Hvad hvis glasfiberforstærket polymer (GFRP) -kompositter kunne komposteres i slutningen af deres brugstid, ud over årtierne med velprøvede fordele ved vægttab, styrke og stivhed, korrosionsbestandighed og holdbarhed? Det i et nøddeskal er appellen til ABM Composites teknologi.
Bioaktivt glas, fibre med høj styrke
Grundlagt i 2014 har Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Finland) udviklet en bionedbrydelig glasfiber lavet af såkaldt bioaktivt glas, som Ari Rosling, F & U-direktør ved ABM-komposit, beskriver som ”en speciel formulering udviklet i 1960'erne, der gør det muligt for glas at blive nedbrydet under fysiologiske forhold. Når det introduceres i kroppen, nedbrydes glasset i dets bestanddele mineralsalte og frigiver natrium, magnesium, fosfater osv., Dermed skaber en tilstand, der stimulerer knoglevækst. ”
”Det har lignende egenskaber somAlkali-fri glasfiber (E-glas). " Rosling sagde: ”Men dette bioaktive glas er vanskeligt at fremstille og trække i fibre, og indtil nu er det kun blevet brugt som et pulver eller kitt. Så vidt vi ved, var ABM Composite det første firma, der fremstiller glasfibre med høj styrke fra det i en industriel skala, og vi bruger nu disse Arcbiox X4/5 glasfibre til at forstærke forskellige typer plast, inklusive bionedbrydelige polymerer ”.
Medicinske implantater
Tampere-regionen, to timer nord for Helsinki, Finland, har været et center for biobaserede bionedbrydelige polymerer til medicinske anvendelser siden 1980'erne. Rosling beskriver, ”En af de første kommercielt tilgængelige implantater, der blev lavet med disse materialer, blev produceret i Tampere, og det er sådan, ABM Composite fik sin start! 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 den samme styrke som naturlig knogle ”. Rosling bemærkede, at ArcBiox -glasfibre med medicinsk kvalitet med tilsætning af ABM kan forbedre de mekaniske egenskaber ved bionedbrydelige PLLA -polymerer med 200% til 500%.
Som et resultat tilbyder ABM Composit's implantater højere ydeevne end implantater foretaget med uforstærkede polymerer, mens de også er bioabsorberbare og fremmer knogledannelse og vækst. ABM -komposit bruger også automatiserede fiber/strengplaceringsteknikker til at sikre optimal fiberorientering, herunder lægning af fibre langs hele implantatets længde, samt placering af yderligere fibre på potentielt svage steder.
Husholdnings- og tekniske applikationer
Med sin voksende medicinske forretningsenhed anerkender 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 bionedbrydelige glasfibre, hvilket gør dem næsten til et godt alternativ til fossilbaseret kommerciel plast til en lang række tekniske anvendelser".
Som et resultat har ABM Composite øget sin tekniske forretningsenhed, der nu beskæftiger 60 personer. ”Vi tilbyder mere bæredygtige livsopløsninger (EOL).” Rosling siger, "Vores værdiproposition er at sætte disse bionedbrydelige kompositter i industrielle komposteringsoperationer, hvor de bliver til jord." Traditionelt e-glas er inert og vil ikke forringes i disse komposteringsfaciliteter.
Arcbiox fiberkompositter
ABM Composite har udviklet forskellige former for Arcbiox X4/5 glasfibre til sammensatte applikationer, frakorte fibreog injektionsstøbningsforbindelser tilKontinuerlige fibreTil processer som tekstil og pultrusionsstøbning. Arcbiox BSGF-området kombinerer bionedbrydelige glasfibre med biobaserede polyesterharpikser og fås i generelle teknologikvaliteter og ArcBiox 5-kvaliteter, der er godkendt til brug i fødevarekontaktapplikationer.
ABM-komposit har også undersøgt en række bionedbrydelige og biobaserede polymerer inklusive polylaktinsyre (PLA), PLLA og polybutylen succinat (PBS). Diagrammet nedenfor viser, hvordan X4/5 -glasfibre kan forbedre ydeevnen for at konkurrere med standardglasfiberforstærkede polymerer, såsom polypropylen (PP) og endda polyamid 6 (PA6).
ABM-komposit har også undersøgt en række bionedbrydelige og biobaserede polymerer, herunder polylaktinsyre (PLA), PLLA og polybutylen succinat (PBS). Diagrammet nedenfor viser, hvordan X4/5 -glasfibre kan forbedre ydeevnen for at konkurrere med standardglasfiberforstærkede polymerer, såsom polypropylen (PP) og endda polyamid 6 (PA6).
Holdbarhed og kompostabilitet
Hvis disse kompositter er bionedbrydelige, hvor længe varer de? "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 forhøjede temperaturer og fugtighed 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 modstå op til 200 opvaskningscyklusser uden at miste funktionaliteten. Der er en vis nedbrydning af de mekaniske egenskaber, men ikke til det punkt, hvor kopperne er usikre at bruge ”.
Det er dog vigtigt, at når disse kompositter bortskaffes i slutningen af deres brugstid, opfylder de de standardkrav, der er nødvendige til kompostering, og ABM Composite har udført en række test for at bevise, at det opfylder disse standarder. ”I henhold til ISO -standarderne (til industriel kompostering) skal bionedbrydning forekomme inden for 6 måneder og nedbrydning inden for 3 måneder/90 dage”. Rosling siger, ”Nedbrydning 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 være i stand til at passere gennem en 2 mm × 2 mm sigte ”.
