용액
1960년대까지 델라웨어주 윌밍턴에 있던 듀폰의 선구 연구소는 고강도·내열성 섬유를 찾고 있었다. 한 연구 분야는 방향족 폴리아미드, 즉 이론상 매우 강한 섬유를 만들 수 있는 강직한 사슬 분자를 다루었다.
문제는 반응이 수분과 열에 극도로 민감하여 중간체가 가수분해되거나 자가중합되는 경향이 있다는 점이었다. 화학자 스테파니 콜렉은 적합한 용매를 찾아내고 저온 중합 조건을 설정했다. 그녀가 배치를 방사하려 했을 때, 그 용액은 점성이 있고 투명한 대신 유동적이고 흐렸다.
대부분의 연구자라면 그 도프를 버렸을 것이다. 콜렉은 직감에 따라 그래도 방사하겠다고 고집했다. 그 결과는 이전에 만들어진 어떤 것보다 훨씬 더 뻣뻣하고 강한 섬유였는데, 흐린 외관은 막대 모양 분자가 용액 속에서 액정 상태로 정렬된 데서 비롯된 것이었다.
듀폰의 연구소는 이를 케블라로 상용화했으며, 1971년에 처음 판매되어 방탄복과 래디얼 타이어에 쓰였다. 낮은 배향각을 가진 섬유에 대한 특허는 정렬된 내부 구조와 방법을 포괄했으며 듀폰에 양도되었다.
이룬 성과
흐린 액정 유체가 방사되어 가장 강한 섬유가 되다
강직한 막대 분자가 방사 전에 액정 용액에서 스스로 정렬됨
정렬된 도프에서 시작함으로써 사후에 분자를 일렬로 늘일 필요가 없어짐
이상한 흐린 배치는 실패가 아니라 새로운 무언가가 일어나고 있다는 신호였음
관례에 맞서 자신의 데이터를 믿는 것에 독특한 결과가 숨어 있음
흐리고 묽은 배치는 분자가 예상과 다르게 거동하고 있다는 신호일 수 있으며, 버리지 않고 이상한 배치를 확인하는 것이 예외적인 것을 찾아내는 길이다.
그 후
케블라는 듀폰의 대표 고성능 섬유가 되어 방탄복, 타이어, 브레이크 패드, 세일클로스, 항공우주 복합재에 사용되었다. 이는 연간 수억 달러의 매출을 창출했으며, 콜렉은 미국 특허 17건과 수십 개의 상을 받았다.
근거 확인하기
출처
- Wholly aromatic carbocyclic polycarbonamide fiber having orientation angle of less than about 45° (US 3,819,587) Google Patents · patents.google.com ·
- Stephanie Kwolek Lemelson-MIT · lemelson.mit.edu