Wat als glasvezelversterkte polymeer (GFRP) composieten aan het einde van hun levensduur gecomposteerd zouden kunnen worden, naast de tientallen jaren bewezen voordelen van gewichtsvermindering, sterkte en stijfheid, corrosieweerstand en duurzaamheid? Dat is in een notendop de aantrekkingskracht van de technologie van ABM Composite.
Bioactief glas, vezels met hoge sterkte
Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Finland), opgericht in 2014, heeft een biologisch afbreekbare glasvezel ontwikkeld, gemaakt van zogenaamd bioactief glas, die Ari Rosling, R&D-directeur bij ABM Composite, beschrijft als “een speciale formule ontwikkeld in de jaren zestig waarmee glas kan worden onder fysiologische omstandigheden worden afgebroken. Wanneer het glas in het lichaam wordt gebracht, wordt het afgebroken tot de samenstellende minerale zouten, waarbij natrium, magnesium, fosfaten enz. vrijkomen, waardoor een toestand ontstaat die de botgroei stimuleert.”
“Het heeft vergelijkbare eigenschappen alsalkalivrije glasvezel (E-glas).” Rosling zei: “Maar dit bioactieve glas is moeilijk te vervaardigen en tot vezels te trekken, en tot nu toe is het alleen als poeder of stopverf gebruikt. Voor zover wij weten was ABM Composite het eerste bedrijf dat er op industriële schaal zeer sterke glasvezels van maakte, en nu gebruiken we deze ArcBiox X4/5 glasvezels om verschillende soorten kunststoffen te versterken, waaronder biologisch afbreekbare polymeren.”
Medische implantaten
De regio Tampere, twee uur ten noorden van Helsinki, Finland, is sinds de jaren tachtig een centrum voor biogebaseerde, biologisch afbreekbare polymeren voor medische toepassingen. Rosling beschrijft: “Een van de eerste commercieel verkrijgbare implantaten gemaakt met deze materialen werd geproduceerd in Tampere, en zo is ABM Composite ontstaan! wat nu onze medische business unit is”.
“Er zijn veel biologisch afbreekbare, bioabsorbeerbare polymeren voor implantaten.” Hij vervolgt: “maar hun mechanische eigenschappen zijn verre van natuurlijk bot. We hebben deze biologisch afbreekbare polymeren kunnen verbeteren om het implantaat dezelfde sterkte te geven als natuurlijk bot.” Rosling merkte op dat ArcBiox-glasvezels van medische kwaliteit met de toevoeging van ABM de mechanische eigenschappen van biologisch afbreekbare PLLA-polymeren met 200% tot 500% kunnen verbeteren.
Als gevolg hiervan bieden de implantaten van ABM Composite hogere prestaties dan implantaten gemaakt met niet-versterkte polymeren, terwijl ze ook bioabsorbeerbaar zijn en de botvorming en -groei bevorderen. ABM Composite maakt ook gebruik van geautomatiseerde vezel-/strengplaatsingstechnieken om een optimale vezeloriëntatie te garanderen, inclusief het leggen van vezels over de gehele lengte van het implantaat, evenals het plaatsen van extra vezels op potentieel zwakke plekken.
Huishoudelijke en technische toepassingen
Met zijn groeiende medische business unit erkent ABM Composite dat biobased en biologisch afbreekbare polymeren ook kunnen worden gebruikt voor keukengerei, bestek en andere huishoudelijke artikelen. “Deze biologisch afbreekbare polymeren hebben doorgaans slechte mechanische eigenschappen vergeleken met op aardolie gebaseerde kunststoffen.” Rosling zei: “Maar we kunnen deze materialen versterken met onze biologisch afbreekbare glasvezels, waardoor ze vrijwel een goed alternatief worden voor commerciële kunststoffen op fossiele basis voor een breed scala aan technische toepassingen”.
Als gevolg hiervan heeft ABM Composite zijn technische business unit uitgebreid, waar nu 60 mensen werken. “Wij bieden duurzamere end-of-life (EOL)-oplossingen.” Rosling zegt: “Ons waardevoorstel is om deze biologisch afbreekbare composieten in industriële composteringsactiviteiten te verwerken, waar ze in aarde veranderen.” Traditioneel E-glas is inert en zal niet worden afgebroken in deze composteringsfaciliteiten.
ArcBiox-vezelcomposieten
ABM Composite heeft diverse vormen ArcBiox X4/5 glasvezels ontwikkeld voor composiettoepassingenkort gesneden vezelsen spuitgietverbindingendoorlopende vezelsvoor processen zoals textiel en pultrusiegieten. Het ArcBiox BSGF-assortiment combineert biologisch afbreekbare glasvezels met biogebaseerde polyesterharsen en is verkrijgbaar in algemene technologiekwaliteiten en ArcBiox 5-kwaliteiten die zijn goedgekeurd voor gebruik in toepassingen die met voedsel in contact komen.
