¿Qué pasaría si los compuestos de polímero reforzado con fibra de vidrio (GFRP) podrían compostarse al final de su vida útil, además de las décadas de beneficios comprobados de la reducción de peso, la resistencia y la rigidez, la resistencia a la corrosión y la durabilidad? Ese, en pocas palabras, es el atractivo de la tecnología de ABM Composite.
Vidrio bioactivo, fibras de alta resistencia
Fundada en 2014, los biomateriales del Ártico OY (Tampere, Finlandia) han desarrollado una fibra de vidrio biodegradable hecha de los llamados vidrio bioactivo, que Ari Rosling, director de I + D en ABM Composite, describe como "una formulación especial desarrollada en la década de 1960 que permite que el vidrio sea degradado en condiciones fisiológicas. Cuando se introduce en el cuerpo, el vidrio se descompone en sus sales minerales constituyentes, liberando sodio, magnesio, fosfatos, etc., creando así una condición que estimula el crecimiento óseo ”.
"Tiene propiedades similares paraFibra de vidrio libre de álcali (Glass E-Glass). " Rosling dijo: “Pero este vidrio bioactivo es difícil de fabricar y atraer a las fibras, y hasta ahora solo se ha utilizado como polvo o masilla. Hasta donde sabemos, ABM Composite fue la primera compañía en hacer fibras de vidrio de alta resistencia en una escala industrial, y ahora estamos utilizando estas fibras de vidrio Arcbiox X4/5 para reforzar varios tipos de plásticos, incluidos los polímeros biodegradables ”.
Implantes médicos
La región de Tampere, a dos horas al norte de Helsinki, Finlandia, ha sido un centro de polímeros biodegradables de base biológica para aplicaciones médicas desde la década de 1980. Rosling describe: “Uno de los primeros implantes disponibles comercialmente realizados con estos materiales se produjo en Tampere, ¡y así es como ABM Composite comenzó! que ahora es nuestra unidad de negocios médicos ”.
"Hay muchos polímeros bioabsorbes biodegradables para implantes". Él continúa: “Pero sus propiedades mecánicas están lejos de ser huesos naturales. Pudimos mejorar estos polímeros biodegradables para darle al implante la misma resistencia que el hueso natural ”. Rosling señaló que las fibras de vidrio Arcbiox de grado médico con la adición de ABM pueden mejorar las propiedades mecánicas de los polímeros PLLA biodegradables en un 200% a 500%.
Como resultado, los implantes de ABM Composite ofrecen un mayor rendimiento que los implantes realizados con polímeros no reforzados, al tiempo que son bioabsorbables y promoviendo la formación y crecimiento óseo. ABM Composite también utiliza técnicas automatizadas de colocación de fibra/cadena para garantizar una orientación óptima de fibra, incluida la colocación de fibras a lo largo de toda la longitud del implante, así como colocar fibras adicionales en puntos potencialmente débiles.
Aplicaciones de hogares y técnicos
Con su creciente unidad de negocios médicos, ABM Composite reconoce que los polímeros biológicos y biodegradables también se pueden usar para utensilios de cocina, cubiertos y otros artículos para el hogar. "Estos polímeros biodegradables generalmente tienen propiedades mecánicas deficientes en comparación con los plásticos a base de petróleo". Rosling dijo: "Pero podemos reforzar estos materiales con nuestras fibras de vidrio biodegradables, haciéndolas prácticamente una buena alternativa a los plásticos comerciales basados en fósiles para una amplia gama de aplicaciones técnicas".
Como resultado, ABM Composite ha aumentado su unidad de negocios técnicos, que ahora emplea a 60 personas. "Ofrecemos soluciones más sostenibles de fin de vida (EOL)". Rosling dice: "Nuestra propuesta de valor es poner estos compuestos biodegradables en operaciones de compostaje industrial donde se convierten en tierra". El vidrio electrónico tradicional es inerte y no se degradará en estas instalaciones de compostaje.
