ბიოშეწოვადი და დეგრადირებადი ბოჭკოვანი მინა, კომპოსტირებადი კომპოზიტური ნაწილები —— ინდუსტრიის სიახლეები

რა მოხდება, თუ მინის ბოჭკოვანი გამაგრებული პოლიმერული (GFRP) კომპოზიტები შეიძლება კომპოსტირდეს მათი სასარგებლო ვადის ბოლოს, გარდა ათწლეულების განმავლობაში დადასტურებული სარგებელისა წონის შემცირების, სიძლიერისა და სიხისტის, კოროზიის წინააღმდეგობისა და გამძლეობისა? ეს, მოკლედ, არის ABM Composite-ის ტექნოლოგიის მიმზიდველობა.

ბიოაქტიური მინა, მაღალი სიმტკიცის ბოჭკოები

2014 წელს დაარსებულმა Arctic Biomaterials Oy-მა (ტამპერე, ფინეთი) შეიმუშავა ბიოდეგრადირებადი მინის ბოჭკო, რომელიც დამზადებულია ეგრეთ წოდებული ბიოაქტიური მინისგან, რომელსაც არი როსლინგი, ABM Composite-ის R&D დირექტორი, აღწერს, როგორც „სპეციალურ ფორმულირებას, რომელიც შეიქმნა 1960-იან წლებში, რომელიც შუშას საშუალებას აძლევს იყოს დეგრადირებული ფიზიოლოგიურ პირობებში. ორგანიზმში შეყვანისას მინა იშლება მის შემადგენელ მინერალურ მარილებად, გამოყოფს ნატრიუმს, მაგნიუმს, ფოსფატებს და ა.შ., რითაც ქმნის მდგომარეობას, რომელიც ასტიმულირებს ძვლის ზრდას“.

„მას აქვს მსგავსი თვისებებიტუტე გარეშე მინის ბოჭკოვანი (E-glass).” როსლინგმა თქვა: „მაგრამ ამ ბიოაქტიური მინის დამზადება და ბოჭკოებად დახატვა რთულია და აქამდე მას მხოლოდ ფხვნილად ან პუდრის სახით იყენებდნენ. რამდენადაც ჩვენ ვიცით, ABM Composite იყო პირველი კომპანია, რომელმაც მისგან მაღალი სიმტკიცის მინის ბოჭკოები დაამზადა სამრეწველო მასშტაბით და ჩვენ ახლა ვიყენებთ ამ ArcBiox X4/5 მინის ბოჭკოებს სხვადასხვა ტიპის პლასტმასის გასაძლიერებლად, მათ შორის ბიოდეგრადირებადი პოლიმერების ჩათვლით.

სამედიცინო იმპლანტები

ტამპერეს რეგიონი, ფინეთი, ჰელსინკიდან ორი საათის ჩრდილოეთით, 1980-იანი წლებიდან არის ბიოდეგრადირებადი პოლიმერების ცენტრი სამედიცინო გამოყენებისთვის. როსლინგი აღწერს: „ამ მასალებით დამზადებული ერთ-ერთი პირველი კომერციულად ხელმისაწვდომი იმპლანტი დამზადდა ტამპერეში და ასე დაიწყო ABM Composite! რომელიც ახლა ჩვენი სამედიცინო ბიზნეს განყოფილებაა“.

იმპლანტებისთვის ბევრი ბიოდეგრადირებადი, ბიოშეწოვადი პოლიმერია. ის განაგრძობს, „მაგრამ მათი მექანიკური თვისებები შორს არის ბუნებრივი ძვლისგან. ჩვენ შევძელით ამ ბიოდეგრადირებადი პოლიმერების გაძლიერება, რათა იმპლანტს მივცეთ ისეთივე სიმტკიცე, როგორც ბუნებრივი ძვალი“. როსლინგმა აღნიშნა, რომ სამედიცინო კლასის ArcBiox მინის ბოჭკოებს ABM-ის დამატებით შეუძლიათ გააუმჯობესონ ბიოდეგრადირებადი PLLA პოლიმერების მექანიკური თვისებები 200%-დან 500%-მდე.