ABM Composite heeft ook een verscheidenheid aan biologisch afbreekbare en biogebaseerde polymeren onderzocht, waaronder polymelkzuur (PLA), PLLA en polybutyleensuccinaat (PBS). Het onderstaande diagram laat zien hoe X4/5 glasvezels de prestaties kunnen verbeteren om te concurreren met standaard glasvezelversterkte polymeren zoals polypropyleen (PP) en zelfs polyamide 6 (PA6).
ABM Composite heeft ook een verscheidenheid aan biologisch afbreekbare en biogebaseerde polymeren onderzocht, waaronder polymelkzuur (PLA), PLLA en polybutyleensuccinaat (PBS). Het onderstaande diagram laat zien hoe X4/5 glasvezels de prestaties kunnen verbeteren om te concurreren met standaard glasvezelversterkte polymeren zoals polypropyleen (PP) en zelfs polyamide 6 (PA6).
Duurzaamheid en composteerbaarheid
Als deze composieten biologisch afbreekbaar zijn, hoe lang gaan ze dan mee? "Onze X4/5-glasvezels lossen niet binnen vijf minuten of 's nachts op zoals suiker dat doet, en hoewel hun eigenschappen na verloop van tijd zullen afnemen, zal dit niet zo merkbaar zijn." Rosling zegt: “Om effectief af te breken, hebben we gedurende langere tijd verhoogde temperaturen en vochtigheid nodig, zoals die in vivo of in industriële composthopen voorkomen. We hebben bijvoorbeeld kopjes en kommen getest die gemaakt zijn van ons ArcBiox BSGF-materiaal, en deze konden tot 200 vaatwasbeurten doorstaan zonder functionaliteit te verliezen. Er is enige verslechtering van de mechanische eigenschappen, maar niet tot het punt waarop de bekers onveilig zijn om te gebruiken”.
Het is echter belangrijk dat deze composieten, wanneer ze aan het einde van hun levensduur worden afgevoerd, voldoen aan de standaardeisen die nodig zijn voor compostering. ABM Composite heeft een reeks tests uitgevoerd om aan te tonen dat het aan deze normen voldoet. “Volgens de ISO-normen (voor industriële compostering) moet de biologische afbraak binnen 6 maanden plaatsvinden en de afbraak binnen 3 maanden/90 dagen”. Rosling zegt: “Ontbinding betekent het plaatsen van het testmonster/product in de biomassa of compost. na 90 dagen onderzoekt de technicus de biomassa met een zeef. na twaalf weken moet minimaal 90 procent van het product door een zeef van 2 mm x 2 mm kunnen gaan”.
De biologische afbraak wordt bepaald door het virgin materiaal tot poeder te vermalen en de totale hoeveelheid CO2 te meten die na 90 dagen vrijkomt. Hiermee wordt beoordeeld hoeveel van het koolstofgehalte van het composteringsproces wordt omgezet in water, biomassa en CO2. “Om de industriële composteringstest te doorstaan, moet 90 procent van de theoretische 100 procent CO2 uit het composteringsproces worden bereikt (gebaseerd op het koolstofgehalte)”.
Rosling zegt dat ABM Composite heeft voldaan aan de vereisten voor afbraak en biologische afbraak, en uit tests is gebleken dat de toevoeging van de X4-glasvezel daadwerkelijk de biologische afbreekbaarheid verbetert (zie tabel hierboven), die bijvoorbeeld slechts 78% bedraagt voor een niet-versterkt PLA-mengsel. Hij legt uit: “Toen onze 30% biologisch afbreekbare glasvezels werden toegevoegd, nam de biologische afbraak echter toe tot 94%, terwijl de afbraaksnelheden goed bleven”.
Als gevolg hiervan heeft ABM Composite aangetoond dat zijn materialen kunnen worden gecertificeerd als composteerbaar volgens EN 13432. Tests die de materialen tot nu toe hebben doorstaan, zijn onder meer ISO 14855-1 voor de uiteindelijke aërobe biologische afbreekbaarheid van materialen onder gecontroleerde composteringsomstandigheden, ISO 16929 voor aërobe biologische afbreekbaarheid gecontroleerde ontleding, ISO DIN EN 13432 voor chemische vereisten, en OESO 208 voor testen op fytotoxiciteit, ISO DIN EN 13432.
