Hvad hvis glasfiberforstærkede polymer-kompositter (GFRP) kunne komposteres ved slutningen af deres levetid, ud over årtiers dokumenterede fordele med vægtreduktion, styrke og stivhed, korrosionsbestandighed og holdbarhed? Det er i en nøddeskal appellen ved ABM Composites teknologi.
Bioaktivt glas, højstyrkefibre
Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Finland) blev grundlagt i 2014 og har udviklet en bionedbrydelig glasfiber fremstillet af såkaldt bioaktivt glas, som Ari Rosling, R&D-direktør hos ABM Composite, beskriver som "en speciel formulering udviklet i 1960'erne, der gør det muligt for glas at nedbrydes under fysiologiske forhold. Når det indføres i kroppen, nedbrydes glasset til dets bestanddele af mineralsalte og frigiver natrium, magnesium, fosfater osv., hvilket skaber en tilstand, der stimulerer knoglevækst."
"Det har lignende egenskaber somalkalifri glasfiber (E-glas)." Rosling sagde: "Men dette bioaktive glas er svært at fremstille og trække til fibre, og indtil nu har det kun været brugt som et pulver eller spartelmasse. Så vidt vi ved, var ABM Composite den første virksomhed, der fremstillede højstyrke glasfibre af det i industriel skala, og vi bruger nu disse ArcBiox X4/5 glasfibre til at forstærke forskellige typer plast, herunder bionedbrydelige polymerer”.
Medicinske implantater
Tampere-regionen, to timer nord for Helsinki, Finland, har siden 1980'erne været et center for biobaserede bionedbrydelige polymerer til medicinske anvendelser. Rosling beskriver, "Et af de første kommercielt tilgængelige implantater lavet med disse materialer blev produceret i Tampere, og det var sådan, ABM Composite startede! som nu er vores medicinske forretningsenhed”.
"Der er mange bionedbrydelige, bioabsorberbare polymerer til implantater." Han fortsætter, "men deres mekaniske egenskaber er langt fra naturlig knogle. Vi var i stand til at forbedre disse bionedbrydelige polymerer for at give implantatet samme styrke som naturlig knogle”. Rosling bemærkede, at ArcBiox-glasfibre af medicinsk kvalitet med tilsætning af ABM kan forbedre de mekaniske egenskaber af bionedbrydelige PLLA-polymerer med 200% til 500%.
Som et resultat giver ABM Composites implantater højere ydeevne end implantater lavet med uforstærkede polymerer, samtidig med at de er bioabsorberbare og fremmer knogledannelse og vækst. ABM Composite anvender også automatiserede fiber/streng-placeringsteknikker for at sikre optimal fiberorientering, herunder lægning af fibre i hele implantatets længde, samt placering af yderligere fibre på potentielt svage steder.
Husholdnings- og tekniske applikationer
Med sin voksende medicinske forretningsenhed erkender ABM Composite, at biobaserede og bionedbrydelige polymerer også kan bruges til køkkenudstyr, bestik og andre husholdningsartikler. "Disse bionedbrydelige polymerer har typisk dårlige mekaniske egenskaber sammenlignet med petroleumsbaseret plast." Rosling sagde: "Men vi kan forstærke disse materialer med vores biologisk nedbrydelige glasfibre, hvilket gør dem praktisk talt til et godt alternativ til fossilbaseret kommerciel plast til en bred vifte af tekniske anvendelser".
Som følge heraf har ABM Composite øget sin tekniske forretningsenhed, som nu beskæftiger 60 medarbejdere. "Vi tilbyder mere bæredygtige end-of-life (EOL) løsninger." Rosling siger: "Vores værdiforslag er at sætte disse bionedbrydelige kompositter i industrielle komposteringsoperationer, hvor de bliver til jord." Traditionelt E-glas er inert og nedbrydes ikke i disse komposteringsfaciliteter.
ArcBiox Fiber Composites
ABM Composite har udviklet forskellige former for ArcBiox X4/5 glasfibre til kompositapplikationer, frakortklippede fibreog sprøjtestøbemasser tilkontinuerlige fibretil processer som tekstil- og pultruderingsstøbning. ArcBiox BSGF-serien kombinerer bionedbrydelige glasfibre med biobaserede polyesterharpikser og fås i generelle teknologikvaliteter og ArcBiox 5-kvaliteter, der er godkendt til brug i fødevarekontaktapplikationer.
