Τι θα γινόταν αν τα σύνθετα πολυμερή ενισχυμένα με ίνες γυαλιού (GFRP) μπορούσαν να κομποστοποιηθούν στο τέλος της ωφέλιμης ζωής τους, επιπλέον των δεκαετιών αποδεδειγμένων πλεονεκτημάτων μείωσης βάρους, αντοχής και ακαμψίας, αντοχής στη διάβρωση και ανθεκτικότητα; Αυτό, με λίγα λόγια, είναι η ελκυστικότητα της τεχνολογίας της ABM Composite.
Βιοενεργό γυαλί, ίνες υψηλής αντοχής
Ιδρύθηκε το 2014, η Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Φινλανδία) ανέπτυξε μια βιοδιασπώμενη ίνα γυαλιού από το λεγόμενο βιοενεργό γυαλί, την οποία ο Ari Rosling, διευθυντής Έρευνας και Ανάπτυξης της ABM Composite, περιγράφει ως «μια ειδική σύνθεση που αναπτύχθηκε τη δεκαετία του 1960 που επιτρέπει στο γυαλί να αποικοδομείται υπό φυσιολογικές συνθήκες. Όταν εισάγεται στο σώμα, το γυαλί διασπάται στα συστατικά του μεταλλικά άλατα, απελευθερώνοντας νάτριο, μαγνήσιο, φωσφορικά άλατα κ.λπ., δημιουργώντας έτσι μια κατάσταση που διεγείρει την ανάπτυξη των οστών».
«Έχει παρόμοιες ιδιότητες μείνες γυαλιού χωρίς αλκάλια (E-glass).» Ο Ρόσλινγκ είπε, «Αλλά αυτό το βιοδραστικό γυαλί είναι δύσκολο να κατασκευαστεί και να τραβηχτεί σε ίνες, και μέχρι τώρα είχε χρησιμοποιηθεί μόνο ως σκόνη ή στόκος. Από όσο γνωρίζουμε, η ABM Composite ήταν η πρώτη εταιρεία που κατασκεύασε ίνες γυαλιού υψηλής αντοχής από αυτήν σε βιομηχανική κλίμακα και τώρα χρησιμοποιούμε αυτές τις ίνες γυαλιού ArcBiox X4/5 για να ενισχύσουμε διάφορους τύπους πλαστικών, συμπεριλαμβανομένων των βιοδιασπώμενων πολυμερών».
Ιατρικά εμφυτεύματα
Η περιοχή του Τάμπερε, δύο ώρες βόρεια του Ελσίνκι της Φινλανδίας, υπήρξε κέντρο βιοαποικοδομήσιμων πολυμερών για ιατρικές εφαρμογές από τη δεκαετία του 1980. Ο Rosling περιγράφει, «Ένα από τα πρώτα εμπορικά διαθέσιμα εμφυτεύματα που κατασκευάστηκαν με αυτά τα υλικά κατασκευάστηκε στο Τάμπερε και έτσι ξεκίνησε η ABM Composite! που είναι τώρα η ιατρική μας επιχειρηματική μονάδα».
«Υπάρχουν πολλά βιοαποδομήσιμα, βιοαπορροφήσιμα πολυμερή για εμφυτεύματα». Συνεχίζει, «αλλά οι μηχανικές τους ιδιότητες απέχουν πολύ από το φυσικό οστό. Καταφέραμε να ενισχύσουμε αυτά τα βιοδιασπώμενα πολυμερή προκειμένου να δώσουμε στο εμφύτευμα την ίδια δύναμη με το φυσικό οστό». Ο Rosling σημείωσε ότι οι ίνες γυαλιού ArcBiox ιατρικής ποιότητας με την προσθήκη ABM μπορούν να βελτιώσουν τις μηχανικές ιδιότητες των βιοαποδομήσιμων πολυμερών PLLA κατά 200% έως 500%.
