Nieuws

Dr. Leo Vollbracht (1928); uitvinder supersterke Twaronvezel

Enka, één van de bedrijven waaruit Akzo is ontstaan, wil rond 1970 hoog modulus kunststofvezels ontwikkelen, vezels met hoge sterkte en stijfheid.

Enka-werknemer Vollbracht stort zich op de vaken octrooiliteratuur. Studie wijst uit dat er veel onderzoek naar dergelijke vezels is gedaan. Al in 1932 formuleert Wallace Carothers, de uitvinder van de nylonvezel bij Du Pont, enkele voorwaarden waaraan de microscopische structuur van vezels moet voldoen om goede mechanische eigenschappen te krijgen.

Vollbracht krijgt begin jaren zeventig een octrooi van Du Pont onder ogen betreffende een hoog modulus vezel, gebaseerd op twee soorten aramide. Daaruit blijkt dat Du Pont een mengsel van N-methyl pyrolidon en hexamethyl-fosfortriamide (NMP/HMPT) gebruikt om de grondstof aramide tijdens de beginfase van de productie in opgeloste toestand te houden. Daarna geleert het reactiemengsel. Vervolgens wordt deze grondstof in vaste vorm in een andere fabriek opnieuw opgelost – in honderd procent zwavelzuur – waar het tot vezels wordt gesponnen.

Om zelf te kunnen produceren moet Enka een ander procédé ontwikkelen, dat niet in strijd is met de patenten van Du Pont. Nadere beschouwing van het Du Pont-procédé leert dat het zich vormende polymeer in het begin onopgelost blijft, maar dat later het hele reactiemengsel geleert. Daarbij gaat de polymerisatie nog wel door, zij het veel langzamer. Zo wordt er hoogpolymeer gevormd. Maar een zekere oplosbaarheid in de beginfase, waar het oligomeer (laag moleculair polymeer) wordt gevormd, lijkt essentieel.

Bij gebruik van andere oplosmiddelsystemen dan NMP/HMPT slaat de grondstof meteen als poeder neer in de vorm van een oligomeer. Daar kan men in de vezelproductie niets mee, want voor spinnen is een hoogpolymeer nodig.

 

Verkleuring

Vollbracht gaat op zoek naar een ander oplosmiddelsysteem. Hij vult honderden reageerbuizen, opgesteld op een tafel in het lab, met oplosmiddelen, zouten en chloriden in verschillende concentraties. Deze mengsels hebben een neutrale kleur (zoals water), maar – zeer handig voor de herkenning – bij oplossen van het oligomeer treedt er verkleuring op.

Dat gebeurt inderdaad in twee reageerbuizen: uiteraard in die met het oplosmiddelsysteem van Du Pont, maar ook in één andere buis, waarin zich een mengsel van het vloeibare N-methylpyrolidon en het vaste calciumchloride (NMP/CaCl2) bevindt.

‘Hebbes’, zegt Vollbracht. ‘Dat was de grote stap.’ Op kerstavond 1970 doet hij met goed gevolg zijn eerste proef met aramide, opgelost in NMP/CaCl2. Dat levert hetzelfde resultaat op als met het Du Pont-procédé, zowel qua reactiesnelheid als qua eindproduct. Het handboek ‘Chemische feitelijkheden’ (een uitgave van de Koninklijke Nederlandse Chemische Vereniging) meldt hierover: ‘De verdienste van Enka bij de ontwikkeling van aramidevezels lag vooral in het moeilijkste onderdeel: het vinden van goede of eigenlijk betere oplosmiddelen dan Du Pont gebruikte.’

Enka lijdt in die jaren stevig verlies, bijna één miljoen gulden per dag. Er is nauwelijks geld voor aanschaf van apparatuur om experimenten te doen. Vollbracht vindt in arren moede in het magazijn een ‘waring blender’, een soort koffiemolen die keihard ronddraait. Die is nodig om polymerisatie van de grondstoffen tot stand te brengen.

Dat lukt ook, er wordt een hoge graad van polymerisatie bereikt. Vollbracht is opgetogen, maar een langskomende directeur ziet de simpele koffiemolen en zegt: ‘Is dit nu alles?’

 

Hapklare brokken

In 1972 komt de eerste vezel op laboratoriumschaal tot stand. Enka neemt vervolgens een patent, op naam van Vollbracht, op de werkwijze om het polymeer in NMP/CaCl2-slurry te maken. ‘Een patent met mijn eigen naam erop, dat was een leuk moment’, aldus Vollbracht.

