Et si les composites de polymères renforcés de fibres de verre (GFRP) pouvaient être compostés à la fin de leur durée de vie utile, en plus des décennies d'avantages prouvés en matière de réduction de poids, de résistance et de rigidité, de résistance à la corrosion et de durabilité ? Voilà, en résumé, l'attrait de la technologie ABM Composite.
Verre bioactif, fibres haute résistance
Fondée en 2014, Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Finlande) a développé une fibre de verre biodégradable fabriquée à partir de verre dit bioactif, qu'Ari Rosling, directeur R&D chez ABM Composite, décrit comme « une formulation spéciale développée dans les années 1960 qui permet au verre de se dégrader dans des conditions physiologiques. Lorsqu’il est introduit dans l’organisme, le verre se décompose en sels minéraux qui le constituent, 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 (verre E).» Rosling a déclaré : « Mais ce verre bioactif est difficile à fabriquer et à transformer en fibres, et jusqu'à présent, il n'a été utilisé que sous forme de poudre ou de mastic. À notre connaissance, ABM Composite a été la première entreprise à en fabriquer des fibres de verre à haute résistance à l'échelle industrielle, et nous utilisons désormais ces fibres de verre ArcBiox X4/5 pour renforcer divers types de plastiques, y compris des polymères biodégradables.
Implants médicaux
La région de Tampere, à deux heures au nord d'Helsinki, en Finlande, est depuis les années 1980 un centre de polymères biodégradables d'origine biologique destinés à des applications médicales. 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 démarré ! qui est désormais notre unité commerciale médicale ».
« Il existe de nombreux polymères biodégradables et bioabsorbables pour les implants. » Il poursuit : « mais leurs propriétés mécaniques sont loin de celles de l’os naturel. Nous avons pu valoriser ces polymères biodégradables afin de conférer à l'implant la même résistance que l'os naturel ». Rosling a noté que les fibres de verre ArcBiox de qualité médicale, associées à 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 supérieures à celles des implants fabriqués avec des polymères non renforcés, tout en étant biorésorbables et favorisant la formation et la croissance osseuse. ABM Composite utilise également des techniques automatisées de placement de fibres/brins pour garantir une orientation optimale des fibres, notamment en posant des fibres sur toute la longueur de l'implant, ainsi qu'en plaçant des fibres supplémentaires aux points potentiellement faibles.
Applications domestiques et techniques
Avec son unité commerciale médicale en pleine croissance, ABM Composite reconnaît que les polymères biosourcés 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 d'origine fossile pour un large éventail d'applications techniques ».
ABM Composite a ainsi élargi son unité commerciale technique qui emploie désormais 60 personnes. «Nous proposons des solutions de fin de vie (EOL) plus durables.» Rosling déclare : « Notre proposition de valeur est de mettre ces composites biodégradables dans des opérations de compostage industriel où ils se transforment en terre. » Le verre E 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, defibres courteset des composés de moulage par injection pourfibres continuespour des processus tels que le moulage textile et par pultrusion. La gamme ArcBiox BSGF combine des fibres de verre biodégradables avec des résines polyester d'origine biologique et est disponible dans les qualités de technologie générale et les qualités ArcBiox 5 approuvées pour une utilisation dans les applications en contact avec les aliments.
ABM Composite a également étudié une variété de polymères biodégradables et d'origine biologique, notamment l'acide polylactique (PLA), le PLLA et le polybutylène succinate (PBS). Le diagramme ci-dessous montre comment les fibres de verre X4/5 peuvent améliorer leurs performances pour rivaliser avec les polymères standards renforcés de fibres de verre tels que le polypropylène (PP) et même le polyamide 6 (PA6).
ABM Composite a également étudié une variété de polymères biodégradables et d'origine biologique, notamment l'acide polylactique (PLA), le PLLA et le polybutylène succinate (PBS). Le diagramme ci-dessous montre comment les fibres de verre X4/5 peuvent améliorer leurs performances pour rivaliser avec les polymères standards renforcés de fibres de verre 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 sucre, et même si leurs propriétés se dégradent avec le temps, cela ne sera pas aussi visible. » Rosling déclare : « Pour se dégrader efficacement, nous avons besoin de températures et d'humidité élevées sur de longues périodes, comme c'est le cas in vivo ou dans les tas de compost industriel. Par exemple, nous avons testé des tasses et des bols fabriqués à partir de notre matériau ArcBiox BSGF, et ils pouvaient résister jusqu'à 200 cycles de lavage sans perdre leur fonctionnalité. Il y a une certaine dégradation des propriétés mécaniques, mais pas au point que les coupelles soient dangereuses à utiliser ».
Cependant, il est important que lorsque ces composites sont éliminés à la fin de leur durée de vie utile, ils répondent aux exigences standard requises pour le 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), la biodégradation devrait avoir lieu dans un délai de 6 mois et la décomposition dans un délai de 3 mois/90 jours ». Rosling explique : « La décomposition signifie placer l'échantillon/le produit testé 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 pour cent du produit doit pouvoir passer à travers un tamis de 2 mm × 2 mm ».
