Bagaimana jika komposit polimer yang diperkuat serat kaca (GFRP) dapat dibuat kompos pada akhir masa pakainya, selain manfaat yang telah terbukti selama beberapa dekade dalam hal pengurangan berat, kekuatan dan kekakuan, ketahanan terhadap korosi dan daya tahan? Singkatnya, itulah daya tarik teknologi ABM Composite.
Kaca bioaktif, serat berkekuatan tinggi
Didirikan pada tahun 2014, Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Finlandia) telah mengembangkan serat kaca biodegradable yang terbuat dari apa yang disebut kaca bioaktif, yang oleh Ari Rosling, direktur R&D di ABM Composite, digambarkan sebagai “formulasi khusus yang dikembangkan pada tahun 1960an yang memungkinkan kaca untuk akan terdegradasi dalam kondisi fisiologis. Saat dimasukkan ke dalam tubuh, kaca tersebut terurai menjadi garam mineral penyusunnya, melepaskan natrium, magnesium, fosfat, dll., sehingga menciptakan kondisi yang merangsang pertumbuhan tulang.”
“Ia memiliki sifat yang mirip denganserat kaca bebas alkali (E-glass).” Rosling berkata, “Tetapi kaca bioaktif ini sulit untuk dibuat dan dibuat menjadi serat, dan sampai saat ini hanya digunakan sebagai bedak atau dempul. Sejauh yang kami ketahui, ABM Composite adalah perusahaan pertama yang membuat serat kaca berkekuatan tinggi dalam skala industri, dan kami sekarang menggunakan serat kaca ArcBiox X4/5 ini untuk memperkuat berbagai jenis plastik, termasuk polimer yang dapat terbiodegradasi”.
Implan medis
Wilayah Tampere, dua jam di utara Helsinki, Finlandia, telah menjadi pusat polimer biodegradable berbasis bio untuk aplikasi medis sejak tahun 1980an. Rosling menjelaskan, “Salah satu implan komersial pertama yang dibuat dengan bahan-bahan ini diproduksi di Tampere, dan itulah awal mula ABM Composite! yang sekarang menjadi unit bisnis medis kami”.
“Ada banyak polimer yang dapat terbiodegradasi dan dapat diserap secara hayati untuk implan.” Ia melanjutkan, “tetapi sifat mekaniknya jauh dari tulang alami. Kami mampu meningkatkan polimer biodegradable ini untuk memberikan implan kekuatan yang sama dengan tulang alami”. Rosling mencatat bahwa serat kaca ArcBiox kelas medis dengan penambahan ABM dapat meningkatkan sifat mekanik polimer PLLA yang dapat terbiodegradasi sebesar 200% hingga 500%.
Hasilnya, implan ABM Composite menawarkan kinerja lebih tinggi dibandingkan implan yang dibuat dengan polimer tanpa penguat, dan juga dapat diserap secara hayati serta mendorong pembentukan dan pertumbuhan tulang. ABM Composite juga menggunakan teknik penempatan serat/untai otomatis untuk memastikan orientasi serat yang optimal, termasuk meletakkan serat di sepanjang implan, serta menempatkan serat tambahan di titik-titik yang berpotensi menjadi titik lemah.
Aplikasi rumah tangga dan teknis
Dengan berkembangnya unit bisnis medis, ABM Composite menyadari bahwa polimer berbasis bio dan dapat terbiodegradasi juga dapat digunakan untuk peralatan dapur, peralatan makan, dan barang-barang rumah tangga lainnya. “Polimer yang dapat terurai secara hayati ini biasanya memiliki sifat mekanik yang buruk dibandingkan dengan plastik berbahan dasar minyak bumi.” Rosling berkata, “Tetapi kami dapat memperkuat bahan-bahan ini dengan serat kaca yang dapat terbiodegradasi, menjadikannya alternatif yang baik terhadap plastik komersial berbasis fosil untuk berbagai aplikasi teknis”.
Alhasil, ABM Composite menambah unit usaha teknisnya yang kini mempekerjakan 60 orang. “Kami menawarkan solusi akhir masa pakai (end-of-life/EOL) yang lebih berkelanjutan.” Rosling berkata, “Proposisi nilai kami adalah memasukkan komposit yang dapat terbiodegradasi ini ke dalam operasi pengomposan industri yang kemudian diubah menjadi tanah.” E-glass tradisional bersifat inert dan tidak akan terurai di fasilitas pengomposan ini.
Komposit Serat ArcBiox
ABM Composite telah mengembangkan berbagai bentuk serat kaca ArcBiox X4/5 untuk aplikasi komposit, mulai dariserat yang dipotong pendekdan senyawa cetakan injeksi untukserat yang kontinyuuntuk proses seperti pencetakan tekstil dan pultrusion. Rangkaian ArcBiox BSGF menggabungkan serat kaca biodegradable dengan resin poliester berbasis bio dan tersedia dalam tingkat teknologi umum dan tingkat ArcBiox 5 yang disetujui untuk digunakan dalam aplikasi kontak makanan.
