Aramida
Clase de fibra sintética
Bobinas de hilo de aramida destinadas a chalecos antibalas
Tejido híbrido de fibra de vidrio y aramida

Las fibras de aramida , abreviatura de poliamida aromática , son una clase de fibras sintéticas resistentes al calor y fuertes . Se utilizan en aplicaciones aeroespaciales y militares, para telas de protección corporal con clasificación balística y compuestos balísticos, en cordajes marinos , refuerzo de cascos marinos , como sustituto del amianto [1] y en varios artículos de consumo livianos que van desde fundas de teléfonos hasta raquetas de tenis .

Las moléculas de la cadena de las fibras están muy orientadas a lo largo del eje de la fibra. Como resultado, una mayor proporción del enlace químico contribuye más a la resistencia de la fibra que en muchas otras fibras sintéticas. Las aramidas tienen un punto de fusión muy alto (>500 °C (932 °F)).

Las marcas comunes de aramida incluyen Kevlar , Nomex y Twaron .

Terminología y estructura química

Estructura de Twaron y Kevlar . Los anillos aromáticos aparecen como hexágonos. Los anillos están unidos alternativamente a dos grupos NH o dos grupos CO. Los puntos de unión de cada anillo son diametralmente opuestos entre sí, una característica de la estructura llamada para -aramida.

El término aramida es una abreviatura de poliamida aromática . Fue introducido en 1972, [2] aceptado en 1974 por la Comisión Federal de Comercio de los EE. UU. como el nombre de una categoría genérica de fibra distinta del nailon , [3] [4] y adoptado por la Organización Internacional de Normalización en 1977. [ cita requerida ]

El término aromático hace referencia a la presencia de anillos aromáticos de seis átomos de carbono. En las aramidas, estos anillos están conectados a través de enlaces amida , cada uno de los cuales comprende un grupo CO unido a un grupo NH.

Para cumplir con la definición de la FTC de una aramida, [4] al menos el 85% de estos enlaces deben estar unidos a dos anillos aromáticos. [5] Por debajo del 85%, el material se clasifica como nailon. [4]

Para-aramidas y meta-aramidas

Las aramidas se dividen en dos tipos principales según el lugar donde se unen los enlaces a los anillos. Numerando los átomos de carbono secuencialmente alrededor de un anillo, las para-aramidas tienen los enlaces unidos en las posiciones 1 y 4, mientras que las meta-aramidas los tienen en las posiciones 1 y 3. [6] Es decir, los puntos de unión están diametralmente opuestos entre sí en las para-aramidas, y separados por dos átomos en las meta-aramidas. La ilustración muestra, por tanto, una para-aramida.

Historia

Cuerda de aramida de la marca Kevlar

Las poliamidas aromáticas se introdujeron por primera vez en aplicaciones comerciales a principios de la década de 1960, con una fibra de meta -aramida producida por DuPont como HT-1 y luego bajo el nombre comercial Nomex . [7] Esta fibra, que se maneja de manera similar a las fibras textiles normales para prendas de vestir, se caracteriza por su excelente resistencia al calor, ya que no se derrite ni se enciende en niveles normales de oxígeno. Se utiliza ampliamente en la producción de ropa de protección, filtración de aire, aislamiento térmico y eléctrico, así como sustituto del amianto .

Las meta-aramidas también se producen en los Países Bajos y Japón por Teijin Aramid bajo el nombre comercial Teijinconex , [7] y por Toray bajo el nombre comercial Arawin , en China por Yantai Tayho bajo el nombre comercial New Star y por SRO Group bajo el nombre comercial X-Fiper , y una variante de meta-aramida en Francia por Kermel bajo el nombre comercial Kermel.

Basándose en investigaciones anteriores de Monsanto Company y Bayer , DuPont y AkzoNobel también desarrollaron en los años 1960 y 1970 una fibra de para -aramida con una tenacidad y un módulo elástico mucho mayores , ambas aprovechando su conocimiento del procesamiento del rayón , el poliéster y el nailon. En 1973, DuPont fue la primera empresa en introducir una fibra de para-aramida, a la que llamó Kevlar ; esta sigue siendo una de las para-aramidas y/o aramidas más conocidas [ cita requerida ] .

En 1978, Akzo introdujo una fibra similar con una estructura química similar, a la que denominó Twaron . Debido a las patentes anteriores sobre el proceso de producción, Akzo y DuPont se enfrentaron en una disputa de patentes en la década de 1980. Posteriormente, Twaron pasó a ser propiedad de Teijin Aramid Company. En 2011, Yantai Tayho introdujo una fibra similar, llamada Taparan en China (ver Producción).

