Vad händer om glasfiberförstärkt polymer (GFRP) -kompositer kan komposteras i slutet av deras livslängd, utöver de årtionden av bevisade fördelar med viktminskning, styrka och styvhet, korrosionsbeständighet och hållbarhet? Det, i ett nötskal, är överklagandet av ABM Composite's Technology.
Bioaktivt glas, fibrer med hög styrka
Arctic Biomaterials Oy (Tammere, Finland) grundades 2014 och har utvecklat en biologiskt nedbrytbar glasfiber tillverkad av så kallat bioaktivt glas, som Ari Rosling, FoU-direktör på ABM Composite, beskriver som ”en speciell formulering utvecklad på 1960-talet som gör att glas kan försämras under fysiologiska förhållanden. När de introduceras i kroppen bryts glaset ner i sina beståndsdelar, frisläppande natrium, magnesium, fosfater, etc., vilket skapar ett tillstånd som stimulerar bentillväxt. ”
”Det har liknande egenskaper somAlkali-fri glasfiber (e-glas). ” Rosling sa: ”Men detta bioaktiva glas är svårt att tillverka och dra in i fibrer, och fram till nu har det bara använts som ett pulver eller kitt. Så vitt vi vet var ABM Composite det första företaget som gjorde höghållfast glasfibrer från det i industriell skala, och vi använder nu dessa arcbiox x4/5-glasfibrer för att förstärka olika typer av plast, inklusive biologiskt nedbrytbara polymerer.
Medicinsk implantat
Tammere-regionen, två timmar norr om Helsingfors, Finland, har varit ett centrum för biobaserade biologiskt nedbrytbara polymerer för medicinska tillämpningar sedan 1980-talet. Rosling beskriver, ”Ett av de första kommersiellt tillgängliga implantaten som gjordes med dessa material producerades i Tammere, och det var så ABM Composite fick sin start! som nu är vår medicinska affärsenhet ”.
"Det finns många biologiskt nedbrytbara, bioabsorberbara polymerer för implantat." Han fortsätter, ”men deras mekaniska egenskaper är långt ifrån naturligt ben. Vi kunde förbättra dessa biologiskt nedbrytbara polymerer för att ge implantatet samma styrka som naturligt ben ”. Rosling noterade att arcbiox -glasfibrer med medicinsk kvalitet med tillsats av ABM kan förbättra de mekaniska egenskaperna hos biologiskt nedbrytbara PLLA -polymerer med 200% till 500%.
Som ett resultat erbjuder ABM Composites implantat högre prestanda än implantat som tillverkas med oåterkallade polymerer, samtidigt som de är bioabsorberbara och främjar benbildning och tillväxt. ABM Composite använder också automatiserade fiber/strängplaceringstekniker för att säkerställa optimal fiberorientering, inklusive lägger fibrer längs hela implantatets längd, samt placera ytterligare fibrer vid potentiellt svaga fläckar.
Hushålls- och tekniska tillämpningar
Med sin växande medicinska affärsenhet inser ABM Composite att biobaserade och biologiskt nedbrytbara polymerer också kan användas för köksutrustning, bestick och andra hushållsartiklar. "Dessa biologiskt nedbrytbara polymerer har vanligtvis dåliga mekaniska egenskaper jämfört med petroleumbaserad plast." Rosling sa: "Men vi kan förstärka dessa material med våra biologiskt nedbrytbara glasfibrer, vilket gör dem praktiskt taget ett bra alternativ till fossilbaserad kommersiell plast för ett brett utbud av tekniska tillämpningar".
Som ett resultat har ABM Composite ökat sin tekniska affärsenhet, som nu sysselsätter 60 personer. "Vi erbjuder mer hållbara lösningar i slutet av livet (EOL)." Rosling säger: "Vårt värdeproposition är att sätta dessa biologiskt nedbrytbara kompositer i industriella komposteringsoperationer där de förvandlas till jord." Traditionell e-glas är inert och kommer inte att försämras i dessa komposteringsanläggningar.
