Ce se întâmplă dacă compozitele cu polimeri armați cu fibră de sticlă (GFRP) ar putea fi compostate la sfârșitul duratei de viață utilă, pe lângă beneficiile dovedite de reducere a greutății, rezistență și rigiditate, rezistență la coroziune și durabilitate în decenii? Acesta este, pe scurt, atractia tehnologiei ABM Composite.
Sticlă bioactivă, fibre de înaltă rezistență
Fondată în 2014, Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Finlanda) a dezvoltat o fibră de sticlă biodegradabilă realizată din așa-numita sticlă bioactivă, pe care Ari Rosling, director R&D la ABM Composite, o descrie drept „o formulare specială dezvoltată în anii 1960 care permite sticlei să fi degradate în condiții fiziologice. Când este introdusă în organism, sticla se descompune în sărurile sale minerale constitutive, eliberând sodiu, magneziu, fosfați etc., creând astfel o afecțiune care stimulează creșterea oaselor.”
„Are proprietăți similare cufibră de sticlă fără alcali (E-glass).” Rosling a spus: „Dar această sticlă bioactivă este dificil de fabricat și transformat în fibre și până acum a fost folosită doar ca pulbere sau chit. Din câte știm, ABM Composite a fost prima companie care a produs fibre de sticlă de înaltă rezistență din acesta la scară industrială, iar acum folosim aceste fibre de sticlă ArcBiox X4/5 pentru a consolida diferite tipuri de materiale plastice, inclusiv polimeri biodegradabili”.
Implanturi medicale
Regiunea Tampere, la două ore nord de Helsinki, Finlanda, a fost un centru de polimeri biodegradabili pe bază de bio pentru aplicații medicale încă din anii 1980. Rosling descrie: „Unul dintre primele implanturi disponibile comercial realizate cu aceste materiale a fost produs în Tampere, și așa a început ABM Composite! care este acum unitatea noastră de afaceri medicală”.
„Există mulți polimeri biodegradabili, bioabsorbabili pentru implanturi.” El continuă, „dar proprietățile lor mecanice sunt departe de osul natural. Am reușit să îmbunătățim acești polimeri biodegradabili pentru a oferi implantului aceeași rezistență ca osul natural”. Rosling a remarcat că fibrele de sticlă ArcBiox de calitate medicală cu adăugarea de ABM pot îmbunătăți proprietățile mecanice ale polimerilor PLLA biodegradabili cu 200% până la 500%.
Drept urmare, implanturile ABM Composite oferă performanțe mai mari decât implanturile realizate cu polimeri neîntăriți, fiind în același timp bioabsorbabile și promovând formarea și creșterea osului. ABM Composite utilizează, de asemenea, tehnici automate de plasare a fibrelor/toroanelor pentru a asigura o orientare optimă a fibrelor, inclusiv așezarea fibrelor pe toată lungimea implantului, precum și plasarea fibrelor suplimentare în punctele potențial slabe.
Aplicații casnice și tehnice
Cu unitatea sa de afaceri medicală în creștere, ABM Composite recunoaște că polimerii pe bază de bio și biodegradabili pot fi utilizați și pentru ustensile de bucătărie, tacâmuri și alte articole de uz casnic. „Acești polimeri biodegradabili au de obicei proprietăți mecanice slabe în comparație cu materialele plastice pe bază de petrol.” Rosling a spus: „Dar putem consolida aceste materiale cu fibrele noastre de sticlă biodegradabile, făcându-le practic o alternativă bună la plasticul comercial pe bază de fosile pentru o gamă largă de aplicații tehnice”.
Drept urmare, ABM Composite și-a mărit unitatea tehnică de afaceri, care acum are 60 de angajați. „Oferim soluții mai sustenabile la sfârșitul vieții (EOL).” Rosling spune: „Propunerea noastră de valoare este să punem aceste compozite biodegradabile în operațiuni de compostare industrială unde se transformă în sol”. Sticla E tradițională este inertă și nu se va degrada în aceste instalații de compostare.
Compozite din fibre ArcBiox
ABM Composite a dezvoltat diferite forme de fibre de sticlă ArcBiox X4/5 pentru aplicații compozite, de lafibre scurteși compuși de turnare prin injecție lafibre continuepentru procese precum modelarea textilă și prin pultruziune. Gama ArcBiox BSGF combină fibre de sticlă biodegradabile cu rășini poliesterice pe bază de bio și este disponibilă în grade de tehnologie generală și grade ArcBiox 5 aprobate pentru utilizare în aplicații în contact cu alimentele.