Compuestos de fibra arcbiox
ABM Composite ha desarrollado varias formas de fibras de vidrio Arcbiox X4/5 para aplicaciones compuestas, a partir defibras atajasy compuestos de moldeo por inyección parafibras continuaspara procesos como el moldeo textil y de pultrusión. La gama Arcbiox BSGF combina fibras de vidrio biodegradables con resinas de poliéster a base de bio y está disponible en grados de tecnología general y grados Arcbiox 5 aprobados para su uso en aplicaciones de contacto de alimentos.
ABM Composite también ha investigado una variedad de polímeros biodegradables y biológicos que incluyen ácido poliláctico (PLA), PLLA y succinato de polibutileno (PBS). El siguiente diagrama muestra cómo las fibras de vidrio X4/5 pueden mejorar el rendimiento para competir con polímeros reforzados con fibra de vidrio estándar como polipropileno (PP) e incluso poliamida 6 (PA6).
ABM Composite también ha investigado una variedad de polímeros biodegradables y biológicos, incluidos ácido poliláctico (PLA), PLLA y succinato de polibutileno (PBS). El siguiente diagrama muestra cómo las fibras de vidrio X4/5 pueden mejorar el rendimiento para competir con polímeros reforzados con fibra de vidrio estándar como polipropileno (PP) e incluso poliamida 6 (PA6).
Durabilidad y compostibilidad
Si estos compuestos son biodegradables, ¿cuánto tiempo durarán? "Nuestras fibras de vidrio X4/5 no se disuelven en cinco minutos o durante la noche como lo hace el azúcar, y aunque sus propiedades se degradarán con el tiempo, no será tan notable". Rosling dice: “Para degradar de manera efectiva, necesitamos temperaturas y humedad elevadas durante largos períodos de tiempo, como se encuentra in vivo o en pilas de compost industriales. Por ejemplo, probamos tazas y tazones hechos de nuestro material BSGF Arcbiox, y pudieron soportar hasta 200 ciclos de lavavajillas sin perder la funcionalidad. Hay cierta degradación de las propiedades mecánicas, pero no hasta el punto en que las tazas no son seguras de usar ”.
Sin embargo, es importante que cuando estos compuestos se eliminen al final de su vida útil, cumplan con los requisitos estándar necesarios para el compostaje, y ABM Composite ha realizado una serie de pruebas para demostrar que cumple con estos estándares. "De acuerdo con los estándares ISO (para compostaje industrial), la biodegradación debe ocurrir dentro de los 6 meses y la descomposición dentro de los 3 meses/90 días". Rosling dice: “La descomposición significa colocar la muestra/producto de prueba en la biomasa o el compost. Después de 90 días, el técnico examina la biomasa usando un tamiz. Después de 12 semanas, al menos el 90 por ciento del producto debería poder pasar a través de un tamiz de 2 mm × 2 mm ”.
La biodegradación se determina moliendo el material virgen en un polvo y midiendo la cantidad total de CO2 liberado después de 90 días. Esto evalúa cuánto del contenido de carbono del proceso de compostaje se convierte en agua, biomasa y CO2. "Para aprobar la prueba de compostaje industrial, el 90 por ciento del 100 por ciento teórico del CO2 del proceso de compostaje debe lograrse (según el contenido de carbono)".
Rosling dice que ABM Composite ha cumplido con los requisitos de descomposición y biodegradación, y las pruebas han demostrado que la adición de su fibra de vidrio X4 en realidad mejora la biodegradabilidad (ver la tabla anterior), que es solo del 78% para una mezcla de PLA no reforzada, por ejemplo. Él explica: "Sin embargo, cuando se agregaron nuestras fibras de vidrio biodegradables del 30%, la biodegradación aumentó al 94%, mientras que las tasas de degradación se mantuvieron buenas".
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 phytotoxicity testing, ISO DIN EN 13432.
CO2 liberado durante el compostaje
Durante el compostaje, el CO2 de hecho se libera, pero algunos quedan en el suelo y luego las plantas utilizan las plantas. El compostaje se ha estudiado durante décadas, tanto como un proceso industrial y como un proceso posterior a la compostaje que libera menos CO2 que otras alternativas de eliminación de desechos, y el compostaje todavía se considera un proceso de reducción de la huella de carbono y amigable para el carbono.
