Antecedentes Históricos.

Aramida:
A partir de la segunda mitad del sigl o XX  las  investigaciones se centran en el descubrimiento de nuevos modos de síntesis de polímeros, los ingenieros de materiales potencian las características de los polímeros ya existentes,  nacen otros que pueden considerarse como  derivados de los que ya se conocen,  las fibras de aramida son creadas y comercializadas por la Du pont, con el nombre de Kevlar. La firma Du Pont ha presentado dos resinas de poliimida, denominadas AVAMID-K y AVAMID-N, que constituyen unas  excelentes matrices termoplásticas con elevadas resistencias mecánicas a elevadas temperaturas, presentando buena resistencia al dañado por el uso. Se comienzan a emplear, preferentemente, enaplicaciones aeroespaciales y militares.
La palabra aramida es una abreviación del término "aromatic polyamide", y designa una categoría de fibra sintética, robusta y resistente al calor. Las aramidas se utilizan para fines militares, como pueden ser compuestos balísticos o protecciones personales,  y en el campo aeroespacial. Las cadenas  moleculares de las fibras de aramida están  altamente orientadas en el eje longitudinal,  lo que permite aprovechar la fuerza de sus uniones químicas para usos industriales.

Kevlar:

El Kevlar® o poliparafenileno tereftalamida es una poliamida sintetizada  por primera vez en 1965 por la química Stephanie Kwolek,  quien trabajaba para DuPont. La obtención de las fibras de Kevlar fue complicada, destacando el aporte de Herbert Blades, que solucionó el problema de qué disolvente emplear para el procesado.  Finalmente, DuPont empezó a comercializarlo en 1972. Es muy resistente  y su mecanización resulta muy difícil. La casa Azko desarrolló  a finales de los 1970s una fibra con estrucutura química similar que posteriormente comercializó con el nombre de Twaron.  La ligereza y la resistencia a la rotura excepcional de estas poliaramidas  hacen que sean empleadas en neumáticos, velas náuticas o en chalecos antibalas.
El descubrimiento supuso un gran avance en el desarrollo de nuevos materiales poliméricos. A comienzos de la década de los 1960,la compañía  DuPont estaba interesada en obtener una fibramás resistente que el Nylon (poliamida 6,6). Hasta entones las soluciones empleadas para la formación  de fibras eran transparentes, por eso cuando trabajando con  poli(para-fenilen-tereftalamidas) y poli(benzamidas), obtenían soluciones opalescentes, estas eran descartadas. La opalescencia  se debía a la naturaleza cristalina de estas soluciones  (cristales líquidos). A pesar de ello, un día Kwolek decidió hilar el producto  de esas soluciones. El resultado fue una fibra más resistente que el Nylon, que hoy en día es sinónimo de alta resistencia y que actualmente se usa en más de 200 aplicaciones diferentes.Más tarde se descubriría  que la seda de araña también se forma a partir de una solución de cristal líquido de manera análoga a la síntesis del Kevlar pero
con una composición diferente.

Nomex:
Desarrollado por DuPont en 1962 para los pridcutos que necesitaban estabilidad dimensional y una gran resistencia.

Obtención.

Aramida:
Las fibras de aramida se obtienen a partir de una solución de aramida aromática, disuelta en ácido sulfú

ico que se estira y luego se hila. Las cadenas moleculares  se orientan en la dirección de las fibras durante el estirado.

 Kevlar:
El kevlar se obtiene por hilado de poliamidas aromáticas. Trabajando con poli(para-fenilen-tereftalamidas) y poli(benzamidas), en donde Kwolek decidió hilar el producto  de esas soluciones.

Nomex:
El polímero se produce por policondensación de monómeros de m-fenilenodiamina y cloruro de isoftaloilo.  Se vende  en forma de fibras y planchas para tejidos donde se requiera  resistencia al calor y a la llama.

Composición Química.

Aramida:
 Hidrocarburo aromático, representa los grupos químicos del tipo benceno.  La fibra aramida se define como una fibra en la que la sustancia que la forma es una cadena sintética poliamida  en la que al menos el 85% de los grupos amidas están directamente relacionados con 2 grupos aromáticos. La poli(arilamida) así obtenida  (se trata de una aramida) tiene un alto grado de orientación molecular a la vez que hay se dan un gran número de interacciones por puentesde hidrógeno entre los grupos amida. Por estas interacciones y este empaquetamiento, las fibras obtenidas presentan unas altas prestaciones.

