Entä jos lasikuituvahvisteiset polymeerikomposiitit (GFRP) voitaisiin kompostoida niiden käyttöiän lopussa vuosikymmenien todistetusti painonpudotuksen, lujuuden ja jäykkyyden, korroosionkestävyyden ja kestävyyden lisäksi? Se on pähkinänkuoressa ABM Compositen teknologian vetovoima.
Bioaktiivinen lasi, lujat kuidut
Vuonna 2014 perustettu Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Suomi) on kehittänyt niin sanotusta bioaktiivisesta lasista valmistetun biohajoavan lasikuidun, jota ABM Compositen tutkimus- ja kehitysjohtaja Ari Rosling kuvailee "erityiseksi 1960-luvulla kehitetyksi formulaatioksi, joka mahdollistaa lasin hajoaa fysiologisissa olosuhteissa. Kun lasi joutuu kehoon, se hajoaa sen mineraalisuoloiksi vapauttaen natriumia, magnesiumia, fosfaatteja jne., mikä luo tilan, joka stimuloi luun kasvua.
"Sillä on samanlaisia ominaisuuksia kuinalkaliton lasikuitu (E-lasi).” Rosling sanoi: "Mutta tätä bioaktiivista lasia on vaikea valmistaa ja vetää kuiduiksi, ja tähän asti sitä on käytetty vain jauheena tai kittinä. Tietojemme mukaan ABM Composite oli ensimmäinen yritys, joka valmisti siitä erittäin lujia lasikuituja teollisessa mittakaavassa, ja käytämme nyt näitä ArcBiox X4/5 -lasikuituja erilaisten muovien, mukaan lukien biohajoavien polymeerien, lujittamiseen.
Lääketieteelliset implantit
Tampereen seutu, kaksi tuntia Helsingistä pohjoiseen, on ollut biopohjaisten biohajoavien polymeerien keskus lääketieteellisiin sovelluksiin 1980-luvulta lähtien. Rosling kuvailee: ”Yksi ensimmäisistä kaupallisesti saatavilla olevista näistä materiaaleista valmistettuja implantteja valmistettiin Tampereella, ja siitä ABM Composite sai alkunsa! joka on nyt lääketieteen liiketoimintayksikkömme”.
"On olemassa monia biohajoavia, bioabsorboituvia polymeerejä implantteja varten." Hän jatkaa, "mutta niiden mekaaniset ominaisuudet ovat kaukana luonnollisesta luusta. Pystyimme parantamaan näitä biohajoavia polymeerejä antaaksemme implantille saman lujuuden kuin luonnollinen luu." Rosling totesi, että lääketieteellisen luokan ArcBiox-lasikuidut ABM:n lisäyksellä voivat parantaa biohajoavien PLLA-polymeerien mekaanisia ominaisuuksia 200–500 %.
Tämän seurauksena ABM Compositen implantit tarjoavat paremman suorituskyvyn kuin vahvistamattomista polymeereistä tehdyt implantit, samalla kun ne ovat bioabsorboituvia ja edistävät luun muodostumista ja kasvua. ABM Composite käyttää myös automaattisia kuitujen/säikeiden sijoitustekniikoita varmistaakseen kuitujen optimaalisen suunnan, mukaan lukien kuitujen asettaminen implantin koko pituudelle sekä lisäkuitujen sijoittaminen mahdollisesti heikkoihin kohtiin.
Kotitalous- ja tekniset sovellukset
Kasvavan lääketieteellisen liiketoimintayksikön myötä ABM Composite tunnistaa, että biopohjaisia ja biohajoavia polymeerejä voidaan käyttää myös keittiövälineissä, ruokailuvälineissä ja muissa kodin tarvikkeissa. "Näillä biohajoavilla polymeereillä on tyypillisesti huonot mekaaniset ominaisuudet verrattuna öljypohjaisiin muoveihin." Rosling sanoi: "Mutta voimme vahvistaa näitä materiaaleja biohajoavilla lasikuiduillamme, mikä tekee niistä käytännössä hyvän vaihtoehdon fossiilipohjaisille kaupallisille muoveille monenlaisiin teknisiin sovelluksiin."
Tämän seurauksena ABM Composite on lisännyt teknistä liiketoimintayksikköään, joka työllistää nyt 60 henkilöä. "Tarjoamme kestävämpiä loppuelämän (EOL) ratkaisuja." Rosling sanoo: "Arvoehdotuksemme on laittaa nämä biohajoavat komposiitit teollisiin kompostointitoimintoihin, joissa ne muuttuvat maaperäksi." Perinteinen E-lasi on inerttiä eikä hajoa näissä kompostointilaitoksissa.
ArcBiox Fiber Composites
ABM Composite on kehittänyt erilaisia ArcBiox X4/5 -lasikuituja komposiittisovelluksiin, alkaenoikosuljetut kuidutja ruiskupuristusmassatjatkuvat kuidutprosesseihin, kuten tekstiilien ja pultruusiomuovaukseen. ArcBiox BSGF -sarjassa yhdistyvät biohajoavat lasikuidut biopohjaisiin polyesterihartseihin, ja sitä on saatavana yleisissä teknologialaaduissa ja ArcBiox 5 -laatuina, jotka on hyväksytty käytettäväksi elintarvikekosketussovelluksissa.