შედეგად, ABM Composite-ის იმპლანტანტები გვთავაზობენ უფრო მაღალ ეფექტურობას, ვიდრე გაუმაგრებელი პოლიმერებით დამზადებულ იმპლანტანტებს, ამასთან, ბიოაბსორბირებადია და ხელს უწყობს ძვლის ფორმირებას და ზრდას. ABM Composite ასევე იყენებს ბოჭკოების/ძაფების განლაგების ავტომატიზირებულ ტექნიკას ბოჭკოების ოპტიმალური ორიენტაციის უზრუნველსაყოფად, მათ შორის იმპლანტის მთელ სიგრძეზე ბოჭკოების დადებას, ასევე პოტენციურად სუსტ ადგილებში დამატებითი ბოჭკოების განთავსებას.

საყოფაცხოვრებო და ტექნიკური აპლიკაციები

თავისი მზარდი სამედიცინო ბიზნეს განყოფილებით, ABM Composite აღიარებს, რომ ბიოლოგიურად დაფუძნებული და ბიოდეგრადირებადი პოლიმერები ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას სამზარეულოს ჭურჭლის, დანაჩანგალისთვის და სხვა საყოფაცხოვრებო ნივთებისთვის. ”ამ ბიოდეგრადირებად პოლიმერებს, როგორც წესი, აქვთ ცუდი მექანიკური თვისებები ნავთობზე დაფუძნებულ პლასტმასებთან შედარებით.” როსლინგმა თქვა: ”მაგრამ ჩვენ შეგვიძლია გავაძლიეროთ ეს მასალები ჩვენი ბიოდეგრადირებადი მინის ბოჭკოებით, რაც მათ პრაქტიკულად კარგ ალტერნატივად აქცევს ნამარხზე დაფუძნებული კომერციული პლასტმასისთვის ტექნიკური აპლიკაციების ფართო სპექტრისთვის”.

შედეგად, ABM Composite-მა გაზარდა ტექნიკური ბიზნეს ერთეული, სადაც ახლა 60 ადამიანია დასაქმებული. „ჩვენ გთავაზობთ უფრო მდგრად გადაწყვეტილებებს სიცოცხლის ბოლომდე (EOL). როსლინგი ამბობს: „ჩვენი ღირებულების წინადადება არის ამ ბიოდეგრადირებადი კომპოზიტების დაყენება სამრეწველო კომპოსტირების ოპერაციებში, სადაც ისინი გადაიქცევა ნიადაგად“. ტრადიციული E-მინა ინერტულია და არ იშლება ამ კომპოსტირების ობიექტებში.

ArcBiox ბოჭკოვანი კომპოზიტები

ABM Composite-მა შეიმუშავა ArcBiox X4/5 მინის ბოჭკოების სხვადასხვა ფორმები კომპოზიციური აპლიკაციებისთვის.მოკლე მოჭრილი ბოჭკოებიდა საინექციო ჩამოსხმის ნაერთებიუწყვეტი ბოჭკოებიისეთი პროცესებისთვის, როგორიცაა ტექსტილის და პულტრუზიული ჩამოსხმა. ArcBiox BSGF ასორტიმენტი აერთიანებს ბიოდეგრადირებადი მინის ბოჭკოებს ბიო-დაფუძნებულ პოლიესტერულ ფისებთან და ხელმისაწვდომია ზოგადი ტექნოლოგიის კლასებში და ArcBiox 5 კლასებში, რომლებიც დამტკიცებულია საკვებთან კონტაქტის პროგრამებში გამოსაყენებლად.

ABM Composite-მა ასევე გამოიკვლია ბიოდეგრადირებადი და ბიოლოგიურად დაფუძნებული პოლიმერების მრავალფეროვნება, მათ შორის პოლილაქტიკური მჟავა (PLA), PLLA და პოლიბუტილენის სუქცინატი (PBS). ქვემოთ მოცემული დიაგრამა გვიჩვენებს, თუ როგორ შეუძლია X4/5 მინის ბოჭკოებს გააუმჯობესოს შესრულება კონკურენცია გაუწიოს სტანდარტული მინის ბოჭკოებით გამაგრებულ პოლიმერებს, როგორიცაა პოლიპროპილენი (PP) და თუნდაც პოლიამიდი 6 (PA6).