Kevlar:
Se lleva a cabo en solución N-metil-pirrolidona y cloruro de calcio, a través de una polimerización  por pasos a partir de la p-fenilendiamina y el dicloruro  del ácido tereftálico o cloruro de tereftaloílo. La reacción
se lleva a cabo a temperaturas bajas debido a su gran  exotermicidad. Posteriormente el polímero se hace precipitar y se disuelve en ácido sulfúrico concentrado en el cual Kevlar  (y otras poliarilamidas) forma una solución cristalina que se  emplea para precipitar o coagular las fibras a la vez que se estiran mediante un sistema de hilado.  En otras variantes de síntesis de poli(aril)amidas, otros autores emplean otros disolventes como la dimetilacetamida (DMAc).

Nomex:
Fibra de meta aramida, creada por DuPont en 1961. Su nombre químico es poli (m-fenileno isoftalamida), que se produce por m-fenilendiamina y en reacción con el cloruro  de isoftaloilo.

Caraceristícas Físicas y Químicas.

Aramida:
Sensible al ultravioleta. Buena resistencia a choques,  a la abrasión, a los disolventes orgánicos y al calor. Sensible a la humedad. Color amarillo. No concuduce electricidad.

Kevlar:
Propiedades mecánicas. Rigidez. El Kevlar posee una excepcional rigidez para tratarse de una fibra polimérica. Resistencia. El Kevlar posee una excepcional resistencia a la tracción, de entorno a los 3,5 GPa. Elongación a rotura. El Kevlar posee una elongación  rotura de entorno al 3,6%. Esto hace que el Kevlar sea un material más tenaz  y absorba mucha mayor cantidad de energía que el acero antes de su rotura. Tenacidad. La tenacidad (energía absorbida antes de la rotura) del  Kevlar es en torno a os 50 MJ m-3, frente a los 6 MJ m-3 acero. La tenacidad (energía absorbida antes de la rotura) del Kevlar es en torno a los 50 MJ m-3, frente a los 6 MJ m-3 acero. La tenacidad (energía absorbida antes de la rotura) del Kevlar es en torno  a los 50 MJ m-3, frente a los 6 MJ m-3 acero. Propiedades Térmicas. El Kevlar  descompone a altas  temperaturas (420-480 grados centígrados) manteniendo parte de sus  propiedades mecánicas incluso a temperaturas cercanas a su temperatura de descomposición.  El módulo elástico se reduce entorno a un 20% cuando se emplea la fibra a 180  grados centígrados durante 500 h.Estas propiedad junto con su resistencia química  hacen del Kevlar un material muy utilizado en equipos de protección.
Otras propiedades. Conductividad eléctrica baja; Alta resistencia química;  Contracción termal baja; Alta dureza; Estabilidad dimensional excelente; Alta resistencia al corte.

P-aramida:
Nos proporcionan una fuerza excepcional a las propiedades de peso. Alto módulode young. Alta tenacidad, baja deormción,  baja enlongación, se rompe a (~3.5%), difisíl de teñir, generalmente en masa.
 
Nomex:
Las propiedades del nomex incluyen un gran asilamiento elecétrico, y propiedades a altas temperaturas. El nomex no fluye ni se dusiona el el calor, no se degrada hasta los 370ºC, nada más se tizna. Resistencia al calor y a la flama, resistencia a la luz  ultravioleta, resistencia alta a los químicos, baja contraciión térmica, fromada de partes moldeables, bajas resistencia a a la enlongación, se rompe, baja conductividad eléctrica.

Test de Identificación.

Identificación por combustión.

Se tizna pero no se quema.

Identificación por punto de fusión.

No tiene punto de fusión, la degradación comienza de los 500ºC.

Identificación en  microscopio.

Si es vista longitudinalmente, luce liza y recta. Si se le ve transversalmente, puede ser  redonda o en forma de manies.

Usos.