Las para-aramidas se utilizan en muchas aplicaciones de alta tecnología, como las aplicaciones aeroespaciales y militares, para fabricar tejidos para chalecos antibalas .

Tanto la fibra de meta-aramida como la de para-aramida se pueden utilizar para fabricar papel de aramida. El papel de aramida se utiliza como material de aislamiento eléctrico y material de construcción para fabricar núcleos de panal. Dupont fabricó papel de aramida durante la década de 1960, llamándolo papel Nomex. Yantai Metastar Special Paper presentó un papel de aramida en 2007, que se llama papel metastar . Tanto Dupont como Yantai Metastar fabrican papel de meta-aramida y para-aramida. [ cita requerida ]

Salud

Carbono y aramida, hilo y tejido de carbono, material compuesto, guante de aramida (Twaron), cable (fibra de vidrio trenzada, núcleo de aramida), hilo de aramida, tejido trenzado (aramida y carbono). Bandeja y muestras del gabinete textil del Textielmuseum de Tilburg .

Durante la década de 1990, una prueba in vitro de fibras de aramida mostró que exhibían "muchos de los mismos efectos sobre las células epiteliales que el asbesto , incluyendo una mayor incorporación de nucleótidos radiomarcados al ADN y la inducción de la actividad de la enzima ODC ( ornitina descarboxilasa )", lo que aumenta la posibilidad de implicaciones cancerígenas . [8] Sin embargo, en 2009, se demostró que las fibrillas de aramida inhaladas se acortan y se eliminan rápidamente del cuerpo y plantean poco riesgo. [9] Posteriormente, el autor del estudio proporcionó una corrección de la declaración de intereses en la que afirmaba que "Esta revisión fue encargada y financiada por DuPont y Teijin Aramid, pero el autor fue el único responsable del contenido y la redacción del artículo". [10]

Producción

Diagrama del proceso de aramida

La capacidad mundial de producción de para-aramida se estimó en 41.000 t (40.000 toneladas largas; 45.000 toneladas cortas) por año en 2002 y aumenta cada año entre un 5 y un 10%. [11] En 2007 esto significa una capacidad de producción total de alrededor de 55.000 toneladas por año. [ cita requerida ]

Preparación de polímeros

Las aramidas se preparan generalmente mediante la reacción entre un grupo amina y un grupo haluro de ácido carboxílico . Los homopolímeros AB simples tienen la conectividad −(NH−C 6 H 4 −CO) n −.

Los polímeros de aramida bien conocidos, como Kevlar , Twaron , Nomex , New Star y Teijinconex, se preparan a partir de precursores de diamina y diácido (o equivalentes). Estos polímeros se pueden clasificar además según los enlaces en las subunidades aromáticas. Nomex, Teijinconex y New Star contienen predominantemente el enlace meta. Se denominan poli-metafenilen isoftalamidas (MPIA). Por el contrario, Kevlar y Twaron presentan enlaces para. Se denominan p -fenilen tereftalamidas (PPTA). La PPTA es un producto de p -fenilen diamina (PPD) y dicloruro de tereftaloilo (TDC o TCl) .

La producción de PPTA se basa en un codisolvente con un componente iónico ( cloruro de calcio , CaCl2 ) para ocupar los enlaces de hidrógeno de los grupos amida y un componente orgánico ( N -metilpirrolidona , NMP) para disolver el polímero aromático . Este proceso fue inventado por Leo Vollbracht en Akzo. Aparte del cancerígeno HMPT , todavía no se conoce ninguna alternativa práctica para disolver el polímero. El uso del sistema NMP/CaCl2 condujo a una extensa disputa de patentes entre Akzo y DuPont.

Hilado

Después de la producción del polímero, la fibra de aramida se produce hilando el polímero disuelto hasta obtener una fibra sólida a partir de una mezcla química líquida. El disolvente de polímero para hilar PPTA es generalmente ácido sulfúrico anhidro al 100 % ( H2SO4 ).

Apariciones

Otros tipos de aramidas

Además de las meta-aramidas como Nomex, otras variaciones pertenecen a la gama de fibras de aramida. Estas son principalmente del tipo copoliamida , mejor conocidas bajo la marca Technora , desarrollada por Teijin e introducida en 1976. El proceso de fabricación de Technora hace reaccionar PPD y 3,4'-diaminodifeniléter (3,4'-ODA) con cloruro de tereftaloilo (TCl) . [12] Este proceso relativamente simple utiliza solo un disolvente de amida y, por lo tanto, el hilado se puede realizar directamente después de la producción del polímero.

Características de la fibra de aramida

Cuerda de anclaje de aramida utilizada a bordo del MV Bornholm en el puerto de Delfzijl , junio de 2006

Las aramidas comparten un alto grado de orientación con otras fibras como el polietileno de peso molecular ultra alto , una característica que domina sus propiedades.

