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aramida

Bobinas de hilo de aramida destinadas a chalecos antibalas Tela híbrida de fibra de vidrio y aramida Las fibras de aramida o poliamida aromática son una clase de fibras sintétic...

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Bobinas de hilo de aramida destinadas a chalecos antibalas
Tela híbrida de fibra de vidrio y aramida

Las fibras de aramida o poliamida aromática son una clase de fibras sintéticas fuertes y resistentes al calor , comúnmente utilizadas en aplicaciones aeroespaciales y militares, por ejemplo, en tejidos de armaduras balísticas y compuestos balísticos, cordajes marinos y refuerzo de cascos , como sustituto del amianto , [ 1 ] y en artículos de consumo ligeros, como fundas para teléfonos y raquetas de tenis .

Las moléculas individuales de amida que forman la cadena de aramida se polimerizan en la dirección del eje de la fibra, lo que confiere mayor integridad estructural a la fibra resultante. Esto se debe a la mayor proporción de enlaces químicos que contribuyen a la resistencia física y térmica (punto de fusión > 500 °C (932 °F) ) en comparación con otras fibras sintéticas, como el nailon .  

Entre las marcas más destacadas de fibra de aramida se encuentran Kevlar , Nomex y Twaron .

Terminología y estructura química

Estructura de Twaron y Kevlar . Los anillos aromáticos aparecen como hexágonos. Los anillos se unen alternativamente a dos grupos NH o a dos grupos CO. [ 2 ] Los puntos de unión en cada anillo son diametralmente opuestos entre sí, una característica de la estructura denominada para -aramida.

El término aramida es una abreviatura de poliamida aromática . Fue introducido en 1972, [ 3 ] 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 , [ 4 ] [ 5 ] y adoptado por la Organización Internacional de Normalización en 1977.

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

Para cumplir con la definición de aramida de la FTC, [ 5 ] al menos el 85% de estos enlaces deben estar unidos a dos anillos aromáticos. [ 6 ] Por debajo del 85%, el material se clasifica como nailon. [ 5 ]

Para-aramidas y meta-aramidas

Las aramidas se dividen en dos tipos principales según la posición de los enlaces en los anillos. Numerando los átomos de carbono secuencialmente alrededor de un anillo, las para-aramidas tienen los enlaces en las posiciones 1 y 4, mientras que las meta-aramidas los tienen en las posiciones 1 y 3. [ 7 ] Es decir, los puntos de unión son diametralmente opuestos en las para-aramidas y están separados por dos átomos en las meta-aramidas. La ilustración muestra, por lo tanto, una para-aramida.

Historia

Cuerda de aramida 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 . [ 8 ] 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 funde ni se inflama en niveles normales de oxígeno . Se utiliza ampliamente en la producción de prendas de protección, filtración de aire, aislamiento térmico y eléctrico, y como sustituto del asbesto .

Las meta-aramidas también se producen en los Países Bajos y Japón por Teijin Aramid bajo el nombre comercial Teijinconex, [ 8 ] 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 previas de Monsanto Company y Bayer , DuPont y AkzoNobel también desarrollaron, en las décadas de 1960 y 1970, fibras de para -aramida con una tenacidad y un módulo elástico mucho mayores , 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 denominó Kevlar; esta sigue siendo una de las para-aramidas o aramidas más conocidas .

En 1978, Akzo introdujo una fibra similar con una estructura química prácticamente idéntica, a la que denominó Twaron . Debido a patentes previas sobre el proceso de producción, Akzo y DuPont se vieron envueltos 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, denominada Taparan en China (véase Producción ).

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

Tanto la fibra de metaaramida como la de paraaramida se pueden utilizar para fabricar papel de aramida. El papel de aramida se utiliza como material aislante eléctrico y en la construcción para la fabricación de núcleos de panal. Dupont fabricó papel de aramida durante la década de 1960, denominándolo papel Nomex. Yantai Metastar Special Paper lanzó un papel de aramida en 2007, conocido como papel metastar. Tanto Dupont como Yantai Metastar fabrican papel de metaaramida y paraaramida.

Salud

Exposición de productos de aramida y fibra de carbono en el Museo Textil de Tilburg . En el sentido de las agujas del reloj, desde la parte superior derecha: tejido trenzado combinado de aramida y fibra de carbono, diversos compuestos reforzados con fibra de carbono, hilo de carbono y tejido, guante Twaron de aramida , cable trenzado de fibra de vidrio con núcleo de aramida, hilo de aramida.

Durante la década de 1990, una prueba in vitro de fibras de aramida mostró que exhibían "muchos de los mismos efectos en las células epiteliales que el asbesto , incluyendo un aumento en la incorporación de nucleótidos radiomarcados al ADN y la inducción de la actividad de la enzima ODC ( ornitina descarboxilasa )", lo que planteó la posibilidad de implicaciones carcinogénicas . [ 9 ] Sin embargo, en 2009, se demostró que las fibrillas de aramida inhaladas se acortan y se eliminan rápidamente del cuerpo y representan poco riesgo. [ 10 ] Posteriormente, el autor del estudio proporcionó una corrección de la declaración de intereses, indicando 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". [ 11 ]

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 00 % y un 10 %. [ 12 ] En 2007, esto significa una capacidad de producción total de alrededor de 55 000 toneladas por año. 

