Hva om glassfiberarmerte polymer (GFRP) kompositter kan komposteres på slutten av deres levetid, i tillegg til tiårene med beviste fordeler med vektreduksjon, styrke og stivhet, korrosjonsbestandighet og holdbarhet? Det, i et nøtteskall, er appellen til ABM Composites teknologi.
Bioaktivt glass, høye styrkefibre
Arctic Biomaterials Oy (Tammer, Finland) ble grunnlagt i 2014, og har utviklet en biologisk nedbrytbar glassfiber laget av såkalt bioaktivt glass, som Ari Rosling, FoU-direktør ved ABM Composite, beskriver som "en spesiell formulering utviklet på 1960-tallet som gjør at glass kan nedbrytes under fysiologiske forhold. Når de blir introdusert i kroppen, brytes glasset ned i sine konstituerende mineralsalter, frigjør natrium, magnesium, fosfater, etc., og skaper dermed en tilstand som stimulerer beinvekst. ”
“Det har lignende egenskaper tilAlkali-fri glassfiber (e-glass). ” Rosling sa: "Men dette bioaktive glasset er vanskelig å produsere og trekke inn fibre, og til nå har det bare blitt brukt som et pulver eller kitt. Så vidt vi vet var ABM Composite det første selskapet som laget glassfibre med høy styrke fra det i industriell skala, og vi bruker nå disse Arcbiox X4/5 glassfibre for å forsterke forskjellige typer plast, inkludert biologisk nedbrytbare polymerer.
Medisinske implantater
Tammeres-regionen, to timer nord for Helsingfors, Finland, har vært et senter for biobaserte biologisk nedbrytbare polymerer for medisinske anvendelser siden 1980-tallet. Rosling beskriver, “Et av de første kommersielt tilgjengelige implantatene som ble laget med disse materialene ble produsert i Tampere, og det var slik ABM Composite fikk sin start! som nå er vår medisinske forretningsenhet ”.
"Det er mange biologisk nedbrytbare, bioabsorberbare polymerer for implantater." Han fortsetter, “Men deres mekaniske egenskaper er langt fra naturlig bein. Vi var i stand til å forbedre disse biologisk nedbrytbare polymerene for å gi implantatet samme styrke som naturlig bein. Rosling bemerket at medisinsk glassfibre med medisinsk karakter med tilsetning av ABM kan forbedre de mekaniske egenskapene til biologisk nedbrytbare PLLA -polymerer med 200% til 500%.
Som et resultat tilbyr ABM Composites implantater høyere ytelse enn implantater laget med ikke -forsterkede polymerer, samtidig som de er bioabsorberbare og fremme beindannelse og vekst. ABM -kompositt bruker også automatiserte fiber/streng plasseringsteknikker for å sikre optimal fiberorientering, inkludert leggefibre langs hele implantatets lengde, samt plassere flere fibre på potensielt svake steder.
Husholdnings- og tekniske applikasjoner
Med sin voksende medisinske forretningsenhet erkjenner ABM Composite at biobaserte og biologisk nedbrytbare polymerer også kan brukes til kjøkkenutstyr, bestikk og andre husholdningsartikler. "Disse biologisk nedbrytbare polymerene har vanligvis dårlige mekaniske egenskaper sammenlignet med petroleumsbasert plast." Rosling sa: "Men vi kan forsterke disse materialene med våre biologisk nedbrytbare glassfibre, noe som gjør dem praktisk talt til et godt alternativ til fossilbasert kommersiell plast for et bredt spekter av tekniske applikasjoner".
Som et resultat har ABM Composite økt sin tekniske forretningsenhet, som nå sysselsetter 60 personer. "Vi tilbyr mer bærekraftige Liv-of-Life (EOL) -løsninger." Rosling sier: "Vår verdiforslag er å sette disse biologisk nedbrytbare komposittene til industrielle komposteringsoperasjoner der de blir til jord." Tradisjonelt e-glass er inert og vil ikke fornedre seg i disse komposteringsanleggene.
Arcbiox Fiber Composites
ABM Composite har utviklet forskjellige former for Arcbiox X4/5 glassfibre for sammensatte applikasjoner, frasnarveis fibreog injeksjonsstøpeforbindelser tilkontinuerlige fibrefor prosesser som tekstil- og pultruseringsstøping. Arcbiox BSGF-serien kombinerer biologisk nedbrytbare glassfibre med biobaserte polyesterharpikser og er tilgjengelig i generelle teknologikarakterer og Arcbiox 5-karakterer godkjent for bruk i matkontaktapplikasjoner.
