Stephanie Kwolek, mucho más que salvar vidas

Cuando hablamos (u oímos hablar) del Kevlar®, nuestra mente piensa inmediata e irremediablemente en los chalecos antibalas. La madre de esta fibra sintética, Stephanie Kwolek, decía que “mucha gente trabaja toda su vida y no consigue realizar un descubrimiento que beneficie al resto de la población”. Decía, a la vez, que no creía que hubiese nada más satisfactorio que salvarle la vida a alguien. Ella consiguió ambas cosas con su genial descubrimiento, además de aportar mejoras sustanciales a innumerables y diversos campos del ámbito civil, entre los que se incluyen la náutica de recreo y de competición y el sector petrolífero.

Stephanie Kwolek. Imagen: Michael Branscom

Stephanie Kwolek (31 de julio de 1923 − 18 de junio de 2014) fue una química estadounidense (de ascendencia polaca) pionera en el ámbito de los materiales poliméricos. En un mundo predominantemente masculino consiguió sintetizar uno de los polímeros que mayor relevancia han tenido en el devenir de la historia moderna: el poliparafenileno tereftalamida, conocido habitualmente como Kevlar®, una fibra de alta resistencia de un característico color amarillo.

Stephanie nació en New Kensington (Pennsylvania), cerca de Pittsburgh. Su padre, un apasionado naturalista le inculcó la pasión por la ciencia, mientras que su madre, ama de casa y costurera, despertó su interés por las fibras, los colores y las texturas de las telas. Estas dos pasiones acabarían por ser determinantes para su futuro. Tras una infancia un tanto difícil con la muerte de su padre cuando solamente tenía 10 años, Stephanie se graduó en Química en la Margaret Morrison Carnegie College en 1946. Su idea era trabajar como química de forma temporal hasta poder costearse la facultad de medicina, su verdadera vocación de entonces. Ese mismo año, el químico William Hale Charch, inventor del celofán impermeable (1927) y jefe de investigación de fibras textiles sintéticas en E. I. du Pont de Nemours & Co., le ofreció un puesto en la empresa en Buffalo (Nueva York) que ella aceptó. Al final, a ella le gustó tanto su trabajo como química polimérica que, al poco tiempo, dejó de pensar en la medicina y se centró en su nueva pasión, dando lugar a una relación laboral de cuarenta años con la compañía que le había dado una oportunidad.

Cuatro años después, en 1950, Stephanie fue trasladada a Wilmington (Delaware), al laboratorio de investigación de fibras sintéticas (dirigido por Charch). Allí, trabajó en el nylon (la fibra más resistente en aquella época) descubierto en 1935 por Wallace Carothers para DuPont, también propietaria de otros materiales sintéticos como el neopreno (1930) o el teflón (1938), y desarrolló un novedoso y sencillo procedimiento para producirlo mediante el llamado “truco de la cuerda de nylon”, que es hoy en día uno de los experimentos más extendidos entre los estudiantes de química. Registrado por DuPont en 1957 y 1958 en la Oficina de Patentes y Marcas de los Estados Unidos mediante tres patentes, este procedimiento le valió a Stephanie el primero de sus reconocimientos en 1959, con un premio de la Sociedad Americana de Química.

A comienzos de la década de 1960, Stephanie comenzó a experimentar con nuevos materiales sintéticos a bajas temperaturas (entre 0º y 40ºC cuando lo usual era que fibras como el nylon se confeccionaran a partir de los 200ºC) y también con procesos de policondensación para crear polímeros muy resistentes al calor que no se derretían hasta llegar a los 400ºC. En 1964 fue puesta al mando de un equipo de investigación con el fin de diseñar un nuevo tipo de fibras sintéticas más ligeras y resistentes que el nylon, capaces de aguantar en condiciones extremas y cuyo destino sería la fabricación de neumáticos de poco desgaste con el fin de ahorrar combustible, ya que se preveían problemas en el suministro de petróleo en el futuro inmediato. En 1965, Stephanie descubrió, de manera casi accidental, el material sintético que la haría mundialmente famosa.

