exemplo, poli aromáticos; sulfonas (por exemplo, polissulfonas, incluindo polissul-fonas aromáticas tais como, por exemplo, poli éter sulfona, poli éter éter sulfona, bisfenol A poli sulfona, poli aril sulfona, e poli fenil sulfona), poliamidas, polimidas, haletos de polivinili-deno (incluindo fluoreto de polivinilideno (PVDF)), poliolefinas, tais como polipropileno e poli metil penteno, poliésteres, poliestirenos, policarbonatos, poliacrilonitrilas (incluindo poli alquil acrilonitrilas), polímeros celulósicos (como acetatos de celulose e nitratos de celulose), flúor polímeros, e poli éter éter cetona (PEEK). Soluções de polímeros podem incluir uma mistura de polímeros, por exemplo, um polímero hidrofóbico (por exemplo, um polímero sulfona) e um polímero hidrofílico (por exemplo, polivinil pirrolidona).

Em adição a um ou mais polímeros, típicas soluções de polímeros compreendem pelo menos um solvente, e ainda podem compreender pelo menos um não-solvente. Apropriados solventes incluem, por exemplo, dimetil formamida (DMF); Ν,Ν-dimetil acetamida (DMAC); N-metil pirrolidona (NMP); tetra metil uréia; dioxano; succinato de dietila; sulfóxido de dimetila; clorofórmio; e tetracloro etano; e suas misturas. Apropriados não-solventes incluem, por exemplo, água; vários polietileno glicóis (PEGs; por exemplo, PEG-400, PEG-1000); vários polipropileno glicóis; vários álcoois, por exemplo, metanol, etanol, álcool iso-propílico (IPA), álcoois amílicos, hexanóis, heptanóis, e octanóis; alcanos, tais como hexano, propano, nitropropano, heptanos, e octano; e cetona, éteres e ésteres como acetona, butil éter, acetato de etila, e acetato de amila; e vários sais, como cloreto de cálcio, cloreto de magnésio, e cloreto de lítio; e suas misturas.

Se desejado, uma solução compreendendo um polímero ainda pode compreender, por exemplo, um ou mais iniciadores de polimerização (por exemplo, qualquer um ou mais de peróxidos, per-sulfato de amônio, compostos azo alifáticos (por exemplo, dicloridrato de 2,2’-azo bis(2-amidino propano (V50)), e suas combinações), e/ou ingredientes menores como tensoativos e/ou agentes de liberação.

Apropriados componentes de soluções são conhecidos na técnica. Soluções ilustrativas compreendendo polímeros, e solventes e não-solventes ilustrativos incluem aqueles mostrados em, por exemplo, patentes U.S. 4 340 579; 4 629 563; 4 900 449; 4 964 990; 5 444 097; 5 846 422; 5 906 742; 5 928 774; 6 045 899; 6 146 747; e 7 208 200.

De acordo com a invenção, a membrana pode ter uma pluralidade de camadas onde as camadas podem ser formadas do mesmo polímero e solvente, variando a viscosidade, aditivos, e tratamento, ou diferentes polímeros podem ser usados para diferentes camadas.

As membranas podem ter qualquer tensão de superfície de umedecimento crítica desejada (CWST, como definida em, por exemplo, patente U.S. 4 925 572). A CWST pode ser selecionada como é conhecido na técnica, por exemplo, como adicionalmente mostrado em, por exemplo, patentes U.S. 5 152 905, 5 443 743, 5 472 621, e 6 074 869. Tipicamente, a membrana é hidrofílica, tendo uma CWST de 72 dinas/cm (72x10'5 N/cm) ou mais. Em algumas realizações, o elemento tem uma CWST de 75 dinas/cm (cerca de 75 x 10-5 N/cm) ou mais.