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-metafenileno isoftalamidas (MPIA). Por el contrario, Kevlar y Twaron presentan enlaces para. Se denominan p -fenileno tereftalamidas (PPTA). PPTA es un producto de p- fenilendiamina (PPD) y dicloruro de tereftaloílo (TDC o TCl) .

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

Hilado

Tras la producción del polímero, la fibra de aramida se obtiene mediante el hilado del polímero disuelto a partir de una mezcla química líquida para formar una fibra sólida. El disolvente polimérico para el hilado de PPTA suele ser ácido sulfúrico anhidro al 100% ( H₂SO₄ ) .

Apariciones

Otros tipos de aramidas

Además de las meta-aramidas como Nomex, otras variantes pertenecen a la gama de fibras de aramida. Estas son principalmente del tipo copoliamida , más 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 tereftaloílo (TCl) . [ 13 ] Este proceso relativamente simple utiliza solo un disolvente de amida, por lo que el hilado puede realizarse directamente después de la producción del polímero.

Características de la fibra de aramida

Cuerda de ancla 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 ultra alto peso molecular , una característica que determina 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". Textile Research Journal . 54 (9): 575– 580. doi : 10.1177/004051758405400903 . S2CID 136433442 . 
  2. ↑ En este tipo de diagrama, los átomos de carbono no se etiquetan, por lo que un grupo CO aparece simplemente como un O unido a un nodo sin etiquetar.
  3. ↑ 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  978-0-387-31021-3Consultado el 16 de septiembre de 2021 .
  4. ↑ Wingate, Isabel Barnum (1979). Diccionario de textiles de Fairchild . Archivo de Internet. Nueva York : Fairchild Publications. pág. 25. ISBN   978-0-87005-198-2.{{cite book}}: CS1 mantenimiento: ubicación del editor ( enlace )
  5. 1 2 3 Prácticas comerciales, Parte 303, §303.7 Nombres genéricos y definiciones de fibras manufacturadas.
  6. ↑ La definición completa de fibra de aramida es "una fibra manufacturada en la que la sustancia formadora de fibra es una poliamida sintética de cadena larga en la que al menos el 85 % de los enlaces amida ( −C(=O)−NH− ) están unidos directamente a dos anillos aromáticos". (La configuración se muestra como un pequeño diagrama, presentado aquí en forma de fórmula para mayor comodidad).
  7. ↑ La posición 1 se elige simplemente 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.
  8. 1 2 James A. Kent, ed. (2006). Manual de Química Industrial y Biotecnología . Springer. pág . 483. ISBN  978-0-387-27842-1.
  9. ↑ 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". Drug and Chemical Toxicology . 17 (2): 75– 92. doi : 10.3109/01480549409014303 . PMID 8062644 . 
  10. ↑ Donaldson, K. (1 de julio de 2009). "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 .   
  11. ↑ Donaldson, Ken (22 de julio de 2009). "Corrección: Toxicología por inhalación de las fibrillas de aramida" . Critical Reviews in Toxicology . 39 (6): 540. doi : 10.1080/10408440903083066 . S2CID 218987849 . 
  12. ↑ 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 . pág. 34. ISBN  978-0-309-09614-0.
  13. ↑ Ozawa S (1987). "Un nuevo enfoque para fibras de alto módulo y alta tenacidad" . Polymer Journal . 19 : 199. doi : 10.1295/polymj.19.119 .
  14. 1 2 Kadolph, Sara J. Anna L. Langford (2002). "Textiles". Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, NJ .
  15. ↑ Reisch, Marc S (2005). "Los fabricantes de fibras de alto rendimiento responden a la demanda de usuarios militares y de seguridad" . Chemical and Engineering News . 83 (31): 18– 22. doi : 10.1021/cen-v083n050.p018 .
  16. ↑ "Cables de aramida" . FibreMax . Archivado del original el 1 de diciembre de 2021.

Lecturas adicionales

  • JA Reglero Ruiz; M Trigo-López; FC Garcia; JM Garcia (2017). "Poliamidas aromáticas funcionales" . Polymers . 9 ( 12): 414. Bibcode : 2017Polys...9..414R . doi : 10.3390/polym9090414 . PMC 6419023. PMID 30965723 .  
  • JWS Hearle (2000). Fibras de alto rendimiento . Woodhead Publishing LTD., Abington, Reino Unido – The Textile Institute. ISBN 978-1-85573-539-2.
  • Doetze J. Sikkema (2002). "Fibras artificiales cien años: Polímeros y diseño de polímeros". J Appl Polym Sci . 83 (3): 484– 488. Bibcode : 2002JAPS...83..484S . doi : 10.1002/app.2254 .
  • 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