Bagaimana jika komposit polimer bertetulang gentian kaca (GFRP) boleh dikompos pada penghujung hayat bergunanya, sebagai tambahan kepada dekad manfaat terbukti pengurangan berat, kekuatan dan kekakuan, rintangan kakisan dan ketahanan? Itu, secara ringkasnya, adalah daya tarikan teknologi ABM Composite.
Kaca bioaktif, gentian kekuatan tinggi
Ditubuhkan pada 2014, Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Finland) telah membangunkan gentian kaca biodegradasi yang diperbuat daripada kaca bioaktif yang dipanggil, yang Ari Rosling, pengarah R&D di ABM Composite, menggambarkan sebagai "formulasi khas yang dibangunkan pada tahun 1960-an yang membolehkan kaca untuk merosot dalam keadaan fisiologi. Apabila dimasukkan ke dalam badan, kaca terurai menjadi garam mineral konstituennya, membebaskan natrium, magnesium, fosfat, dll., sekali gus mewujudkan keadaan yang merangsang pertumbuhan tulang.
“Ia mempunyai sifat yang serupa dengangentian kaca bebas alkali (E-kaca).” Rosling berkata, “Tetapi kaca bioaktif ini sukar untuk dihasilkan dan dilukis menjadi gentian, dan sehingga kini ia hanya digunakan sebagai serbuk atau dempul. Setakat yang kami tahu, ABM Composite ialah syarikat pertama yang membuat gentian kaca berkekuatan tinggi daripadanya pada skala industri, dan kami kini menggunakan gentian kaca ArcBiox X4/5 ini untuk mengukuhkan pelbagai jenis plastik, termasuk polimer terbiodegradasi”.
Implan perubatan
Wilayah Tampere, dua jam di utara Helsinki, Finland, telah menjadi pusat polimer terbiodegradasi berasaskan bio untuk aplikasi perubatan sejak 1980-an. Rosling menerangkan, “Salah satu implan pertama yang tersedia secara komersil yang dibuat dengan bahan-bahan ini telah dihasilkan di Tampere, dan itulah cara ABM Composite bermula! yang kini menjadi unit perniagaan perubatan kami”.
"Terdapat banyak polimer biodegradasi, bioabsorbable untuk implan." Dia meneruskan, "tetapi sifat mekanikal mereka jauh dari tulang semula jadi. Kami dapat meningkatkan polimer terbiodegradasi ini untuk memberikan implan kekuatan yang sama seperti tulang semula jadi”. Rosling menyatakan bahawa gentian kaca ArcBiox gred perubatan dengan penambahan ABM boleh meningkatkan sifat mekanikal polimer PLLA terbiodegradasi sebanyak 200% hingga 500%.
Akibatnya, implan ABM Composite menawarkan prestasi yang lebih tinggi daripada implan yang dibuat dengan polimer tidak bertetulang, di samping boleh diserap secara bio dan menggalakkan pembentukan dan pertumbuhan tulang. Komposit ABM juga menggunakan teknik peletakan gentian/helai automatik untuk memastikan orientasi gentian optimum, termasuk meletakkan gentian di sepanjang keseluruhan implan, serta meletakkan gentian tambahan pada tempat yang berpotensi lemah.
Aplikasi isi rumah dan teknikal
Dengan unit perniagaan perubatannya yang semakin berkembang, ABM Composite mengiktiraf bahawa polimer berasaskan bio dan biodegradasi juga boleh digunakan untuk peralatan dapur, kutleri dan barangan isi rumah yang lain. "Polimer terbiodegradasi ini biasanya mempunyai sifat mekanikal yang lemah berbanding plastik berasaskan petroleum." Rosling berkata, "Tetapi kami boleh mengukuhkan bahan ini dengan gentian kaca terbiodegradasi kami, menjadikannya alternatif yang baik kepada plastik komersial berasaskan fosil untuk pelbagai aplikasi teknikal".
Hasilnya, ABM Composite telah meningkatkan unit perniagaan teknikalnya, yang kini menggaji 60 orang. "Kami menawarkan penyelesaian akhir hayat (EOL) yang lebih mampan." Rosling berkata, "Cadangan nilai kami adalah untuk meletakkan komposit terbiodegradasi ini ke dalam operasi pengkomposan industri di mana ia menjadi tanah." E-glass tradisional adalah lengai dan tidak akan merosot dalam kemudahan pengkomposan ini.
Komposit Gentian ArcBiox
ABM Composite telah membangunkan pelbagai bentuk gentian kaca ArcBiox X4/5 untuk aplikasi komposit, daripadagentian pintasandan sebatian pengacuan suntikan kepadagentian berterusanuntuk proses seperti tekstil dan pengacuan pultrusion. Rangkaian ArcBiox BSGF menggabungkan gentian kaca terbiodegradasi dengan resin poliester berasaskan bio dan boleh didapati dalam gred teknologi am dan gred ArcBiox 5 yang diluluskan untuk digunakan dalam aplikasi sentuhan makanan.
