Co kdyby bylo možné kompozity z polymeru vyztuženého skleněnými vlákny (GFRP) kompostovat na konci své životnosti, navíc s desetiletími ověřenými výhodami snížení hmotnosti, pevnosti a tuhosti, odolnosti proti korozi a trvanlivosti? To je v kostce přitažlivost technologie ABM Composite.
Bioaktivní sklo, vysoce pevná vlákna
Společnost Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Finsko), založená v roce 2014, vyvinula biologicky odbouratelné skleněné vlákno vyrobené z takzvaného bioaktivního skla, které Ari Rosling, ředitel výzkumu a vývoje ve společnosti ABM Composite, popisuje jako „speciální přípravek vyvinutý v 60. letech minulého století, který umožňuje za fyziologických podmínek degradovat. Když se sklo dostane do těla, rozloží se na své základní minerální soli, uvolní sodík, hořčík, fosfáty atd., čímž se vytvoří stav, který stimuluje růst kostí.“
„Má podobné vlastnosti jakoskleněné vlákno bez alkálií (E-sklo).“ Rosling řekl: „Ale toto bioaktivní sklo je obtížné vyrobit a natáhnout do vláken a až dosud se používalo pouze jako prášek nebo tmel. Pokud víme, ABM Composite byla první společností, která z něj vyráběla vysoce pevná skleněná vlákna v průmyslovém měřítku, a tato skleněná vlákna ArcBiox X4/5 nyní používáme k vyztužení různých typů plastů, včetně biologicky odbouratelných polymerů“.
Lékařské implantáty
Region Tampere, dvě hodiny severně od Helsinek ve Finsku, je od 80. let 20. století centrem biodegradabilních polymerů pro lékařské aplikace. Rosling popisuje: „Jeden z prvních komerčně dostupných implantátů vyrobených z těchto materiálů byl vyroben v Tampere, a tak začal ABM Composite! která je nyní naší lékařskou obchodní jednotkou“.
"Existuje mnoho biologicky odbouratelných, biologicky absorbovatelných polymerů pro implantáty." Pokračuje, „ale jejich mechanické vlastnosti jsou daleko od přirozené kosti. Podařilo se nám vylepšit tyto biologicky odbouratelné polymery, abychom dodali implantátu stejnou pevnost jako přirozená kost. Rosling poznamenal, že skleněná vlákna ArcBiox lékařské kvality s přídavkem ABM mohou zlepšit mechanické vlastnosti biologicky odbouratelných polymerů PLLA o 200 % až 500 %.
Výsledkem je, že implantáty ABM Composite nabízejí vyšší výkon než implantáty vyrobené z nevyztužených polymerů, přičemž jsou také biologicky vstřebatelné a podporují tvorbu a růst kosti. ABM Composite také používá automatizované techniky umisťování vláken/pramenů k zajištění optimální orientace vláken, včetně pokládání vláken po celé délce implantátu, stejně jako umístění dalších vláken na potenciálně slabá místa.
Domácí a technické aplikace
ABM Composite si díky své rostoucí lékařské obchodní jednotce uvědomuje, že bio-založené a biologicky odbouratelné polymery lze také použít pro kuchyňské nádobí, příbory a další předměty pro domácnost. "Tyto biologicky odbouratelné polymery mají obvykle špatné mechanické vlastnosti ve srovnání s plasty na bázi ropy." Rosling řekl: „Tyto materiály však můžeme vyztužit našimi biologicky odbouratelnými skleněnými vlákny, díky čemuž jsou prakticky dobrou alternativou komerčních plastů na fosilní bázi pro širokou škálu technických aplikací“.
V důsledku toho společnost ABM Composite rozšířila svou technickou obchodní jednotku, která nyní zaměstnává 60 lidí. "Nabízíme udržitelnější řešení na konci životnosti (EOL)." Rosling říká: „Naším hodnotným návrhem je umístit tyto biologicky odbouratelné kompozity do průmyslových kompostovacích operací, kde se promění v půdu.“ Tradiční E-sklo je inertní a v těchto kompostovacích zařízeních se nerozloží.
