Բիո-ներծծվող և քայքայվող ապակեպլաստե, կոմպոստացվող կոմպոզիտային մասեր —— Արդյունաբերության նորություններ

Ի՞նչ կլիներ, եթե ապակե մանրաթելերով ամրացված պոլիմերային (GFRP) կոմպոզիտները կարողանան կոմպոստացվել իրենց օգտակար ծառայության ավարտին, ի լրումն տասնամյակների ընթացքում ապացուցված քաշի նվազեցման, ամրության և կոշտության, կոռոզիոն դիմադրության և ամրության: Սա, մի խոսքով, ABM Composite-ի տեխնոլոգիայի գրավչությունն է:

Բիոակտիվ ապակի, բարձր ամրության մանրաթելեր

2014 թվականին հիմնադրված Arctic Biomaterials Oy-ը (Տամպերե, Ֆինլանդիա) մշակել է այսպես կոչված կենսաակտիվ ապակուց պատրաստված կենսաքայքայվող ապակե մանրաթել, որը ABM Composite-ի R&D տնօրեն Արի Ռոսլինգը նկարագրում է որպես «1960-ականներին մշակված հատուկ ձևակերպում, որը թույլ է տալիս ապակին. քայքայվել ֆիզիոլոգիական պայմաններում. Մարմնի մեջ մտնելիս ապակին քայքայվում է իր բաղկացուցիչ հանքային աղերի մեջ՝ ազատելով նատրիում, մագնեզիում, ֆոսֆատներ և այլն՝ այդպիսով ստեղծելով ոսկրերի աճը խթանող վիճակ»։

«Այն ունի նման հատկություններառանց ալկալիների ապակե մանրաթել (E-glass)»: Ռոսլինգն ասաց. «Բայց այս բիոակտիվ ապակին դժվար է արտադրվել և մանրաթելերի մեջ ձգվել, և մինչ այժմ այն ​​օգտագործվել է միայն որպես փոշի կամ ծեփամածիկ: Որքանով մենք գիտենք, ABM Composite-ն առաջին ընկերությունն էր, որը դրանից արդյունաբերական մասշտաբով պատրաստեց բարձր ամրության ապակե մանրաթելեր, և մենք այժմ օգտագործում ենք այս ArcBiox X4/5 ապակե մանրաթելերը տարբեր տեսակի պլաստմասսաների, այդ թվում՝ կենսաքայքայվող պոլիմերների ամրապնդման համար»:

Բժշկական իմպլանտներ

Տամպերեի շրջանը, Ֆինլանդիայի Հելսինկիից երկու ժամ հյուսիս, 1980-ականներից ի վեր եղել է բժշկական կիրառման համար կենսաբանական հիմքով կենսաքայքայվող պոլիմերների կենտրոն: Ռոսլինգը նկարագրում է. «Այս նյութերով պատրաստված առաջին կոմերցիոն իմպլանտներից մեկը արտադրվել է Տամպերեում, և այսպես է սկսել ABM Composite-ը: որն այժմ մեր բժշկական բիզնես միավորն է»:

«Կան բազմաթիվ կենսաքայքայվող, բիոներծվող պոլիմերներ իմպլանտների համար»: Նա շարունակում է, «բայց նրանց մեխանիկական հատկությունները շատ հեռու են բնական ոսկորից։ Մենք կարողացանք ուժեղացնել այս կենսաքայքայվող պոլիմերները, որպեսզի իմպլանտին տրվի նույն ուժը, ինչ բնական ոսկորը»: Ռոսլինգը նշել է, որ բժշկական կարգի ArcBiox ապակե մանրաթելերը ABM-ի ավելացումով կարող են բարելավել կենսաքայքայվող PLLA պոլիմերների մեխանիկական հատկությունները 200%-ից 500%-ով:

