פיברגלס נספג ומתכלה, חלקים מרוכבים הניתנים לקומפוסטציה —- חדשות התעשייה

מה אם ניתן היה לבצע קומפוסטציה של חומרים מרוכבים מסיבי זכוכית (GFRP) בתום החיים השימושיים שלהם, בנוסף לעשרות השנים של היתרונות המוכחים של הפחתת משקל, חוזק וקשיחות, עמידות בפני קורוזיה ועמידות? זה, בקצרה, המשיכה של הטכנולוגיה של ABM Composite.

זכוכית ביו-אקטיבית, סיבים בחוזק גבוה

נוסדה ב-2014, Arctic Biomaterials Oy (טמפרה, פינלנד) פיתחה סיבי זכוכית מתכלים עשויים ממה שנקרא זכוכית ביו-אקטיבית, שארי רוסלינג, מנהל מו"פ ב-ABM Composite, מתאר כ"נוסחה מיוחדת שפותחה בשנות ה-60 המאפשרת לזכוכית להיות מתכלה בתנאים פיזיולוגיים. בהחדרת הזכוכית לגוף, הזכוכית מתפרקת למלחים המינרליים המרכיבים אותה, משחררת נתרן, מגנזיום, פוספטים וכו', וכך נוצר מצב הממריץ את צמיחת העצם".

"יש לו מאפיינים דומים לסיבי זכוכית ללא אלקלי (E-glass)." רוזלינג אמרה, "אבל קשה לייצור ולמשוך את הזכוכית הביו-אקטיבית הזו לסיבים, ועד עכשיו היא שימשה רק כאבקה או שפכטל. ככל הידוע לנו, ABM Composite הייתה החברה הראשונה שיצרה ממנה סיבי זכוכית בעלי חוזק גבוה בקנה מידה תעשייתי, וכעת אנו משתמשים בסיבי זכוכית אלו של ArcBiox X4/5 לחיזוק סוגים שונים של פלסטיק, כולל פולימרים מתכלים".

שתלים רפואיים

אזור טמפרה, שעתיים צפונית להלסינקי, פינלנד, היה מרכז לפולימרים מתכלים על בסיס ביולוגי ליישומים רפואיים מאז שנות ה-80. רוזלינג מתארת, "אחד השתלים הזמינים המסחריים הראשונים שנעשו עם חומרים אלה הופק בטמפרה, וכך התחילה ABM Composite! שהיא כעת היחידה העסקית הרפואית שלנו".

"יש הרבה פולימרים מתכלים, נספגים ביולוגיים עבור שתלים." הוא ממשיך, "אבל התכונות המכניות שלהם רחוקות מעצם טבעית. הצלחנו לשפר את הפולימרים המתכלים הללו כדי להעניק לשתל את אותו חוזק כמו העצם הטבעית". רוסלינג ציינה כי סיבי זכוכית ArcBiox בדרגה רפואית עם תוספת של ABM יכולים לשפר את התכונות המכניות של פולימרי PLLA מתכלים ב-200% עד 500%.

כתוצאה מכך, השתלים של ABM Composite מציעים ביצועים גבוהים יותר מאשר שתלים העשויים מפולימרים לא מחוזקים, תוך שהם גם נספגים ביולוגית ומקדמים יצירת עצם וגדילה. ABM Composite משתמשת גם בטכניקות אוטומטיות של מיקום סיבים/גדילים כדי להבטיח כיוון סיבים אופטימלי, כולל הנחת סיבים לכל אורך השתל, כמו גם הצבת סיבים נוספים בנקודות חלשות פוטנציאליות.

יישומים ביתיים וטכניים

עם היחידה העסקית הרפואית ההולכת וגדלה שלה, ABM Composite מכירה בכך שניתן להשתמש בפולימרים מבוססי ביו ומתכלה גם עבור כלי מטבח, סכו"ם וכלי בית אחרים. "לפולימרים המתכלים הללו יש בדרך כלל תכונות מכניות גרועות בהשוואה לפלסטיק מבוסס נפט." רוסלינג אמר, "אבל אנחנו יכולים לחזק את החומרים האלה עם סיבי הזכוכית המתכלים שלנו, מה שהופך אותם למעשה לחלופה טובה לפלסטיק מסחרי מבוסס מאובנים עבור מגוון רחב של יישומים טכניים".

כתוצאה מכך, ABM Composite הגדילה את היחידה העסקית הטכנית שלה, המעסיקה כעת 60 עובדים. "אנחנו מציעים פתרונות סוף-חיים (EOL) ברי-קיימא יותר." רוסלינג אומר, "הצעת הערך שלנו היא להכניס את החומרים המרוכבים המתכלים הללו לפעולות קומפוסטציה תעשייתיות, שם הם הופכים לאדמה." זכוכית E-מסורתית אינרטית ולא תתכלה במתקני קומפוסטציה אלה.