ABM Composite a investigat, de asemenea, o varietate de polimeri biodegradabili și pe bază de bio, inclusiv acid polilactic (PLA), PLLA și succinat de polibutilenă (PBS). Diagrama de mai jos arată cum fibrele de sticlă X4/5 pot îmbunătăți performanța pentru a concura cu polimerii standard armați cu fibră de sticlă, cum ar fi polipropilena (PP) și chiar poliamida 6 (PA6).
ABM Composite a investigat, de asemenea, o varietate de polimeri biodegradabili și pe bază de bio, inclusiv acidul polilactic (PLA), PLLA și succinatul de polibutilenă (PBS). Diagrama de mai jos arată cum fibrele de sticlă X4/5 pot îmbunătăți performanța pentru a concura cu polimerii standard armați cu fibră de sticlă, cum ar fi polipropilena (PP) și chiar poliamida 6 (PA6).
Durabilitate și compostabilitate
Dacă aceste compozite sunt biodegradabile, cât timp vor rezista? „Fibrele noastre de sticlă X4/5 nu se dizolvă în cinci minute sau peste noapte, precum zahărul și, deși proprietățile lor se vor degrada în timp, nu vor fi la fel de vizibile.” Rosling spune: „Pentru a ne degrada în mod eficient, avem nevoie de temperaturi și umiditate ridicate pe perioade lungi de timp, așa cum se găsesc in vivo sau în grămezi de compost industrial. De exemplu, am testat căni și boluri fabricate din materialul nostru ArcBiox BSGF și ar putea rezista până la 200 de cicluri de spălat vase fără a-și pierde funcționalitatea. Există o oarecare degradare a proprietăților mecanice, dar nu până la punctul în care paharele nu sunt sigure de utilizat”.
Cu toate acestea, este important ca atunci când aceste compozite sunt eliminate la sfârșitul duratei de viață utilă, ele într-adevăr îndeplinesc cerințele standard necesare pentru compostare, iar ABM Composite a efectuat o serie de teste pentru a demonstra că îndeplinește aceste standarde. „Conform standardelor ISO (pentru compostarea industrială), biodegradarea ar trebui să aibă loc în 6 luni și descompunerea în 3 luni/90 de zile”. Rosling spune: „Descompunerea înseamnă plasarea probei/produsului de testat în biomasă sau compost. după 90 de zile, tehnicianul examinează biomasa folosind o sită. după 12 săptămâni, cel puțin 90% din produs ar trebui să poată trece printr-o sită de 2 mm × 2 mm”.
Biodegradarea este determinată prin măcinarea materialului virgin într-o pulbere și măsurarea cantității totale de CO2 eliberat după 90 de zile. Aceasta evaluează cât de mult din conținutul de carbon din procesul de compostare este convertit în apă, biomasă și CO2. „Pentru a trece testul de compostare industrială, trebuie atins 90% din 100% CO2 teoretic din procesul de compostare (pe baza conținutului de carbon)”.
Rosling spune că ABM Composite a îndeplinit cerințele de descompunere și biodegradare, iar testele au arătat că adăugarea fibrei sale de sticlă X4 îmbunătățește de fapt biodegradabilitatea (vezi tabelul de mai sus), care este de numai 78% pentru un amestec de PLA neîntărit, de exemplu. El explică: „Cu toate acestea, când au fost adăugate fibrele noastre de sticlă biodegradabile 30%, biodegradarea a crescut la 94%, în timp ce ratele de degradare au rămas bune”.
Drept urmare, ABM Composite a demonstrat că materialele sale pot fi certificate ca fiind compostabile conform EN 13432. Testele pe care materialele sale au trecut până în prezent includ ISO 14855-1 pentru biodegradabilitatea aerobă finală a materialelor în condiții de compostare controlată, ISO 16929 pentru aerobic. descompunere controlată, ISO DIN EN 13432 pentru cerințele chimice și OECD 208 pentru testarea fitotoxicității, ISO DIN EN 13432.
CO2 eliberat în timpul compostării
În timpul compostării, CO2 este într-adevăr eliberat, dar o parte rămâne în sol și apoi este utilizat de plante. Compostarea a fost studiată de zeci de ani, atât ca proces industrial, cât și ca proces post-compostare care eliberează mai puțin CO2 decât alte alternative de eliminare a deșeurilor, iar compostarea este încă considerată un proces ecologic și de reducere a amprentei de carbon.