Ως αποτέλεσμα, τα εμφυτεύματα της ABM Composite προσφέρουν υψηλότερη απόδοση από τα εμφυτεύματα που κατασκευάζονται με μη ενισχυμένα πολυμερή, ενώ είναι επίσης βιοαπορροφήσιμα και προάγουν το σχηματισμό και την ανάπτυξη των οστών. Το ABM Composite χρησιμοποιεί επίσης αυτοματοποιημένες τεχνικές τοποθέτησης ινών/κλώνων για να εξασφαλίσει τον βέλτιστο προσανατολισμό των ινών, συμπεριλαμβανομένης της τοποθέτησης ινών σε όλο το μήκος του εμφυτεύματος, καθώς και την τοποθέτηση πρόσθετων ινών σε πιθανά αδύναμα σημεία.
Οικιακές και τεχνικές εφαρμογές
Με την αναπτυσσόμενη ιατρική επιχειρηματική μονάδα της, η ABM Composite αναγνωρίζει ότι τα βιολογικά και βιοαποδομήσιμα πολυμερή μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για μαγειρικά σκεύη, μαχαιροπίρουνα και άλλα είδη οικιακής χρήσης. «Αυτά τα βιοδιασπώμενα πολυμερή έχουν συνήθως κακές μηχανικές ιδιότητες σε σύγκριση με τα πλαστικά με βάση το πετρέλαιο». Ο Ρόσλινγκ είπε, «Αλλά μπορούμε να ενισχύσουμε αυτά τα υλικά με τις βιοδιασπώμενες ίνες γυαλιού μας, καθιστώντας τα ουσιαστικά μια καλή εναλλακτική λύση στα εμπορικά πλαστικά με βάση τα ορυκτά για ένα ευρύ φάσμα τεχνικών εφαρμογών».
Ως αποτέλεσμα, η ABM Composite αύξησε την τεχνική επιχειρηματική της μονάδα, η οποία πλέον απασχολεί 60 άτομα. «Προσφέρουμε πιο βιώσιμες λύσεις στο τέλος του κύκλου ζωής (EOL)». Ο Rosling λέει, «Η πρόταση αξίας μας είναι να τοποθετήσουμε αυτά τα βιοαποδομήσιμα σύνθετα υλικά σε βιομηχανικές εργασίες κομποστοποίησης όπου μετατρέπονται σε έδαφος». Το παραδοσιακό E-glass είναι αδρανές και δεν υποβαθμίζεται σε αυτές τις εγκαταστάσεις κομποστοποίησης.
ArcBiox Fiber Composites
Η ABM Composite έχει αναπτύξει διάφορες μορφές ινών γυαλιού ArcBiox X4/5 για σύνθετες εφαρμογές, απόίνες συντόμευσηςκαι ενώσεις χύτευσης με έγχυση σεσυνεχείς ίνεςγια διεργασίες όπως η χύτευση κλωστοϋφαντουργικών προϊόντων και η χύτευση με εξώθηση. Η σειρά ArcBiox BSGF συνδυάζει βιοδιασπώμενες ίνες γυαλιού με βιο-βασισμένες πολυεστερικές ρητίνες και διατίθεται σε κατηγορίες γενικής τεχνολογίας και σε ποιότητες ArcBiox 5 εγκεκριμένες για χρήση σε εφαρμογές επαφής με τρόφιμα.
Η ABM Composite έχει επίσης διερευνήσει μια ποικιλία βιοαποικοδομήσιμων και βιο-βασισμένων πολυμερών, συμπεριλαμβανομένων του Πολυγαλακτικού Οξέος (PLA), του PLLA και του Ηλεκτρικού Πολυβουτυλενίου (PBS). Το παρακάτω διάγραμμα δείχνει πώς οι ίνες γυαλιού X4/5 μπορούν να βελτιώσουν την απόδοση για να ανταγωνιστούν τα τυπικά πολυμερή ενισχυμένα με ίνες γυαλιού όπως το πολυπροπυλένιο (PP) και ακόμη και το πολυαμίδιο 6 (PA6).
Η ABM Composite έχει επίσης διερευνήσει μια ποικιλία βιοαποικοδομήσιμων και βιο-βασισμένων πολυμερών, συμπεριλαμβανομένων του Πολυγαλακτικού Οξέος (PLA), του PLLA και του Ηλεκτρικού Πολυβουτυλένου (PBS). Το παρακάτω διάγραμμα δείχνει πώς οι ίνες γυαλιού X4/5 μπορούν να βελτιώσουν την απόδοση για να ανταγωνιστούν τα τυπικά πολυμερή ενισχυμένα με ίνες γυαλιού όπως το πολυπροπυλένιο (PP) και ακόμη και το πολυαμίδιο 6 (PA6).