La ecotoxicidad implica probar la biomasa producida durante el proceso de compostaje y las plantas cultivadas con esta biomasa. "Esto es para asegurarse de que el compostaje de estos productos no dañe las plantas en crecimiento". Rosling dijo. Además, ABM Composite ha demostrado que sus materiales cumplen con los requisitos de biodegradación en condiciones de compostaje doméstico, que también requieren una biodegradación del 90%, pero durante un período de 12 meses, en comparación con un período más corto para la compostaje industrial.
Aplicaciones industriales, producción, costos y crecimiento futuro
Los materiales de ABM Composite se utilizan en varias aplicaciones comerciales, pero no se pueden revelar más debido a acuerdos de confidencialidad. "Ordenamos nuestros materiales para adaptarse a aplicaciones como tazas, platillos, platos, cubiertos y contenedores de almacenamiento de alimentos", dice Rosling, "pero también se usan como una alternativa a los plásticos a base de petróleo en contenedores cosméticos y grandes artículos para el hogar. Más recientemente, nuestros materiales han sido seleccionados para su uso en la fabricación de componentes en grandes instalaciones de maquinaria industrial que deben reemplazarse cada 2-12 semanas. Estas compañías han reconocido que al usar nuestro refuerzo de fibra de vidrio x4, estas piezas mecánicas se pueden hacer con la resistencia al desgaste requerida y también son compostables después de su uso. Esta es una solución atractiva para el futuro cercano, ya que estas compañías enfrentan el desafío de cumplir con las nuevas regulaciones de emisiones ambientales y de CO2 ”.
Rosling agregó: “También hay un creciente interés en usar nuestras fibras continuas en diferentes tipos de telas y no tejidos para hacer componentes estructurales para la industria de la construcción. También estamos viendo interés en usar nuestras fibras biodegradables con PA o PP o PP inertes basados en bio pero no biodegradables ”.
En la actualidad, la fibra de vidrio X4/5 es más costosa que el vidrio electrónico, pero los volúmenes de producción también son relativamente pequeños, y ABM Composite está buscando una serie de oportunidades para expandir las aplicaciones y facilitar un aumento de 20,000 toneladas/año a medida que crece la demanda, lo que también podría ayudar a reducir los costos. Aun así, Rosling dice que en muchos casos los costos asociados con la satisfacción de la sostenibilidad y los nuevos requisitos regulatorios no se han considerado completamente. Mientras tanto, la urgencia de salvar el planeta está creciendo. "La sociedad ya está presionando para más productos basados en bio". Explica: "Hay muchos incentivos para impulsar las tecnologías de reciclaje hacia adelante, el mundo necesita moverse más rápido en esto y creo que la sociedad solo aumentará su impulso por los productos biológicos en el futuro".
LCA y ventaja de sostenibilidad
Rosling dice que los materiales de ABM Composite reducen las emisiones de gases de efecto invernadero y el uso de energía no renovable en un 50-60 por ciento por kilogramo. “Utilizamos la base de datos de huella ambiental 2.0, el conjunto de datos GABI acreditado y los cálculos de LCA (análisis del ciclo de vida) para nuestros productos basados en la metodología descritas en ISO 14040 e ISO 14044 ″.
"Actualmente, cuando los compuestos alcanzan el final de su ciclo de vida, se requiere mucha energía para incinerar o pirolizar los desechos compuestos y los productos EOL, y la trituración y el compostaje es una opción atractiva, y definitivamente es una de las proposiciones de valor clave que ofrecemos, y estamos proporcionando un nuevo tipo de reciclabilidad". Rosling dice: “Nuestra fibra de vidrio está hecha de componentes minerales naturales que ya están presentes en el suelo. Entonces, ¿por qué no compostes compuestos EOL, o disolver fibras de compuestos no degradables después de la incineración y usarlas como fertilizante? Esta es una opción de reciclaje de interés global real ”.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
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Tiempo de publicación: mayo-27-2024