Stephanie Louise Kwolek ( / ˈk w oʊ l ɛ k / ; 31 de julio de 1923 - 18 de junio de 2014) fue una química polaco-estadounidense más conocida por inventar el kevlar (poliparafenileno tereftalamida). Su carrera en la empresa DuPont duró más de 40 años. [1] [2]
Por su descubrimiento, Kwolek recibió la Medalla Lavoisier de la compañía DuPont por logros técnicos sobresalientes. En agosto de 2019, era la única empleada femenina que había recibido ese honor. [3] En 1995 se convirtió en la cuarta mujer en ser agregada al Salón Nacional de la Fama de los Inventores . [4] Kwolek ganó numerosos premios por su trabajo en química de polímeros , incluida la Medalla Nacional de Tecnología , el Premio al Logro del IRI y la Medalla Perkin . [5] [6]
Kwolek fue una de los dos hijos de padres inmigrantes polacos nacidos en el suburbio de Pittsburgh de New Kensington , Pensilvania , en 1923. [7] La escuela primaria a la que asistía era lo suficientemente pequeña como para requerir que su aula fuera compartida por dos grados diferentes, lo que encontró una ventaja. A medida que el amor de Kwolek por la ciencia creció, superó fácilmente incluso a los niños mayores del otro lado del salón. [8] Su padre, John Kwolek, [7] murió cuando ella tenía diez años. [9] Era un naturalista por vocación, y Kwolek pasaba horas con él, cuando era niña, explorando el mundo natural. [1] Pasaban las tardes juntos explorando los bosques cercanos, recolectando plantas y observando animales que luego nombrarían y caracterizarían en un álbum de recortes que Kwolek mantuvo, cuando era niña. [10] Ella atribuyó su interés en la ciencia a él y su interés en el diseño de moda a su madre, Nellie (Zajdel) Kwolek, que trabajaba como costurera. Su madre le dijo que era demasiado perfeccionista para trabajar en una carrera de moda, por lo que Kwolek decidió convertirse en médico. [3] [7] [9]
En 1946, Stephanie obtuvo una licenciatura en Ciencias con especialización en química en el Margaret Morrison Carnegie College de la Universidad Carnegie Mellon . Había planeado convertirse en médica y esperaba poder ganar suficiente dinero con un trabajo temporal en un campo relacionado con la química para asistir a la escuela de medicina. [9]
William Hale Charch, un futuro mentor, le ofreció a Kwolek un puesto en las instalaciones de DuPont en Buffalo, Nueva York , en 1946. [11] Durante su entrevista con DuPont, la Dra. Charch había dicho que la empresa se comunicaría con ella en aproximadamente dos semanas para decirle si había conseguido el trabajo. Kwolek preguntó si era posible que le respondieran antes porque tenía que notificar a otra empresa si aceptaba su oferta. Charch luego llamó a su recepcionista para que dictara la carta de oferta de Kwolek frente a ella. [12]
Como empresa química, DuPont estaba tratando de encontrar una fibra de polímero a base de petróleo que fuera más ligera y más resistente que el acero para los neumáticos radiales . La empresa tenía vacantes, dado que muchos hombres habían estado en el extranjero combatiendo en la Segunda Guerra Mundial . DuPont había introducido el nailon poco antes de la guerra, y ese negocio prosperó y floreció en varias aplicaciones textiles.
Al mismo tiempo, la prolongada Segunda Guerra Mundial enfatizó la necesidad de una armadura ligera y usable para proteger al personal y al equipo. Mientras la guerra se extendía en el extranjero, los soldados que participaban en la batalla tuvieron que prescindir de armadura corporal porque no había material lo suficientemente fuerte como para detener una bala de fusil pero lo suficientemente ligero para usar en batalla. [8] El acero era el único material de armadura disponible, y su peso limitaba su uso a los vehículos blindados . Incluso entonces, el acero podía ser perforado por munición perforante especializada .
