فایبرگلاس قابل جذب و تجزیه پذیر، قطعات کامپوزیتی قابل کمپوست —— اخبار صنعت

اگر کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با الیاف شیشه (GFRP) علاوه بر چندین دهه مزایای ثابت شده کاهش وزن، استحکام و سفتی، مقاومت در برابر خوردگی و دوام، بتوانند در پایان عمر مفید خود کمپوست شوند؟ این به طور خلاصه جذابیت فناوری ABM Composite است.

شیشه زیست فعال، الیاف با استحکام بالا

Arctic Biomaterials Oy (تامپره، فنلاند) که در سال 2014 تأسیس شد، یک الیاف شیشه ای زیست تخریب پذیر ساخته شده از به اصطلاح شیشه فعال زیستی، که Ari Rosling، مدیر تحقیق و توسعه ABM Composite، آن را به عنوان "فرمولاسیون ویژه ای که در دهه 1960 توسعه یافت و به شیشه اجازه می دهد تا تحت شرایط فیزیولوژیکی تخریب شود. وقتی شیشه وارد بدن می‌شود، به نمک‌های معدنی تشکیل‌دهنده آن تجزیه می‌شود و سدیم، منیزیم، فسفات‌ها و غیره را آزاد می‌کند و در نتیجه شرایطی ایجاد می‌کند که رشد استخوان را تحریک می‌کند.

"این خواص مشابه بهفیبر شیشه ای بدون قلیایی (E-glass)" روزلینگ گفت: «اما این شیشه زیست فعال برای ساخت و کشیدن به الیاف دشوار است و تاکنون فقط به عنوان پودر یا بتونه استفاده شده است. تا آنجا که می دانیم، ABM Composite اولین شرکتی بود که الیاف شیشه ای با استحکام بالا را در مقیاس صنعتی از آن ساخت و ما اکنون از این الیاف شیشه ای ArcBiox X4/5 برای تقویت انواع پلاستیک ها از جمله پلیمرهای زیست تخریب پذیر استفاده می کنیم.

ایمپلنت های پزشکی

منطقه تامپره، دو ساعت در شمال هلسینکی، فنلاند، از دهه 1980 مرکز پلیمرهای زیست تخریب پذیر مبتنی بر زیست برای کاربردهای پزشکی بوده است. Rosling توضیح می‌دهد: «یکی از اولین ایمپلنت‌های تجاری موجود که با این مواد ساخته شده بود، در تامپره تولید شد، و اینگونه بود که ABM Composite شروع به کار کرد! که اکنون واحد تجاری پزشکی ما است.

بسیاری از پلیمرهای زیست تخریب پذیر و قابل جذب زیستی برای ایمپلنت ها وجود دارد. او ادامه می دهد، «اما خواص مکانیکی آنها با استخوان طبیعی فاصله زیادی دارد. ما توانستیم این پلیمرهای زیست تخریب پذیر را تقویت کنیم تا به ایمپلنت همان استحکام استخوان طبیعی بدهیم. Rosling خاطرنشان کرد که الیاف شیشه ای ArcBiox درجه پزشکی با افزودن ABM می تواند خواص مکانیکی پلیمرهای زیست تخریب پذیر PLLA را بین 200 تا 500 درصد بهبود بخشد.

در نتیجه، ایمپلنت‌های ABM Composite عملکرد بالاتری نسبت به ایمپلنت‌های ساخته‌شده با پلیمرهای تقویت‌نشده ارائه می‌دهند و در عین حال قابل جذب زیستی هستند و باعث تشکیل و رشد استخوان می‌شوند. ABM Composite همچنین از تکنیک‌های خودکار قرار دادن فیبر/رشته برای اطمینان از جهت‌گیری بهینه فیبر، از جمله قرار دادن الیاف در طول کل ایمپلنت و همچنین قرار دادن الیاف اضافی در نقاط بالقوه ضعیف استفاده می‌کند.

