Šta ako se kompoziti od polimera ojačanog staklenim vlaknima (GFRP) mogu kompostirati na kraju svog životnog vijeka, pored decenija dokazanih prednosti smanjenja težine, čvrstoće i krutosti, otpornosti na koroziju i izdržljivosti? To je, ukratko, privlačnost ABM Composite tehnologije.
Bioaktivno staklo, vlakna visoke čvrstoće
Osnovan 2014. godine, Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Finska) je razvio biorazgradivo stakleno vlakno napravljeno od takozvanog bioaktivnog stakla, koje Ari Rosling, direktor istraživanja i razvoja u ABM Composite, opisuje kao „specijalnu formulaciju razvijenu 1960-ih koja omogućava staklu da se degradirati u fiziološkim uslovima. Kada se unese u tijelo, staklo se razgrađuje na svoje sastavne mineralne soli, oslobađajući natrijum, magnezijum, fosfate itd., stvarajući tako stanje koje stimulira rast kostiju.”
“Ima slična svojstva kaostaklena vlakna bez alkalija (E-staklo).” Rosling je rekao: „Ali ovo bioaktivno staklo je teško proizvesti i uvući u vlakna, a do sada se koristilo samo kao prah ili kit. Koliko znamo, ABM Composite je bila prva kompanija koja je od njega napravila staklena vlakna visoke čvrstoće u industrijskom obimu, a mi sada koristimo ova ArcBiox X4/5 staklena vlakna za ojačavanje različitih vrsta plastike, uključujući biorazgradive polimere.
Medicinski implantati
Regija Tampere, dva sata sjeverno od Helsinkija, Finska, je centar za biorazgradive polimere na bazi biorazgradivih materijala za medicinske primjene od 1980-ih. Rosling opisuje: „Jedan od prvih komercijalno dostupnih implantata napravljenih od ovih materijala proizveden je u Tampereu, i tako je ABM Composite počeo! koja je sada naša medicinska poslovna jedinica”.
“Postoji mnogo biorazgradivih, bioapsorbirajućih polimera za implantate.” On nastavlja, „ali njihova mehanička svojstva su daleko od prirodne kosti. Bili smo u mogućnosti da poboljšamo ove biorazgradive polimere kako bismo implantu dali istu snagu kao prirodna kost”. Rosling je napomenuo da staklena vlakna medicinskog kvaliteta ArcBiox sa dodatkom ABM mogu poboljšati mehanička svojstva biorazgradivih PLLA polimera za 200% do 500%.
Kao rezultat toga, implantati ABM Composite nude veće performanse od implantata napravljenih od neojačanih polimera, a istovremeno su bioapsorbirajući i promoviraju formiranje i rast kostiju. ABM Composite također koristi automatizirane tehnike postavljanja vlakana/pramenova kako bi osigurao optimalnu orijentaciju vlakana, uključujući polaganje vlakana duž cijele dužine implantata, kao i postavljanje dodatnih vlakana na potencijalno slaba mjesta.
Kućne i tehničke primjene
Sa svojom rastućom medicinskom poslovnom jedinicom, ABM Composite prepoznaje da se biološki i biorazgradivi polimeri mogu koristiti i za kuhinjsko posuđe, pribor za jelo i druge predmete za domaćinstvo. “Ovi biorazgradivi polimeri obično imaju loša mehanička svojstva u usporedbi s plastikom na bazi nafte.” Rosling je rekao: "Ali možemo ojačati ove materijale našim biorazgradivim staklenim vlaknima, čineći ih praktično dobrom alternativom komercijalnoj plastici na bazi fosilnih materijala za širok spektar tehničkih primjena".
Kao rezultat toga, ABM Composite je povećao svoju tehničku poslovnu jedinicu, koja sada zapošljava 60 ljudi. “Nudimo održivija rješenja na kraju životnog vijeka (EOL).” Rosling kaže: "Naš vrijednosni prijedlog je da ove biorazgradive kompozite stavimo u industrijske operacije kompostiranja gdje se pretvaraju u tlo." Tradicionalno E-staklo je inertno i neće se razgraditi u ovim objektima za kompostiranje.
ArcBiox vlaknasti kompoziti
ABM Composite je razvio različite oblike ArcBiox X4/5 staklenih vlakana za kompozitne aplikacije, odkratko rezana vlaknai smjese za brizganjekontinuirana vlaknaza procese poput tekstilnog i pultruzionog oblikovanja. Asortiman ArcBiox BSGF kombinuje biorazgradiva staklena vlakna sa poliesterskim smolama na biološkoj bazi i dostupan je u opštim tehnološkim razredima i ArcBiox 5 odobrenim za upotrebu u aplikacijama u kontaktu sa hranom.
