Kā būtu, ja ar stikla šķiedru pastiprinātu polimēru (GFRP) kompozītmateriālus varētu kompostēt pēc to lietderīgās lietošanas laika beigām, papildus gadu desmitiem pierādītajiem svara samazināšanas, izturības un stingrības, korozijas izturības un izturības ieguvumiem? Tā īsumā ir ABM Composite tehnoloģijas pievilcība.
Bioaktīvais stikls, augstas stiprības šķiedras
2014. gadā dibinātā Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Somija) ir izstrādājusi bioloģiski noārdāmu stikla šķiedru, kas izgatavota no tā sauktā bioaktīvā stikla, ko Ari Roslings, ABM Composite pētniecības un attīstības direktors, raksturo kā "īpašu sastāvu, kas izstrādāts 20. gadsimta 60. gados, kas ļauj stiklam fizioloģiskos apstākļos noārdīties. Ievadot organismā, stikls sadalās tā sastāvā esošajos minerālsāļos, izdalot nātriju, magniju, fosfātus utt., tādējādi radot stāvokli, kas stimulē kaulu augšanu.
"Tam ir līdzīgas īpašībassārmu nesaturoša stikla šķiedra (E-stikls)”. Roslings sacīja: "Bet šo bioaktīvo stiklu ir grūti izgatavot un ievilkt šķiedrās, un līdz šim tas ir izmantots tikai kā pulveris vai špakteles. Cik mums zināms, ABM Composite bija pirmais uzņēmums, kas no tā rūpnieciskā mērogā izgatavoja augstas stiprības stikla šķiedras, un tagad mēs izmantojam šīs ArcBiox X4/5 stikla šķiedras, lai pastiprinātu dažāda veida plastmasu, tostarp bioloģiski noārdāmos polimērus.
Medicīniskie implanti
Tamperes reģions, kas atrodas divas stundas uz ziemeļiem no Helsinkiem, Somijā, kopš 1980. gadiem ir bijis bioloģiski noārdāmu polimēru centrs medicīniskiem nolūkiem. Roslings apraksta: “Viens no pirmajiem komerciāli pieejamajiem implantiem, kas izgatavots no šiem materiāliem, tika ražots Tamperē, un tā sākās ABM Composite! kas tagad ir mūsu medicīnas biznesa vienība”.
"Implantiem ir daudz bioloģiski noārdāmu, bioabsorbējamu polimēru." Viņš turpina, "bet to mehāniskās īpašības ir tālu no dabīgā kaula. Mēs varējām uzlabot šos bioloģiski noārdāmos polimērus, lai piešķirtu implantam tādu pašu spēku kā dabiskajam kaulam. Roslings atzīmēja, ka medicīniskās kvalitātes ArcBiox stikla šķiedras ar ABM pievienošanu var uzlabot bioloģiski noārdāmo PLLA polimēru mehāniskās īpašības par 200% līdz 500%.
Rezultātā ABM Composite implanti piedāvā augstāku veiktspēju nekā implanti, kas izgatavoti no nepastiprinātiem polimēriem, vienlaikus ir arī bioabsorbējami un veicina kaulu veidošanos un augšanu. ABM Composite izmanto arī automatizētas šķiedru/šķiedru izvietošanas metodes, lai nodrošinātu optimālu šķiedru orientāciju, tostarp šķiedru ieklāšanu visā implanta garumā, kā arī papildu šķiedru ievietošanu potenciāli vājās vietās.
Mājsaimniecības un tehniskie pielietojumi
Ar savu augošo medicīnas biznesa vienību ABM Composite atzīst, ka bioloģiski ražotus un bioloģiski noārdāmus polimērus var izmantot arī virtuves piederumiem, galda piederumiem un citiem mājsaimniecības priekšmetiem. "Šiem bioloģiski noārdāmajiem polimēriem parasti ir sliktas mehāniskās īpašības salīdzinājumā ar plastmasām, kuru pamatā ir nafta." Roslings sacīja: "Bet mēs varam pastiprināt šos materiālus ar mūsu bioloģiski noārdāmajām stikla šķiedrām, padarot tos par praktiski labu alternatīvu komerciālai plastmasai, kuras pamatā ir fosilās bāzes, lai izmantotu plašu tehnisko pielietojumu."
