الألياف الزجاجية القابلة للامتصاص الحيوي والقابلة للتحلل والأجزاء المركبة القابلة للتحلل —— أخبار الصناعة

ماذا لو كان من الممكن تحويل مركبات البوليمر المقوى بالألياف الزجاجية (GFRP) إلى سماد في نهاية عمرها الإنتاجي، بالإضافة إلى عقود من الفوائد المثبتة لتقليل الوزن والقوة والصلابة ومقاومة التآكل والمتانة؟ وهذا، باختصار، هو جاذبية تكنولوجيا ABM Composite.

زجاج نشط بيولوجيًا، وألياف عالية القوة

قامت شركة Arctic Biomaterials Oy (تامبيري، فنلندا)، التي تأسست عام 2014، بتطوير ألياف زجاجية قابلة للتحلل مصنوعة مما يسمى بالزجاج النشط بيولوجيًا، والذي وصفه آري روزلينج، مدير البحث والتطوير في شركة ABM Composite، بأنه "تركيبة خاصة تم تطويرها في ستينيات القرن العشرين تسمح للزجاج بالتحلل". أن تتحلل في ظل الظروف الفسيولوجية. عند إدخاله إلى الجسم، يتحلل الزجاج إلى الأملاح المعدنية المكونة له، ويطلق الصوديوم والمغنيسيوم والفوسفات وما إلى ذلك، مما يخلق حالة تحفز نمو العظام.

"له خصائص مماثلة لالألياف الزجاجية الخالية من القلويات (الزجاج الإلكتروني)". وقال روسلينج: «لكن هذا الزجاج النشط بيولوجيًا يصعب تصنيعه وسحبه إلى ألياف، وحتى الآن تم استخدامه فقط كمسحوق أو معجون. وعلى حد علمنا، كانت ABM Composite أول شركة تصنع ألياف زجاجية عالية القوة منها على نطاق صناعي، ونحن الآن نستخدم ألياف ArcBiox X4/5 الزجاجية لتعزيز أنواع مختلفة من البلاستيك، بما في ذلك البوليمرات القابلة للتحلل الحيوي.

الغرسات الطبية

كانت منطقة تامبيري، التي تقع على بعد ساعتين شمال هلسنكي بفنلندا، مركزًا للبوليمرات القابلة للتحلل الحيوي للتطبيقات الطبية منذ ثمانينيات القرن العشرين. يصف روسلينج قائلاً: "تم إنتاج إحدى أولى الغرسات المتاحة تجاريًا والمصنوعة من هذه المواد في تامبيري، وهكذا بدأت شركة ABM Composite! والتي أصبحت الآن وحدة الأعمال الطبية لدينا".

"هناك العديد من البوليمرات القابلة للتحلل والامتصاص الحيوي المستخدمة في عمليات الزرع." ويتابع: «لكن خواصها الميكانيكية بعيدة كل البعد عن العظام الطبيعية. لقد تمكنا من تعزيز هذه البوليمرات القابلة للتحلل الحيوي من أجل إعطاء الغرسة نفس قوة العظام الطبيعية. وأشار روسلينج إلى أن ألياف زجاج ArcBiox ذات الدرجة الطبية مع إضافة ABM يمكنها تحسين الخواص الميكانيكية لبوليمرات PLLA القابلة للتحلل بنسبة 200% إلى 500%.

ونتيجة لذلك، تقدم غرسات ABM Composite أداءً أعلى من الغرسات المصنوعة من بوليمرات غير معززة، في حين أنها أيضًا قابلة للامتصاص حيويًا وتعزز تكوين العظام ونموها. يستخدم ABM Composite أيضًا تقنيات وضع الألياف/الجدائل الآلية لضمان التوجيه الأمثل للألياف، بما في ذلك وضع الألياف على طول الغرسة بالكامل، بالإضافة إلى وضع ألياف إضافية في نقاط الضعف المحتملة.