Stephanie con su solución turbia. Imagen: DuPont

En el proceso habitual de producción de fibras sintéticas las soluciones empleadas eran transparentes, mientras que en el caso de los polímeros de poliamidas aromáticas (aramidas) su falta de transparencia y viscosidad tras ser disueltas se debía a la presencia de cristales líquidos extremadamente fluidos y turbios. A pesar de la apariencia “no-válida” de estas soluciones, Stephanie decidió no descartar una de aquellas muestras y se la llevó a un técnico para que la hilara. Tuvo que hacer frente a la reticencia del hombre a hilar aquel material, ya que consideraba que el aspecto turbio de la disolución hacía presagiar problemas con la máquina, pero se mantuvo firme hasta conseguir hacer la prueba, y el resultado fue impresionante: la fibra resultante era mucho más resistente que el nylon, cinco veces más resistente que el acero y, además, era muy ligera.

Había nacido el Kevlar®, un polímero cristal líquido en el cual las cadenas poliméricas se orientaban de tal forma que formaban hilos de una dureza y resistencia extraordinarias, y que demostró, en ensayos posteriores, ser todavía más resistente cuando se calentaba. Ante el éxito que se auguraba, DuPont puso a todo un equipo a trabajar en esa línea y, tras solicitar su patente en 1971, comenzó a comercializar el Kevlar® en 1972. Entre 1966 y 1974 registraron hasta trece patentes en relación a las poliamidas, siendo la nº 3.819.587 (concedida en 1974) la referida al Kevlar® en sí mismo, protegido comercialmente con la marca mediante la que es conocida (nº 983.080 de 1974).

Estructura química del Kevlar®. Imagen: Wikipedia

La insistencia de Stephanie en hilar un producto aparentemente defectuoso hizo que la empresa patentara uno de sus productos estrella. Sus primeros usos, como se había planificado, tuvieron lugar en neumáticos, pero actualmente cuenta con más de doscientas aplicaciones. El más conocido es su uso en la fabricación de chalecos antibalas (a pesar de no haber estudiado medicina, Stephanie cumplió su sueño de salvar vidas), pero no son tan conocidos sus usos en la industria marítimo-naval, petrolífera y náutica.

Los cabos de Kevlar® para ambientes marinos son un 95% más ligeros que los de acero a igual resistencia, por lo que se han ido incorporando, por ejemplo, a cabos de salvamento y remolque, ya que permiten que los servicios de salvamento puedan desplegar sus medios de forma mucho más sencilla y segura, ganando así un tiempo muy valioso. También están reemplazando a los cables de acero en algunas de las condiciones de amarre más exigentes. Groton Pacific, una firma que gestiona el Hawaiian King, el Hawaiian Sun el Hawaiian Monarch (tres petroleros de gran porte) estableció hace tiempo que se deben emplear cabos de Kevlar® para los amarres de sus buques por los requerimientos en cuanto a seguridad y rendimiento con que deben cumplir.

Las amarras de Kevlar® sufren una menor elongación, son más resistentes, más ligeras y más sencillas de manejar que las de polipropileno El mantenimiento de estas amarras es otro punto en el que el Kevlar® supera al acero, conllevando una reducción de costes derivada de que las horas de mantenimiento invertidas en los cables de acero dejan de ser necesarias al trabajar con cabos de Kevlar®, capaces de soportar grandes deformaciones sin producirse ninguna fisura interna y de aguantar altas temperaturas (entre 420 y 480ºC) manteniendo intactas sus propiedades mecánicas, además de tener una baja conductividad eléctrica y ser casi imposibles de corroer químicamente.

La resistencia de este material también permite llevar a cabo operaciones vitales en instalaciones petrolíferas offshore. En los umbilicales (haces de mangueras hidráulicas de alta presión que se despliegan desde las plataformas de perforación o instalaciones de producción para controlar el equipo que se encuentra al nivel del lecho marino) el Kevlar® es el refuerzo que hace posible el uso de mangueras flexibles fabricadas en termoplásticos en lugar de tener que emplear tubos de acero. También se emplea para reforzar los “risers”, los tubos que transportan el crudo desde el lecho marino hasta la plataforma. De nuevo aquí son las resistencias química y a la corrosión, junto con la resistencia a la elongación bajo una carga puntual y a sufrir una elongación gradual con el tiempo, lo que hace que este material se ajuste perfectamente a los rigores de la extracción y producción de petróleo.