Arcbioxfiberkompositer
ABM Composite har utvecklat olika former av arcbiox x4/5 glasfibrer för sammansatta applikationer, frånbråkfibreroch formsprutningsföreningar tillkontinuerliga fibrerför processer som textil- och pultruskiktformning. Arcbiox BSGF-sortimentet kombinerar biologiskt nedbrytbara glasfibrer med biobaserade polyesterhartser och finns i allmänna teknikgrader och ArcBiox 5-betyg som är godkända för användning i livsmedelskontaktapplikationer.
ABM Composite har också undersökt en mängd biologiskt nedbrytbara och biobaserade polymerer inklusive polylaktinsyra (PLA), PLLA och polybutylen succinat (PBS). Diagrammet nedan visar hur X4/5 -glasfibrer kan förbättra prestandan för att konkurrera med standardglasfiberarmerade polymerer såsom polypropen (PP) och till och med polyamid 6 (PA6).
ABM Composite har också undersökt en mängd biologiskt nedbrytbara och biobaserade polymerer, inklusive polylaktinsyra (PLA), PLLA och polybutylen succinat (PBS). Diagrammet nedan visar hur X4/5 -glasfibrer kan förbättra prestandan för att konkurrera med standardglasfiberarmerade polymerer såsom polypropen (PP) och till och med polyamid 6 (PA6).
Hållbarhet och kompositbarhet
Om dessa kompositer är biologiskt nedbrytbara, hur länge kommer de att hålla? "Våra X4/5 -glasfibrer upplöses inte på fem minuter eller över natten som socker gör, och medan deras egenskaper kommer att försämras över tid, kommer det inte att märkas." Säger Rosling, ”För att försämra effektivt behöver vi förhöjda temperaturer och fuktighet under långa perioder, som finns i vivo eller i industriella komposthögar. Till exempel testade vi koppar och skålar gjorda av vårt arcbiox BSGF -material, och de kunde tåla upp till 200 diskmedel utan att förlora funktionaliteten. Det finns en viss nedbrytning av de mekaniska egenskaperna, men inte till den punkt där kopparna är osäkra att använda ”.
Det är emellertid viktigt att när dessa kompositer kastas i slutet av deras livslängd uppfyller de de standardkrav som behövs för kompostering, och ABM -komposit har genomfört en serie tester för att bevisa att den uppfyller dessa standarder. ”Enligt ISO -standarderna (för industriell kompostering) bör biologisk nedbrytning ske inom 6 månader och sönderdelning inom 3 månader/90 dagar”. Rosling säger: ”Nedbrytning innebär att du placerar testprovet/produkten i biomassan eller komposten. Efter 90 dagar undersöker teknikern biomassan med en sikt. Efter 12 veckor bör minst 90 procent av produkten kunna passera genom en 2 mm × 2 mm sikt ”.
Biologisk nedbrytning bestäms genom att slipa jungfruligt material till ett pulver och mäta den totala mängden CO2 som frigörs efter 90 dagar. Detta bedömer hur mycket av kolhalten i komposteringsprocessen omvandlas till vatten, biomassa och CO2. ”För att klara det industriella komposteringstestet måste 90 procent av det teoretiska 100 procent CO2 från komposteringsprocessen uppnås (baserat på kolinnehåll)”.
Rosling säger att ABM -kompositen har uppfyllt kraven på nedbrytning och biologiskt nedbrytning, och tester har visat att tillägget av dess X4 -glasfiber faktiskt förbättrar biologisk nedbrytbarhet (se tabell ovan), vilket endast är 78% för en obefogad PLA -blandning, till exempel. Han förklarar, ”Men när våra 30% biologiska nedbrytbara glasfibrer lades till ökade biologiskt nedbrytning till 94%, medan nedbrytningshastigheterna förblev bra”.
As a result, ABM Composite has demonstrated that its materials can be certified as compostable according to EN 13432. Tests that its materials have passed to date include ISO 14855-1 for the final aerobic biodegradability of materials under controlled composting conditions, ISO 16929 for aerobic controlled decomposition, ISO DIN EN 13432 for chemical requirements, and OECD 208 for phytotoxicity testing, ISO DIN EN 13432.