Aramida:
Utilizado en cuerdas, debilitación del impacto  para las botas de escalar, cables de retencion,
lona, resistente a la llama en la ropa, ropa de protecciión y cascos, combinado con fibra de carbono, remplazo de asbesto, etc.
Nomex:
Las capuchas de Nomex son pieza común en el equipode carreras y combate de incendios. Se utiliza en la cabeza sobre la pieza facial del bombero. La capucha protege las porciones de la cabeza no protegidas por el casco y la pieza facial contra el calor intenso del fuego. El Nomex también ha sido utilizado por sus cualidades acústicas únicas. El Nomex refleja el sonido de alta frecuencia e incrementa las frecuencias medias y bajas.  Otro de los usos habituales de los tejidos de Nomex son las mangas filtrantes y para ello también se fabrica hilo de Nomex para coserlas.
Kevlar:
Chaquetas, e impermeables; Cuerdas, bolsas de aire, el sistema de aterrizaje del Mars Pathfinder; Cuerdas de pequeño diámetro; Hilo para coser; Petos y protecciones para caballos de picar toros; El blindaje antimetralla en los motores jet de avión, de protección a pasajeros en caso de explosión;
Neumáticos funcionales que funcionan desinflados; Guantes contra cortes, raspones y otras lesiones; Guantes aislantes térmicos; Kayaks resistencia de impacto, sin peso adicional; Esquís, cascos y racquetas fuertes y ligeros. Chaleco antibalas. Algunos candados para notebook. Revestimiento para la fibra óptica.Entre otras.

Consumos Nacionales e Internacionales.

La producción de fibras como el Kevlar es realmente un oligopolio*.   Du Pont, que es el productor de Kevlar es el mayor productor de para-aramidas en el mundo.   Du Pont produce actualmente en tres países:. Estados Unidos, Irlanda del Norte y Japón   Estos tres sitios tienen una capacidad de producción de 65,9 millones de libras de los £ 94,7 millones de aramida capacidad total de fibras.   Los otros productores son los productos de Aramida en los Países Bajos, lo que hace Twaron y Teijin Ltd., de Japón, que hace Technora.   Rusia también produce un porcentaje muy bajo de para-aramidas llamado Fenylene.

A partir de 1998, Kevlar representaron el 85% del mercado mundial de fibras de para-aramida.   producción en Europa occidental y Japón se ha incrementado hasta en gran medida en los últimos diez años.   Todos los de la producción en los Estados Unidos se realiza por Du Pont para producir Kevlar.   También Du Pont representa alrededor de un tercio de la producción total en Europa y aproximadamente la mitad de la producción en Japón.

El consumo de para-aramidas en las tres grandes regiones: Estados Unidos, Europa occidental y Japón golpeó £ 39 millones en 1993 y aumentó a 47 millones de libras en 1998.

 El crecimiento de Kevlar no ha cumplido aún su pleno potencial.   Las aplicaciones de rápido crecimiento de Kevlar incluyen la protección balística en Europa Occidental, neumáticos para camiones y bicicletas, y con sus propiedades dieléctricas ligeros, armadura de tracción de fibra óptica por encima de los cables de tierra y cubiertas de protección para metro y cable de fibra óptica submarino.

De todo el Kevlar importado, el 50% se utiliza para la fabricación de neumáticos, mientras que el resto se utiliza para fibra óptica, materiales de frenos, y para tejidos industriales.   Dunlop Tire Corp. ha comenzado a hacer un neumático que es 30% más ligero que los tradicionales y que elimina la cinta de acero y alambre de talón.  

  

El único que está reteniendo un uso a gran escala de Kevlar es su precio; 1.500 denier se utiliza comúnmente para, cuerdas de neumáticos mangueras y los costos de cinturones 12,00 dólares por libra, mientras que los otros grados comunes de rango Kevlar en el rango de $ 13,00 a $ 15,00.   Fuera de los EE.UU., la misma fibra de denier 1500 cuesta $ 23.00-27.00 por libra.   Aun con la expansión del mercado como lo es actualmente, el crecimiento generalizado no se hará realidad hasta que los costos de producción cae.

*En Economía, un oligopolio es una forma de mercado en el que el mercado o industria está dominado por un pequeño número de vendedores (oligopolio). La palabra se deriva, por analogía con el "monopolio", de la ὀλίγοι griego (oligoi) "pocos" + πωλειν (polein) "para vender". Debido a que hay pocos vendedores, cada oligopolista es probable que sea consciente de las acciones de los demás. Las decisiones de la empresa influyen en la industria, y se ven influidas por las decisiones de otras empresas. La planificación estratégica por miembros del oligopolio debe tener en cuenta las posibles respuestas de los participantes del mercado.

 

Aramida y sus derivadas, Kevlar y Nomex.