CO2 die vrijkomt bij het composteren
Bij het composteren komt inderdaad CO2 vrij, maar een deel blijft in de bodem achter en wordt vervolgens door planten benut. Composteren wordt al tientallen jaren bestudeerd, zowel als industrieel proces als als postcomposteringsproces waarbij minder CO2 vrijkomt dan bij andere alternatieven voor afvalverwerking, en composteren wordt nog steeds beschouwd als een milieuvriendelijk proces dat de CO2-voetafdruk verkleint.
Bij ecotoxiciteit gaat het om het testen van de biomassa die tijdens het composteringsproces wordt geproduceerd en de planten die met deze biomassa worden gekweekt. “Dit is om ervoor te zorgen dat het composteren van deze producten de groeiende planten niet schaadt.” zei Rosling. Bovendien heeft ABM Composite aangetoond dat zijn materialen voldoen aan de vereisten voor biologische afbraak onder thuiscomposteringsomstandigheden, die ook 90% biologische afbraak vereisen, maar dan over een periode van 12 maanden, vergeleken met een kortere periode voor industriële compostering.
Industriële toepassingen, productie, kosten en toekomstige groei
De materialen van ABM Composite worden in een aantal commerciële toepassingen gebruikt, maar meer kan niet worden onthuld vanwege vertrouwelijkheidsafspraken. “We bestellen onze materialen voor toepassingen zoals kopjes, schotels, borden, bestek en voedselopslagcontainers”, zegt Rosling, “maar ze worden ook gebruikt als alternatief voor op aardolie gebaseerde kunststoffen in cosmetische containers en grote huishoudelijke artikelen. Meer recentelijk zijn onze materialen geselecteerd voor gebruik bij de vervaardiging van componenten in grote industriële machine-installaties die elke 2-12 weken moeten worden vervangen. Deze bedrijven hebben onderkend dat door het gebruik van onze X4 glasvezelversterking deze mechanische onderdelen met de vereiste slijtvastheid gemaakt kunnen worden en na gebruik ook composteerbaar zijn. Dit is een aantrekkelijke oplossing voor de nabije toekomst, aangezien deze bedrijven voor de uitdaging staan om te voldoen aan de nieuwe milieu- en CO2-emissieregels.”
Rosling voegde hieraan toe: “Er is ook een groeiende belangstelling voor het gebruik van onze continue vezels in verschillende soorten stoffen en non-wovens om structurele componenten voor de bouwsector te maken. We zien ook interesse in het gebruik van onze biologisch afbreekbare vezels met biogebaseerde maar niet-biologisch afbreekbare PA of PP en inerte thermohardende materialen”.
Op dit moment is X4/5 glasvezel duurder dan E-glas, maar de productievolumes zijn ook relatief klein, en ABM Composite streeft naar een aantal mogelijkheden om de toepassingen uit te breiden en een opvoering naar 20.000 ton/jaar mogelijk te maken naarmate de vraag groeit. wat ook zou kunnen helpen de kosten te verlagen. Toch zegt Rosling dat in veel gevallen niet volledig rekening is gehouden met de kosten die gepaard gaan met het voldoen aan duurzaamheid en nieuwe wettelijke eisen. Ondertussen groeit de urgentie om de planeet te redden. “De samenleving dringt nu al aan op meer biogebaseerde producten.” Hij legt uit: “Er zijn veel prikkels om recyclingtechnologieën vooruit te helpen, de wereld moet hier sneller op inspelen en ik denk dat de samenleving haar drang naar biogebaseerde producten in de toekomst alleen maar zal vergroten.”
LCA en duurzaamheidsvoordeel
Rosling zegt dat de materialen van ABM Composite de uitstoot van broeikasgassen en het gebruik van niet-hernieuwbare energie met 50-60 procent per kilogram verminderen. “We gebruiken de Environmental Footprint Database 2.0, de geaccrediteerde GaBi-dataset en LCA-berekeningen (Life Cycle Analysis) voor onze producten op basis van de methodologie beschreven in ISO 14040 en ISO 14044″.
“Momenteel, wanneer composieten het einde van hun levenscyclus bereiken, is er veel energie nodig om composietafval en EOL-producten te verbranden of pyrolyseren, en versnipperen en composteren is een aantrekkelijke optie, en het is absoluut een van de belangrijkste waardevoorstellen die we bieden. en we bieden een nieuw soort recycleerbaarheid.” Rosling zegt: “Onze glasvezel is gemaakt van natuurlijke minerale componenten die al in de bodem aanwezig zijn. Dus waarom zouden we EOL-composietcomponenten niet composteren, of vezels van niet-afbreekbare composieten na verbranding oplossen en als meststof gebruiken? Dit is een recyclingoptie van reëel mondiaal belang”.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (ook WhatsApp)
T:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adres: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Shanghai
Posttijd: 27 mei 2024