ABM Composite har også undersøgt en række bionedbrydelige og biobaserede polymerer, herunder polymælkesyre (PLA), PLLA og polybutylensuccinat (PBS). Diagrammet nedenfor viser, hvordan X4/5 glasfibre kan forbedre ydeevnen for at konkurrere med standard glasfiberforstærkede polymerer såsom polypropylen (PP) og endda polyamid 6 (PA6).
ABM Composite har også undersøgt en række bionedbrydelige og biobaserede polymerer, herunder polymælkesyre (PLA), PLLA og polybutylensuccinat (PBS). Diagrammet nedenfor viser, hvordan X4/5 glasfibre kan forbedre ydeevnen for at konkurrere med standard glasfiberforstærkede polymerer såsom polypropylen (PP) og endda polyamid 6 (PA6).
Holdbarhed og komposterbarhed
Hvis disse kompositter er biologisk nedbrydelige, hvor længe holder de så? "Vores X4/5 glasfibre opløses ikke på fem minutter eller natten over, som sukker gør, og selvom deres egenskaber vil forringes over tid, vil det ikke være så mærkbart." Rosling siger: "For at nedbryde effektivt har vi brug for høje temperaturer og luftfugtighed over lange perioder, som findes in vivo eller i industrielle kompostbunker. For eksempel testede vi kopper og skåle lavet af vores ArcBiox BSGF-materiale, og de kunne tåle op til 200 opvaskecyklusser uden at miste funktionalitet. Der er en vis forringelse af de mekaniske egenskaber, men ikke til det punkt, hvor kopperne er usikre at bruge”.
Det er dog vigtigt, at når disse kompositter bortskaffes ved slutningen af deres brugstid, så opfylder de standardkravene til kompostering, og ABM Composite har udført en række tests for at bevise, at den lever op til disse standarder. "I henhold til ISO-standarderne (for industriel kompostering) skal bionedbrydning ske inden for 6 måneder og nedbrydning inden for 3 måneder/90 dage". Rosling siger: "Dekomponering betyder at placere testprøven/produktet i biomassen eller komposten. efter 90 dage undersøger teknikeren biomassen ved hjælp af en sigte. efter 12 uger skal mindst 90 procent af produktet kunne passere gennem en 2 mm × 2 mm sigte”.
Biologisk nedbrydning bestemmes ved at male det jomfruelige materiale til et pulver og måle den samlede mængde CO2, der frigives efter 90 dage. Herved vurderes, hvor meget af kulstofindholdet i komposteringsprocessen, der omdannes til vand, biomasse og CO2. "For at bestå den industrielle komposteringstest skal 90 procent af de teoretiske 100 procent CO2 fra komposteringsprocessen være opnået (baseret på kulstofindhold)”.
Rosling siger, at ABM Composite har opfyldt kravene til nedbrydning og bionedbrydning, og test har vist, at tilsætningen af dens X4-glasfiber faktisk forbedrer bionedbrydeligheden (se tabellen ovenfor), hvilket for eksempel kun er 78 % for en uforstærket PLA-blanding. Han forklarer, ”Da vores 30 % biologisk nedbrydelige glasfibre blev tilsat, steg den biologiske nedbrydning til 94 %, mens nedbrydningshastighederne forblev gode”.
Som et resultat har ABM Composite demonstreret, at dets materialer kan certificeres som komposterbare i henhold til EN 13432. Test, som dets materialer har bestået til dato, omfatter ISO 14855-1 for den endelige aerobe biologiske nedbrydelighed af materialer under kontrollerede komposteringsforhold, ISO 16929 for aerobic kontrolleret dekomponering, ISO DIN EN 13432 for kemikaliekrav og OECD 208 for fytotoksicitetstest, ISO DIN EN 13432.
CO2 frigivet ved kompostering
Ved kompostering frigives der ganske rigtigt CO2, men noget bliver tilbage i jorden og udnyttes derefter af planterne. Kompostering er blevet undersøgt i årtier, både som en industriel proces og som en efterkomposteringsproces, der frigiver mindre CO2 end andre affaldsbortskaffelsesalternativer, og kompostering betragtes stadig som en miljøvenlig og CO2-reducerende proces.
