Mi lenne, ha az üvegszál-erősítésű polimer (GFRP) kompozitokat hasznos élettartamuk végén komposztálnák, a tömegcsökkentés, szilárdság és merevség, korrózióállóság és tartósság több évtizedes bizonyított előnyei mellett? Dióhéjban ez az ABM Composite technológiájának vonzereje.
Bioaktív üveg, nagy szilárdságú szálak
A 2014-ben alapított Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Finnország) úgynevezett bioaktív üvegből készült, biológiailag lebomló üvegszálat fejlesztett ki, amelyet Ari Rosling, az ABM Composite kutatás-fejlesztési igazgatója a következőképpen ír le: „az 1960-as években kifejlesztett különleges készítmény, amely lehetővé teszi az üveg számára fiziológiás körülmények között lebomlanak. A szervezetbe kerülve az üveg ásványi sókra bomlik, nátrium, magnézium, foszfátok stb. szabadul fel, így olyan állapot jön létre, amely serkenti a csontnövekedést.”
„Hasonló tulajdonságai vannak, mintlúgmentes üvegszál (E-üveg).” Rosling azt mondta: „Ezt a bioaktív üveget azonban nehéz előállítani és szálakká alakítani, és eddig csak porként vagy gittként használták. Tudomásunk szerint az ABM Composite volt az első cég, amely nagy szilárdságú üvegszálakat gyártott belőle ipari méretekben, és most ezeket az ArcBiox X4/5 üvegszálakat használjuk különféle műanyagok megerősítésére, beleértve a biológiailag lebomló polimereket is.
Orvosi implantátumok
A finnországi Helsinkitől két órára északra fekvő Tampere régió az 1980-as évek óta a biológiai alapú, biológiailag lebomló polimerek gyógyászati felhasználású központja. Rosling így ír: „Az egyik első kereskedelmi forgalomban kapható, ezekkel az anyagokkal készült implantátumot Tamperében állították elő, és így indult az ABM Composite! amely ma az orvosi üzletágunk”.
"Sok biológiailag lebomló, biológiailag felszívódó polimer létezik az implantátumokhoz." Így folytatja: „de mechanikai tulajdonságaik távol állnak a természetes csontoktól. Sikerült továbbfejlesztenünk ezeket a biológiailag lebomló polimereket annak érdekében, hogy az implantátum a természetes csonttal megegyező szilárdságot biztosítson. Rosling megjegyezte, hogy az orvosi minőségű ArcBiox üvegszálak ABM hozzáadásával 200-500%-kal javíthatják a biológiailag lebomló PLLA polimerek mechanikai tulajdonságait.
Ennek eredményeként az ABM Composite implantátumai nagyobb teljesítményt nyújtanak, mint a megerősítetlen polimerekből készült implantátumok, ugyanakkor biológiailag felszívódnak, és elősegítik a csontképződést és -növekedést. Az ABM Composite automatizált szál-/szál-elhelyezési technikákat is alkalmaz az optimális szálorientáció biztosítására, beleértve a szálak elhelyezését az implantátum teljes hosszában, valamint további szálak elhelyezését a potenciálisan gyenge pontokon.
Háztartási és műszaki alkalmazások
Növekvő orvosi üzletágával az ABM Composite felismeri, hogy a bioalapú és biológiailag lebomló polimerek konyhai eszközökhöz, evőeszközökhöz és egyéb háztartási cikkekhez is használhatók. "Ezek a biológiailag lebomló polimerek általában gyenge mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek a kőolaj alapú műanyagokhoz képest." Rosling azt mondta: „De meg tudjuk erősíteni ezeket az anyagokat biológiailag lebomló üvegszálainkkal, így gyakorlatilag jó alternatívát jelentenek a fosszilis alapú kereskedelmi műanyagokkal szemben a műszaki alkalmazások széles körében”.
Ennek eredményeként az ABM Composite megnövelte műszaki üzletágát, amely jelenleg 60 főt foglalkoztat. „Fenntarthatóbb élettartam-végi (EOL) megoldásokat kínálunk.” Rosling azt mondja: „Az értékajánlatunk az, hogy ezeket a biológiailag lebomló kompozitokat ipari komposztálási műveletekbe helyezzük, ahol talajdá alakulnak.” A hagyományos E-üveg inert, és nem bomlik le ezekben a komposztáló létesítményekben.
ArcBiox Fibre kompozitok
Az ABM Composite az ArcBiox X4/5 üvegszálak különféle formáit fejlesztette ki kompozit alkalmazásokhoz.rövidre vágott szálakés fröccsöntő keverékekfolytonos szálakolyan eljárásokhoz, mint a textil- és pultrúziós fröccsöntés. Az ArcBiox BSGF termékcsalád a biológiailag lebomló üvegszálakat bioalapú poliészter gyantákkal kombinálja, és általános technológiai minőségben és ArcBiox 5 minőségben kapható, amelyet élelmiszerrel érintkező alkalmazásokhoz jóváhagytak.