Komposit ABM juga telah menyiasat pelbagai polimer terbiodegradasi dan berasaskan bio termasuk Polylactic Acid (PLA), PLLA dan Polybutylene Succinate (PBS). Rajah di bawah menunjukkan bagaimana gentian kaca X4/5 boleh meningkatkan prestasi untuk bersaing dengan polimer bertetulang gentian kaca standard seperti polipropilena (PP) dan juga poliamida 6 (PA6).
Komposit ABM juga telah menyiasat pelbagai polimer terbiodegradasi dan berasaskan bio, termasuk Polylactic Acid (PLA), PLLA dan Polybutylene Succinate (PBS). Rajah di bawah menunjukkan bagaimana gentian kaca X4/5 boleh meningkatkan prestasi untuk bersaing dengan polimer bertetulang gentian kaca standard seperti polipropilena (PP) dan juga poliamida 6 (PA6).
Ketahanan & Kebolehkomposan
Jika komposit ini boleh terbiodegradasi, berapa lama ia akan bertahan? “Gentian kaca X4/5 kami tidak larut dalam masa lima minit atau semalaman seperti gula, dan walaupun sifatnya akan merosot dari semasa ke semasa, ia tidak akan begitu ketara.” Rosling berkata, “Untuk merendahkan dengan berkesan, kita memerlukan suhu dan kelembapan yang tinggi dalam jangka masa yang panjang, seperti yang terdapat dalam vivo atau dalam timbunan kompos industri. Sebagai contoh, kami menguji cawan dan mangkuk yang diperbuat daripada bahan ArcBiox BSGF kami, dan ia boleh menahan sehingga 200 kitaran pencuci pinggan tanpa kehilangan fungsi. Terdapat sedikit kemerosotan sifat mekanikal, tetapi tidak ke tahap di mana cawan tidak selamat untuk digunakan”.
Walau bagaimanapun, adalah penting apabila komposit ini dilupuskan pada penghujung hayat bergunanya, ia memenuhi keperluan standard yang diperlukan untuk pengkomposan, dan Komposit ABM telah menjalankan satu siri ujian untuk membuktikan bahawa ia memenuhi piawaian ini. “Mengikut piawaian ISO (untuk pengkomposan industri), biodegradasi harus berlaku dalam tempoh 6 bulan dan penguraian dalam tempoh 3 bulan/90 hari”. Rosling berkata, “Penguraian bermaksud meletakkan sampel/produk ujian ke dalam biojisim atau kompos. selepas 90 hari, juruteknik memeriksa biojisim menggunakan penapis. selepas 12 minggu, sekurang-kurangnya 90 peratus daripada produk sepatutnya boleh melalui penapis 2 mm × 2 mm”.
Biodegradasi ditentukan dengan mengisar bahan dara menjadi serbuk dan mengukur jumlah CO2 yang dikeluarkan selepas 90 hari. Ini menilai berapa banyak kandungan karbon dalam proses pengkomposan ditukar kepada air, biojisim dan CO2. "Untuk lulus ujian pengkomposan industri, 90 peratus daripada teori 100 peratus CO2 daripada proses pengkomposan mesti dicapai (berdasarkan kandungan karbon)".
Rosling berkata Komposit ABM telah memenuhi keperluan penguraian dan biodegradasi, dan ujian telah menunjukkan bahawa penambahan gentian kaca X4nya sebenarnya meningkatkan kebolehbiodegradan (lihat jadual di atas), iaitu hanya 78% untuk campuran PLA tidak bertetulang, sebagai contoh. Beliau menjelaskan, "Bagaimanapun, apabila 30% gentian kaca terbiodegradasi kami ditambah, biodegradasi meningkat kepada 94%, manakala kadar degradasi kekal baik".
Hasilnya, Komposit ABM telah menunjukkan bahawa bahannya boleh diperakui sebagai kompos mengikut EN 13432. Ujian yang telah diluluskan oleh bahannya setakat ini termasuk ISO 14855-1 untuk kebolehbiodegradan aerobik akhir bahan di bawah keadaan pengkomposan terkawal, ISO 16929 untuk aerobik penguraian terkawal, ISO DIN EN 13432 untuk keperluan kimia, dan OECD 208 untuk ujian fitotoksisiti, ISO DIN EN 13432.
CO2 dibebaskan semasa pengkomposan
Semasa pengkomposan, CO2 memang dibebaskan, tetapi sebahagiannya kekal di dalam tanah dan kemudiannya digunakan oleh tumbuhan. Pengkomposan telah dikaji selama beberapa dekad, baik sebagai proses perindustrian dan sebagai proses pasca pengkomposan yang mengeluarkan kurang CO2 daripada alternatif pelupusan sisa lain, dan pengkomposan masih dianggap sebagai proses pengurangan jejak karbon yang mesra alam.