التطبيقات المنزلية والتقنية

ومن خلال وحدة الأعمال الطبية المتنامية، تدرك ABM Composite أن البوليمرات الحيوية والقابلة للتحلل الحيوي يمكن استخدامها أيضًا في أدوات المطبخ وأدوات المائدة والأدوات المنزلية الأخرى. "هذه البوليمرات القابلة للتحلل الحيوي عادة ما تكون لها خصائص ميكانيكية سيئة مقارنة بالبلاستيك القائم على النفط." وقال روسلينج: "لكن يمكننا تعزيز هذه المواد بأليافنا الزجاجية القابلة للتحلل الحيوي، مما يجعلها بديلاً جيدًا تقريبًا للمواد البلاستيكية التجارية ذات الأساس الأحفوري لمجموعة واسعة من التطبيقات التقنية".

ونتيجة لذلك، قامت شركة ABM Composite بزيادة وحدة الأعمال الفنية لديها، والتي توظف الآن 60 شخصًا. "نحن نقدم حلولاً أكثر استدامة لنهاية العمر (EOL)". يقول روسلينج: "تتمثل القيمة المقترحة لدينا في وضع هذه المركبات القابلة للتحلل الحيوي في عمليات التسميد الصناعية حيث تتحول إلى تربة". الزجاج الإلكتروني التقليدي خامل ولن يتحلل في مرافق التسميد هذه.

مركبات ألياف آرك بيوكس

قامت شركة ABM Composite بتطوير أشكال مختلفة من الألياف الزجاجية ArcBiox X4/5 للتطبيقات المركبة، منألياف قصيرة القطعومركبات صب الحقن لألياف مستمرةلعمليات مثل صب النسيج والبولتروسيون. تجمع مجموعة ArcBiox BSGF بين الألياف الزجاجية القابلة للتحلل الحيوي وراتنجات البوليستر الحيوية وهي متوفرة في درجات التكنولوجيا العامة ودرجات ArcBiox 5 المعتمدة للاستخدام في تطبيقات الاتصال بالأغذية.

قامت ABM Composite أيضًا بالتحقيق في مجموعة متنوعة من البوليمرات القابلة للتحلل الحيوي والبوليمرات الحيوية بما في ذلك حمض البوليلاكتيك (PLA)، وPLLA والبولي بيوتيلين سكسينات (PBS). يوضح الرسم البياني أدناه كيف يمكن للألياف الزجاجية X4/5 تحسين الأداء للتنافس مع البوليمرات القياسية المقواة بالألياف الزجاجية مثل البولي بروبيلين (PP) وحتى البولي أميد 6 (PA6).

قامت ABM Composite أيضًا بالتحقيق في مجموعة متنوعة من البوليمرات القابلة للتحلل الحيوي والبوليمرات الحيوية، بما في ذلك حمض البوليلاكتيك (PLA)، وPLLA والبولي بيوتيلين سكسينات (PBS). يوضح الرسم البياني أدناه كيف يمكن للألياف الزجاجية X4/5 تحسين الأداء للتنافس مع البوليمرات القياسية المقواة بالألياف الزجاجية مثل البولي بروبيلين (PP) وحتى البولي أميد 6 (PA6).

المتانة والقابلية للتحلل

إذا كانت هذه المركبات قابلة للتحلل، فإلى متى ستستمر؟ "لا تذوب أليافنا الزجاجية X4/5 في خمس دقائق أو بين عشية وضحاها مثل السكر، وعلى الرغم من أن خصائصها ستتحلل بمرور الوقت، إلا أنها لن تكون ملحوظة." يقول روسلينج: "لكي تتحلل بشكل فعال، نحتاج إلى درجات حرارة ورطوبة مرتفعة على مدى فترات طويلة من الزمن، كما هو موجود في الجسم الحي أو في أكوام السماد الصناعي. على سبيل المثال، قمنا باختبار الأكواب والأوعية المصنوعة من مادة ArcBiox BSGF الخاصة بنا، ويمكنها تحمل ما يصل إلى 200 دورة غسيل أطباق دون فقدان الوظيفة. هناك بعض التدهور في الخواص الميكانيكية، ولكن ليس إلى الحد الذي تصبح فيه الأكواب غير آمنة للاستخدام.