Līdz ar to ABM Composite ir palielinājis savu tehniskā biznesa vienību, kurā tagad strādā 60 cilvēki. "Mēs piedāvājam ilgtspējīgākus ekspluatācijas laika beigu (EOL) risinājumus." Roslings saka: "Mūsu piedāvājums ir izmantot šos bioloģiski noārdāmos kompozītmateriālus rūpnieciskās kompostēšanas operācijās, kur tie pārvēršas augsnē." Tradicionālais E-stikls ir inerts un šajās kompostēšanas iekārtās nesadalīsies.
ArcBiox šķiedras kompozīti
ABM Composite ir izstrādājis dažādas ArcBiox X4/5 stikla šķiedras kompozītmateriālu lietojumiem, no plkst.saīsinātas šķiedrasun iesmidzināšanas liešanas maisījuminepārtrauktas šķiedrastādiem procesiem kā tekstilizstrādājumu un pultrūzijas formēšana. ArcBiox BSGF klāstā ir apvienotas bioloģiski noārdāmas stikla šķiedras ar bioloģiski ražotiem poliestera sveķiem, un tas ir pieejams vispārējās tehnoloģiskajās klasēs un ArcBiox 5 kategorijās, kas apstiprinātas lietošanai saskarē ar pārtiku.
Uzņēmums ABM Composite ir arī pētījis dažādus bioloģiski noārdāmus un bioloģiski ražotus polimērus, tostarp polilaktikskābi (PLA), PLLA un polibutilēna sukcinātu (PBS). Zemāk redzamā diagramma parāda, kā X4/5 stikla šķiedras var uzlabot veiktspēju, lai konkurētu ar standarta stikla šķiedras pastiprinātiem polimēriem, piemēram, polipropilēnu (PP) un pat poliamīdu 6 (PA6).
Uzņēmums ABM Composite ir arī pētījis dažādus bioloģiski noārdāmus un bioloģiski ražotus polimērus, tostarp polilakskābi (PLA), PLLA un polibutilēna sukcinātu (PBS). Zemāk redzamā diagramma parāda, kā X4/5 stikla šķiedras var uzlabot veiktspēju, lai konkurētu ar standarta stikla šķiedras pastiprinātiem polimēriem, piemēram, polipropilēnu (PP) un pat poliamīdu 6 (PA6).
Izturība un kompostējamība
Ja šie kompozītmateriāli ir bioloģiski noārdāmi, cik ilgi tie kalpos? "Mūsu X4/5 stikla šķiedras neizšķīst piecās minūtēs vai vienas nakts laikā tāpat kā cukurs, un, lai gan to īpašības laika gaitā pasliktināsies, tas nebūs tik pamanāms." Roslings saka: "Lai efektīvi noārdītos, mums ir nepieciešama paaugstināta temperatūra un mitrums ilgu laiku, kā tas ir atrodams in vivo vai rūpnieciskās komposta kaudzēs. Piemēram, mēs pārbaudījām krūzes un bļodas, kas izgatavotas no mūsu ArcBiox BSGF materiāla, un tās varēja izturēt līdz 200 trauku mazgāšanas cikliem, nezaudējot funkcionalitāti. Ir vērojama zināma mehānisko īpašību pasliktināšanās, bet ne tiktāl, ka krūzes ir nedrošas lietošanai.