Bionedbrydning bestemmes ved at slibe jomfruematerialet i et pulver og måle den samlede mængde CO2 frigivet efter 90 dage. Dette vurderer, hvor meget af kulstofindholdet i komposteringsprocessen omdannes til vand, biomasse og CO2. ”For at bestå den industrielle komposteringstest skal 90 procent af de teoretiske 100 procent CO2 fra komposteringsprocessen opnås (baseret på kulstofindhold)”.
Rosling siger, at ABM -komposit har opfyldt nedbrydningen og biologisk nedbrydningskrav, og test har vist, at tilsætningen af dens X4 -glasfiber faktisk forbedrer bionedbrydeligheden (se tabel ovenfor), hvilket kun er 78% for en ikke -forhåndsforstærket PLA -blanding, for eksempel. Han forklarer imidlertid, ”når vores 30% bionedbrydelige glasfibre blev tilsat, steg biologisk nedbrydning til 94%, mens nedbrydningshastighederne forblev gode”.
As a result, ABM Composite has demonstrated that its materials can be certified as compostable according to EN 13432. Tests that its materials have passed to date include ISO 14855-1 for the final aerobic biodegradability of materials under controlled composting conditions, ISO 16929 for aerobic controlled decomposition, ISO DIN EN 13432 for chemical requirements, and OECD 208 for Fytotoksicitetstest, ISO DIN EN 13432.
CO2 frigivet under kompostering
Under kompostering frigives CO2 faktisk, men nogle forbliver i jorden og bruges derefter af planter. Kompostering er blevet undersøgt i årtier, både som en industriel proces og som en post-indkomproces, der frigiver mindre CO2 end andre alternativer til affald, og kompostering betragtes stadig som en miljøvenlig og kulstofaftryks reducerende proces.
Økotoksicitet involverer test af biomassen produceret under komposteringsprocessen og planterne dyrket med denne biomasse. ”Dette er for at sikre, at kompostering af disse produkter ikke skader de voksende planter.” Sagde Rosling. Derudover har ABM Composite vist, at dets materialer opfylder biologisk nedbrydningskrav under hjemmekomposteringsbetingelser, som også kræver 90% bionedbrydning, 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, der passer til applikationer som kopper, tallerkener, plader, bestik og fødevarebeholdere,” siger Rosling, ”men de bruges også som et alternativ til oliebaseret plast i kosmetiske containere og store husholdningsartikler. For nylig er vores materialer valgt til brug i fremstillingen af komponenter i store industrielle maskinerinstallationer, der skal udskiftes hver 2-12 uge. Disse virksomheder har erkendt, at disse mekaniske dele ved hjælp af vores X4 -glasfiberforstærkning kan fremstilles med den krævede 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 imødekomme nye miljø- og CO2 -emissionsbestemmelser ”.
Rosling tilføjede, ”Der er også voksende interesse for at bruge vores kontinuerlige fibre i forskellige typer stoffer og ikke -væv til at fremstille strukturelle komponenter til byggebranchen. Vi ser også interesse for at bruge vores bionedbrydelige fibre med biobaserede, men ikke-biologisk nedbrydelige PA- eller PP- og inerte termosætmaterialer ”.
På nuværende tidspunkt er X4/5 fiberglas dyrere end E-glas, men produktionsvolumener er også relativt små, og ABM Composite forfølger en række muligheder for at udvide applikationer og lette en ramp-up til 20.000 ton/år, når efterspørgslen vokser, hvilket også kan hjælpe med at reducere omkostningerne. Alligevel siger Rosling, at omkostningerne forbundet med at imødekomme bæredygtighed og nye lovgivningsmæssige krav ikke er blevet overvejet fuldt ud overvejet. I mellemtiden vokser det presserende at redde planeten. ”Samfundet presser allerede på for flere biobaserede produkter.” Han forklarer, ”Der er mange incitamenter til at skubbe genbrugsteknologier fremad, verden er nødt til at bevæge sig hurtigere på dette, og jeg tror, at samfundet kun vil øge sit skub for biobaserede produkter i fremtiden”.
LCA og bæredygtighedsfordel
Rosling siger, at ABM Composit's materialer reducerer drivhusgasemissioner og brug af ikke-vedvarende energi med 50-60 procent pr. Kg. ”Vi bruger miljøfodaftryksdatabasen 2.0, det akkrediterede GABI -datasæt og LCA (Life Cycle Analysis) beregninger for vores produkter baseret på den metodologi, der er beskrevet i ISO 14040 og ISO 14044 ″.
"I øjeblikket, når kompositter når slutningen af deres livscyklus, kræves der en masse energi for at forbrænde eller pyrolyses sammensat affald og EOL -produkter, og makulering og kompostering er en attraktiv mulighed, og det er bestemt et af de vigtigste værdipropositioner, vi tilbyder, og vi giver en ny type genanvendelighed." Rosling siger: ”Vores glasfiber er lavet af naturlige mineralkomponenter, der allerede er til stede i jorden. Så hvorfor ikke kompost 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
Posttid: Maj-27-2024