ES2886494T3 - Membranas recubiertas para intercambio de entalpia y otras aplicaciones - Google Patents
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Abstract
Una membrana (201) de transporte de agua que comprende un sustrato (400, 500) de polietileno cargado de sílice poroso con un revestimiento (401) que comprende un polímero de poliuretano-poliéter no iónico, permeable al agua, reticulado, formado en una superficie del mismo.
Description
DESCRIPCIÓN
Membranas recubiertas para intercambio de entalpia y otras aplicaciones
Campo de la invención
La presente invención se refiere a membranas que comprenden un sustrato polimérico poroso cargado con desecante que se reviste sobre una superficie con una capa fina de polímero permeable al agua. Tales membranas son particularmente adecuadas para su uso en intercambiadores de entalpía y otras aplicaciones que implican el intercambio de humedad y opcionalmente calor entre corrientes de gas con poca o ninguna mezcla de las corrientes de gas a través de la membrana.
Antecedentes
Un ventilador (HRV) de recuperación es un dispositivo mecánico que incorpora un intercambiador de calor con un sistema de ventilación para proporcionar ventilación controlada en un edificio. El intercambiador de calor calienta o enfría el aire fresco entrante utilizando el aire de salida. Los dispositivos que también intercambian humedad entre las dos corrientes de aire generalmente se denominan Ventiladores (ERV) de Recuperación de Energía, a veces también denominados ventiladores de recuperación de entalpía o intercambiadores de entalpía.
Los documentos EP 1553 354 A1 y EP 0661 502 A2 se consideran antecedentes tecnológicos de esta invención.
El documento WO 2008/037079 A1 divulga un intercambiador de calor y humedad que es particularmente adecuado para aplicaciones de pilas de combustible y (ERV). Además, divulga una membrana para uso en aplicaciones de ERV que comprende una membrana porosa de polietileno cargada con sílice sin revestimiento.
El documento US 2009/0071638 A2 divulga un intercambiador de calor. Las membranas allí descritas son laminados que comprenden una película de resina permeable a la humedad insoluble en agua que puede formarse en una lámina de resina porosa o una lámina de resina imperforada.
El documento JP 2004/182916 A divulga una composición de resina que permea la humedad que se puede obtener mediante una composición una resina de poliuretano y una resina de polietileno.
El documento WO 2009/002984 A2 divulga mezclas de polímeros estables y compatibles de polímeros o copolímeros conocidos que pueden usarse para membranas de transferencia de humedad y sus aplicaciones correspondientes. Los materiales mezclados son insolubles en agua y comprenden al menos un copolímero sulfonado que contiene arilo y al menos un homopolímero o copolímero termoplástico o termo endurecible no sulfonado. El poli (éter uretano) se menciona como un ejemplo de un componente no sulfonado del material mezclado.
Para que los edificios tengan una buena calidad del aire interior, necesitan un intercambio del aire interior viciado con aire exterior fresco. Se puede usar un ERV para este propósito e incorpora un método para eliminar el exceso de humedad o añadir humedad al aire de ventilación que se introduce en un edificio. Además de mejorar la calidad del aire interior en los edificios, la instalación de un e Rv dará como resultado en ahorros de energía. Por ejemplo, en climas cálidos y húmedos, la energía utilizable se desperdicia cuando se expulsa el aire frío del edificio. En un ERV, el aire de salida se puede utilizar para enfriar el aire más caliente que se introduce desde el exterior, reduciendo la carga de consumo de energía en el aire acondicionado y la energía asociada con el aire acondicionado. Con un diseño adecuado, se puede reducir el tamaño del aire acondicionado. Si los edificios tienden a ser demasiado húmedos, los ERV pueden reducir los niveles de humedad, reduciendo la probabilidad de moho, bacterias, virus y hongos que provocan enfermedades, ausentismo y pérdida de productividad. Por otro lado, en climas fríos y secos, se desperdicia energía cuando se expulsa el aire caliente del edificio, además de que puede haber un problema adicional de que la corriente de aire entrante sea demasiado seca. Además de transferir calor del aire de salida al aire entrante, los ERV se pueden utilizar para reciclar el vapor de agua del corriente de salida, elevando los niveles de humedad y reduciendo así la irritación de la piel, la sequedad y los síntomas respiratorios provocados por el aire seco.
Un componente clave del sistema de ERV que transfiere el calor y la humedad entre las corrientes de aire se llama núcleo de ERV. Los dos tipos más comunes de ERV son aquellos basados en dispositivos tipo placa de membrana plana y aquellos basados en dispositivos de rueda de entalpía giratoria. Los núcleos de ERV tipo placa plana comprenden capas de membrana permeable al agua. Las dos corrientes de aire se dirigen a través de capas alternas, o en lados opuestos, del núcleo de ERV, y el calor y la humedad se transfieren a través de la membrana. Los ERV de rueda de entalpía (también conocidos como ruedas de energía) típicamente tienen un núcleo de panal cilíndrico o en forma de disco que está recubierto con desecante. Un motor hace girar el cilindro, transfiriendo el calor y la humedad entre las corrientes de aire de entrada y escape. Los sistemas de ERV típicamente también comprenden un cerramiento, bombas o ventiladores para mover las corrientes de aire, conductos, así como filtros, electrónica de control y otros componentes.
Dado que el aire se expulsa principalmente para eliminar el aire viciado y contaminado del edificio, preferiblemente la corriente de salida no debería poder mezclarse con la corriente entrante en el lado opuesto de la membrana cuando las dos corrientes pasan a través del ERV. Sin embargo, en muchos casos hay contaminación cruzada (fugas entre corrientes)
debido a fugas en los sellos o juntas en el ERV y/o debido al paso de los gases a través del material de la membrana.
Preferiblemente, la membrana utilizada en un núcleo de ERV es fina para permitir un intercambio adecuado de calor entre las dos corrientes, impulsado por el gradiente de temperatura entre las corrientes. La membrana también es permeable al agua para permitir que la humedad pase a través del material, impulsada por el diferencial de presión de vapor o el gradiente de concentración de agua entre las dos corrientes. Las membranas más finas tenderán a tener mayores tasas de transporte de calor y humedad. Idealmente, la membrana también es impermeable al aire y a los gases contaminantes, para evitar la mezcla y el cruce de las dos corrientes a través de la membrana.
Las membranas que se han utilizado o sugerido para aplicaciones de ERV incluyen películas de celulosa; papeles de fibra de celulosa o fibra de vidrio o películas poliméricas porosas que están recubiertas o impregnadas con un polímero hidrófilo o una mezcla desecante de polímero hidrófilo; compuestos de película fina fabricados mediante polimerización interfacial; membranas laminadas hechas de una película soplada sobre una capa de soporte no tejida; membranas laminadas que comprenden una película de ionómero unida a un soporte poroso; y películas de ionómero sulfonadas y carboxiladas. Sin embargo, todos estos materiales tienen deficiencias. Por ejemplo, las películas de celulosa no son mecánica y dimensionalmente estables en condiciones húmedas, tienden a estar sujetas a grietas por congelación/descongelación y son típicamente bastante gruesas (por ejemplo, más de 10 micras) lo que conduce a una menor permeabilidad al agua. En presencia de agua líquida, los componentes solubles en agua tienden a lavar los papeles o películas de polímero que están recubiertas con polímeros hidrófilos y/o mezclas de polímero-desecante. Cuando se añade un desecante al revestimiento, esto puede requerir altas cargas de desecante (>80%) y capas de revestimiento gruesas para bloquear el transporte de gas; esto puede reducir el transporte de agua. Las películas de celulosa y los papeles revestidos también tienden a ser inflamables y están sujetos al crecimiento microbiano. En el caso de materiales compuestos de película fina fabricados mediante polimerización interfacial, los monómeros se hacen reaccionar sobre la superficie de un sustrato polimérico poroso para formar un revestimiento permeable al agua unido químicamente, con el fin de reducir el problema del lavado del revestimiento. Tales membranas tienden a ser costosas y su fabricación implica el uso de disolventes orgánicos y otros productos químicos agresivos. Además, los tipos de aditivos que se pueden incorporar están limitados por la química implicada. Las membranas laminadas fabricadas uniendo una película de ionómero fundida a un soporte poroso, o una película soplada (por ejemplo, amida de bloque de poliéter (PEBA)) laminada a una tela no tejida tienden a delaminarse debido a las diferentes propiedades dimensionales (por ejemplo, hinchamiento y expansión térmica) de las dos capas y la dificultad de crear un vínculo fuerte entre ellas. Además, el rendimiento de transporte de agua de tales membranas laminadas tiende a ser limitado porque el ionómero o la película soplada tiene que ser lo suficientemente gruesa (por ejemplo, más de 5 micras) para que pueda procesarse en una película continua sin agujeros y después manipularse para fabricar el laminado. Las películas de ionómero sulfonadas y carboxiladas tales como Nafion® y poliéter éter cetonas sulfonadas (sPEEK) tienden a ser costosas y a menudo tienen poca estabilidad dimensional en condiciones húmedas. Además, estos polímeros ionoméricos tienden a estar sujetos a contaminación e intoxicación debido a la posibilidad de que los contaminantes se unan a las fracciones iónicas reactivas de la cadena del polímero.
Las propiedades deseables de una membrana para intercambiadores de entalpía y otras aplicaciones que implican el intercambio de humedad y, opcionalmente, calor entre corrientes de gas con poca o ninguna mezcla de las corrientes de gas a través de la membrana, generalmente incluyen lo siguiente:
• Alta permeación de agua (vapor y líquido);
• Alta absorción de agua.
• Permeación de aire y gases contaminantes baja o nula;
• No es inflamable.
• Resistencia al crecimiento microbiano.
