Stephanie Kwolek

Alle möglichen Dinge können passieren, wenn man offen für neue Ideen ist und mit Dingen herumspielt.

Stephanie Louise Kwolek war eine amerikanische Chemikerin, die für die Erfindung von Kevlar bekannt ist. Sie war polnischer Herkunft und ihre Karriere bei dem Unternehmen DuPont erstreckte sich über mehr als 40 Jahre. Sie entdeckte die erste einer Familie von synthetischen Fasern außergewöhnlicher Festigkeit und Steifheit: Poly-Paraphenylen-Terephthalamat.

Für ihre Entdeckung wurde Kwolek mit der Lavoisier Medal des Unternehmens DuPont für herausragende technische Leistungen ausgezeichnet. Ab August 2019 war sie die einzige weibliche Angestellte, die diese Ehre erhalten hatte. 1995 wurde sie die vierte Frau, die in die National Inventors Hall of Fame aufgenommen wurde. Kwolek erhielt zahlreiche Auszeichnungen für ihre Arbeiten in der Polymerchemie, darunter die National Medal of Technology, den IRI Achievement Award und die Perkin Medal.

Frühen Jahre und Ausbildung

Kwolek wurde 1923 als Tochter von polnischen Einwanderern in New Kensington, einem Vorort von Pittsburgh, Pennsylvania, geboren. Ihr Vater, John Kwolek Polnisch: Jan Chwałek, starb, als sie zehn Jahre alt war. Er war ein begeisterter Naturalist, und Kwolek verbrachte als Kind viele Stunden mit ihm damit, die Natur zu erforschen. Sie schrieb ihr Interesse an der Wissenschaft ihm und ihr Interesse an Modedesign ihrer Mutter, Nellie Zajdel Kwolek, zu, die als Schneiderin arbeitete.

1946 erwarb Stephanie einen Bachelor of Science-Abschluss mit Schwerpunkt Chemie vom Margaret Morrison Carnegie College der Carnegie Mellon University. Sie hatte geplant, Medizin zu studieren und hoffte, mit einem befristeten Job im Bereich Chemie genug Geld zu verdienen, um eine medizinische Schule zu besuchen.

DuPont-Karriere

William Hale Charch, ein zukünftiger Mentor, bot Kwolek 1946 eine Position in DuPonts Anlage in Buffalo, New York, an. Diese Stelle war frei geworden, da Männer im Ausland in der Armee waren.

Kwolek beabsichtigte nur, vorübergehend bei DuPont zu arbeiten, um Geld für das Studium zu sammeln. Als sie die Arbeit interessant fand, beschloss sie zu bleiben und zog 1950 mit DuPont nach Wilmington, Delaware. 1959 erhielt sie einen Publikationspreis von der American Chemical Society ACS, der erste von vielen Auszeichnungen. Das Papier, The Nylon Rope Trick, demonstrierte eine Methode zur Herstellung von Nylon in einem Becher bei Raumtemperatur. Es ist immer noch ein häufiges Klassenexperiment, und das Verfahren wurde auf hochmolekulare Polyamide ausgedehnt. 1985 meldeten Kwolek und Mitarbeiter ein Verfahren zur Herstellung von PBO- und PBT-Polymeren zum Patent an.

Kevlar

Während ihrer Arbeit bei DuPont erfand Kwolek Kevlar. 1964 begann ihre Gruppe in Erwartung einer Benzinknappheit nach einer leichten, aber starken Faser zu suchen, um den in Reifen verwendeten Stahl zu ersetzen. Die Polymere, mit denen sie damals arbeitete, Poly-p-Phenylenterephthalamat und Polybenzamid, bildeten flüssige Kristalle, die damals bei über 200 °C 392 °F schmelzgesponnen werden mussten, was schwächere und weniger steife Fasern ergab. Eine einzigartige Technik in ihren neuen Projekten und das Schmelzkondensations-Polymerisationsverfahren war es, diese Temperaturen auf zwischen 0 und 40 °C 32 und 104 °F zu senken.

Wie sie später in einer Rede von 1993 erklärte:

Die Lösung war ungewöhnlich (niedrige Viskosität), trübe, rühropaleszent und buttermilchartig im Aussehen. Konventionelle Polymerlösungen sind normalerweise klar oder transluzent und haben die Viskosität von Melasse, mehr oder weniger. Die Lösung, die ich herstellte, sah wie eine Dispersion aus, war aber völlig durch einen feinen Porenfilter filtrierbar. Dies war eine flüssigkristalline Lösung, aber ich wusste es damals nicht.

