¿Qué pasaría si los compuestos de polímero reforzado con fibra de vidrio (GFRP) pudieran convertirse en abono al final de su vida útil, además de las décadas de beneficios comprobados de reducción de peso, resistencia y rigidez, resistencia a la corrosión y durabilidad? Ése, en pocas palabras, es el atractivo de la tecnología de ABM Composite.
Vidrio bioactivo, fibras de alta resistencia.
Fundada en 2014, Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Finlandia) ha desarrollado una fibra de vidrio biodegradable hecha del llamado vidrio bioactivo, que Ari Rosling, director de I+D de ABM Composite, describe como “una formulación especial desarrollada en la década de 1960 que permite que el vidrio degradarse en condiciones fisiológicas. Cuando se introduce en el cuerpo, el vidrio se descompone en las sales minerales que lo constituyen, liberando sodio, magnesio, fosfatos, etc., creando así una condición que estimula el crecimiento óseo”.
“Tiene propiedades similares afibra de vidrio libre de álcalis (vidrio E).” Rosling dijo: “Pero este vidrio bioactivo es difícil de fabricar y transformar en fibras, y hasta ahora sólo se ha utilizado en forma de polvo o masilla. Hasta donde sabemos, ABM Composite fue la primera empresa en fabricar fibras de vidrio de alta resistencia a escala industrial, y ahora estamos utilizando estas fibras de vidrio ArcBiox X4/5 para reforzar varios tipos de plásticos, incluidos los polímeros biodegradables”.
Implantes medicos
La región de Tampere, dos horas al norte de Helsinki, Finlandia, ha sido un centro de polímeros biodegradables de base biológica para aplicaciones médicas desde los años 1980. Rosling describe: “Uno de los primeros implantes disponibles comercialmente fabricados con estos materiales se produjo en Tampere, ¡y así fue como comenzó ABM Composite! que ahora es nuestra unidad de negocios médica”.
"Existen muchos polímeros biodegradables y bioabsorbibles para implantes". Y continúa, “pero sus propiedades mecánicas están lejos de las del hueso natural. 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 entre un 200% y un 500%.
Como resultado, los implantes de ABM Composite ofrecen un mayor rendimiento que los implantes fabricados con polímeros no reforzados, al mismo tiempo que son bioabsorbibles y promueven la formación y el crecimiento óseo. ABM Composite también utiliza técnicas automatizadas de colocación de fibras/hebras para garantizar una orientación óptima de las fibras, incluida la colocación de fibras a lo largo de toda la longitud del implante, así como la colocación de fibras adicionales en puntos potencialmente débiles.
Aplicaciones domésticas y técnicas.
Con su creciente unidad de negocios médicos, ABM Composite reconoce que los polímeros biodegradables y de base biológica también se pueden utilizar para utensilios de cocina, cubiertos y otros artículos del hogar. "Estos polímeros biodegradables suelen tener 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, convirtiéndolos prácticamente en una buena alternativa a los plásticos comerciales de origen fósil para una amplia gama de aplicaciones técnicas".
Como resultado, ABM Composite ha aumentado su unidad de negocio técnico, que ahora emplea a 60 personas. "Ofrecemos soluciones de final de vida (EOL) más sostenibles". Rosling dice: "Nuestra propuesta de valor es colocar estos compuestos biodegradables en operaciones de compostaje industrial donde se convierten en suelo". El vidrio E 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, desdefibras cortasy compuestos de moldeo por inyección parafibras continuaspara procesos como el textil y el moldeo por pultrusión. La gama ArcBiox BSGF combina fibras de vidrio biodegradables con resinas de poliéster de base biológica y está disponible en grados de tecnología general y grados ArcBiox 5 aprobados para su uso en aplicaciones de contacto con alimentos.
ABM Composite también ha investigado una variedad de polímeros biodegradables y de base biológica, incluidos el 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 los polímeros reforzados con fibra de vidrio estándar, como el polipropileno (PP) e incluso la poliamida 6 (PA6).
ABM Composite también ha investigado una variedad de polímeros biodegradables y de base biológica, incluidos el ácido poliláctico (PLA), el PLLA y el succinato de polibutileno (PBS). El siguiente diagrama muestra cómo las fibras de vidrio X4/5 pueden mejorar el rendimiento para competir con los polímeros reforzados con fibra de vidrio estándar, como el polipropileno (PP) e incluso la poliamida 6 (PA6).
Durabilidad y compostabilidad
Si estos compuestos son biodegradables, ¿cuánto 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 notorio". Rosling dice: “Para degradarnos eficazmente, necesitamos temperaturas y humedad elevadas durante largos períodos de tiempo, como las que se encuentran in vivo o en pilas de abono industrial. Por ejemplo, probamos tazas y tazones fabricados con nuestro material ArcBiox BSGF y pudieron soportar hasta 200 ciclos de lavado sin perder funcionalidad. Hay cierta degradación de las propiedades mecánicas, pero no hasta el punto de que las copas no sean 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 llevado a cabo una serie de pruebas para demostrar que cumple con estos estándares. “Según las normas ISO (para el compostaje industrial), la biodegradación debe ocurrir en 6 meses y la descomposición en 3 meses/90 días”. Rosling dice: “La descomposición significa colocar la muestra/producto de prueba en la biomasa o el compost. Al cabo de 90 días, el técnico examina la biomasa mediante 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 hasta convertirlo en polvo y midiendo la cantidad total de CO2 liberado después de 90 días. Esto evalúa qué parte del contenido de carbono del proceso de compostaje se convierte en agua, biomasa y CO2. "Para pasar la prueba de compostaje industrial, se debe alcanzar el 90 por ciento del CO2 teórico del 100 por ciento del proceso de compostaje (basado en 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 (consulte la tabla anterior), que es solo del 78 % para una mezcla de PLA no reforzada, por ejemplo. Explica: "Sin embargo, cuando se añadió nuestro 30% de fibras de vidrio biodegradables, la biodegradación aumentó al 94%, mientras que las tasas de degradación se mantuvieron buenas".