• Resistencia mecánica y propiedades favorables en seco o en húmedo, de modo que la membrana sea fácil de manipular, no se rasgue fácilmente y, preferiblemente, acepte y sujete un pliegue;
• Buena estabilidad dimensional en presencia de agua líquida y lavable, lo que permite la limpieza con fines de mantenimiento sin dañar o comprometer la funcionalidad del núcleo de ERV;
• Larga vida útil en las condiciones de funcionamiento requeridas, sin lixiviación perjudicial o pérdida de componentes de la membrana y sin una degradación significativa en el rendimiento del transporte de agua o un mayor cruce de contaminantes;
• Tolerancia de los ciclos de congelación/descongelación en presencia de condensación de agua líquida sin un deterioro significativo del rendimiento;
• Bajo coste.
• Puede fabricarse sin el uso de disolventes orgánicos o productos químicos agresivos.
A menudo, lo anterior representa requisitos contradictorios. Por ejemplo, los materiales que tienen baja permeabilidad al aire tienden a tener también baja permeabilidad al agua; las películas de polímero proporcionan un excelente manejo, pero tienden a ser bastante inflamables; y los polímeros especiales y los compuestos de película fina de alta ingeniería y materiales similares tienden a ser muy costosos.
Las membranas recubiertas descritas en el presente documento ofrecen ventajas sobre las membranas utilizadas anteriormente en algunas o todas las áreas anteriores.
Compendio de la invención
Según la reivindicación 1, una membrana de transporte de agua comprende un sustrato poroso con un revestimiento formado en una superficie de la misma, en donde el sustrato comprende una película de polímero cargada con desecante y el revestimiento comprende un polímero permeable al agua. El revestimiento de polímero es no iónico y es selectivamente permeable al agua. El revestimiento de polímero puede ser reticulado; esto tiende a hacerla menos soluble en agua. En realizaciones preferidas, la membrana de transporte de agua es sustancialmente impermeable al aire. El revestimiento puede comprender además retardantes de llama, microbicidas y/u otros aditivos.
Según la reivindicación 7, un método para fabricar una membrana de transporte de agua comprende aplicar una solución que comprende un polímero permeable al agua a una superficie de un sustrato polimérico poroso cargado con desecante, en donde dicho desecante comprende sílice y en donde el sustrato polimérico es un sustrato de polietileno, y secar el sustrato revestido para formar un revestimiento sustancialmente continuo del polímero permeable al agua sobre una superficie del sustrato. El revestimiento de polímero es no iónico y es selectivamente permeable al agua. El polímero permeable al agua se reticula, después de aplicarlo al sustrato, para formar un revestimiento continuo del polímero reticulado permeable al agua sobre una superficie del sustrato. La solución puede ser una solución acuosa. La solución puede comprender además un agente de reticulación para reticular el polímero permeable al agua y/o microbicida, retardante de llama y/u otros aditivos. En algunas realizaciones del método, la solución comprende además un polímero soluble en agua, y el método comprende además tratar el sustrato revestido seco con agua para disolver al menos parcialmente y eliminar el polímero soluble en agua del revestimiento.
Se proporciona una membrana de transporte de agua que se fabrica aplicando una solución que comprende un polímero permeable al agua a una superficie de un sustrato poroso que comprende una película de polímero cargada con desecante, y secar el sustrato de modo que la membrana comprenda un revestimiento sustancialmente continuo del polímero permeable al agua formado en una superficie del sustrato. El polímero permeable al agua se reticula, preferiblemente después de su aplicación al sustrato, para formar un revestimiento sustancialmente continuo del polímero reticulado permeable al agua sobre una superficie del sustrato.
También se proporciona una membrana de transporte de agua que se fabrica aplicando una solución que comprende un polímero permeable al agua y un polímero soluble en agua a una superficie de un sustrato poroso que comprende una película de polímero cargada con desecante; a continuación, reticular el polímero permeable al agua y secar el sustrato para formar una membrana intermedia con un revestimiento que comprende el polímero soluble en agua y el polímero reticulado permeable al agua sobre una superficie del sustrato. La membrana intermedia se trata con agua para disolver y eliminar al menos parcialmente el polímero soluble en agua del revestimiento, por lo que la membrana de transporte de agua comprende un revestimiento sustancialmente continuo que comprende polímero reticulado permeable al agua sobre una superficie del sustrato.
Una realización preferida de una membrana de transporte de agua comprende un sustrato de polietileno cargado de sílice poroso con un revestimiento que comprende un polímero de poliuretano-poliéter no iónico reticulado, permeable al agua, formado en una superficie del mismo. Una membrana de este tipo se puede fabricar mediante el método descrito anteriormente. En algunas realizaciones, la carga del revestimiento sobre el sustrato está en el intervalo de aproximadamente 0,25 g/m2 a aproximadamente 15 g/m2. En algunas realizaciones, la carga del revestimiento sobre el sustrato está en el intervalo de aproximadamente 0,5 g/m2 a aproximadamente 5 g/m2. En algunas realizaciones, la carga de sílice está en el intervalo del 45% al 80% en peso del sustrato. En algunas realizaciones, el espesor del sustrato está en el intervalo de aproximadamente 40 micras a aproximadamente 150 micras, y el sustrato tiene una porosidad superior a aproximadamente el 50%. En algunas realizaciones, el espesor del sustrato está en el intervalo de aproximadamente 40 micras a aproximadamente 110 micras.
Las membranas de transporte de agua descritas anteriormente y las membranas de transporte de agua fabricadas mediante los métodos descritos anteriormente pueden usarse en un núcleo de ventilador de recuperación de energía. Por ejemplo, un núcleo de ventilador de recuperación de energía comprende una membrana de transporte de agua que comprende un sustrato poroso con un revestimiento permeable al agua formado en una superficie del mismo, en donde el sustrato poroso comprende una película de polímero cargada con desecante y el revestimiento comprende un polímero permeable al agua.
Un método para transferir calor y humedad entre una corriente de entrada de aire y una corriente de salida de aire de un edificio comprende dirigir las corrientes de aire de entrada y salida en lados opuestos del presente núcleo del ventilador de recuperación de energía. Por ejemplo, el núcleo puede comprender una membrana de transporte de
agua que comprende un sustrato poroso con un revestimiento permeable al agua formado en una superficie del mismo, en donde el sustrato comprende una película de polímero cargada con desecante y el revestimiento comprende un polímero permeable al agua. En algunas realizaciones del método, la corriente de aire de entrada se dirige de modo que entre en contacto con la superficie revestida de la membrana de transporte de agua.
Las presentes membranas se revisten preferiblemente en una sola superficie para dar una membrana anisotrópica. Sin embargo, se pueden obtener membranas con diferentes propiedades y características de transporte de agua aplicando una solución de revestimiento a ambos lados del sustrato. Esto proporciona una membrana de transporte de agua que comprende un revestimiento formado en ambas superficies de la misma, en donde el sustrato comprende una película de polímero cargada con desecante y los revestimientos comprenden un polímero permeable al agua. De nuevo, el revestimiento de polímero es no iónico y es selectivamente permeable al agua.
Breve descripción de los dibujos
La FIG. 1 es una imagen de microscopio electrónico de escaneado de un sustrato polimérico poroso cargado con desecante que muestra la superficie a la que se aplica un revestimiento fino de polímero permeable al agua.
La FIG. 2 es una vista isométrica simplificada de un núcleo de ERV de flujo cruzado.
La FIG. 3 es un diagrama simplificado que ilustra el uso de un sistema de ERV.
La FIG. 4a, 4b y 4c son diagramas simplificados (no a escala) que ilustran cómo se podría orientar una membrana recubierta de anisótropo en un intercambiador de entalpía.
La FIG. 5 es un diagrama simplificado de una membrana revestida donde se incorporan un polímero soluble en agua y un polímero reticulado en el revestimiento, e ilustra el posible efecto sobre la estructura del revestimiento de extracción de parte o la totalidad del polímero soluble en agua del revestimiento.
La FIG. 6 muestra el flujo de agua medido de diversas muestras de membranas recubiertas en función de la carga de revestimiento.
Descripción detallada de las realizaciones de la invención
En el presente enfoque, las membranas de transporte de agua mejoradas comprenden un sustrato de polímero poroso cargado con desecante que se reviste sobre una superficie con una capa fina de polímero permeable al agua que preferiblemente está reticulado. Se ha encontrado que tales membranas recubiertas anisotrópicas (o asimétricas) proporcionan un alto grado de transporte de humedad, mientras que bloquean sustancialmente el transporte de aire y gases contaminantes cuando las membranas están húmedas o secas. Las membranas también tienen propiedades mecánicas adecuadas, por lo que son fáciles de manipular y procesar, son robustas en aplicaciones de uso final, como aplicaciones de ERV, y generalmente son de bajo coste. Las membranas también se pueden fabricar para que sean resistentes al fuego y tengan resistencia a los microbios.
El sustrato, el revestimiento y los aditivos opcionales se seleccionan para dar una membrana con propiedades deseables para la aplicación de uso final particular.
Dado que el agua y el vapor de agua se transportan a través de la membrana, la resistencia al transporte de agua a través de cada componente o capa de la membrana afectará la velocidad total de transporte de agua. Preferiblemente, el sustrato tiene propiedades mecánicas adecuadas y es fino con alta porosidad, para reducir su resistencia al transporte de agua y calor. Preferiblemente, el revestimiento permeable al agua también es fino para reducir su resistencia al transporte de agua y está firmemente adherido al sustrato. Si el sustrato es un material muy poroso con un tamaño de poro grande, el revestimiento tenderá a penetrar en los poros antes del secado, lo que dará lugar a un sustrato relleno de polímero (impregnación). Esto no es deseable ya que un polímero impregnado (por ejemplo, rellenando los poros) tenderá a tener una mayor resistencia al transporte de agua que un revestimiento superficial fino. Por tanto, el sustrato tiene preferiblemente una alta porosidad, pero un tamaño de poro pequeño, de modo que la solución de polímero permeable al agua no penetrará demasiado profundamente en los poros.
