Què passa si els compostos de polímer reforçat amb fibra de vidre (GFRP) es podrien compostar al final de la seva vida útil, a més de les dècades de beneficis demostrats de la reducció de pes, la força i la rigidesa, la resistència a la corrosió i la durabilitat? En poques paraules, és l’atractiu de la tecnologia d’ABM Composite.
Vidre bioactiu, fibres d’alta resistència
Fundada el 2014, Arctic Biomaterials OY (Tampere, Finlàndia) ha desenvolupat una fibra de vidre biodegradable feta a partir de l’anomenat vidre bioactiu, que Ari Rosling, director de R + D a ABM Composite, descriu com “una formulació especial desenvolupada als anys seixanta que permet degradar el vidre en condicions fisiològiques. Quan s’introdueix al cos, el vidre es descompon en les seves sals minerals constituents, alliberant sodi, magnesi, fosfats, etc., creant així una condició que estimuli el creixement dels ossos ”.
“Té propietats similars aFibra de vidre lliure alcal-lliure (vidre electrònic). " Rosling va dir: "Però aquest vidre bioactiu és difícil de fabricar i atraure en fibres, i fins ara només s'ha utilitzat com a pols o massilla. Pel que sabem, ABM Composite va ser la primera empresa que va fer fibres de vidre d’alta resistència a escala industrial, i ara utilitzem aquestes fibres de vidre ArcBiox X4/5 per reforçar diversos tipus de plàstics, inclosos polímers biodegradables ”.
Implants mèdics
La regió de Tampere, dues hores al nord de Hèlsinki, Finlàndia, ha estat un centre per a polímers biodegradables basats en bio per a aplicacions mèdiques des de la dècada de 1980. Rosling descriu: "Un dels primers implants disponibles comercialment elaborats amb aquests materials es va produir a Tampere, i així va començar ABM Composite! que ara és la nostra unitat de negoci mèdic ”.
"Hi ha molts polímers biodegradables i bioabsorbibles per a implants." Ell continua, “però les seves propietats mecàniques estan lluny de l’os natural. Vam poder millorar aquests polímers biodegradables per tal de donar a l’implant la mateixa força que l’os natural ”. Rosling va assenyalar que les fibres de vidre de grau mèdic amb l’addició d’ABM poden millorar les propietats mecàniques dels polímers biodegradables PLLA del 200% al 500%.
Com a resultat, els implants d'ABM Composite ofereixen un rendiment més elevat que els implants elaborats amb polímers no reforçats, alhora que són bioabsorbibles i promouen la formació i el creixement òssies. ABM Composite també utilitza tècniques automatitzades de col·locació de fibra/cadena per garantir una orientació òptima de la fibra, incloses les fibres de fixació al llarg de tota la longitud de l’implant, a més de col·locar fibres addicionals en punts potencialment febles.
Aplicacions domèstiques i tècniques
Amb la seva creixent unitat de negoci mèdic, ABM Composite reconeix que els polímers basats en bio i biodegradables també es poden utilitzar per a estris de cuina, coberts i altres articles domèstics. "Aquests polímers biodegradables solen tenir propietats mecàniques pobres en comparació amb els plàstics basats en el petroli." Rosling va dir: "Però podem reforçar aquests materials amb les nostres fibres de vidre biodegradables, convertint-les pràcticament en una bona alternativa als plàstics comercials basats en fòssils per a una àmplia gamma d'aplicacions tècniques".
Com a resultat, ABM Composite ha augmentat la seva unitat de negoci tècnic, que ara dóna feina a 60 persones. "Oferim solucions de final de vida més sostenibles (EOL)." Rosling diu: "La nostra proposta de valor és posar aquests compostos biodegradables en operacions de compostatge industrial on es converteixen en sòl". El vidre electrònic tradicional és inert i no es degradarà en aquestes instal·lacions de compostatge.
Compostos de fibra Arcbiox
ABM Composite ha desenvolupat diverses formes de fibres de vidre ArcBiox X4/5 per a aplicacions compostes, a partir defibres de drecerai compostos de modelat per injecció afibres contínuesPer a processos com el modelat tèxtil i la pultrusió. La gamma ArcBiox BSGF combina fibres de vidre biodegradables amb resines de polièster basades en bio i està disponible en graus tecnològics generals i graus ArcBiox 5 aprovats per al seu ús en aplicacions de contacte alimentàries.
