Što ako bi se kompoziti od polimera ojačanih staklenim vlaknima (GFRP) mogli kompostirati na kraju svog vijeka trajanja, uz desetljećima dokazane prednosti smanjenja težine, čvrstoće i krutosti, otpornosti na koroziju i trajnosti? To je, ukratko, privlačnost tehnologije ABM Composite.
Bioaktivno staklo, vlakna visoke čvrstoće
Osnovan 2014., Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Finska) razvio je biorazgradivo stakleno vlakno napravljeno od takozvanog bioaktivnog stakla, koje Ari Rosling, direktor istraživanja i razvoja u ABM Composite, opisuje kao „posebnu formulaciju razvijenu 1960-ih koja omogućuje staklu razgraditi u fiziološkim uvjetima. Kada se unese u tijelo, staklo se razgrađuje na svoje sastavne mineralne soli, oslobađajući natrij, magnezij, fosfate itd., stvarajući tako stanje koje potiče rast kostiju.”
“Ima slična svojstva kaostaklena vlakna bez alkalija (E-staklo).” Rosling je rekao: “Ali ovo bioaktivno staklo teško je proizvesti i uvući u vlakna, a do sada se koristilo samo kao prah ili kit. Koliko znamo, ABM Composite je bila prva tvrtka koja je od njega proizvodila staklena vlakna visoke čvrstoće u industrijskim razmjerima, a sada koristimo ta staklena vlakna ArcBiox X4/5 za ojačavanje raznih vrsta plastike, uključujući biorazgradive polimere”.
Medicinski implantati
Regija Tampere, dva sata sjeverno od Helsinkija, Finska, središte je za biorazgradive polimere na biološkoj osnovi za medicinske primjene od 1980-ih. Rosling opisuje: “Jedan od prvih komercijalno dostupnih implantata izrađenih od ovih materijala proizveden je u Tampereu, i tako je ABM Composite započeo! koja je sada naša medicinska poslovna jedinica”.
"Postoje mnogi biorazgradivi, bioapsorbljivi polimeri za implantate." Nastavlja, “ali njihova mehanička svojstva daleko su od prirodne kosti. Uspjeli smo poboljšati ove biorazgradive polimere kako bismo implantatu dali istu čvrstoću kao prirodna kost”. Rosling je primijetio da staklena vlakna medicinske kvalitete ArcBiox s dodatkom ABM-a mogu poboljšati mehanička svojstva biorazgradivih PLLA polimera za 200% do 500%.
Kao rezultat toga, implantati tvrtke ABM Composite nude veću izvedbu od implantata napravljenih od neojačanih polimera, dok su također bioapsorbljivi i potiču stvaranje i rast kostiju. ABM Composite također koristi automatizirane tehnike postavljanja vlakana/žica kako bi se osigurala optimalna orijentacija vlakana, uključujući polaganje vlakana duž cijele duljine implantata, kao i postavljanje dodatnih vlakana na potencijalno slaba mjesta.
Primjena u kućanstvu i tehnici
Sa svojom rastućom medicinskom poslovnom jedinicom, ABM Composite prepoznaje da se biološki i biorazgradivi polimeri također mogu koristiti za kuhinjsko posuđe, pribor za jelo i druge kućanske predmete. "Ovi biorazgradivi polimeri obično imaju loša mehanička svojstva u usporedbi s plastikom na bazi nafte." Rosling je rekao: "Ali te materijale možemo ojačati našim biorazgradivim staklenim vlaknima, čineći ih praktički dobrom alternativom komercijalnoj plastici na bazi fosila za širok raspon tehničkih primjena".
Kao rezultat toga, ABM Composite je povećao svoju tehničku poslovnu jedinicu, koja sada zapošljava 60 ljudi. "Nudimo održivija rješenja na kraju životnog vijeka (EOL)." Rosling kaže: "Naš prijedlog vrijednosti je staviti ove biorazgradive kompozite u industrijske operacije kompostiranja gdje se pretvaraju u tlo." Tradicionalno E-staklo je inertno i neće se razgraditi u ovim postrojenjima za kompostiranje.
ArcBiox vlaknasti kompoziti
ABM Composite je razvio različite oblike staklenih vlakana ArcBiox X4/5 za kompozitne primjene, odkratko rezana vlaknai smjese za injekcijsko prešanjekontinuirana vlaknaza procese kao što su tekstilno i pultruzijsko oblikovanje. Asortiman ArcBiox BSGF kombinira biorazgradiva staklena vlakna s poliesterskim smolama na biološkoj bazi i dostupan je u općetehnološkim klasama i ArcBiox 5 klasama odobrenim za upotrebu u aplikacijama u kontaktu s hranom.
