Stephanie Louise Kwolek ( / ˈk w oʊ l ɛ k / ; 31 de julio de 1923 - 18 de junio de 2014) fue una química estadounidense mejor conocida por inventar el Kevlar . Su carrera en la empresa DuPont abarcó más de 40 años. [1] Descubrió la primera de una familia de fibras sintéticas de excepcional resistencia y rigidez: poliparafenileno tereftalamida. [1] [2]
Por su descubrimiento, Kwolek recibió la Medalla Lavoisier de la empresa DuPont por sus destacados logros técnicos. En agosto de 2019, era la única empleada que había recibido ese honor. [3] En 1995 se convirtió en la cuarta mujer agregada al Salón de la Fama de los Inventores Nacionales . [4] Kwolek ganó numerosos premios por su trabajo en química de polímeros , incluida la Medalla Nacional de Tecnología , el IRI Achievement Award y la Medalla Perkin . [5] [6]
Kwolek fue una de los dos hijos nacidos de padres inmigrantes polacos en el suburbio de New Kensington , Pensilvania , en Pittsburgh , en 1923. [7] La escuela primaria a la que asistía era lo suficientemente pequeña como para requerir que dos grados diferentes compartieran su aula, lo que descubrió que ser una ventaja. A medida que el amor de Kwolek por la ciencia crecía, fácilmente superó incluso a los niños mayores en la sala. [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 niño, 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 guardaba cuando era niño. [10] Ella le atribuyó su interés por la ciencia y el interés por el diseño de moda a su madre, Nellie (Zajdel) Kwolek, que trabajaba como costurera. Su madre le dijo que era demasiado perfeccionista para dedicarse a la moda, por lo que Kwolek decidió convertirse en médico. [3] [7] [9]
En 1946, Stephanie obtuvo una licenciatura en Ciencias con especialización en química de Margaret Morrison Carnegie College de la Universidad Carnegie Mellon . Había planeado ser 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 compañía se comunicaría con ella en aproximadamente dos semanas para decirle ella si había conseguido el trabajo o no. Stephanie preguntó si podrían comunicarse con ella antes porque tenía que informar a otra empresa si aceptaría su oferta o no. Charch luego llamó a su recepcionista para que le dictara la carta de oferta de Stephanie frente a ella. [12]
Como empresa química, Dupont intentaba encontrar una fibra polimérica a base de petróleo que fuera más ligera y más resistente que el acero en los neumáticos radiales . La empresa tenía vacantes, dado que muchos hombres habían estado en el extranjero luchando en la guerra. Dupont había introducido el nailon poco antes de la Segunda Guerra Mundial, 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 portátil para proteger al personal y al equipo. Mientras la guerra se extendía en el extranjero, los soldados que participaban en la batalla tenían que prescindir de chalecos antibalas porque no había material lo suficientemente fuerte como para detener una bala de rifle pero sí lo suficientemente liviano para usarlo en la batalla. [8] El acero era el único material de armadura disponible y su peso limitaba su uso a vehículos blindados . Incluso entonces, el acero podría ser perforado con munición especializada para perforar armaduras .
Kwolek tenía la intención de trabajar temporalmente para DuPont con el fin de recaudar dinero para seguir estudiando. Después de que encontró interesante la química de polímeros, decidió quedarse y su grupo de investigación se mudó a Wilmington, Delaware , en 1950. [11] En 1959, ganó un premio de publicación de la Sociedad Química Estadounidense (ACS), el primero de muchos premios. . En DuPont, la investigación de polímeros en la que trabajó fue tan interesante y desafiante que decidió abandonar sus planes de estudiar medicina y hacer de la química una carrera de por vida. [5] [13] [14] El artículo, The Nylon Rope Trick , [10] demostró una forma de producir nailon en un vaso de precipitados a temperatura ambiente. Sigue siendo un experimento común en las aulas [15] y el proceso se extendió a poliamidas de alto peso molecular. [16] En 1985, Kwolek y sus compañeros de trabajo patentaron un método para preparar polímeros PBO y PBT. [17] Debido a que Dupont estaba a la vanguardia de las tecnologías e innovación de polímeros, Kwolek nunca superó el puesto y pasó toda su carrera investigando en Dupont. Durante sus 40 años de carrera en Dupont, Kwolek presentó 28 patentes. Además de Kevlar, contribuyó a productos como Spandex (Lycra), Nomex y Kapton . (mit) Continuó como consultora de Dupont después de su jubilación en 1986 y se convirtió en la primera mujer en ganar la medalla Lavoisier de investigación de la empresa. en 1995.
Estaba comprometida en la búsqueda de nuevos polímeros, así como de un nuevo proceso de condensación que tiene lugar a temperaturas más bajas, entre 0 y 40 °C (32 a 104 °F). El proceso de polimerización por condensación en estado fundido utilizado para preparar nailon, por ejemplo, se realizó a más de 200 °C (392 °F). Los procesos de policondensación a baja temperatura, que emplean intermediarios de reacción muy rápida, permiten preparar polímeros que no se pueden fundir y sólo comienzan a descomponerse a temperaturas superiores a 400 °C (752 °F).