As características de superfície da membrana podem ser modificadas (por exemplo, para afetar a CWST, para incluir uma carga de superfície, por exemplo, uma carga positiva ou negativa, e/ou para alterar polaridade ou hidrofilicidade da superfície) através de oxida-ção úmida ou seca, através de revestimento ou deposição de um polímero sobre a superfície, ou através de uma reação de enxerto. Modificações incluem , por exemplo, irradiação, um monômero polar ou carregado, revestimento e/ou cura de superfície com um polímero carregado, e realização de modificação química para ligar grupos funcionais sobre a superfície. Reações de enxerto podem ser ativadas através de exposição a uma fonte de energia tal como plasma de gás, plasma de vapor, descarga corona, aquecimento, um gerador de Van der Graft, luz ultravioleta, feixe de elétrons, ou várias formas de radiação, ou através de gravação ou deposição de superfície usando um tratamento de plasma.

Um dispositivo compreendendo pelo menos uma membrana de acordo com uma realização da invenção pode incluir adicionais elementos, camadas, ou componentes, que podem ter diferentes estruturas e/ou funções, por exemplo, pelo menos uma de pré-filtração, suporte, drenagem, espaçamento e estofamento. Ilustrativamente, uma realização do dispositivo também pode incluir pelo menos um elemento adicional tal como uma tela e/ou uma peneira.

De acordo com realizações da invenção, a membrana pode ter uma variedade de configurações, incluindo planar, pregueada, e oca cilíndrica. O filtro, em algumas realizações compreendendo uma pluralidade de elementos de filtro é tipicamente disposto em um invólucro compreendendo pelo menos uma entrada e pelo menos uma saída e definindo pelo menos um caminho de fluxo de fluido entre a entrada e a saída, onde o filtro está através de caminho de fluxo de fluido, para prover um dispositivo filtro. Preferivelmente, o dispositivo filtro é esterilizável. Qualquer invólucro de forma apropriada e provendo pelo menos uma entrada e pelo menos uma saída pode ser empregado. O invólucro pode ser fabricado a partir de qualquer material impermeável rígido apropriado, incluindo qualquer material termoplástico impermeável, que seja compatível com o fluido sendo processado. Por exemplo, o invólucro pode ser fabricado de um metal, tal como aço inoxidável, ou de um polímero.

Os exemplos que se seguem ainda ilustram a invenção mas, é claro, não devem ser construídos como em qualquer maneira limitando seu escopo.

Nos exemplos que se seguem, um sistema é preparado como genericamente mostrado na Figura 3B, incluindo lâmina 110. Seis ventiladores são usados para provimento de velocidade de ar. Soluções são moldadas sobre uma correia MYLAR em movimento.

Exemplo 1 Este exemplo demonstra a preparação de membranas de acordo com realizações da invenção.

Soluções são moldadas sobre uma correia MYLAR em movimento (em uma velocidade de moldagem de 106,68 centímetros por minuto), usando uma lâmina de moldagem tendo uma folga de lâmina de 14,5 mils. A velocidade de ventilador é de 60 watts.

Uma solução consistindo em 11,0% PSF (P-3500), 2,0% água Dl, 5,25% PVP (k-90), 19,5% PEG200, e 62,25% NMP é moldada. Uma outra solução consistindo em 10,9% PSF (P-3500), 2,0% água Dl, 5,5% PVP (k-90), 19,3% PEG200, e 62,25% NMP é moldada.

Uma outra solução consistindo em 10,7% PSF (P-3500), 1,95% água Dl, 5,1% PVP (k-90), 21,3% PEG200, e 60,95% NMP é moldada.

Seguindo cada moldagem, a correia tendo sobre a mesma a solução de moldagem é passada sobre uma pedra aquecida (aquecida para uma temperatura entre 37,7-43,3°C por 55 segundos e então a solução é rapidamente resfriada em um banho de água tendo uma temperatura de cerca de 54,4°C.

Vistas SEM (superfície de pele, superfície grossa, e seção transversa) das membranas são mostradas nas Figuras 1A-1C.

