Je leest:

Oorlog om een vezel

Oorlog om een vezel

Auteur: | 1 oktober 2001

Voor technisch interessante vezels, die sterk en stijf zijn, is de moleculaire oriëntatie van het polymeer van groot belang. Zowel AKU (Akzo Nobel) als DuPont ontwikkelden methoden om dat bij hetzelfde polymeer (Twaron respectievelijk Kevlar) voor elkaar te krijgen. Dat leidde tot een heftige octrooi-oorlog.

Aan het eind van de negentiende eeuw werden voor het eerst kunstmatige vezels gemaakt, die konden wedijveren met wol en zijde. In de loop van de twintigste eeuw werd de aandacht gericht op het maken van technisch interessante, dat wil zeggen sterke en stijve, vezels. De ervaringen maakten duidelijk dat de moleculaire oriëntatie van een polymeer van belang is voor de kracht en stijfheid van vezels.

Kogelvrijvest
Voorbeeld van het gebruik van de vezel zijn een o. a kogelwerend vest.
Teijin Twaron BV, Arnhem

Gestrekte ketens

Nu ligt het voor de hand dat je betere vezels, met hoge oriëntatie, zult krijgen door in de moleculen een voorkeur voor gestrekte ketens in te bouwen. Het is immers makkelijker om een verzameling breinaalden parallel te leggen dan een kluwen gekookte spaghetti. Als dat lukt, hebben zulke polymeren automatisch hoge kristalliniteit. Ook zijn zulke moleculen dikwijls onsmeltbaar en moeilijk oplosbaar.

Tevens werd ontdekt dat zulke polymeren reeds bij lage concentraties sterk stroperige ( hoogvisceuze) oplossingen vormden. Als je ze tenminste al kon oplossen. Zo kom je van de regen in de drup, want voor het maken van de vezel is het handig om een niet te verdunde oplossing te hebben. Verdunde oplossingen zijn niet alleen oneconomisch maar leiden ook tot slechte vezels.

Brandwerendpak
..en een brandwerend pak.
Teijin Twaron BV, Arnhem

Stroperigheid

Zo rond 1970 werd ingezien, mede door het werk van de Amerikaanse onderzoeker Paul Flory, dat polymeren met voldoende starre, gestrekte ketens zich bij hogere concentraties spontaan zouden ordenen in oplossing (vloeibaar kristallijn gedrag), waardoor de stroperigheid van de oplossing binnen redelijke grenzen zou blijven.

In 1961 trad Leo Vollbracht in dienst van de toenmalige AKU (thans Akzo Nobel geheten) Centrale Research. In de latere jaren ’60 ging hij zich wijden aan het streven naar stijvere, sterke technische vezels, en zijn aandacht werd meteen getrokken door literatuurmeldingen van poly-p-benzamide. Al snel koos hij liever voor poly-p-fenyleen tereftalamide (PpPTA), om praktische en economische redenen.

Dit leverde strijdpunten met het management op. De literatuur gaf immers aan dat juist poly-p-benzamide zo interessant was. Ook bleek PpPTA alleen uit oplossing in zwavelzuur te verwerken. Dat werd door de leiding als een groot struikelblok gezien, totdat werd ingezien dat men in de celluloseverwerking wel degelijk goed met zwavelzuur om had leren gaan. Door het oplossen in het agressieve zwavelzuur kon het polymeer weliswaar aangetast worden maar een collega, Henri Lammers, hielp het probleem uit de wereld door het zwavelzuur eerst te bevriezen, een mengsel te maken van polymeerpoeder en zwavelzuurpoeder en het koude mengsel al roerend te verwarmen.

Twaron garen gemaakt van para-aramide. Bron: Teijin Twaron BV, Arnhem

Goedkoper en superieur

Het uit de literatuur bekende mengsel van HMPT ( hexamethyl fosfortriamide) en NMP ( N-methylpyrrolidon) voor de polymerisatie van moeilijk oplosbare polymeren trok al meteen Vollbracht’s aandacht: HMPT was duur en verwant aan insecticiden, hoewel men (toen nog) dacht dat HMPT zelf onschadelijk was.

De discussies met het management over de keuze van PpPTA verstomden op slag toen bekend werd dat de grote concurrent DuPont het poly-p-benzamide had laten varen en met PpPTA de ontwikkeling voortzette. Vollbracht kreeg nu volledige vrijheid om het probleem van het dure HMPT aan te pakken. Dat leverde snel succes op: een mengsel van het goedkopere en onschadelijke NMP met nog goedkoper calciumchloride was een superieur polymerisatiemedium.

HMPT

Octrooi-oorlog

Toen enige tijd later bleek dat HMPT wel degelijk schadelijk was, had Akzo de juiste polymerisatiemethode reeds geoctrooieerd. Dit octrooi bleek van doorslaggevende betekenis bij de latere octrooi-oorlog tussen Akzo en DuPont over PpPTA, tegenwoordig bekend als Twaron en Kevlar.

NMP

Voor Leo Vollbracht was het een grote voldoening dat ook ‘erfvijand’ DuPont thans zijn oplosmiddelsysteem gebruikt voor de productie van Kevlar, en dat daarvoor, ondanks naarstig zoeken, geen alternatief is.

Viscose

De fundamentele vondsten, in de laboratoria van Akzo en DuPont, over de bereiding en het verspinnen van PpPTA, hebben in de recente twee decennia geleid tot een geheel nieuwe vezelindustrie. Kevlar en Twaron zijn nu zeer succesvolle producten met een veelbelovende toekomst: goede vezelmaterialen hebben zeer lange levenscycli. Viscose bijvoorbeeld is al meer dan honderd jaar oud en wordt nog steeds op grote schaal voor kleding geproduceerd.

Polymerisatiemethode voor Twaron

Zie ook:

Literatuur:

L. Vollbracht, in Comprehensive Polymer Science, Ed. D. Allen, Pergamon Press, Oxford 1989, Vol. 5, Ch. 22 M.G. Northolt and D.J. Sikkema, Lyotropic main chain liquid crystal polymers, in A.A. Collyer (ed.) Liquid Crystal Polymers – from Structures to Applications, Elsevier (1992). L. Vollbracht and T.J. Veerman, U.S. Patent 4308374 (C.A. 85, 160859v (1976))

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.