کاربردهای خانگی و فنی

با واحد تجاری در حال رشد خود، ABM Composite تشخیص می دهد که پلیمرهای زیست تخریب پذیر و زیست تخریب پذیر نیز می توانند برای ظروف آشپزخانه، کارد و چنگال و سایر اقلام خانگی استفاده شوند. این پلیمرهای زیست تخریب پذیر معمولاً دارای خواص مکانیکی ضعیفی در مقایسه با پلاستیک های مبتنی بر نفت هستند. Rosling گفت: "اما ما می توانیم این مواد را با الیاف شیشه ای زیست تخریب پذیر خود تقویت کنیم و آنها را عملاً جایگزین خوبی برای پلاستیک های تجاری مبتنی بر فسیل برای طیف گسترده ای از کاربردهای فنی کنیم."

در نتیجه ABM Composite واحد تجاری فنی خود را افزایش داده است که اکنون 60 نفر در آن مشغول به کار هستند. ما راه حل های پایدارتری برای پایان عمر (EOL) ارائه می دهیم. روسلینگ می‌گوید: «ارزش پیشنهادی ما این است که این کامپوزیت‌های زیست تخریب‌پذیر را در عملیات کمپوست‌سازی صنعتی قرار دهیم، جایی که به خاک تبدیل شوند». E-glass سنتی بی اثر است و در این امکانات کمپوست تخریب نمی شود.

کامپوزیت های فیبر ArcBiox

ABM Composite اشکال مختلفی از الیاف شیشه ای ArcBiox X4/5 را برای کاربردهای کامپوزیت توسعه داده است.الیاف کوتاهو ترکیبات قالب گیری تزریقی بهالیاف پیوستهبرای فرآیندهایی مانند قالب‌گیری نساجی و پالتروژن. طیف ArcBiox BSGF الیاف شیشه ای زیست تخریب پذیر را با رزین های پلی استر مبتنی بر زیست ترکیب می کند و در درجه های فناوری عمومی و گریدهای ArcBiox 5 تایید شده برای استفاده در برنامه های تماس با مواد غذایی موجود است.

ABM Composite همچنین انواع پلیمرهای زیست تخریب پذیر و زیستی از جمله پلی لاکتیک اسید (PLA)، PLLA و سوکسینات پلی بوتیلن (PBS) را بررسی کرده است. نمودار زیر نشان می دهد که چگونه الیاف شیشه X4/5 می توانند عملکرد را برای رقابت با پلیمرهای استاندارد تقویت شده با الیاف شیشه مانند پلی پروپیلن (PP) و حتی پلی آمید 6 (PA6) بهبود بخشند.

ABM Composite همچنین انواع پلیمرهای زیست تخریب پذیر و مبتنی بر زیستی از جمله پلی لاکتیک اسید (PLA)، PLLA و پلی بوتیلن سوکسینات (PBS) را بررسی کرده است. نمودار زیر نشان می دهد که چگونه الیاف شیشه X4/5 می توانند عملکرد را برای رقابت با پلیمرهای استاندارد تقویت شده با الیاف شیشه مانند پلی پروپیلن (PP) و حتی پلی آمید 6 (PA6) بهبود بخشند.

دوام و کمپوست پذیری

اگر این کامپوزیت ها زیست تخریب پذیر باشند، چقدر دوام خواهند داشت؟ الیاف شیشه X4/5 ما مانند شکر در مدت پنج دقیقه یا یک شب حل نمی‌شوند، و در حالی که خواص آن‌ها به مرور زمان کاهش می‌یابد، چندان قابل توجه نخواهد بود. Rosling می‌گوید: «برای تخریب مؤثر، ما به دما و رطوبت بالا در دوره‌های زمانی طولانی نیاز داریم، همانطور که در داخل بدن یا در توده‌های کمپوست صنعتی یافت می‌شود. به عنوان مثال، ما فنجان ها و کاسه های ساخته شده از مواد ArcBiox BSGF خود را آزمایش کردیم و آنها می توانند تا 200 چرخه ظرفشویی را بدون از دست دادن عملکرد مقاومت کنند. خواص مکانیکی کمی کاهش می یابد، اما نه به حدی که استفاده از فنجان ها ناامن باشد.