Vláknové kompozity ArcBiox
Společnost ABM Composite vyvinula různé formy skleněných vláken ArcBiox X4/5 pro kompozitní aplikace, odnakrátko střižená vláknaa směsi pro vstřikováníkontinuální vláknapro procesy, jako je textilní a pultruzní lisování. Řada ArcBiox BSGF kombinuje biologicky odbouratelná skleněná vlákna s polyesterovými pryskyřicemi na biologické bázi a je k dispozici v obecných technologických třídách a třídách ArcBiox 5 schválených pro použití v aplikacích přicházejících do styku s potravinami.
Společnost ABM Composite také zkoumala různé biologicky odbouratelné polymery na biologické bázi včetně kyseliny polymléčné (PLA), PLLA a polybutylen sukcinátu (PBS). Níže uvedený diagram ukazuje, jak mohou skleněná vlákna X4/5 zlepšit výkon, aby mohla konkurovat standardním polymerům vyztuženým skelnými vlákny, jako je polypropylen (PP) a dokonce i polyamid 6 (PA6).
Společnost ABM Composite také zkoumala různé biologicky odbouratelné polymery a polymery na biologické bázi, včetně kyseliny polymléčné (PLA), PLLA a polybutylen sukcinátu (PBS). Níže uvedený diagram ukazuje, jak mohou skleněná vlákna X4/5 zlepšit výkon, aby mohla konkurovat standardním polymerům vyztuženým skelnými vlákny, jako je polypropylen (PP) a dokonce i polyamid 6 (PA6).
Trvanlivost a kompostovatelnost
Pokud jsou tyto kompozity biologicky odbouratelné, jak dlouho vydrží? "Naše skleněná vlákna X4/5 se nerozpustí za pět minut nebo přes noc jako cukr, a i když se jejich vlastnosti časem zhorší, nebude to tak patrné." Rosling říká: „Abychom degradovali efektivně, potřebujeme zvýšené teploty a vlhkost po dlouhou dobu, jak se vyskytuje in vivo nebo v průmyslových kompostech. Testovali jsme například hrníčky a misky vyrobené z našeho materiálu ArcBiox BSGF a bez ztráty funkčnosti vydržely až 200 mycích cyklů. Dochází k určitému zhoršení mechanických vlastností, ale ne do té míry, že by použití kalíšek bylo nebezpečné“.
Je však důležité, aby při likvidaci těchto kompozitů na konci své životnosti skutečně splňovaly standardní požadavky potřebné pro kompostování a společnost ABM Composite provedla řadu testů, aby prokázala, že tyto normy splňuje. „Podle norem ISO (pro průmyslové kompostování) by biodegradace měla nastat do 6 měsíců a rozklad do 3 měsíců/90 dní“. Rosling říká: „Rozklad znamená umístění zkušebního vzorku/produktu do biomasy nebo kompostu. po 90 dnech technik zkoumá biomasu pomocí síta. po 12 týdnech by alespoň 90 % produktu mělo propadnout sítem 2 mm × 2 mm“.
Biodegradace se stanoví rozemletím původního materiálu na prášek a měřením celkového množství uvolněného CO2 po 90 dnech. To posuzuje, kolik z obsahu uhlíku v kompostovacím procesu se přemění na vodu, biomasu a CO2. „Aby prošel testem průmyslového kompostování, musí být dosaženo 90 procent teoretických 100 procent CO2 z kompostovacího procesu (na základě obsahu uhlíku)“.
Rosling říká, že ABM Composite splnil požadavky na rozklad a biodegradaci a testy ukázaly, že přidání jeho X4 skleněného vlákna ve skutečnosti zlepšuje biologickou odbouratelnost (viz tabulka výše), která je například pouze 78 % u nevyztužené směsi PLA. Vysvětluje: „Avšak když bylo přidáno 30 % našich biologicky odbouratelných skleněných vláken, biodegradace se zvýšila na 94 %, zatímco míra degradace zůstala dobrá“.
Výsledkem je, že společnost ABM Composite prokázala, že její materiály mohou být certifikovány jako kompostovatelné podle EN 13432. Mezi testy, kterými její materiály dosud prošly, patří ISO 14855-1 pro konečnou aerobní biologickou rozložitelnost materiálů za kontrolovaných podmínek kompostování, ISO 16929 pro aerobní řízený rozklad, ISO DIN EN 13432 pro chemické požadavky a OECD 208 pro testování fytotoxicity, ISO DIN EN 13432.
