Què passaria si els compostos de polímers reforçats amb fibra de vidre (GFRP) es poguessin compostar al final de la seva vida útil, a més de les dècades de beneficis provats de reducció de pes, resistència i rigidesa, resistència a la corrosió i durabilitat? Aquest, 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 de l'anomenat vidre bioactiu, que Ari Rosling, director d'R+D d'ABM Composite, descriu com "una formulació especial desenvolupada als anys 60 que permet que el vidre degradar-se en condicions fisiològiques. Quan s'introdueix al cos, el vidre es descompone en les seves sals minerals constituents, alliberant sodi, magnesi, fosfats, etc., creant així una condició que estimula el creixement ossi".
"Té propietats semblants afibra de vidre sense àlcali (vidre E).” Rosling va dir: "Però aquest vidre bioactiu és difícil de fabricar i extreure en fibres, i fins ara només s'ha utilitzat com a pols o massilla. Pel que sabem, ABM Composite va ser la primera empresa a fabricar-ne fibres de vidre d'alta resistència a escala industrial, i ara estem utilitzant aquestes fibres de vidre ArcBiox X4/5 per reforçar diversos tipus de plàstics, inclosos polímers biodegradables”.
Implants mèdics
La regió de Tampere, a dues hores al nord d'Hèlsinki, Finlàndia, ha estat un centre de polímers biodegradables de base biològica per a aplicacions mèdiques des de la dècada de 1980. Rosling descriu: "Un dels primers implants disponibles comercialment fets amb aquests materials es va produir a Tampere, i així va ser com ABM Composite va començar! que ara és la nostra unitat de negoci mèdica”.
"Hi ha molts polímers biodegradables i bioabsorbibles per a implants". Continua, “però les seves propietats mecàniques estan lluny de l'os natural. Hem pogut potenciar aquests polímers biodegradables per tal de donar a l'implant la mateixa resistència que l'os natural”. Rosling va assenyalar que les fibres de vidre ArcBiox de grau mèdic amb l'addició d'ABM poden millorar les propietats mecàniques dels polímers PLLA biodegradables entre un 200% i un 500%.
Com a resultat, els implants d'ABM Composite ofereixen un rendiment superior que els implants fets amb polímers no reforçats, alhora que són bioabsorbibles i afavoreixen la formació i el creixement òssia. ABM Composite també utilitza tècniques automatitzades de col·locació de fibres/fils per garantir una orientació òptima de la fibra, inclosa la col·locació de fibres al llarg de tota la longitud de l'implant, així com la col·locació de fibres addicionals en punts potencialment febles.
Aplicacions domèstiques i tècniques
Amb la seva creixent unitat de negoci mèdic, ABM Composite reconeix que els polímers biodegradables i biodegradables també es poden utilitzar per a estris de cuina, coberteria i altres articles per a la llar. "Aquests polímers biodegradables solen tenir propietats mecàniques pobres en comparació amb els plàstics derivats del petroli". Rosling va dir: "Però podem reforçar aquests materials amb les nostres fibres de vidre biodegradables, convertint-los 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 (EOL) més sostenibles". Rosling diu: "La nostra proposta de valor és posar aquests compostos biodegradables en operacions de compostatge industrial on es converteixen en sòl". El vidre E tradicional és inert i no es degradarà en aquestes instal·lacions de compostatge.
Composites de fibra ArcBiox
ABM Composite ha desenvolupat diverses formes de fibres de vidre ArcBiox X4/5 per a aplicacions de compostes, des defibres de tall curti compostos d'emmotllament per injecciófibres contínuesper a processos com l'emmotllament tèxtil i per pultrusió. La gamma ArcBiox BSGF combina fibres de vidre biodegradables amb resines de polièster de base bio i està disponible en graus de tecnologia general i graus ArcBiox 5 aprovats per al seu ús en aplicacions de contacte amb aliments.
ABM Composite també ha investigat una varietat de polímers biodegradables i de base biològica, com ara l'àcid polilàctic (PLA), el PLLA i el 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 de base biològica, incloent l'àcid polilàctic (PLA), el PLLA i el 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 temps, no serà tan notable". Rosling diu: "Per degradar-se de manera eficaç, necessitem temperatures i humitat 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 fets amb el nostre material ArcBiox BSGF, i podrien suportar fins a 200 cicles de rentat de plats sense perdre la funcionalitat. Hi ha una certa degradació de les propietats mecàniques, però no fins al punt que les tasses no siguin segures d'utilitzar”.
