Et si des composites en polymère renforcé de fibres de verre (GFRP) pouvaient être composés à la fin de leur durée de vie utile, en plus des décennies de prestations éprouvées de la réduction, de la résistance et de la rigidité, de la résistance à la corrosion et de la durabilité? C'est, en un mot, l'attrait de la technologie d'ABM Composite.
Verre bioactive, fibres à haute résistance
Fondée en 2014, l'Arctique Biomaterials OY (Tampere, Finlande) a développé une fibre de verre biodégradable fabriquée à partir de soi-disant verre bioactif, qui ARI Rosling, directeur de R&D AT ABM Composite, décrit comme «une formulation spéciale développée dans les années 1960 qui permet de se dégrader dans des conditions physiologiques. Lorsqu'elle est introduite dans le corps, le verre se décompose en ses sels minéraux constituants, libérant du sodium, du magnésium, des phosphates, etc., créant ainsi une condition qui stimule la croissance osseuse. »
«Il a des propriétés similaires àfibre de verre sans alcali (en verre électronique). " Rosling a déclaré: «Mais ce verre bioactif est difficile à fabriquer et à tirer des fibres, et jusqu'à présent, il n'a été utilisé que comme poudre ou mastic. Pour autant que nous sachions, ABM Composite a été la première entreprise à en faire des fibres de verre à haute résistance à une échelle industrielle, et nous utilisons maintenant ces fibres de verre ArcBiOX X4 / 5 pour renforcer divers types de plastiques, y compris les polymères biodégradables ».
Implants médicaux
La région de Tampere, à deux heures au nord d'Helsinki, en Finlande, est un centre de polymères biodégradables bio pour les applications médicales depuis les années 1980. Rosling décrit: «L'un des premiers implants disponibles dans le commerce fabriqués avec ces matériaux a été produit à Tampere, et c'est ainsi qu'ABM Composite a commencé! qui est maintenant notre unité commerciale médicale ».
«Il existe de nombreux polymères biodégradables et bioabsorbables pour les implants.» Il continue: «Mais leurs propriétés mécaniques sont loin de l'os naturel. Nous avons pu améliorer ces polymères biodégradables afin de donner à l'implant la même force que l'os naturel ». Rosling a noté que les fibres de verre arcbiox de qualité médicale avec l'ajout d'ABM peuvent améliorer les propriétés mécaniques des polymères PLLA biodégradables de 200% à 500%.
En conséquence, les implants d'ABM Composite offrent des performances plus élevées que les implants fabriqués avec des polymères non renforcés, tout en étant bioabsorbable et favorisant la formation et la croissance osseuses. ABM Composite utilise également des techniques automatisées de placement des fibres / brins pour assurer une orientation optimale des fibres, y compris les fibres de pose sur toute la longueur de l'implant, ainsi que de placer des fibres supplémentaires à des points potentiellement faibles.
Applications ménagers et techniques
Avec son unité commerciale médicale croissante, ABM Composite reconnaît que les polymères bio-basés et biodégradables peuvent également être utilisés pour les ustensiles de cuisine, les couverts et autres articles ménagers. «Ces polymères biodégradables ont généralement de mauvaises propriétés mécaniques par rapport aux plastiques à base de pétrole.» Rosling a déclaré: «Mais nous pouvons renforcer ces matériaux avec nos fibres de verre biodégradables, ce qui en fait pratiquement une bonne alternative aux plastiques commerciaux fossiles pour un large éventail d'applications techniques».
En conséquence, ABM Composite a augmenté son unité commerciale technique, qui emploie désormais 60 personnes. «Nous proposons des solutions de fin de vie (EOL) plus durables.» Rosling dit: «Notre proposition de valeur est de mettre ces composites biodégradables dans des opérations de compostage industriel où ils se transforment en sol.» Le verre électronique traditionnel est inerte et ne se dégradera pas dans ces installations de compostage.
