De productie van bitumen-modifiers en emulsies bij H&R Benelux in Nuth is door de groei van het belangrijkste afzetgebied –de constructiemarkt– sterk toegenomen. De extra bedrijvigheid leidt tot fors meer analyses in het lab, waar bovendien steeds meer productontwikkeling voor klanten plaatsvindt. Om dit te faciliteren is een nieuw laboratorium gebouwd, waar labmanager Kevin van Kessel een mix van R&D, proces- en QC-analyses in goede banen leidt.
Twee restproducten, de ene uit de polymeerindustrie en de andere uit de petrochemie, zijn onmisbaar voor dakdekkers. Die uit de petrochemie is bij de meeste wel bekend: bitumen, het teerachtig goedje dat na destillatie als restproduct achterblijft en een belangrijk bestanddeel is van asfalt, waar het vooral voor wordt gebruikt, en dakbedekkingen.
Met dakleer dat alleen uit bitumen bestaat kunnen dakdekkers echter niet uit de voeten: de dakbedekking is niet stevig genoeg, niet flexibel, niet goed bestand tegen hoge en lage temperaturen, noem maar op. Om de eigenschappen van bitumen te verbeteren wordt er als bitumen-modifier –naast verschillende additieven– een mengsel van verschillende soorten polypropyleenverbindingen aan toegevoegd. Een belangrijk bestanddeel van die PP-verbindingen is APP, atactisch polypropyleen. APP is niet erg geliefd in de kunstststofindustrie: het vormt geen kristalstructuren en kan in tegenstelling tot de isotactische en syndiotactische varianten niet goed worden verwerkt. Reden waarom het doorgaans als restproduct in een slurrie eindigt.
“APP is juist door die warse eigenschappen een ideale ingrediënt om bitumen de benodigde body en flexibiliteit te geven en het daarbij ook nog eens beter bestand te maken tegen zowel hoge als lage temperaturen”, vertelt Kevin van Kessel, die sinds 2008 bij H&R Benelux in Nuth werkt, begonnen als chemist en sinds maart van dit jaar in de functie van laboratorium manager. Waar bitumen als ultiem restproduct van aardolieraffinage voorlopig nog wel in grote hoeveelheden beschikbaar zal zijn, dreigt er een tekort aan APP. “Fabrieken hebben hun productieprocessen veranderd, waardoor er minder APP in slurries beschikbaar komt. Je kunt natuurlijk APP ‘on purpose’ maken, maar dat is veel duurder, wat niet gunstig is voor je concurrentiepositie met aanbieders van andersoortige bitumen-modifiers, ondanks dat je met de UV-bestendigheid van de APP-varianten een streepje voor hebt. We richten ons derhalve ook op de ontwikkeling van nieuwe samenstellingen met lagere APP-gehaltes. Door het meten van de dispersie bepalen we of ze goed opmengen met bitumen. Naast microscopisch onderzoek voeren we ook fysische testen uit op eigenschappen als koude buig, hardheid, hardheid bij 60 °C en ‘softening point’. Inmiddels hebben we formuleringen ontwikkeld waarin we het APP-gehalte hebben weten terug te brengen van 80% naar 20%”, aldus Kevin.
Het nieuwe laboratorium van H&R Benelux is volledig door Köttermann ingericht. Naast het meubilair heeft de laboratoriuminrichter twee Exploris zuurkasten en vier puntafzuigingen gerealiseerd.
Kevin van Kessel werkt sinds 2008 bij H&R Benelux in Nuth, eerst als chemist en sinds maart van dit jaar in de functie van laboratorium manager.
Witte olie
Bitumen-modifiers op basis van APP zijn in vergelijking met de drie andere hoofdproducten die in Nuth worden geproduceerd een beetje een vreemde eend in de bijt. Waar APP van bedrijven buiten het H&R-concern wordt betrokken, komen de grondstoffen voor de andere menglijnen vooral uit de raffinaderijen van H&R zelf. Dat heeft alles te maken met de historie van deze vestiging. De fabriek is in 1983 opgezet door DSM, dat toen nog PP-fabrieken op Chemelot had en iets met het restproduct APP wilde doen. Jaren later, in 2004, is deze fabriek (met nog vele andere) door de toenmalige eigenaar BP verkocht aan H&R. H&R, dat zetelt in Hamburg en op twee plaatsen in Duitsland raffinaderijen heeft, richt zich volledig op petroleum-specialiteiten, dat wil zeggen het gedeelte dat na atmosferische destillatie van ruwe aardolie tot de lichte fracties (van kerosine tot zware brandstoffen) overblijft en via een vacuümdestillatie- unit verder moet worden gescheiden, zeg maar het deel vanaf C12.