ABM Composite je također istražio niz biorazgradivih polimera na bazi bioloških tvari uključujući polimliječnu kiselinu (PLA), PLLA i polibutilen sukcinat (PBS). Dijagram ispod pokazuje kako staklena vlakna X4/5 mogu poboljšati performanse kako bi se takmičila sa standardnim polimerima ojačanim staklenim vlaknima kao što su polipropilen (PP) pa čak i poliamid 6 (PA6).
ABM Composite je također istražio niz biorazgradivih polimera na bazi biologije, uključujući polimliječnu kiselinu (PLA), PLLA i polibutilen sukcinat (PBS). Dijagram ispod pokazuje kako staklena vlakna X4/5 mogu poboljšati performanse kako bi se takmičila sa standardnim polimerima ojačanim staklenim vlaknima kao što su polipropilen (PP) pa čak i poliamid 6 (PA6).
Trajnost i kompostabilnost
Ako su ovi kompoziti biorazgradivi, koliko će dugo trajati? “Naša staklena vlakna X4/5 se ne otapaju za pet minuta ili preko noći kao šećer, a iako će se njihova svojstva vremenom degradirati, to neće biti tako primjetno.” Rosling kaže: „Da bismo se efikasno razgradili, potrebne su nam povišene temperature i vlažnost tokom dužih vremenskih perioda, kao što se nalazi in vivo ili u industrijskim gomilama komposta. Na primjer, testirali smo šolje i zdjele napravljene od našeg ArcBiox BSGF materijala i mogle su izdržati do 200 ciklusa pranja bez gubitka funkcionalnosti. Postoji određena degradacija mehaničkih svojstava, ali ne do te mjere da čaše nisu bezbedne za upotrebu”.
Međutim, važno je da kada se ovi kompoziti odlože na kraju njihovog korisnog vijeka, oni ispunjavaju standardne zahtjeve potrebne za kompostiranje, a ABM Composite je izvršio niz testova kako bi dokazao da ispunjava ove standarde. “Prema ISO standardima (za industrijsko kompostiranje), biorazgradnja bi trebala nastupiti u roku od 6 mjeseci, a razgradnja u roku od 3 mjeseca/90 dana”. Rosling kaže: „Razgradnja znači stavljanje testnog uzorka/proizvoda u biomasu ili kompost. nakon 90 dana, tehničar ispituje biomasu pomoću sita. nakon 12 sedmica, najmanje 90 posto proizvoda trebalo bi da prođe kroz sito 2 mm × 2 mm.
Biorazgradnja se određuje mljevenjem sirovog materijala u prah i mjerenjem ukupne količine CO2 koja se oslobađa nakon 90 dana. Time se procjenjuje koliko se sadržaja ugljika u procesu kompostiranja pretvara u vodu, biomasu i CO2. „Da bi prošao test industrijskog kompostiranja, 90 posto od teorijskih 100 posto CO2 iz procesa kompostiranja mora biti postignuto (na osnovu sadržaja ugljika)”.
Rosling kaže da je ABM Composite ispunio zahtjeve za razgradnju i biorazgradnju, a testovi su pokazali da dodavanje njegovih staklenih vlakana X4 zapravo poboljšava biorazgradljivost (vidi gornju tabelu), što je samo 78% za neojačanu PLA mješavinu, na primjer. On objašnjava: „Međutim, kada smo dodali naših 30% biorazgradivih staklenih vlakana, biorazgradnja se povećala na 94%, dok su stope razgradnje ostale dobre”.
Kao rezultat toga, ABM Composite je pokazao da njegovi materijali mogu biti certificirani kao kompostabilni u skladu sa EN 13432. Testovi koje su njegovi materijali prošli do danas uključuju ISO 14855-1 za konačnu aerobnu biorazgradljivost materijala u kontroliranim uvjetima kompostiranja, ISO 16929 za aerobne kontrolisano razlaganje, ISO DIN EN 13432 za hemijske zahteve i OECD 208 za ispitivanje fitotoksičnosti, ISO DIN EN 13432.
CO2 koji se oslobađa tokom kompostiranja
Tokom kompostiranja, CO2 se zaista oslobađa, ali nešto ostaje u tlu i zatim ga biljke koriste. Kompostiranje se proučava decenijama, i kao industrijski proces i kao proces postkompostiranja koji oslobađa manje CO2 od drugih alternativa za odlaganje otpada, a kompostiranje se i dalje smatra ekološki prihvatljivim procesom koji smanjuje ugljični otisak.