ABM Composite juga telah menyelidiki berbagai polimer biodegradable dan berbasis bio termasuk Polylactic Acid (PLA), PLLA dan Polybutylene Succinate (PBS). Diagram di bawah menunjukkan bagaimana serat kaca X4/5 dapat meningkatkan kinerja untuk bersaing dengan polimer yang diperkuat serat kaca standar seperti polipropilen (PP) dan bahkan poliamida 6 (PA6).
ABM Composite juga telah menyelidiki berbagai polimer yang dapat terbiodegradasi dan berbasis bio, termasuk Polylactic Acid (PLA), PLLA dan Polybutylene Succinate (PBS). Diagram di bawah menunjukkan bagaimana serat kaca X4/5 dapat meningkatkan kinerja untuk bersaing dengan polimer yang diperkuat serat kaca standar seperti polipropilen (PP) dan bahkan poliamida 6 (PA6).
Daya Tahan & Komposabilitas
Jika komposit ini dapat terbiodegradasi, berapa lama bahan tersebut akan bertahan? “Serat kaca X4/5 kami tidak larut dalam waktu lima menit atau semalam seperti halnya gula, dan meskipun sifat-sifatnya akan menurun seiring berjalannya waktu, hal ini tidak akan terlalu terlihat.” Rosling berkata, “Untuk melakukan degradasi secara efektif, kita memerlukan suhu dan kelembapan yang tinggi dalam jangka waktu yang lama, seperti yang ditemukan secara in vivo atau di tumpukan kompos industri. Misalnya, kami menguji cangkir dan mangkuk yang terbuat dari bahan ArcBiox BSGF, dan keduanya dapat bertahan hingga 200 siklus pencucian piring tanpa kehilangan fungsinya. Ada beberapa penurunan sifat mekanik, namun tidak sampai pada titik dimana cangkir tidak aman untuk digunakan”.
Namun, penting bahwa ketika komposit tersebut dibuang pada akhir masa pakainya, komposit tersebut memenuhi persyaratan standar yang diperlukan untuk pengomposan, dan ABM Composite telah melakukan serangkaian pengujian untuk membuktikan bahwa komposit tersebut memenuhi standar tersebut. “Menurut standar ISO (untuk pengomposan industri), biodegradasi harus terjadi dalam waktu 6 bulan dan dekomposisi dalam waktu 3 bulan/90 hari”. Rosling mengatakan, “Dekomposisi berarti menempatkan sampel/produk uji ke dalam biomassa atau kompos. setelah 90 hari, teknisi memeriksa biomassa menggunakan saringan. setelah 12 minggu, setidaknya 90 persen produk harus dapat lolos saringan 2 mm × 2 mm”.
Biodegradasi ditentukan dengan menggiling bahan perawan menjadi bubuk dan mengukur jumlah total CO2 yang dilepaskan setelah 90 hari. Hal ini menilai seberapa banyak kandungan karbon dari proses pengomposan yang diubah menjadi air, biomassa, dan CO2. “Untuk lulus uji pengomposan industri, 90 persen dari 100 persen CO2 teoritis dari proses pengomposan harus dicapai (berdasarkan kandungan karbon)”.
Rosling mengatakan ABM Composite telah memenuhi persyaratan dekomposisi dan biodegradasi, dan pengujian menunjukkan bahwa penambahan serat kaca X4 benar-benar meningkatkan kemampuan terurai secara hayati (lihat tabel di atas), yang hanya 78% untuk campuran PLA tanpa penguat, misalnya. Dia menjelaskan, “Namun, ketika 30% serat kaca biodegradable kami ditambahkan, biodegradasi meningkat menjadi 94%, sementara tingkat degradasi tetap baik”.
Hasilnya, ABM Composite telah menunjukkan bahwa bahan-bahannya dapat disertifikasi sebagai bahan yang dapat dibuat kompos menurut EN 13432. Pengujian yang telah dilalui bahan-bahannya hingga saat ini meliputi ISO 14855-1 untuk biodegradabilitas aerobik akhir bahan-bahan dalam kondisi pengomposan yang terkendali, ISO 16929 untuk bahan-bahan aerobik dekomposisi terkendali, ISO DIN EN 13432 untuk persyaratan kimia, dan OECD 208 untuk pengujian fitotoksisitas, ISO DIN EN 13432.
CO2 dilepaskan selama pengomposan
Selama pengomposan, CO2 memang dikeluarkan, namun sebagian masih tertinggal di dalam tanah dan kemudian dimanfaatkan oleh tanaman. Pengomposan telah dipelajari selama beberapa dekade, baik sebagai proses industri maupun sebagai proses pasca-pengomposan yang melepaskan lebih sedikit CO2 dibandingkan alternatif pembuangan limbah lainnya, dan pengomposan masih dianggap sebagai proses yang ramah lingkungan dan mengurangi jejak karbon.