Waar het gros van de grote raffinaderijen dit gedeelte scheiden in basisoliën en twee groepen afgeleide producten om motorolie te maken, te weten aromatische componenten en paraffines, gaat H&R nog een aantal stappen verder. Vooral door gebruik van waterstof bij hoge druk kunnen zeer zuivere producten worden gemaakt. Een voorbeeld daarvan is witte olie, dat eruit ziet als water en een zuiver inert product is, zonder stikstof, zwavel en dubbele bindingen. Deze olie is FDA-goedgekeurd en wordt toegepast in onder meer de farmaen cosmetica-industrie. Een zelfde verhaal geldt voor paraffines. Grote producenten stoppen hun zuiveringsproces bij de zogenaamde ‘slack waxen’, een paraffine-achtig goedje waar nog olie in zit. H&R haalt die olie er volledig uit en maakt vol-geraffineerde paraffine die bijvoorbeeld voor kaarsen wordt gebruikt.
Variatie aan paraffine
Vanuit verschillende samenstellingen van paraffines, al dan niet als emulsie, kunnen producten worden gemaakt voor verschillende toepassingen. Producten, die net als de bitumen-modifiers meeliften op de hausse in de bouw- en constructiemarkt, zijn olie/wax-emulsies. Deze worden vanwege de waterafstotende eigenschappen verwerkt in houtpanelen en gipsplaten, alsmede in glaswol, waar ze ook nog als stofbinder dienen. Voordeel ten opzichte van de ‘slack waxen’ is dat deze emulsies gewoon op kamertemperatuur kunnen worden opgeslagen, verpompt en gebruikt.
De ‘slack waxen’, die op klantspecificatie in verschillende zwaartes (op basis van koolstofaantal in de keten) kunnen worden geproduceerd, hebben ook een vochtwerende werking. Deze materialen worden ook toegepast om telefoonkabels op te vullen en ze tegen de invloed van vocht te beschermen bij beschadiging van de kabelmantel. De vierde hoofdgroep zijn anti-ozon paraffines die in de bandenindustrie met andere ingrediënten voor autobanden wordt opgemengd. Door een mix van n-paraffines en iso-paraffines heb je tijdens het rijden altijd een beschermende laag tegen ozonstraling: n-paraffines migreren namelijk sneller naar het oppervlak dan iso-paraffines.
In- en uitgangscontrole
Het verbindende element in de batchproductie van de vier hoofdproducten (in totaal zo’n 2,5 miljoen kg per maand) is het mengen van grondstoffen, die met zo’n tien tot twintig vrachtwagens per week worden aangevoerd. Bij het mengen van APP komen daar wel speciale hoge-temperatuurbestendige mengers aan te pas omdat er door het snelle mengen sterke shear-krachten worden opgewekt. Speciaal bij de productie van de cable compounds is het toevoegen van actieve klei om de ionen eruit te filteren om een hoge soortelijke weerstand te verkrijgen. Die klei wordt er nadien ook weer uitgefilterd. Het eenvoudigste wat mengen betreft zijn de anti-ozon waxes, waarbij het een kwestie is van het mengen van verschillende paraffines. Bij de wax-emulsies is het proces juist gecompliceerder, want daar gebruik je emulgatoren om wax en water aan elkaar te binden.
Je moet hiervoor werken bij bepaalde temperaturen en met homogenisatoren op hoge druk en daarna shock-koeling toepassen om de emulsies stabiel te houden, om te vermijden dat de wax opnieuw co-agguleert. De op zich niet superingewikkelde processen worden geregeld op parameters als temperatuur en mengsnelheid. Omdat er geen reacties plaatsvinden is het niet nodig om voor de procesregeling op chemische of fysische parameters te controleren. Dat vindt vooral plaats in het kader van de in- en uitgangscontrole. “Als het proces wordt opgestart, bepalen we wel of een monster aan de benodigde specificaties, met name op het gebied van viscositeit voldoet. Als dat goed is, dan kunnen ze aan de gang. Echte ingangscontrole is meestal ook niet nodig: de meeste waxen komen van raffinaderijen binnen het H&R-concern, dus weten we de samenstelling en kunnen we vertrouwen op de analysecertificaten. De controle op eindmonsters is een stuk uitgebreider. Bij de productie van bitumen-modifiers kijken we bijvoorbeeld naar viscositeit, hardheid, softening point en vluchtige stoffen. Omdat de modifiers worden opgemengd met bitumen, dat voor elke klant specifiek is, testen we ook hoe dat verloopt met bitumen-monsters van de klant.