Tomēr ir svarīgi, lai tad, kad šie kompozītmateriāli tiek likvidēti to lietderīgās lietošanas laika beigās, tie atbilstu standarta prasībām, kas nepieciešamas kompostēšanai, un uzņēmums ABM Composite ir veicis virkni testu, lai pierādītu, ka tas atbilst šiem standartiem. “Saskaņā ar ISO standartiem (rūpnieciskai kompostēšanai) bioloģiskajai noārdīšanai jānotiek 6 mēnešu laikā un sadalīšanai 3 mēnešu/90 dienu laikā. Roslings saka: “Sadalīšanās nozīmē testa parauga/produkta ievietošanu biomasā vai kompostā. pēc 90 dienām tehniķis pārbauda biomasu, izmantojot sietu. pēc 12 nedēļām vismaz 90 % produkta jāspēj iziet cauri 2 mm × 2 mm sietam”.
Biodegradāciju nosaka, sasmalcinot neapstrādātu materiālu pulverī un izmērot kopējo CO2 daudzumu, kas izdalās pēc 90 dienām. Tas novērtē, cik liela daļa kompostēšanas procesa oglekļa satura tiek pārvērsta ūdenī, biomasā un CO2. "Lai izturētu rūpnieciskās kompostēšanas testu, ir jāsasniedz 90% no teorētiskā 100% CO2 no kompostēšanas procesa (balstoties uz oglekļa saturu)".
Roslings saka, ka ABM Composite ir izpildījis sadalīšanās un bioloģiskās noārdīšanās prasības, un testi ir parādījuši, ka tā X4 stikla šķiedras pievienošana faktiski uzlabo bioloģisko noārdīšanos (skatīt tabulu iepriekš), kas, piemēram, ir tikai 78% nepastiprinātam PLA maisījumam. Viņš skaidro: "Tomēr, kad tika pievienotas mūsu 30% bioloģiski noārdāmās stikla šķiedras, bioloģiskā noārdīšanās palielinājās līdz 94%, bet noārdīšanās rādītāji saglabājās labi."
Rezultātā uzņēmums ABM Composite ir pierādījis, ka tā materiālus var sertificēt kā kompostējamus saskaņā ar EN 13432. Līdz šim izturētie testi ir ISO 14855-1 par materiālu galīgo aerobo bioloģisko noārdīšanos kontrolētos kompostēšanas apstākļos, ISO 16929 attiecībā uz aerobo. kontrolēta sadalīšanās, ISO DIN EN 13432 ķīmiskajām prasībām un OECD 208 fitotoksicitātes testēšanai, ISO DIN EN 13432.
CO2 izdalās kompostēšanas laikā
Kompostēšanas laikā CO2 patiešām izdalās, bet daļa paliek augsnē un pēc tam to izmanto augi. Kompostēšana ir pētīta gadu desmitiem gan kā rūpniecisks process, gan kā pēckompostēšanas process, kas izdala mazāk CO2 nekā citas atkritumu apglabāšanas alternatīvas, un kompostēšana joprojām tiek uzskatīta par videi draudzīgu un oglekļa pēdas samazinošu procesu.
Ekotoksicitāte ietver kompostēšanas procesā saražotās biomasas un ar šo biomasu audzēto augu testēšanu. "Tas ir paredzēts, lai pārliecinātos, ka šo produktu kompostēšana nekaitē augošajiem augiem." Roslings teica. Turklāt ABM Composite ir pierādījis, ka tā materiāli atbilst bioloģiskās noārdīšanās prasībām mājas kompostēšanas apstākļos, kas arī prasa 90% bionoārdīšanās, bet 12 mēnešu periodā, salīdzinot ar īsāku periodu rūpnieciskai kompostēšanai.