Ανθεκτικότητα & Κομποστοποίηση
Εάν αυτά τα σύνθετα υλικά είναι βιοδιασπώμενα, πόσο καιρό θα διαρκέσουν; «Οι ίνες γυαλιού X4/5 μας δεν διαλύονται σε πέντε λεπτά ή κατά τη διάρκεια της νύχτας όπως η ζάχαρη, και ενώ οι ιδιότητές τους θα υποβαθμιστούν με την πάροδο του χρόνου, δεν θα είναι τόσο αισθητές». Λέει ο Rosling, «Για να υποβαθμίσουμε αποτελεσματικά, χρειαζόμαστε υψηλές θερμοκρασίες και υγρασία για μεγάλες χρονικές περιόδους, όπως βρίσκονται in vivo ή σε σωρούς βιομηχανικού κομποστοποίησης. Για παράδειγμα, δοκιμάσαμε κύπελλα και μπολ κατασκευασμένα από το υλικό μας ArcBiox BSGF και μπορούσαν να αντέξουν έως και 200 κύκλους πλύσης πιάτων χωρίς να χάσουν τη λειτουργικότητά τους. Υπάρχει κάποια υποβάθμιση των μηχανικών ιδιοτήτων, αλλά όχι σε σημείο που τα κύπελλα να μην είναι ασφαλή στη χρήση».
Ωστόσο, είναι σημαντικό όταν αυτά τα σύνθετα υλικά απορρίπτονται στο τέλος της ωφέλιμης ζωής τους, να πληρούν τις τυπικές απαιτήσεις που απαιτούνται για την κομποστοποίηση και η ABM Composite έχει πραγματοποιήσει μια σειρά δοκιμών για να αποδείξει ότι πληροί αυτά τα πρότυπα. «Σύμφωνα με τα πρότυπα ISO (για τη βιομηχανική κομποστοποίηση), η βιοαποδόμηση πρέπει να συμβεί εντός 6 μηνών και η αποσύνθεση εντός 3 μηνών/90 ημερών». Ο Rosling λέει, «Αποσύνθεση σημαίνει τοποθέτηση του δείγματος/προϊόντος δοκιμής στη βιομάζα ή στο λίπασμα. μετά από 90 ημέρες, ο τεχνικός εξετάζει τη βιομάζα χρησιμοποιώντας ένα κόσκινο. μετά από 12 εβδομάδες, τουλάχιστον το 90 τοις εκατό του προϊόντος θα πρέπει να μπορεί να περάσει από κόσκινο 2 mm × 2 mm».
Η βιοαποικοδόμηση προσδιορίζεται με άλεση του παρθένου υλικού σε σκόνη και μέτρηση της συνολικής ποσότητας CO2 που απελευθερώνεται μετά από 90 ημέρες. Αυτό αξιολογεί πόσο από την περιεκτικότητα σε άνθρακα της διαδικασίας κομποστοποίησης μετατρέπεται σε νερό, βιομάζα και CO2. «Για να περάσει το τεστ βιομηχανικής κομποστοποίησης, πρέπει να επιτευχθεί το 90 τοις εκατό του θεωρητικού 100 τοις εκατό CO2 από τη διαδικασία κομποστοποίησης (με βάση την περιεκτικότητα σε άνθρακα)».
Ο Rosling λέει ότι το ABM Composite έχει εκπληρώσει τις απαιτήσεις αποσύνθεσης και βιοαποικοδόμησης και οι δοκιμές έχουν δείξει ότι η προσθήκη των ινών γυαλιού X4 βελτιώνει πραγματικά τη βιοδιασπασιμότητα (βλ. πίνακα παραπάνω), που είναι μόνο 78% για ένα μη ενισχυμένο μείγμα PLA, για παράδειγμα. Εξηγεί, «Ωστόσο, όταν προστέθηκαν 30% βιοαποδομήσιμες ίνες γυαλιού μας, η βιοαποικοδόμηση αυξήθηκε στο 94%, ενώ τα ποσοστά αποδόμησης παρέμειναν καλά».