Kwolek tenía la intención de trabajar temporalmente para DuPont, con el fin de recaudar dinero para seguir estudiando. En DuPont, la investigación de polímeros en la que trabajaba era tan interesante y desafiante que decidió abandonar sus planes de ir a la escuela de medicina y hacer de la química una carrera de por vida. [5] [13] [14] Su grupo de investigación se trasladó a Wilmington, Delaware , en 1950. [11] En 1959, ganó un premio de publicación de la American Chemical Society (ACS), el primero de muchos premios. El artículo, The Nylon Rope Trick , [10] demostró una forma de producir nailon en un vaso de precipitados a temperatura ambiente. Todavía es un experimento común en el aula, [15] y el proceso se extendió a poliamidas de alto peso molecular. [16] En 1985, Kwolek y sus colaboradores patentaron un método para preparar polímeros de PBO y PBT. [17] Debido a que Dupont estaba a la vanguardia de la tecnología y la innovación en polímeros, Kwolek nunca superó su puesto y pasó toda su carrera investigando en Dupont. A lo largo de sus 40 años de carrera, Kwolek presentaría 28 patentes. Además de Kevlar, contribuyó a productos como Spandex (Lycra), Nomex y Kapton . Continuó como consultora de Dupont después de su jubilación en 1986 y se convirtió en la primera mujer en ganar la medalla Lavoisier de la empresa por investigación en 1995.
Se dedicó a la búsqueda de nuevos polímeros y de un nuevo proceso de condensación que se lleva a cabo a temperaturas más bajas, de entre 0 y 40 °C (32 y 104 °F). El proceso de polimerización por condensación en estado fundido que se utiliza para preparar nailon, por ejemplo, se realizaba a más de 200 °C (392 °F). Los procesos de policondensación a temperaturas más bajas, que utilizan intermediarios de reacción muy rápida, permiten preparar polímeros que no se pueden fundir y que solo comienzan a descomponerse a temperaturas superiores a 400 °C (752 °F).
Kwolek es más conocida por su trabajo durante los años 1950 y 1960 con aramidas , o "poliamidas aromáticas", un tipo de polímero que puede convertirse en fibras fuertes, rígidas y resistentes al fuego. Su trabajo de laboratorio en aramidas se llevó a cabo bajo la supervisión del investigador asociado Paul W. Morgan, quien calculó que las aramidas formarían fibras rígidas debido a la presencia de voluminosos anillos de benceno (o "aromáticos") en sus cadenas moleculares, pero que tendrían que prepararse a partir de una solución porque se funden solo a temperaturas muy altas. Kwolek determinó los disolventes y las condiciones de polimerización adecuados para producir poli-m-fenileno isoftalamida, un compuesto que DuPont lanzó en 1961, como una fibra resistente al fuego con el nombre comercial Nomex. Luego amplió su trabajo a la poli-p-benzamida y la poli-p-fenileno tereftalamida, que observó que adoptaban disposiciones moleculares en forma de varilla altamente regulares en solución. A partir de estos dos "polímeros de cristal líquido" (los primeros que se prepararon), se hilaron fibras que mostraban una rigidez y una resistencia a la tracción sin precedentes. El innovador polímero poli-p-fenilen tereftalamida, inventado por Kwolek, se comercializó con el nombre de Kevlar . [9]
En 1964, en previsión de una escasez de gasolina, el grupo de Kwolek comenzó a buscar una fibra ligera pero resistente para sustituir al acero utilizado en los neumáticos. [3] [9] Los polímeros con los que había estado trabajando, poli-p-fenileno tereftalato y polibenzamida, [18] formaban cristales líquidos mientras estaban en solución que en ese momento tenían que hilarse por fusión a más de 200 °C (392 °F), lo que producía fibras más débiles y menos rígidas. Una técnica única en sus nuevos proyectos y en el proceso de polimerización por fusión por condensación era reducir esas temperaturas a entre 0 y 40 °C (32 y 104 °F). [9]
Como explicó en un discurso de 1993: [19]
La solución tenía un aspecto inusualmente turbio (de baja viscosidad), opalescente y parecido al suero de leche. Las soluciones de polímeros convencionales suelen ser transparentes o translúcidas y tienen una viscosidad similar a la de la melaza , más o menos. La solución que preparé parecía una dispersión, pero era totalmente filtrable a través de un filtro de poros finos. Se trataba de una solución cristalina líquida, pero yo no lo sabía en ese momento.