Sustrato
En el presente enfoque, el sustrato poroso es una película de polímero cargada con desecante. La película de polímero proporciona soporte mecánico, resistencia y capacidad de manipulación a la membrana final. El desecante, como se define en el presente documento, es un material higroscópico o material hidrófilo, generalmente en forma de polvo o partículas, que es sustancialmente inerte (al menos en la aplicación de uso final esperada para la membrana) y es insoluble en agua. El desecante proporciona una gran superficie a la que se puede aplicar el revestimiento permeable al agua. En el presente enfoque, aunque el revestimiento está típicamente reticulado, no reacciona químicamente con el sustrato. El desecante de gran área superficial mejora la adherencia mecánica del revestimiento al sustrato y también puede mejorar la vida útil de la membrana revestida. El pequeño tamaño de los poros y la tortuosidad de la película de polímero cargada con desecante reducen la tendencia del revestimiento a penetrar en los poros o el espesor del sustrato.
La presencia de un desecante en el sustrato lo hace absorbente al agua condensada y vapor de agua. Se cree que esto ayuda a llevar el condensado de la superficie de la membrana a través del espesor de la membrana a una corriente de gas más seca en el otro lado. Además, dado que los revestimientos densos tienden a tener velocidades de transporte de agua más altas cuando están en contacto con una presión parcial de agua alta, al proporcionar agua líquida a la superficie del revestimiento a través del sustrato, se puede aumentar la tasa de transmisión de agua total.
La presencia de un desecante en el sustrato también puede facilitar la aplicación de la solución de revestimiento de polímero permeable al agua durante la fabricación de la membrana revestida, ya que la superficie tiende a ser más humectable de lo que sería si el desecante no estuviera presente.
Preferiblemente, el sustrato no es inflamable, ya que esto típicamente será un requisito de la membrana final. Dado que el sustrato tiende a constituir la mayor parte de la membrana final, si el sustrato es resistente al fuego, se puede esperar que la propia membrana también sea resistente al fuego. Preferiblemente, el sustrato no promueve y/o es resistente al crecimiento microbiano.
El sustrato proporciona la mayor parte del soporte mecánico y determina en gran medida las características de manipulación de la membrana final. Para aplicaciones de ERV, preferiblemente tiene las propiedades mecánicas requeridas para formar un núcleo de ERV e integrarse en el dispositivo de ERV. Típicamente incluyen propiedades como la capacidad de sujetar un pliegue o doblado, la capacidad de ser termoformado, la resistencia al desgarro, la rigidez suficiente para sostenerse entre las nervaduras u otros soportes sin deformación indebida y, en algunos casos, la capacidad de ser soldados térmicamente. -, por vibración o por ultrasonidos.
El espesor del sustrato está generalmente en el intervalo de aproximadamente 10-250 micras. En realizaciones preferidas, el espesor del sustrato está en el intervalo de aproximadamente 20-180 micras, y más preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 40-150 micras, e incluso más preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 40-110 micras. La porosidad del sustrato está generalmente en el intervalo de aproximadamente 30 a 90% y es preferiblemente superior al 50% y más preferiblemente superior al 70%. El tamaño medio de los poros está preferiblemente en el intervalo de 0,005 a 1 micras, o más preferiblemente en el intervalo de 0,005 a 0,5 micras, y lo más preferiblemente está en el intervalo de aproximadamente 0,05 a 0,3 micras. En realizaciones preferidas, la carga de desecante del sustrato está en el intervalo de aproximadamente el 25-85% en peso, y es preferiblemente superior al 50%, y más preferiblemente en el intervalo de aproximadamente el 45-80% en peso. A cargas de desecante más altas, el sustrato tiende a tener una resistencia mecánica reducida, mientras que a cargas más bajas el sustrato es menos hidrófilo, por lo que tiende a ser menos humectable y más difícil de recubrir.
Una mayor porosidad y menor espesor en el sustrato ayuda a disminuir la resistencia al transporte de agua y vapor de agua a través de la parte de sustrato de la membrana. Se desea una alta porosidad y un menor espesor con las limitaciones de manipulación y resistencia mecánica. El tamaño de los poros es preferiblemente lo suficientemente pequeño para permitir que se forme un revestimiento continuo de polímero sobre la superficie del sustrato.
En ejemplos de películas de polímeros porosas cargadas con desecante adecuadas que se pueden usar como sustratos, el polímero puede ser, por ejemplo, una poliolefina tal como polietileno (PE) o polipropileno (PP), o cloruro de polivinilo (PVC). Se prefieren los polímeros de polietileno de peso molecular ultra alto (UHMWPE) ya que generalmente tienen mayor resistencia y mayor tolerancia térmica y durabilidad. Los desecantes adecuados incluyen sílice, titanio, tamices moleculares y alúmina, siendo la sílice particularmente preferida. Se pueden utilizar diferentes formas de sílice. Por ejemplo, las sílices precipitadas se usan típicamente en sustratos micro porosos y tienen áreas superficiales altas debido a los macro y mesoporos en la sílice. Las superficies de la sílice contienen grupos O-H que los hacen hidrófilos al agua y absorbentes al vapor de agua. También se pueden usar geles de sílice y sílices de pirólisis para impartir una mayor absorción en el sustrato bajo ciertas condiciones de presión de vapor.
Los sustratos que se han encontrado que son particularmente adecuados para fabricar membranas recubiertas para aplicaciones de ERV son materiales de polietileno rellenos de sílice micro porosos. Tales materiales están disponibles en PPG Industries como sustratos Teslin®. Estas son películas micro porosas dimensionalmente estables, altamente llenas, de una sola capa. Los sustratos Teslin® están disponibles en diferentes grados y están basados en poliolefinas, y aproximadamente el 60% de su peso es un relleno no abrasivo, silíceo en partículas finamente dividido y aproximadamente el 65% de su volumen es espacio vacío o aire. También hay sustratos similares disponibles comercialmente de Daramic, ENTEK y NSG que ofrecen materiales separadores de batería poliméricos micro porosos que consisten principalmente en polietileno y sílice de peso molecular ultra alto. También se pueden usar separadores micro porosos de PVC-sílice de Amer-Sil, aunque se encontró que eran menos adecuados para aplicaciones que requieren plegado de la membrana revestida.
También se ha encontrado que los sustratos de poliolefina rellenos de sílice micro porosos son adecuados para aplicaciones de humidificadores de pilas de combustible, aunque se produce cierta degradación con el uso prolongado a temperaturas elevadas.
La FIG. 1 es una imagen de microscopio electrónico de escaneado (SEM) de una superficie de un sustrato de polímero poroso cargado con desecante que muestra la superficie a la que se aplica un revestimiento fino de polímero permeable al agua. La muestra es un sustrato de UHMWPE cargado de sílice disponible comercialmente con
aproximadamente 60-75% de sílice en peso, y aproximadamente 50-60% de porosidad y un espesor de 180 mieras.
Las películas poliméricas cargadas con desecante, tales como los sustratos porosos descritos anteriormente, se han utilizado sin un revestimiento de polímero en pilas de combustible, ERV y otras aplicaciones. Pueden proporcionar suficiente transporte de agua, pero el cruce de gas tiende a ser un problema, particularmente cuando el material está seco o con poca humedad. También existen ejemplos conocidos de membranas de transporte de agua que se han fabricado revistiendo o impregnando una película de polímero poroso con un polímero permeable al agua. En algunos casos, se han mezclado desecantes y/u otros aditivos con una solución de polímero antes de que se aplique a la película de polímero poroso como se discute en la sección de antecedentes anterior.
Al usar un sustrato poroso cargado con desecante como se describe en el presente documento, el material del sustrato en sí mismo ayudará en el transporte de vapor de humedad, y se usa la aplicación de una capa fina de polímero permeable al agua para reducir o eliminar el cruce de gases. El uso de sustratos porosos cargados con desecante ofrece importantes beneficios con respecto a las membranas ERV anteriores, incluido que el sustrato cargado con desecante proporciona soporte mecánico y, al mismo tiempo, mejora el transporte y la absorción de agua. Además, este tipo de sustrato permite un revestimiento fácil del sustrato con una capa de polímero muy fina y altamente permeable que está bien adherida al sustrato.
Revestimiento
En el presente enfoque, el sustrato se reviste sobre la superficie en un lado con un revestimiento de polímero permeable al agua. El revestimiento forma una capa muy fina pero continua que actúa como barrera selectiva para el transporte de aire y gases contaminantes, pero permite el paso de agua y vapor de agua. También puede actuar como una matriz para contener aditivos deseables como retardantes de llama, desecantes adicionales y microbicidas.
El polímero de revestimiento se selecciona para que tenga la capacidad de transportar agua condensada y vapor de agua. El transporte de agua es impulsado por difusión a través del polímero por un gradiente de concentración desde el lado húmedo de la membrana al lado seco de la membrana. El espesor del revestimiento afecta la velocidad de transporte de agua a través de él, por lo que un revestimiento más grueso tenderá a tener una velocidad de transporte de agua más baja. Por tanto, es deseable reducir el espesor del revestimiento para aumentar la velocidad de transporte de agua sin comprometer indebidamente su capacidad para actuar como barrera para la mezcla de gases.
El revestimiento final es preferiblemente flexible para permitir la manipulación, plegado y procesamiento de la membrana revestida para formar núcleos de ERV u otros dispositivos similares.
Se pueden usar diversos polímeros de revestimiento que incluyen, por ejemplo, celulosa y sus derivados tales como carboximetilcelulosa, etilcelulosa, acetato de celulosa; poliéteres tales como óxido de polietileno, polietilenglicol, óxido de polifenileno; alcoholes vinílicos tales como alcohol polivinílico; y acrílicos tales como poliacrilatos y poliacrilamidas. Sin embargo, algunos de estos materiales no tienen velocidades de transporte de agua suficientemente altas para aplicaciones de ERV, y algunos son difíciles de reticular o tienden a dar como resultado revestimientos quebradizos o frágiles, y algunos no pueden aplicarse fácilmente como una solución acuosa.
