Čo keby bolo možné kompostovať kompozity z polyméru vystuženého sklenenými vláknami (GFRP) na konci ich životnosti, navyše s desaťročiami overenými výhodami zníženia hmotnosti, pevnosti a tuhosti, odolnosti proti korózii a trvanlivosti? To je v skratke príťažlivosť technológie ABM Composite.
Bioaktívne sklo, vlákna s vysokou pevnosťou
Spoločnosť Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Fínsko), založená v roku 2014, vyvinula biologicky odbúrateľné sklenené vlákno vyrobené z takzvaného bioaktívneho skla, ktoré Ari Rosling, riaditeľ výskumu a vývoja v ABM Composite, opisuje ako „špeciálnu formuláciu vyvinutú v 60. rokoch minulého storočia, ktorá umožňuje degradovať za fyziologických podmienok. Keď sa sklo dostane do tela, rozpadne sa na minerálne soli, z ktorých sa uvoľňuje sodík, horčík, fosfáty atď., čím sa vytvorí stav, ktorý stimuluje rast kostí.“
„Má podobné vlastnosti akosklenené vlákno bez alkálií (E-sklo).“ Rosling povedal: „Ale toto bioaktívne sklo sa ťažko vyrába a ťahá do vlákien a doteraz sa používalo iba ako prášok alebo tmel. Pokiaľ je nám známe, ABM Composite bola prvou spoločnosťou, ktorá z neho vyrábala vysokopevnostné sklenené vlákna v priemyselnom meradle a tieto sklenené vlákna ArcBiox X4/5 teraz používame na vystuženie rôznych druhov plastov, vrátane biodegradovateľných polymérov“.
Lekárske implantáty
Región Tampere, dve hodiny severne od Helsínk vo Fínsku, je od 80. rokov 20. storočia centrom biodegradovateľných polymérov na lekárske účely. Rosling opisuje: „Jeden z prvých komerčne dostupných implantátov vyrobených z týchto materiálov bol vyrobený v Tampere, a tak začal ABM Composite! ktorá je teraz našou medicínskou obchodnou jednotkou“.
"Existuje veľa biologicky odbúrateľných, biologicky absorbovateľných polymérov pre implantáty." Pokračuje, „ale ich mechanické vlastnosti sú ďaleko od prirodzenej kosti. Boli sme schopní vylepšiť tieto biodegradovateľné polyméry, aby sme dodali implantátu rovnakú pevnosť ako prirodzená kosť. Rosling poznamenal, že sklenené vlákna ArcBiox medicínskej kvality s prídavkom ABM môžu zlepšiť mechanické vlastnosti biodegradovateľných polymérov PLLA o 200 % až 500 %.
Výsledkom je, že implantáty ABM Composite ponúkajú vyšší výkon ako implantáty vyrobené z nevystužených polymérov, pričom sú tiež biologicky vstrebateľné a podporujú tvorbu a rast kosti. ABM Composite tiež používa automatizované techniky umiestňovania vlákien/prameňov na zabezpečenie optimálnej orientácie vlákien, vrátane ukladania vlákien po celej dĺžke implantátu, ako aj umiestňovania ďalších vlákien na potenciálne slabé miesta.
Domáce a technické aplikácie
So svojou rastúcou medicínskou obchodnou jednotkou ABM Composite uznáva, že bio-založené a biologicky odbúrateľné polyméry možno použiť aj na kuchynský riad, príbory a iné domáce potreby. "Tieto biologicky odbúrateľné polyméry majú zvyčajne zlé mechanické vlastnosti v porovnaní s plastmi na báze ropy." Rosling povedal: "Tieto materiály však môžeme vystužiť našimi biologicky odbúrateľnými sklenenými vláknami, vďaka čomu sú prakticky dobrou alternatívou komerčných plastov na báze fosílií pre širokú škálu technických aplikácií."
V dôsledku toho spoločnosť ABM Composite zvýšila svoju technickú obchodnú jednotku, ktorá v súčasnosti zamestnáva 60 ľudí. "Ponúkame udržateľnejšie riešenia na konci životnosti (EOL)." Rosling hovorí: "Našou hodnotou je umiestniť tieto biologicky odbúrateľné kompozity do priemyselných kompostovacích operácií, kde sa premenia na pôdu." Tradičné E-sklo je inertné a v týchto kompostovacích zariadeniach sa nerozloží.
Vláknové kompozity ArcBiox
Spoločnosť ABM Composite vyvinula rôzne formy sklenených vlákien ArcBiox X4/5 pre kompozitné aplikácie, odnakrátko strihané vláknaa zmesi na vstrekovanie dokontinuálne vláknapre procesy ako je textilné a pultrúzne tvarovanie. Rad ArcBiox BSGF kombinuje biodegradovateľné sklenené vlákna s biopolyesterovými živicami a je dostupný vo všeobecných technologických triedach a triedach ArcBiox 5 schválených na použitie v aplikáciách, ktoré prichádzajú do styku s potravinami.