ArcBiox Fiber Composites

ABM Composite פיתחה צורות שונות של סיבי זכוכית ArcBiox X4/5 עבור יישומים מרוכבים, מסיבים קצריםותרכובות הזרקה לסיבים רציפיםעבור תהליכים כגון טקסטיל ודפוס פולטרוזיה. טווח ArcBiox BSGF משלב סיבי זכוכית מתכלים עם שרפי פוליאסטר על בסיס ביו, והוא זמין בדרגות טכנולוגיה כלליות ובדרגות ArcBiox 5 המאושרות לשימוש ביישומים במגע עם מזון.

ABM Composite חקרה גם מגוון של פולימרים מתכלים ומבוססים ביולוגיים, כולל חומצה פולילקטית (PLA), PLLA ופוליבוטילן סוצ'ינט (PBS). התרשים שלהלן מראה כיצד סיבי זכוכית X4/5 יכולים לשפר את הביצועים כדי להתחרות בפולימרים מחוזקים בסיבי זכוכית סטנדרטיים כגון פוליפרופילן (PP) ואפילו פוליאמיד 6 (PA6).

ABM Composite חקרה גם מגוון של פולימרים מתכלים ומבוססים ביולוגיים, כולל חומצה פולילקטית (PLA), PLLA ופוליבוטילן סוצ'ינט (PBS). התרשים שלהלן מראה כיצד סיבי זכוכית X4/5 יכולים לשפר את הביצועים כדי להתחרות בפולימרים מחוזקים בסיבי זכוכית סטנדרטיים כגון פוליפרופילן (PP) ואפילו פוליאמיד 6 (PA6).

עמידות ויכולת קומפוסטציה

אם החומרים המרוכבים הללו מתכלים, כמה זמן הם יחזיקו מעמד? "סיבי הזכוכית X4/5 שלנו לא מתמוססים תוך חמש דקות או לילה כמו הסוכר, ולמרות שתכונותיהם ידרדרו עם הזמן, זה לא יהיה בולט כל כך." אומר רוסלינג, "כדי להתפרק בצורה יעילה, אנו זקוקים לטמפרטורות ולחות גבוהות לאורך תקופות זמן ארוכות, כפי שנמצאות in vivo או בערימות קומפוסט תעשייתיות. לדוגמה, בדקנו כוסות וקערות העשויות מחומר ArcBiox BSGF שלנו, והם יכלו לעמוד עד 200 מחזורי כלים מבלי לאבד את הפונקציונליות. יש פגיעה מסוימת בתכונות המכניות, אבל לא עד לנקודה שבה הכוסות אינן בטוחות לשימוש".

עם זאת, חשוב שכאשר מרוכבים אלו נפטרים בתום החיים השימושיים שלהם, הם אכן עומדים בדרישות התקן הדרושות לקומפוסטציה, ו-ABM Composite ביצעה שורה של בדיקות כדי להוכיח שהוא עומד בתקנים אלו. "על פי תקני ISO (עבור קומפוסטציה תעשייתית), הפירוק הביולוגי אמור להתרחש תוך 6 חודשים ופירוק תוך 3 חודשים/90 ימים". רוסלינג אומר, "פירוק פירושו הצבת דגימת הבדיקה/מוצר לתוך הביומסה או הקומפוסט. לאחר 90 יום, הטכנאי בוחן את הביומסה באמצעות מסננת. לאחר 12 שבועות, לפחות 90 אחוז מהמוצר אמורים להיות מסוגלים לעבור דרך מסננת 2 מ"מ × 2 מ"מ".

הפירוק הביולוגי נקבע על ידי טחינת החומר הבתולי לאבקה ומדידת הכמות הכוללת של CO2 המשתחררת לאחר 90 יום. זה מעריך כמה מתכולת הפחמן בתהליך הקומפוסטציה מומרת למים, ביומסה ו-CO2. "כדי לעבור את מבחן הקומפוסטציה התעשייתי, יש להשיג 90 אחוז מ-100 אחוז ה-CO2 התיאורטי מתהליך הקומפוסטציה (בהתבסס על תכולת פחמן)".

רוסלינג אומרת ש-ABM Composite עמדה בדרישות הפירוק וההתפרקות הביולוגית, ובדיקות הראו שהוספת סיבי הזכוכית X4 שלו למעשה משפרת את ההתכלות הביולוגית (ראה טבלה למעלה), שהיא רק 78% עבור תערובת PLA לא מחוזקת, למשל. הוא מסביר, "עם זאת, כאשר נוספו 30% סיבי הזכוכית המתכלים שלנו, הפירוק הביולוגי גדל ל-94%, בעוד ששיעורי הפירוק נותרו טובים".

כתוצאה מכך, ABM Composite הוכיחה שניתן לאשר את החומרים שלו כקומפוסטרים לפי EN 13432. בדיקות שחומריו עברו עד היום כוללות ISO 14855-1 להתכלות ביולוגית אירובית סופית של חומרים בתנאי קומפוסטציה מבוקרים, ISO 16929 לאירובי פירוק מבוקר, ISO DIN EN 13432 לדרישות כימיות, ו-OECD 208 לבדיקת פיטוטוקסיות, ISO DIN EN 13432.

