Kaj pa, če bi bilo mogoče kompozite iz polimerov, ojačanih s steklenimi vlakni (GFRP) ob koncu njihove življenjske dobe kompostirati, poleg desetletij dokazanih koristi zmanjšanja teže, trdnosti in togosti, odpornosti proti koroziji in vzdržljivosti? To je na kratko privlačnost tehnologije ABM Composite.
Bioaktivno steklo, visoko trdna vlakna
Podjetje Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Finska), ustanovljeno leta 2014, je razvilo biološko razgradljiva steklena vlakna iz tako imenovanega bioaktivnega stekla, ki ga Ari Rosling, direktor raziskav in razvoja pri ABM Composite, opisuje kot »posebno formulacijo, razvito v šestdesetih letih prejšnjega stoletja, ki omogoča steklu razgradijo v fizioloških pogojih. Ko ga vnesemo v telo, se steklo razgradi na svoje sestavne mineralne soli, pri čemer se sprostijo natrij, magnezij, fosfati itd., s čimer se ustvari stanje, ki spodbuja rast kosti.”
»Ima podobne lastnosti kotsteklena vlakna brez alkalij (E-steklo).” Rosling je dejal: "Toda to bioaktivno steklo je težko izdelati in povleči v vlakna, do zdaj pa se je uporabljalo samo kot prah ali kit. Kolikor nam je znano, je bilo ABM Composite prvo podjetje, ki je iz njega izdelovalo steklena vlakna visoke trdnosti v industrijskem obsegu, zdaj pa ta steklena vlakna ArcBiox X4/5 uporabljamo za ojačitev različnih vrst plastike, vključno z biorazgradljivimi polimeri.«
Medicinski vsadki
Regija Tampere, dve uri severno od Helsinkov na Finskem, je že od osemdesetih let 20. stoletja središče biološko razgradljivih polimerov za uporabo v medicini. Rosling opisuje: »Enega prvih komercialno dostopnih vsadkov, izdelanih iz teh materialov, so izdelali v Tampereju in tako se je začel ABM Composite! ki je zdaj naša zdravstvena poslovna enota«.
"Obstaja veliko biološko razgradljivih, bioabsorbljivih polimerov za vsadke." Nadaljuje, »toda njihove mehanske lastnosti so daleč od naravne kosti. Te biološko razgradljive polimere smo lahko izboljšali, da bi implantatu dali enako trdnost kot naravna kost." Rosling je opozoril, da lahko steklena vlakna ArcBiox medicinske kakovosti z dodatkom ABM izboljšajo mehanske lastnosti biološko razgradljivih polimerov PLLA za 200% do 500%.
Posledično ponujajo vsadki ABM Composite višjo zmogljivost kot vsadki, izdelani iz neojačenih polimerov, hkrati pa so biološko vpojni in spodbujajo tvorbo in rast kosti. ABM Composite uporablja tudi avtomatizirane tehnike namestitve vlaken/nitov, da zagotovi optimalno orientacijo vlaken, vključno s polaganjem vlaken vzdolž celotne dolžine vsadka, kot tudi z namestitvijo dodatnih vlaken na potencialno šibka mesta.
Gospodinjske in tehnične aplikacije
S svojo rastočo medicinsko poslovno enoto ABM Composite priznava, da je biološko razgradljive polimere mogoče uporabiti tudi za kuhinjsko posodo, jedilni pribor in druge gospodinjske pripomočke. "Ti biorazgradljivi polimeri imajo običajno slabe mehanske lastnosti v primerjavi s plastiko na osnovi nafte." Rosling je dejal: "Toda te materiale lahko ojačamo z našimi biološko razgradljivimi steklenimi vlakni, zaradi česar postanejo praktično dobra alternativa komercialni plastiki na osnovi fosilov za širok spekter tehničnih aplikacij."
Posledično je ABM Composite povečal svojo tehnično poslovno enoto, ki zdaj zaposluje 60 ljudi. "Nudimo bolj trajnostne rešitve ob koncu življenjske dobe (EOL)." Rosling pravi: "Naš predlog vrednosti je, da te biološko razgradljive kompozite damo v industrijsko kompostiranje, kjer se spremenijo v zemljo." Tradicionalno E-steklo je inertno in se v teh obratih za kompostiranje ne bo razgradilo.
Vlakneni kompoziti ArcBiox
ABM Composite je razvil različne oblike steklenih vlaken ArcBiox X4/5 za uporabo v kompozitih, odkratko rezana vlaknain spojin za brizganjeneprekinjena vlaknaza postopke, kot sta tekstilno in pultruzijsko oblikovanje. Serija ArcBiox BSGF združuje biološko razgradljiva steklena vlakna s poliestrskimi smolami na biološki osnovi in je na voljo v splošnih tehnoloških razredih in razredih ArcBiox 5, ki so odobreni za uporabo pri aplikacijah v stiku z živili.