Composites de fibres arcbiox
ABM Composite a développé diverses formes de fibres de verre ArcBiOX X4 / 5 pour les applications composites, à partir defibres courteset composés de moulage par injection pourfibres continuespour des processus tels que le moulage textile et la pultrusion. La gamme ArcBIOX BSGF combine des fibres de verre biodégradables avec des résines en polyester bio et est disponible dans les notes technologiques générales et les grades ArcBiOX 5 approuvés pour une utilisation dans les applications de contact alimentaire.
ABM Composite a également étudié une variété de polymères biodégradables et bio-basés, notamment de l'acide polylactique (PLA), du PLLA et du succinate de polybutylène (PBS). Le diagramme ci-dessous montre comment les fibres de verre X4 / 5 peuvent améliorer les performances pour rivaliser avec des polymères renforcés en fibre de verre standard tels que le polypropylène (PP) et même le polyamide 6 (PA6).
ABM Composite a également étudié une variété de polymères biodégradables et bio-basés, notamment de l'acide polylactique (PLA), du PLLA et du succinate de polybutylène (PBS). Le diagramme ci-dessous montre comment les fibres de verre X4 / 5 peuvent améliorer les performances pour rivaliser avec des polymères renforcés en fibre de verre standard tels que le polypropylène (PP) et même le polyamide 6 (PA6).
Durabilité et compostabilité
Si ces composites sont biodégradables, combien de temps dureront-ils? "Nos fibres de verre X4 / 5 ne se dissolvent pas en cinq minutes ou pendant la nuit comme le font le sucre, et bien que leurs propriétés se dégradent avec le temps, ce ne sera pas aussi visible." Selon Rosling, «pour se dégrader efficacement, nous avons besoin de températures et d'humidité élevées sur de longues périodes, comme on le trouve in vivo ou dans des tas de compost industriels. Par exemple, nous avons testé des tasses et des bols fabriqués à partir de notre matériau Arcbiox BSGF, et ils pourraient supporter jusqu'à 200 cycles de lave-vaisselle sans perdre de fonctionnalité. Il y a une certaine dégradation des propriétés mécaniques, mais pas au point où les tasses sont dangereuses à utiliser ».
Cependant, il est important que lorsque ces composites sont éliminées à la fin de leur durée de vie utile, ils répondent aux exigences standard nécessaires au compostage, et ABM Composite a effectué une série de tests pour prouver qu'il répond à ces normes. "Selon les normes ISO (pour le compostage industriel), une biodégradation devrait se produire dans les 6 mois et la décomposition dans les 3 mois / 90 jours". Rosling dit: «La décomposition signifie placer l'échantillon / produit de test dans la biomasse ou le compost. Après 90 jours, le technicien examine la biomasse à l'aide d'un tamis. Après 12 semaines, au moins 90% du produit devrait pouvoir passer à travers un tamis de 2 mm × 2 mm ».
La biodégradation est déterminée en broyant le matériau vierge en poudre et en mesurant la quantité totale de CO2 libérée après 90 jours. Cela évalue la quantité de teneur en carbone du processus de compostage converti en eau, biomasse et CO2. «Pour réussir le test de compostage industriel, 90% du CO2 théorique à 100% du processus de compostage doivent être obtenus (sur la base de la teneur en carbone)».
Rosling dit que ABM Composite a répondu aux exigences de décomposition et de biodégradation, et les tests ont montré que l'ajout de sa fibre de verre X4 améliore en fait la biodégradabilité (voir le tableau ci-dessus), qui n'est que de 78% pour un mélange de PLA non renforcé, par exemple. Il explique, cependant, lorsque nos fibres de verre biodégradables à 30% ont été ajoutées, la biodégradation a augmenté à 94%, tandis que les taux de dégradation sont restés bons ».
En conséquence, ABM Composite a démontré que ses matériaux peuvent être certifiés compostables selon EN 13432. Les tests que ses matériaux ont passé à ce jour comprennent l'ISO 14855-1 13432.
CO2 libéré pendant le compostage
Pendant le compostage, le CO2 est en effet libéré, mais certains restent dans le sol et sont ensuite utilisés par les plantes. Le compostage est étudié depuis des décennies, à la fois en tant que processus industriel et en tant que processus de post-compostation qui libère moins de CO2 que les autres alternatives d'élimination des déchets, et le compostage est toujours considéré comme un processus de réduction de l'empreinte de l'empreinte pour l'environnement et carbone.