CO2 המשתחרר במהלך הקומפוסטציה

במהלך הקומפוסטציה, CO2 אכן משתחרר, אך חלקו נשאר באדמה ולאחר מכן מנוצל על ידי הצמחים. קומפוסט נחקר במשך עשרות שנים, הן כתהליך תעשייתי והן כתהליך לאחר קומפוסטציה המשחרר פחות CO2 מחלופות אחרות לסילוק פסולת, וקומפוסטציה עדיין נחשבת לתהליך ידידותי לסביבה ומפחית טביעת רגל פחמן.

רעילות אקולוגית כרוכה בבדיקת הביומסה המופקת בתהליך הקומפוסטציה והצמחים הגדלים עם ביומסה זו. "זה כדי לוודא שקומפוסטציה של המוצרים האלה לא פוגעת בצמחים הגדלים." אמר רולינג. בנוסף, ABM Composite הוכיחה כי החומרים שלה עומדים בדרישות הפירוק הביולוגי בתנאי קומפוסטציה ביתית, המצריכים גם 90% פירוק ביולוגי, אך לאורך תקופה של 12 חודשים, בהשוואה לתקופה קצרה יותר לקומפוסטציה תעשייתית.

יישומים תעשייתיים, ייצור, עלויות וצמיחה עתידית

החומרים של ABM Composite משמשים במספר יישומים מסחריים, אך לא ניתן לחשוף יותר בשל הסכמי סודיות. "אנחנו מזמינים את החומרים שלנו כדי שיתאימו ליישומים כמו כוסות, צלוחיות, צלחות, סכו"ם ומיכלי אחסון מזון", אומר רוסלינג, "אבל הם משמשים גם כחלופה לפלסטיק מבוסס נפט במיכלי קוסמטיקה וחפצי בית גדולים. לאחרונה, החומרים שלנו נבחרו לשימוש בייצור רכיבים במתקני מכונות תעשייתיות גדולות שיש להחלפה כל 2-12 שבועות. חברות אלו זיהו כי באמצעות חיזוק סיבי הזכוכית X4 שלנו, ניתן לייצר חלקים מכניים אלו בעמידות הבלאי הנדרשת והם גם ניתנים לקומפוסטציה לאחר השימוש. זהו פתרון אטרקטיבי לעתיד הקרוב שכן חברות אלו עומדות בפני האתגר לעמוד בתקנות סביבתיות ופליטת CO2 חדשות".

רוזלינג הוסיפה, "יש גם עניין גובר בשימוש בסיבים הרציפים שלנו בסוגים שונים של בדים ולא ארוגים לייצור רכיבים מבניים לתעשיית הבנייה. אנו גם רואים עניין בשימוש בסיבים המתכלים שלנו עם PA או PP מבוססי ביו אך לא מתכלים וחומרים תרמוסטים אינרטיים".

נכון לעכשיו, פיברגלס X4/5 יקר יותר מזכוכית E, אך גם נפחי הייצור קטנים יחסית, ו-ABM Composite מחפשת מספר הזדמנויות להרחבת יישומים ולאפשר עלייה של עד 20,000 טון לשנה ככל שהביקוש גדל, מה שיכול גם לעזור להפחית עלויות. למרות זאת, רוסלינג אומר שבמקרים רבים העלויות הכרוכות בעמידה בקיימות ובדרישות רגולטוריות חדשות לא נשקלו במלואן. בינתיים, הדחיפות בהצלת כדור הארץ גוברת. "החברה כבר דוחפת ליותר מוצרים מבוססי ביו." הוא מסביר, "יש הרבה תמריצים לדחוף את טכנולוגיות המיחזור קדימה, העולם צריך לנוע מהר יותר בנושא הזה ואני חושב שהחברה רק תגביר את הדחיפה שלה למוצרים מבוססי ביו בעתיד".

יתרון LCA וקיימות

רוסלינג אומר שהחומרים של ABM Composite מפחיתים את פליטת גזי החממה ואת השימוש באנרגיה לא מתחדשת ב-50-60% לק"ג. "אנו משתמשים ב- Environmental Footprint Database 2.0, במערך הנתונים המאושר של GaBi ובחישובי LCA (ניתוח מחזור חיים) עבור המוצרים שלנו בהתבסס על המתודולוגיה המתוארת ב-ISO 14040 ו-ISO 14044".

"כיום, כאשר חומרים מרוכבים מגיעים לסוף מחזור חייהם, נדרשת אנרגיה רבה לשריפת או פירוליזה של פסולת מרוכבת ומוצרי EOL, וגריסת וקומפוסטציה היא אפשרות אטרקטיבית, וזו בהחלט אחת מהצעות הערך המרכזיות שאנו מציעים, ואנחנו מספקים סוג חדש של מיחזור." רוסלינג אומר, "הפיברגלס שלנו עשוי ממרכיבים מינרליים טבעיים שכבר נמצאים באדמה. אז למה לא לעשות קומפוסט רכיבים מרוכבים של EOL, או להמיס סיבים מחומרים מרוכבים שאינם מתכלים לאחר השריפה ולהשתמש בהם כדשן? זוהי אפשרות מיחזור בעלת עניין עולמי אמיתי".

Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (גם WhatsApp)
T:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
כתובת: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, שנחאי