ABM-kompositt har også undersøkt en rekke biologisk nedbrytbare og biobaserte polymerer inkludert polylaktisyre (PLA), PLLA og polybutylen succinat (PBS). Diagrammet nedenfor viser hvordan X4/5 glassfibre kan forbedre ytelsen for å konkurrere med standard glassfiberarmerte polymerer som polypropylen (PP) og til og med polyamid 6 (PA6).
ABM-kompositt har også undersøkt en rekke biologisk nedbrytbare og biobaserte polymerer, inkludert polylaktsyre (PLA), PLLA og polybutylen succinat (PBS). Diagrammet nedenfor viser hvordan X4/5 glassfibre kan forbedre ytelsen for å konkurrere med standard glassfiberarmerte polymerer som polypropylen (PP) og til og med polyamid 6 (PA6).
Holdbarhet og kompostabilitet
Hvis disse komposittene er biologisk nedbrytbare, hvor lenge vil de vare? "Våre X4/5 -glassfibre oppløses ikke om fem minutter eller over natten slik sukker gjør, og mens egenskapene deres vil forringes over tid, vil det ikke være like merkbar." Rosling sier: "For å fornedre effektivt, trenger vi forhøyede temperaturer og fuktighet over lengre perioder, som funnet in vivo eller i industrielle komposthauger. For eksempel testet vi kopper og boller laget av Arcbiox BSGF -materiale, og de tåler opptil 200 oppvask -sykluser uten å miste funksjonaliteten. Det er en viss nedbrytning av de mekaniske egenskapene, men ikke til det punktet hvor koppene er utrygge å bruke ”.
Imidlertid er det viktig at når disse komposittene blir avhendet på slutten av deres levetid, oppfyller de standardkravene som trengs for kompostering, og ABM Composite har utført en serie tester for å bevise at den oppfyller disse standardene. "I henhold til ISO -standardene (for industriell kompostering), bør biologisk nedbrytning skje innen 6 måneder og nedbrytning innen 3 måneder/90 dager." Rosling sier: "Nedbrytning betyr å plassere testprøven/produktet i biomasse eller kompost. Etter 90 dager undersøker teknikeren biomassen ved hjelp av en sil. Etter 12 uker skal minst 90 prosent av produktet kunne passere gjennom en 2 mm × 2 mm sil ”.
Biologisk nedbrytning bestemmes ved å slipe det jomfruelige materialet til et pulver og måle den totale mengden CO2 frigitt etter 90 dager. Dette vurderer hvor mye av karboninnholdet i komposteringsprosessen som blir omdannet til vann, biomasse og CO2. "For å bestå den industrielle komposteringstesten, må 90 prosent av de teoretiske 100 prosent CO2 fra komposteringsprosessen oppnås (basert på karboninnhold)".
Rosling sier at ABM Composite har oppfylt kravene til nedbrytning og biologisk nedbrytning, og testene har vist at tilsetningen av X4 -glassfiberen faktisk forbedrer biologisk nedbrytbarhet (se tabell ovenfor), som bare er 78% for en ikke -forsterket PLA -blanding, for eksempel. Han forklarer, ”Men når våre 30% biologisk nedbrytbare glassfibre ble tilsatt, økte biologisk nedbrytning til 94%, mens nedbrytningshastigheten forble bra.
Som et resultat har ABM Composite vist at materialene kan sertifiseres som komposterbare i henhold til EN 13432. Tester at materialene har gått til dags dato inkluderer ISO 14855-1 for den endelige aerobiske biologisk nedbrytbarheten av materialer under kontrollerte komposisjoner, ISO 16922 for aerob-kontrollerte avdekking av DIND-DIN DIN DIN444 for aerob-kontrollerte avkontroll for komposisjoner, ISO 16922 for aerobisk kontrollerte avkontroll for komposisjoner, ISO 16922 for aerobisk kontrollerte avkontroller, ISO 1692 for å kontrollere. Fytotoksisitetstesting, ISO DIN EN 13432.