Spoločnosť ABM Composite tiež skúmala množstvo biologicky odbúrateľných polymérov a polymérov na biologickej báze vrátane kyseliny polymliečnej (PLA), PLLA a polybutylénsukcinátu (PBS). Nižšie uvedený diagram ukazuje, ako môžu sklenené vlákna X4/5 zlepšiť výkon, aby mohli konkurovať štandardným polymérom vystuženým sklenenými vláknami, ako je polypropylén (PP) a dokonca aj polyamid 6 (PA6).
Spoločnosť ABM Composite tiež skúmala množstvo biologicky odbúrateľných polymérov a polymérov na bio báze, vrátane kyseliny polymliečnej (PLA), PLLA a polybutylénsukcinátu (PBS). Nižšie uvedený diagram ukazuje, ako môžu sklenené vlákna X4/5 zlepšiť výkon, aby mohli konkurovať štandardným polymérom vystuženým sklenenými vláknami, ako je polypropylén (PP) a dokonca aj polyamid 6 (PA6).
Trvanlivosť a kompostovateľnosť
Ak sú tieto kompozity biologicky odbúrateľné, ako dlho vydržia? "Naše sklenené vlákna X4/5 sa nerozpustia za päť minút alebo cez noc ako cukor, a hoci sa ich vlastnosti časom zhoršia, nebude to také viditeľné." Rosling hovorí: „Na efektívnu degradáciu potrebujeme zvýšené teploty a vlhkosť počas dlhých časových období, aké sa vyskytujú in vivo alebo v priemyselných kompostoch. Testovali sme napríklad šálky a misky vyrobené z nášho materiálu ArcBiox BSGF a bez straty funkčnosti vydržali až 200 umývacích cyklov. Došlo k určitému zhoršeniu mechanických vlastností, ale nie do takej miery, že by bolo používanie pohárov nebezpečné“.
Je však dôležité, aby pri likvidácii týchto kompozitov na konci ich životnosti spĺňali štandardné požiadavky potrebné na kompostovanie a spoločnosť ABM Composite vykonala sériu testov, aby dokázala, že tieto štandardy spĺňa. "Podľa noriem ISO (pre priemyselné kompostovanie) by biodegradácia mala nastať do 6 mesiacov a rozklad do 3 mesiacov/90 dní." Rosling hovorí: „Rozklad znamená umiestnenie testovanej vzorky/produktu do biomasy alebo kompostu. po 90 dňoch technik skúma biomasu pomocou sita. po 12 týždňoch by aspoň 90 percent produktu malo prejsť sitom s rozmermi 2 mm × 2 mm“.
Biodegradácia sa určuje rozomletím pôvodného materiálu na prášok a meraním celkového množstva uvoľneného CO2 po 90 dňoch. To hodnotí, koľko uhlíka z kompostovacieho procesu sa premení na vodu, biomasu a CO2. „Aby sme prešli testom priemyselného kompostovania, musí sa dosiahnuť 90 percent teoretických 100 percent CO2 z procesu kompostovania (na základe obsahu uhlíka)“.
Rosling hovorí, že ABM Composite splnil požiadavky na rozklad a biodegradáciu a testy ukázali, že pridanie jeho skleneného vlákna X4 skutočne zlepšuje biologickú odbúrateľnosť (pozri tabuľku vyššie), ktorá je napríklad len 78 % pre nevystuženú zmes PLA. Vysvetľuje: „Keď sa však pridali naše 30% biologicky odbúrateľné sklenené vlákna, biodegradácia sa zvýšila na 94%, zatiaľ čo miera degradácie zostala dobrá."
Výsledkom je, že spoločnosť ABM Composite preukázala, že jej materiály môžu byť certifikované ako kompostovateľné podľa EN 13432. Testy, ktorými jej materiály doteraz prešli, zahŕňajú ISO 14855-1 pre konečnú aeróbnu biologickú odbúrateľnosť materiálov za kontrolovaných podmienok kompostovania, ISO 16929 pre aeróbne riadený rozklad, ISO DIN EN 13432 pre chemické požiadavky a OECD 208 pre testovanie fytotoxicity, ISO DIN EN 13432.
CO2 uvoľnený počas kompostovania
Počas kompostovania sa CO2 skutočne uvoľňuje, ale časť zostáva v pôde a je potom využitá rastlinami. Kompostovanie sa skúma už desaťročia ako priemyselný proces aj ako proces po kompostovaní, ktorý uvoľňuje menej CO2 ako iné alternatívy likvidácie odpadu a kompostovanie sa stále považuje za proces šetrný k životnému prostrediu a znižujúci uhlíkovú stopu.