Diese Art von trüber Lösung wurde normalerweise weggeworfen. Jedoch überredete Kwolek den Techniker Charles Smullen, der die Düse bediente, ihre Lösung zu testen. Sie war erstaunt zu entdecken, dass die neue Faser nicht reißen würde, wo Nylon normalerweise reißen würde. Nicht nur war es stärker als Nylon, Kevlar war fünfmal stärker als Stahl nach Gewicht. Sowohl ihr Vorgesetzter als auch der Laborleiter verstanden die Bedeutung ihrer Entdeckung, und schnell entstand ein neues Gebiet der Polymerchemie. Bis 1971 wurde modernes Kevlar eingeführt. Kwolek erfuhr, dass die Fasern durch Wärmebehandlung noch stärker gemacht werden konnten. Die Polymermoleküle, die wie Stäbchen oder Streichhölzer geformt sind, sind stark ausgerichtet, was Kevlar seine außergewöhnliche Festigkeit verleiht. Kwolek setzte die Erforschung von thermotropen Kevlar-Derivaten mit aliphatischen und Chlorgruppen fort.

Anwendungen von Kevlar

Kwolek war nicht stark an der Entwicklung praktischer Anwendungen von Kevlar beteiligt. Sobald die Senior-Manager von DuPont von der Entdeckung erfuhren, wiesen sie sofort eine ganze Gruppe an, an verschiedenen Aspekten zu arbeiten, sagte sie. Dennoch setzte Kwolek ihre Chemieforschung zu Kevlar-Derivaten für DuPont fort. Sie profitierte auch nicht von DuPonts Produkten, da sie das Kevlar-Patent an das Unternehmen abtrat.

Kevlar wird als Material in mehr als 200 Anwendungen verwendet, darunter Tennisschläger, Skier, Fallschirmleinen, Boote, Flugzeuge, Seile, Kabel und kugelsichere Westen. Es wurde für Autoreifen, Feuerwehrschuhe, Eishockeyschläger, schnittfeste Handschuhe und gepanzerte Fahrzeuge verwendet. Es wurde auch für schützende Baumaterialien wie bombengeschützte Materialien, Hurricaneschutzräume und Brückenverstärkungen verwendet. In der Woche von Kwaleks Tod wurde die millionste kugelsichere Weste aus Kevlar verkauft. Kevlar wird auch für den Bau von Mobiltelefonen verwendet; Motorolas Droid RAZR hat ein Kevlar-Unibody.

Auszeichnungen und Ehrungen

Für ihre Entdeckung von Kevlar erhielt Kwolek 1995 die Lavoisier Medal des Unternehmens DuPont für herausragende technische Leistungen als „Ausdauernde Experimentatorin und Vorbildfigur, deren Entdeckung von flüssigkristallinen Polyamiden zu Kevlar-Aramidfasern führte." Zum Zeitpunkt ihres Todes 2014 war sie immer noch die einzige weibliche Angestellte, die diese Ehre erhalten hatte. Ihre Entdeckung generierte mehrere Milliarden Dollar Umsatz für DuPont, ihr damaliger Arbeitgeber, aber sie profitierte niemals direkt finanziell davon.

1980 erhielt Kwolek den Chemical Pioneer Award vom American Institute of Chemists und einen Award for Creative Invention von der American Chemical Society. 1995 wurde Kwolek in die National Inventors Hall of Fame aufgenommen. 1996 erhielt sie die National Medal of Technology und den IRI Achievement Award. 1997 erhielt sie die Perkin Medal von der American Chemical Society. 2003 wurde sie in die National Women's Hall of Fame aufgenommen.

Ihr wurden Ehrendoktorwürden von der Carnegie Mellon University 2001, Worcester Polytechnic Institute 1981 und Clarkson University 1997 verliehen.

Die Royal Society of Chemistry vergibt den zweijährlich vergebenen „Stephanie L Kwolek Award", um „außergewöhnliche Beiträge im Bereich Materialchemie von einem Wissenschaftler außerhalb des Vereinigten Königreichs" zu würdigen.

Kwolek ist als einer der Royal Society of Chemistry 175 Faces of Chemistry präsentiert.

Die Star Trek E-Book-Novelle Starfleet Corps of Engineers #30: Ishtar Rising referenziert ein Shuttlecraft mit dem Namen Kwolek.

Ruhestand

1986 trat Kwolek als Forschungsmitarbeiterin bei DuPont in den Ruhestand. Gegen Ende ihres Lebens war sie Beraterin für DuPont und saß sowohl im National Research Council als auch in der National Academy of Sciences. Während ihrer 40 Jahre als Forschungswissenschaftlerin meldete sie 17 oder 28 Patente an und erhielt diese.

Sie unterrichtete oft Schüler in Chemie. Sie entwarf und schrieb auch zahlreiche Unterrichtsdemonstratonen, die heute noch in Schulen verwendet werden, wie zum Beispiel das Nylon Rope Trick.

Kwolek starb am 18. Juni 2014 im Alter von 90 Jahren.