As MFPs dos volumes das membranas, como determinadas pelo Xonics POROMETER, tiveram média de 20 micrometros. As membranas exibem um fluxo de água de média acima de 1980 mL / minuto @ 10,16 centímetros de pressão de água. A espessu- ra das membranas tem média de cerca de 89 micrometros. A densidade de poros das membranas, como determinada usando um Xonics POROMETER, tem média acima de 150 poros / mm2, e a densidade de poros das superfícies de pele microporosas como determinada por análises de poros de superfície SEM tem média acima de 25 poros / 50 000 pm2. As CWSTs das membranas variam acima de 76 dinas/cm (76x10'5 N/cm).

De modo a mostrar a importância de calor, uma membrana assimétrica também é preparada como genericamente descrito acima (usando uma solução consistindo em 11,0% PSF (P-3500), 2,0% água Dl, 5,25% PVP (k-90), 19,5% PEG200, e 62,25% NMP), com a exceção de que a pedra está em temperatura ambiente, antes que aquecida. A MFP do volume da membrana, como determinada pelo Xonics POROMETER, é 8,9 micrometros. A membrana exibe um fluxo de água de 792 mL / minuto @ 10,16 centímetros de pressão de água. A espessura da membrana é de cerca de 110 micrometros. A densidade de poros da membrana, como determinada usando um Xonics POROMETER, está acima de 150 po-ros/mm2, e a densidade de poros da superfície de pele microporosa como determinada por análise de poros de superfície SEM está acima de 25 poros / 50 000 pm2.

Exemplo 2 Este exemplo demonstra a preparação de uma membrana isotrópica de acordo com uma outra realização da invenção.

Uma solução consistindo em 11,0% PSF (P-3500), 2,0% água Dl, 5,25% PVP (k-90), 19,5% PEG200, e 62,25% NMP é moldada sobre uma correia MYLAR em movimento (em uma velocidade de moldagem de 106,68 centímetros por minuto), usando uma lâmina de moldagem tendo uma folga de lâmina de 14,5 mils. A velocidade de ventilador é de 70 watts (19,50 metros por minuto).

Seguindo moldagem, a correia tendo a solução de moldagem sobre a mesma é passada sobre uma pedra aquecida (entre 37,7-43,3°C) por 65 segundos e então a solução é rapidamente resfriada em um banho de água tendo uma temperatura de cerca de 54,4°C.

Vistas SEM (primeira superfície de pele, segunda superfície de pele, e seção transversa) da membrana são mostradas na Figura 2. O tamanho de poro médio dos poros das superfícies de pele é cada um de 19,5 micrometros. A MFP do volume da membrana é de 19,8 micrometros. O fluxo de água está acima de 1980 mL / minuto @ 10,16 centímetros de pressão de água. A densidade de poros do volume está acima de 130 poros / mm2, a membrana tem uma espessura de 90 micrometros, uma resistência à tração de 311 grama força (gF), e uma resistência de ruptura de 28%.

Para comparação, uma membrana isotrópica é preparada como genericamente descrito em publicação de pedido de patente U.S. 2002/0162792 usando uma solução consistindo em 9,0% PSF (P-3500), 2,0% água Dl, 4,3% PVP (k-90), 19,5% PEG200, e 65,2% NMP. A MFP do volume da membrana é de 15 micrometros, o fluxo de água é de cerca de 800 mL / minuto @ 10,16 centímetros de pressão de água, a densidade de poros do volume está na faixa de cerca de 70-92 poros/mm2, a densidade de poros da superfície de pele mi-croporosa como determinada por análise de poros de superfície SEM é de 13 poros / 50 000 pm2, a membrana tem uma espessura de 112 micrometros, uma resistência à tração de 125 gF, e uma resistência na ruptura de 7%.

Exemplo 3 Este exemplo demonstra a preparação de membranas assimétricas com diferentes razões de assimetria de acordo com realizações da invenção.