Ekotoxicita zahŕňa testovanie biomasy produkovanej počas procesu kompostovania a rastlín pestovaných s touto biomasou. "Je to preto, aby sa zabezpečilo, že kompostovanie týchto produktov nepoškodí rastúce rastliny." povedal Rosling. Okrem toho spoločnosť ABM Composite preukázala, že jej materiály spĺňajú požiadavky na biodegradáciu v podmienkach domáceho kompostovania, ktoré tiež vyžadujú 90 % biodegradáciu, avšak počas 12-mesačného obdobia v porovnaní s kratším obdobím pre priemyselné kompostovanie.
Priemyselné aplikácie, výroba, náklady a budúci rast
Materiály ABM Composite sa používajú v mnohých komerčných aplikáciách, ale viac nie je možné odhaliť kvôli dohodám o dôvernosti. „Naše materiály objednávame tak, aby vyhovovali aplikáciám, ako sú šálky, tanieriky, taniere, príbory a nádoby na skladovanie potravín,“ hovorí Rosling, „ale používajú sa aj ako alternatíva k plastom na báze ropy v kozmetických nádobách a veľkých domácich predmetoch. Nedávno boli naše materiály vybrané na použitie pri výrobe komponentov vo veľkých priemyselných strojových zariadeniach, ktoré je potrebné vymieňať každých 2-12 týždňov. Tieto spoločnosti uznali, že použitím našej výstuže zo sklenených vlákien X4 môžu byť tieto mechanické časti vyrobené s požadovanou odolnosťou proti opotrebovaniu a po použití sú tiež kompostovateľné. Ide o atraktívne riešenie pre blízku budúcnosť, keďže tieto spoločnosti čelia výzve splniť nové environmentálne predpisy a predpisy o emisiách CO2.
Rosling dodal: „Rastie tiež záujem o používanie našich nekonečných vlákien v rôznych typoch tkanín a netkaných textílií na výrobu konštrukčných komponentov pre stavebný priemysel. Vidíme tiež záujem o používanie našich biodegradovateľných vlákien s bio-založenými, ale nebiodegradovateľnými PA alebo PP a inertnými termosetovými materiálmi.
V súčasnosti je sklolaminát X4/5 drahší ako sklo E-glass, ale objemy výroby sú tiež relatívne malé a spoločnosť ABM Composite využíva množstvo príležitostí na rozšírenie aplikácií a uľahčenie nábehu na 20 000 ton/rok s rastúcim dopytom, ktoré by tiež mohli prispieť k zníženiu nákladov. Napriek tomu Rosling hovorí, že v mnohých prípadoch neboli náklady spojené so splnením udržateľnosti a nových regulačných požiadaviek plne zohľadnené. Naliehavosť záchrany planéty medzitým rastie. "Spoločnosť už presadzuje viac biologických produktov." Vysvetľuje: „Existuje veľa stimulov na presadzovanie recyklačných technológií vpred, svet sa v tomto musí pohnúť rýchlejšie a myslím si, že spoločnosť v budúcnosti len zvýši tlak na bioprodukty“.
LCA a výhoda udržateľnosti
Rosling hovorí, že materiály ABM Composite znižujú emisie skleníkových plynov a využívanie neobnoviteľnej energie o 50-60 percent na kilogram. „Pre naše produkty používame databázu environmentálnej stopy 2.0, akreditovaný súbor údajov GaBi a výpočty LCA (analýza životného cyklu) na základe metodológie načrtnutej v normách ISO 14040 a ISO 14044″.
„V súčasnosti, keď kompozity dosiahnu koniec svojho životného cyklu, je potrebné veľké množstvo energie na spálenie alebo pyrolýzu kompozitného odpadu a produktov EOL a drvenie a kompostovanie je atraktívnou možnosťou a je to určite jedna z kľúčových hodnotových ponúk, ktoré ponúkame. a poskytujeme nový typ recyklovateľnosti.“ Rosling hovorí: „Naše sklolaminát je vyrobený z prírodných minerálnych zložiek, ktoré sú už prítomné v pôde. Prečo teda nekompostovať komponenty EOL kompozitu alebo po spálení nerozpustiť vlákna z nedegradovateľných kompozitov a použiť ich ako hnojivo? Toto je možnosť recyklácie skutočného globálneho záujmu“.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (aj WhatsApp)
T:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adresa: NO.398 New Green Road Xinbang Town District Songjiang, Šanghaj
Čas odoslania: 27. mája 2024