E se os compósitos de polímero reforçado com fibra de vidro (GFRP) pudessem ser compostados no final da sua vida útil, além das décadas de benefícios comprovados de redução de peso, resistência e rigidez, resistência à corrosão e durabilidade? Em poucas palavras, esse é o apelo da tecnologia da ABM Composite.
Vidro bioativo, fibras de alta resistência
Fundada em 2014, a Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Finlândia) desenvolveu uma fibra de vidro biodegradável feita do chamado vidro bioativo, que Ari Rosling, diretor de P&D da ABM Composite, descreve como “uma formulação especial desenvolvida na década de 1960 que permite que o vidro degradar sob condições fisiológicas. Quando introduzido no corpo, o vidro se decompõe em seus sais minerais constituintes, liberando sódio, magnésio, fosfatos, etc., criando assim uma condição que estimula o crescimento ósseo.”
“Tem propriedades semelhantes àsfibra de vidro sem álcalis (E-glass).” Rosling disse: “Mas este vidro bioativo é difícil de fabricar e transformar em fibras e, até agora, só foi usado como pó ou massa. Pelo que sabemos, a ABM Composite foi a primeira empresa a fabricar fibras de vidro de alta resistência em escala industrial, e agora estamos usando essas fibras de vidro ArcBiox X4/5 para reforçar vários tipos de plásticos, incluindo polímeros biodegradáveis”.
Implantes médicos
A região de Tampere, duas horas a norte de Helsínquia, na Finlândia, tem sido um centro de polímeros biodegradáveis de base biológica para aplicações médicas desde a década de 1980. Rosling descreve: “Um dos primeiros implantes comercialmente disponíveis feitos com estes materiais foi produzido em Tampere, e foi assim que o ABM Composite começou! que hoje é nossa unidade de negócios médicos”.
“Existem muitos polímeros biodegradáveis e bioabsorvíveis para implantes.” Ele continua, “mas suas propriedades mecânicas estão longe das do osso natural. Conseguimos aprimorar esses polímeros biodegradáveis para dar ao implante a mesma resistência do osso natural”. Rosling observou que as fibras de vidro ArcBiox de grau médico com a adição de ABM podem melhorar as propriedades mecânicas dos polímeros PLLA biodegradáveis em 200% a 500%.
Como resultado, os implantes ABM Composite oferecem desempenho superior aos implantes feitos com polímeros não reforçados, ao mesmo tempo que são bioabsorvíveis e promovem a formação e o crescimento ósseo. O ABM Composite também utiliza técnicas automatizadas de colocação de fibras/fios para garantir a orientação ideal das fibras, incluindo a colocação de fibras ao longo de todo o comprimento do implante, bem como a colocação de fibras adicionais em pontos potencialmente fracos.
Aplicações domésticas e técnicas
Com a sua crescente unidade de negócios médicos, a ABM Composite reconhece que polímeros de base biológica e biodegradáveis também podem ser usados em utensílios de cozinha, talheres e outros utensílios domésticos. “Esses polímeros biodegradáveis normalmente têm propriedades mecânicas pobres em comparação com os plásticos à base de petróleo.” Rosling disse: “Mas podemos reforçar estes materiais com as nossas fibras de vidro biodegradáveis, tornando-os virtualmente uma boa alternativa aos plásticos comerciais de base fóssil para uma ampla gama de aplicações técnicas”.
Como resultado, a ABM Composite aumentou a sua unidade de negócios técnicos, que agora emprega 60 pessoas. “Oferecemos soluções de fim de vida (EOL) mais sustentáveis.” Rosling diz: “Nossa proposta de valor é colocar esses compósitos biodegradáveis em operações de compostagem industrial, onde eles se transformam em solo”. O vidro E tradicional é inerte e não se degrada nessas instalações de compostagem.
Compósitos de Fibra ArcBiox
ABM Composite desenvolveu várias formas de fibras de vidro ArcBiox X4/5 para aplicações compostas, desdefibras de corte curtoe compostos de moldagem por injeção parafibras contínuaspara processos como moldagem têxtil e por pultrusão. A linha ArcBiox BSGF combina fibras de vidro biodegradáveis com resinas de poliéster de base biológica e está disponível em graus de tecnologia geral e graus ArcBiox 5 aprovados para uso em aplicações de contato com alimentos.
