Stephanie Kwolek e il Kevlar: la soluzione torbida di un giovedì pomeriggio del 1965 a DuPont

Aveva 41 anni e voleva andare in vacanza. Era un giovedì del febbraio 1965, e Stephanie Louise Kwolek stava chiudendo un esperimento al Pioneering Research Laboratory della DuPont a Wilmington, in Delaware. Stava cercando, da mesi, un polimero nuovo capace di sostituire l'acciaio nelle cinture dei pneumatici. Quella settimana aveva sintetizzato un nuovo composto, l'aveva sciolto in un solvente — e la soluzione era venuta sbagliata: opalescente, di bassa viscosità, simile a latte annacquato. Normalmente, una soluzione del genere si butta. Era la regola: i polimeri da filare devono essere limpidi e sciroppati.

Kwolek non la buttò. Chiese a Charles Smullen, il tecnico che azionava lo spinneret (la macchina che spinge i polimeri attraverso fori sottilissimi per trasformarli in fibre), di provare comunque. Smullen rispose che la macchina si sarebbe intasata. Lei insistette. La soluzione attraversò lo spinneret. La fibra che ne uscì era stranissima: rigidissima al tatto, leggera come una piuma, impossibile da rompere a mano.

Il polimero che 'non doveva esistere'

Il composto si chiamava poly-p-fenilen tereftalammide, in sigla PPTA. Era il primo polimero liquido cristallino mai sintetizzato: le sue molecole, lunghissime e rigide, in soluzione si allineavano spontaneamente in lunghe catene parallele, come tronchi in fiume. Quando la soluzione veniva spinta attraverso lo spinneret, l'allineamento si congelava nella fibra. Il risultato era un materiale con una resistenza alla trazione di 3.000 megapascal, cinque volte superiore all'acciaio a parità di peso, e con un'eccezionale resistenza al calore (regge fino a 500 °C senza decomporsi).

Per essere certi di non aver fatto un errore, Kwolek fece ripetere le misure tre volte. Poi mostrò i numeri a Paul Morgan, il direttore del suo gruppo. Morgan li riguardò più volte, poi le chiese di rifare il test con un campione fresco. Stessi numeri. Nei mesi successivi DuPont riconvertì decine di chimici sull'aramidico, brevettò la fibra (il primo brevetto, US 3.287.323, ha la firma di Kwolek tra gli inventori, presentato il 4 maggio 1965) e nel 1971 ne avviò la produzione commerciale con il marchio Kevlar. Il nome non significa nulla in particolare: il marketing di DuPont voleva qualcosa di breve, memorizzabile, brevettabile come marchio.

La chimica che voleva fare la dottoressa

Stephanie Kwolek era nata il 31 luglio 1923 a New Kensington, in Pennsylvania, da genitori immigrati dalla Polonia. Suo padre, John Kwolek, morì quando lei aveva dieci anni: lavorava in fonderia, le aveva trasmesso la passione per la natura, l'aveva portata in giro a riconoscere fiori. La madre lavorava come sarta in fabbrica e cuciva a mano i vestiti per i due figli. Stephanie si laureò in chimica al Margaret Morrison Carnegie College di Pittsburgh nel 1946. Voleva fare il medico; le mancavano i soldi per la specialistica.

Trovò lavoro al laboratorio di ricerca DuPont di Buffalo, nel 1946, pensando a un'occupazione 'temporanea'. Doveva restare due o tre anni, mettere da parte i soldi per la medicina, poi tornare a studiare. Ci rimase 40 anni. 'Mi piaceva troppo', raccontò nel 2007 al Lemelson Center. Nel 1959 inventò un metodo a basse temperature di polimerizzazione che le valse un premio interno e la trasferì al Pioneering Lab di Wilmington. Lì, sei anni dopo, scoprì il Kevlar.

Tre miliardi di applicazioni

Il Kevlar oggi è in tutto. Giubbotti antiproiettile della polizia (dal 1975, fu il primo uso commerciale): si stima che abbiano salvato oltre 3.000 vite negli Stati Uniti dall'anno della loro introduzione. Pneumatici di Formula 1 (negli strati interni delle cinture), cavi di sospensione di ponti, telai di racchette da tennis di fascia alta, scafi di kayak da rapide, vele da regata, scafandri spaziali NASA (la copertura esterna delle tute EMU usa più strati di Kevlar). Anche le corde dei paracadute dei rover marziani Curiosity e Perseverance: il pallone supersonico che li ha frenati su Marte usava cinghie in PPTA tessuto.

Le applicazioni sono talmente diversificate che la DuPont ha smesso di tenere il conto. Le entrate annuali dalla famiglia di prodotti aramidici (Kevlar, Nomex e parenti) superano i due miliardi di dollari, e la fibra è stata venduta in oltre 200 categorie di prodotti.

Cosa toccava a Kwolek

I royalty? Pochi. Come tutti i ricercatori DuPont dell'epoca, Kwolek aveva firmato la cessione delle invenzioni alla società in cambio dello stipendio. Per il Kevlar non guadagnò mai più di quanto le sarebbe spettato di stipendio (era una research chemist senior). DuPont le riconobbe alcuni bonus, le conferì la Lavoisier Medal nel 1995 (è l'unica donna ad averla ricevuta nei 60 anni di storia del premio interno), la nominò emerita dopo il pensionamento.

Stephanie Kwolek si è spenta a Wilmington il 18 giugno 2014, a 90 anni. Si era ritirata da DuPont nel 1986. Aveva continuato a fare divulgazione, soprattutto verso le ragazze giovani: nei seminari spiegava la 'classica esperienza Kwolek', l'nylon rope trick, che usano ancora oggi nelle scuole superiori per dimostrare la polimerizzazione. Premi a parte (è stata inserita nella National Inventors Hall of Fame nel 1995, prima donna a entrarci per una scoperta nel campo dei polimeri), il suo lascito vero è questo: aver dimostrato che a volte la soluzione 'sbagliata' va comunque passata nello spinneret.