L'écotoxicité consiste à tester la biomasse produite pendant le processus de compostage et les plantes cultivées avec cette biomasse. «Il s'agit de s'assurer que le compostage de ces produits ne nuit pas aux plantes en croissance.» Dit Rosling. De plus, ABM Composite a démontré que ses matériaux répondent aux exigences de biodégradation dans des conditions de compostage domestique, qui nécessitent également une biodégradation à 90%, mais sur une période de 12 mois, par rapport à une période plus courte pour le compostage industriel.
Applications industrielles, production, coûts et croissance future
Les matériaux d'ABM Composite sont utilisés dans un certain nombre d'applications commerciales, mais il ne peut pas être révélé en raison des accords de confidentialité. «Nous commandons nos matériaux en fonction des applications telles que des tasses, des soucoupes, des assiettes, des couverts et des contenants de stockage de nourriture», dit Rosling, «mais ils sont également utilisés comme alternative aux plastiques à base de pétrole dans les conteneurs cosmétiques et les grands articles ménagers. Plus récemment, nos matériaux ont été sélectionnés pour être utilisés dans la fabrication de composants dans de grandes installations de machines industrielles qui doivent être remplacées toutes les 2 à 12 semaines. Ces entreprises ont reconnu qu'en utilisant notre renforcement de fibres de verre X4, ces pièces mécaniques peuvent être fabriquées avec la résistance à l'usure requise et sont également composables après utilisation. Il s'agit d'une solution attrayante pour un avenir proche, car ces entreprises sont confrontées au défi de respecter les nouveaux règlements d'émission environnementale et de CO2 ».
Rosling a ajouté: «Il y a également un intérêt croissant à utiliser nos fibres continues dans différents types de tissus et de non-voleurs pour fabriquer des composants structurels pour l'industrie de la construction. Nous constatons également de l'intérêt à utiliser nos fibres biodégradables avec des matériaux de PA ou PP et thermodurcisset inertes bio-biodégradables mais non biodégradables ».
À l'heure actuelle, la fibre de verre X4 / 5 est plus chère que le verre électronique, mais les volumes de production sont également relativement petits, et ABM Composite poursuit un certain nombre d'occasions d'élargir les applications et de faciliter une augmentation à 20 000 tonnes / an à mesure que la demande se développe, ce qui pourrait également aider à réduire les coûts. Malgré cela, Rosling dit que dans de nombreux cas, les coûts associés à la satisfaction de la durabilité et des nouvelles exigences réglementaires n'ont pas été pleinement pris en compte. Pendant ce temps, l'urgence de sauver la planète augmente. «La société fait déjà pression pour plus de produits bio.» Il explique: «Il y a beaucoup d'incitations à faire avancer les technologies de recyclage, le monde doit aller plus rapidement à ce sujet et je pense que la société ne fera qu'augmenter ses efforts pour les produits bio à l'avenir».
AVC et avantage de durabilité
Rosling dit que les matériaux d'ABM Composite réduisent les émissions de gaz à effet de serre et l'utilisation d'énergie non renouvelable de 50 à 60% par kilogramme. «Nous utilisons la base de données 2.0 de l'empreinte environnementale, l'ensemble de données GABI accrédité et les calculs LCA (analyse du cycle de vie) pour nos produits en fonction de la méthodologie décrite dans ISO 14040 et ISO 14044».
"Actuellement, lorsque les composites atteignent la fin de leur cycle de vie, beaucoup d'énergie est nécessaire pour incinérer ou pyrolyse des déchets composites et des produits EOL, et le déchiquetage et le compostage sont une option attrayante, et c'est certainement l'une des propositions de valeur clés que nous proposons, et nous fournissons un nouveau type de recyclabilité." Rosling dit: «Notre fibre de verre est fabriquée à partir de composants minéraux naturels qui sont déjà présents dans le sol. Alors pourquoi ne pas composer des composants composites EOL, ou dissoudre les fibres à partir de composites non dégradables après incinération et les utiliser comme engrais? Il s'agit d'une option de recyclage de l'intérêt mondial réel ».
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