Je leest:

Voor kussens en matrassen

Voor kussens en matrassen

Een vaste katalysator voor de bereiding van propeenoxide

Auteurs: en | 1 oktober 2001

Polyurethaanschuim voor kussens en matrassen ontstaat tijdens een reactie met propeenoxide als één van de reactanten. Shell Research ontwikkelde het SMPO proces voor de gelijktijdige productie van propeenoxide en styreen.

Voor het vullen van kussens en matrassen worden verende materialen gebruikt. Oudere vulmaterialen zoals kapok en ganzendons kunnen tegenwoordig niet meer aan de behoefte voldoen. Daarom is men overgegaan op nieuwere materialen, zoals schuimrubber en polyurethaanschuim. Dit laatste wordt op een schuimmachine gemaakt door reactie van een polyalcohol met een di-isocyanaat (figuur 1).

Figuur 1

De benodigde poly-alcohol wordt gemaakt uit propeenoxide (PO) door dit te laten polymeriseren tot een polyetheralcohol (of polyol) (zie figuur 2).

Omweg

De nodige propeenoxide (op wereldschaal méér dan een miljoen ton per jaar) kan niet gemaakt worden door directe oxidatie van propeen met zuurstof (zoals bij de productie van etheenoxide uit etheen), maar moet via een omweg worden bereid. De oudere route uit propeen, chloor en kalk levert een grote stroom vervuild afvalwater op en is daarom niet meer aanvaardbaar.

Figuur 2

Een nieuwere methode gebruikt een organisch hydroperoxide als oxidatiemiddel (zie fig. 3). Als katalysator gebruikt men hierbij een opgeloste molybdeenverbinding. Het bijproduct tertiair butylalcohol is niet erg gewild. Het wordt verkocht of teruggevoerd tot isobutaan door water af te splitsen en te hydrogeneren. Een dergelijke PO-fabriek draait in het Botlekgebied onder de naam ‘Oxirane’ (thans ‘Lyondell’).

Shell bezat reeds enkele polyol-fabrieken. Met de toenemende vraag steeg Shells belangstelling voor de productie van de grondstof propeenoxide. Men wilde graag een eigen proces met een hydroperoxide als oxidatiemiddel en een vaste katalysator, die eenvoudig gescheiden kon worden van het reactiemengsel. Met dit doel voor ogen gingen omstreeks 1968 twee chemici van start in het researchlaboratorium van Shell in Emeryville (bij San Francisco). De één was Freddy Wattimena, een Delfts scheikundig ingenieur, de ander Harald P. Wulff, een Duitse chemicus.

Figuur 3

Silica

Zij begonnen met 1-octeen als modelstof (propeen is te vluchtig voor experimenten in glas) en TBHP als oxidatiemiddel. Ze testten een reeks vaste stoffen als mogelijke katalysatoren. De reactie lukte alléén met behulp van één bepaald monster van een speciale silica (SiO2). Silica’s van andere herkomst en latere monsters van die eerste leverancier gaven nul op het rekest! Géén reactie en géén propeenoxide!

Grondig onderzoek van het actieve ‘silica’ (een jaren oud product) toonde aan, dat het verontreinigd was met enkele tienden van een procent titanium. Verdere proeven met zuivere silica, behandeld met een titaanverbinding leidden tot een uitstekende katalysator, waarmee propeenoxide met een hoog rendement kan worden bereid. Zo verteld, lijkt het simpel, maar het octrooi vermeldt dertien experimentele voorbeelden met samen circa 70 proeven, waaronder twee wekenlange proefruns met propeen in een continu werkende buisreactor.

Figuur 4 Klik op de afbeelding voor een grotere versie

Het gecombineerde proces wordt SMPO genoemd (Styreen Monomeer, Propeen Oxide). Het proces werd voortvarend ontwikkeld in Emeryville en gedemonstreerd in een kleine, dag en nacht werkende, proefinstallatie. De eerste Shell SMPO fabriek werd gebouwd in Moerdijk, bij de fabrieken die de grondstoffen leveren. Het werd meteen een grote fabriek met een productiecapaciteit van 125.000 ton propeenoxide en circa 300.000 ton styreen per jaar. Inmiddels heeft Shell drie SMPO fabrieken, twee in Moerdijk en één in Singapore. Daarnaast staan een fabriek in China en een tweede fabriek in Singapore op stapel.

Figuur 5 Bron: Shell Nederland Chemie BV, Moerdijk

Literatuur:

  • United States Patent 4, p. 367, p. 342, Olefin epoxidation, January 4, 1983. Inventors: Wulff, Harald P.; Wattimena, Freddy.
  • D. Kahlich, U. Wiecheren, J.Lindner, Propylene oxide in Industrial Organic Chemicals, Vol. 7 (1999), Wiley-VCH, pp. 4129-4164
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.