ABM Composite també ha investigat una varietat de polímers biodegradables i basats en bio inclosos àcid polilàctic (PLA), PLLA i succinat de polibutilè (PBS). El diagrama següent mostra com les fibres de vidre X4/5 poden millorar el rendiment per competir amb polímers reforçats amb fibra de vidre estàndard com el polipropilè (PP) i fins i tot la poliamida 6 (PA6).
ABM Composite també ha investigat una varietat de polímers biodegradables i basats en bio, incloent àcid polilàctic (PLA), PLLA i succinat de polibutilè (PBS). El diagrama següent mostra com les fibres de vidre X4/5 poden millorar el rendiment per competir amb polímers reforçats amb fibra de vidre estàndard com el polipropilè (PP) i fins i tot la poliamida 6 (PA6).
Durabilitat i compostabilitat
Si aquests compostos són biodegradables, quant de temps duraran? "Les nostres fibres de vidre X4/5 no es dissolen en cinc minuts o durant la nit com ho fa el sucre i, tot i que les seves propietats es degradaran amb el pas del temps, no serà tan notori." Diu Rosling, "Per degradar eficaçment, necessitem temperatures i humitats elevades durant llargs períodes de temps, tal com es troba in vivo o en piles de compost industrial. Per exemple, vam provar tasses i bols elaborats amb el nostre material BSGF Arcbiox i podrien suportar fins a 200 cicles de rentaplats sense perdre la funcionalitat. Hi ha certa degradació de les propietats mecàniques, però no fins al punt que les tasses no són segures per utilitzar ”.
Tanmateix, és important que quan aquests compostos estiguin eliminats al final de la seva vida útil, compleixen els requisits estàndard necessaris per al compostatge i ABM Composite ha dut a terme una sèrie de proves per demostrar que compleix aquests estàndards. "Segons els estàndards ISO (per a compostatge industrial), la biodegradació hauria de produir -se en un termini de 6 mesos i la descomposició en un termini de 3 mesos/90 dies". Rosling diu: "La descomposició significa col·locar la mostra/producte de prova a la biomassa o compost. Després de 90 dies, el tècnic examina la biomassa mitjançant un tamís. Després de 12 setmanes, almenys el 90 per cent del producte hauria de ser capaç de passar per un tamís de 2 mm × 2 mm ”.
La biodegradació es determina triturant el material verge en una pols i mesurant la quantitat total de CO2 alliberada després de 90 dies. Això avalua la quantitat del contingut de carboni del procés de compostatge es converteix en aigua, biomassa i CO2. "Per passar la prova de compostatge industrial, s'ha d'assolir el 90 per cent del 100 per cent de CO2 del 100 per cent del procés de compostatge (basat en contingut de carboni)".
Rosling diu que ABM Composite ha complert els requisits de descomposició i biodegradació i que les proves han demostrat que l’addició de la seva fibra de vidre X4 millora en realitat la biodegradabilitat (vegeu la taula anterior), que només és del 78% per a una barreja PLA no reforçada, per exemple. Ho explica ”, però, quan es van afegir les nostres fibres de vidre biodegradables del 30%, la biodegradació va augmentar fins al 94%, mentre que les taxes de degradació es van mantenir bones”.
Com a resultat, ABM Composite ha demostrat que els seus materials es poden certificar com a compostables segons EN 13432. Les proves que els seus materials han passat fins ara inclouen ISO 14855-1 per a la biodegradabilitat aeròbica final de materials en condicions de compostatge controlada, ISO 16929 per a una descomposició controlada aeròbica, ISO DIN EN 13432 per a requisits químics i OECD 208 per a les necessitats químiques i OECD 208 per a les necessitats químiques i OECD 208 per a les necessitats químiques i OECD 208 per a les necessitats químiques i OECD 208 per a les necessitats químiques i OECD 208 i OECD 208 i OECD 208 per a requeriments químics i OECD 208 i OECD i OECD 208 i OECD i OECD 208 i OECD i OECD 208 per a requisits químics i Prova de fitotoxicitat, ISO Din EN 13432.