Soluções consistindo em 11,0% PSF (P-3500), 2,0% água Dl, 5,25% PVP (k-90), 19,5% PEG200, e 62,25% NMP são moldadas sobre uma correia MYLAR móvel (em uma velocidade de moldagem de 106,68 centímetros por minuto), usando uma lâmina de molda-gem tendo uma folga de lâmina de 14,5 mils. As velocidades de ventilador são de 70, 80 e 85 watts (19,5 metros por minuto, 28,9 metros por minuto, e 31,7 metros por minuto, respectivamente). Seguindo cada moldagem, a correia tendo sobre a mesma a solução de moldagem é passada sobre uma pedra aquecida (entre 37,7-43,3°C) por 50 segundos e então a solução é rapidamente resfriada em um banho de água tendo uma temperatura de cerca de 54,4°C.

As resultantes membranas assimétricas têm razões de assimetria de 1,8, 2,5, e 3,7, respectivamente. As MFPs dos volumes das membranas são 18,2 micrometros, 16,6 micrometros, e 17,4 micrometros, respectivamente. Os fluxos de água são 1720, 1650, e 1633 mL / minuto.@.10,16 centímetros de pressão de água, respectivamente. Os tamanhos de poros médios das primeiras superfícies microporosas são de 15 micrometros, 12,1 micrometros, e 10 micrometros, respectivamente, e os tamanhos de poros médios das segundas superfícies porosas (grossas) são 27,8 micrometros, 30 micrometros, e 37 micrometros, respectivamente.

Exemplo 4 Este exemplo demonstra a preparação de membranas assimétricas, incluindo membranas assimétricas preparadas usando temperaturas maiores que 23,8°C de acordo com realizações da invenção.

Soluções consistindo em 11,0% PSF (P-3500), 2,0% água Dl, 5,25% PVP (k-90), 19,5% PEG200, e 62,25% NMP são moldadas sobre uma correia MYLAR móvel (em uma velocidade de moldagem de 1,06 metros por minuto), usando uma lâmina de moldagem tendo uma folga de lâmina de 14,5 mils. A velocidade de ventilador é de 70 watts. Seguindo cada moldagem, a correia tendo sobre a mesma a solução de moldagem é passada sobre uma pedra aquecida (aquecida para 23,8°C, 35°C, e 40,5°C) por 50 segundos e então a solução é rapidamente resfriada em um banho de água tendo uma temperatura de cerca de 54,4°C.

As membranas preparadas usando pedras aquecidas a 23,8°C, 35°C, e 40,5°C têm fluxos de água de 810 mL / minuto @ 10.16 centímetros de pressão de água, 1630 mL / minuto @ 10,16 centímetros de pressão de água, e 2300 mL / minuto @ 10,16 centímetros de pressão de água, respectivamente. Os volumes das membranas têm tamanhos de MFP de 8,9 micrometros, 14 micrometros, e 20 micrometros, respectivamente.

Todas as referências, incluindo publicações, pedidos de patente, e patentes, citadas aqui são pelo que incorporadas por referência na mesma extensão como se cada referência fosse individual e especificamente indicada para ser incorporada por referência e foram mostradas em suas totalidades aqui. O uso dos termos "um” e “uma” e “o” e similares referentes no contexto de descrição da invenção (especialmente no contexto das reivindicações que se seguem) são para serem construídos para cobrirem ambos, o singular e o plural, a menos que de outro modo aqui indicado ou claramente contradito por contexto. Os termos “compreendendo”, “tendo”, “incluindo”, e “contendo” são para serem construídos como termos de extremidade aberta (isto é, significando “incluindo”, mas não limitado a”) a menos que de outro modo indicado. Citação de faixas de valores aqui é meramente pretendida para servir como um processo de datilografia de referência individual a cada valor separado caindo dentro da faixa, a menos que de outro modo aqui indicado, e cada valor separado é incorporado no relatório descritivo como se fosse individualmente aqui recitado. Todos os processos aqui descritos podem ser realizados em qualquer ordem apropriada a menos que de outro modo aqui indicado ou de outro modo claramente contradito por contexto. O uso de qualquer um e todos os exemplos, ou linguagem exemplar (por exemplo, “tal como”) aqui provido, é meramente pretendido melhor iluminar a invenção e não possui uma limitação sobre o escopo da invenção a menos que de outro modo reivindicado. Nenhuma linguagem no relatório descritivo deve ser construída como indicando qualquer elemento não-reivindicado como essencial para a prática da invenção.