ABM Composite je preiskoval tudi različne biološko razgradljive polimere in polimere na biološki osnovi, vključno s polimlečno kislino (PLA), PLLA in polibutilen sukcinatom (PBS). Spodnji diagram prikazuje, kako lahko steklena vlakna X4/5 izboljšajo zmogljivost in tekmujejo s standardnimi polimeri, ojačanimi s steklenimi vlakni, kot sta polipropilen (PP) in celo poliamid 6 (PA6).
ABM Composite je preiskoval tudi različne biološko razgradljive polimere in polimere na biološki osnovi, vključno s polimlečno kislino (PLA), PLLA in polibutilen sukcinatom (PBS). Spodnji diagram prikazuje, kako lahko steklena vlakna X4/5 izboljšajo zmogljivost in tekmujejo s standardnimi polimeri, ojačanimi s steklenimi vlakni, kot sta polipropilen (PP) in celo poliamid 6 (PA6).
Trajnost in možnost kompostiranja
Če so ti kompoziti biorazgradljivi, kako dolgo bodo zdržali? "Naša steklena vlakna X4/5 se ne raztopijo v petih minutah ali čez noč, kot se sladkor, in čeprav se bodo njihove lastnosti sčasoma poslabšale, to ne bo tako opazno." Rosling pravi: »Za učinkovito razgradnjo potrebujemo povišane temperature in vlažnost v daljših časovnih obdobjih, kot jih najdemo in vivo ali v industrijskih kompostnih kupih. Preizkusili smo na primer skodelice in sklede iz našega materiala ArcBiox BSGF, ki so zdržale do 200 ciklov pomivanja brez izgube funkcionalnosti. Obstaja nekaj poslabšanja mehanskih lastnosti, vendar ne do te mere, da bi skodelice bile nevarne za uporabo.
Vendar je pomembno, da ti kompoziti, ko se ob koncu njihove življenjske dobe odvržejo, izpolnjujejo standardne zahteve, potrebne za kompostiranje, in ABM Composite je izvedel vrsto testov, da dokaže, da izpolnjuje te standarde. “V skladu z ISO standardi (za industrijsko kompostiranje) naj bi se biorazgradnja zgodila v 6 mesecih, razgradnja pa v 3 mesecih/90 dneh”. Rosling pravi: »Razgradnja pomeni dajanje testnega vzorca/izdelka v biomaso ali kompost. po 90 dneh tehnik pregleda biomaso s pomočjo sita. po 12 tednih mora vsaj 90 odstotkov proizvoda preiti skozi sito 2 mm × 2 mm.
Biorazgradljivost se določi z mletjem osnovnega materiala v prah in merjenjem skupne količine sproščenega CO2 po 90 dneh. To oceni, koliko vsebnosti ogljika v procesu kompostiranja se pretvori v vodo, biomaso in CO2. "Za uspešno preizkušanje industrijskega kompostiranja je treba doseči 90 odstotkov od teoretičnih 100 odstotkov CO2 iz procesa kompostiranja (glede na vsebnost ogljika)".
Rosling pravi, da je ABM Composite izpolnil zahteve glede razgradnje in biorazgradnje, testi pa so pokazali, da dodatek njegovih steklenih vlaken X4 dejansko izboljša biorazgradljivost (glejte zgornjo tabelo), ki je na primer samo 78 % za neojačano mešanico PLA. Pojasnjuje: "Ko pa smo dodali naša 30-odstotna biorazgradljiva steklena vlakna, se je biorazgradnja povečala na 94%, medtem ko so stopnje razgradnje ostale dobre."
Kot rezultat je ABM Composite dokazal, da so njegovi materiali lahko certificirani kot primerni za kompostiranje v skladu z EN 13432. Testi, ki so jih njegovi materiali opravili do danes, vključujejo ISO 14855-1 za končno aerobno biorazgradljivost materialov v nadzorovanih pogojih kompostiranja, ISO 16929 za aerobno nadzorovana razgradnja, ISO DIN EN 13432 za kemijske zahteve in OECD 208 za testiranje fitotoksičnosti, ISO DIN EN 13432.
CO2, ki se sprošča med kompostiranjem
Pri kompostiranju se CO2 sicer res sprosti, vendar ga nekaj ostane v zemlji in ga nato rastline izkoristijo. Kompostiranje so preučevali že desetletja, tako kot industrijski proces kot postopek po kompostiranju, ki sprošča manj CO2 kot druge alternative za odstranjevanje odpadkov, in kompostiranje še vedno velja za okolju prijazen postopek, ki zmanjšuje ogljični odtis.
