Este texto es una colaboración del Cuaderno de Cultura Científica con Next

Podría pensarse que cuando la policía entra en un piso para hacer una redada de traficantes de droga, por ejemplo, los chalecos antibalas que llevan protegen su tronco de cualquier tipo de agresión mortal por parte de los delincuentes. Y no es así, los chalecos antibalas típicos ofrecen muy poca protección frente a los objetos cortantes y punzantes. Si se quiere que protejan frente al apuñalamiento hay que añadir placas cerámicas o metálicas, lo que hace que sólo sean adecuados en la práctica para determinados usos militares.

Todo esto puede que cambie con un desarrollo presentado recientemente en un artículo publicado en el Journal of Materials Chemistry A por un equipo de investigadores encabezado por Sarah Atanasov, de la Universidad Estatal de Carolina del Norte (EE.UU.): un recubrimiento inorgánico ultrafino para el Kevlar, la fibra de la que se hacen los chalecos antibala, que aumenta la resistencia al apuñalamiento en un 30% sin afectar a la flexibilidad ni al peso.

La politereftalamida de parafenileno, polímero más conocido por su nombre comercial, Kevlar, fue desarrollado en 1965 por Stephanie Kwolek cuando trabajaba para DuPont, es una fibra sintética que deriva de su fortaleza de la existencia de multitud de enlaces por puente de hidrógeno entre sus cadenas constituyentes. Se usa en sistemas electrónicos y de almacenamiento de energía flexibles, pero es popular por su uso en los chalecos antibala y en los cascos militares.

Sin embargo, a pesar de sus propiedades antibala, el Kevlar ofrece una protección frente a cortes y apuñalamientos limitada. Atanasov y sus colaboradores han desarrollado una bicapa de TiO₂/Al₂O₃ que aumenta la resistencia al corte de las fibras de Kevlar. El recubrimiento se añade al Kevlar por deposición atómica de capas, una técnica a baja temperatura con una precisión nanométrica.

Es la capa de alúmina (Al₂O₃) la que ofrece la dureza adicional necesaria. Sin embargo el precursor a partir del cual se origina, el tetrametilaluminio, se difunde dentro de las fibras y reacciona más allá de la superficie del Kevlar, lo que termina disminuyendo la resistencia del conjunto al romper enlaces. Por el contrario, el dióxido de titanio (TiO₂) se forma a partir de tetracloruro de titanio (TiCl₄) que reacciona en la superficie del polímero, por lo que no tiene efecto sobre su estructura interna. Es por ello que primero se incorpora la capa de dióxido de titanio, que actúa de barrera, sobre la que se deposita la de alúmina. En esto estriba el éxito del recubrimiento.

La principal ventaja de este procedimiento frente a otros es que los intentos hechos hasta ahora de mejorar el Kevlar han afectado a la durabilidad y/o al peso y/o a la flexibilidad, mientras que la bicapa orgánica no tiene efectos perjudiciales relevantes en ninguna de estas variables.

Los investigadores ya están realizando trabajos a mayor escala con la idea de poder ver algún día este desarrollo en los equipos de protección en uso.

Referencia:

S. E. Atanasov et al (2014) Improved cut-resistance of Kevlar® using controlled interface reactions during atomic layer deposition of ultrathin (<50 Å) inorganic coatings J. Mater. Chem. A DOI: 10.1039/c4ta03662j

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

Esta anotación es una participación de Experientia docet en el XXXIX Carnaval de la Química cuyo blog anfitrión es Gominolas de petróleo