ABM Composite on myös tutkinut useita biohajoavia ja biopohjaisia polymeerejä, mukaan lukien polylaktihappo (PLA), PLLA ja polybuteenisukkinaatti (PBS). Alla oleva kaavio näyttää, kuinka X4/5-lasikuidut voivat parantaa suorituskykyä kilpaillakseen tavallisten lasikuituvahvisteisten polymeerien, kuten polypropeenin (PP) ja jopa polyamidi 6:n (PA6), kanssa.
ABM Composite on myös tutkinut useita biohajoavia ja biopohjaisia polymeerejä, mukaan lukien polylaktihappo (PLA), PLLA ja polybuteenisukkinaatti (PBS). Alla oleva kaavio näyttää, kuinka X4/5-lasikuidut voivat parantaa suorituskykyä kilpaillakseen tavallisten lasikuituvahvisteisten polymeerien, kuten polypropeenin (PP) ja jopa polyamidi 6:n (PA6), kanssa.
Kestävyys & Kompostoituvuus
Jos nämä komposiitit ovat biohajoavia, kuinka kauan ne kestävät? "X4/5-lasikuitumme eivät liukene viidessä minuutissa tai yössä kuten sokeri, ja vaikka niiden ominaisuudet heikkenevät ajan myötä, se ei ole yhtä havaittavissa." Rosling sanoo: "Hajottaaksemme tehokkaasti tarvitsemme kohonneita lämpötiloja ja kosteutta pitkiä aikoja, kuten löytyy in vivo tai teollisuuskompostikasoista. Testasimme esimerkiksi ArcBiox BSGF -materiaalistamme valmistettuja kuppeja ja kulhoja, jotka kestivät jopa 200 astianpesukertaa menettämättä toimivuutta. Mekaanisissa ominaisuuksissa on jonkin verran huonontumista, mutta ei niin paljon, että kupit eivät ole turvallisia käyttää.
On kuitenkin tärkeää, että kun nämä komposiitit hävitetään niiden käyttöiän lopussa, ne täyttävät kompostointiin vaadittavat standardivaatimukset, ja ABM Composite on tehnyt sarjan testejä osoittaakseen, että se täyttää nämä standardit. "ISO-standardien mukaan (teollinen kompostointi) biologisen hajoamisen tulisi tapahtua 6 kuukaudessa ja hajoamisen 3 kuukaudessa/90 päivässä." Rosling sanoo: "Hajottaminen tarkoittaa testinäytteen/tuotteen sijoittamista biomassaan tai kompostiin. 90 päivän kuluttua teknikko tutkii biomassan seulan avulla. 12 viikon kuluttua vähintään 90 prosenttia tuotteesta pitäisi läpäistä 2 mm × 2 mm:n seulan läpi.
Biohajoaminen määritetään jauhamalla neitseellistä materiaalia jauheeksi ja mittaamalla 90 päivän kuluttua vapautuneen CO2:n kokonaismäärä. Tämä arvioi, kuinka suuri osa kompostointiprosessin hiilipitoisuudesta muuttuu vedeksi, biomassaksi ja CO2:ksi. "Teollisen kompostointitestin läpäisemiseksi on saavutettava 90 prosenttia teoreettisesta 100 prosentista kompostointiprosessin CO2:sta (hiilipitoisuuden perusteella)".
Rosling sanoo, että ABM Composite on täyttänyt hajoamis- ja biohajoamisvaatimukset, ja testit ovat osoittaneet, että sen X4-lasikuidun lisääminen itse asiassa parantaa biohajoavuutta (katso yllä oleva taulukko), joka on vain 78 % esimerkiksi vahvistamattomalla PLA-seoksella. Hän selittää: ”Kuitenkin kun 30 % biohajoavia lasikuitujamme lisättiin, biohajoavuus nousi 94 prosenttiin, kun taas hajoamisasteet pysyivät hyvänä”.
Tämän seurauksena ABM Composite on osoittanut, että sen materiaalit voidaan sertifioida kompostoitaviksi standardin EN 13432 mukaisesti. Sen materiaalien tähän mennessä läpäisseet testit sisältävät materiaalien lopullisen aerobisen biohajoavuuden kontrolloiduissa kompostointiolosuhteissa ISO 16929 -standardin. kontrolloitu hajoaminen, ISO DIN EN 13432 kemiallisille vaatimuksille ja OECD 208 fytotoksisuustestauksille, ISO DIN EN 13432.
CO2 vapautuu kompostoinnissa
Kompostoinnin aikana hiilidioksidia todellakin vapautuu, mutta osa jää maaperään ja sitten kasvit hyödyntävät sen. Kompostointia on tutkittu vuosikymmeniä sekä teollisena prosessina että jälkikompostointiprosessina, josta vapautuu vähemmän CO2:ta kuin muut jätteenkäsittelyvaihtoehdot, ja kompostointia pidetään edelleen ympäristöystävällisenä ja hiilijalanjälkeä pienentävänä prosessina.