En las presentes membranas se utilizan revestimientos de polímeros no iónicos. En comparación con los polímeros ionoméricos, los polímeros no iónicos son menos susceptibles de ser intoxicados o alterados por contaminantes en las corrientes de aire y agua del dispositivo de uso final. Los revestimientos de ionómero pueden verse comprometidos durante la operación si se exponen a ambientes ácidos o básicos, iones metálicos, sales u otros contaminantes. Además, las soluciones de revestimiento de ionómero generalmente deben mantenerse dentro de un cierto intervalo de pH, limitando los aditivos que se pueden incluir en las soluciones de revestimiento.
Preferiblemente, el revestimiento de polímero se puede aplicar como una solución acuosa para reducir los impactos ambientales y sobre la salud asociados a menudo con otros disolventes. Los polímeros permeables al agua que tienen altas velocidades de transporte de vapor de agua (por ejemplo, óxido de polietileno (PEO) y alcohol polivinílico (PVA) y celulosa) también tienden a ser solubles en agua líquida. Esto significa que se pueden aplicar al sustrato como soluciones acuosas, pero tenderán a disolverse o lixiviarse en presencia de agua líquida. En el presente enfoque, los polímeros se secan y preferiblemente se reticulan sobre la superficie del sustrato, por ejemplo, durante el secado o en otra etapa de post revestimiento. Esto puede hacer que el revestimiento de polímero fino sea insoluble en agua y puede aumentar la vida útil del material de la membrana recubierta y también permitir el lavado del material durante el mantenimiento del núcleo de ERV (lo cual no es posible con la mayoría de los núcleos de ERV basados en membranas disponibles actualmente). Por lo tanto, los agentes de reticulación se pueden usar en soluciones acuosas de revestimiento de polímero para hacer que el polímero sea insoluble una vez que se aplica al sustrato. Los copolímeros de poliuretano-poliéter reticulados son revestimientos permeables al agua, duraderos y flexibles adecuados que se pueden aplicar como soluciones acuosas. Por ejemplo, se ha encontrado que polímeros de poliuretano-poliéter no iónicos (como, por ejemplo, disponibles en Lubrizol con el nombre PERMAX 230) que contienen un segmento 'duro' de estructura de poliuretano para la resistencia mecánica y cadenas laterales de segmento 'blando' de óxido de polietileno (PEO) para la permeabilidad al agua y la funcionalidad de transporte de agua son adecuadas. Para estos revestimientos, la reticulación se producirá generalmente en grupos carboxilo en los segmentos de poliuretano de la cadena de polímero. La reticulación hace que el revestimiento de polímero sea menos soluble en
agua líquida, mientras que las propiedades de transporte de agua de las secciones blandas (PEO) del polímero se retienen adecuadamente. Los agentes de reticulación adecuados incluyen aziradinas, melaminas, isocianatos, carbodiimidas, ácido bórico y glutaraldehído.
Si el sustrato está bien elegido, se puede aplicar una solución de polímero directamente al sustrato mediante una cuchilla o dispositivo similar. El espesor puede controlarse mediante la presión de la cuchilla y la viscosidad de la solución, así como el contenido de sólidos en la solución de revestimiento. Otros métodos de aplicación adecuados incluyen revestimiento por inmersión, varilla Mayer, revestimiento de cuchilla sobre rodillo, huecograbado directo, huecograbado offset, revestimiento por beso, troquel de ranura y revestimiento por pulverización. El sustrato revestido húmedo se pasa después típicamente a través de un secador u horno para eliminar el exceso de agua y provocar que el revestimiento se adhiera a la superficie del sustrato. El secado se puede lograr, por ejemplo, mediante secado con aire caliente por convección, mediante el uso de calentadores infrarrojos o una combinación de los dos. La temperatura elevada en el secador puede iniciar o acelerar la reticulación del revestimiento de polímero. Dependiendo del tipo de polímero de revestimiento, se pueden usar otras técnicas de reticulación (por ejemplo, secado al vacío o exposición a UV). La producción de estas membranas basadas en sustratos recubiertos de sílice-poliolefina se puede completar en equipos de rollo a rollo en un proceso continuo, lo que permite una fabricación de alto volumen y bajo costo.
Preferiblemente, no hay una penetración significativa de la solución de polímero en los poros o a través del espesor del sustrato. El revestimiento permanece sustancialmente en la superficie formando una película densa fina pero sustancialmente continua. En realizaciones preferidas, el espesor del revestimiento está en el intervalo de aproximadamente 0,1 a 25 micras y es más preferiblemente menor de 5 micras. La carga de revestimiento está preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 0,1-15 g/m2, y está más preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 0.5-5 g/m2. El uso de revestimientos de poliuretano-poliéter no iónicos ofrece importantes beneficios sobre los materiales usados anteriormente, incluido que estos polímeros tienen una alta permeación al agua y que los revestimientos pueden reticularse (sin disminuir significativamente la permeación al agua) permitiendo que la membrana se vuelva insoluble en el entorno operativo y lavable. Estos revestimientos permiten una vida útil prolongada con un riesgo sustancialmente reducido de intoxicación, contaminación y degradación del rendimiento. En combinación con el sustrato cargado con desecante, estos revestimientos se pueden aplicar para hacer membranas con revestimientos finos que tienen alta permeación al agua y alta selectividad. El polímero de poliuretano-poliéter iónico permite la fácil incorporación de aditivos con propiedades funcionales deseables a la mezcla de revestimiento y al interior de la membrana.
Aditivos
Las propiedades de la membrana revestida se pueden mejorar aún más para la aplicación de uso final particular incorporando aditivos en el revestimiento de polímero. Los ejemplos incluyen:
(a) resistencia al fuego mejorada mediante el uso de retardantes de llama; y/o
(b) resistencia microbiana mejorada mediante el uso de microbicidas para resistir el crecimiento de moho, bacterias y/o hongos; y/o
(c) mayor absorción de agua y permeación mediante el uso de desecantes y/u otros polímeros.
Se pueden añadir aditivos retardantes de llama al revestimiento para mejorar la resistencia al fuego de la membrana final. Esto es particularmente importante si el sustrato no es en sí mismo resistente al fuego, en cuyo caso, el revestimiento puede contener suficiente aditivo para hacer que la membrana final sea resistente al fuego. Incluso si el sustrato es resistente al fuego (como es generalmente el caso con las películas de polímero cargadas con desecante descritas en el presente documento, particularmente si la carga de desecante es alta), se pueden añadir aditivos al revestimiento para mejorar la resistencia al fuego de la membrana final. Diversos tipos de aditivos son adecuados para este propósito. Estos incluyen intumescentes como grafito expandible y fosfonatos; trihidratos de aluminio; hidróxidos metálicos, tales como hidróxidos de aluminio e hidróxidos de magnesio; compuestos de antimonio tales como trióxido de antimonio, pentóxido de antimonio y antimonita de sodio; compuestos de boro, como ácido bórico, bórax, borato de zinc; otros compuestos metálicos, tales como compuestos de molibdeno, compuestos de titanio, compuestos de circonio, compuestos de zinc tales como estannato de zinc, hidroxi-estannato de zinc; compuestos de fósforo tales como fósforo rojo y polifosfato de amonio; melamina; y guanidina. Idealmente, el aditivo retardante de llama no es soluble en la solución de revestimiento y puede dispersarse fácilmente en la solución. También es deseable que el aditivo no sea tóxico y sea eficaz a cargas bajas. Algunos productos, como los de FlameStop Inc., tienen el beneficio añadido de contener inhibidores del crecimiento de moho y bacterias. También se pueden incorporar aditivos resistentes al fuego en los poros del sustrato.
Los sustratos y revestimientos usados en realizaciones preferidas de las membranas descritas en el presente documento generalmente no promueven, y en algunos casos resisten, el crecimiento de moho y bacterias (a diferencia de la celulosa y otros sustratos y revestimientos usados previamente). La adición de microbicidas al revestimiento puede disuadir aún más el crecimiento de moho, hongos y bacterias en un intercambiador de entalpía u otro dispositivo. Para los intercambiadores de entalpía que forman parte de un sistema de tratamiento de aire, los materiales se utilizan en un ambiente oscuro, húmedo y cálido, que favorece el crecimiento de moho y bacterias. La adición de estos aditivos
puede ser beneficiosa incluso si los materiales de membrana utilizados no pueden degradarse. Los aditivos adecuados para este propósito incluyen Microban®, Bioban (bronopol), Dowicide (2-fenilfenol), Filmguard (3-yodopropinilbutilcarbamato), Amical (diyodometil-p-tolilsulfona) y Canguard (1,2-benzisotiazolin-3-ona).
Aunque el sustrato comprende un desecante, en algunos casos puede ser deseable añadir desecantes adicionales al revestimiento para aumentar la permeación del material al agua. Preferiblemente, los desecantes añadidos al revestimiento se seleccionan y usan en cantidades tales que no aumenten adversamente la permeación del gas a través de la membrana y no se disuelvan en agua con el tiempo. Los desecantes adecuados pueden incluir cloruro de litio, sílice, tamices moleculares, alúmina, cloruro de calcio y sulfato de calcio, aunque algunos de estos tenderán a ser solubles en agua.
Pueden añadirse polímeros solubles en agua al revestimiento como agentes modificadores de la viscosidad y formadores de película para mejorar la consistencia del revestimiento y aumentar la facilidad de fabricación. Pueden añadirse tensioactivos al revestimiento para mejorar el esparcimiento del revestimiento sobre el sustrato o reducir la formación de espuma en la solución de revestimiento durante el procesamiento.