Ekotoksisiti melibatkan ujian biojisim yang dihasilkan semasa proses pengkomposan dan tumbuhan yang ditanam dengan biojisim ini. "Ini untuk memastikan pengkomposan produk ini tidak membahayakan tumbuhan yang sedang tumbuh." Rosling berkata. Selain itu, ABM Composite telah menunjukkan bahawa bahannya memenuhi keperluan biodegradasi di bawah keadaan pengkomposan rumah, yang juga memerlukan 90% biodegradasi, tetapi dalam tempoh 12 bulan, berbanding tempoh yang lebih singkat untuk pengkomposan industri.
Aplikasi perindustrian, pengeluaran, kos dan pertumbuhan masa hadapan
Bahan ABM Composite digunakan dalam beberapa aplikasi komersial, tetapi lebih banyak lagi tidak dapat didedahkan kerana perjanjian kerahsiaan. "Kami memesan bahan kami agar sesuai dengan aplikasi seperti cawan, piring, pinggan, kutleri dan bekas penyimpanan makanan," kata Rosling, "tetapi ia juga digunakan sebagai alternatif kepada plastik berasaskan petroleum dalam bekas kosmetik dan barangan isi rumah yang besar. Baru-baru ini, bahan kami telah dipilih untuk digunakan dalam pembuatan komponen dalam pemasangan jentera industri besar yang perlu diganti setiap 2-12 minggu. Syarikat-syarikat ini telah mengakui bahawa dengan menggunakan tetulang gentian kaca X4 kami, bahagian mekanikal ini boleh dibuat dengan rintangan haus yang diperlukan dan juga boleh dikompos selepas digunakan. Ini adalah penyelesaian yang menarik untuk masa hadapan yang terdekat kerana syarikat-syarikat ini menghadapi cabaran untuk memenuhi peraturan persekitaran dan pelepasan CO2 baharu”.
Rosling menambah, “Terdapat minat yang semakin meningkat untuk menggunakan gentian berterusan kami dalam pelbagai jenis fabrik dan bukan tenunan untuk membuat komponen struktur untuk industri pembinaan. Kami juga melihat minat untuk menggunakan gentian terbiodegradasi kami dengan PA atau PP berasaskan bio tetapi tidak terbiodegradasi dan bahan termoset lengai”.
Pada masa ini, gentian kaca X4/5 lebih mahal daripada kaca E, tetapi jumlah pengeluaran juga agak kecil, dan Komposit ABM sedang mengejar beberapa peluang untuk mengembangkan aplikasi dan memudahkan peningkatan sehingga 20,000 tan/tahun apabila permintaan meningkat, yang juga boleh membantu mengurangkan kos. Walaupun begitu, Rosling berkata bahawa dalam banyak kes, kos yang berkaitan dengan memenuhi keperluan kemampanan dan peraturan baharu belum dipertimbangkan sepenuhnya. Sementara itu, keperluan mendesak untuk menyelamatkan planet ini semakin meningkat. "Masyarakat sudah pun mendesak untuk lebih banyak produk berasaskan bio." Beliau menjelaskan, "Terdapat banyak insentif untuk mendorong teknologi kitar semula ke hadapan, dunia perlu bergerak lebih pantas dalam hal ini dan saya fikir masyarakat hanya akan meningkatkan dorongan untuk produk berasaskan bio pada masa hadapan".
LCA dan Kelebihan Kemampanan
Rosling berkata bahan ABM Composite mengurangkan pelepasan gas rumah hijau dan penggunaan tenaga tidak boleh diperbaharui sebanyak 50-60 peratus sekilogram. “Kami menggunakan Pangkalan Data Jejak Alam Sekitar 2.0, set data GaBi yang diiktiraf dan pengiraan LCA (Analisis Kitaran Hayat) untuk produk kami berdasarkan metodologi yang digariskan dalam ISO 14040 dan ISO 14044″.
“Pada masa ini, apabila komposit mencapai penghujung kitaran hayatnya, banyak tenaga diperlukan untuk membakar atau mepirolisis sisa komposit dan produk EOL, dan carik dan pengkomposan adalah pilihan yang menarik, dan ia pastinya salah satu cadangan nilai utama yang kami tawarkan, dan kami menyediakan jenis kebolehkitar semula yang baharu.” Rosling berkata, “Gentian kaca kami diperbuat daripada komponen mineral semula jadi yang sedia ada di dalam tanah. Jadi mengapa tidak kompos komponen komposit EOL, atau larutkan gentian daripada komposit tidak terurai selepas pembakaran dan gunakannya sebagai baja? Ini adalah pilihan kitar semula untuk kepentingan global sebenar”.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368(juga WhatsApp)
T:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Alamat: NO.398 New Green Road Bandar Xinbang Daerah Songjiang, Shanghai
Masa siaran: Mei-27-2024