ABM Composite-მა ასევე გამოიკვლია ბიოდეგრადირებადი და ბიოლოგიურად დაფუძნებული პოლიმერების მრავალფეროვნება, მათ შორის პოლილაქტიკური მჟავა (PLA), PLLA და პოლიბუტილენ სუქცინატი (PBS). ქვემოთ მოცემული დიაგრამა გვიჩვენებს, თუ როგორ შეუძლია X4/5 მინის ბოჭკოებს გააუმჯობესოს შესრულება კონკურენცია გაუწიოს სტანდარტული მინის ბოჭკოებით გამაგრებულ პოლიმერებს, როგორიცაა პოლიპროპილენი (PP) და თუნდაც პოლიამიდი 6 (PA6).

გამძლეობა და კომპოსტირება

თუ ეს კომპოზიტები ბიოდეგრადირებადია, რამდენ ხანს გაგრძელდება ისინი? „ჩვენი X4/5 მინის ბოჭკოები არ იშლება ხუთ წუთში ან ღამით, როგორც შაქარი, და მიუხედავად იმისა, რომ მათი თვისებები დროთა განმავლობაში მცირდება, ეს არც ისე შესამჩნევი იქნება“. როსლინგი ამბობს: „ეფექტური დეგრადაციისთვის, ჩვენ გვჭირდება მაღალი ტემპერატურა და ტენიანობა ხანგრძლივი დროის განმავლობაში, როგორც ეს არის in vivo ან სამრეწველო კომპოსტის გროვაში. მაგალითად, ჩვენ გამოვცადეთ ჩვენი ArcBiox BSGF მასალისგან დამზადებული ჭიქები და თასები და ისინი გაუძლებდნენ 200-მდე ჭურჭლის რეცხვის ციკლს ფუნქციონირების დაკარგვის გარეშე. არსებობს მექანიკური თვისებების გარკვეული დეგრადაცია, მაგრამ არა იმ დონემდე, რომ ჭიქები არ იყოს უსაფრთხო გამოსაყენებლად”.

თუმცა, მნიშვნელოვანია, რომ როდესაც ეს კომპოზიტები განადგურდება მათი სასარგებლო ვადის ბოლოს, ისინი აკმაყოფილებენ კომპოსტირებისთვის საჭირო სტანდარტულ მოთხოვნებს და ABM Composite-მა ჩაატარა ტესტების სერია, რათა დაამტკიცოს, რომ იგი აკმაყოფილებს ამ სტანდარტებს. ISO სტანდარტების მიხედვით (სამრეწველო კომპოსტირებისთვის), ბიოდეგრადირება უნდა მოხდეს 6 თვეში და დაშლა 3 თვე/90 დღეში. როსლინგი ამბობს: „დაშლა ნიშნავს ტესტის ნიმუშის/პროდუქტის ბიომასაში ან კომპოსტის მოთავსებას. 90 დღის შემდეგ, ტექნიკოსი იკვლევს ბიომასას საცრის გამოყენებით. 12 კვირის შემდეგ, პროდუქტის მინიმუმ 90 პროცენტს უნდა შეეძლოს 2 მმ × 2 მმ საცრის გავლა.

ბიოდეგრადაცია განისაზღვრება ხელუხლებელი მასალის ფხვნილად დაფქვით და 90 დღის შემდეგ გამოთავისუფლებული CO2-ის მთლიანი რაოდენობის გაზომვით. ეს აფასებს კომპოსტირების პროცესში ნახშირბადის შემცველობის რა ნაწილს გარდაიქმნება წყალში, ბიომასა და CO2-ში. „სამრეწველო კომპოსტირების ტესტის გასავლელად, კომპოსტირების პროცესის თეორიული 100 პროცენტიანი CO2-ის 90 პროცენტი უნდა იყოს მიღწეული (ნახშირბადის შემცველობაზე დაყრდნობით)».

როსლინგი ამბობს, რომ ABM Composite-მა დააკმაყოფილა დაშლისა და ბიოდეგრადაციის მოთხოვნები და ტესტებმა აჩვენა, რომ მისი X4 მინის ბოჭკოს დამატება რეალურად აუმჯობესებს ბიოდეგრადირებას (იხ. ცხრილი ზემოთ), რაც მხოლოდ 78%-ს შეადგენს, მაგალითად, გაუმაგრებელი PLA ნარევისთვის. ის განმარტავს: ”თუმცა, როდესაც ჩვენს 30% ბიოდეგრადირებადი მინის ბოჭკოები დაემატა, ბიოდეგრადაცია გაიზარდა 94%-მდე, ხოლო დეგრადაციის მაჩვენებლები კარგი დარჩა”.