Ekotoksisuus sisältää kompostointiprosessin aikana tuotetun biomassan ja tällä biomassalla kasvatettujen kasvien testaamisen. "Tämän tarkoituksena on varmistaa, että näiden tuotteiden kompostointi ei vahingoita kasvavia kasveja." Rosling sanoi. Lisäksi ABM Composite on osoittanut, että sen materiaalit täyttävät biohajoavuusvaatimukset kotikompostointiolosuhteissa, jotka edellyttävät myös 90 % biohajoavuutta, mutta 12 kuukauden aikana verrattuna lyhyempään ajanjaksoon teollisessa kompostoinnissa.
Teolliset sovellukset, tuotanto, kustannukset ja tuleva kasvu
ABM Compositen materiaaleja käytetään useissa kaupallisissa sovelluksissa, mutta salassapitosopimusten vuoksi enempää ei voida paljastaa. "Tilaamme materiaalejamme käyttötarkoituksiin, kuten kuppeihin, lautasiin, lautasiin, ruokailuvälineisiin ja elintarvikkeiden säilytysastioihin", Rosling sanoo, "mutta niitä käytetään myös vaihtoehtona öljypohjaisille muoveille kosmetiikkasäiliöissä ja suurissa kodin tarvikkeissa. Viime aikoina materiaalimme on valittu käytettäviksi komponenttien valmistukseen suurissa teollisuuskonelaitteistoissa, jotka on vaihdettava 2-12 viikon välein. Nämä yritykset ovat havainneet, että käyttämällä X4-lasikuitulujitteitamme nämä mekaaniset osat voidaan valmistaa vaaditulla kulutuskestävyydellä ja ne ovat myös kompostoitavissa käytön jälkeen. Tämä on houkutteleva ratkaisu lähitulevaisuudessa, sillä näiden yritysten on haasteena täyttää uudet ympäristö- ja CO2-päästömääräykset.
Rosling lisäsi: "Kiinnostus jatkuvien kuitujen käyttämiseen erityyppisissä kankaissa ja kuitukankaissa kasvaa myös rakennusteollisuuden rakennekomponenttien valmistukseen. Näemme myös kiinnostusta käyttää biohajoavia kuitujamme biopohjaisten mutta ei-biohajoavien PA- tai PP-materiaalien ja inerttien kertamuovimateriaalien kanssa.
Tällä hetkellä X4/5-lasikuitu on kalliimpaa kuin E-lasi, mutta tuotantomäärät ovat myös suhteellisen pieniä, ja ABM Composite etsii useita mahdollisuuksia laajentaa sovelluksia ja helpottaa 20 000 tonniin/vuosi nousua kysynnän kasvaessa. mikä voisi myös auttaa vähentämään kustannuksia. Siitä huolimatta, Rosling sanoo, että monissa tapauksissa kestävän kehityksen ja uusien sääntelyvaatimusten täyttämiseen liittyviä kustannuksia ei ole otettu täysin huomioon. Samaan aikaan planeetan pelastamisen kiireellisyys kasvaa. "Yhteiskunta vaatii jo enemmän biopohjaisia tuotteita." Hän selittää: "Kierrätysteknologian edistämiseen on paljon kannustimia, maailman on edettävä nopeammin tässä ja uskon, että yhteiskunta vain lisää vetoaan biopohjaisten tuotteiden käyttöön tulevaisuudessa".
LCA ja kestävän kehityksen etu
Rosling sanoo, että ABM Compositen materiaalit vähentävät kasvihuonekaasupäästöjä ja uusiutumattoman energian käyttöä 50-60 prosenttia kiloa kohden. "Käytämme tuotteissamme Environmental Footprint Database 2.0 -tietokantaa, akkreditoitua GaBi-tietoaineistoa ja LCA- (Life Cycle Analysis) -laskelmia, jotka perustuvat ISO 14040- ja ISO 14044 -standardien menetelmiin".
"Tällä hetkellä, kun komposiitit saavuttavat elinkaarensa lopun, komposiittijätteen ja EOL-tuotteiden polttamiseen tai pyrolysoimiseen tarvitaan paljon energiaa, ja silppuaminen ja kompostointi on houkutteleva vaihtoehto, ja se on ehdottomasti yksi tärkeimmistä tarjoamistamme arvolupauksista. ja tarjoamme uudenlaisen kierrätettävyyden." Rosling sanoo: "Lasikuitumme on valmistettu luonnollisista mineraalikomponenteista, joita on jo maaperässä. Mikset siis kompostoisi EOL-komposiittikomponentteja tai liuottaisi kuituja hajoamattomista komposiiteista polton jälkeen ja käyttäisi niitä lannoitteena? Tämä on maailmanlaajuisesti kiinnostava kierrätysvaihtoehto."
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (myös WhatsApp)
T: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Osoite: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Shanghai
Postitusaika: 27.5.2024