Az ABM Composite számos biológiailag lebomló és bioalapú polimert is vizsgált, beleértve a politejsavat (PLA), a PLLA-t és a polibutilén-szukcinátot (PBS). Az alábbi diagram bemutatja, hogy az X4/5 üvegszálak hogyan javíthatják a teljesítményt, hogy felvegyék a versenyt a szabványos üvegszállal erősített polimerekkel, mint például a polipropilén (PP) és még a poliamid 6 (PA6).
Az ABM Composite számos biológiailag lebomló és bioalapú polimert is vizsgált, beleértve a politejsavat (PLA), a PLLA-t és a polibutilén-szukcinátot (PBS). Az alábbi diagram bemutatja, hogy az X4/5 üvegszálak hogyan javíthatják a teljesítményt, hogy felvegyék a versenyt a szabványos üvegszállal erősített polimerekkel, mint például a polipropilén (PP) és még a poliamid 6 (PA6).
Tartósság és komposztálhatóság
Ha ezek a kompozitok biológiailag lebomlanak, mennyi ideig tartanak? „X4/5 üvegszálaink nem oldódnak fel öt perc vagy egy éjszaka alatt, mint a cukor, és bár tulajdonságaik idővel romlanak, ez nem lesz annyira észrevehető.” Rosling azt mondja: „A hatékony lebomláshoz hosszú időn keresztül magasabb hőmérsékletre és páratartalomra van szükségünk, ahogyan az in vivo vagy az ipari komposzthalmokban megtalálható. Például teszteltük az ArcBiox BSGF anyagunkból készült csészéket és tálakat, amelyek akár 200 mosogatási ciklust is kibírtak anélkül, hogy elveszítenék a funkcionalitást. A mechanikai tulajdonságok némileg romlanak, de nem olyan mértékben, hogy a csészék használata nem biztonságos."
Fontos azonban, hogy amikor ezeket a kompozitokat hasznos élettartamuk végén ártalmatlanítják, azok megfeleljenek a komposztáláshoz szükséges szabványos követelményeknek, és az ABM Composite egy sor tesztet végzett annak bizonyítására, hogy megfelel ezeknek a szabványoknak. „Az ISO szabványok szerint (ipari komposztálásnál) a biológiai lebomlásnak 6 hónapon belül, a lebomlásnak 3 hónapon/90 napon belül kell bekövetkeznie. Rosling azt mondja: „A lebontás azt jelenti, hogy a vizsgálati mintát/terméket a biomasszába vagy a komposztba helyezzük. 90 nap elteltével a technikus szita segítségével megvizsgálja a biomasszát. 12 hét elteltével a termék legalább 90 százalékának át kell tudnia menni egy 2 mm × 2 mm-es szitán”.
A biológiai lebomlást úgy határozzák meg, hogy a szűz anyagot porrá őrlik, és megmérik a 90 nap után felszabaduló CO2 teljes mennyiségét. Ez felméri, hogy a komposztálási folyamat széntartalmának mekkora része válik vízzé, biomasszává és CO2-vé. „Az ipari komposztálási teszt teljesítéséhez a komposztálási folyamatból származó elméleti 100 százalékos CO2 90 százalékát el kell érni (a széntartalom alapján)”.
Rosling szerint az ABM Composite teljesítette a lebomlási és biológiai lebomlási követelményeket, és a tesztek kimutatták, hogy az X4 üvegszál hozzáadása valóban javítja a biológiai lebonthatóságot (lásd a fenti táblázatot), ami például egy erősítetlen PLA-keveréknél csak 78%. Elmagyarázza: „Amikor azonban hozzáadtuk a 30%-os biológiailag lebomló üvegszálainkat, a biológiai lebomlás 94%-ra nőtt, miközben a lebomlási arány jó maradt”.
Ennek eredményeként az ABM Composite bebizonyította, hogy anyagai az EN 13432 szabvány szerint komposztálhatóak. Az anyagai által eddig elvégzett tesztek közé tartozik az ISO 14855-1 az anyagok végső aerob biológiai lebonthatóságára ellenőrzött komposztálási körülmények között, az ISO 16929 pedig az aerob körülmények között. szabályozott bomlás, az ISO DIN EN 13432 a kémiai követelményekre és az OECD 208 a fitotoxicitás vizsgálatára, az ISO DIN EN 13432.