შედეგად, ABM Composite-მა აჩვენა, რომ მისი მასალები შეიძლება იყოს სერტიფიცირებული, როგორც კომპოსტირებადი EN 13432-ის მიხედვით. მისმა მასალებმა დღემდე გავლილი ტესტები მოიცავს ISO 14855-1 მასალების საბოლოო აერობული ბიოდეგრადირებისთვის კონტროლირებადი კომპოსტირების პირობებში, ISO 16929 აერობულისთვის. კონტროლირებადი დაშლა, ISO DIN EN 13432 ქიმიური მოთხოვნებისთვის და OECD 208 ფიტოტოქსიკურობის ტესტირებისთვის, ISO DIN EN 13432.

CO2 გამოყოფილი კომპოსტირების დროს

კომპოსტირების დროს CO2 მართლაც გამოიყოფა, მაგრამ ნაწილი რჩება ნიადაგში და შემდეგ გამოიყენება მცენარეების მიერ. კომპოსტირება ათწლეულების განმავლობაში იყო შესწავლილი, როგორც სამრეწველო პროცესი, ასევე როგორც შემდგომი კომპოსტირების პროცესი, რომელიც ათავისუფლებს ნაკლებ CO2-ს, ვიდრე სხვა ნარჩენების განადგურების ალტერნატივები, და კომპოსტირება კვლავ ითვლება ეკოლოგიურად და ნახშირბადის ანაბეჭდის შემცირების პროცესად.

ეკოტოქსიკურობა გულისხმობს კომპოსტირების პროცესში წარმოქმნილი ბიომასისა და ამ ბიომასით გაზრდილი მცენარეების ტესტირებას. ”ეს იმისთვისაა, რომ ამ პროდუქტების კომპოსტირებამ არ დააზარალოს მზარდი მცენარეები.” თქვა როსლინგმა. გარდა ამისა, ABM Composite-მა აჩვენა, რომ მისი მასალები აკმაყოფილებს ბიოდეგრადაციის მოთხოვნებს სახლის კომპოსტირების პირობებში, რაც ასევე მოითხოვს 90% ბიოდეგრადაციას, მაგრამ 12 თვის განმავლობაში, სამრეწველო კომპოსტირების უფრო მოკლე პერიოდთან შედარებით.

სამრეწველო პროგრამები, წარმოება, ხარჯები და მომავალი ზრდა

ABM Composite-ის მასალები გამოიყენება რიგ კომერციულ აპლიკაციებში, მაგრამ მეტის გამოვლენა შეუძლებელია კონფიდენციალურობის შეთანხმებების გამო. „ჩვენ ვუკვეთავთ ჩვენს მასალებს, რომ მოერგოს ისეთ აპლიკაციებს, როგორიცაა ჭიქები, თეფშები, თეფშები, დანაჩანგალი და საკვების შესანახი კონტეინერები“, - ამბობს როსლინგი, „მაგრამ ისინი ასევე გამოიყენება როგორც ნავთობზე დაფუძნებული პლასტმასის ალტერნატივა კოსმეტიკურ კონტეინერებში და დიდ საყოფაცხოვრებო ნივთებში. ახლახან, ჩვენი მასალები შეირჩა მსხვილ სამრეწველო ტექნიკის დანადგარების კომპონენტების წარმოებისთვის, რომლებიც უნდა შეიცვალოს ყოველ 2-12 კვირაში. ამ კომპანიებმა აღიარეს, რომ ჩვენი X4 მინის ბოჭკოვანი გამაგრების გამოყენებით, ამ მექანიკური ნაწილების დამზადება შესაძლებელია აცვიათ საჭირო გამძლეობით და ასევე კომპოსტირებადია გამოყენების შემდეგ. ეს არის მიმზიდველი გადაწყვეტა უახლოეს მომავალში, რადგან ამ კომპანიების წინაშე დგანან ახალი გარემოსდაცვითი და CO2 ემისიის რეგულაციების დაკმაყოფილების გამოწვევა.

