Las propiedades físicas y químicas básicas del polímero Nafion™
Introducción
El polímero Nafion™ fue desarrollado por el Dr. Walther Grot en DuPont a finales de la década de 1960 modificando el teflón™. El polímero Nafion™ fue el primer polímero sintético desarrollado con propiedades iónicas, y dio inicio a una clase completamente nueva de polímeros llamados ionómeros. Estas propiedades iónicas del polímero Nafion™ se crearon mediante la adición de grupos de ácido sulfónico, un químico con propiedades iónicas muy fuertes, en la matriz del polímero a granel. El polímero Nafion™ combina las propiedades físicas y químicas de su material base de teflón™ con características iónicas que confieren al material final las siguientes propiedades:
- Al igual que el teflón, el™ polímero Nafion™ es extremadamente resistente al ataque químico. Según DuPont, solo los metales alcalinos metálicos (sodio en particular) pueden atacar directamente al polímero Nafion™ en condiciones normales de temperatura y presión. Esto significa que el polímero Nafion™ no libera fragmentos ni productos de degradación en el medio circundante.
- Al igual que el teflón, el™ polímero Nafion™ tiene temperaturas de trabajo relativamente altas en comparación con muchos polímeros. El polímero Nafion™ se utiliza en algunas aplicaciones a temperaturas de hasta 190 °C.
- A diferencia del teflón™, el polímero Nafion™ es altamente conductor de iones. Funciona como un polímero de intercambio catiónico.
- El polímero Nafion™ es un catalizador superácido. Los grupos de ácido sulfónico unidos a la columna vertebral de teflón™ dentro del polímero Nafion™ funcionan como un donante de protones extremadamente fuerte debido al efecto estabilizador de la gran matriz polimérica unida al ácido sulfónico.
- El polímero Nafion™ es muy selectivo y altamente permeable al agua. Los grupos de ácido sulfónico en el polímero Nafion™ tienen un agua de hidratación muy alta, por lo que absorben agua de manera muy eficiente. Las interconexiones entre los grupos ácido sulfónico conducen a una transferencia muy rápida de agua a través del polímero Nafion™.
Aplicaciones
Estas propiedades inusuales se explotan en las cuatro aplicaciones principales del polímero Nafion™ en la actualidad.
- El polímero Nafion™ se utiliza para fabricar membranas de intercambio iónico utilizadas para producir cloro gaseoso y lejía (hidróxido de sodio) mediante la electrólisis del agua salada.
- El polímero Nafion™ se utiliza para secar selectivamente o para humidificar gases. El segmento más grande de esta aplicación consiste en secar o humidificar el aliento para anestesia, cuidados respiratorios o pletismografía, pero existen muchas aplicaciones en el laboratorio y en el uso industrial.
- El polímero Nafion™ se utiliza como membranas de intercambio de protones en celdas de combustible de electrodos poliméricos.
- El polímero Nafion™ se utiliza como catalizador superácido en la producción de productos químicos finos.
Apariencia Física
El polímero Nafion™ se produce inicialmente en forma de sal con sus grupos de ácido sulfónico neutralizados. En esta forma, el polímero Nafion™ es termoplástico (extruible y moldeable mediante calor y presión), pero no es químicamente activo. Una vez extruido en su forma final (típicamente láminas o tubos), el polímero Nafion™ se activa químicamente mediante la conversión de la forma de sal a la forma ácida. En esta etapa, el Nafion™ es un plástico translúcido que es similar en apariencia al teflón, pero más claro y menos opalescente.
Una vez activado, el polímero Nafion™ comienza inmediatamente a reaccionar con su entorno circundante. El vapor de agua se absorbe y se intercambia con el entorno. Los componentes gaseosos orgánicos reactivos dentro del aire circundante pueden sufrir cambios químicos cuando se exponen a la actividad catalítica superácida del polímero Nafion™. Estos gases orgánicos pueden combinarse para formar compuestos más grandes que son de naturaleza líquida o sólida. Con el tiempo, estos residuos orgánicos se acumulan en el polímero Nafion™. El color original del polímero Nafion™ cambia gradualmente de translúcido a amarillo, luego marrón e incluso negro.
La naturaleza química del polímero Nafion™ en sí no cambia por este proceso. El polímero Nafion no es atacado directamente y el polímero Nafion™™ no se degrada. Sus propiedades de permeabilidad al agua, intercambio iónico y catálisis ácida no se ven directamente afectadas.
Para que el polímero Nafion transporte agua (gases secos o húmedos), el agua debe poder llegar a los sitios activos en la superficie del polímero Nafion™™. En casos extremos, los depósitos de residuos orgánicos pueden acumularse en el polímero Nafion hasta el punto en que la superficie del polímero Nafion™™ está lo suficientemente ocluida como para reducir su funcionalidad. Cuando esto ocurre, la decoloración del polímero Nafion™ es severa, negra en lugar de simplemente amarilla o marrón. Incluso en estos casos extremos, Nafion™ sigue siendo funcional, simplemente pierde eficiencia. La pérdida de un pequeño porcentaje de su funcionalidad total debido a la oclusión parcial significa que se observará una disminución gradual en el rendimiento, no una falla catastrófica.
En condiciones típicas de almacenamiento u operación, el polímero Nafion™ se volverá algo amarillo dentro de un año y marrón dentro de tres a cinco años. Incluso después de volverse marrón, el polímero Nafion™ sigue siendo completamente funcional y no es probable que se observe una pérdida de eficiencia de rendimiento.
Estas reacciones químicas no deseadas en el aire que rodea al polímero Nafion™ son estimuladas por la exposición a la luz y a temperaturas elevadas. El almacenamiento en bolsas selladas en la oscuridad extenderá la apariencia original prístina del polímero Nafion™.
El rendimiento de los secadores de gas de las series MD, PD o ME de Perma Pure puede disminuir con el tiempo debido a la acumulación de residuos en el interior o el exterior de la tubería Nafion™ dentro del secador. Perma Pure recomienda reemplazar un conjunto de secadora desgastado por un conjunto de secadora nuevo y completo. El rendimiento completo del OEM de fábrica no se restaurará limpiando un elemento, y cualquier unidad que se haya limpiado estará exenta de la cobertura de la garantía de nuestro fabricante. Una secadora nueva, ensamblada en fábrica, a prueba de fugas y completamente funcional proporcionará un funcionamiento confiable y un rendimiento óptimo, y también estará respaldada por nuestra garantía.
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