Mis siis, kui klaaskiuga tugevdatud polümeeri (GFRP) komposiidid saaks kompostida nende kasuliku eluea lõpus, lisaks aastakümnete pikkusele tõestatud eelistele nagu kaalu vähendamine, tugevus ja jäikus, korrosioonikindlus ja vastupidavus? Lühidalt öeldes on see ABM Composite'i tehnoloogia võlu.
Bioaktiivne klaas, kõrge tugevusega kiud
2014. aastal asutatud Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Soome) on välja töötanud nn bioaktiivsest klaasist valmistatud biolaguneva klaaskiu, mida ABM Composite'i teadus- ja arendusdirektor Ari Rosling kirjeldab kui „1960. aastatel välja töötatud spetsiaalset koostist, mis võimaldab klaasil füsioloogilistes tingimustes laguneda. Kehasse sattudes laguneb klaas selle koostisse kuuluvateks mineraalsooladeks, vabastades naatriumi, magneesiumi, fosfaate jne, luues seeläbi luude kasvu stimuleeriva seisundi.
"Sellel on sarnased omadusedleelisevaba klaaskiud (E-klaas).” Rosling ütles: "Kuid seda bioaktiivset klaasi on raske toota ja kiududeks tõmmata ning siiani on seda kasutatud ainult pulbri või kittina. Meile teadaolevalt oli ABM Composite esimene ettevõte, kes valmistas sellest tööstuslikus mastaabis ülitugevaid klaaskiude ja nüüd kasutame neid ArcBiox X4/5 klaaskiude erinevat tüüpi plastide, sealhulgas biolagunevate polümeeride tugevdamiseks.
Meditsiinilised implantaadid
Soomes Helsingist kaks tundi põhja pool asuv Tampere piirkond on alates 1980. aastatest olnud meditsiiniliseks kasutamiseks mõeldud biopõhiste biolagunevate polümeeride keskus. Rosling kirjeldab: „Üks esimesi müügilolevaid nendest materjalidest valmistatud implantaate toodeti Tamperes ja nii sai ABM Composite alguse! mis on nüüd meie meditsiiniline äriüksus”.
"Implantaatide jaoks on palju biolagunevaid, bioabsorbeeruvaid polümeere." Ta jätkab, "kuid nende mehaanilised omadused on looduslikust luust kaugel. Suutsime neid biolagunevaid polümeere täiustada, et anda implantaadile sama tugevus kui looduslikust luust. Rosling märkis, et meditsiinilise kvaliteediga ArcBiox klaaskiud koos ABM-i lisamisega võivad parandada biolagunevate PLLA polümeeride mehaanilisi omadusi 200% kuni 500%.
Selle tulemusena pakuvad ABM Composite'i implantaadid suuremat jõudlust kui tugevdamata polümeeridest valmistatud implantaadid, olles samas ka bioabsorbeeruvad ning soodustavad luude moodustumist ja kasvu. ABM Composite kasutab kiudude optimaalse orientatsiooni tagamiseks ka automatiseeritud kiudude/kiudude paigutamise tehnikaid, sealhulgas kiudude paigaldamist kogu implantaadi pikkuses, samuti täiendavate kiudude paigutamist potentsiaalselt nõrkadesse kohtadesse.
Kodused ja tehnilised rakendused
Oma kasvava meditsiinilise äriüksusega tunnistab ABM Composite, et biopõhiseid ja biolagunevaid polümeere saab kasutada ka kööginõude, söögiriistade ja muude majapidamistarvete jaoks. "Neil biolagunevatel polümeeridel on naftapõhiste plastidega võrreldes tavaliselt halvad mehaanilised omadused." Rosling ütles: "Kuid me saame tugevdada neid materjale oma biolagunevate klaaskiududega, muutes need peaaegu heaks alternatiiviks fossiilpõhistele kaubanduslikele plastidele mitmesuguste tehniliste rakenduste jaoks."
Selle tulemusena on ABM Composite suurendanud oma tehnilist äriüksust, mis annab praegu tööd 60 inimesele. "Pakume säästvamaid kasutusea lõpu (EOL) lahendusi." Rosling ütleb: "Meie väärtuspakkumine on panna need biolagunevad komposiidid tööstuslikesse kompostimistoimingutesse, kus need muutuvad pinnaseks." Traditsiooniline E-klaas on inertne ega lagune neis kompostimisrajatistes.
ArcBioxi kiudkomposiidid
ABM Composite on komposiitrakenduste jaoks välja töötanud erinevaid ArcBiox X4/5 klaaskiude vorme, alateslühilõikega kiudja survevalusegudpidevad kiudselliste protsesside jaoks nagu tekstiili- ja pultrusioonvormimine. ArcBiox BSGF-i sari ühendab biolagunevaid klaaskiude biopõhiste polüestervaikudega ning on saadaval üldtehnoloogilistes klassides ja ArcBiox 5 klassides, mis on heaks kiidetud kasutamiseks toiduga kokkupuutuvates rakendustes.