ABM Composite također je istraživao niz biorazgradivih i bio-baziranih polimera uključujući polilaktičnu kiselinu (PLA), PLLA i polibutilen sukcinat (PBS). Donji dijagram pokazuje kako staklena vlakna X4/5 mogu poboljšati performanse kako bi se natjecala sa standardnim polimerima ojačanim staklenim vlaknima kao što su polipropilen (PP), pa čak i poliamid 6 (PA6).
ABM Composite također je istraživao niz biorazgradivih i bio-baziranih polimera, uključujući polilaktičnu kiselinu (PLA), PLLA i polibutilen sukcinat (PBS). Donji dijagram pokazuje kako staklena vlakna X4/5 mogu poboljšati performanse kako bi se natjecala sa standardnim polimerima ojačanim staklenim vlaknima kao što su polipropilen (PP), pa čak i poliamid 6 (PA6).
Trajnost i mogućnost kompostiranja
Ako su ovi kompoziti biorazgradivi, koliko će dugo trajati? “Naša staklena vlakna X4/5 ne otapaju se za pet minuta ili preko noći kao šećer, i iako će njihova svojstva s vremenom degradirati, to neće biti toliko vidljivo.” Rosling kaže: “Za učinkovitu razgradnju potrebne su nam povišene temperature i vlažnost tijekom dugih vremenskih razdoblja, kao što se nalazi in vivo ili u industrijskim hrpama komposta. Na primjer, testirali smo šalice i zdjelice izrađene od našeg ArcBiox BSGF materijala, i mogle su izdržati do 200 ciklusa pranja posuđa bez gubitka funkcionalnosti. Postoji određena degradacija mehaničkih svojstava, ali ne do točke u kojoj bi šalice bile nesigurne za korištenje”.
Međutim, važno je da kada se ovi kompoziti odlože na kraju svog korisnog vijeka, oni ispunjavaju standardne zahtjeve potrebne za kompostiranje, a ABM Composite je proveo niz testova kako bi dokazao da zadovoljava te standarde. “Prema ISO standardima (za industrijsko kompostiranje), biorazgradnja bi se trebala dogoditi unutar 6 mjeseci, a razgradnja unutar 3 mjeseca/90 dana”. Rosling kaže: „Razgradnja znači stavljanje ispitnog uzorka/proizvoda u biomasu ili kompost. nakon 90 dana, tehničar pregledava biomasu pomoću sita. nakon 12 tjedana, najmanje 90 posto proizvoda trebalo bi moći proći kroz sito 2 mm × 2 mm”.
Biorazgradnja se utvrđuje mljevenjem izvornog materijala u prah i mjerenjem ukupne količine CO2 oslobođenog nakon 90 dana. Time se procjenjuje koliko se sadržaja ugljika u procesu kompostiranja pretvara u vodu, biomasu i CO2. “Da bi se prošao test industrijskog kompostiranja, mora se postići 90 posto od teoretskih 100 posto CO2 iz procesa kompostiranja (na temelju sadržaja ugljika)”.
Rosling kaže da je ABM Composite ispunio zahtjeve razgradnje i biorazgradnje, a testovi su pokazali da dodatak X4 staklenih vlakana zapravo poboljšava biorazgradljivost (vidi gornju tablicu), što je samo 78% za nepojačanu mješavinu PLA, na primjer. On objašnjava: ”Međutim, kada su dodana naša 30% biorazgradiva staklena vlakna, biorazgradnja se povećala na 94%, dok su stope razgradnje ostale dobre”.
Kao rezultat toga, ABM Composite je pokazao da se njegovi materijali mogu certificirati kao pogodni za kompostiranje prema EN 13432. Testovi koje su njegovi materijali prošli do danas uključuju ISO 14855-1 za konačnu aerobnu biorazgradivost materijala u kontroliranim uvjetima kompostiranja, ISO 16929 za aerobne uvjete. kontrolirana razgradnja, ISO DIN EN 13432 za kemijske zahtjeve i OECD 208 za ispitivanje fitotoksičnosti, ISO DIN EN 13432.
CO2 koji se oslobađa tijekom kompostiranja
Tijekom kompostiranja CO2 se doista oslobađa, ali dio ostaje u tlu i potom ga iskorištavaju biljke. Kompostiranje se proučava desetljećima, i kao industrijski proces i kao proces nakon kompostiranja koji oslobađa manje CO2 od ostalih alternativa za odlaganje otpada, a kompostiranje se još uvijek smatra ekološki prihvatljivim procesom koji smanjuje ugljični otisak.
