Co jeśli kompozyty polimeru wzmocnionego włóknem szklanym (GFRP) mogą być kompostowane pod koniec ich okresu użytkowania, oprócz dziesięcioleci udowodnionych korzyści ze zmniejszenia masy ciała, wytrzymałości i sztywności, odporności na korozję i trwałości? Krótko mówiąc, jest to urok technologii ABM Composite.
Szkło bioaktywne, włókna o wysokiej wytrzymałości
Założone w 2014 r. Arktyczne biomateriały OY (Tampere, Finlandia) opracowały biodegradowalne włókno szklane wykonane z tak zwanego szkła bioaktywnego, które Ari Rosling, dyrektor ds. Badań i rozwoju w ABM Composite, opisuje „specjalne formułowanie opracowane w latach 60. XX wieku, które pozwala na degradację szkła w warunkach fizjologicznych. Po wprowadzeniu do ciała szkło rozkłada się na swoje składowe sole mineralne, uwalniając sód, magnez, fosforany itp., Tworząc w ten sposób stan stymulujący wzrost kości. ”
„Ma podobne właściwości doBezprzewodnikowe włókno szklane (E-szklanka). ” Rosling powiedział: „Ale to bioaktywne szkło jest trudne do wyprodukowania i wciągania w włókna, a do tej pory było używane tylko jako proszek lub kit. O ile wiemy, ABM Composite był pierwszą firmą, która wytwarzała z niego włókna szklane o wysokiej wytrzymałości na skalę przemysłową, a teraz używamy szklanych włókien Arcbiox X4/5 do wzmocnienia różnych rodzajów tworzyw sztucznych, w tym polimerów biodegradowalnych ”.
Implanty medyczne
Region Tampere, dwie godziny na północ od Helsinek w Finlandii, jest centrum biodegradowalnych biodegradowalnych opartych na biodetacji do zastosowań medycznych od lat 1980. Rosling opisuje: „Jeden z pierwszych dostępnych na rynku implantów wykonanych z tych materiałów został wyprodukowany w Tampere i tak startował ABM Composite! która jest teraz naszą jednostką biznesową ”.
„Istnieje wiele biodegradowalnych, bioabsorbowalnych polimerów dla implantów”. Kontynuuje: „Ale ich właściwości mechaniczne są dalekie od naturalnej kości. Byliśmy w stanie wzmocnić te biodegradowalne polimery, aby nadać implantowi taką samą siłę co naturalna kość ”. Rosling zauważył, że włókna szklane Arcbiox klasy medycznej z dodaniem ABM mogą poprawić właściwości mechaniczne biodegradowalnych polimerów PLLA o 200% do 500%.
W rezultacie implanty ABM Composite oferują wyższą wydajność niż implanty wykonane z nieskrępowanych polimerów, jednocześnie są bioabsorbowalnymi i promującymi tworzenie i wzrost kości. ABM Composite wykorzystuje również zautomatyzowane techniki umieszczania włókien/nici, aby zapewnić optymalną orientację włókien, w tym układanie włókien na całej długości implantu, a także umieszczanie dodatkowych włókien w potencjalnie słabych miejscach.
Zastosowania gospodarstwa domowego i technicznego
Dzięki rozwijającej się jednostce biznesowej medycznej ABM Composite uznaje, że polimery oparte na biodelu i biodegradowalne mogą być również używane do naczyń kuchennych, sztućców i innych artykułów gospodarstwa domowego. „Te biodegradowalne polimery zwykle mają słabe właściwości mechaniczne w porównaniu z tworzywami roponośnymi”. Rosling powiedział: „Ale możemy wzmocnić te materiały za pomocą naszych biodegradowalnych włókien szklanych, co czyni je praktycznie dobrą alternatywą dla komercyjnych tworzyw sztucznych opartych na skamielinach dla szerokiej gamy zastosowań technicznych”.
W rezultacie ABM Composite zwiększył swoją techniczną jednostkę biznesową, która obecnie zatrudnia 60 osób. „Oferujemy bardziej zrównoważone rozwiązania na koniec życia (EOL)”. Rosling mówi: „Naszą propozycją wartości jest umieszczenie tych biodegradowalnych kompozytów w przemysłowe operacje kompostowania, w których zamieniają się w glebę”. Tradycyjny e-szklanka jest obojętna i nie będzie degradować w tych obiektach kompostowania.