A ABM Composite também investigou uma variedade de polímeros biodegradáveis e de base biológica, incluindo ácido polilático (PLA), PLLA e polibutileno succinato (PBS). O diagrama abaixo mostra como as fibras de vidro X4/5 podem melhorar o desempenho para competir com polímeros reforçados com fibra de vidro padrão, como o polipropileno (PP) e até mesmo a poliamida 6 (PA6).
A ABM Composite também investigou uma variedade de polímeros biodegradáveis e de base biológica, incluindo ácido polilático (PLA), PLLA e polibutileno succinato (PBS). O diagrama abaixo mostra como as fibras de vidro X4/5 podem melhorar o desempenho para competir com polímeros reforçados com fibra de vidro padrão, como o polipropileno (PP) e até mesmo a poliamida 6 (PA6).
Durabilidade e Compostabilidade
Se esses compósitos forem biodegradáveis, quanto tempo durarão? “Nossas fibras de vidro X4/5 não se dissolvem em cinco minutos ou durante a noite como o açúcar, e embora suas propriedades se degradem com o tempo, não serão tão perceptíveis.” Diz Rosling: “Para uma degradação eficaz, precisamos de temperaturas e humidade elevadas durante longos períodos de tempo, como as encontradas in vivo ou em pilhas de compostagem industrial. Por exemplo, testamos xícaras e tigelas feitas com nosso material ArcBiox BSGF e elas resistiram a até 200 ciclos de lavagem de louça sem perder funcionalidade. Há alguma degradação das propriedades mecânicas, mas não a ponto de os copos serem inseguros para uso”.
No entanto, é importante que quando estes compósitos forem eliminados no final da sua vida útil, cumpram os requisitos padrão necessários para a compostagem, e a ABM Composite realizou uma série de testes para provar que cumpre estes padrões. “De acordo com as normas ISO (para compostagem industrial), a biodegradação deve ocorrer em 6 meses e a decomposição em 3 meses/90 dias”. Rosling diz: “Decomposição significa colocar a amostra/produto de teste na biomassa ou composto. após 90 dias, o técnico examina a biomassa por meio de uma peneira. após 12 semanas, pelo menos 90% do produto deverá poder passar por uma peneira de 2 mm × 2 mm”.
A biodegradação é determinada triturando o material virgem até formar um pó e medindo a quantidade total de CO2 liberada após 90 dias. Isto avalia quanto do conteúdo de carbono do processo de compostagem é convertido em água, biomassa e CO2. “Para passar no teste de compostagem industrial, 90 por cento dos 100 por cento teóricos de CO2 do processo de compostagem devem ser alcançados (com base no teor de carbono)”.
Rosling diz que o ABM Composite atendeu aos requisitos de decomposição e biodegradação, e os testes mostraram que a adição de sua fibra de vidro X4 realmente melhora a biodegradabilidade (ver tabela acima), que é de apenas 78% para uma mistura de PLA não reforçada, por exemplo. Ele explica: “No entanto, quando nossas fibras de vidro biodegradáveis de 30% foram adicionadas, a biodegradação aumentou para 94%, enquanto as taxas de degradação permaneceram boas”.
Como resultado, a ABM Composite demonstrou que os seus materiais podem ser certificados como compostáveis de acordo com a EN 13432. Os testes pelos quais os seus materiais foram aprovados até à data incluem a ISO 14855-1 para a biodegradabilidade aeróbica final de materiais sob condições de compostagem controladas, a ISO 16929 para a biodegradabilidade aeróbia. decomposição controlada, ISO DIN EN 13432 para requisitos químicos e OCDE 208 para testes de fitotoxicidade, ISO DIN EN 13432.
CO2 liberado durante a compostagem
Durante a compostagem, o CO2 é realmente liberado, mas uma parte permanece no solo e é então utilizada pelas plantas. A compostagem tem sido estudada há décadas, tanto como processo industrial como como processo de pós-compostagem que liberta menos CO2 do que outras alternativas de eliminação de resíduos, e a compostagem ainda é considerada um processo amigo do ambiente e que reduz a pegada de carbono.