Hierbij voeren we additionele tests uit, zoals koude buig en dispersie (om te zien in hoeverre de bitumen is opgelost in de polymeermatrix). Bij paraffinewax emulsies testen we op viscositeit, pH, vaste stof gehalte en deeltjesgrootteverdeling. Bij deze emulsies is het namelijk heel belangrijk dat je zwaardere waxen gebruikt. Bij de klant worden de constructieplaten geperst bij hoge temperatuur. Dan mag de wax niet verdampen”, legt Kevin van Kessel uit.
Eén van de eisen voor het nieuwe lab was: veel stopcontacten.
Overzicht van het productiegedeelte met afzonderlijke productiemenglijnen voor de vier hoofdproducten.
Nieuw laboratorium
Sinds de zomer vinden deze analyses plaats in een nieuw opgezet laboratorium dat deel uitmaakt van een nieuwbouwproject waarin ook ontvangst, kantoren, kantine en een magazijn zijn gerealiseerd. Het door Köttermann ingerichte laboratorium is een enorme verbetering ten opzichte van de oude situatie, waar een veel kleinere labruimte samen met de kantoren op een soort van afgesloten vide schuin boven de procesruimte was gesitueerd. “Voorheen hadden we een werkvoorbereidingstafel van krap één vierkante meter; daar kon je geen eens met z’n tweeën tegelijk aan werken. Nu is er plek voor een ruime werkbank waar je gemakkelijk met drie, vier man uit de voeten kan.
Ook de afzuiging is sterk verbeterd: van een afzuigkast naar nu twee luxe Exploris zuurkasten, die je heel gemakkelijk kunt bedienen. Wat voor ons werk handig is, is dat je ook met je voet door een licht schopje de ruit omhoog kan laten gaan. Vaak hebben we beide handen nodig om een blik met warme bitumen vast te houden; dan is die voetbediening een uitkomst. Köttermann heeft ook vier puntafzuigingen geleverd, die boven apparatuur kan worden getrokken wanneer de soms niet al te lekker ruikende monsters worden geanalyseerd, zeker als ze hiervoor ook nog moeten worden verwarmd”, vertelt Kevin. Het valt niet op, maar een deel van het meubilair is al ruim drie jaar oud en is meeverhuisd vanuit het oude lab. “We hebben in 2015 een brand gehad, waardoor ook het laboratorium schade had. We hebben toen bij Köttermann nieuw labmeubilair aangeschaft. Bij de inrichting van het grotere nieuwe lab was het dan ook geen issue welke laboratoriuminrichter we zouden inschakelen. We hebben gekozen voor hetzelfde type meubilair; dat bevalt ons uitstekend!”
Meer ruimte
Een groot deel van de procesanalyses wordt uitgevoerd door de operators, die in tegenstelling tot het labpersoneel dat in dagdienst werkt, vijf dagen per week, 24 uur per dag aanwezig zijn. “Mede vanwege de verhoging van de productiecapaciteit willen we –waar mogelijk– analyses, die nog manueel worden uitgevoerd, automatiseren. Daarmee ontlasten we de operators en verhoog je de nauwkeurigheid. Neem bijvoorbeeld de ‘dropping point’ test. Daarbij warm je een semi-vast monster op, dat aan de binnenkant van een cupje zit, dat onderin een gaatje heeft. Door te verwarmen wordt het monster op een bepaald ogenblik vloeibaar, waardoor er een draad of druppel door het gaatje komt. Zodra de druppel valt of de draad breekt moet je de temperatuur aflezen. Dat kost veel tijd omdat je er bij moet blijven zitten tot het ‘moment suprême’; en als je dat mist, kan je weer helemaal opnieuw beginnen!” De werkzaamheden voor het laboratoriumpersoneel zijn niet alleen toegenomen vanwege de verhoogde productiecapaciteit.
“Klanten staan de laatste jaren steeds meer open voor samenwerking om nieuwe producten te ontwikkelen. Om daar goed op in te kunnen springen gaan we voor het nieuwe lab ook extra mensen aannemen, zodat we in ieder geval minstens één persoon vast op R&D hebben en eentje op kwaliteit. Ik zelf heb dan meer tijd om projecten op te pakken, energie te steken in samenwerking met collega’s van andere H&R-laboratoria, kennis uit te wisselen. We hopen daarbij veel klanten en collega’s in ons nieuwe lab te ontvangen: dat is nu echt ons visitekaartje!”