Kompozyty światłowodowe Arcbiox
ABM Composite opracował różne formy szklanych włókien Arcbiox x4/5 do zastosowań kompozytowych, odKrótkie włóknai związki formowania wtrysku doCiągłe włóknadla procesów takich jak formowanie tekstylne i pulprujące. Zakres Arcbiox BSGF łączy biodegradowalne włókna szklane z biologicznymi żywicami poliestrowymi i jest dostępna w ogólnych klasach technologicznych i ocen Arcbiox 5 zatwierdzonych do stosowania w aplikacjach kontaktowych żywności.
ABM Composite zbadał również różnorodne polimery biodegradowalne i bio-oparte na bio, w tym kwas polilowy (PLA), PLLA i bursztynian polibutylenowy (PBS). Poniższy schemat pokazuje, w jaki sposób włókna szklane X4/5 mogą poprawić wydajność w celu konkurowania ze standardowymi polimerami wzmocnionymi włóknem szklanym, takimi jak polipropylen (PP), a nawet poliamid 6 (PA6).
ABM Composite zbadał również różnorodne biodegradowalne i biologiczne polimery, w tym kwas polilowy (PLA), PLLA i bursztynian polibutylenowy (PBS). Poniższy schemat pokazuje, w jaki sposób włókna szklane X4/5 mogą poprawić wydajność w celu konkurowania ze standardowymi polimerami wzmocnionymi włóknem szklanym, takimi jak polipropylen (PP), a nawet poliamid 6 (PA6).
Trwałość i kompostowość
Jeśli te kompozyty są biodegradowalne, jak długo będą trwać? „Nasze szklane włókna X4/5 nie rozpuszczają się w ciągu pięciu minut lub na noc, tak jak cukier, i chociaż ich właściwości z czasem ulegają degradacji, nie będzie to tak zauważalne”. Rosling mówi: „Aby skutecznie degradować, potrzebujemy podwyższonych temperatur i wilgotności przez długi czas, jak stwierdzono in vivo lub w stosach kompostu przemysłowego. Na przykład przetestowaliśmy kubki i miski wykonane z naszego materiału Arcbiox BSGF i mogli wytrzymać do 200 cykli zmywania naczyń bez utraty funkcjonalności. Istnieje pewna degradacja właściwości mechanicznych, ale nie do tego stopnia, że kubki są niebezpieczne ”.
Ważne jest jednak, aby po tym, jak te kompozyty są pozbywane na końcu okresu użytkowania, spełniają standardowe wymagania potrzebne do kompostowania, a ABM Composite przeprowadził serię testów, aby udowodnić, że spełnia te standardy. „Zgodnie ze standardami ISO (dla kompostowania przemysłowego) biodegradacja powinna nastąpić w ciągu 6 miesięcy i rozkład w ciągu 3 miesięcy/90 dni”. Rosling mówi: „Rozkład oznacza umieszczenie próbki testowej/produktu w biomasie lub kompostu. Po 90 dniach technik bada biomasę za pomocą sita. Po 12 tygodniach co najmniej 90 procent produktu powinno być w stanie przejść przez sito 2 mm × 2 mm ”.
Biodegradacja określa się przez zmieszanie dziewiczego materiału w proszek i pomiar całkowitej ilości CO2 uwalnianej po 90 dniach. Oceni to, ile zawartości węgla w procesie kompostowania jest przekształcane w wodę, biomasę i CO2. „Aby przejść test kompostowania przemysłowego, należy osiągnąć 90 procent teoretycznego 100 % CO2 z procesu kompostowania (w oparciu o zawartość węgla)”.
Rosling twierdzi, że ABM Composite spełniło wymagania dotyczące rozkładu i biodegradacji, a testy wykazały, że dodanie jego szklanego włókna X4 faktycznie poprawia biodegradowalność (patrz tabela powyżej), która na przykład wynosi tylko 78% w przypadku niezrównanej mieszanki PLA. Wyjaśnia jednak: „Gdy dodano nasze 30% biodegradowalne włókna szklane, biodegradacja wzrosła do 94%, podczas gdy wskaźniki degradacji pozostały dobre”.
W rezultacie kompozyt ABM wykazał, że jego materiały mogą być certyfikowane jako kompostowalne zgodnie z EN 13432. Testy, które jego materiały przekazały do tej pory, obejmują ISO 14855-1 dla końcowej biodegradowalności aerobowej materiałów w kontrolowanych warunkach kompostowania, ISO 16929 dla aerobowego rozkładu kontrolowanego przez Aerobic Din. 13432.
CO2 wydany podczas kompostowania
Podczas kompostowania CO2 jest rzeczywiście uwalniane, ale niektóre pozostają w glebie, a następnie są wykorzystywane przez rośliny. Kompostowanie jest badane od dziesięcioleci, zarówno jako proces przemysłowy, jak i jako proces po kompostowaniu, który uwalnia mniej CO2 niż inne alternatywy usuwania odpadów, a kompostowanie jest nadal uważane za przyjazny dla środowiska proces zmniejszania śladu węglowego.