General

Para-aramidas

Usos

Véase también

Para-aramida

Meta-aramida

Otros

Notas y referencias

  1. ^ Hillermeier, Karlheinz (1984). "Perspectivas de la aramida como sustituto del amianto". Revista de investigación textil . 54 (9): 575–580. doi :10.1177/004051758405400903. S2CID  136433442.
  2. ^ Gooch, JW, ed. (2006). "Aramida". Diccionario enciclopédico de polímeros. Nueva York: Springer. págs. 64-65. doi :10.1007/978-0-387-30160-0_760. ISBN . 978-0-387-31021-3. Recuperado el 16 de septiembre de 2021 .
  3. ^ Wingate, Isabel Barnum (1979). Diccionario de textiles de Fairchild. Internet Archive. Nueva York: Fairchild Publications. pág. 25. ISBN. 978-0-87005-198-2.
  4. ^ abc Prácticas comerciales, Parte 303, §303.7 Nombres genéricos y definiciones para fibras manufacturadas.
  5. ^ La definición completa de fibra de aramida es "una fibra fabricada en la que la sustancia formadora de la fibra es una poliamida sintética de cadena larga en la que al menos el 85% de los enlaces amida ( ) están unidos directamente a dos anillos aromáticos", con un diagrama entre paréntesis que muestra un grupo CO orientado verticalmente unido horizontalmente a un grupo NH. Hay un enlace entrante al átomo de C y uno saliente del grupo NH.
  6. ^ Se elige simplemente la posición 1 como el punto donde se une una de las cadenas. Luego contamos alrededor del anillo en la dirección más corta hasta llegar a la otra.
  7. ^ por James A. Kent, ed. (2006). Manual de química industrial y biotecnología . Springer. pág. 483. ISBN 978-0-387-27842-1.
  8. ^ Marsh, JP; Mossman, BT; Driscoll, KE; Schins, RF; Borm, PJA (1 de enero de 1994). "Efectos de la aramida, una fibra sintética de alta resistencia, sobre las células respiratorias in vitro". Toxicología química y de fármacos . 17 (2): 75–92. doi :10.3109/01480549409014303. PMID  8062644.
  9. ^ Donaldson, K. (1 de julio de 2009). "La toxicología por inhalación de las fibrillas de p-aramida". Critical Reviews in Toxicology . 39 (6): 487–500. CiteSeerX 10.1.1.468.7557 . doi :10.1080/10408440902911861. PMID  19545198. S2CID  6508943. 
  10. ^ Donaldson, Ken (22 de julio de 2009). "Corrigendum: La toxicología por inhalación de las fibrillas de aramida". Critical Reviews in Toxicology . 39 (6): 540. doi : 10.1080/10408440903083066 . S2CID  218987849.
  11. ^ Comité de fibras estructurales de alto rendimiento para compuestos avanzados de matriz polimérica, Consejo Nacional de Investigación (2005). Fibras estructurales de alto rendimiento para compuestos avanzados de matriz polimérica. The National Academies Press . p. 34. ISBN 978-0-309-09614-0.
  12. ^ Ozawa S (1987). "Un nuevo enfoque para fibras de alto módulo y alta tenacidad". Polymer Journal . 19 : 199. doi : 10.1295/polymj.19.119 .
  13. ^ ab Kadolph, Sara J. Anna L. Langford (2002). "Textiles". Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, Nueva Jersey .
  14. ^ Reisch, Marc S (2005). "Los fabricantes de fibras de alto rendimiento responden a la demanda de los usuarios militares y de seguridad". Chemical and Engineering News . 83 (31): 18–22. doi :10.1021/cen-v083n050.p018.
  15. ^ "Cables de aramida". FibreMax . Archivado desde el original el 1 de diciembre de 2021.

Lectura adicional

Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Aramidas .
  • JA Reglero Ruiz; M Trigo-López; FC García; JM García (2017). "Poliamidas aromáticas funcionales". Polímeros . 9 (12): 414. doi : 10.3390/polym9090414 . PMC  6419023 . PMID  30965723.
  • JWS Hearle (2000). Fibras de alto rendimiento . Woodhead Publishing LTD., Abington, Reino Unido – Instituto Textil. ISBN 978-1-85573-539-2.
  • Doetze J. Sikkema (2002). "Fibras artificiales durante cien años: polímeros y diseño de polímeros". J Appl Polym Sci (83): 484–488.
  • Kh. Hillermeier y HG Weijland (1977). "Un hilo de aramida para reforzar plásticos". Plastica (11): 374–380.
  • DuPont y Teijin ampliarán la producción de aramida – septiembre de 2004
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