Ekotoksičnost vključuje testiranje biomase, proizvedene med postopkom kompostiranja, in rastlin, gojenih s to biomaso. "S tem želimo zagotoviti, da kompostiranje teh izdelkov ne škoduje rastočim rastlinam." je rekel Rosling. Poleg tega je ABM Composite dokazal, da njegovi materiali izpolnjujejo zahteve glede biološke razgradnje v pogojih domačega kompostiranja, ki prav tako zahtevajo 90-odstotno biorazgradnjo, vendar v 12-mesečnem obdobju, v primerjavi s krajšim obdobjem za industrijsko kompostiranje.
Industrijske aplikacije, proizvodnja, stroški in prihodnja rast
Materiali ABM Composite se uporabljajo v številnih komercialnih aplikacijah, vendar več ni mogoče razkriti zaradi sporazumov o zaupnosti. »Naše materiale naročamo tako, da ustrezajo aplikacijam, kot so skodelice, krožniki, krožniki, jedilni pribor in posode za shranjevanje hrane,« pravi Rosling, »vendar se uporabljajo tudi kot alternativa plastiki na osnovi nafte v kozmetičnih posodah in velikih gospodinjskih predmetih. Pred kratkim so bili naši materiali izbrani za uporabo pri izdelavi komponent v velikih industrijskih strojih, ki jih je treba zamenjati vsakih 2-12 tednov. Ta podjetja so ugotovila, da je mogoče z uporabo naše ojačitve s steklenimi vlakni X4 izdelati te mehanske dele z zahtevano odpornostjo proti obrabi in jih je po uporabi mogoče kompostirati. To je privlačna rešitev za bližnjo prihodnost, saj se ta podjetja soočajo z izzivom izpolnjevanja novih okoljskih predpisov in predpisov o emisijah CO2.”
Rosling je dodal: »Narašča tudi zanimanje za uporabo naših neprekinjenih vlaken v različnih vrstah tkanin in netkanih tkanin za izdelavo strukturnih komponent za gradbeno industrijo. Opažamo tudi zanimanje za uporabo naših biološko razgradljivih vlaken z bioosnovanimi, vendar nebiološko razgradljivimi PA ali PP in inertnimi duroplastnimi materiali.
Trenutno je steklena vlakna X4/5 dražja od E-stekla, vendar so tudi obsegi proizvodnje razmeroma majhni, zato ABM Composite išče številne priložnosti za razširitev aplikacij in olajšanje povečanja do 20.000 ton/leto, ko povpraševanje raste, kar bi lahko pripomoglo tudi k znižanju stroškov. Kljub temu Rosling pravi, da v mnogih primerih stroški, povezani z izpolnjevanjem trajnostnih in novih regulativnih zahtev, niso bili v celoti upoštevani. Medtem je nujnost reševanja planeta vse večja. "Družba si že prizadeva za več bioloških izdelkov." Pojasnjuje: "Obstaja veliko spodbud za spodbujanje tehnologij recikliranja, svet mora napredovati hitreje in mislim, da bo družba v prihodnosti samo še povečala svoj pritisk na biološke izdelke."
LCA in trajnostna prednost
Rosling pravi, da materiali ABM Composite zmanjšajo emisije toplogrednih plinov in uporabo neobnovljive energije za 50-60 odstotkov na kilogram. »Uporabljamo bazo podatkov o okoljskem odtisu 2.0, akreditiran nabor podatkov GaBi in izračune LCA (analiza življenjskega cikla) za naše izdelke na podlagi metodologije, opisane v standardih ISO 14040 in ISO 14044″.
»Trenutno, ko kompoziti dosežejo konec svojega življenjskega cikla, je za sežig ali pirolizo kompozitnih odpadkov in produktov EOL potrebno veliko energije, drobljenje in kompostiranje pa sta privlačna možnost in je vsekakor ena od ključnih vrednosti, ki jih ponujamo, in zagotavljamo novo vrsto možnosti recikliranja.« Rosling pravi: »Naša steklena vlakna so narejena iz naravnih mineralnih komponent, ki so že prisotne v zemlji. Zakaj torej ne bi kompostirali EOL kompozitnih komponent ali raztopili vlaken iz nerazgradljivih kompozitov po sežigu in jih uporabili kot gnojilo? To je možnost recikliranja resničnega svetovnega pomena.”
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (tudi WhatsApp)
T: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Naslov: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Šanghaj
Čas objave: 27. maj 2024