Kevlar: Estructura y Propiedades

El Kevlar es una poliamida, en la cual todos los grupos amida están separados por grupos para-fenileno, es decir, los grupos amida se unen al anillo fenilo en posiciones opuestas entre sí, en los carbonos 1 y 4. Las poliamidas tienen la capacidad de adoptar dos formas diferentes, o conformaciones. Las dos son el mismo compuesto, en dos conformaciones diferentes. Una se denomina conformación trans, y la otra conformación cis.

Cuando en una poliamida todos los grupos amida están en su conformación trans, como el nylon 6.6 por ejemplo, el polímero se estira completamente en una línea recta. Esto es perfecto para las fibras, porque las cadenas largas y completamente extendidas se empaquetan más adecuadamente, dando lugar a la forma cristalina característica de las fibras. Sin embargo, siempre existen unos pocos enlaces amida en la conformación cis. Por ello las cadenas del nylon 6.6 nunca llegan a estar completamente extendidas.

Sin embargo el Kevlar es diferente. Cuando intenta adoptar la conformación cis, los hidrógenos de los voluminosos grupos aromáticos se interponen en el camino. La conformación cis coloca a los hidrógenos más cerca de lo que quisieran estar. De este modo, el Kevlar permanece casi enteramente en su conformación trans. Y así, puede extenderse completamente para formar fibras.Una fibra de Kevlar es en realidad un conjunto de cadenas de polímeros. Estas cadenas de polímeros se unen mediante enlaces por puentes de hidrógeno, que se forman entre los grupos de amidas polares en cadenas adyacentes.

¿CÓMO SON LAS MOLÉCULAS DE KEVLAR EN REALIDAD?
Esto es algo que me llamó la atención cuando lo vi. Es una curiosidad.
Los químicos pensaban que los compuestos aromáticos del Kevlar tenían alguna realción con su fuerza, por lo que deberían descubrir cómo se orientan estos grupos aromáticos dentro de una fibra de Kevlar para confirmar o no su teoría. Se puede utilizar un tipo especial de radiografía, llamada microscopía, para revelar la orientación de moléculas en determinados materiales. En el sincrotrón nacional de Nueva York, (cuya luz permite detectar la presencia de diversos grupos de átomos, gracias a la absorción selectiva de la luz) se obtuvo esta imagen de una fibra de Kevlar:

El patrón demuestra que los componentes aromáticos de Kevlar tienen una orientación radial, lo cual es importante porque permite que las cadenas del polímero sean simétricas proporcionando un alto grado de simetría y regularidad a la estructura interna de las fibras.
Debido a esta estructura, una fibra de Kevlar tiene pocos defectos estructurales. Esta carencia de defectos es la razón más importante de la fuerza excepcional del Kevlar.