Какво ще стане, ако композитите от подсилени със стъклени влакна полимери (GFRP) могат да бъдат компостирани в края на техния полезен живот, в допълнение към десетилетията доказани ползи от намаляване на теглото, здравина и твърдост, устойчивост на корозия и издръжливост? Това, накратко, е привлекателността на технологията на ABM Composite.
Биоактивно стъкло, влакна с висока якост
Основана през 2014 г. Arctic Biomaterials Oy (Тампере, Финландия) разработи биоразградими стъклени влакна, направени от така нареченото биоактивно стъкло, което Ари Рослинг, директор по научноизследователска и развойна дейност в ABM Composite, описва като „специална формула, разработена през 60-те години, която позволява на стъклото да да се разграждат при физиологични условия. Когато се въведе в тялото, стъклото се разпада на съставните си минерални соли, освобождавайки натрий, магнезий, фосфати и т.н., като по този начин създава състояние, което стимулира растежа на костите.
„Има подобни свойства настъклени влакна без алкали (E-стъкло).” Рослинг каза: „Но това биоактивно стъкло е трудно за производство и изтегляне във влакна и досега се е използвало само като прах или замазка. Доколкото ни е известно, ABM Composite беше първата компания, която произвежда високоякостни стъклени влакна от него в индустриален мащаб и сега използваме тези стъклени влакна ArcBiox X4/5 за подсилване на различни видове пластмаси, включително биоразградими полимери.
Медицински импланти
Регионът Тампере, на два часа северно от Хелзинки, Финландия, е център за биоразградими полимери на био основа за медицински приложения от 80-те години на миналия век. Рослинг описва: „Един от първите налични в търговската мрежа импланти, направени с тези материали, беше произведен в Тампере и така започна ABM Composite! която сега е нашата медицинска бизнес единица”.
„Има много биоразградими, биоабсорбируеми полимери за импланти.“ Той продължава, „но техните механични свойства са далеч от естествената кост. Успяхме да подобрим тези биоразградими полимери, за да придадем на импланта същата здравина като естествената кост”. Рослинг отбеляза, че медицинските стъклени влакна ArcBiox с добавка на ABM могат да подобрят механичните свойства на биоразградимите PLLA полимери с 200% до 500%.
В резултат на това имплантите на ABM Composite предлагат по-висока производителност от имплантите, направени с неподсилени полимери, като същевременно са биоабсорбируеми и насърчават образуването и растежа на костите. ABM Composite също използва автоматизирани техники за поставяне на влакна/нишки, за да осигури оптимална ориентация на влакната, включително полагане на влакна по цялата дължина на импланта, както и поставяне на допълнителни влакна на потенциално слаби места.
Битови и технически приложения
С разрастващото се медицинско звено ABM Composite признава, че биоразградимите полимери могат да се използват и за кухненски съдове, прибори за хранене и други домакински артикули. „Тези биоразградими полимери обикновено имат лоши механични свойства в сравнение с пластмасите на петролна основа.“ Рослинг каза: „Но ние можем да подсилим тези материали с нашите биоразградими стъклени влакна, което ги прави практически добра алтернатива на базираните на изкопаеми търговски пластмаси за широк спектър от технически приложения“.
В резултат на това ABM Composite увеличи техническото си бизнес звено, в което сега работят 60 души. „Ние предлагаме по-устойчиви решения в края на жизнения цикъл (EOL).“ Рослинг казва: „Нашето ценно предложение е да поставим тези биоразградими композити в промишлени операции за компостиране, където те се превръщат в почва.“ Традиционното Е-стъкло е инертно и няма да се разгради в тези съоръжения за компостиране.
Влакнести композити ArcBiox
ABM Composite разработи различни форми на ArcBiox X4/5 стъклени влакна за композитни приложения, откъсо нарязани влакнаи смеси за леене под наляганенепрекъснати влакназа процеси като текстилно и пултрузионно формоване. Гамата ArcBiox BSGF съчетава биоразградими стъклени влакна с полиестерни смоли на био основа и се предлага в общотехнологични класове и класове ArcBiox 5, одобрени за използване в приложения, които влизат в контакт с храни.