Ecotoksyczność polega na testowaniu biomasy wytwarzanej podczas procesu kompostowania, a rośliny uprawiane z tą biomasą. „Ma to na celu upewnienie się, że kompostowanie tych produktów nie szkodzi rosnącym roślinom”. - powiedział Rosling. Ponadto ABM Composite wykazał, że jego materiały spełniają wymagania biodegradacyjne w warunkach kompostowania domowego, które również wymagają 90% biodegradacji, ale w okresie 12 miesięcy, w porównaniu z krótszym okresem kompostowania przemysłowego.
Zastosowania przemysłowe, produkcja, koszty i przyszły wzrost
Materiały kompozytowe ABM są używane w wielu zastosowaniach komercyjnych, ale więcej nie można ujawnić z powodu umów o poufności. „Zamawiamy nasze materiały, aby pasowały do zastosowań, takie jak kubki, spodki, talerze, sztućce i pojemniki do przechowywania żywności”, mówi Rosling, „ale są one również wykorzystywane jako alternatywa dla tworzyw sztucznych naftowych w pojemnikach kosmetycznych i dużych przedmiotach gospodarstwa domowego. Niedawno nasze materiały zostały wybrane do zastosowania w produkcji komponentów w dużych instalacjach maszyn przemysłowych, które należy wymieniać co 2-12 tygodni. Firmy te uznały, że przy użyciu naszego wzmocnienia włókien szklanych X4 te części mechaniczne można wykonać z wymaganą odpornością na zużycie i są również kompostowalne po użyciu. Jest to atrakcyjne rozwiązanie w najbliższej przyszłości, ponieważ firmy te stoją przed wyzwaniem spełnienia nowych przepisów dotyczących emisji środowiska i CO2 ”.
Rosling dodał: „rośnie również zainteresowanie wykorzystaniem naszych ciągłych włókien w różnych rodzajach tkanin i nievenów do wytwarzania elementów strukturalnych dla branży budowlanej. Zainteresowujemy się także korzystaniem z naszych biodegradowalnych włókien z biodokładowymi, ale nie-biodegradowalnymi materiałami PA lub PP i obojętnymi termosetowymi materiałami ”.
Obecnie włókno szklane X4/5 jest droższe niż e-szklanka, ale ilości produkcji są również stosunkowo niewielkie, a ABM Composite daje szereg możliwości rozszerzenia zastosowań i ułatwienia zwiększania się do 20 000 ton rocznie wraz ze wzrostem popytu, co może również pomóc w zmniejszeniu kosztów. Mimo to Rosling twierdzi, że w wielu przypadkach koszty związane ze spełnieniem zrównoważonego rozwoju i nowymi wymogami regulacyjnymi nie zostały w pełni rozważane. Tymczasem rośnie pilność ratowania planety. „Społeczeństwo już dąży do większej liczby produktów biologicznych”. Wyjaśnia: „Istnieje wiele zachęt do wypychania technologii recyklingu naprzód, świat musi się w tym szybsze poruszać i myślę, że społeczeństwo zwiększy swoje dążenie do produktów biologicznych w przyszłości”.
LCA i przewaga w zakresie zrównoważonego rozwoju
Rosling twierdzi, że materiały kompozytowe ABM zmniejszają emisję gazów cieplarnianych i wykorzystanie energii niezaczynającej przedniesienia o 50-60 procent na kilogram. „Korzystamy z bazy danych śladu środowiska 2.0, akredytowanego zestawu danych GABI i obliczeń LCA (Analiza cyklu życia) dla naszych produktów na podstawie metodologii opisanej w ISO 14040 i ISO 14044 ″.
„Obecnie, gdy kompozyty osiągają koniec ich cyklu życia, wymagana jest dużo energii do spalania lub złożonych produktów EOL z piloolise, a niszczenie i kompostowanie jest atrakcyjną opcją, a to zdecydowanie jedna z kluczowych propozycji oferowanych przez nas propozycji, a my zapewniamy nowy rodzaj możliwości recyklingu”. Rosling mówi: „Nasz włókno szklane jest wykonane z naturalnych składników mineralnych, które są już obecne w glebie. Dlaczego więc nie kompostowe komponenty kompozytowe EOL lub rozpuścić włókna z kompozytów bez degradacji po spalaniu i użyć ich jako nawozu? Jest to opcja recyklingu prawdziwego globalnego zainteresowania ”.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (także WhatsApp)
T: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adres: nr 398 New Green Road Xinbang Town District, Szanghaj
Czas po: 27-2024