با این حال، مهم است که زمانی که این کامپوزیت ها در پایان عمر مفید خود دور ریخته می شوند، الزامات استاندارد مورد نیاز برای کمپوست سازی را برآورده می کنند و ABM Composite یک سری آزمایش را انجام داده است تا ثابت کند که این استانداردها را برآورده می کند. طبق استانداردهای ISO (برای کمپوست سازی صنعتی)، تجزیه زیستی باید در عرض 6 ماه و تجزیه در عرض 3 ماه / 90 روز رخ دهد. روسلینگ می گوید: «تجزیه به معنای قرار دادن نمونه/محصول آزمایشی در زیست توده یا کمپوست است. پس از 90 روز، تکنسین زیست توده را با استفاده از یک غربال بررسی می کند. پس از 12 هفته، حداقل 90 درصد محصول باید از یک الک 2 میلی متر × 2 میلی متر عبور کند.

تجزیه بیولوژیکی با آسیاب کردن مواد بکر به پودر و اندازه گیری مقدار کل CO2 آزاد شده پس از 90 روز تعیین می شود. این ارزیابی می کند که چه مقدار از محتوای کربن فرآیند کمپوست به آب، زیست توده و CO2 تبدیل می شود. "برای قبولی در آزمون کمپوست صنعتی، 90 درصد از 100 درصد CO2 نظری حاصل از فرآیند کمپوست سازی باید به دست آید (بر اساس محتوای کربن)".

Rosling می‌گوید ABM Composite الزامات تجزیه و تجزیه زیستی را برآورده کرده است، و آزمایش‌ها نشان داده‌اند که افزودن فیبر شیشه‌ای X4 آن واقعاً تجزیه‌پذیری زیستی را بهبود می‌بخشد (جدول بالا را ببینید)، که برای مثال برای یک ترکیب PLA تقویت‌نشده تنها 78 درصد است. او توضیح می دهد: «با این حال، وقتی 30 درصد الیاف شیشه ای زیست تخریب پذیر ما اضافه شد، تجزیه زیستی به 94 درصد افزایش یافت در حالی که نرخ تخریب خوب باقی ماند».

در نتیجه، ABM Composite نشان داده است که مواد خود را می توان به عنوان مواد کمپوست پذیر طبق EN 13432 تایید کرد. آزمایشاتی که مواد آن تا به امروز گذرانده اند شامل ISO 14855-1 برای تجزیه پذیری هوازی نهایی مواد تحت شرایط کمپوست کنترل شده، ISO 16929 برای هوازی است. تجزیه کنترل شده، ISO DIN EN 13432 برای الزامات شیمیایی، و OECD 208 برای آزمایش سمیت گیاهی، ISO DIN EN 13432.

CO2 آزاد شده در طول کمپوست

در طول کمپوست، CO2 در واقع آزاد می شود، اما مقداری در خاک باقی می ماند و سپس توسط گیاهان استفاده می شود. کمپوست سازی برای دهه ها مورد مطالعه قرار گرفته است، هم به عنوان یک فرآیند صنعتی و هم به عنوان یک فرآیند پس از کمپوست سازی که CO2 کمتری نسبت به سایر جایگزین های دفع زباله آزاد می کند، و کمپوست سازی هنوز هم یک فرآیند سازگار با محیط زیست و کاهش ردپای کربن محسوب می شود.

سمیت زیست محیطی شامل آزمایش زیست توده تولید شده در طی فرآیند کمپوست و گیاهان رشد یافته با این زیست توده است. "این برای اطمینان از اینکه کمپوست کردن این محصولات به گیاهان در حال رشد آسیب نمی رساند." روزلینگ گفت. علاوه بر این، ABM Composite نشان داده است که مواد آن شرایط تجزیه زیستی را در شرایط کمپوست خانگی، که همچنین به 90٪ تجزیه زیستی نیاز دارد، اما در یک دوره 12 ماهه، در مقایسه با دوره کوتاه‌تر برای کمپوست صنعتی، برآورده می‌کنند.