Los polímeros que son solubles en agua y la solución de revestimiento, y que no se reticularán, se pueden añadir a la solución de revestimiento y a continuación extraerse del revestimiento después de revestir y secar el sustrato. Esto puede dejar poros en el revestimiento de modo que el revestimiento pueda bloquear el cruce de aire y contaminantes, pero puede ser menos denso y, por lo tanto, tener una mayor permeación al agua. Por ejemplo, la FIG. 5 muestra una ilustración simplificada de un revestimiento de superficie exagerado sobre un sustrato 500, revestido con una solución de un polímero reticulable y un polímero soluble en agua. Después de la fabricación, el revestimiento comprende una mezcla de revestimiento 510 de polímero reticulado y un polímero 520 soluble en agua. Después de una etapa de extracción con agua 550, pueden producirse poros 530 superficiales adicionales y puede aumentarse el área superficial del revestimiento. Algunos polímeros solubles en agua pueden permanecer atrapados en el revestimiento 525. El revestimiento 515 de polímero reticulado permeable al agua está idealmente todavía intacto y es capaz de bloquear el transporte de gas y contaminantes. Sin embargo, con el polímero extraído eliminado, el espesor medio del revestimiento y la permeación al agua de la membrana pueden ser más altos que para la membrana con el revestimiento mixto, o para una membrana con un revestimiento de polímero reticulado permeable al agua (sin incorporación de un polímero soluble al agua)La formación de poros en el revestimiento también se puede lograr añadiendo disolventes a la solución y extrayendo durante el secado, añadiendo y extrayendo sales u otras rellenos que pueden extraerse.
En un aspecto, la presente invención se refiere a núcleos de ERV y sistemas de ERV que incorporan membranas de transporte de agua del tipo descrito en el presente documento. El ERV puede ser un ERV tipo placa convencional o un ERV con un núcleo de membrana plegada o una rueda de entalpía. Algunos ejemplos de tales dispositivos se describen en la solicitud de patente de Ee. UU. n°. 11/905,190 (publicado como US2008/0085437) y en la solicitud de patente de EE. UU 12/318,973 (publicado como US2009/0193974).
La FIG. 2 es una vista isométrica simplificada de una realización de un núcleo 200 de ERV que comprende una membrana plegada que comprende capas alternas de membrana 201 con vías de flujo de gas entre capas adyacentes. Las vías de flujo pueden comprender canales que atraviesan el núcleo sobre la superficie de la membrana y están sellados de modo que haya flujo de gases a través del núcleo de una cara a la otra sin mezclar las dos corrientes a través de la membrana. Las corrientes de gas se dirigen a través del núcleo 200 de ERV de manera que un lado de cada capa de membrana está expuesto a una corriente de gas 210 y el lado opuesto de la capa de membrana está expuesto a la otra corriente 220 de gas. En la realización ilustrada, los gases están en una configuración de flujo cruzado. Se pueden utilizar configuraciones de contraflujo, co-flujo y otras configuraciones de flujo relativo según la geometría del núcleo del ERV y el colector. El transporte de calor y humedad se produce a través de la membrana debido al diferencial de calor o humedad entre las dos corrientes de gas. El flujo de calor y humedad puede producirse en cualquier dirección a través de la membrana, dependiendo de las condiciones de las corrientes 220 y 210 de gas. Cuando la corriente 210 está fría y seca y la corriente 220 está caliente y húmeda, el transporte de calor y humedad se producirá a través de la membrana para calentar y humidificar el flujo 210 antes de que salga del núcleo en 221. El flujo 220 cálido y húmedo se enfriará y deshumidificará así a medida que pase a través del núcleo y salga en 221.
El perímetro del cartucho de membrana plegada está sellado para evitar que los gases se filtren entre el perímetro del cartucho plegado y el interior de la carcasa del ERV (no mostrado en la FlG. 2). Por ejemplo, las juntas o sellos 202 y 203 se pueden disponer a lo largo de los bordes del cartucho de membrana plegada y la superficie superior e inferior de modo que una vez en el sistema de ERV se cree un sello entre los puertos de entrada y salida para evitar cortocircuitos de los gases entre las corrientes.
La FIG. 3 es una vista simplificada de un núcleo 300 de ERV en un sistema 340 de ERV . El sistema 340 puede contener ventiladores y controles para mover el aire a través del sistema en las direcciones indicadas por las flechas en la FIG. 3. Los sellos se crean alrededor de la periferia del núcleo. El sistema de ERV interactúa entre el aire en un espacio 350 de edificio cerrado y el entorno exterior. Los sellos permiten que las corrientes de aire se dirijan a través del núcleo 300 de ERV de tal manera que el aire 320 entrante que entra al edificio 350 pasa por un lado de las capas de membrana en el núcleo 300 y el aire 310 saliente que sale del edificio pasa por el otro lado de las capas de membrana en el núcleo. Si el aire 311 saliente es frío y seco y el aire 320 entrante es cálido y húmedo, el transporte
de calor y humedad se producirá a través de la membrana en el núcleo de manera que el aire de salida en 310 habrá ganado calor y humedad, y el aire que entra al recinto en 321 habrá sido enfriado y deshumidificado.
Debido a la naturaleza de algunos polímeros permeables al agua, se espera que la permeación de agua del revestimiento aumente cuando el revestimiento se expone a una mayor humedad. Algunos polímeros permeables al agua también pueden mostrar una menor permeación al agua cuando se exponen a temperaturas más altas. Dado que las presentes membranas son anisotrópicas (porque están recubiertas solo en un lado), puede haber una orientación preferida para la membrana en ciertas aplicaciones. Por ejemplo, como se muestra en la FIG. 4a, en aplicaciones de ERV cuando el aire ambiente es cálido y húmedo (meses de verano en América del Norte) puede ser deseable que el revestimiento 401 esté en el lado húmedo de la membrana, es decir, expuesto al aire 420 húmedo entrante. Dado que el revestimiento 401 generalmente transportará más agua en condiciones de mayor humedad, tener el revestimiento 401 en contacto directo con el vapor de agua en la corriente 420 de aire puede conducir a un mayor rendimiento en los meses de verano. Una vez que el agua 410 pasa a través del revestimiento 401, se difundirá a través del sustrato 400 poroso abierto hacia la corriente 421 de salida fría en el otro lado de la membrana. Cuando el aire ambiente exterior es frio 422 y seco, como se muestra en la FIG. 4b, tenderá a haber condensación 411 en la corriente 423 de aire de salida a medida que pasa a través del intercambiador de entalpía. Esto puede producirse debido al rápido enfriamiento del aire caliente y húmedo que sale del edificio. Si el lado revestido de la membrana se expone a la corriente de salida, entonces el revestimiento puede saturarse con agua condensada 415. Esto puede aumentar la permeación de agua de la membrana revestida. La naturaleza anisotrópica de la membrana puede conducir a un mayor rendimiento en condiciones de verano e invierno dependiendo de la orientación del flujo. En algunas condiciones de condensación de temperatura más alta, como se muestra en la FIG. 4c, la membrana puede estar expuesta a una corriente 425 de alta humedad y alta temperatura y una corriente igualmente alta de temperatura, pero seca en el lado opuesto de la membrana 424. La condensación generalmente tenderá a producirse en el intercambiador de entalpía en el lado 413 de alta humedad. En estas condiciones, puede ser beneficioso exponer la superficie del sustrato de la membrana 400 a la corriente de condensación, permitiendo que el sustrato cargado con desecante ayude a absorber este exceso de agua 416 líquida y distribuirlo a través de la membrana hasta el revestimiento 401 fino de polímero en el otro lado. La descripción anterior no pretende ser limitante con respecto a cómo debe orientarse la membrana. La orientación preferida (si la hay) de la membrana anisotrópica en un dispositivo particular dependerá de la aplicación de uso final y de las condiciones específicas a las que está expuesta.
Ejemplos experimentales - Prueba de membrana
Los ejemplos 2-5 y 8-12 describen la preparación de diversas realizaciones de membranas recubiertas que comprenden un sustrato de polímero cargado con desecante con un revestimiento de polímero permeable al agua en una superficie del mismo. Estos ejemplos, junto con el Ejemplo 13, también ilustran algunas de las propiedades y resultados que se pueden obtener con tales membranas. Los experimentos descritos en los Ejemplos 2-5 y 8-13 estaban destinados a explorar el efecto que la naturaleza del sustrato poroso, el revestimiento y los aditivos opcionales pueden tener sobre las propiedades de la membrana final. La preparación y prueba de otros tipos de membranas también se describen con fines comparativos (véanse los Ejemplos 1,6-7).
Referencia Ejemplo 1: un sustrato sin revestimiento
Se obtuvo de Daramic un material de lámina de polietileno relleno de sílice. El material se vende comercialmente como un separador de batería de lámina plana y es un material micro poroso que consiste en polietileno relleno de sílice. El material tenía una relación entre sílice y polietileno de 2,6 a 1, o aproximadamente 72% de sílice en peso, un espesor de 178 micras, una porosidad de 58% y un tamaño de poros medio de aproximadamente 0,2 micras. El material del sustrato se probó para determinar la permeación al agua, la permeación al aire, la relación entre transporte del aire de salida (EATR) y la resistencia al fuego, utilizando las técnicas que se describen a continuación. Los resultados obtenidos para el sustrato no revestido se muestran en la Tabla 1 a continuación. El sustrato sin revestimiento tenía un flujo de agua deseable de 24,3 /- 1,2 kg/m2/ día. Sin embargo, la tasa de cruce de aire era demasiado alta para la mayoría de las aplicaciones de ERV y la relación entre transporte de aire de salida (EATR) y la velocidad de combustión no eran adecuadas para la mayoría de las aplicaciones de ERV. La EATR proporciona una indicación de la cantidad de gas contaminante que puede pasar a través del material de una corriente a otra; sería deseable que este valor fuera inferior al 5% y más deseable que fuera inferior al 1%. De manera óptima, hay un 0% de transporte de gas contaminante a través del material. La velocidad de combustión es demasiado rápida para que el material pase una prueba de inflamabilidad como las indicadas por la norma UL-94 HB u otras pruebas de certificación.
