Willem Struijk, oprichter van SFC Engineering, een onderzoeksbureau op het raakvlak van laboratoriumonderzoek en forensisch-chemisch onderzoek, met voor zich een pot met desinfectiepoeder met zwarte spikkeltjes | Foto: SFCE
Waarom bevat een crème voor de gevoelige huid ineens harde stukjes, zitten er plots zwarte puntjes in een desinfectiepoeder, of gaat isolatieschuim spontaan in de fik? Op dit soort vraagstukken, waar kwaliteitscontrole zich geen raad mee weet, weet Willem Struijk met zijn forensisch-chemische onderzoeksmethode eigenlijk altijd een antwoord te vinden. Na tientallen jaren ervaring in onderzoek, analytische en fysische chemie en product- en procescontrole ondersteunt hij nu met SFC Engineering de bulk- en stortgoedmarkt bij het zoeken naar pragmatische oplossingen voor complexe uitdagingen.
Op het bureau van Willem Struijk bij SFCE Engineering in Meppel staat de bewuste pot met zwart gespikkeld desinfectiepoeder. Ogenschijnlijk wit, maar als je het op een vel papier uitstrooit, zie je zwarte puntjes. “Die horen er niet in, en ze hadden geen idee wat de oorzaak was, totdat ze ons inschakelden.” Gepokt en gemazeld in het onderzoek naar chemisch-analytische en materiaaltechnische vraagstukken, onder meer als eigenaar van Nedlab, gaat Struijk er prat op zelfs de meest raadselachtige kwaliteitsproblemen te kunnen oplossen. Reden om na de verkoop van Nedlab zijn carrière een doorstart te geven en een onderzoeksbureau te starten op het raakvlak van laboratoriumonderzoek en ‘forensic chemical engineering’. Root-cause analyse van productfalen is zijn kernexpertise. “Dat is de techniek om met kennis van de chemie de oorzaak van productfalen tot op het bot te kunnen traceren. Dat doen we door het traject van ontwerp, productie, gebruik en hergebruik in detail te volgen. Juist daar ligt mijn passie: het systematisch ontrafelen van complexe vraagstukken met chemie en procesmatig denken als basis. Door grondig onderzoek en een analytische aanpak help ik organisaties de werkelijke oorzaak te vinden achter hun kwaliteitsproblemen – en daarmee tot structurele oplossingen te komen.”
“Daar ligt mijn passie: het systematisch ontrafelen van complexe vraagstukken met chemie en procesmatig denken als basis”
Wanneer een product faalt, een proces instabiel wordt of kwaliteitsproblemen blijven terugkomen, zit kwaliteitscontrole vaak met de handen in het haar. Jaren ging het goed, er is niets veranderd aan het proces, en ineens komen er klachten. Natuurlijk is daar een oorzaak voor, maar vaak ontbreekt inhouse de kennis om erachter te komen, evenals een heldere blik op eigen processen. “Het kan in de kleine details zitten, die insiders vaak niet zien. De echte oorzaak blijkt vaak complexer en vanuit een hele andere hoek te komen dan op het eerste gezicht lijkt”, stelt Struijk. Niet direct conclusies trekken, eerst de boel goed in kaart brengen, is zijn motto. Hij gaat daarbij als een detective door het hele proces heen om te achterhalen waarom iets ineens misgaat. Proces- en laboratoriadata kunnen daarbij dienen als ondersteunend bewijs. De chemie is breed, en zo ook Struijks expertisegebied. “Denk hierbij aan farmaceutische producten, cosmetica, voedingsadditieven, oliën en vetten, oplosmiddelen, fijnchemie, additieven in de petrochemische industrie, smeermiddelen, brandstoffen, polymeren: noem maar op.”
“Werken volgens protocol, "dus daar kan het niet aan liggen", is killing voor zelfstandig nadenken”
Het valt Struijk vaak op dat zijn klanten ervan uitgaan dat als de procedures kloppen, de kwaliteit geborgd is. Een blinde vlek, stelt hij, want dikwijls blijkt de reden wel degelijk intern te liggen. Als voorbeeld geeft hij de harde korreltjes die het noodzakelijk maakten een crème voor de intieme delen uit de handel te halen. Hoewel het product op basis van samenstelling voldeed aan de specificaties, leidde de fysieke afwijking tot klachten en een terugroepactie. De vraag was natuurlijk hoe die harde deeltjes ineens in het product kwamen. “Dit is het moment waarop forensic chemical engineering begint. Niet focussen op de symptomen, maar het hele proces ervoor doornemen.” Het forensisch onderzoek richtte zich in eerste instantie op de identificatie van de deeltjes. “We gebruikten een geavanceerde non-invasieve techniek, Fourier Transformatie-Infrarood-analyse (FT-IR), en stelden vast dat het materiaal overeenkwam met de reguliere ingrediënten van de formulering. Hiermee kon externe contaminatie worden uitgesloten en moest de oorzaak in het productieproces zelf liggen.”