Ως αποτέλεσμα, η ABM Composite έχει αποδείξει ότι τα υλικά της μπορούν να πιστοποιηθούν ως κομποστοποιήσιμα σύμφωνα με το EN 13432. Οι δοκιμές που έχουν περάσει τα υλικά της μέχρι σήμερα περιλαμβάνουν το ISO 14855-1 για την τελική αερόβια βιοδιασπασιμότητα υλικών υπό ελεγχόμενες συνθήκες κομποστοποίησης, ISO 16929 για αερόβια ελεγχόμενη αποσύνθεση, ISO DIN EN 13432 για χημικές απαιτήσεις και OECD 208 για δοκιμές φυτοτοξικότητας, ISO DIN EN 13432.
CO2 που απελευθερώνεται κατά την κομποστοποίηση
Κατά τη διάρκεια της κομποστοποίησης, όντως απελευθερώνεται CO2, αλλά ένα μέρος παραμένει στο έδαφος και στη συνέχεια χρησιμοποιείται από τα φυτά. Η κομποστοποίηση έχει μελετηθεί εδώ και δεκαετίες, τόσο ως βιομηχανική διαδικασία όσο και ως διαδικασία μετά την κομποστοποίηση που απελευθερώνει λιγότερο CO2 από άλλες εναλλακτικές λύσεις διάθεσης απορριμμάτων, και η κομποστοποίηση εξακολουθεί να θεωρείται μια φιλική προς το περιβάλλον διαδικασία και μείωση του αποτυπώματος άνθρακα.
Η οικοτοξικότητα περιλαμβάνει τη δοκιμή της βιομάζας που παράγεται κατά τη διαδικασία κομποστοποίησης και των φυτών που αναπτύσσονται με αυτή τη βιομάζα. «Αυτό γίνεται για να διασφαλιστεί ότι η κομποστοποίηση αυτών των προϊόντων δεν βλάπτει τα αναπτυσσόμενα φυτά». είπε ο Ρόσλινγκ. Επιπλέον, η ABM Composite έχει αποδείξει ότι τα υλικά της πληρούν τις απαιτήσεις βιοαποικοδόμησης σε συνθήκες οικιακής κομποστοποίησης, οι οποίες απαιτούν επίσης 90% βιοαποδόμηση, αλλά σε περίοδο 12 μηνών, σε σύγκριση με μικρότερη περίοδο για τη βιομηχανική κομποστοποίηση.
Βιομηχανικές εφαρμογές, παραγωγή, κόστος και μελλοντική ανάπτυξη
Τα υλικά της ABM Composite χρησιμοποιούνται σε πολλές εμπορικές εφαρμογές, αλλά περισσότερες δεν μπορούν να αποκαλυφθούν λόγω συμφωνιών εμπιστευτικότητας. «Παραγγέλλουμε τα υλικά μας να ταιριάζουν σε εφαρμογές όπως φλιτζάνια, πιατάκια, πιάτα, μαχαιροπίρουνα και δοχεία αποθήκευσης τροφίμων», λέει ο Rosling, «αλλά χρησιμοποιούνται επίσης ως εναλλακτική λύση στα πλαστικά με βάση το πετρέλαιο σε δοχεία καλλυντικών και μεγάλα είδη οικιακής χρήσης. Πιο πρόσφατα, τα υλικά μας έχουν επιλεγεί για χρήση στην κατασκευή εξαρτημάτων σε εγκαταστάσεις μεγάλων βιομηχανικών μηχανημάτων που πρέπει να αντικαθίστανται κάθε 2-12 εβδομάδες. Αυτές οι εταιρείες έχουν αναγνωρίσει ότι με τη χρήση της ενίσχυσης με ίνες γυαλιού X4, αυτά τα μηχανικά μέρη μπορούν να κατασκευαστούν με την απαιτούμενη αντοχή στη φθορά και είναι επίσης κομποστοποιήσιμα μετά τη χρήση. Αυτή είναι μια ελκυστική λύση για το εγγύς μέλλον, καθώς αυτές οι εταιρείες αντιμετωπίζουν την πρόκληση να συμμορφωθούν με τους νέους περιβαλλοντικούς κανονισμούς και τις εκπομπές CO2».