Ejemplo 2: un sustrato recubierto de PVA
Se calentaron agua y polímero de alcohol polivinílico (PVA) (85000-124000 MW de Sigma Aldrich) y se mezclaron para formar una solución al 4% en peso. Se añadió una solución acuosa al 4% de ácido bórico a la solución de polímero en una relación de 1:4 en peso para reticular el polímero de PVA. Se aplicó una revestimiento fino de la solución acuosa de PVA/ácido bórico a una superficie del mismo material de sustrato usado en el Ejemplo 1 usando un revestimiento de varillas Mayer. La carga de revestimiento del PVA fue 3,6 g/m2. El sustrato revestido con PVA se probó en cuanto a permeación al agua y al aire, sustancialmente de la misma manera que en el Ejemplo 1. Los resultados para este sustrato revestido con PVA también se muestran en la Tabla 1 a continuación. El cruce de aire se redujo a 10 cm3/min, pero se encontró que el flujo de agua fue 8,8 kg/m2/día, que es mucho más bajo que para el
sustrato sin revestir del Ejemplo 1, y probablemente demasiado bajo para aplicaciones de ERV de alto rendimiento. El sustrato revestido era bastante frágil y difícil de plegar, manipular y enrollar. Los resultados indican que el PVA no es un polímero preferido para el revestimiento.
Referencia Ejemplo 3: un sustrato recubierto de poliuretano-poliéter
En una prueba comparativa con el ejemplo 2, se obtuvo de Lubrizol una mezcla de copolímero de poliuretano-poliéter (PU/PE), fabricada con el nombre PERMAX 230. El polímero se suministra en una solución acuosa con un 33% de sólidos. La solución se diluyó adicionalmente con agua destilada hasta un 16,5% de sólidos. Esta solución se revistió sobre el sustrato usando un revestimiento de varilla Mayer enrollado con alambre de 0,08 mm de diámetro sobre una superficie del mismo material de sustrato usado en los Ejemplos 1 y 2. A continuación, el material se secó para producir un revestimiento superficial fino de poliuretano-poliéter permeable al agua. La carga de revestimiento fue 3,0 g/m2. El sustrato revestido con poliuretano-poliéter se probó para determinar la permeación al agua y al aire, sustancialmente de la misma manera que en el Ejemplo 1. Los resultados para este sustrato revestido también se muestran en la Tabla 1 a continuación. La permeación de aire y la EATR se redujeron significativamente en comparación con el sustrato sin revestir del Ejemplo 1, y el material tenía una velocidad de transporte de agua favorablemente alta en comparación con el material sin revestir del Ejemplo 1. El sustrato revestido era fácil de manipular, plegar y enrollar. Sin embargo, cuando la membrana se calentó en agua a aproximadamente 80°C durante una hora, el revestimiento se eliminó de la superficie de la membrana, lo que indica que el revestimiento debería reticularse preferiblemente para hacerlo menos soluble en agua.
TABLA 1
Ejemplo 4: un sustrato recubierto de poliuretano-poliéter con reticulación
Se prepararon soluciones acuosas de polímero de poliuretano-poliéter (basadas en Lubrizol PERMAX 230) con un agente de reticulación de policarbodiimida (obtenido de Picassian Polymers con el nombre XL-702) en diversas proporciones en peso de polímero a agente de reticulación. Estas soluciones se usaron para revestir muestras pesadas del mismo material de sustrato Daramic usado en los Ejemplos 1 -3. Otra muestra pesada del mismo material de sustrato se revistió con poliuretano-poliéter sin agente de reticulación. Los revestimientos se aplicaron usando un revestimiento de varillas Mayer.
Las membranas se secaron a 100 °C y se volvieron a pesar y las cargas de revestimiento se informan en la Tabla 2. Las membranas se colocaron después en agua a aproximadamente 80 ° C durante 1 hora, y luego se secaron y se pesaron de nuevo. Se determinó el porcentaje de pérdida de revestimiento y se muestra para cada muestra en la Tabla 2 a continuación. Los resultados indican que el uso de un agente de reticulación para reticular el revestimiento hace que el revestimiento sea menos soluble en agua, sin afectar significativamente el flujo de agua de la membrana. Se espera que esto le dé a la membrana recubierta una vida útil más larga y mantenga un bajo cruce a lo largo del tiempo.
TABLA 2
Ejemplo 5: efecto de la carga de revestimiento
Se prepararon membranas con diferentes cargas de revestimiento recubriendo muestras del mismo material de sustrato Daramic usado en los Ejemplos 1-4 con soluciones acuosas de la misma mezcla de poliuretano-poliéter (basada en Lubrizol PERMAX 230) con concentraciones de polímero entre 16 y 33% en peso y un agente de reticulación de policarbodiimida de Picassian Polymers (XL-702). La relación entre polímero y agente de reticulación
se mantuvo constante sobre una base en peso de 10 partes de polímero por 1 parte de agente de reticulación. Las soluciones se recubrieron sobre una superficie del sustrato usando un revestimiento de varilla Mayer enrollado con alambre que variaba de 0,05 a 0,3 mm de diámetro. Se probó la permeación de agua de las muestras de membranas recubiertas resultantes y los resultados se muestran en la FIG. 6. Demuestran una clara tendencia lineal hacia un mayor flujo de agua con cargas de revestimiento más bajas. Por tanto, es importante reducir o minimizar el espesor o el peso de la capa de revestimiento para aumentar el flujo de agua en la membrana. Sin embargo, habrá un límite inferior: por debajo de una determinada carga de revestimiento (que variará según el sustrato particular, el revestimiento y otros factores), la selectividad de la membrana se verá comprometida y el cruce de contaminantes aumentará. Las membranas en este ejemplo con cargas de revestimiento bajas de aproximadamente 1,1 g/m2 tenían un cruce de aire y EATR de cero, y tenían tasas de flujo de agua de aproximadamente 23 kg/m2/día, que es solo un 4-8% más bajo que los sustratos sin revestimiento. Disminuir aún más el espesor del revestimiento aumentará el flujo de agua, pero también el cruce de contaminante.
Ejemplo 6 - Efecto del espesor y la porosidad del sustrato
Para estudiar el efecto del espesor del sustrato y la porosidad, se obtuvo una gama de materiales de PPG con el nombre de Teslin®. Estos materiales varían de 145 a 356 micras. La densidad del material se comparó con el cruce de aire y el transporte por agua, como se muestra en la Tabla 3. La disminución de la densidad del material aumenta las tasas de cruce y transporte de agua; esto se produce porque habrá menos resistencia al transporte de agua en los materiales más finos y porosos. Esto demuestra que los sustratos más finos y menos densos (o de mayor porosidad) tienden a tener un mejor rendimiento y que, por lo tanto, se prefieren generalmente sustratos finos y de alta porosidad. A partir de PPG se obtuvo un sustrato más fino con un pedido personalizado y con mayor porosidad. Este material tenía una composición similar a los otros materiales Teslin® probados, pero tenía un espesor de 104 micras. Tenía una tasa de flujo de agua muy mejorada, como se muestra en la Tabla 3. En el Ejemplo 8 se pueden encontrar más detalles sobre la producción y prueba de una membrana selectiva revestida con este sustrato.
TABLA 1
Ejemplo 1: sustrato con poros grandes y sin carga de desecante
En una prueba comparativa con los ejemplos 2 y 3, se obtuvo un material de lámina de polímero no tejido de Crane and Co. vendido con el nombre CU404. Este material es un material no tejido de tereftalato de polietileno (PET) calandrado con alta porosidad y gran tamaño de poro, con un caudal Gurley de 21 s/100 cm3. El material tiene un espesor de 101 micras. Se aplicó una solución de revestimiento que contenía 30% de poliuretano-poliéter (PERMAX 230) en peso con 3% de agente de reticulación (XL-702) en peso a una superficie del sustrato no tejido, llenando los poros del material. Después del recubrimiento inicial, el cruce de aire todavía era grande, por lo que se aplicó un segundo revestimiento a la misma superficie. El material de doble revestimiento y secado tenía una tasa de cruce de aire medida y una EATR de cero, sin embargo, se encontró que el flujo de agua fue solo 3,4 kg/m2/día. Parece que cuando se reviste este material polimérico no tejido de alta porosidad, el revestimiento no permaneció como una capa superficial, sino que dio como resultado un material muy o completamente lleno o impregnado con bajo flujo de agua. Esto indica que existe un límite de tamaño de poro por encima del cual el revestimiento no se retendrá como una capa superficial fina.
Ejemplo 8: un sustrato fino con porosidad mayor, tamaño de poro bajo y carga de desecante
A partir de PPG se obtuvo un sustrato cargado de sílice de pedido personalizado con mayor porosidad, tamaño de poro bajo y espesor reducido. El material tenía un espesor de 104 micras (ver Ejemplo 6). El sustrato sin revestimiento tenía una tasa de cruce de aire de 1420 cm3/min y se encontró que el flujo de agua fue 33,8 kg/m2/día. El sustrato se revistió con poliuretano-poliéter (PERMAX 230) al 15% en peso de polímero en solución con agente de reticulación Picassian XL-702 al 1,5% en peso en solución. El revestimiento se aplicó con un revestimiento de varilla Mayer y se encontró que la carga de revestimiento seco fue de 2,0 g/m2. El cruce de aire del sustrato revestido fue cero, la EATR fue cero. Se encontró que el flujo de agua de la membrana fue 28 kg/m2/día, que fue considerablemente mayor, en aproximadamente un 20%, que los materiales probados en el Ejemplo 5 en los que se utilizó un sustrato más grueso y menos poroso. Los sustratos más finos con mayor porosidad que contienen aditivos desecantes permiten la preparación de membranas con bajas cargas de revestimiento y que tienen bajas tasas de cruce de gases y
contaminantes y alto flujo de agua.