ومع ذلك، من المهم أنه عند التخلص من هذه المركبات في نهاية عمرها الإنتاجي، فإنها تلبي المتطلبات القياسية اللازمة للتسميد، وقد أجرت شركة ABM Composite سلسلة من الاختبارات لإثبات أنها تلبي هذه المعايير. "وفقًا لمعايير ISO (للتسميد الصناعي)، يجب أن يحدث التحلل الحيوي خلال 6 أشهر والتحلل خلال 3 أشهر / 90 يومًا". يقول روسلينج: "التحلل يعني وضع عينة الاختبار/المنتج في الكتلة الحيوية أو السماد. وبعد 90 يومًا، يقوم الفني بفحص الكتلة الحيوية باستخدام غربال. وبعد 12 أسبوعًا، يجب أن يكون 90 بالمائة على الأقل من المنتج قادرًا على المرور عبر منخل مقاس 2 مم × 2 مم.

يتم تحديد التحلل الحيوي عن طريق طحن المادة الخام إلى مسحوق وقياس إجمالي كمية ثاني أكسيد الكربون المنبعثة بعد 90 يومًا. ويقيم هذا مقدار محتوى الكربون الذي يتم تحويله في عملية التسميد إلى ماء وكتلة حيوية وثاني أكسيد الكربون. "لاجتياز اختبار التسميد الصناعي، يجب تحقيق 90 في المائة من ثاني أكسيد الكربون النظري بنسبة 100 في المائة الناتج عن عملية التسميد (على أساس محتوى الكربون)".

يقول روسلينج إن ABM Composite قد استوفى متطلبات التحلل والتحلل الحيوي، وأظهرت الاختبارات أن إضافة أليافه الزجاجية X4 تعمل بالفعل على تحسين قابلية التحلل الحيوي (انظر الجدول أعلاه)، والتي تبلغ 78٪ فقط لمزيج PLA غير المقوى، على سبيل المثال. ويوضح قائلاً: "ومع ذلك، عندما تمت إضافة 30% من الألياف الزجاجية القابلة للتحلل، زادت نسبة التحلل إلى 94%، في حين ظلت معدلات التحلل جيدة".

ونتيجة لذلك، أثبتت ABM Composite أن موادها يمكن اعتمادها على أنها قابلة للتحلل وفقًا للمعيار EN 13432. وتشمل الاختبارات التي اجتازتها موادها حتى الآن ISO 14855-1 للتحلل الحيوي الهوائي النهائي للمواد في ظل ظروف التسميد الخاضعة للرقابة، وISO 16929 للتحلل الحيوي الهوائي. التحلل الخاضع للرقابة، ISO DIN EN 13432 للمتطلبات الكيميائية، وOECD 208 لاختبار السمية النباتية، ISO DIN EN 13432.

ثاني أكسيد الكربون المنبعث أثناء التسميد

أثناء عملية التسميد، يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون بالفعل، ولكن يبقى بعض منه في التربة ثم تستخدمه النباتات. تمت دراسة التسميد لعقود من الزمن، سواء كعملية صناعية أو كعملية ما بعد التسميد التي تطلق كمية أقل من ثاني أكسيد الكربون مقارنة ببدائل التخلص من النفايات الأخرى، ولا يزال التسميد يعتبر عملية صديقة للبيئة وتقلل من البصمة الكربونية.

تتضمن السمية البيئية اختبار الكتلة الحيوية المنتجة أثناء عملية التسميد والنباتات المزروعة بهذه الكتلة الحيوية. "هذا للتأكد من أن تحويل هذه المنتجات إلى سماد لا يضر بالنباتات النامية." قال روسلينج. بالإضافة إلى ذلك، أثبتت ABM Composite أن موادها تلبي متطلبات التحلل الحيوي في ظل ظروف التسميد المنزلي، والتي تتطلب أيضًا تحللًا حيويًا بنسبة 90%، ولكن على مدى 12 شهرًا، مقارنة بفترة أقصر للتسميد الصناعي.