Hola a todos!
Esperamos que este blog, sea de su agrado, en cuanto a contenido y demás, por favor si tienen algunas dudas ó sugerencias, no duden en preguntarnos ó decirnos.
Bueno, esta vez les hablaremos sobre lo que es la fibra de Aramida y especifícamente nos enfocaremos en el Kevalr y el Nomex.

Pasen una linda noche, y un excelente inicio de semana!
:D
Atte: Kristal y Kari.

 

Poliamida, antecedentes históricos.

NYLON.

ANTECEDENTES HISTÓRICOS:

Constituyen la familia más grande de plásticos de ingeniería con una amplia gama de aplicaciones. se forman a menudo en fibras y se utilizan para mono filamentos e hilados.

Polímero de poliamida (Nylon) primero fue introducida comercialmente por DuPont como resultado del trabajo de investigación de W. H. Craothers en la década de 1930, que estaba llevando a cabo esfuerzos iniciales de la investigación extensa en poliésteres y poliamidas.

Primera fibra producida enteramente de polímero sintético, se caracterizó por primera vez en 1899. En julio de 1935, el nylon  6,6 fue elegido por Dupont para ser introducido  en el mercado. Seguida por una patente de aplicación que se  publicó en 1937.  Las principales poliamidas en estas dos primeras patentes  fueron NYLON-6, NYLON-7, NYLON-8, NYLON-9, NYLON-11 y NYLON-17 Nylon 6,6 introducida por Wallace H. Craothers en 1934, nombrado así por el enlace de sus moléculas, fue el primer sustituto de la  seda hecha por el hombre, trabajo de un químico  orgánico que donde  calculo el método de polimerización para hacer una fibra más fuerte y reemplazara las medias de seda.

Nylon 6, introducida por  Paul Schlack para  reproducir las propiedades del nylon 6,6 sin violar las patente de su producción, no es un polímero de condensación, pero en su lugar esta hecho de una apertura de  un anillo de polimerización. Esto la hace especial, en comparación con las condensadas y adicionadas. Tiene una  conformidad de  las fibras de seda sintética más baratas  de la industria. Fue nombrada Perlón en 1952.

Nylon 11, poliamida biplástica derivada a base de aceite vegetal, producida por  Arkema bajo el nombre de Rilsan. Propiedades similares a la PA12, tiene una resistencia superior y más resistente que el nylon 6 y el nylon 6,6.

Obtención de la fibra de Poliamida.

En nylon 6 se obtiene a partir  de una sola clase de monómero, llamado caprolactama, calentando  a unos 250° C en presencia de aproximadamente 5-10% de agua. Se genera por poli condensación  de un di ácido con una diamina, combinado con el agua en un reactor, esto produce sal de nylon , que se envía a una evaporación, para eliminar el exceso de agua. La sal de nylon se va a un vaso en donde lo funde y se lleva aun proceso  de hilado y es extruido y enviado a una hilera, que es una pequeña  placa de metal con hoyos finos, luego se refrigera por aire para formar los filamentos.

Nylon 6 es sintetizada por la polimerización de la apertura del anillo de caprolactama. Caprolactama tiene 6 carbonos, por lo tanto, Nylon 6. Cuando se calienta la caprolactama en unos 533 K en una atmósfera de inerte de nitrógeno para sobre 4-5 horas, el anillo se rompe y se somete a la polimerización. Luego la masa fundida se pasa a través de hileras a las fibras de la forma de Nylon 6.

Durante la polimerización, el enlace peptídico dentro de cada molécula de la caprolactama se rompe, con los grupos activos en cada lado reforma dos nuevos bonos como el monómero pasa a formar parte de la espina dorsal del polímero. A diferencia del nylon 6,6, en el que la dirección del enlace amida se invierte en cada enlace, todos los bonos de nylon 6 amida se encuentran en la misma dirección. Nylon 6 por lo tanto, parece natural poli péptidos más cerca; de hecho, caprolactama sería un aminoácido si fuese hidrolizado. Esta diferencia tiene poco efecto sobre las propiedades mecánicas o químicas del polímero, pero es suficiente para crear una distinción legal.