Ejemplo 9: un sustrato recubierto con antim icrobianos
Se prepararon soluciones de polímero de poliuretano-poliéter al 16% en peso (PERMAX 230), agente de reticulación al 1,6% en peso (XL-702) y aditivo (Microban AF) antimicrobiano. La cantidad de antimicrobiano varió del 0,25 al 5% en peso en solución y del 1 al 20% en peso en el revestimiento seco. Los revestimientos se aplicaron sobre la superficie de un sustrato de sílice-poliolefina de PPG, con un espesor de sustrato de 150 micras. Las muestras se analizaron para determinar la resistencia a los hongos Aspergillus niger en una prueba AATCC 30 y la resistencia a Staphylococcus aureus y Klebsiella pneumoniae en una prueba de Kirby-Bauer. Todas las muestras demostraron inhibición de zona de los microbios. Una muestra del material revestido con un porcentaje en peso de antimicrobiano del 2,5% en el revestimiento se lavó durante 2 horas en agua a 60°C. A continuación, se analizó la muestra para determinar su resistencia a los hongos Aspergillus niger en una prueba AATCC 30. La muestra demostró una zona libre de crecimiento de más de 4 mm y una inhibición superficial del 100% de los hongos, lo que indica que la membrana es eficaz para prevenir el crecimiento de hongos y moho en o cerca de la membrana.
Ejemplo 10: un sustrato recubierto de poliuretano-poliéter con retardante de llama
Se preparó una solución de poliuretano-poliéter y se mezcló con un retardante de llama en diversos porcentajes, siendo el resto de cada solución agua destilada. La solución de polímero se obtuvo de Lubrizol y el aditivo retardante de llama fue FRX Powder obtenido de Fire Stop Inc. Estas mezclas se usaron para recubrir el mismo material de sustrato usado en los Ejemplos 1-4 usando un revestimiento de cuchillas, que era similar a los revestimientos de varillas Mayer utilizado en los otros ejemplos, pero era más apropiado para soluciones de revestimiento con altas cantidades de sólidos en solución. Los resultados se presentan en la Tabla 4 a continuación.
TABLA 4
La velocidad de combustión del sustrato revestido sin retardante de llama, como se muestra en la parte inferior de la TABLA 4, fue 0,76 cm/s; la adición de retardante de llama al revestimiento disminuye significativamente la velocidad de combustión como se muestra en la TABLA 4. Además de afectar la velocidad de combustión, el retardante de llama tiene un efecto significativo sobre el flujo de agua de la membrana. Con 40% de retardante de llama, se lograron bajas tasas de combustión, pero si la cantidad de polímero era baja (p. ej., 20%), la tasa de cruce de aire y la EATR eran altas. Al 50% de polímero, la carga de revestimiento fue mayor (11,2 g/m2) y el flujo de agua se redujo a 12,4 kg/m2/día presumiblemente debido al espesor del revestimiento.
Se concluyó que con estos aditivos existen proporciones de mezcla de revestimiento preferidas para sustratos dados en los que se pueden cumplir los requisitos de baja inflamabilidad, mientras se mantiene una tasa de cruce de gas y una tasa de transferencia de contaminantes bajas, sin disminuir indebidamente el rendimiento del transporte de agua.
Ejemplo 11 - Otros aditivos: sílice
Se añadió desecante de gel de sílice microparticulado, Syloid AL-1 de Grace Davison con un tamaño medio de partícula de 7 micras a una solución acuosa de poliuretano-poliéter (PERMAX 230). La solución contenía 30% de polímero de poliuretano-poliéter y 3% de agente de reticulación en peso y 3% de partículas de sílice en peso. El desecante de sílice se añadió a la solución de revestimiento en un esfuerzo por aumentar aún más las propiedades de absorción y permeación de agua del revestimiento. La solución se revistió sobre la superficie de un sustrato de polímero relleno de sílice micro poroso similar a los usados en los Ejemplos 1-5 anteriores. Sin embargo, debido al gran tamaño de partícula de la sílice en el revestimiento, se tuvo que aplicar una carga de revestimiento más alta al
sustrato para bloquear suficientemente la permeación del gas. Con una carga de revestimiento de 7,5 g/m2, la tasa de cruce de aire fue cero y el flujo de agua fue 17,9 kg/m2/día. Una muestra con una carga de revestimiento similar de 6,7 g/m2 pero sin el aditivo de sílice tenía una tasa de cruce de aire de cero, pero un flujo de agua algo menor de 15,6 kg/m2/día. Por tanto, sobre una base de carga de revestimiento relativa, el revestimiento que comprende un aditivo desecante de gel de sílice tuvo un mayor transporte de vapor de agua. Sin embargo, debido a la alta carga de revestimiento necesario para crear una membrana selectiva, el rendimiento fue menor que el de otras membranas selectivas creadas. Por ejemplo, membranas con una carga de revestimiento más baja (1 g/m2) en el Ejemplo 5 tuvo un rendimiento superior a aproximadamente 23 kg/m2/día. Esto probablemente se debió al gran tamaño de partícula del aditivo de sílice. Es probable que los aditivos de sílice de partículas más pequeñas mejoren aún más el revestimiento y el rendimiento de transporte de agua del material de la membrana.
Ejemplo 12 - Otros aditivos: polímeros
A partir de PPG se obtuvo una muestra de material de sílice-polietileno con un espesor de 104 micras. La muestra sin revestimiento se probó para el transporte por agua y tenía una tasa de flujo de agua de 33,8 kg/m2/día, la tasa de cruce de aire fue 1420 cm3/ min, y la EATR fue superior al 50%. Se mezcló una solución de poliuretano-poliéter (PERMAX 230) al 15% en peso con 3% en peso de agente de reticulación (XL-702) y 3% en peso de polivinilpirrolidona (PVP), Luviskol K90. El sustrato se revistió con un revestimiento de varillas Mayer. La carga de revestimiento seco fue 2,3 g/m2, la tasa de cruce de aire fue cero, la EATR fue cero y el flujo de agua fue 28.6 kg/m2/día. A continuación, la membrana se sumergió en un baño de agua a 50°C para extraer al menos algo del polímero PVP soluble en agua. La membrana extraída se secó y se encontró que el peso del revestimiento fue 1,0 g/m2, el cruce todavía fue cero, la EATR todavía fue cero y el flujo de agua de la membrana extraída fue 31,3 kg/m2/día. Esto demuestra que incorporar un polímero soluble en agua y no reticulado en el revestimiento y después extraerlo del revestimiento puede mejorar el transporte de agua de la membrana revestida. Parece que el uso de esta técnica (añadir un polímero soluble en agua a una solución de revestimiento con un polímero reticulable y un agente de reticulación, revestir y secar la membrana y después extraer el polímero soluble en agua del revestimiento) quizás introduzca algo la porosidad en el revestimiento, disminuye su densidad y espesor promedio y/o aumenta su área de superficie más alta, y esto puede mejorar el transporte de agua del revestimiento de membrana sin aumentar adversamente el cruce de aire y contaminantes.
Ejemplo 13 - Direccionalidad
En determinadas condiciones, puede resultar beneficioso tener la superficie revestida o no revestida de la membrana enfrentada hacia el secador o hacia la corriente de gas más húmeda. En esas pruebas se usó un sustrato revestido cargado con desecante del Ejemplo 5, con carga de revestimiento de 2,9 g/m2. Una superficie de la membrana tenía un revestimiento y la otra superficie tenía expuesto el sustrato cargado con desecante. Las pruebas se completaron en diferentes conjuntos de condiciones enumeradas en la Tabla 5, con la superficie revestida frente a la corriente húmeda y después con la superficie revestida frente a la corriente seca. Los resultados se muestran en la Tabla 6.
TABLA 5
TABLA 6
En la condición A (donde la corriente húmeda tiene una humedad baja y solo está presente vapor de agua), el flujo de agua fue un 7,5% más alto cuando el revestimiento estaba frente al lado húmedo. En la condición de funcionamiento B,
cuando los niveles de temperatura y humedad de la corriente húmeda son más altos, habrá una cantidad significativa de agua que se condensa de la corriente de gas húmedo y golpea la membrana. En la condición de funcionamiento B, la membrana mostró un aumento del 38% en el transporte cuando el revestimiento estaba en el lado seco (sustrato cargado con desecante en el lado húmedo). Esto indica que, en determinadas condiciones, es beneficioso tener la superficie sin revestir de la membrana frente a la corriente húmeda. Finalmente, en la condición de funcionamiento C, la membrana se expuso a aire frío (-10 ° C) seco en una superficie y aire húmedo caliente en la otra superficie de la membrana. Se condensará algo de agua en la corriente húmeda a medida que se enfríe el aire. En estas condiciones, la membrana se comportó casi un 10% mejor cuando la superficie revestida de la membrana estaba frente al lado húmedo. Aquí, el revestimiento de polímero permeable al agua podría no transportar agua tan bien cuando se expone a la corriente de gas seco cuando están por debajo de las temperaturas de congelación. Además, la cantidad de agua condensada puede no ser lo suficientemente significativa para demostrar los beneficios observados durante la condición de funcionamiento B. La asimetría de la membrana, y la forma en que está mejor orientada, puede ser una consideración importante dependiendo de las condiciones de funcionamiento a las que se expondrá la membrana.
Compendio de los métodos de prueba utilizados en los ejemplos
Se desarrolló un procedimiento de prueba de transporte dinámico de vapor de agua diseñado para probar las membranas en condiciones similares a aquellas en las que podrían utilizarse. Se selló una muestra de material de membrana en un aparato de prueba con vías de campo de flujo a ambos lados de la membrana para distribuir uniformemente los gases sobre ambas superficies del material, estando los gases separados por la membrana. Se podría controlar el caudal, la temperatura y la humedad relativa de cada corriente de gas de entrada, y se podrían medir las temperaturas de salida y la humedad relativa de cada corriente de gas. Los gases se suministraron y dirigieron en contracorriente sobre las superficies opuestas de la membrana. El área activa de la membrana en la plantilla de prueba fue 33 cm.2. En una prueba típica, se suministró una primera corriente de gas a 24 °C y 0% de humedad relativa a la entrada en un lado de la membrana. Se suministró una segunda corriente de gas a la entrada en el otro lado de la membrana a 35°C y 50% de humedad relativa, y al mismo caudal que el primer gas. El contenido de agua y la temperatura de las dos corrientes se midieron y registraron en las salidas. A partir de estos valores, se determinó la velocidad de transporte de agua de la muestra de prueba, en unidades de masa por tiempo (g/h). Los resultados también se pueden informar como un flujo de agua dividiendo por el área de la membrana sobre la cual se ha producido el transporte en unidades de masa por área por tiempo (g/m2/h). Al dividir el flujo de agua por el diferencial de presión de vapor de agua medio calculado dentro del módulo de prueba, se puede determinar un valor de permeación de agua en unidades de masa por área por tiempo por diferencial de presión de vapor (g/m2/h/kPa). Debido a la escala de los resultados, se encontró más conveniente informar los datos de transporte de agua como un valor de flujo de agua en unidades de kg/m2/día.
