MATERIALES MODERNOSTEMA: POLMEROS, EL KEVLAR

ERWIN JAIME GARCA GONZALEZESTUDIANTE PRIMER SEMESTRE DE MEDICINA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIAASIGNATURA: QUMICA BSICAPROFESORA: DOCTORA CORALIA OSORIO ROABOGOT D.C.2013

POLMEROS, EL KEVLARLos polmeros constituyen uno de los grupos de productos ms importantes en la industria qumica actual. Existen una gran variedad de ellos, cada uno con magnificas propiedades que los hacen especiales y perfectos para ciertas tareas. En general los polmeros son compuestos de elevado peso molecular (macromolculas) en los que se repiten peridicamente ciertas unidades estructurales, formadas por molculas ms sencillas y de bajo peso molculas que se denominan monmeros (Grupos funcionales). La mayora de estos polmeros contienen principalmente cadenas de compuestos orgnicos.Las Poliamidas son un tipo de polmero que posee enlaces de tipo Amida. Las Aramidas son un tipo de poliamidas, que adems de tener enlaces Amida, contienen anillos de benceno en su estructura. Los tejidos de Aramidas presentan un aspecto amarillento, una buena resistencia a choques, a la abrasin, a los disolventes orgnicos y al calor. Las macromolculas estn orientadas en el eje longitudinal, lo que provee a estas fibras de una resistencia industrial altamente aprovechada.Enlace tipo Amida Fibras de KevlarEl KEVLAREl Kevlar o Poliparafenileno Tereftalamida, es una poliamida sinttica es decir hecha por el hombre, de la familia de las Aramidas, constituido por monmeros que contienen 14 tomos de carbono, 2 tomos de nitrgeno, 2 tomos de oxgeno y 10 tomos de hidrgeno cada uno; por lo que su frmula qumica es: [-CO-C6H4-CO-NH-C6H4-NH-]n.

La estructura de su monmero consta de dos anillos aromticos, Para-fenilenos (se unen en los carbonos 1 y 4) que a su vez estn unidos por grupos amida que se van oponiendo entre s en posicin Trans (Se unen formando lneas rectas de molculas extendidas y las cadenas no se doblan en el espacio como sucede con grupos amidas en posicin Cis). Esto permite que los monmeros se unan formando fibras paralelas, lo que genera una estructura cristalina capaz de soportar grandes cantidades de estrs.

Representacin grfica de una cadena de Kevlar, los monmeros y el polmeroCadenas de Kevlar: Oxigeno (rojo), Nitrgeno (azul), Carbono (Gris) e hidrgeno (blanco)

El ingenio de la mano creadora de Dios se ve reflejado en estructuras tan perfectas cmo estas, cada monmero se une a su respectivo compaero con enlaces hechos a la medida. Es increble como el Kevlar mantiene unidas estas largas cadenas paralelas de polmeros mediante las fuerzas electroestticas intermoleculares, interacciones como las de puentes de hidrogeno. El Oxgeno de los grupos carbonilos con carga negativa leve interacciona con los hidrgenos unidos a los nitrgenos de las amidas polares cargados positivamente. En el siguiente esquema se ilustra mejor este fenmeno:Resaltado en negro la unidad monomrica del kevlar y punteados los puentes de hidrgeno.

RESEA HISTRICA El Kevlar fue sintetizado por primera vez en 1965por la qumicaStephanie Kwolek en los laboratorios de DuPont, una industria importante estadounidense que cre innovadores materiales como el nailon, el tefln y la lycra. Al principio no se le encontr aplicaciones tiles debido a que no se poda disolver en ningn solvente conocido y no se derreta hasta despus de los 500 C. Se diferencian distintas clases de kevlar, son :PROPIEDADESLas propiedades que hacen del Kevlar un material moderno con una gran acogida en la industria son:Es muy ligero y resistente, resistencia 5 veces mayor a la del acero, resistencia a la traccin, de 3,5 GPa[footnoteRef:1]. El acero, la del acero es de 1,5 GPa. El Kevlar 29 de resistencia a la traccin es de 3,6 GPa. [1: GPa, Gigapascal, 109Pa, es decir 1.000000.000N/m3]