CO2 utgitt under kompostering
Under kompostering frigjøres CO2 faktisk, men noen forblir i jorden og blir deretter brukt av planter. Kompostering har blitt studert i flere tiår, både som en industriell prosess og som en post-komposteringsprosess som frigjør mindre CO2 enn andre avfallshosponeringsalternativer, og kompostering regnes fremdeles som en miljøvennlig og karbonfotavtrykk reduserende prosess.
Økotoksisitet innebærer å teste biomassen produsert under komposteringsprosessen og plantene dyrket med denne biomassen. "Dette for å sørge for at kompostering av disse produktene ikke skader de voksende plantene." Rosling sa. I tillegg har ABM Composite vist at materialene oppfyller kravene til biologisk nedbrytning under hjemmekomposteringsforhold, som også krever 90% biologisk nedbrytning, men over en 12-måneders periode, sammenlignet med en kortere periode for industriell kompostering.
Industrielle applikasjoner, produksjon, kostnader og fremtidig vekst
ABM Composites materialer brukes i en rekke kommersielle applikasjoner, men mer kan ikke avsløres på grunn av konfidensialitetsavtaler. "Vi bestiller materialene våre som passer til applikasjoner som kopper, tallerkener, tallerkener, bestikk og matlagringsbeholdere," sier Rosling, "men de brukes også som et alternativ til petroleumsbasert plast i kosmetiske beholdere og store husholdningsartikler. Nylig er materialene våre valgt for bruk i fremstilling av komponenter i store industrielle maskinerinstallasjoner som må byttes ut hver 2-12 uke. Disse selskapene har erkjent at ved å bruke vår X4 glassfiberarmering, kan disse mekaniske delene lages med den nødvendige slitestyrken og er også komposterbare etter bruk. Dette er en attraktiv løsning for den nærmeste fremtiden ettersom disse selskapene står overfor utfordringen med å møte nye miljø- og CO2 -utslippsforskrifter.
Rosling la til, "Det er også økende interesse for å bruke våre kontinuerlige fibre i forskjellige typer stoffer og nonwovens for å lage strukturelle komponenter for byggebransjen. Vi ser også interesse for å bruke våre biologisk nedbrytbare fibre med biobaserte, men ikke-biologisk nedbrytbare PA eller PP og inerte termosettmaterialer.
For tiden er X4/5 glassfiber dyrere enn e-glass, men produksjonsvolumene er også relativt små, og ABM Composite forfølger en rekke muligheter til å utvide applikasjoner og lette en oppstart til 20 000 tonn/år etter hvert som etterspørselen vokser, noe som også kan bidra til å redusere kostnadene. Likevel sier Rosling at i mange tilfeller har kostnadene forbundet med å oppfylle bærekraft og nye myndighetskrav ikke blitt vurdert fullt ut. I mellomtiden vokser pressen med å redde planeten. "Samfunnet presser allerede på for mer biobaserte produkter." Han forklarer, "Det er mange insentiver for å presse gjenvinningsteknologier fremover, verden trenger å bevege seg raskere på dette, og jeg tror samfunnet bare vil øke dets press for biobaserte produkter i fremtiden".
LCA og bærekraftsfordel
Rosling sier at ABM Composites materialer reduserer klimagassutslipp og bruk av ikke-fornybar energi med 50-60 prosent per kilo. "Vi bruker Miljøfotavtrykkdatabasen 2.0, det akkrediterte GABI -datasettet og LCA (Life Cycle Analysis) -beregningene for våre produkter basert på metodikken som er skissert i ISO 14040 og ISO 14044 ″.
"Foreløpig, når kompositter når slutten av livssyklusen, er det nødvendig med mye energi for å forbrenne eller pyrolyse av komposittavfall og EOL -produkter, og makulering og kompostering er et attraktivt alternativ, og det er definitivt en av de viktigste verdiproposisjonene vi tilbyr, og vi gir en ny type resirkulerbarhet." Rosling sier: “Vår glassfiber er laget av naturlige mineralkomponenter som allerede er til stede i jorden. Så hvorfor ikke komposerte EOL-komposittkomponenter, eller oppløse fibre fra ikke-nedbrytbare kompositter etter forbrenning og bruke dem som gjødsel? Dette er et gjenvinningsalternativ av virkelig global interesse.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (også WhatsApp)
T: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adresse: No.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Shanghai
Post Time: Mai-27-2024