CO2 uvolněný při kompostování
Během kompostování se CO2 skutečně uvolňuje, ale část zůstává v půdě a je pak využívána rostlinami. Kompostování bylo studováno po desetiletí, a to jako průmyslový proces i jako proces po kompostování, který uvolňuje méně CO2 než jiné alternativy likvidace odpadu, a kompostování je stále považováno za proces šetrný k životnímu prostředí a snižující uhlíkovou stopu.
Ekotoxicita zahrnuje testování biomasy produkované během kompostovacího procesu a rostlin pěstovaných s touto biomasou. "Je to proto, aby se zajistilo, že kompostování těchto produktů nepoškodí rostoucí rostliny." řekl Rosling. Kromě toho společnost ABM Composite prokázala, že její materiály splňují požadavky na biodegradaci v podmínkách domácího kompostování, které rovněž vyžadují 90% biodegradaci, avšak po dobu 12 měsíců ve srovnání s kratší dobou pro průmyslové kompostování.
Průmyslové aplikace, výroba, náklady a budoucí růst
Materiály ABM Composite se používají v řadě komerčních aplikací, ale více jich nelze prozradit kvůli dohodám o důvěrnosti. „Naše materiály objednáváme tak, aby vyhovovaly aplikacím, jako jsou šálky, podšálky, talíře, příbory a nádoby na skladování potravin,“ říká Rosling, „ale používají se také jako alternativa k plastům na bázi ropy v kosmetických nádobách a velkých domácích předmětech. V poslední době byly naše materiály vybrány pro použití při výrobě součástí ve velkých průmyslových strojích, které je třeba vyměnit každých 2-12 týdnů. Tyto společnosti uznaly, že použitím naší výztuže ze skelných vláken X4 mohou být tyto mechanické části vyrobeny s požadovanou odolností proti opotřebení a jsou také po použití kompostovatelné. Jedná se o atraktivní řešení pro blízkou budoucnost, protože tyto společnosti čelí výzvě splnit nové předpisy v oblasti životního prostředí a emisí CO2.
Rosling dodal: „Rostoucí zájem také o použití našich nekonečných vláken v různých typech tkanin a netkaných textilií k výrobě konstrukčních součástí pro stavební průmysl. Zaznamenáváme také zájem o použití našich biologicky odbouratelných vláken s bio-založenými, ale biologicky nerozložitelnými PA nebo PP a inertními termosetovými materiály“.
V současné době je sklolaminát X4/5 dražší než sklo E-glass, ale objemy výroby jsou také relativně malé a společnost ABM Composite využívá řadu příležitostí k rozšíření aplikací a usnadnění náběhu na 20 000 tun/rok s rostoucí poptávkou, což by také mohlo pomoci snížit náklady. I přesto Rosling říká, že v mnoha případech nebyly plně zohledněny náklady spojené se splněním udržitelnosti a nových regulačních požadavků. Mezitím roste naléhavost záchrany planety. "Společnost již tlačí na více biologických produktů." Vysvětluje: „Existuje mnoho podnětů k tomu, aby se recyklační technologie posunuly kupředu, svět se v tom musí pohnout rychleji a myslím si, že společnost v budoucnu jen zvýší svůj tlak na bioprodukty“.
LCA a výhoda udržitelnosti
Rosling říká, že materiály ABM Composite snižují emise skleníkových plynů a spotřebu neobnovitelné energie o 50-60 procent na kilogram. „Pro naše produkty používáme Environmental Footprint Database 2.0, akreditovaný soubor dat GaBi a výpočty LCA (analýza životního cyklu) na základě metodologie uvedené v ISO 14040 a ISO 14044″.
„V současné době, když kompozity dosáhnou konce svého životního cyklu, je ke spalování nebo pyrolýze kompozitního odpadu a produktů EOL potřeba hodně energie a drcení a kompostování je atraktivní možností a je to rozhodně jedna z klíčových hodnotových nabídek, které nabízíme. a poskytujeme nový typ recyklovatelnosti.“ Rosling říká: „Naše sklolaminát je vyroben z přírodních minerálních složek, které jsou již přítomny v půdě. Proč tedy nekompostovat komponenty EOL kompozitu nebo nerozpustit vlákna z nedegradovatelných kompozitů po spálení a použít je jako hnojivo? Toto je možnost recyklace skutečného celosvětového zájmu“.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (také WhatsApp)
T:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adresa: NO.398 New Green Road Xinbang Town Okres Songjiang, Šanghaj
Čas odeslání: 27. května 2024