CO2 alliberat durant el compostatge
Durant el compostatge, el CO2 s’allibera efectivament, però algunes resten al sòl i són utilitzades per plantes. El compostatge ha estat estudiat durant dècades, tant com a procés industrial com com a procés post-compostatge que allibera menys CO2 que altres alternatives d’eliminació de residus, i el compostatge encara es considera un procés respectuós amb la petjada de carboni.
L’ecotoxicitat consisteix en provar la biomassa produïda durant el procés de compostatge i les plantes cultivades amb aquesta biomassa. "Això vol assegurar -se que el compostatge d'aquests productes no perjudica les plantes en creixement." Va dir Rosling. A més, ABM Composite ha demostrat que els seus materials compleixen els requisits de biodegradació en condicions de compostatge de la llar, que també requereixen una biodegradació del 90%, però durant un període de 12 mesos, en comparació amb un període més curt per al compostatge industrial.
Aplicacions industrials, producció, costos i creixement futur
Els materials d'ABM Composite s'utilitzen en diverses aplicacions comercials, però no es poden revelar més a causa dels acords de confidencialitat. "Demanem els nostres materials per adaptar-se a aplicacions com ara tasses, plats, plats, coberts i contenidors d'emmagatzematge d'aliments", diu Rosling, "però també s'utilitzen com a alternativa als plàstics basats en el petroli en contenidors cosmètics i grans articles domèstics. Més recentment, els nostres materials han estat seleccionats per utilitzar-los en la fabricació de components en grans instal·lacions de maquinària industrial que cal substituir cada 2-12 setmanes. Aquestes empreses han reconegut que mitjançant el reforç de fibra de vidre X4, aquestes parts mecàniques es poden fer amb la resistència al desgast requerida i també són compostables després de l’ús. Aquesta és una solució atractiva per a un futur proper, ja que aquestes empreses s’enfronten al repte de complir amb noves normes d’emissions ambientals i de CO2 ”.
Rosling va afegir: "També hi ha un interès creixent per utilitzar les nostres fibres contínues en diferents tipus de teixits i no teixits per fer components estructurals per a la indústria de la construcció. També estem veient interès a utilitzar les nostres fibres biodegradables amb materials PA o PP i PP inerts basats en bio-basats, però no biodegradables ”.
Actualment, la fibra de vidre X4/5 és més cara que el vidre electrònic, però els volums de producció també són relativament petits, i ABM Composite persegueix diverses oportunitats per ampliar les aplicacions i facilitar una rampa fins a 20.000 tones/any a mesura que la demanda creix, cosa que també pot ajudar a reduir costos. Tot i així, Rosling diu que en molts casos els costos associats a la sostenibilitat i als nous requisits reguladors no s’han considerat del tot. Mentrestant, la urgència d’estalviar el planeta creix. "La societat ja està pressionant per obtenir més productes basats en bio". Explica: "Hi ha molts incentius per impulsar les tecnologies de reciclatge, el món ha de passar més ràpidament i crec que la societat només augmentarà la seva empenta per als productes basats en bio en el futur".
LCA i avantatge de sostenibilitat
Rosling diu que els materials de ABM Composite redueixen les emissions de gasos d’efecte hivernacle i l’ús d’energia no renovable en un 50-60 per cent per quilogram. "Utilitzem la base de dades de la petjada ambiental 2.0, el conjunt de dades GABI acreditat i els càlculs LCA (Anàlisi del cicle de vida) per als nostres productes basats en la metodologia descrita a ISO 14040 i ISO 14044".
"Actualment, quan els compostos arriben al final del seu cicle de vida, es requereix molta energia per incinerar o pirolitzar residus compostos i productes EOL, i la trituració i el compostatge és una opció atractiva, i definitivament és una de les proposicions de valor clau que oferim i oferim un nou tipus de reciclatge." Rosling diu: "La nostra fibra de vidre està fabricada amb components minerals naturals que ja estan presents al sòl. Per què no compostar components compostos EOL o dissoldre fibres de compostos no degradables després de la incineració i utilitzar-los com a fertilitzants? Es tracta d’una opció de reciclatge d’interès global real ”.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (també WhatsApp)
T: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adreça: núm. 398 New Green Road Xinbang Town Songjiang Districte, Xangai
Posada Posada: 27 de maig de 2024