Ekotoksičnost uključuje ispitivanje biomase proizvedene tokom procesa kompostiranja i biljaka uzgojenih s tom biomasom. “Ovo je da bi se osiguralo da kompostiranje ovih proizvoda ne šteti biljkama koje rastu.” rekao je Rosling. Osim toga, ABM Composite je pokazao da njegovi materijali ispunjavaju zahtjeve biorazgradnje u uvjetima kućnog kompostiranja, koji također zahtijevaju 90% biorazgradnje, ali u periodu od 12 mjeseci, u poređenju sa kraćim periodom za industrijsko kompostiranje.
Industrijske primjene, proizvodnja, troškovi i budući rast
ABM Composite materijali se koriste u brojnim komercijalnim aplikacijama, ali više se ne može otkriti zbog ugovora o povjerljivosti. „Naručujemo naše materijale tako da odgovaraju aplikacijama kao što su šolje, tanjiri, tanjiri, pribor za jelo i posude za skladištenje hrane“, kaže Rosling, „ali se takođe koriste kao alternativa plastici na bazi nafte u kozmetičkim posudama i velikim kućnim potrepštinama. U novije vreme, naši materijali su odabrani za upotrebu u proizvodnji komponenti u velikim industrijskim mašinskim instalacijama koje je potrebno menjati svakih 2-12 nedelja. Ove kompanije su prepoznale da korištenjem našeg X4 ojačanja staklenim vlaknima, ovi mehanički dijelovi mogu biti napravljeni sa potrebnom otpornošću na habanje i da se mogu kompostirati nakon upotrebe. Ovo je atraktivno rješenje za blisku budućnost jer se ove kompanije suočavaju s izazovom ispunjavanja novih ekoloških propisa i propisa o emisiji CO2”.
Rosling je dodao: „Također raste interes za korištenje naših kontinuiranih vlakana u različitim vrstama tkanina i netkanog materijala za izradu strukturalnih komponenti za građevinsku industriju. Također vidimo interes za korištenje naših biorazgradivih vlakana s biološki baziranim, ali ne biorazgradivim PA ili PP i inertnim termoset materijalima”.
Trenutno je stakloplastika X4/5 skuplja od E-stakla, ali obim proizvodnje je također relativno mali, a ABM Composite traži brojne mogućnosti da proširi aplikacije i omogući povećanje do 20.000 tona godišnje kako potražnja raste, što bi takođe moglo pomoći u smanjenju troškova. Uprkos tome, Rosling kaže da u mnogim slučajevima troškovi povezani sa ispunjavanjem održivosti i novih regulatornih zahtjeva nisu u potpunosti uzeti u obzir. U međuvremenu, hitnost spašavanja planete raste. “Društvo se već zalaže za više bioloških proizvoda.” On objašnjava: „Postoji mnogo poticaja da se napreduju tehnologije recikliranja, svijet se mora brže kretati po tom pitanju i mislim da će društvo u budućnosti samo povećati svoj pritisak na proizvode zasnovane na biologiji“.
LCA i prednost održivosti
Rosling kaže da materijali ABM Composite smanjuju emisije stakleničkih plinova i korištenje neobnovljive energije za 50-60 posto po kilogramu. „Koristimo bazu podataka o uticaju na životnu sredinu 2.0, akreditovani GaBi skup podataka i LCA (Analiza životnog ciklusa) izračune za naše proizvode na osnovu metodologije opisane u ISO 14040 i ISO 14044″.
“Trenutno, kada kompoziti dođu do kraja svog životnog ciklusa, potrebno je puno energije za spaljivanje ili pirolizaciju kompozitnog otpada i EOL proizvoda, a usitnjavanje i kompostiranje su atraktivna opcija, i to je definitivno jedna od ključnih vrijednosti koje nudimo, i pružamo novu vrstu recikliranja.” Rosling kaže: „Naše stakloplastike su napravljene od prirodnih mineralnih komponenti koje su već prisutne u tlu. Pa zašto ne kompostirati EOL kompozitne komponente ili otopiti vlakna iz nerazgradivih kompozita nakon spaljivanja i koristiti ih kao gnojivo? Ovo je opcija recikliranja od stvarnog globalnog interesa”.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (takođe WhatsApp)
T:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adresa: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Šangaj
Vrijeme objave: 27.05.2024