როსლინგმა დასძინა: ”ასევე იზრდება ინტერესი ჩვენი უწყვეტი ბოჭკოების გამოყენების მიმართ სხვადასხვა ტიპის ქსოვილებში და არაქსოვილ ქსოვილებში სამშენებლო ინდუსტრიისთვის სტრუქტურული კომპონენტების დასამზადებლად. ჩვენ ასევე ვხედავთ ინტერესს ჩვენი ბიოდეგრადირებადი ბოჭკოების გამოყენებაში ბიო-დაფუძნებული, მაგრამ არაბიოდეგრადირებადი PA ან PP და ინერტული თერმოელექტრული მასალებით.

ამჟამად, X4/5 მინა უფრო ძვირია, ვიდრე E-glass, მაგრამ წარმოების მოცულობა ასევე შედარებით მცირეა და ABM Composite ეძებს უამრავ შესაძლებლობებს განაცხადების გაფართოების მიზნით და ხელი შეუწყოს 20,000 ტონამდე ზრდას წელიწადში, რადგან მოთხოვნა იზრდება. რაც ასევე ხელს შეუწყობს ხარჯების შემცირებას. მიუხედავად ამისა, როსლინგი ამბობს, რომ ხშირ შემთხვევაში მდგრადობისა და ახალი მარეგულირებელი მოთხოვნების შესრულებასთან დაკავშირებული ხარჯები სრულად არ არის გათვალისწინებული. ამასობაში პლანეტის გადარჩენის აქტუალობა იზრდება. „საზოგადოება უკვე უბიძგებს მეტი ბიო პროდუქტებისკენ“. ის განმარტავს, „ბევრი სტიმულია გადამუშავების ტექნოლოგიების წინსვლისთვის, მსოფლიომ უფრო სწრაფად უნდა იმოქმედოს ამაზე და ვფიქრობ, საზოგადოება მომავალში მხოლოდ გაზრდის ბიოპროდუქტებზე დაფუძნებულ პროდუქტებს“.

LCA და მდგრადობის უპირატესობა

როსლინგი ამბობს, რომ ABM Composite-ის მასალები ამცირებს სათბურის გაზების გამოყოფას და არაგანახლებადი ენერგიის გამოყენებას 50-60 პროცენტით კილოგრამზე. „ჩვენ ვიყენებთ გარემოსდაცვითი ანაბეჭდის მონაცემთა ბაზა 2.0-ს, GaBi-ის აკრედიტებულ მონაცემთა ბაზას და LCA (სასიცოცხლო ციკლის ანალიზი) გამოთვლებს ჩვენი პროდუქტებისთვის ISO 14040-ში და ISO 14044-ში მოცემულ მეთოდოლოგიაზე დაყრდნობით.

„ამჟამად, როდესაც კომპოზიტები მიაღწევენ სასიცოცხლო ციკლის დასასრულს, დიდი ენერგიაა საჭირო კომპოზიტური ნარჩენების და EOL პროდუქტების დასაწვავად ან პიროლიზირებისთვის, ხოლო დაქუცმაცება და კომპოსტირება მიმზიდველი ვარიანტია და ეს ნამდვილად არის ერთ-ერთი მთავარი ღირებულების შეთავაზება, რომელსაც ჩვენ ვთავაზობთ. და ჩვენ ვაძლევთ ახალი ტიპის გადამუშავებას“. როსლინგი ამბობს: „ჩვენი ბოჭკოვანი მინა დამზადებულია ბუნებრივი მინერალური კომპონენტებისგან, რომლებიც უკვე არის ნიადაგში. მაშ, რატომ არ უნდა მოხდეს EOL კომპოზიტური კომპონენტების კომპოსტირება, ან დაწვის შემდეგ არადეგრადირებადი კომპოზიტების ბოჭკოების დაშლა და მათი გამოყენება სასუქად? ეს არის რეალური გლობალური ინტერესის გადამუშავების ვარიანტი“.

შანხაი ორისენ ახალი მასალების ტექნოლოგიების კომპანია, შპს
M: +86 18683776368 (ასევე WhatsApp)
T:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
მისამართი: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, შანხაი