Como resultado, ABM Composite ha demostrado que sus materiales pueden certificarse como compostables según la norma EN 13432. Las pruebas que sus materiales han superado hasta la fecha incluyen la ISO 14855-1 para la biodegradabilidad aeróbica final de materiales en condiciones controladas de compostaje, la ISO 16929 para la biodegradabilidad aeróbica final de materiales en condiciones controladas de compostaje. descomposición controlada, ISO DIN EN 13432 para requisitos químicos y OCDE 208 para pruebas de fitotoxicidad, ISO DIN EN 13432.
CO2 liberado durante el compostaje
Durante el compostaje, efectivamente se libera CO2, pero una parte permanece en el suelo y luego es utilizado por las plantas. El compostaje se ha estudiado durante décadas, tanto como proceso industrial como proceso posterior al compostaje que libera menos CO2 que otras alternativas de eliminación de residuos, y el compostaje todavía se considera un proceso respetuoso con el medio ambiente y que reduce la huella de carbono.
La ecotoxicidad implica probar la biomasa producida durante el proceso de compostaje y las plantas cultivadas con esta biomasa. "Esto es para garantizar que el compostaje de estos productos no dañe las plantas en crecimiento". Dijo Rosling. Además, ABM Composite ha demostrado que sus materiales cumplen con los requisitos de biodegradación en condiciones de compostaje doméstico, que también requieren un 90% de biodegradación, pero durante un período de 12 meses, en comparación con un período más corto para el compostaje industrial.
Aplicaciones industriales, producción, costes y crecimiento futuro.
Los materiales de ABM Composite se utilizan en una serie de aplicaciones comerciales, pero no se pueden revelar más debido a acuerdos de confidencialidad. “Pedimos nuestros materiales para que se adapten a aplicaciones como tazas, platillos, platos, cubiertos y recipientes para almacenar alimentos”, dice Rosling, “pero también se utilizan como alternativa a los plásticos a base de petróleo en recipientes para cosméticos y artículos domésticos grandes. Más recientemente, nuestros materiales han sido seleccionados para su uso en la fabricación de componentes en grandes instalaciones de maquinaria industrial que necesitan ser reemplazados cada 2-12 semanas. Estas empresas han reconocido que utilizando nuestro refuerzo de fibra de vidrio X4, estas piezas mecánicas se pueden fabricar con la resistencia al desgaste requerida y además son compostables después de su uso. Se trata de una solución atractiva para el futuro próximo, ya que estas empresas se enfrentan al reto de cumplir las nuevas normativas medioambientales y de emisiones de CO2”.
Rosling añadió: “También existe un interés creciente en utilizar nuestras fibras continuas en diferentes tipos de telas y no tejidos para fabricar componentes estructurales para la industria de la construcción. También estamos viendo interés en utilizar nuestras fibras biodegradables con PA o PP de base biológica pero no biodegradables y materiales termoestables inertes”.
En la actualidad, la fibra de vidrio X4/5 es más cara que el vidrio E, pero los volúmenes de producción también son relativamente pequeños, y ABM Composite está buscando una serie de oportunidades para ampliar las aplicaciones y facilitar un aumento hasta las 20.000 toneladas/año a medida que crece la demanda. lo que también podría ayudar a reducir costes. Aun así, Rosling dice que en muchos casos no se han considerado plenamente los costos asociados con el cumplimiento de la sostenibilidad y los nuevos requisitos regulatorios. Mientras tanto, la urgencia de salvar el planeta es cada vez mayor. "La sociedad ya está presionando por más productos de origen biológico". Explica: "Hay muchos incentivos para impulsar las tecnologías de reciclaje, el mundo necesita avanzar más rápido en esto y creo que la sociedad no hará más que aumentar su impulso a los productos de base biológica en el futuro".
ACV y ventaja de sostenibilidad
Rosling afirma que los materiales de ABM Composite reducen las emisiones de gases de efecto invernadero y el uso de energía no renovable entre un 50 y un 60 por ciento por kilogramo. “Utilizamos la base de datos de huella ambiental 2.0, el conjunto de datos acreditado GaBi y cálculos de ACV (análisis del ciclo de vida) para nuestros productos basados en la metodología descrita en las normas ISO 14040 e ISO 14044”.
“Actualmente, cuando los compuestos llegan al final de su ciclo de vida, se requiere mucha energía para incinerar o pirolizar los residuos compuestos y los productos EOL, y la trituración y el compostaje son una opción atractiva y definitivamente es una de las propuestas 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 compostar los componentes de los compuestos EOL o disolver las fibras de los compuestos no degradables después de la incineración y utilizarlas como fertilizante? Esta es una opción de reciclaje de verdadero interés global”.
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Hora de publicación: 27 de mayo de 2024