 

Nylon 6,6 formado a partir de ácido butandicarboxílico  (ácido adipínico) y la hexametilendiamina. Se obtiene por  medio de una reacción de polimerización por crecimiento  en etapas, y por una polimerización por condensación.  El nylon se sintetiza a partir de di ácidos y diamina,  no se necesitan catalizadores, ya que los ácidos catalizan  la reacción y créase o no, uno de los monómeros es precisamente un ácido. Cuando nos acercamos al  final de la polimerización, donde no hay muchos  grupos ácidos remanentes para comportarse como catalizadores, la reacción aún prosigue. Es decir, la amina puede reaccionar con los ácidos carboxílicos no pro tonados también pueden obtenerse a partir de una diamina y un di cloruro de ácido esta reacción sigue el mismo mecanismo, pero aquí sí se necesita agregar trazas de ácido que actúen como catalizador.

FABRICACION INDUSTRIAL DEL NYLON 6,6

Nylon 6,6 es hecho por polimerización ADIPICO y 1, 6-Diaminohexano exactamente como se indica más arriba en la página.

Porque el ácido es ácido y la amina es fundamental, primero reaccionan juntos para formar una sal. Luego se convierte en nylon 6,6 calentando bajo presión a 350° C.

Ambos los dos monómeros pueden hacer de ciclo hexano.

• Oxidación del ciclo hexano abre el anillo de átomos de carbono y produce un grupo - COOH en cada extremo. Le da el ADIPICO.

Algo de eso puede transformarse luego en el 1, 6-Diaminohexano.

• El ácido se trata con amoníaco para producir la sal de amonio.

• La sal de amonio se calienta a 350° C en presencia de hidrógeno y un catalizador de níquel. Esto deshidrata la sal y reduce a 1, 6-Diaminohexano.

Nylon 6 y nylon 6,6, mostrando la dirección de los enlaces peptídicos, única diferencia estructural entre ellos.

Nylon 11, se obtiene  a partir de partiendo del ácido omega aminoundecanoico, que tiene once átomos de carbono. Obtención producido por poli condensación del ácido amino-undecanoico. Composición química. A base de cadenas de amida, hidrógenos, carbonos y oxígenos  en el orden siguiente:

Nylon 6, fórmula química

(C6H11NO)n.

 

Nylon 6,6 fórmula química

(C12H22N2O2)n.

Nylon 11, fórmula química

C33H63N3O3X2.

Metódo de disolución de la fibra de Poliamida.

Nylon 6

Acetona en frío: Insoluble, Ácido acético

Hirviendo: Soluble,
Ciclo hexano hirviendo: Insoluble,
Dimetilformamida 75 / Ácido fórmico 25 hirviendo: Soluble, acido clorhídrico 4.2M y acido fórmico 85% soluble.



Se disuelve en el ácido: clorhídrico, fórmico,  nítrico, soluble a ebullición Dimetilformamida, Insoluble en: Ortodiclorobenceno y piridina.

Nylon 6,6






Soluble en ácido: acético, nítrico 65%, fórmico 98-100%, sulfúrico 66%, clorhídrico 38%, e insoluble en: clicloexanona, Dimetilformamida, Ortodiclorobenceno, nitrobenceno y piridina y acetona en frío.

Nylon 11

Soluble en ácido sulfúrico al 66%º, soluble a ebullición ácido: nítrico 65%, fórmico 98-100%, clicloexanona, dimetilformamida, ortodiclorobenceno, nitrobenceno, ácido acético y piridina.

 Insoluble: sosa cáustica al 5%, acetona en frío.

Identificación al microscopio de la Poliamida.

 La identificación puede ser mas difícil debido a que algunas se parecen y su aspecto cambia al variar el proceso de fabricación.

• Fibras trilobal

• Brillan tanto por que la luz se refleja en cada una de las caras (contienen 3 caras)

 

• la luz es mas intensa

• Normalmente la fibra que aplican esta sección transversal es la Poliamida.

Punto de fusión de la poliamida.

Nylon 6: Punto de fusión de 493º K ó 219.85º C.

Nylon 6,6:Punto de fusión de 542ºK ó 268.85ºC.

Alta para una fibra sintética, aunque no a la altura de poliésteres o aramidas como el kevlar. Este hecho hace que sea resistente al calor y la fricción y le permite soportar el ajuste de calor para la retención de la torcedura.

Nylon 11: Punto de fusión de 363-367°F ó 183.88- 186.11ºC.

La unión entre el carbono, oxígeno el grupo amina, hace más difícil romper el nylon, así se tiene un alto punto de fusión que en otros polímeros.