Արդյունքում, ABM Composite-ի իմպլանտներն առաջարկում են ավելի բարձր արդյունավետություն, քան չամրացված պոլիմերներով պատրաստված իմպլանտները՝ միաժամանակ բիոներծծվող և նպաստելով ոսկրերի ձևավորմանը և աճին: ABM Composite-ը նաև օգտագործում է մանրաթելերի/թելերի տեղադրման ավտոմատացված տեխնիկա՝ ապահովելու մանրաթելերի օպտիմալ կողմնորոշումը, ներառյալ մանրաթելերի տեղադրումը իմպլանտի ողջ երկարությամբ, ինչպես նաև լրացուցիչ մանրաթելերի տեղադրումը հնարավոր թույլ կետերում:

Կենցաղային և տեխնիկական կիրառություններ

Իր աճող բժշկական բիզնես միավորի շնորհիվ ABM Composite-ը գիտակցում է, որ կենսաբանական հիմքով և կենսաքայքայվող պոլիմերները կարող են օգտագործվել նաև խոհանոցային սպասքի, պատառաքաղի և այլ կենցաղային իրերի համար: «Այս կենսաքայքայվող պոլիմերները, որպես կանոն, ունեն վատ մեխանիկական հատկություններ՝ համեմատած նավթի վրա հիմնված պլաստիկների հետ»: Ռոսլինգն ասել է. «Բայց մենք կարող ենք ամրապնդել այս նյութերը մեր կենսաքայքայվող ապակե մանրաթելերով՝ դրանք գործնականում դարձնելով լավ այլընտրանք բրածոների վրա հիմնված առևտրային պլաստիկներին՝ տեխնիկական կիրառությունների լայն շրջանակի համար»:

Արդյունքում ABM Composite-ը մեծացրել է իր տեխնիկական բիզնես միավորը, որտեղ այժմ աշխատում է 60 մարդ։ «Մենք առաջարկում ենք կյանքի ավարտի (EOL) ավելի կայուն լուծումներ»: Ռոսլինգն ասում է. «Մեր արժեքային առաջարկն է այս կենսաքայքայվող կոմպոզիտները դնել արդյունաբերական կոմպոստացման աշխատանքներում, որտեղ դրանք վերածվում են հողի»: Ավանդական E-glass-ը իներտ է և չի քայքայվի այս կոմպոստացման սարքերում:

ArcBiox Fiber Composites

ABM Composite-ը մշակել է ArcBiox X4/5 ապակե մանրաթելերի տարբեր ձևեր կոմպոզիտային կիրառությունների համար՝ սկսածկարճ կտրված մանրաթելերև ներարկման համաձուլվածքների միացություններ դեպիշարունակական մանրաթելերայնպիսի պրոցեսների համար, ինչպիսիք են տեքստիլի և արտազատման ձևավորումը: ArcBiox BSGF տեսականին համատեղում է կենսաքայքայվող ապակե մանրաթելերը կենսաբանական հիմքով պոլիեսթեր խեժերի հետ և հասանելի է ընդհանուր տեխնոլոգիական դասակարգերում և ArcBiox 5 դասարաններում, որոնք հաստատված են սննդամթերքի հետ շփման մեջ օգտագործելու համար:

ABM Composite-ը նաև ուսումնասիրել է մի շարք կենսաքայքայվող և կենսաբանական հիմքով պոլիմերներ, այդ թվում՝ Polylactic Acid (PLA), PLLA և Polybutylene Succinate (PBS): Ստորև բերված դիագրամը ցույց է տալիս, թե ինչպես են X4/5 ապակե մանրաթելերը կարող են բարելավել աշխատանքը՝ մրցելու ստանդարտ ապակե մանրաթելերով ամրացված պոլիմերների հետ, ինչպիսիք են պոլիպրոպիլենը (PP) և նույնիսկ պոլիամիդ 6 (PA6):