Kevlar 49 de fuerza vara entre 3,6 y 4,1 GPa mientras Kevlar 149 mide 3,4 GPa Conductividad elctrica baja Alta resistencia qumica, no se disuelve en casi ningn solvente, los hongos e insectos no pueden atacar las fibras. Mucha compatibilidad qumica en procesos de criogenia. Contraccin termal baja, las temperaturas hasta 200C tienen poco o nada de efecto en las caractersticas elctricas y mecnicas de los productos. Resistente a l calor y al fuego. Alta dureza Estabilidad dimensional excelente Alta resistencia al corte. La tenacidad (energa absorbida antes de la rotura) del Kevlar es en torno a los 50 MJ m3, frente a los 6 MJ m3 del acero. Alta fuerza extensible, el Kevlar posee una elongacin a rotura de entorno al 3,6% (Kevlar 29) y 2,4% (Kevlar 49)6 mientras que el acero rompe entorno al 1% de su deformacin Alargamiento bajo o alto mdulo de rigidez estructural, lo que significa que no se flexiona o dobla fcilmente por la fuerza aplicada. Tambin se mide en gigapascales, los modulos son: 83 GPa para el Kevlar 29, 131 GPa para el Kevlar 49 y 186 GPa para Kevlar 149 No produce toxicidad al hombre y a los animales Resistente a la radiacin cuando es combinado con Nomex. Una excepcional rigidez para tratarse de una fibra polimrica. El valor del mdulo de elasticidad a temperatura ambiente es de entorno a 80 GPa (Kevlar29) y 120 (Kevlar49). El valor de un acero tpico es de 200 GPa. No es afectado por la corrosinAPLICACIONESA travs de la historia, el ser humano ha buscado materiales capaces de suplir con las necesidades que surgen de su entorno laboral y social. El Kevlar constituy un gran avance para la industria de materiales modernos. Las numerosas propiedades de kevlar permiten una amplia gama de aplicaciones. Las mangas y guantes de 100% Kevlar de DuPont son ligeros, flexibles, transpirables y cmodos, permitiendo su lavado a 40C. El Kevlar de DuPont es la eleccin ideal para trabajadores que requieran de proteccin contra los cortes, la abrasin, objetos filudos, chispas o calor. Chaquetas, eimpermeables. Proteccin para bomberos por su alta resistencia trmica y qumica. Ideal para manipular productos peligrosos y criogenia. Cuerdas, bolsas de aire en el sistema de aterrizaje delMars Pathfinder. Cuerdasde pequeo dimetro utilizados en muchos sectores de la ingeniera. Hilo para coser; Petos y protecciones para caballos de picartoros; El blindaje anti metralla en los motores jet de avin, de proteccin a pasajeros en caso de explosin; Neumticosfuncionales que funcionan desinflados; Kayaksresistencia de impacto, sin peso adicional; Esqus, cascos y raquetas fuertes y ligeros. Algunos candados paranotebook. Y revestimientos, haciendo celulares ms resistentes y livianos. Revestimiento para los cables defibra ptica. Capa superficial de mangueras profesionales anti-incendios. Compuesto de CD / DVD por su resistencia tangencial de rotacin. Silenciadores de tubos de escape. Construccin demotores. Cascos deFrmula 1. Extremos inflamables de losgolos, objeto muy popular entremalabaristas. Velerosde regata de alta competicin. Botas de alta montaa. Cajas acsticas (Bowers & Wilkins). Tanques de combustible de los F1. Alas de aviones. Lmparas. Altavocesde estudio profesional. Coderas y rodilleras de alta resistencia. Cascos de portero dehockey. Equipacin motorista. Trajes espacialesPor su grandiosa combinacin de resistencia, flexibilidad en un poco rea, este material superado nicamente por las novedosas nanofibras de carbono y materiales naturales como la ceda de araa, debera ser usado en el campo de la medicina, permitiendo ser una alternativa de proteccin para los mdicos fsicos que trabajan en ambientes de radiacin alta, y cmo mtodo teraputico al cerrar heridas en cirugas y la proteccin de tejidos para el estudio histolgico.

Podemos diferenciar sus aplicaciones dependiendo las distintas clases de Kevlar fabricados por Dupont y otras industrias existentesTipoAplicaciones

Kevlar 29 (K29)

El original de la familia de tipos de productos de Kevlar .Estos hilos se utilizan en aplicaciones balsticas, cuerdas y cables, ropa protectora, como guantes resistentes a los cortes, en la proteccin de la vida usos tales como casco, blindaje de vehculos y placas, y como refuerzo de caucho en neumticos y mangueras automotrices.

Kevlar 49 (K49)

Tipo de alto mdulo utilizadas principalmente en cable de fibra ptica, el procesamiento de textiles, el refuerzo de plstico, cuerdas, cables, y compuestos para artculos deportivos marinos y aplicaciones aeroespaciales

Kevlar 100

Hilados Productor de color Kevlar , que se utiliza en las cuerdas y cables, cintas y flejes, guantes y otra ropa protectora y artculos deportivos.

Kevlar 119

Superior-alargamiento, tipos de hilos flexibles resistentes a la fatiga que se encuentran en productos de caucho mecnicos, tales como neumticos, correas de automocin, y mangueras.

Kevlar 129

De alto rendimiento y de alta tenacidad de tipo ligero de hilos utilizados en engranaje de la motocicleta de carreras, accesorios de proteccin de la vida, cuerdas y cables y las mangueras de alta presin utilizados en la industria de petrleo y gas

Kevlar KM2

Tejido en los requisitos de desempeo de reuniones tela para cascos y chalecos para UD militares y de alto rendimiento para revestimientos de esquirlas

Kevlar KM2 PlusAlta tenacidad, alta resistencia y fibra de denier fino utilizado en chalecos y cascos, tanto para los agentes del orden y militares

Kevlar AP

Kevlar, Advanced Performance ayuda a mejorar drsticamente la rentabilidad y flexibilidad industriales, dando ms giles y ms robustos para la aeronutica y la proteccin contra meteoritos.

BIBLIOGRAFIA Normas ICONTEC para trabajos escritos,2013 www.colombia.brianur.info/normas-icontec/ Nueva enciclopedia Temtica Planeta, Fsica y Qumica, Editorial Planeta, S. A. 1991, Pg. 295. Reacciones de polimerizacin Polmeros industriales El Kevlar y el Nomex www.eis.uva.es/~macromol/curso04-05/kevlar/macromoleculas.htm Dupont, KEVLAR , www.dupont.com El Kevlar de Dupont, www.guantesyguantes.com.pe El Kevlar, Poliamidas es.wikipedia.org/wiki/Kevlar