Analysis of the Rome Statute Model

Existen muchos factores que condicionan la morfología final de la membrana polimérica porosa preparada mediante inversión de fase: el disolvente, la concentración, el coagulante, la temperatura del baño de coagulación, el tiempo de inversión, etc. Variando uno o más de estos parámetros, los cuales pueden ser dependientes entre sí, la estructura de la membrana puede cambiar(201-206)_.

Mediante la máquina extendedora de películas de disolución de polímero de espesor controlado (Figura 2.8), logramos automatizar parte del proceso mejorando su reproducibilidad. La deposición de la película sobre el tejido-no-tejido de poliéster se hace de manera automática a una velocidad y espesor seleccionados.

Figura 2.8.- Máquina extendedora de películas de disolución de polímero (izda), y aplicador de acero de 4 espesores: 50, 100, 150, y 200 μm (dcha).

Para encontrar las condiciones óptimas del funcionamiento de la máquina de aplicación de membranas se usaron las polisulfonas comerciales Radel® _{y Ultrason E}® (Figura 2.9).

Figura 2.9.- Estructuras de las polisulfonas comerciales empleadas.

Ayudándonos de la técnica de microscopía electrónica de barrido, se ha podido observar la influencia de distintas variables en la estructura de las membranas(207)_{. Se} comprobó, como era de esperar, que un aumento en la concentración de la disolución daba lugar a membranas más compactas en detrimento del flujo de permeado(204)_{. Cabe señalar} que resulta casi imposible hacer una comparativa entre membranas procedentes de diferentes polímeros a partir de disoluciones de idéntica viscosidad. El límite de solubilidad de las distintas estructuras, dependiendo del peso molecular alcanzado para cada una de ellas, impide lograr este propósito.

Cuando las membranas se extendieron sobre vidrio, mediante SEM pudo apreciarse la diferencia entre la cara de la membrana pegada al vidrio, y la cara de la membrana en contacto con el aire (Figura 2.10).

velocidad (1-8)

Figura 2.10.- Micrografías del corte transversal de una membrana de polisulfona Radel (18 % DMF): cara superficial pegada al vidrio (arriba), y cara superficial en contacto con el aire

(abajo).

En la cara de la membrana que estuvo en contacto con el aire antes de ser coagulada, no se aprecia tan claramente la estructura porosa como en la cara pegada al vidrio, lo que confirma el hecho de que las películas de polímero coagulan rápidamente por acción de la humedad ambiental y la evaporación del disolvente, como consecuencia se deben precipitar lo más rápidamente posible una vez extendidas. Por esta misma razón la velocidad de aplicación de la membrana también influye decisivamente en la estructura final de la misma(208)_{. Cuanto mayor es la velocidad de aplicación, menor es el espesor de la} capa “densa” superficial de la membrana. Entre las velocidades a las que permite trabajar la máquina extendedora (0.5-12.5 cm/s), se eligió una velocidad de 7 cm/s para todas las membranas preparadas.

Por consiguiente, las membranas de UF presentan en su mayoría una estructura asimétrica con un gradiente en el tamaño de los poros que va aumentando desde su superficie, prácticamente densa, hacia el interior de la membrana donde se abre la estructura

en cavidades(209)_{. Estas cavidades conforman la parte no selectiva de la membrana que da} caudal y actúa casi exclusivamente como soporte mecánico. En la Figura 2.11 se aprecia claramente la asimetría en la estructura porosa de una membrana de polisulfona.

Figura 2.11.- Micrografía del corte transversal de una membrana de Ultrason (18 % DMA), con detalle del espesor de la capa densa superficial.

Las disoluciones de polímero se extendieron sobre vidrio o sobre una capa de tejido- no tejido de poliéster. Otra conclusión extraída de este estudio es la dificultad de controlar el espesor final de la membrana obtenida, sobre todo cuando la película de polímero se extiende sobre el poliéster en vez de sobre vidrio. Cuanto mayor sea el espesor elegido en el aplicador de membranas, mayor es el espesor final de la misma, y menor el flujo de permeado obtenido. Se comprobó que entre 150 y 200 μm de espesor de aplicador no existían diferencias apreciables en el flujo de permeado, finalmente todas las membranas se prepararon a 200 μm para evitar en la medida de lo posible la percolación de la disolución de polímero en el tejido de poliéster. En la Figura 2.12 y en la Figura 2.13 se muestran micrografías del corte transversal de membranas de DDS-IP y DDS-5OH al 15 %, extendidas sobre tejido y sobre vidrio.

200 μm

A

B

150 μm

Figura 2.12.- Micrografías del corte transversal de membranas DDS-IP (15 %) extendidas sobre tejido de poliéster (membrana de PAA (parte A), soporte de poliéster (parte B)), y

sobre vidrio.

Aunque las micrografías del aumento en ambas Figuras revelan un tamaño de poro mucho mayor en las membranas preparadas sobre vidrio, en ningún caso de los ensayados para estas PAAs se apreciaron diferencias significativas en el flujo de permeado entre las membranas extendidas sobre vidrio o sobre tejido. Son los poros de menor tamaño de la capa más superficial de la membrana los que determinan su flujo final y su selectividad, y probablemente el tamaño de estos poros sea muy similar en los casos comparados(202)_.

También se realizó un estudio sobre la temperatura más adecuada del baño de coagulación (10-30 ºC), comprobando que dicha variable influía en la estructura porosa final de la membrana. Temperaturas iguales o superiores a 25 ºC del baño de agua precipitante reducían considerablemente la permeabilidad de las membranas(210)_, coagulándose finalmente todas las membranas preparadas para ser evaluadas a 20 ºC.

Por último, y tal como se ha comentado en la parte experimental, todas las membranas se conservaron en una disolución acuosa de glicerina al 20 % (p/p) hasta su evaluación. Se comprobó que a partir de una concentración del 10 % de glicerina en agua destilada la estructura porosa de la membrana no sufre apenas compactación, manteniendo su flujo de permeado prácticamente constante a lo largo del tiempo (meses después de sintetizada la membrana).

150 μm vidrio

150 μm

tejido

Figura 2.13.- Micrografías del corte transversal de membranas DDS-5OH (15 %) extendidas sobre tejido de poliéster y sobre vidrio.

2.c.3.- Aspectos teóricos del proceso de Ultrafiltración