Diversos usos en la industria petrolífere. Imagen: infieldliner.com

Por su parte, los usos en náutica de recreo y competición son variados también. En cuanto a las velas, el Kevlar® se ha convertido en la fibra predominante para las velas de competición dado que tiene un módulo de elasticidad cinco veces superior al del PET y casi dos veces superior al del PEN. Recientemente, DuPont introducía Kevlar Edge® en el mercado, una fibra desarrollada específicamente para velas con una resistencia a la flexión un 25% superior y un módulo también superior a los del Kevlar® 49. El punto débil es que el Kevlar®, al igual que otras fibras de aramida tiene poca resistencia a los rayos UV, llegando a perder su resistencia el doble de rápido que el PET por los efectos de la luz solar, además de presentar una rápida pérdida de resistencia con la flexión, el plegado y el flameado, por lo que un trato cuidadoso puede resultar clave para conseguir prolongar de manera significativa la vida útil de una vela de Kevlar®. Por otro lado, existen también canoas y kayaks pensados para soportar años de uso sin apenas mantenimiento al estar fabricados en fibra de vidrio y Kevlar®, dando lugar a cascos muy rígidos y de excelente rendimiento.

Vela de Kevlar. Imagen: inautia.com

La carrera de Stephanie estuvo llena de logros, entre los cuales destacan unas 29 patentes para DuPont (la última de 1985) y su magistral invento supuso miles de millones de dólares en beneficios (un millón de chalecos antibalas vendidos hasta 2014, por ejemplo). Aquel descubrimiento, junto con el desarrollo de muchos otros materiales trajeron consigo un gran reconocimiento en el ámbito científico y público:

  • Howard N. Potts Medal (1976), del Instirtuto de Franklin (Philadelphia), por sus soluciones cristalinas de polímeros y las fibras resultantes de estos
  • Materials Achievement Citation for Kevlar® (1978)
  • Premio Químico Pionero del Instituto Americano de Químicos (AIC) (1980)
  • Premio a la Invención Creativa de la ACS (1980)
  • Fue incluida en el Muro de la Fama de la Ciencia e Ingeniería en Dayton, Ohio (1992)
  • American Innovator Award (1995)
  • Se convirtió en la cuarta mujer en ser incluida en el “National Inventors’ Hall of Fame” (1995)
  • Medalla Lavoisier de la Corporación DuPont (1995)
  • National Medal of Technology (1996): su más grande reconocimiento, lo recibió del presidente Bill Clinton
  • Premio del Instituto de Investigación Industrial (1996)
  • Medalla Perkin de la ACS (1997)
  • Fue incluida en el “National Women’s Hall of Fame” en 2003

En cuanto al reconocimiento académico, fue investida como doctora honoraria por el Instituto Politécnico de Worcester (1981), la Universidad Clarkson de Potsdam en el Estado de Nueva York (1997) y la Universidad Carnegie-Mellon (2001), y fue miembro del Consejo Nacional de Investigación de la Academia Nacional de Ciencias (1990) y de la Academia Nacional de Ingeniería (2001).

Después de cuarenta años de trabajo en DuPont, donde llegó a ser la Directora del DuPont Pioneering Lab de polímeros, y de una carrera llena de éxitos, Stephanie se retiró como investigadora en 1986, aunque continuó trabajando para Dupont Company and the National Research Council of the National Academy of Sciences (NAS) desde un puesto de consultora. Siguió trabajando para acercar a los jóvenes a la ciencia, centrándose especialmente en las niñas, y fue mentora de muchas estudiantes e investigadoras. Durante sus últimos años de vida, disfrutó de sus pasatiempos favoritos, la costura y la jardinería, hasta su muerte en Willmington el 18 de junio de 2014, a los 90 años de edad.


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Laura Alonso es Ingeniera Naval y Oceánica por la UDC. Viguesa de nacimiento, Ferrolana de adopción. Dedicada al Apoyo Logístico Integrado y el continuo aprendizaje por vocación. Puedes conectar con ella a través de LinkedIn.

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