Kwolek es mejor conocida por su trabajo durante las décadas de 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 con aramidas se llevó a cabo bajo la supervisión del investigador 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 deben prepararse a partir de una solución porque sólo se funden a temperaturas muy altas. Kwolek determinó los disolventes y las condiciones de polimerización adecuadas para producir poli-m-fenilenisoftalamida, un compuesto que DuPont lanzó al mercado en 1961, como fibra resistente al fuego con el nombre comercial Nomex. Luego amplió su trabajo a la poli-p-benzamida y la poli-p-fenilen tereftalamida, que, según observó, adoptaban disposiciones moleculares en forma de varillas muy regulares en solución. A partir de estos dos "polímeros de cristal líquido" (los primeros jamás preparados), se hilaron fibras que mostraban una rigidez y resistencia a la tracción sin precedentes. El innovador polímero poli-p-fenileno tereftalamida, inventado por Kwolek, se lanzó comercialmente con el nombre de Kevlar . [9]
En 1964, anticipándose a la escasez de gasolina, el grupo de Kwolek comenzó a buscar una fibra ligera pero resistente para reemplazar el acero utilizado en los neumáticos. [3] [9] Los polímeros con los que había estado trabajando, tereftalato de poli-p-fenileno y polibenzamida, [18] formaban cristales líquidos mientras estaban en solución que en ese momento tenía que ser hilado en fusión a más de 200 °C (392 °C). F), que produjo fibras más débiles y menos rígidas. Una técnica única en sus nuevos proyectos y el proceso de polimerización por condensación en fusión fue reducir esas temperaturas a entre 0 y 40 °C (32 y 104 °F). [9]
Como explicó en un discurso de 1993: [19]
La solución era inusualmente (baja viscosidad), turbia, opalescente por agitación y de apariencia de suero de leche. Las soluciones de polímeros convencionales suelen ser transparentes o translúcidas y tienen la viscosidad de la melaza , más o menos. La solución que preparé parecía una dispersión pero era totalmente filtrable a través de un filtro de poro fino. Esta era una solución líquida cristalina, pero yo no lo sabía en ese momento.
Este tipo de solución turbia normalmente 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 rompía como normalmente lo hacía el nailon. No sólo era más fuerte que el nailon, sino que el Kevlar era cinco veces más fuerte que el acero en peso. Tanto su supervisor como el director del laboratorio [ cita necesaria ] 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 aprendió que las fibras podían fortalecerse aún más tratándolas térmicamente. Las moléculas de polímero, con forma de varillas o cerillas, están muy orientadas, lo que confiere al Kevlar su extraordinaria resistencia. Kwolek continuó la investigación de derivados termotrópicos de Kevlar que contienen grupos alifáticos y cloro. [21]
Kwolek no participó mucho en el desarrollo de aplicaciones prácticas de Kevlar. [22] Una vez que los altos directivos de DuPont fueron informados del descubrimiento, "inmediatamente asignaron a todo un grupo para trabajar en diferentes aspectos", dijo. Aún así, Kwolek continuó investigando los derivados de Kevlar. [23] Ella no se benefició de los productos de DuPont, ya que cedió la patente de Kevlar a la empresa. [24]
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 protectores, como materiales a prueba de bombas, salas seguras 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] Kevlar también se utiliza para fabricar fundas para teléfonos móviles; El Droid RAZR de Motorola tiene un cuerpo unibody de Kevlar. [26]
Kevlar ha llegado a salvar vidas como chaleco antibalas ligero para la policía y el ejército; transmitir mensajes a través del océano como protector del cable submarino de fibra óptica; suspender puentes con cuerdas superfuertes; y para usarse en innumerables aplicaciones más, desde ropa protectora para atletas y científicos hasta canoas, parches de tambor y sartenes.
Por su descubrimiento de Kevlar, Kwolek recibió la Medalla Lavoisier de la compañía DuPont por logros técnicos sobresalientes en 1995, como una "experimentalista 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, ella todavía era la única empleada en recibir ese honor. [29] Su descubrimiento generó varios miles de millones de dólares en ingresos para DuPont , siendo su empleador en ese momento, pero nunca se benefició directamente de ello financieramente. [24]
En 1980, Kwolek recibió el Premio al 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 agregado al Salón de la Fama Nacional de Inventores . [4] En 1996, recibió la Medalla Nacional de Tecnología y el IRI Achievement Award . 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 recibido títulos honoríficos de la Universidad Carnegie Mellon (2001), [32] 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 las contribuciones excepcionales al área de la química de materiales de un científico que trabaja fuera del Reino Unido". [34]
Kwolek aparece como una de las 175 caras de la química de la Royal Society of Chemistry . [35]
En 1986, Kwolek se jubiló como investigador asociado de DuPont. Hacia el final de su vida, fue consultora de DuPont y formó parte tanto del Consejo Nacional de Investigación como de la Academia Nacional de Ciencias . [11] Durante sus 40 años como investigadora científica, presentó y recibió 17 [22] o 28 patentes. [30]
A menudo daba clases particulares de química a estudiantes. [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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