Realizações preferidas desta invenção são aqui descritas, incluindo o melhor modo conhecido pelos inventores para realização da invenção. Variações daquelas realizações preferidas podem se tornar aparentes para aqueles versados na técnica com leitura da descrição anterior. Os inventores esperam que técnicos versados empreguem tais variações como apropriado, e os inventores pretendem que a invenção seja praticada de outro modo que não como especificamente aqui descrito. Da mesma maneira, esta invenção inclui todas as modificações e equivalentes da matéria objeto recitada nas reivindicações apostas como permitido pela lei aplicável. Além disso, qualquer combinação dos elementos descritos acima em todas suas variações possíveis é abrangida pela invenção a menos que de outro modo aqui indicado ou de outro modo claramente contradito por contexto.

Claims

1. Membrana polimérica porosa CARACTERIZADA pelo fato de compreender: (a) uma primeira superfície de pele microporosa, a superfície de pele microporosa compreendendo uma densidade de poros de pelo menos cerca de 20 poros / 50 000 pm2; (b) uma segunda superfície porosa; e, (c) um volume entre a primeira superfície de pele porosa e a segunda superfície porosa onde o volume tem uma densidade de poros de pelo menos cerca de 120 poros/mm2.

2. Membrana, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o volume da membrana compreende um tamanho MFP de pelo menos cerca de 15 mi-crometros.

3. Membrana, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADA pelo fato de que a membrana polimérica compreende uma membrana isotrópica.

4. Membrana, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADA pelo fato de que a membrana polimérica compreende uma membrana assimétrica, onde a segunda superfície porosa compreende poros tendo um tamanho de poro médio que é pelo menos cerca de 1,3 vezes o tamanho de poro médio dos poros na primeira superfície de pele microporosa.

5. Membrana assimétrica, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de que a segunda superfície porosa compreende poros tendo um tamanho de poro médio na faixa de cerca de 2 a cerca de 15 vezes o tamanho de poro médio dos poros na primeira superfície de pele microporosa.

6. Membrana, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-5, CARACTERIZADA pelo fato de que a primeira superfície de pele microporosa tem um tamanho de poro médio de pelo menos cerca de 10 micrometros.

7. Membrana, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-6, CARACTERIZADA pelo fato de que a membrana polimérica compreende uma membrana sulfona.

8. Membrana, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADA pelo fato de que a membrana polimérica compreende membrana de poliéter sulfona.

9. Processo para processamento de um fluido, CARACTERIZADO pelo fato de compreender: passagem de fluido através de membrana de qualquer uma das reivindicações 1-8.

10. Processo para fabricação de membranas poliméricas porosas assimétricas, CARACTERIZADO pelo fato de compreender: (a) moldagem de uma solução de polímero sobre um suporte, (b) exposição de solução de moldagem a uma temperatura de pelo menos cerca de 35°C por pelo menos cerca de 40 segundos; (c) indução de inversão de fase térmica da solução para formar uma pré-membrana; e, (d) rápido resfriamento de pré-membrana.

11. Processo, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que o suporte tem uma temperatura de pelo menos cerca de 37,7°C.

12. Processo, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, CARACTERIZADO pelo fato de que o suporte compreende um suporte de pedra.