Je leest:

Een nieuwe toekomst voor hout

Een nieuwe toekomst voor hout

Auteur: | 1 oktober 2001

Akzo Nobel ontwikkelde moderne en schone technologie om een oude grondstof – cellulose – tot garen te verwerken. Het is twee maal sterker dan bestaande cellulosegarens en onder andere geschikt voor versterking van autobanden.

Een boom maakt hout. Dat doet hij met behulp van een proces dat fotosynthese heet. Daarbij worden kooldioxide (CO2) en water (H2O) met behulp van zonnestraling omgezet in suikers. Hout bestaat voor een belangrijk deel uit cellulose. Cellulose is een polysaccharide met als bouwsteen glucose, een suiker. Er zijn diverse polysaccharides. Ook zetmeel (het hoofdbestanddeel van aardappelen) is er een. Wel verschillen de manier waarop de glucose-eenheden in cellulose en zetmeel aan elkaar gekoppeld zijn

Medium

Een boom maakt per dag ongeveer 15 gram cellulose. Per jaar wordt er op de aarde ruim 2 miljard m3 cellulose geoogst. Cellulose speelt een zeer belangrijke rol in de samenleving. Iedereen kent hout, papier, karton en katoen. De producten die na het fysisch of chemisch bewerken van cellulose vervaardigd worden, zijn minder bekend: viscosegarens, cellofaanfolie (om bloemen en pakjes sigaretten te verpakken), carboxymethylcellulose (voedingsmiddelen), cellulose-nitraat (een explosief, ook wel nitrocellulose genoemd) en cellulose- acetaat (acetaatzijde en filmmateriaal).

Viscoseproces

Veel van deze materialen ondervinden tegenwoordig concurrentie van aardolieproducten. Omdat aardolie schaarser wordt, kunnen natuurlijke bronnen weer een grotere rol gaan spelen. Bij de natuurlijke afbraak van polysacchariden ontstaat weer water (H2O) en kooldioxide (CO2). Daarom heten deze natuurlijke grondstoffen ook wel hernieuwbaar. De industrie krijgt meer belangstelling voor deze natuurproducten. In vergelijking met de tijd dat polysaccharide de belangrijkste grondstof voor de industrie vormde, kan men nu natuurlijk ook meer.

Zo werd tot nu toe voor het maken van sterke draden uit cellulose het viscoseproces gebruikt, dat al meer dan 100 jaar oud is. Naast het hoofdproduct ontstaan ook veel bijproducten. Daarom waren onderzoekers van Akzo Nobel geïnteresseerd in een goedkoop en schoon alternatief.

Figuur 2. Vergelijking van de chemische structuur van cellulose en zetmeel. Bron: H. Maatman

Fosforzuur

Cellulose is echter moeilijk te bewerken. Het poedervormige product (fig. 4) smelt niet en er zijn weinig oplosmiddelen die geschikt zijn voor industrieel gebruik. Voor het maken van garens moeten de polymeerketens, waaruit de draden zijn opgebouwd, netjes naast elkaar liggen. Dan krijg je de hoogste sterkte en stijfheid in de garens.

Figuur 3. Een weergave van de ordening van stijve ketens, hier voorgesteld met stokjes. Bron: H. Maatman

Van nature zijn deze polymeren stijf, een soort stokjes. Zijn in een oplossing veel van die stokjes bij elkaar in de buurt, dan gaan ze spontaan naast elkaar liggen (fig. 3), onder het aangaan van waterstofbindingen. Als de polymeerketens in oplossing netjes naast elkaar liggen, is dat ook zo in het garen, dat je ervan maakt. Voor cellulose werd gezocht naar een oplosmiddel, waarin de ketens spontaan naast elkaar zouden liggen. Fosforzuur bleek hiervoor zeer geschikt, ontdekte Hanneke Boerstoel. Het geheel gedroeg zich vloeibaar kristallijn: het stroomde als een vloeistof, maar was geordend als een kristal.

Uiteindelijk ontstonden garens, die twee maal zo sterk waren als de cellulosegarens via het viscoseproces. Het gebruikte fosforzuur wordt teruggewonnen en opnieuw gebruikt. Aldus heeft Akzo Nobel een proces ontwikkeld, waarbij met moderne en schone technologie een zeer oude grondstof – cellulose – verwerkt wordt tot een garen dat ongeveer twee maal sterker is dan de huidige commerciële cellulosegarens (fig. 4). Dit nieuwe garen is ondermeer geschikt voor versterking van autobanden.

Figuur 4. Cellulosepoeder en het hieruit gemaakte sterke garen volgens het nieuwe proces. Bron: H. Maatman

Zie ook:

Literatuur:

  • H.E.H. Meyer, Processing of Polymers (Materials Science and Technology Vol. 18), Wiley-VCH, Weinheim (1997).
  • S. Dumitriu, Polysaccharides, Marcel Dekker, New York (1998).
Dijken
KNAW

Dit artikel is afkomstig uit het boek Chemie achter de dijken, een gezamenlijke uitgave van de Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen (KNAW) en de Koninklijke Nederlandse Chemische Vereniging (KNCV). Het werd in 2001 uitgegeven ter herdenking van het feit dat de Nederlander Jacobus Henricus Van ‘t Hoff honderd jaar eerder in 1901 de allereerste Nobelprijs voor de scheikunde won. Chemie achter de dijken belicht Nederlandse uitvindingen en ontdekkingen op chemisch gebied sinds 1901. In zo’n zeventig bijdragen (voor het overgrote deel opgenomen in Kennislink) wordt de betekenis van de Nederlandse chemie duidelijk voor ontwikkelingen op het gebied van de gezondheidszorg (bijvoorbeeld de kunstnier), de voedingsmiddelenindustrie (onder andere zoetstoffen), de kledingindustrie (bijvoorbeeld ademende regenkleding) of de elektronica (zoals herschrijfbare CD’s).

Dit artikel is een publicatie van KNAW/KNCV.
© KNAW/KNCV, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 01 oktober 2001

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.