CO2 släppt under kompostering
Under kompostering släpps CO2 verkligen, men vissa kvarstår i jorden och används sedan av växter. Kompostering har studerats i årtionden, både som en industriell process och som en efterkomposteringsprocess som frigör mindre CO2 än andra avfallshanteringsalternativ, och kompostering anses fortfarande vara en miljövänlig och koldioxidavtrycksminskande process.
Ekotoxicitet involverar testning av biomassan som producerats under komposteringsprocessen och växterna som odlas med denna biomassa. "Detta är för att se till att kompostering av dessa produkter inte skadar de växande växterna." Sa Rosling. Dessutom har ABM Composite visat att dess material uppfyller biologiska nedbrytningskraven under komposteringsförhållanden i hemmet, som också kräver 90% biologisk nedbrytning, men under en 12-månadersperiod, jämfört med en kortare period för industriell kompostering.
Industriella applikationer, produktion, kostnader och framtida tillväxt
ABM Composite's Materials används i ett antal kommersiella applikationer, men mer kan inte avslöjas på grund av sekretessavtal. "Vi beställer att våra material passar applikationer som koppar, fat, plattor, bestick och matlagringsbehållare," säger Rosling, "men de används också som ett alternativ till petroleumbaserad plast i kosmetiska behållare och stora hushållsartiklar. På senare tid har våra material valts ut för användning vid tillverkning av komponenter i stora industriella maskiner som måste bytas ut var 2-12 veckor. Dessa företag har insett att genom att använda vår X4 -glasfiberförstärkning kan dessa mekaniska delar göras med den erforderliga slitmotståndet och också är komposterbara efter användning. Detta är en attraktiv lösning för en snar framtid eftersom dessa företag står inför utmaningen att möta nya miljö- och koldioxidutsläppsbestämmelser.
Rosling tillade, ”Det finns också ett växande intresse för att använda våra kontinuerliga fibrer i olika typer av tyger och nonwovens för att göra strukturella komponenter för byggbranschen. Vi ser också intresse för att använda våra biologiskt nedbrytbara fibrer med biobaserade men icke-biologiskt nedbrytbara PA eller PP och inerta termosetmaterial ”.
För närvarande är X4/5-glasfiber dyrare än e-glas, men produktionsvolymerna är också relativt små, och ABM Composite strävar efter ett antal möjligheter att utöka applikationer och underlätta en uppgång till 20 000 ton/år när efterfrågan växer, vilket också kan bidra till att minska kostnaderna. Trots detta säger Rosling att i många fall har kostnaderna för att möta hållbarhet och nya lagkrav inte övervägts fullt ut. Samtidigt växer brådskan att rädda planeten. "Samhället driver redan för mer biobaserade produkter." Han förklarar, "Det finns många incitament för att driva återvinningsteknologier framåt, världen måste gå snabbare på detta och jag tror att samhället bara kommer att öka sin drivkraft för biobaserade produkter i framtiden".
LCA och hållbarhetsfördel
Rosling säger att ABM Composite material minskar utsläppen av växthusgaser och användning av icke-förnybar energi med 50-60 procent per kilo. ”Vi använder miljöavtrycksdatabasen 2.0, det ackrediterade GABI -datasättet och LCA (livscykelanalys) för våra produkter baserat på metodiken som beskrivs i ISO 14040 och ISO 14044 ″.
"För närvarande, när kompositer når slutet av sin livscykel, krävs mycket energi för att förbränna eller pyrolys kompositavfall och EOL -produkter, och strimling och kompostering är ett attraktivt alternativ, och det är definitivt ett av de viktigaste värdepropositionerna vi erbjuder, och vi tillhandahåller en ny typ av återvinningsbarhet." Rosling säger: ”Vårt glasfiber är tillverkat av naturliga mineralkomponenter som redan finns i jorden. Så varför inte kompost EOL-kompositkomponenter, eller lösa fibrer från icke-nedbrytbara kompositer efter förbränning och använda dem som gödningsmedel? Detta är ett återvinningsalternativ för verkligt globalt intresse ”.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (även WhatsApp)
T: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adress: No.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Shanghai
Posttid: maj-27-2024