ABM Composite on uurinud ka mitmesuguseid biolagunevaid ja biopõhiseid polümeere, sealhulgas polülaktihapet (PLA), PLLA-d ja polübutüleensuktsinaati (PBS). Allolev diagramm näitab, kuidas X4/5 klaaskiud võivad parandada jõudlust, et konkureerida standardsete klaaskiuga tugevdatud polümeeridega, nagu polüpropüleen (PP) ja isegi polüamiid 6 (PA6).
ABM Composite on uurinud ka mitmesuguseid biolagunevaid ja biopõhiseid polümeere, sealhulgas polülaktihapet (PLA), PLLA-d ja polübutüleensuktsinaati (PBS). Allolev diagramm näitab, kuidas X4/5 klaaskiud võivad parandada jõudlust, et konkureerida standardsete klaaskiuga tugevdatud polümeeridega, nagu polüpropüleen (PP) ja isegi polüamiid 6 (PA6).
Vastupidavus ja kompostitavus
Kui need komposiidid on biolagunevad, siis kui kaua need kestavad? "Meie X4/5 klaaskiud ei lahustu viie minuti või üleöö nagu suhkur, ja kuigi nende omadused aja jooksul halvenevad, ei ole see nii märgatav." Rosling ütleb: "Tõhusaks lagunemiseks vajame pika aja jooksul kõrgendatud temperatuuri ja niiskust, nagu seda leidub in vivo või tööstuslikes kompostihunnikutes. Näiteks testisime meie ArcBiox BSGF materjalist valmistatud tasse ja kausse ning need pidasid funktsionaalsust kaotamata vastu kuni 200 nõudepesutsüklit. Mehaanilised omadused on mõnevõrra halvenenud, kuid mitte nii kaugele, et tasside kasutamine oleks ohtlik.
Siiski on oluline, et kui need komposiitmaterjalid kasutusea lõpus utiliseeritakse, vastaksid need kompostimiseks vajalikele standardnõuetele ning ABM Composite on läbi viinud rea katseid, et tõestada, et see vastab nendele standarditele. “Vastavalt ISO standarditele (tööstuslikuks kompostimiseks) peaks biolagunemine toimuma 6 kuu jooksul ja lagunemine 3 kuu/90 päeva jooksul. Rosling ütleb: "Lagunemine tähendab uuritava proovi/toote asetamist biomassi või komposti. 90 päeva pärast uurib tehnik biomassi sõela abil. 12 nädala pärast peaks vähemalt 90% tootest läbima 2 mm × 2 mm sõela”.
Biolagunemine määratakse esmase materjali jahvatamisel pulbriks ja 90 päeva pärast vabanenud CO2 koguhulga mõõtmisega. Sellega hinnatakse, kui suur osa kompostimisprotsessi süsinikusisaldusest muudetakse veeks, biomassiks ja CO2-ks. "Tööstusliku kompostimise testi läbimiseks peab olema saavutatud 90 protsenti teoreetilisest 100 protsendist kompostimisprotsessi CO2-st (süsinikusisalduse alusel)".
Rosling ütleb, et ABM Composite on täitnud lagunemise ja biolagunemise nõuded ning katsed on näidanud, et selle X4 klaaskiu lisamine parandab tegelikult biolagunevust (vt ülaltoodud tabelit), mis on näiteks tugevdamata PLA segu puhul vaid 78%. Ta selgitab: "Kuid kui lisati meie 30% biolagunevad klaaskiud, suurenes biolagunemine 94% -ni, samas kui lagunemiskiirused jäid headeks."
Selle tulemusel on ABM Composite näidanud, et selle materjale saab standardi EN 13432 järgi sertifitseerida komposteeritavatena. Seni läbinud testid hõlmavad ISO 14855-1 materjalide lõpliku aeroobse biolagunevuse kohta kontrollitud kompostimistingimustes ja ISO 16929 aeroobsetes tingimustes. kontrollitud lagunemine, ISO DIN EN 13432 keemiliste nõuete jaoks ja OECD 208 fütotoksilisuse testimiseks, ISO DIN EN 13432.
Kompostimisel eralduv CO2
Kompostimise käigus CO2 tõepoolest eraldub, kuid osa jääb mulda ja seejärel kasutavad taimed ära. Kompostimist on aastakümneid uuritud nii tööstusliku protsessina kui ka järelkompostimise protsessina, mille käigus eraldub vähem CO2 kui teistest jäätmete kõrvaldamise alternatiividest ning kompostimist peetakse endiselt keskkonnasõbralikuks ja süsiniku jalajälge vähendavaks protsessiks.