A ecotoxicidade envolve testar a biomassa produzida durante o processo de compostagem e as plantas cultivadas com esta biomassa. “Isso é para garantir que a compostagem desses produtos não prejudique as plantas em crescimento.” Rosling disse. Além disso, a ABM Composite demonstrou que os seus materiais cumprem os requisitos de biodegradação em condições de compostagem doméstica, que também requerem 90% de biodegradação, mas durante um período de 12 meses, em comparação com um período mais curto para a compostagem industrial.
Aplicações industriais, produção, custos e crescimento futuro
Os materiais da ABM Composite são usados em diversas aplicações comerciais, mas mais não podem ser revelados devido a acordos de confidencialidade. “Encomendamos nossos materiais para aplicações como xícaras, pires, pratos, talheres e recipientes para armazenamento de alimentos”, diz Rosling, “mas eles também são usados como uma alternativa aos plásticos à base de petróleo em recipientes de cosméticos e grandes utensílios domésticos. Mais recentemente, nossos materiais foram selecionados para uso na fabricação de componentes em grandes instalações de máquinas industriais que precisam ser substituídos a cada 2 a 12 semanas. Estas empresas reconheceram que ao utilizar o nosso reforço de fibra de vidro X4, estas peças mecânicas podem ser fabricadas com a resistência ao desgaste necessária e também são compostáveis após a utilização. Esta é uma solução atractiva para o futuro próximo, uma vez que estas empresas enfrentam o desafio de cumprir os novos regulamentos ambientais e de emissões de CO2”.
Rosling acrescentou: “Há também um interesse crescente na utilização das nossas fibras contínuas em diferentes tipos de tecidos e não-tecidos para fabricar componentes estruturais para a indústria da construção. Também estamos vendo interesse em usar nossas fibras biodegradáveis com PA ou PP de base biológica, mas não biodegradável, e materiais termofixos inertes”.
Atualmente, a fibra de vidro X4/5 é mais cara que o vidro E, mas os volumes de produção também são relativamente pequenos, e a ABM Composite está buscando uma série de oportunidades para expandir as aplicações e facilitar um aumento para 20.000 toneladas/ano à medida que a demanda cresce, o que também poderia ajudar a reduzir custos. Mesmo assim, Rosling afirma que em muitos casos os custos associados ao cumprimento da sustentabilidade e aos novos requisitos regulamentares não foram totalmente considerados. Entretanto, cresce a urgência de salvar o planeta. “A sociedade já está pressionando por mais produtos de base biológica.” Ele explica: “Há muitos incentivos para impulsionar as tecnologias de reciclagem, o mundo precisa de avançar mais rapidamente neste sentido e penso que a sociedade só aumentará o seu impulso para produtos de base biológica no futuro”.
ACV e vantagem de sustentabilidade
Rosling diz que os materiais da ABM Composite reduzem as emissões de gases de efeito estufa e o uso de energia não renovável em 50-60 por cento por quilograma. “Usamos o Environmental Footprint Database 2.0, o conjunto de dados credenciado GaBi e cálculos LCA (Life Cycle Analysis) para nossos produtos com base na metodologia descrita na ISO 14040 e ISO 14044″.
“Atualmente, quando os compósitos chegam ao fim do seu ciclo de vida, é necessária muita energia para incinerar ou pirolisar resíduos compósitos e produtos EOL, e a trituração e a compostagem são uma opção atraente e é definitivamente uma das principais propostas de valor que oferecemos. e estamos fornecendo um novo tipo de reciclabilidade.” Rosling diz: “Nossa fibra de vidro é feita de componentes minerais naturais que já estão presentes no solo. Então, por que não compostar componentes de compósitos EOL ou dissolver fibras de compósitos não degradáveis após a incineração e usá-los como fertilizante? Esta é uma opção de reciclagem de verdadeiro interesse global”.
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Horário da postagem: 27 de maio de 2024