Rūpnieciskie pielietojumi, ražošana, izmaksas un izaugsme nākotnē
ABM Composite materiāli tiek izmantoti vairākos komerciālos lietojumos, taču konfidencialitātes līgumu dēļ tos nevar atklāt. "Mēs pasūtām savus materiālus, lai tie atbilstu tādiem lietojumiem kā krūzes, apakštasītes, šķīvji, galda piederumi un pārtikas uzglabāšanas konteineri," saka Roslings, "taču tos izmanto arī kā alternatīvu uz naftas ražotām plastmasām kosmētikas traukos un lielos sadzīves priekšmetos. Pavisam nesen mūsu materiāli ir izvēlēti izmantošanai komponentu ražošanā lielās industriālās tehnikas iekārtās, kas jāmaina ik pēc 2-12 nedēļām. Šie uzņēmumi ir atzinuši, ka, izmantojot mūsu X4 stikla šķiedras stiegrojumu, šīs mehāniskās detaļas var izgatavot ar nepieciešamo nodilumizturību un arī pēc lietošanas tās ir kompostējamas. Tas ir pievilcīgs risinājums tuvākajai nākotnei, jo šie uzņēmumi saskaras ar izaicinājumu izpildīt jaunos vides un CO2 emisiju noteikumus.
Roslings piebilda: “Pieaug arī interese par mūsu vienlaidu šķiedru izmantošanu dažāda veida audumos un neaustos audumos, lai izgatavotu konstrukcijas komponentus būvniecības nozarei. Mēs arī redzam interesi par mūsu bioloģiski noārdāmo šķiedru izmantošanu ar bioloģiski ražotu, bet bioloģiski nenoārdāmu PA vai PP un inertiem termoreaktīviem materiāliem.
Pašlaik X4/5 stikla šķiedra ir dārgāka nekā E-stikls, taču arī ražošanas apjomi ir salīdzinoši nelieli, un ABM Composite izmanto vairākas iespējas, lai paplašinātu pielietojumu un veicinātu palielinājumu līdz 20 000 tonnām gadā, pieaugot pieprasījumam. kas arī varētu palīdzēt samazināt izmaksas. Tomēr Roslings saka, ka daudzos gadījumos izmaksas, kas saistītas ar ilgtspējības un jauno normatīvo prasību izpildi, nav pilnībā ņemtas vērā. Tikmēr planētas glābšanas nepieciešamība pieaug. "Sabiedrība jau cenšas iegūt vairāk bioloģisku produktu." Viņš skaidro: "Ir daudz stimulu virzīt uz priekšu pārstrādes tehnoloģijas, pasaulei šajā jomā ir jāvirzās ātrāk, un es domāju, ka sabiedrība nākotnē tikai palielinās spiedienu uz bioloģiskiem produktiem."
LCA un ilgtspējības priekšrocības
Roslings saka, ka ABM Composite materiāli samazina siltumnīcefekta gāzu emisijas un neatjaunojamās enerģijas izmantošanu par 50-60 procentiem uz kilogramu. “Mēs saviem produktiem izmantojam vides pēdas nospiedumu datu bāzi 2.0, akreditētu GaBi datu kopu un LCA (dzīves cikla analīzes) aprēķinus, pamatojoties uz ISO 14040 un ISO 14044 metodoloģiju.
“Pašlaik, kad kompozītmateriāli sasniedz sava dzīves cikla beigas, ir nepieciešams daudz enerģijas, lai sadedzinātu vai pirolizētu kompozītmateriālu atkritumus un EOL produktus, un smalcināšana un kompostēšana ir pievilcīga iespēja, un tas noteikti ir viens no galvenajiem mūsu piedāvātajiem vērtību piedāvājumiem. un mēs nodrošinām jauna veida otrreizējo pārstrādi. Roslings saka: "Mūsu stikla šķiedra ir izgatavota no dabīgiem minerālu komponentiem, kas jau atrodas augsnē. Tātad, kāpēc ne kompostēt EOL kompozītmateriālu komponentus vai izšķīdināt šķiedras no nesadalāmiem kompozītmateriāliem pēc sadedzināšanas un izmantot tos kā mēslojumu? Šī ir reālas globālas nozīmes pārstrādes iespēja.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (arī WhatsApp)
T:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adrese: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Šanhaja
Izsūtīšanas laiks: 2024. gada 27. maijs