Ecotoxicitatea presupune testarea biomasei produse în timpul procesului de compostare și a plantelor crescute cu această biomasă. „Acest lucru este pentru a ne asigura că compostarea acestor produse nu dăunează plantelor în creștere.” spuse Rosling. În plus, ABM Composite a demonstrat că materialele sale îndeplinesc cerințele de biodegradare în condiții de compostare la domiciliu, care necesită și o biodegradare de 90%, dar pe o perioadă de 12 luni, comparativ cu o perioadă mai scurtă pentru compostarea industrială.
Aplicații industriale, producție, costuri și creștere viitoare
Materialele ABM Composite sunt folosite într-o serie de aplicații comerciale, dar mai multe nu pot fi dezvăluite din cauza acordurilor de confidențialitate. „Comandăm materialele noastre pentru a se potrivi cu aplicații precum căni, farfurioare, farfurii, tacâmuri și recipiente pentru depozitarea alimentelor”, spune Rosling, „dar sunt folosite și ca alternativă la plasticul pe bază de petrol în recipientele cosmetice și articolele mari de uz casnic. Mai recent, materialele noastre au fost selectate pentru a fi utilizate în fabricarea de componente în instalațiile de mașini industriale mari care trebuie înlocuite la fiecare 2-12 săptămâni. Aceste companii au recunoscut că, folosind armătura noastră cu fibră de sticlă X4, aceste piese mecanice pot fi realizate cu rezistența necesară la uzură și sunt, de asemenea, compostabile după utilizare. Aceasta este o soluție atractivă pentru viitorul apropiat, deoarece aceste companii se confruntă cu provocarea de a îndeplini noile reglementări de mediu și de emisii de CO2”.
Rosling a adăugat: „Există, de asemenea, un interes în creștere pentru utilizarea fibrelor noastre continue în diferite tipuri de țesături și materiale nețesute pentru a face componente structurale pentru industria construcțiilor. De asemenea, vedem interes în folosirea fibrelor noastre biodegradabile cu PA sau PP pe bază de bio, dar nebiodegradabile și materiale termorigide inerte”.
În prezent, fibra de sticlă X4/5 este mai scumpă decât sticla E, dar volumele de producție sunt, de asemenea, relativ mici, iar ABM Composite urmărește o serie de oportunități pentru a extinde aplicațiile și pentru a facilita o creștere la 20.000 de tone/an pe măsură ce cererea crește, care ar putea contribui și la reducerea costurilor. Chiar și așa, Rosling spune că, în multe cazuri, costurile asociate cu îndeplinirea durabilității și noilor cerințe de reglementare nu au fost pe deplin luate în considerare. Între timp, urgența de a salva planeta crește. „Societatea face deja eforturi pentru mai multe produse pe bază de bio”. El explică: „Există o mulțime de stimulente pentru a promova tehnologiile de reciclare, lumea trebuie să se miște mai repede în acest sens și cred că societatea nu va face decât să-și intensifice impulsul pentru produsele pe bază de bio în viitor”.
LCA și Sustainability Advantage
Rosling spune că materialele ABM Composite reduc emisiile de gaze cu efect de seră și utilizarea energiei neregenerabile cu 50-60% pe kilogram. „Folosim baza de date a amprentei de mediu 2.0, setul de date acreditat GaBi și calculele LCA (Analiza ciclului de viață) pentru produsele noastre, pe baza metodologiei prezentate în ISO 14040 și ISO 14044”.
„În prezent, când compozitele ajung la sfârșitul ciclului lor de viață, este nevoie de multă energie pentru a incinera sau piroliza deșeurile compozite și produsele EOL, iar mărunțirea și compostarea sunt o opțiune atractivă și este cu siguranță una dintre propunerile de valoare cheie pe care le oferim, și oferim un nou tip de reciclabilitate.” Rosling spune: „Fibra noastră de sticlă este făcută din componente minerale naturale care sunt deja prezente în sol. Deci, de ce să nu compostați componentele compozite EOL sau să dizolvați fibrele din compozitele nedegradabile după incinerare și să le folosiți ca îngrășământ? Aceasta este o opțiune de reciclare de real interes global”.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (de asemenea, WhatsApp)
T:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adresă: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Shanghai
Ora postării: 27-mai-2024