ABM Composite също е изследвал разнообразие от биоразградими и биобазирани полимери, включително полимлечна киселина (PLA), PLLA и полибутилен сукцинат (PBS). Диаграмата по-долу показва как стъклените влакна X4/5 могат да подобрят производителността, за да се конкурират със стандартните полимери, подсилени със стъклени влакна, като полипропилен (PP) и дори полиамид 6 (PA6).
ABM Composite също е изследвал различни биоразградими и биобазирани полимери, включително полимлечна киселина (PLA), PLLA и полибутилен сукцинат (PBS). Диаграмата по-долу показва как стъклените влакна X4/5 могат да подобрят производителността, за да се конкурират със стандартните полимери, подсилени със стъклени влакна, като полипропилен (PP) и дори полиамид 6 (PA6).
Издръжливост и възможност за компостиране
Ако тези композити са биоразградими, колко дълго ще издържат? „Нашите стъклени влакна X4/5 не се разтварят за пет минути или за една нощ, както прави захарта, и въпреки че свойствата им ще се влошат с времето, това няма да бъде толкова забележимо.“ Рослинг казва: „За да се разградим ефективно, се нуждаем от повишени температури и влажност за дълги периоди от време, каквито се срещат in vivo или в индустриални купчини компост. Например тествахме чаши и купи, направени от нашия материал ArcBiox BSGF, и те издържаха до 200 цикъла на миене на съдове, без да загубят функционалността си. Има известно влошаване на механичните свойства, но не до степен, в която чашите да не са безопасни за използване.
Въпреки това е важно, когато тези композити се изхвърлят в края на техния полезен живот, те наистина да отговарят на стандартните изисквания, необходими за компостиране, и ABM Composite е извършил серия от тестове, за да докаже, че отговаря на тези стандарти. „Съгласно стандартите на ISO (за промишлено компостиране), биоразграждането трябва да настъпи в рамките на 6 месеца, а разлагането в рамките на 3 месеца/90 дни“. Рослинг казва: „Разлагането означава поставяне на тестовата проба/продукт в биомасата или компоста. след 90 дни техникът изследва биомасата с помощта на сито. след 12 седмици най-малко 90 процента от продукта трябва да може да премине през сито 2 mm × 2 mm”.
Биоразграждането се определя чрез смилане на първичния материал на прах и измерване на общото количество CO2, освободен след 90 дни. Това оценява каква част от въглеродното съдържание на процеса на компостиране се превръща във вода, биомаса и CO2. „За да премине тестът за промишлено компостиране, трябва да се постигнат 90 процента от теоретичните 100 процента CO2 от процеса на компостиране (на базата на въглеродното съдържание)”.
Рослинг казва, че ABM Composite е изпълнил изискванията за разлагане и биоразграждане и тестовете са показали, че добавянето на стъклени влакна X4 действително подобрява биоразградимостта (вижте таблицата по-горе), която е само 78% за неподсилена смес от PLA, например. Той обяснява: „Когато обаче бяха добавени нашите 30% биоразградими стъклени влакна, биоразграждането се увеличи до 94%, докато нивата на разграждане останаха добри“.
В резултат на това ABM Composite демонстрира, че неговите материали могат да бъдат сертифицирани като годни за компостиране съгласно EN 13432. Тестовете, които неговите материали са преминали до момента, включват ISO 14855-1 за крайна аеробна биоразградимост на материали при контролирани условия на компостиране, ISO 16929 за аеробни условия контролирано разлагане, ISO DIN EN 13432 за химически изисквания и OECD 208 за тестване за фитотоксичност, ISO DIN EN 13432.
CO2, отделен по време на компостирането
По време на компостирането CO2 наистина се освобождава, но част остава в почвата и след това се използва от растенията. Компостирането е проучвано от десетилетия, както като промишлен процес, така и като процес след компостиране, който отделя по-малко CO2 в сравнение с други алтернативи за обезвреждане на отпадъци, и компостирането все още се счита за екологичен и намаляващ въглеродния отпечатък процес.