Ökotoksilisus hõlmab kompostimisprotsessi käigus toodetud biomassi ja selle biomassiga kasvatatud taimede testimist. "Selle eesmärk on tagada, et nende toodete kompostimine ei kahjustaks kasvavaid taimi." ütles Rosling. Lisaks on ABM Composite näidanud, et selle materjalid vastavad biolagunemisnõuetele kodukompostimise tingimustes, mis nõuavad samuti 90% biolagunemist, kuid 12-kuulise perioodi jooksul, võrreldes tööstusliku kompostimise lühema perioodiga.
Tööstuslikud rakendused, tootmine, kulud ja tulevane kasv
ABM Composite'i materjale kasutatakse paljudes kommertsrakendustes, kuid konfidentsiaalsuslepingute tõttu ei saa rohkem avaldada. "Tellime oma materjale nii, et need sobiksid selliste rakendustega nagu tassid, alustassid, taldrikud, söögiriistad ja toiduainete säilitusnõud," ütleb Rosling, "kuid neid kasutatakse ka alternatiivina naftapõhistele plastidele kosmeetikakonteinerites ja suurtes majapidamistarvetes. Viimasel ajal on meie materjalid valitud kasutamiseks komponentide valmistamisel suurtes tööstusmasinate paigaldustes, mis vajavad väljavahetamist iga 2-12 nädala tagant. Need ettevõtted on tunnistanud, et kasutades meie X4 klaaskiudarmatuuri, saab need mehaanilised osad valmistada vajaliku kulumiskindlusega ja on ka pärast kasutamist kompostitavad. See on lähituleviku jaoks atraktiivne lahendus, kuna need ettevõtted seisavad silmitsi väljakutsega täita uusi keskkonna- ja CO2-heite eeskirju.
Rosling lisas: "Samuti kasvab huvi meie pidevate kiudude kasutamise vastu erinevat tüüpi kangastes ja lausriidest ehitustööstuse konstruktsioonikomponentide valmistamiseks. Samuti tunneme huvi meie biolagunevate kiudude kasutamise vastu koos biopõhiste, kuid mittebiolagunevate PA või PP ja inertsete termoreaktiivsete materjalidega.
Praegu on X4/5 klaaskiud kallim kui E-klaas, kuid tootmismahud on samuti suhteliselt väikesed ning ABM Composite otsib mitmeid võimalusi rakenduste laiendamiseks ja hõlbustab nõudluse kasvades kasvu kuni 20 000 tonnini aastas. mis võib samuti aidata kulusid vähendada. Sellegipoolest ei ole Roslingi sõnul paljudel juhtudel jätkusuutlikkuse ja uute regulatiivsete nõuete täitmisega seotud kulusid täielikult arvesse võetud. Samal ajal kasvab kiireloomulisus planeedi päästmiseks. "Ühiskond nõuab juba rohkem biopõhiseid tooteid." Ta selgitab: "Taaskasutustehnoloogiate edendamiseks on palju stiimuleid, maailm peab sellega kiiremini edasi liikuma ja ma arvan, et ühiskond suurendab tulevikus oma tõuget biopõhiste toodete poole."
LCA ja jätkusuutlikkuse eelis
Rosling ütleb, et ABM Composite'i materjalid vähendavad kasvuhoonegaaside heitkoguseid ja taastumatu energia kasutamist 50–60 protsenti kilogrammi kohta. „Kasutame oma toodete jaoks keskkonnajalajälje andmebaasi 2.0, akrediteeritud GaBi andmekogumit ja LCA (Life Cycle Analysis) arvutusi, mis põhinevad standardites ISO 14040 ja ISO 14044 kirjeldatud metoodikal.
„Praegu, kui komposiitmaterjalid jõuavad oma elutsükli lõppu, kulub komposiitjäätmete ja EOL-toodete põletamiseks või pürolüüsimiseks palju energiat ning purustamine ja kompostimine on atraktiivne valik ning see on kindlasti üks meie pakutavatest võtmeväärtustest. ja pakume uut tüüpi taaskasutatavust. Rosling ütleb: "Meie klaaskiud on valmistatud looduslikest mineraalsetest komponentidest, mis on juba mullas olemas. Miks siis mitte kompostida EOL-i komposiitkomponente või lahustada mittelagunevatest komposiitmaterjalidest kiud pärast põletamist ja kasutada neid väetisena? See on ringlussevõtu võimalus, mis pakub tõelist ülemaailmset huvi.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (ka WhatsApp)
T: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Aadress: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Shanghai
Postitusaeg: 27. mai-2024