Ο Rosling πρόσθεσε, «Υπάρχει επίσης αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη χρήση των συνεχών ινών μας σε διαφορετικούς τύπους υφασμάτων και μη υφασμένων ειδών για την κατασκευή δομικών εξαρτημάτων για τον κατασκευαστικό κλάδο. Βλέπουμε επίσης ενδιαφέρον για τη χρήση των βιοδιασπώμενων ινών μας με βιοαποικοδομήσιμα αλλά μη βιοαποδομήσιμα PA ή PP και αδρανή θερμοσκληρυνόμενα υλικά».
Επί του παρόντος, το fiberglass X4/5 είναι πιο ακριβό από το E-glass, αλλά οι όγκοι παραγωγής είναι επίσης σχετικά μικροί και η ABM Composite επιδιώκει μια σειρά από ευκαιρίες για να επεκτείνει τις εφαρμογές και να διευκολύνει μια ράμπα έως και 20.000 τόνους/έτος καθώς η ζήτηση αυξάνεται. που θα μπορούσε επίσης να συμβάλει στη μείωση του κόστους. Ακόμα κι έτσι, ο Rosling λέει ότι σε πολλές περιπτώσεις το κόστος που σχετίζεται με την εκπλήρωση της βιωσιμότητας και τις νέες ρυθμιστικές απαιτήσεις δεν έχουν ληφθεί πλήρως υπόψη. Εν τω μεταξύ, ο επείγων χαρακτήρας της σωτηρίας του πλανήτη αυξάνεται. «Η κοινωνία πιέζει ήδη για περισσότερα βιολογικά προϊόντα». Εξηγεί, «Υπάρχουν πολλά κίνητρα για να προωθηθούν οι τεχνολογίες ανακύκλωσης, ο κόσμος πρέπει να προχωρήσει γρηγορότερα σε αυτό και νομίζω ότι η κοινωνία θα αυξήσει την ώθησή της για προϊόντα βιολογικής βάσης στο μέλλον».
Πλεονέκτημα LCA και Βιωσιμότητας
Ο Rosling λέει ότι τα υλικά της ABM Composite μειώνουν τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου και τη χρήση μη ανανεώσιμης ενέργειας κατά 50-60 τοις εκατό ανά κιλό. «Χρησιμοποιούμε τη βάση δεδομένων Environmental Footprint 2.0, το διαπιστευμένο σύνολο δεδομένων GaBi και τους υπολογισμούς LCA (Life Cycle Analysis) για τα προϊόντα μας με βάση τη μεθοδολογία που περιγράφεται στα πρότυπα ISO 14040 και ISO 14044″.
«Επί του παρόντος, όταν τα σύνθετα υλικά φτάνουν στο τέλος του κύκλου ζωής τους, απαιτείται πολλή ενέργεια για την αποτέφρωση ή την πυρόλυση σύνθετων απορριμμάτων και προϊόντων EOL, και ο τεμαχισμός και η κομποστοποίηση είναι μια ελκυστική επιλογή και είναι σίγουρα μια από τις βασικές προτάσεις αξίας που προσφέρουμε. και παρέχουμε έναν νέο τύπο δυνατότητας ανακύκλωσης». Ο Rosling λέει, «Το fiberglass μας είναι κατασκευασμένο από φυσικά ορυκτά συστατικά που υπάρχουν ήδη στο έδαφος. Γιατί λοιπόν να μην κομποστοποιήσετε σύνθετα συστατικά EOL ή να διαλύσετε ίνες από μη αποικοδομήσιμα σύνθετα υλικά μετά την αποτέφρωση και να τις χρησιμοποιήσετε ως λίπασμα; Αυτή είναι μια επιλογή ανακύκλωσης με πραγματικό παγκόσμιο ενδιαφέρον».
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (επίσης WhatsApp)
Τ:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Διεύθυνση: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Σαγκάη
Ώρα δημοσίευσης: 27 Μαΐου 2024