Tanmateix, és important que, quan aquests compostos s'eliminin al final de la seva vida útil, compleixin els requisits estàndards necessaris per al compostatge, i ABM Composite ha dut a terme una sèrie de proves per demostrar que compleix aquests estàndards. "Segons les normes ISO (per al compostatge industrial), la biodegradació hauria de produir-se en 6 mesos i la descomposició en 3 mesos/90 dies". Rosling diu: "La descomposició significa col·locar la mostra/producte de prova a la biomassa o al compost. al cap de 90 dies, el tècnic examina la biomassa amb un garbell. després de 12 setmanes, almenys el 90 per cent del producte hauria de poder 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 alliberat després de 90 dies. Això avalua quina part del contingut de carboni del procés de compostatge es converteix en aigua, biomassa i CO2. "Per superar la prova de compostatge industrial, s'ha d'aconseguir el 90 per cent del 100 per cent teòric de CO2 del procés de compostatge (en funció del contingut de carboni)".
Rosling diu que ABM Composite ha complert els requisits de descomposició i biodegradació, i les proves han demostrat que l'addició de la seva fibra de vidre X4 millora realment la biodegradabilitat (vegeu la taula anterior), que és només un 78% per a una barreja de PLA no reforçada, per exemple. Explica: "No obstant això, quan es van afegir les nostres fibres de vidre biodegradables al 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 la ISO 14855-1 per a la biodegradabilitat aeròbica final dels materials en condicions de compostatge controlat, ISO 16929 per a aeròbics. descomposició controlada, ISO DIN EN 13432 per als requisits químics i OCDE 208 per a la fitotoxicitat prova, ISO DIN EN 13432.
CO2 alliberat durant el compostatge
Durant el compostatge, efectivament s'allibera CO2, però una part roman al sòl i després és utilitzat per les plantes. El compostatge s'ha estudiat durant dècades, tant com a procés industrial com a procés de postcompostatge que allibera menys CO2 que altres alternatives d'eliminació de residus, i el compostatge encara es considera un procés respectuós amb el medi ambient i que redueix la petjada de carboni.
L'ecotoxicitat consisteix a provar la biomassa produïda durant el procés de compostatge i les plantes cultivades amb aquesta biomassa. "Això és per assegurar-nos que el compostatge d'aquests productes no perjudiqui les plantes en creixement". va dir en Rosling. A més, ABM Composite ha demostrat que els seus materials compleixen els requisits de biodegradació en condicions de compostatge domèstic, que també requereixen un 90% de biodegradació, 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 tasses, plats, plats, coberts i contenidors d'emmagatzematge d'aliments", diu Rosling, "però també s'utilitzen com a alternativa als plàstics a base de petroli en envasos cosmètics i articles per a la llar grans. Més recentment, els nostres materials han estat seleccionats per utilitzar-los en la fabricació de components en grans instal·lacions de maquinària industrial que s'han de substituir cada 2-12 setmanes. Aquestes empreses han reconegut que utilitzant el nostre reforç de fibra de vidre X4, aquestes peces mecàniques es poden fabricar amb la resistència al desgast requerida i també són compostables després del seu ús. Aquesta és una solució atractiva per al futur proper, ja que aquestes empreses s'enfronten al repte de complir amb les noves normatives ambientals i d'emissions de CO2”.
Rosling va afegir: "També hi ha un interès creixent per utilitzar les nostres fibres contínues en diferents tipus de teixits i teixits no teixits per fabricar components estructurals per a la indústria de la construcció. També estem veient interès a utilitzar les nostres fibres biodegradables amb PA o PP de base bio però no biodegradable i materials termoestables inerts”.
Actualment, la fibra de vidre X4/5 és més cara que el vidre E, però els volums de producció també són relativament reduïts, i ABM Composite està buscant diverses oportunitats per ampliar les aplicacions i facilitar un augment de 20.000 tones/any a mesura que creix la demanda. que també podria ajudar a reduir costos. Tot i així, Rosling diu que en molts casos els costos associats a complir amb la sostenibilitat i els nous requisits reguladors no s'han considerat del tot. Mentrestant, creix la urgència de salvar el planeta. "La societat ja està pressionant per més productes de base biològica". Explica: "Hi ha molts incentius per impulsar les tecnologies de reciclatge endavant, el món ha d'avançar més ràpidament en això i crec que la societat només augmentarà la seva empenta pels productes de base biològica en el futur".
LCA i Avantatge de Sostenibilitat
Rosling diu que els materials d'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. "Fem servir la base de dades de la petjada ambiental 2.0, el conjunt de dades acreditat de GaBi 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 necessita molta energia per incinerar o pirolitzar els residus compostos i els productes EOL, i la trituració i el compostatge són una opció atractiva i, sens dubte, és una de les propostes de valor clau que oferim. i estem proporcionant un nou tipus de reciclabilitat”. Rosling diu: "La nostra fibra de vidre està feta de components minerals naturals que ja estan presents al sòl. Aleshores, per què no compostar components compostos EOL o dissoldre fibres de compostos no degradables després de la incineració i utilitzar-los com a fertilitzant? Aquesta és 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: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Xangai
Hora de publicació: 27-maig-2024