A komposztálás során felszabaduló CO2
A komposztálás során valóban felszabadul a CO2, de egy része a talajban marad, majd a növények hasznosítják. A komposztálást évtizedek óta tanulmányozzák, mint ipari folyamatot és olyan utókomposztálási eljárást is, amely kevesebb CO2-t bocsát ki, mint más hulladékártalmatlanítási alternatívák, és a komposztálást még mindig környezetbarát és szénlábnyom-csökkentő eljárásnak tekintik.
Az ökotoxicitás a komposztálási folyamat során keletkező biomassza és az ezzel a biomasszával termesztett növények tesztelését jelenti. "Ez annak biztosítása, hogy ezeknek a termékeknek a komposztálása ne károsítsa a növekvő növényeket." – mondta Rosling. Ezenkívül az ABM Composite bebizonyította, hogy anyagai megfelelnek a biológiai lebomlási követelményeknek otthoni komposztálás körülményei között, amelyek szintén 90%-os biológiai lebomlást igényelnek, de 12 hónapos időtartam alatt, szemben az ipari komposztálásnál rövidebb időtartammal.
Ipari alkalmazások, termelés, költségek és jövőbeli növekedés
Az ABM Composite anyagait számos kereskedelmi alkalmazásban használják, de a titoktartási megállapodások miatt többet nem árulnak el. „Anyagainkat úgy rendeljük meg, hogy megfeleljenek az olyan alkalmazásoknak, mint a csészék, csészealjak, tányérok, evőeszközök és élelmiszertároló edények” – mondja Rosling –, de kozmetikai tartályokban és nagy háztartási cikkekben is használják a kőolaj alapú műanyagok alternatívájaként. A közelmúltban anyagainkat a 2-12 hetente cserélendő nagy ipari géptelepek alkatrészeinek gyártásához választották ki. Ezek a cégek felismerték, hogy az X4 üvegszál-erősítésünkkel ezek a mechanikai alkatrészek a szükséges kopásállósággal készülhetnek, és használat után komposztálhatók is. Ez egy vonzó megoldás a közeljövőre nézve, mivel ezeknek a vállalatoknak az új környezetvédelmi és CO2-kibocsátási előírásoknak való megfelelés kihívásával kell szembenézniük.
Rosling hozzátette: „Növekszik az érdeklődés az iránt is, hogy folytonos szálainkat különböző típusú szövetekben és nemszőtt anyagokban használjuk szerkezeti elemek előállítására az építőipar számára. Érdeklődést tapasztalunk a biológiailag lebomló szálaink bioalapú, de biológiailag nem lebomló PA vagy PP és inert hőre keményedő anyagokkal való felhasználása iránt is.
Jelenleg az X4/5 üvegszál drágább, mint az E-üveg, de a gyártási mennyiségek is viszonylag kicsik, és az ABM Composite számos lehetőséget keres az alkalmazások bővítésére és a kereslet növekedésével párhuzamosan évi 20 000 tonnára való felfutás elősegítésére. ami szintén hozzájárulhat a költségek csökkentéséhez. Ennek ellenére Rosling azt mondja, hogy sok esetben nem vették teljes mértékben figyelembe a fenntarthatóság és az új szabályozási követelmények teljesítésével járó költségeket. Eközben egyre sürgetőbbé válik a bolygó megmentése. "A társadalom már most több bioalapú terméket szorgalmaz." Kifejti: „Sok ösztönző van az újrahasznosítási technológiák előmozdítására, a világnak gyorsabban kell haladnia ezen, és úgy gondolom, hogy a társadalom csak fokozni fogja a bioalapú termékek iránti törekvését a jövőben”.
LCA és fenntarthatósági előny
Rosling szerint az ABM Composite anyagai kilogrammonként 50-60 százalékkal csökkentik az üvegházhatású gázok kibocsátását és a nem megújuló energia felhasználását. „Termékeinkhez a Environmental Footprint Database 2.0-t, az akkreditált GaBi adatkészletet és az LCA (Life Cycle Analysis) számításokat használjuk, az ISO 14040 és ISO 14044 szabványban vázolt módszertan alapján.
„Jelenleg, amikor a kompozitok elérik életciklusuk végét, sok energiára van szükség a kompozit hulladék és az EOL-termékek elégetéséhez vagy pirolíziséhez, az aprítás és a komposztálás pedig vonzó lehetőség, és határozottan ez az egyik legfontosabb értékajánlat, amelyet kínálunk. és új típusú újrahasznosíthatóságot biztosítunk.” Rosling azt mondja: „Üvegszálaink természetes ásványi összetevőkből készülnek, amelyek már jelen vannak a talajban. Miért ne komposztálná az EOL kompozit komponenseket, vagy égetés után oldhatná fel a szálakat a nem lebomló kompozitokból, és használhatná fel műtrágyaként? Ez egy valódi globális érdekű újrahasznosítási lehetőség.”
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (WhatsApp is)
T:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Cím: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Shanghai
Feladás időpontja: 2024. május 27