Økotoksicitet indebærer at teste den biomasse, der produceres under komposteringsprocessen, og de planter, der dyrkes med denne biomasse. "Dette er for at sikre, at kompostering af disse produkter ikke skader de voksende planter." sagde Rosling. Derudover har ABM Composite påvist, at dets materialer opfylder kravene til bionedbrydning under hjemmekomposteringsforhold, som også kræver 90 % biologisk nedbrydning, men over en 12-måneders periode, sammenlignet med en kortere periode for industriel kompostering.
Industrielle applikationer, produktion, omkostninger og fremtidig vækst
ABM Composites materialer bruges i en række kommercielle applikationer, men flere kan ikke afsløres på grund af fortrolighedsaftaler. "Vi bestiller vores materialer, så de passer til anvendelser såsom kopper, underkopper, tallerkener, bestik og opbevaringsbeholdere til madvarer," siger Rosling, "men de bruges også som et alternativ til petroleumsbaseret plast i kosmetiske beholdere og store husholdningsartikler. For nylig er vores materialer blevet udvalgt til brug ved fremstilling af komponenter i store industrielle maskininstallationer, der skal udskiftes hver 2.-12. uge. Disse virksomheder har erkendt, at ved at bruge vores X4 glasfiberforstærkning, kan disse mekaniske dele fremstilles med den nødvendige slidstyrke og er også komposterbare efter brug. Dette er en attraktiv løsning for den nærmeste fremtid, da disse virksomheder står over for udfordringen med at opfylde nye miljø- og CO2-udledningsregler”.
Rosling tilføjede: "Der er også stigende interesse for at bruge vores kontinuerlige fibre i forskellige typer stoffer og nonwovens til at fremstille strukturelle komponenter til byggeindustrien. Vi ser også interesse for at bruge vores bionedbrydelige fibre med biobaserede, men ikke-bionedbrydelige PA eller PP og inerte termohærdende materialer”.
På nuværende tidspunkt er X4/5 glasfiber dyrere end E-glas, men produktionsmængderne er også relativt små, og ABM Composite forfølger en række muligheder for at udvide applikationer og lette en ramp-up til 20.000 tons/år, efterhånden som efterspørgslen vokser, hvilket også kan være med til at reducere omkostningerne. Alligevel siger Rosling, at omkostningerne forbundet med at opfylde bæredygtighed og nye regulatoriske krav i mange tilfælde ikke er blevet fuldt ud overvejet. I mellemtiden er det stadig mere presserende at redde planeten. "Samfundet presser allerede på for flere biobaserede produkter." Han forklarer: "Der er mange incitamenter til at skubbe genbrugsteknologier fremad, verden skal bevæge sig hurtigere på dette, og jeg tror, at samfundet kun vil øge sit skub for biobaserede produkter i fremtiden".
LCA og Sustainability Advantage
Rosling siger, at ABM Composites materialer reducerer drivhusgasemissioner og brug af ikke-vedvarende energi med 50-60 procent per kilogram. "Vi bruger Environmental Footprint Database 2.0, det akkrediterede GaBi-datasæt og LCA-beregninger (Life Cycle Analysis) til vores produkter baseret på metoden skitseret i ISO 14040 og ISO 14044″.
"I øjeblikket, når kompositter når slutningen af deres livscyklus, kræves der en masse energi til at forbrænde eller pyrolysere kompositaffald og EOL-produkter, og sønderdeling og kompostering er en attraktiv mulighed, og det er bestemt et af de vigtigste værdiforslag, vi tilbyder, og vi leverer en ny type genanvendelighed." Rosling siger: "Vores glasfiber er lavet af naturlige mineralske komponenter, der allerede er til stede i jorden. Så hvorfor ikke kompostere EOL-kompositkomponenter eller opløse fibre fra ikke-nedbrydelige kompositter efter forbrænding og bruge dem som gødning? Dette er en genbrugsmulighed af reel global interesse”.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368(også WhatsApp)
T:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adresse: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Shanghai
Indlægstid: 27. maj 2024