Du Pont bestrijdt het octrooi, omdat het eindresultaat van het productieproces, het hoogpolymeer aramide, exact identiek is aan dat van hen. Maar het wordt niettemin toegewezen.

Vervolgens ontstaat er een strijd waarbij Du Pont en Akzo elkaars patenten aanvallen. Vollbracht: ‘Wij hadden een octrooi om de grondstof te maken, zij hadden er één om de grondstof op te lossen in honderd procent zwavelzuur om het te kunnen spinnen’.

De patentenstrijd word pas in 1988 beslecht na een ontmoeting tussen de topmannen van beide bedrijven, waarbij ze overeenkomen elkaars octrooien te mogen gebruiken. Inmiddels heeft Akzo al Twaron-fabrieken gebouwd in Delfzijl (voor de productie van de grondstof) en Emmen (voor vezelproductie). ‘Nu gebruikt Du Pont ons oplosmiddel, ze hebben hun eigen oplosmiddelsysteem afgeschaft’, zegt Vollbracht. Van dat oplosmiddelsysteem NMP/HMPT blijkt – achteraf – de laatste stof carcinogeen te zijn.

Begin jaren tachtig start Akzo de productie van Twaron, maar ruim tien jaar later heeft het daar nog geen cent mee verdiend. Eind jaren negentig stoot het concern – inmiddels Akzo Nobel – alle vezelactiviteiten af. Het doet de vezeldivisie over aan een investeringsmaatschappij. Die verkoopt het weer in hapklare brokken door.

Eén van de eerste brokken die wordt afgestoten betreft de Twaron-activiteiten, die na vele jaren eindelijk winstgevend zijn. Deze komen in handen van de Japanse vezelgigant Teijin. ‘Ik had daar eerst een nogal vervelend gevoel bij’, zegt Vollbracht, ‘maar later had ik er wel vrede mee. Teijin is tenslotte een goed bedrijf en de productie zit nog steeds in Nederland.’

Afsluitend zegt hij: ‘Het onderzoek was voor mij een uitdaging: een alternatief vinden voor het oplosmiddelsysteem van Du Pont. Het idee was: dat zal wel niet lukken, Du Pont zal alles wel hebben onderzocht. Maar het lukte wel, dat was een overwinning.’

 

 

***Kader***

Breeklengte in km

De theoretisch lengte waarbij een kabel breekt onder het eigen gewicht

Dyneema       400

Aramide       235

Koolstof      195

Glas      135

Polyester/Nylon       85

Staal      35

 

 

 

***Kader***

Sterk in supersterke vezels

 

Nederland is sterk in supersterke vezels. Teijin Twaron – hoofdkantoor in Arnhem – produceert in Delfzijl de grondstof aramide waaruit in Emmen de supersterke vezel Twaron wordt gesponnen. De productiecapaciteit bedraagt 18.500 ton vezel per jaar.

DSM is uitvinder en producent van de supersterke Dyneema-vezel.

De productiecapaciteit van de fabriek in Heerlen is 1500 ton per jaar, aldus het handboek ‘Chemische Feitelijkheden’. De Dyneema-vezel is op gewichtsbasis sterker dan de Twaronvezel, maar de laatste is weer beter bestand tegen hoge temperaturen.

Als spinoff van de Twaron-research is in Nederland ook de M5-vezel ontwikkeld. Deze is op gewichtsbasis nog sterker en stijver dan de Twaronen Dyneema-vezel. Productie van deze vezel wordt nu voorbereid bij Magellan in de VS. Uitvinder prof.dr. Doetze Sikkema kon in Nederland geen financiers vinden voor productie van deze vezel.

Deel deze pagina
Gratis proefabonnement TW

Bestel nu GRATIS 2 proefnummers TW

Ontvang de nieuwsbrief, binnenkort 2 keer per week!

Meld je nu aan!

Vision & Robotics

Vision & Robotics is hét onafhankelijke vakblad voor machinebouwers, system integrators en eindgebruikers van productielijnen in de maak- en agro-/foodindustrie. 

Graag meer lezen over onderwerpen zoals robotica, sensoren, kunstmatige intellegentie en nog veel meer klik hier

Vision & Robotics heeft ook een nieuwsbrief! klik hier om je in te schrijven.

TW online gratis voor jongeren

TW Investeert in technisch onderwijs

Leerlingen tot 18 jaar lezen gratis TW. Meld je aan en ontvang 23 online edities per jaar geheel gratis!

Naar boven