Big bags met gecontamineerd poeder | foto:SFCE
Procesanalyse
Uit nadere analyse van batchgegevens en procescondities bleek dat de voorgeschreven volgorde van mengen en verwarmen niet correct was gevolgd. Wat ging er mis? “In systemen waarin vaste componenten moeten oplossen, smelten of dispergeren in een matrix, is de volgorde van toevoegen en het temperatuurtraject allesbepalend. Afwijkingen hierin kunnen leiden tot onvolledige oplossing of lokale oververhitting, waardoor componenten kristalliseren of uitharden tot zichtbare deeltjes. In dit geval resulteerde de verkeerde procesvolgorde in de vorming van harde aggregaten die je absoluut niet in zo’n crème wilt zien. Vaak wordt de fout geweten aan de ingrediënten, waar iets mee zou zijn, maar ook hier bleek weer dat de juiste uitvoering van het proces bepalend is voor de uiteindelijke productkwaliteit. Daar liet de producent wat steken vallen.”
Door naar de casus van het desinfectiepoeder met minuscule zwarte deeltjes die er nooit eerder in hadden gezeten. Hoewel de bulk van het product bij een ingangscontrole voldeed aan de specificaties, was deze visuele afwijking genoeg reden voor afkeur. Er gelden namelijk hoge zuiverheidseisen aan desinfectantia. Hoe ging Struijk hier te werk? “De zwarte deeltjes hebben we zorgvuldig geïsoleerd en geanalyseerd met behulp van FT-IR en SEM-EDX, een vorm van elektronenmicroscopie. De resultaten wezen niet op externe contaminatie, maar op een interne degradatie van het product zelf”, analyseert hij. “De deeltjes bleken te bestaan uit verkoold materiaal, ontstaan door lokale oververhitting van het desinfectiemiddel. Je ziet dit vaker bij temperatuurgevoelige stoffen. Ze kunnen bij ongunstige procescondities ontleden.”
Daarom werd het hele proces van drogen, malen en mengen onder de loep genomen. “Zo constateerden we dat er door warmteophoping en de vele contactoppervlakken lokaal temperatuurpieken optraden. Hotspots die onopgemerkt bleven en leidden tot gedeeltelijke ontleding en de vorming van verkoolde deeltjes. Op basis van temperatuur-mapping is het proces daarna zo bijgesteld, dat dit niet meer kon optreden.”
Struijk gaat graag de uitdaging aan om procedures en protocollen door te prikken en de oorzaak van productfalen te achterhalen | foto:SFCE
Nog zo’n hersenbreker. Isolatieschuim dat spontaan in brand vliegt. De producent zat met zijn handen in het haar; dit was nooit eerder een risico. “Bij het aanbrengen van isolatieschuim in koelruimtes deden zich herhaaldelijk brandincidenten voor, opvallend genoeg direct na oplevering en zonder directe externe ontstekingsbron. We hebben meerdere monsters onderzocht, variërend van ogenschijnlijk intact (‘gezond’) materiaal tot sterk gedegradeerd en verkoold schuim. Uit analyse van deze monsters bleek dat het schuim niet homogeen was uitgereageerd; we vonden nog zones met een flink gehalte aan niet-gereageerde grondstoffen.” Hierop verlegde het onderzoek zich naar het mengproces. Er leek iets mis met de mengverhouding tussen de bouwstenen voor het isolatiemateriaal: isocyanaat en polyool. “Uit de stoichiometrie is bekend dat een juiste molverhouding de basis is voor het beheersen van een polymerisatiereactie. Wijk je daarvan af, dan kan dat leiden tot onvolledige uitharding en ongewenste nevenreacties. In dit geval bleek dat er onder bepaalde omstandigheden, zoals het vasthouden van warmte in de isolatie, een vertraagde reactie op gang kon komen. Simpel gezegd: er ontstond broei, waarbij de temperatuur steeds verder opliep tot er zelfontbranding plaatsvond. Hier blijkt dus maar weer hoe belangrijk het is je mengproces onder controle te hebben, anders kunnen de gevolgen rampzalig zijn. Peperdure installaties zijn zo afgebrand.”
Rond de klok bereikbaar
Veel van de problemen waar klanten Struijk voor inroepen, zijn terug te voeren op te strakke procedures. Bedoeld om de kwaliteit te kunnen beheersen, leidt dit onbedoeld tot rigiditeit in processen en op de automatische piloot draaien. Zijn tip is om hier niet in door te schieten. “Werken volgens protocol, dus ‘daar kan het niet aan liggen’, is namelijk killing voor het zelfstandig nadenken.” Aan Struijk dan de uitdaging om door die procedures heen te prikken en met creativiteit de oorzaak te achterhalen. “En dat is me nog nooit niet gelukt. Heb je last van schade of contaminatie van producten, dan kun je mij bellen. Dag en nacht.”