ABM Composite-ը նաև ուսումնասիրել է մի շարք կենսաքայքայվող և կենսաբանական հիմքով պոլիմերներ, այդ թվում՝ Polylactic Acid (PLA), PLLA և Polybutylene Succinate (PBS): Ստորև բերված դիագրամը ցույց է տալիս, թե ինչպես են X4/5 ապակե մանրաթելերը կարող են բարելավել աշխատանքը՝ մրցելու ստանդարտ ապակե մանրաթելերով ամրացված պոլիմերների հետ, ինչպիսիք են պոլիպրոպիլենը (PP) և նույնիսկ պոլիամիդ 6 (PA6):

Երկարակեցություն և կոմպոստակայունություն

Եթե ​​այս կոմպոզիտները կենսաքայքայվող են, ինչքա՞ն ժամանակ կծառայեն: «Մեր X4/5 ապակե մանրաթելերը չեն լուծվում հինգ րոպեում կամ գիշերվա ընթացքում, ինչպես շաքարը, և թեև դրանց հատկությունները ժամանակի ընթացքում կփչանան, դա այնքան էլ նկատելի չի լինի»: Ասում է Ռոսլինգը. «Արդյունավետ դեգրադացիայի համար մեզ անհրաժեշտ է բարձր ջերմաստիճան և խոնավություն երկար ժամանակ, ինչպես հայտնաբերված է in vivo կամ արդյունաբերական պարարտանյութի կույտերում: Օրինակ, մենք փորձարկեցինք մեր ArcBiox BSGF նյութից պատրաստված բաժակներն ու թասերը, և դրանք կարող էին դիմակայել սպասք լվանալու մինչև 200 ցիկլերի՝ առանց կորցնելու ֆունկցիոնալությունը: Մեխանիկական հատկությունների որոշակի դեգրադացիա կա, բայց ոչ այն աստիճան, որ բաժակները օգտագործելու համար անվտանգ չլինեն»:

Այնուամենայնիվ, կարևոր է, որ երբ այդ կոմպոզիտները հեռացվեն իրենց օգտակար ծառայության ժամկետի վերջում, նրանք բավարարեն կոմպոստացման համար անհրաժեշտ ստանդարտ պահանջները, և ABM Composite-ն իրականացրել է մի շարք թեստեր՝ ապացուցելու, որ համապատասխանում է այս չափանիշներին: «ԻՍՕ ստանդարտների համաձայն (արդյունաբերական կոմպոստացման համար) կենսաքայքայումը պետք է տեղի ունենա 6 ամսվա ընթացքում, իսկ տարրալուծումը` 3 ամիս/90 օրվա ընթացքում»: Ռոսլինգն ասում է. «Քայքայումը նշանակում է փորձանմուշի/արտադրանքի տեղադրում կենսազանգվածի կամ պարարտանյութի մեջ: 90 օր հետո տեխնիկը մաղով ուսումնասիրում է կենսազանգվածը: 12 շաբաթ հետո արտադրանքի առնվազն 90 տոկոսը պետք է կարողանա անցնել 2 մմ × 2 մմ մաղով»:

Կենսաքայքայումը որոշվում է կուսական նյութը փոշու մեջ մանրացնելով և 90 օր հետո արձակված CO2-ի ընդհանուր քանակությունը չափելով: Սա գնահատում է, թե կոմպոստացման գործընթացում ածխածնի պարունակության որքան մասն է վերածվում ջրի, կենսազանգվածի և CO2: «Արդյունաբերական կոմպոստացման թեստն անցնելու համար կոմպոստացման գործընթացից տեսական 100 տոկոս CO2-ի 90 տոկոսը պետք է ձեռք բերվի (ածխածնի պարունակության հիման վրա)»:

Ռոսլինգն ասում է, որ ABM Composite-ը բավարարել է տարրալուծման և կենսաքայքայման պահանջները, և թեստերը ցույց են տվել, որ իր X4 ապակե մանրաթելի ավելացումն իրականում բարելավում է կենսաքայքայվածությունը (տե՛ս վերևի աղյուսակը), որը, օրինակ, չամրացված PLA խառնուրդի համար կազմում է ընդամենը 78%: Նա բացատրում է. «Սակայն, երբ մեր 30% կենսաքայքայվող ապակե մանրաթելերը ավելացվեցին, կենսաքայքայման մակարդակը հասավ 94%, մինչդեռ քայքայման տեմպերը լավ մնացին»:

Արդյունքում, ABM Composite-ը ցույց է տվել, որ իր նյութերը կարող են հավաստագրվել որպես կոմպոստացվող՝ համաձայն EN 13432-ի: Թեստերը, որոնք մինչ օրս անցել են դրա նյութերը, ներառում են ISO 14855-1՝ նյութերի վերջնական աերոբ կենսաքայքայման համար վերահսկվող կոմպոստացման պայմաններում, ISO 16929՝ աերոբի համար: վերահսկվող տարրալուծում, ISO DIN EN 13432 քիմիական պահանջների համար և OECD 208 ֆիտոտոքսիկության փորձարկման համար, ISO DIN EN 13432:

Կոմպոստացման ընթացքում արտազատվող CO2

Կոմպոստացման ընթացքում CO2-ն իսկապես արտազատվում է, բայց մի մասը մնում է հողում և այնուհետև օգտագործվում է բույսերի կողմից: Կոմպոստավորումը տասնամյակներ շարունակ ուսումնասիրվել է և՛ որպես արդյունաբերական գործընթաց, և՛ որպես հետկոմպոստացման գործընթաց, որն արտազատում է ավելի քիչ CO2, քան թափոնների հեռացման այլ այլընտրանքները, և կոմպոստացումը դեռ համարվում է էկոլոգիապես մաքուր և ածխածնի հետքը կրճատող գործընթաց:

Էկոտոքսիկությունը ներառում է կոմպոստացման գործընթացում արտադրված կենսազանգվածի և այս կենսազանգվածով աճեցված բույսերի փորձարկումը: «Սա այն նպատակով է, որպեսզի համոզվենք, որ այս ապրանքների կոմպոստացումը չի վնասի աճող բույսերին»: Ռոսլինգն ասել է. Բացի այդ, ABM Composite-ը ցույց է տվել, որ իր նյութերը բավարարում են կենսաքայքայման պահանջները տնային կոմպոստացման պայմաններում, որոնք նույնպես պահանջում են 90% կենսաքայքայում, բայց 12 ամսվա ընթացքում՝ համեմատած արդյունաբերական կոմպոստացման ավելի կարճ ժամանակահատվածի հետ:

Արդյունաբերական կիրառություններ, արտադրություն, ծախսեր և ապագա աճ

ABM Composite-ի նյութերն օգտագործվում են մի շարք առևտրային ծրագրերում, սակայն ավելին հնարավոր չէ բացահայտել գաղտնիության համաձայնագրերի պատճառով: «Մենք պատվիրում ենք մեր նյութերը հարմարեցնել այնպիսի ծրագրերի, ինչպիսիք են բաժակները, բաժակապնակները, ափսեները, պատառաքաղները և սննդամթերքի պահպանման տարաները», - ասում է Ռոսլինգը, «բայց դրանք նաև օգտագործվում են որպես այլընտրանք նավթային հիմքով պլաստիկներին կոսմետիկ տարաներում և մեծ կենցաղային իրերում: Վերջերս մեր նյութերն ընտրվել են խոշոր արդյունաբերական մեքենաների կայանքներում բաղադրիչների արտադրության համար, որոնք պետք է փոխարինվեն 2-12 շաբաթը մեկ: Այս ընկերությունները հասկացել են, որ օգտագործելով մեր X4 ապակե մանրաթելերի ամրացումը՝ այս մեխանիկական մասերը կարող են պատրաստվել մաշվածության պահանջվող դիմադրությամբ և օգտագործելուց հետո նաև կոմպոստացվում են: Սա գրավիչ լուծում է մոտ ապագայի համար, քանի որ այս ընկերությունները բախվում են բնապահպանական և CO2 արտանետումների նոր կանոնակարգերին համապատասխանելու մարտահրավերին»:

Ռոսլինգը հավելեց. «Աճում է նաև մեր շարունակական մանրաթելերը գործվածքների և չհյուսված գործվածքների տարբեր տեսակների մեջ օգտագործելու հետաքրքրությունը՝ շինարարական արդյունաբերության համար կառուցվածքային բաղադրիչներ պատրաստելու համար: Մենք նաև հետաքրքրություն ենք տեսնում մեր կենսաքայքայվող մանրաթելերն օգտագործելու կենսաբանական հիմքով, բայց ոչ կենսաքայքայվող PA կամ PP և իներտ ջերմակայուն նյութերով»:

Ներկայումս X4/5 ապակեպլաստե ապակին ավելի թանկ է, քան E-glass-ը, բայց արտադրության ծավալները նույնպես համեմատաբար փոքր են, և ABM Composite-ը մի շարք հնարավորություններ է փնտրում ընդլայնելու դիմումները և նպաստելու մինչև 20,000 տոննա/տարեկան աճին, քանի որ պահանջարկը մեծանում է: ինչը կարող է նաև օգնել նվազեցնել ծախսերը: Այնուամենայնիվ, Ռոսլինգն ասում է, որ շատ դեպքերում կայունության և նոր կարգավորող պահանջների բավարարման հետ կապված ծախսերը լիովին չեն դիտարկվել: Մինչդեռ մոլորակը փրկելու հրատապությունն աճում է։ «Հասարակությունն արդեն առաջ է քաշում ավելի շատ կենսաբանական արտադրանք»: Նա բացատրում է. «Կան բազմաթիվ խթաններ՝ առաջ մղելու վերամշակման տեխնոլոգիաները, աշխարհը պետք է ավելի արագ շարժվի այս ուղղությամբ, և ես կարծում եմ, որ հասարակությունն ապագայում միայն կավելացնի կենսագործունեության վրա հիմնված արտադրանքի իր ճնշումը»:

LCA և կայունության առավելություն

Ռոսլինգն ասում է, որ ABM Composite-ի նյութերը մեկ կիլոգրամի դիմաց 50-60 տոկոսով նվազեցնում են ջերմոցային գազերի արտանետումները և չվերականգնվող էներգիայի օգտագործումը: «Մենք օգտագործում ենք Environmental Footprint Database 2.0, հավատարմագրված GaBi տվյալների բազան և LCA (Life Cycle Analysis) հաշվարկները մեր արտադրանքի համար՝ հիմնված ISO 14040-ում և ISO 14044-ում նշված մեթոդաբանության վրա:

«Ներկայումս, երբ կոմպոզիտները հասնում են իրենց կյանքի ցիկլի ավարտին, շատ էներգիա է պահանջվում կոմպոզիտային թափոնները և EOL արտադրանքները այրելու կամ պիրոլիզելու համար, իսկ մանրացնելն ու կոմպոստացումը գրավիչ տարբերակ է, և դա, անկասկած, մեր առաջարկած հիմնական արժեքային առաջարկներից մեկն է: և մենք ապահովում ենք վերամշակման նոր տեսակ»: Ռոսլինգը ասում է. «Մեր ապակեպլաստե ապակեպլաստե պատրաստված է բնական հանքային բաղադրիչներից, որոնք արդեն առկա են հողում: Ուրեմն ինչու՞ չկոմպոստացնել EOL կոմպոզիտային բաղադրիչները կամ այրվելուց հետո չքայքայվող կոմպոզիտներից մանրաթելերը լուծել և օգտագործել որպես պարարտանյութ: Սա իրական համաշխարհային հետաքրքրություն ներկայացնող վերամշակման տարբերակ է»:

Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (նաև WhatsApp)
Տ՝+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Հասցե՝ NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Շանհայ