Ekotoksisitas melibatkan pengujian biomassa yang dihasilkan selama proses pengomposan dan tanaman yang ditanam dengan biomassa ini. “Hal ini untuk memastikan bahwa pengomposan produk-produk ini tidak membahayakan tanaman yang sedang tumbuh.” kata Rosling. Selain itu, ABM Composite telah menunjukkan bahwa materialnya memenuhi persyaratan biodegradasi dalam kondisi pengomposan di rumah, yang juga memerlukan 90% biodegradasi, namun dalam periode 12 bulan, dibandingkan dengan periode yang lebih singkat untuk pengomposan industri.
Aplikasi industri, produksi, biaya dan pertumbuhan masa depan
Materi ABM Composite digunakan dalam sejumlah aplikasi komersial, namun lebih banyak lagi yang tidak dapat diungkapkan karena perjanjian kerahasiaan. “Kami memesan bahan-bahan kami agar sesuai dengan aplikasi seperti cangkir, piring, piring, peralatan makan, dan wadah penyimpanan makanan,” kata Rosling, “tetapi bahan-bahan tersebut juga digunakan sebagai alternatif pengganti plastik berbahan dasar minyak bumi dalam wadah kosmetik dan barang-barang rumah tangga berukuran besar. Baru-baru ini, material kami telah dipilih untuk digunakan dalam pembuatan komponen pada instalasi mesin industri besar yang perlu diganti setiap 2-12 minggu. Perusahaan-perusahaan ini telah menyadari bahwa dengan menggunakan penguat serat kaca X4 kami, komponen mekanis ini dapat dibuat dengan ketahanan aus yang diperlukan dan juga dapat dibuat kompos setelah digunakan. Ini adalah solusi yang menarik dalam waktu dekat karena perusahaan-perusahaan ini menghadapi tantangan dalam memenuhi peraturan lingkungan hidup dan emisi CO2 yang baru”.
Rosling menambahkan, “Ada juga peningkatan minat dalam menggunakan serat kontinyu kami dalam berbagai jenis kain dan bahan bukan tenunan untuk membuat komponen struktural untuk industri konstruksi. Kami juga melihat minat untuk menggunakan serat biodegradable kami dengan bahan PA atau PP berbasis bio namun non-biodegradable dan termoset inert”.
Saat ini, fiberglass X4/5 lebih mahal dibandingkan E-glass, namun volume produksinya juga relatif kecil, dan ABM Composite sedang mengejar sejumlah peluang untuk memperluas aplikasi dan memfasilitasi peningkatan hingga 20.000 ton/tahun seiring meningkatnya permintaan. yang juga dapat membantu mengurangi biaya. Meski begitu, Rosling mengatakan bahwa dalam banyak kasus, biaya yang terkait dengan pemenuhan keberlanjutan dan persyaratan peraturan baru belum sepenuhnya dipertimbangkan. Sementara itu, urgensi penyelamatan bumi semakin meningkat. “Masyarakat sudah mendorong lebih banyak produk berbasis bio.” Ia menjelaskan, “Ada banyak insentif untuk mendorong kemajuan teknologi daur ulang, dunia perlu bergerak lebih cepat dalam hal ini dan saya pikir masyarakat hanya akan meningkatkan dorongannya terhadap produk-produk berbasis bio di masa depan”.
LCA dan Keunggulan Keberlanjutan
Rosling mengatakan material ABM Composite mengurangi emisi gas rumah kaca dan penggunaan energi tak terbarukan sebesar 50-60 persen per kilogram. “Kami menggunakan Environmental Footprint Database 2.0, kumpulan data GaBi yang terakreditasi, dan perhitungan LCA (Life Cycle Analysis) untuk produk kami berdasarkan metodologi yang diuraikan dalam ISO 14040 dan ISO 14044″.
“Saat ini, ketika komposit mencapai akhir siklus hidupnya, banyak energi yang dibutuhkan untuk membakar atau pirolisis limbah komposit dan produk EOL, dan penghancuran serta pengomposan merupakan pilihan yang menarik, dan ini jelas merupakan salah satu proposisi nilai utama yang kami tawarkan. dan kami menyediakan jenis daur ulang yang baru.” Rosling berkata, “Fiberglass kami terbuat dari komponen mineral alami yang sudah ada di dalam tanah. Jadi mengapa tidak membuat kompos komponen komposit EOL, atau melarutkan serat dari komposit yang tidak dapat terurai setelah pembakaran dan menggunakannya sebagai pupuk? Ini adalah pilihan daur ulang yang memiliki kepentingan global yang nyata”.
Shanghai Orisen Teknologi Bahan Baru Co, Ltd
L: +86 18683776368 (juga WhatsApp)
T:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Alamat: NO.398 Jalan Hijau Baru Kota Xinbang Distrik Songjiang, Shanghai
Waktu posting: 27 Mei-2024