Este tipo de solución turbia generalmente se desechaba. A Kwolek se le negó el uso de la hilera para su solución porque se pensó que la solución obstruiría la máquina. [20] Sin embargo, Kwolek convenció al técnico Charles Smullen, que manejaba la hilera , para que probara su solución. Se sorprendió al descubrir que la nueva fibra no se rompería cuando el nailon normalmente lo haría. No solo era más fuerte que el nailon, el Kevlar era cinco veces más fuerte que el acero en peso. Tanto su supervisor como el director del laboratorio [ cita requerida ] comprendieron la importancia de su descubrimiento, y rápidamente surgió un nuevo campo de la química de polímeros . En 1971, se introdujo el Kevlar moderno. [9] Kwolek descubrió que las fibras podían hacerse aún más fuertes tratándolas térmicamente. Las moléculas de polímero, con forma de varillas o cerillas, están altamente orientadas, lo que le da al Kevlar su extraordinaria resistencia. Kwolek continuó la investigación de los derivados termotrópicos del Kevlar que contienen grupos alifáticos y de cloro. [21]
Kwolek no participó mucho en el desarrollo de aplicaciones prácticas del Kevlar. [22] Una vez que los directivos de DuPont fueron informados del descubrimiento, "inmediatamente asignaron un grupo entero para trabajar en diferentes aspectos", dijo. Aun así, Kwolek continuó investigando sobre los derivados del Kevlar. [23] No obtuvo beneficios de los productos de DuPont, ya que cedió la patente del Kevlar a la empresa. [24]
El kevlar se utiliza en más de 200 aplicaciones, incluidas raquetas de tenis, esquís, líneas de paracaídas, barcos, aviones, cuerdas, cables y chalecos antibalas . [1] Se ha utilizado para neumáticos de automóviles, botas de bomberos, palos de hockey, guantes resistentes a cortes y vehículos blindados. También se ha utilizado para materiales de construcción de protección como materiales a prueba de bombas, salas de seguridad para huracanes y refuerzos de puentes. [24] Durante la semana de la muerte de Kwolek, se vendió el chaleco antibalas número un millón fabricado con kevlar. [25] El kevlar también se utiliza para construir carcasas de teléfonos móviles; el Droid RAZR de Motorola tiene una carrocería unibody de kevlar. [26]
El kevlar ha servido para salvar vidas como armadura corporal liviana para la policía y el ejército; para transmitir mensajes a través del océano como protector de cables de fibra óptica submarinos; para suspender puentes con cuerdas súper fuertes; y para usarse en innumerables aplicaciones más, desde ropa protectora para atletas y científicos hasta canoas, parches de tambor y sartenes. [ cita requerida ]
Por su descubrimiento del Kevlar, Kwolek recibió la Medalla Lavoisier de la compañía DuPont por logros técnicos sobresalientes en 1995, como "experimentadora persistente y modelo a seguir cuyo descubrimiento de poliamidas cristalinas líquidas condujo a las fibras de aramida Kevlar". [27] [28] En el momento de su muerte en 2014, todavía era la única empleada femenina en recibir ese honor. [29] Su descubrimiento generó varios miles de millones de dólares de ingresos para DuPont , siendo su empleador en ese momento, pero ella nunca se benefició directamente de ello económicamente. [24]
En 1980, Kwolek recibió el Premio Pionero Químico del Instituto Americano de Químicos y un Premio a la Invención Creativa de la Sociedad Química Estadounidense . [5] En 1995, [11] [30] Kwolek fue agregada al Salón Nacional de la Fama de los Inventores . [4] En 1996, recibió la Medalla Nacional de Tecnología y el Premio al Logro del IRI . En 1997, recibió la Medalla Perkin de la Sociedad Química Estadounidense. [31] En 2003, fue incluida en el Salón Nacional de la Fama de las Mujeres . [7]
Ha sido galardonada con títulos honorarios por la Universidad Carnegie Mellon (2001), [32] el Instituto Politécnico de Worcester (1981) [5] y la Universidad Clarkson (1997). [33]
La Royal Society of Chemistry otorga un “Premio Stephanie L Kwolek” bienal “para reconocer contribuciones excepcionales al área de la química de materiales de un científico que trabaja fuera del Reino Unido”. [34]
Kwolek figura como una de las 175 caras de la química de la Royal Society of Chemistry . [35]
En 1986, Kwolek se jubiló como investigadora asociada de DuPont. Hacia el final de su vida, trabajó como consultora para DuPont y formó parte del Consejo Nacional de Investigación y de la Academia Nacional de Ciencias . [11] Durante sus 40 años como científica investigadora, presentó y recibió 17 [22] o 28 patentes. [30]
A menudo daba clases particulares de química a sus alumnos. [24] También ideó y escribió sobre numerosas demostraciones en el aula que todavía se utilizan en las escuelas hoy en día, como el truco de la cuerda de nailon . [36]
Kwolek murió a la edad de 90 años el 18 de junio de 2014. [37] Su funeral fue en St Joseph on the Brandywine .
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