Ekotoksičnost uključuje ispitivanje biomase proizvedene tijekom procesa kompostiranja i biljaka uzgojenih s tom biomasom. "Ovo je kako bismo bili sigurni da kompostiranje ovih proizvoda ne šteti rastućim biljkama." rekao je Rosling. Osim toga, ABM Composite je pokazao da njegovi materijali ispunjavaju zahtjeve biorazgradnje u uvjetima kućnog kompostiranja, koji također zahtijevaju 90% biorazgradnje, ali tijekom razdoblja od 12 mjeseci, u usporedbi s kraćim razdobljem za industrijsko kompostiranje.
Industrijske primjene, proizvodnja, troškovi i budući rast
Materijali ABM Compositea koriste se u brojnim komercijalnim primjenama, no više se ne može otkriti zbog ugovora o povjerljivosti. “Naručujemo naše materijale tako da odgovaraju aplikacijama kao što su šalice, tanjurići, tanjuri, pribor za jelo i spremnici za pohranu hrane,” kaže Rosling, “ali oni se također koriste kao alternativa plastici na bazi nafte u kozmetičkim posudama i velikim kućanskim predmetima. Nedavno su naši materijali odabrani za upotrebu u proizvodnji komponenti u instalacijama velikih industrijskih strojeva koje je potrebno mijenjati svakih 2-12 tjedana. Te su tvrtke prepoznale da korištenjem našeg ojačanja staklenim vlaknima X4, ovi mehanički dijelovi mogu biti izrađeni s potrebnom otpornošću na habanje i da se mogu kompostirati nakon upotrebe. Ovo je atraktivno rješenje za blisku budućnost jer se te tvrtke suočavaju s izazovom ispunjavanja novih ekoloških propisa i propisa o emisiji CO2”.
Rosling je dodao: “Također postoji sve veći interes za korištenje naših kontinuiranih vlakana u različitim vrstama tkanina i netkanog materijala za izradu strukturnih komponenti za građevinsku industriju. Također vidimo interes za korištenje naših biorazgradivih vlakana s bio-baziranim, ali ne-biorazgradivim PA ili PP i inertnim duroplastičnim materijalima”.
Trenutačno je stakloplastika X4/5 skuplja od E-stakla, ali obujmi proizvodnje također su relativno mali, a ABM Composite traži brojne mogućnosti za proširenje aplikacija i omogućava povećanje do 20 000 tona godišnje kako potražnja raste, što bi također moglo pomoći u smanjenju troškova. Unatoč tome, Rosling kaže da u mnogim slučajevima troškovi povezani s ispunjavanjem održivosti i novim regulatornim zahtjevima nisu u potpunosti uzeti u obzir. U međuvremenu, hitnost spašavanja planeta raste. "Društvo se već zalaže za više bioloških proizvoda." Objašnjava: "Postoji mnogo poticaja za poticanje tehnologija recikliranja, svijet se mora brže kretati po tom pitanju i mislim da će društvo u budućnosti samo pojačati svoj pritisak na bio-bazirane proizvode".
LCA i prednost održivosti
Rosling kaže da materijali ABM Compositea smanjuju emisije stakleničkih plinova i korištenje neobnovljive energije za 50-60 posto po kilogramu. „Koristimo bazu podataka o otisku na okoliš 2.0, akreditirani GaBi skup podataka i LCA (analiza životnog ciklusa) izračune za naše proizvode temeljene na metodologiji navedenoj u ISO 14040 i ISO 14044″.
„Trenutno, kada kompoziti dođu do kraja svog životnog ciklusa, potrebno je mnogo energije za spaljivanje ili pirolizu kompozitnog otpada i EOL proizvoda, a usitnjavanje i kompostiranje su atraktivna opcija, i to je definitivno jedna od ključnih vrijednosti koje nudimo, i pružamo novu vrstu mogućnosti recikliranja.” Rosling kaže: “Naša stakloplastika izrađena je od prirodnih mineralnih komponenti koje su već prisutne u tlu. Pa zašto ne kompostirati komponente EOL kompozita ili otopiti vlakna iz nerazgradivih kompozita nakon spaljivanja i koristiti ih kao gnojivo? Ovo je opcija recikliranja od stvarnog globalnog interesa”.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (također WhatsApp)
T:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adresa: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Šangaj
Vrijeme objave: 27. svibnja 2024