التطبيقات الصناعية والإنتاج والتكاليف والنمو المستقبلي

يتم استخدام مواد ABM Composite في عدد من التطبيقات التجارية، ولكن لا يمكن الكشف عن المزيد بسبب اتفاقيات السرية. يقول روسلينج: "نحن نطلب موادنا لتناسب تطبيقات مثل الأكواب والصحون والأطباق وأدوات المائدة وحاويات تخزين المواد الغذائية، ولكنها تستخدم أيضًا كبديل للمواد البلاستيكية ذات الأساس النفطي في حاويات مستحضرات التجميل والأدوات المنزلية الكبيرة. في الآونة الأخيرة، تم اختيار موادنا لاستخدامها في تصنيع المكونات في منشآت الآلات الصناعية الكبيرة التي تحتاج إلى الاستبدال كل 2-12 أسبوعًا. لقد أدركت هذه الشركات أنه باستخدام تقوية الألياف الزجاجية X4، يمكن تصنيع هذه الأجزاء الميكانيكية بمقاومة التآكل المطلوبة كما أنها قابلة للتحلل بعد الاستخدام. وهذا حل جذاب للمستقبل القريب حيث تواجه هذه الشركات التحدي المتمثل في تلبية اللوائح الجديدة المتعلقة بالبيئة وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون.

وأضاف روسلينج: "هناك أيضًا اهتمام متزايد باستخدام أليافنا المستمرة في أنواع مختلفة من الأقمشة والأقمشة غير المنسوجة لصنع مكونات هيكلية لصناعة البناء والتشييد. نحن نشهد أيضًا اهتمامًا باستخدام أليافنا القابلة للتحلل الحيوي مع المواد الحيوية ولكن غير القابلة للتحلل الحيوي مثل PA أو PP والمواد المتصلبة بالحرارة الخاملة.

في الوقت الحاضر، تعد الألياف الزجاجية X4/5 أكثر تكلفة من الزجاج الإلكتروني، ولكن أحجام الإنتاج أيضًا صغيرة نسبيًا، وتسعى ABM Composite إلى تحقيق عدد من الفرص لتوسيع التطبيقات وتسهيل زيادة الإنتاج إلى 20000 طن سنويًا مع نمو الطلب، والتي يمكن أن تساعد أيضًا في تقليل التكاليف. ومع ذلك، يقول روسلينج إنه في كثير من الحالات، لم يتم أخذ التكاليف المرتبطة بتلبية الاستدامة والمتطلبات التنظيمية الجديدة في الاعتبار بشكل كامل. وفي الوقت نفسه، تتزايد الحاجة الملحة لإنقاذ الكوكب. "المجتمع يدفع بالفعل نحو المزيد من المنتجات الحيوية." ويوضح قائلاً: "هناك الكثير من الحوافز لدفع تقنيات إعادة التدوير إلى الأمام، ويحتاج العالم إلى التحرك بشكل أسرع في هذا الصدد، وأعتقد أن المجتمع سيزيد من توجهه نحو المنتجات الحيوية في المستقبل".

LCA وميزة الاستدامة

يقول روسلينج إن المواد التي تصنعها شركة ABM Composite تقلل من انبعاثات الغازات الدفيئة واستخدام الطاقة غير المتجددة بنسبة 50-60 في المائة لكل كيلوغرام. "نحن نستخدم قاعدة بيانات البصمة البيئية 2.0، ومجموعة بيانات GaBi المعتمدة، وحسابات LCA (تحليل دورة الحياة) لمنتجاتنا بناءً على المنهجية الموضحة في ISO 14040 وISO 14044".

"في الوقت الحالي، عندما تصل المواد المركبة إلى نهاية دورة حياتها، تكون هناك حاجة إلى قدر كبير من الطاقة لحرق أو تحليل النفايات المركبة ومنتجات موسوعة الحياة، ويعد التقطيع والتحويل إلى سماد خيارًا جذابًا، وهو بالتأكيد أحد عروض القيمة الرئيسية التي نقدمها. ونحن نقدم نوعًا جديدًا من إمكانية إعادة التدوير. يقول روسلينج: «إن الألياف الزجاجية لدينا مصنوعة من مكونات معدنية طبيعية موجودة بالفعل في التربة. فلماذا لا نقوم بتسميد المكونات المركبة من موسوعة الحياة، أو إذابة الألياف من المركبات غير القابلة للتحلل بعد حرقها واستخدامها كسماد؟ وهذا خيار إعادة التدوير ذو أهمية عالمية حقيقية.

شركة شنغهاي أوريسين لتكنولوجيا المواد الجديدة المحدودة
م: +86 18683776368 (أيضًا واتساب)
هاتف: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
العنوان: NO.398 الطريق الأخضر الجديد، مدينة شينبانغ، منطقة سونغجيانغ، شنغهاي