La biodégradation est déterminée en broyant la matière vierge en poudre et en mesurant la quantité totale de CO2 libérée après 90 jours. Celui-ci évalue la quantité de carbone contenue dans le processus de compostage qui est convertie en eau, biomasse et CO2. « Pour réussir le test de compostage industriel, 90 pour cent des 100 pour cent théoriques de CO2 provenant du processus de compostage doivent être atteints (sur la base de la teneur en carbone) ».
Rosling affirme qu'ABM Composite a satisfait aux exigences de décomposition et de biodégradation, et des tests ont montré que l'ajout de sa fibre de verre X4 améliore réellement la biodégradabilité (voir tableau ci-dessus), qui n'est que de 78 % pour un mélange de PLA non renforcé, par exemple. Il explique : « Cependant, lorsque nos 30 % de fibres de verre biodégradables ont été ajoutées, la biodégradation a augmenté jusqu'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 la norme EN 13432. Les tests que ses matériaux ont passés à ce jour incluent ISO 14855-1 pour la biodégradabilité aérobie finale des matériaux dans des conditions de compostage contrôlées, ISO 16929 pour la biodégradabilité aérobie. décomposition contrôlée, ISO DIN EN 13432 pour les exigences chimiques et OCDE 208 pour les tests de phytotoxicité, ISO DIN EN 13432.
CO2 rejeté lors du compostage
Lors du compostage, du CO2 est certes libéré, mais une partie reste dans le sol et est ensuite valorisée 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-compostage qui libère moins de CO2 que les autres alternatives d'élimination des déchets, et le compostage est toujours considéré comme un processus respectueux de l'environnement et réduisant l'empreinte carbone.
L'écotoxicité consiste à tester la biomasse produite lors du 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 90 % de biodégradation, mais sur une période de 12 mois, comparativement 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 est impossible d'en révéler davantage en raison d'accords de confidentialité. « Nous commandons nos matériaux en fonction d'applications telles que les tasses, les soucoupes, les assiettes, les couverts et les récipients de conservation des aliments », explique Rosling, « mais ils sont également utilisés comme alternative aux plastiques à base de pétrole dans les récipients cosmétiques et les gros 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 remplacés toutes les 2 à 12 semaines. Ces entreprises ont reconnu qu'en utilisant notre renfort en fibre de verre X4, ces pièces mécaniques peuvent être fabriquées avec la résistance à l'usure requise et sont également compostables après utilisation. Il s'agit d'une solution intéressante pour un avenir proche, car ces entreprises sont confrontées au défi de respecter les nouvelles réglementations environnementales et d'émissions de CO2 ».
Rosling a ajouté : « Il existe également un intérêt croissant pour l'utilisation de nos fibres continues dans différents types de tissus et de non-tissés afin de fabriquer des composants structurels pour l'industrie de la construction. Nous constatons également un intérêt pour l’utilisation de nos fibres biodégradables avec du PA ou PP biosourcé mais non biodégradable et des matériaux thermodurcissables inertes ».
À l'heure actuelle, la fibre de verre X4/5 est plus chère que le verre E, mais les volumes de production sont également relativement faibles, et ABM Composite poursuit un certain nombre d'opportunités pour étendre ses applications et faciliter une montée en puissance jusqu'à 20 000 tonnes/an à mesure que la demande augmente. ce qui pourrait également contribuer à réduire les coûts. Malgré tout, Rosling affirme que dans de nombreux cas, les coûts associés au respect des exigences en matière de durabilité et aux nouvelles exigences réglementaires n'ont pas été pleinement pris en compte. Pendant ce temps, il est de plus en plus urgent de sauver la planète. « La société fait déjà pression pour davantage de produits biosourcés. » Il explique : « Il existe de nombreuses incitations pour faire progresser les technologies de recyclage, le monde doit avancer plus rapidement dans ce domaine et je pense que la société ne fera qu'intensifier sa pression en faveur des produits biosourcés à l'avenir ».
ACV et avantage en matière de durabilité
Rosling affirme que les matériaux d'ABM Composite réduisent les émissions de gaz à effet de serre et la consommation d'énergie non renouvelable de 50 à 60 pour cent par kilogramme. « Nous utilisons la base de données d'empreinte environnementale 2.0, l'ensemble de données accrédité GaBi et les calculs ACV (Analyse du cycle de vie) pour nos produits sur la base de la méthodologie décrite dans les normes 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 pyrolyser les déchets composites et les produits EOL, et le broyage et le compostage sont une option intéressante, et c'est certainement l'une des principales propositions de valeur que nous proposons, et nous proposons un nouveau type de recyclabilité. Rosling déclare : « Notre fibre de verre est fabriquée à partir de composants minéraux naturels déjà présents dans le sol. Alors pourquoi ne pas composter les composants composites EOL ou dissoudre les fibres des composites non dégradables après incinération et les utiliser comme engrais ? Il s’agit d’une option de recyclage d’un réel intérêt mondial ».
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M : +86 18683776368 (également WhatsApp)
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Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adresse : NO.398, nouvelle route verte, ville de Xinbang, district de Songjiang, Shanghai
Heure de publication : 27 mai 2024