Екотоксичността включва тестване на биомасата, произведена по време на процеса на компостиране, и растенията, отгледани с тази биомаса. „Това е, за да се гарантира, че компостирането на тези продукти не вреди на растящите растения.“ - каза Рослинг. В допълнение, ABM Composite демонстрира, че неговите материали отговарят на изискванията за биоразграждане при условия на домашно компостиране, които също изискват 90% биоразграждане, но за период от 12 месеца, в сравнение с по-кратък период за индустриално компостиране.
Индустриални приложения, производство, разходи и бъдещ растеж
Материалите на ABM Composite се използват в редица търговски приложения, но повече не могат да бъдат разкрити поради споразумения за поверителност. „Поръчваме нашите материали да отговарят на приложения като чаши, чинийки, чинии, прибори за хранене и контейнери за съхранение на храна“, казва Рослинг, „но те се използват и като алтернатива на пластмасите на петролна основа в козметични контейнери и големи домакински предмети. Съвсем наскоро нашите материали бяха избрани за използване в производството на компоненти в големи индустриални машинни инсталации, които трябва да се сменят на всеки 2-12 седмици. Тези компании признаха, че с помощта на нашата армировка от стъклени влакна X4, тези механични части могат да бъдат направени с необходимата устойчивост на износване и също така могат да се компостират след употреба. Това е атрактивно решение за близкото бъдеще, тъй като тези компании са изправени пред предизвикателството да отговарят на новите екологични разпоредби и разпоредби за емисиите на CO2”.
Рослинг добави: „Съществува и нарастващ интерес към използването на нашите непрекъснати влакна в различни видове тъкани и нетъкан текстил за направата на структурни компоненти за строителната индустрия. Също така виждаме интерес към използването на нашите биоразградими влакна с био-базирани, но не-биоразградими PA или PP и инертни термореактивни материали”.
Понастоящем фибростъклото X4/5 е по-скъпо от E-стъклото, но производствените обеми също са сравнително малки и ABM Composite преследва редица възможности за разширяване на приложенията и улесняване на нарастването до 20 000 тона годишно с нарастване на търсенето, което също може да помогне за намаляване на разходите. Въпреки това Рослинг казва, че в много случаи разходите, свързани с постигането на устойчивост и новите регулаторни изисквания, не са напълно взети предвид. Междувременно неотложността на спасяването на планетата нараства. „Обществото вече настоява за повече продукти на биологична основа.“ Той обяснява: „Има много стимули за насърчаване на технологиите за рециклиране напред, светът трябва да се движи по-бързо в това отношение и мисля, че обществото само ще увеличи натиска си за продукти на биологична основа в бъдеще“.
LCA и Предимство за устойчивост
Рослинг казва, че материалите на ABM Composite намаляват емисиите на парникови газове и използването на невъзобновяема енергия с 50-60 процента на килограм. „Ние използваме базата данни за отпечатъци върху околната среда 2.0, акредитирания набор от данни GaBi и LCA (анализ на жизнения цикъл) изчисления за нашите продукти въз основа на методологията, описана в ISO 14040 и ISO 14044″.
„В момента, когато композитите достигнат края на жизнения си цикъл, е необходима много енергия за изгаряне или пиролиза на композитни отпадъци и EOL продукти, а раздробяването и компостирането е привлекателна опция и определено е едно от ключовите ценностни предложения, които предлагаме, и ние предоставяме нов тип възможност за рециклиране.“ Рослинг казва: „Нашето фибростъкло е направено от естествени минерални компоненти, които вече присъстват в почвата. Така че защо да не компостирате EOL композитни компоненти или да разтворите влакна от неразградими композити след изгаряне и да ги използвате като тор? Това е вариант за рециклиране от истински глобален интерес”.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (също WhatsApp)
Т:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Адрес: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Шанхай
Време на публикуване: 27 май-2024 г