کاربردهای صنعتی، تولید، هزینه ها و رشد آینده

مواد ABM Composite در تعدادی از برنامه‌های تجاری استفاده می‌شوند، اما به دلیل قراردادهای محرمانه نمی‌توان موارد بیشتری را فاش کرد. روسلینگ می‌گوید: «ما مواد خود را مطابق با کاربردهایی مانند فنجان، نعلبکی، بشقاب، کارد و چنگال و ظروف نگهداری مواد غذایی سفارش می‌دهیم، اما آنها همچنین به عنوان جایگزینی برای پلاستیک‌های مبتنی بر نفت در ظروف لوازم آرایشی و لوازم خانگی بزرگ استفاده می‌شوند. اخیراً، مواد ما برای استفاده در ساخت قطعات در تاسیسات ماشین آلات صنعتی بزرگ انتخاب شده اند که هر 2 تا 12 هفته نیاز به تعویض دارند. این شرکت ها تشخیص داده اند که با استفاده از تقویت کننده فیبر شیشه ای X4، می توان این قطعات مکانیکی را با مقاومت سایشی لازم ساخته و پس از استفاده نیز قابل کمپوست شدن است. این یک راه حل جذاب برای آینده نزدیک است زیرا این شرکت ها با چالش رعایت مقررات جدید زیست محیطی و انتشار CO2 روبرو هستند.

Rosling افزود: "همچنین علاقه فزاینده ای به استفاده از الیاف پیوسته ما در انواع مختلف پارچه و منسوجات غیر بافته برای ساخت اجزای ساختاری برای صنعت ساختمان وجود دارد. ما همچنین علاقه‌مندی به استفاده از الیاف زیست تخریب‌پذیر خود با PA یا PP مبتنی بر زیستی اما غیرقابل تجزیه زیستی و مواد ترموست بی‌اثر هستیم.»

در حال حاضر، فایبرگلاس X4/5 گرانتر از شیشه E است، اما حجم تولید نیز نسبتاً کم است، و ABM Composite به دنبال تعدادی فرصت برای گسترش کاربردها و تسهیل افزایش سطح 20000 تن در سال با افزایش تقاضا است. که می تواند به کاهش هزینه ها نیز کمک کند. با این حال، Rosling می‌گوید که در بسیاری از موارد هزینه‌های مرتبط با پایداری و الزامات نظارتی جدید به طور کامل در نظر گرفته نشده است. در همین حال، فوریت نجات سیاره در حال افزایش است. "جامعه در حال حاضر برای محصولات زیستی بیشتر فشار می آورد." او توضیح می‌دهد: «محرک‌های زیادی برای پیشبرد فناوری‌های بازیافت وجود دارد، جهان باید در این زمینه سریع‌تر حرکت کند و من فکر می‌کنم جامعه فقط در آینده فشار خود را برای محصولات زیستی افزایش خواهد داد».

LCA و مزیت پایداری

Rosling می گوید که مواد ABM Composite انتشار گازهای گلخانه ای و استفاده از انرژی های تجدید ناپذیر را 50 تا 60 درصد در هر کیلوگرم کاهش می دهد. ما از پایگاه داده ردپای محیطی 2.0، مجموعه داده معتبر GaBi و محاسبات LCA (تحلیل چرخه عمر) برای محصولات خود بر اساس روش‌های مشخص شده در ISO 14040 و ISO 14044 استفاده می‌کنیم.

در حال حاضر، هنگامی که کامپوزیت ها به پایان چرخه عمر خود می رسند، انرژی زیادی برای سوزاندن یا پیرولیز ضایعات کامپوزیت و محصولات EOL مورد نیاز است، و خرد کردن و کمپوست کردن گزینه جذابی است، و قطعاً یکی از پیشنهادات ارزش کلیدی است که ما ارائه می دهیم. و ما در حال ارائه نوع جدیدی از قابلیت بازیافت هستیم.» روسلینگ می‌گوید: «فایبرگلاس ما از اجزای معدنی طبیعی ساخته شده است که از قبل در خاک وجود دارد. پس چرا اجزای کامپوزیت EOL را کمپوست نکنید یا الیاف کامپوزیت های تجزیه ناپذیر را پس از سوزاندن حل نکنید و از آنها به عنوان کود استفاده نکنید؟ این یک گزینه بازیافت مورد علاقه واقعی جهانی است.

Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (همچنین WhatsApp)
T: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
آدرس: NO.398 New Green Road Xinbang Town District Songjiang، شانگهای