Para evaluar las propiedades de permeación o cruce de aire de los materiales de la membrana en los ejemplos anteriores, se sellaron muestras del material de la membrana en un aparato de prueba. Se aplicó aire a presión a un lado de la membrana y se registró el flujo de aire a través del material. En una prueba típica, el aire presurizado se aplicó a 3 PSI o 20,7 kPa. La tasa de flujo cruzado a través de la muestra de prueba se registró en centímetros cúbicos por minuto (cm3/min). Este valor se puede convertir en un valor de permeación al aire dividiendo por la presión aplicada y el área (33 cm2 en una prueba típica) de la membrana. La permeación del aire se puede informar en cm.3/min/cm2/ kPa.
La relación de transferencia del aire de salida (EATR) proporciona una indicación de la cantidad de gas contaminante que puede pasar a través del material de la membrana. Se desarrolló una prueba para determinar la EATR de la membrana. En esta prueba, se colocó nuevamente una muestra de membrana en un aparato de prueba que separa los dos lados de la membrana, de modo que puedan proporcionarse corrientes de gas independientes en los lados opuestos de la membrana. En un lado de la membrana se pasó una corriente de nitrógeno sustancialmente puro sobre la superficie de la membrana. En el otro lado de la membrana se hizo pasar una corriente de aire sobre la superficie de la membrana. La presión diferencial entre las dos corrientes se mantuvo a cero de modo que solo se produzca transporte difusivo y no convectivo a través de la membrana. Se colocó un sensor de oxígeno a la salida de la corriente de nitrógeno para medir la concentración de oxígeno. Dado que se conoce la concentración de oxígeno en el aire, y la corriente de nitrógeno no contenía prácticamente oxígeno en la entrada, el porcentaje de oxígeno que pasa a través de la membrana por difusión se puede informar como:
EATR % = { [C(02,1 )]/[C(02,2)]} x 100
donde C se refiere al porcentaje de concentración de oxígeno (O2) en los puntos 1 y 2, con el punto 1 en la salida del lado del nitrógeno (medido por el sensor) y el punto 2 en la entrada del lado del aire (conocido, 20,95%).
La prueba de llama utilizada se basó en el estándar de prueba de combustión horizontal UL-94 HB de Underwriters Laboratories, que está diseñado para determinar la inflamabilidad de un material. Se cortó una muestra de membrana a 1,25 x 12,5 cm. La muestra se apoyó horizontalmente y a continuación se inclinó longitudinalmente en un ángulo de 45 ° con respecto a la horizontal. Se aplicó una llama de propano de aproximadamente un centímetro de altura al borde corto inferior de la muestra de membrana inclinada. La llama se mantuvo en la muestra hasta que la llama se extendió más allá de 2,5 cm del material. Después de que se quemaron los 2,5 cm, se retiró la llama y se dejó que la
llama se propagara a través del material. Se registraron el tiempo de combustión y la distancia de combustión y se determinó la velocidad de combustión en cm/s. Si el material se autoextingue antes de la marca de 10 cm y el material tiene una velocidad de combustión inferior a 0,125 cm/s, el material pasa la prueba HB.
Para recubrir las membranas de manera precisa y consistente a escala de banco, se utilizó un revestimiento de varillas Mayer. Este tipo de dispositivo de revestimiento también puede denominarse barra Meyer, barra de inglete, barra Meyer, barra medidora, barra de revestimiento, barra compensadora, barra dosificadora o revestimiento de barra dosificadora. En este tipo de barras, el alambre de acero se enrolla firmemente alrededor de una varilla. El espacio de separación creado entre las vueltas adyacentes del alambre dependerá del diámetro del alambre utilizado para enrollar la varilla. En el aparato de revestimiento usado en los ejemplos anteriores, la varilla enrollada con alambre se coloca a una presión descendente sustancialmente constante sobre el sustrato, y después la solución de polímero se deposita mediante una pipeta sobre la superficie del sustrato delante de la varilla. Un accionador lineal impulsa la varilla a través de la superficie del sustrato a una velocidad constante extendiendo el revestimiento sobre el sustrato. El espesor del revestimiento húmedo depositado sobre la superficie del sustrato dependerá del diámetro del alambre utilizado para enrollar la varilla. Los diámetros de alambre utilizados oscilaron entre 0,05 y 0,3 mm, lo que permite que los depósitos de película húmeda controlados oscilen entre aproximadamente 4 micras y aproximadamente 24 micras. El revestimiento se asienta por gravedad en una película de espesor húmedo sustancialmente uniforme, después de lo cual el material se seca y cura para eliminar el disolvente y crear un sustrato revestido con un espesor de revestimiento seco y una carga de revestimiento consistentes. Se puede lograr un refinamiento adicional en la carga de revestimiento alterando el contenido de sólidos, la viscosidad, la densidad y las propiedades de tensión superficial de la solución utilizada.
Las presentes membranas son particularmente adecuadas para su uso en intercambiadores de entalpía, pero también pueden ser adecuadas para otras aplicaciones que impliquen el intercambio de humedad y, opcionalmente, calor entre corrientes de gas con poca o ninguna mezcla de las corrientes de gas a través de la membrana. Tales aplicaciones potenciales incluyen humidificadores de pila de combustible, secado de gases, deshumidificación, humidificación de gases medicinal, desalinización y humidificación de aviones, filtración de agua, separación de gases y recuperación de agua y calor de gases de combustión.
Las presentes membranas se revisten preferiblemente en una sola superficie con una capa fina de polímero permeable al agua para dar una membrana anisotrópica como se describe anteriormente. Sin embargo, se pueden obtener membranas con diferentes propiedades y características de transporte de agua aplicando los revestimientos descritos con anterioridad a ambos lados del sustrato, para proporcionar una capa superficial fina de polímero permeable al agua formada en ambos lados del sustrato. Para alguna aplicación de rueda de entalpía que no esté según la invención, puede ser suficiente usar el sustrato cargado de desecante poroso sin el revestimiento de polímero.
A lo largo de esta descripción, las realizaciones y ejemplos mostrados deben considerarse como ejemplos, en lugar de limitaciones sobre la membrana y el método divulgados o reivindicados.
Claims (12)
1. Una membrana (201) de transporte de agua que comprende un sustrato (400, 500) de polietileno cargado de sílice poroso con un revestimiento (401) que comprende un polímero de poliuretano-poliéter no iónico, permeable al agua, reticulado, formado en una superficie del mismo.
2. La membrana (201) de la reivindicación 1, en donde la carga de dicho revestimiento (401) está en el intervalo de 0,1 g/m2 a 15 g/m2.
3. La membrana (201) de la reivindicación 1, en donde la carga de dicho revestimiento (401) está en el intervalo de 0,5 a 5 g/m2.
4. La membrana (201) de la reivindicación 1, en donde dicha carga de sílice está en el intervalo del 45% al 80% en peso de dicho sustrato (400, 500).
5. La membrana (201) de la reivindicación 1, en donde el espesor de dicho sustrato (400, 500) está en el intervalo de 40 micras a 150 micras, y dicho sustrato (400, 500) tiene una porosidad superior al 50%.
6. La membrana (201) de la reivindicación 1, la carga de dicho revestimiento (401) está en el intervalo de 0,25 g/m2 a 15 g/m2, el espesor de dicho sustrato (400, 500) está en el intervalo de 40 micras a 150 micras, y dicha carga de sílice está en el intervalo del 45% al 80% en peso de dicho sustrato.
7. Un método para fabricar una membrana de transporte de agua, dicho método que comprende:
(a) aplicar una solución que comprende un polímero permeable al agua a una superficie de un sustrato (400, 500) polimérico poroso cargado con desecante en donde dicho polímero permeable al agua comprende un polímero de poliuretano-poliéter no iónico reticulado, en donde dicho desecante comprende sílice y en donde el sustrato polimérico es un sustrato de polietileno, y
(b) reticular dicho polímero permeable al agua y secar dicho sustrato (400, 500) revestido para formar un revestimiento (401) continuo de dicho polímero reticulado permeable al agua sobre una superficie de dicho sustrato (400, 500).
8. El método de la reivindicación 7, en donde dicha solución es una solución acuosa.
9. El método de la reivindicación 7, en donde dicho sustrato (400, 500) poroso es una película de poliolefina cargada con desecante.
10. El método de la reivindicación 7, en donde dicha solución comprende además un agente de reticulación para reticular dicho polímero permeable al agua.
11. El método de la reivindicación 7, en donde dicha solución comprende además un polímero (520) soluble en agua, y dicho método comprende, además, después de la etapa (b), tratar dicho sustrato revestido seco con agua para disolver al menos parcialmente y eliminar dicho polímero (520) soluble en aguade dicho revestimiento (401).
12. Un núcleo (200, 300) de ventilador de recuperación de energía que comprende una membrana (201) de transporte de agua según la reivindicación 1, que comprende un sustrato (400, 500) poroso con un revestimiento (401) permeable al agua formado en una superficie del mismo, en donde dicho sustrato (400,500) comprende una película de polímero porosa cargada con desecante y dicho revestimiento (401) comprende un polímero permeable al agua, caracterizado por que dicho polímero permeable al agua es un polímero de poliuretano-poliéter no iónico reticulado.
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