Що, якби композити з армованого скловолокном полімеру (GFRP) можна було компостувати після закінчення терміну служби, на додаток до перевірених десятиліттями переваг зменшення ваги, міцності та жорсткості, стійкості до корозії та довговічності? У двох словах, це і є привабливість технології ABM Composite.
Біоактивне скло, волокна високої міцності
Заснована в 2014 році компанія Arctic Biomaterials Oy (Тампере, Фінляндія) розробила біорозкладане скловолокно з так званого біоактивного скла, яке Арі Рослінг, директор з досліджень і розробок компанії ABM Composite, описує як «спеціальну формулу, розроблену в 1960-х роках, яка дозволяє склу розкладатися в фізіологічних умовах. При попаданні в організм скло розпадається на мінеральні солі, що входять до його складу, вивільняючи натрій, магній, фосфати тощо, таким чином створюючи стан, який стимулює ріст кісток».
«Він має такі ж властивості, якбезлужне скловолокно (E-glass).” Рослінг сказав: «Але це біоактивне скло складно виготовити та витягнути у волокна, і досі воно використовувалося лише як порошок або шпаклівка. Наскільки нам відомо, ABM Composite була першою компанією, яка виготовляла з нього високоміцне скловолокно в промислових масштабах, і зараз ми використовуємо ці скловолокна ArcBiox X4/5 для зміцнення різних типів пластику, включаючи біорозкладні полімери».
Медичні імпланти
Регіон Тампере, розташований за дві години на північ від Гельсінкі, Фінляндія, з 1980-х років є центром біорозкладаних полімерів для медичного застосування. Рослінг описує: «Один із перших комерційно доступних імплантатів, виготовлених із цих матеріалів, був виготовлений у Тампере, і саме так ABM Composite отримав свій початок! який зараз є нашим медичним підрозділом».
«Існує багато біорозкладаних полімерів для імплантатів». Він продовжує, «але їх механічні властивості далекі від натуральної кістки. Нам вдалося вдосконалити ці біорозкладані полімери, щоб надати імплантату такої ж міцності, як і натуральна кістка». Рослінг зазначив, що медичне скловолокно ArcBiox з додаванням ABM може покращити механічні властивості біорозкладаних полімерів PLLA на 200-500%.
Як наслідок, імплантати ABM Composite пропонують вищу продуктивність, ніж імплантати, виготовлені з неармованих полімерів, а також є біорозсмоктувальними та сприяють формуванню та росту кісток. ABM Composite також використовує автоматизовані методи розміщення волокна/жили для забезпечення оптимальної орієнтації волокон, включаючи прокладку волокон по всій довжині імплантату, а також розміщення додаткових волокон у потенційно слабких місцях.
Побутове і технічне застосування
Зі своїм зростаючим медичним бізнес-підрозділом ABM Composite визнає, що біорозкладані полімери також можна використовувати для кухонного посуду, столових приборів та інших предметів домашнього вжитку. «Ці біологічно розкладані полімери зазвичай мають погані механічні властивості порівняно з пластмасами на основі нафти». Рослінг сказав: «Але ми можемо зміцнити ці матеріали нашими біорозкладаними скляними волокнами, що робить їх практично хорошою альтернативою комерційним пластикам на основі викопних речовин для широкого спектру технічних застосувань».
У результаті ABM Composite збільшила свій технічний бізнес-підрозділ, у якому зараз працює 60 осіб. «Ми пропонуємо більш стійкі рішення щодо завершення терміну служби (EOL)». Рослінг каже: «Наша цінна пропозиція полягає в тому, щоб використати ці біологічно розкладані композити для промислового компостування, де вони перетворюються на ґрунт». Традиційне E-скло є інертним і не розкладається в цих установках для компостування.
Волокнисті композити ArcBiox
Компанія ABM Composite розробила різні форми скловолокна ArcBiox X4/5 для композитних застосувань, відкоротко обрізані волокната суміші для лиття під тискомбезперервні волокнадля таких процесів, як текстильне та пултрузійне формування. Асортимент ArcBiox BSGF поєднує біологічно розкладані скляні волокна з поліефірними смолами на біологічній основі та доступний у загальних технологічних класах і класах ArcBiox 5, схвалених для використання в продуктах, що контактують з харчовими продуктами.
Компанія ABM Composite також досліджувала різноманітні біорозкладані полімери та полімери на біологічній основі, включаючи полімолочну кислоту (PLA), PLLA та полібутиленсукцинат (PBS). На діаграмі нижче показано, як скловолокно X4/5 може покращити продуктивність, щоб конкурувати зі стандартними полімерами, армованими скловолокном, такими як поліпропілен (PP) і навіть поліамід 6 (PA6).
ABM Composite також досліджувала різні біорозкладані полімери та полімери на біологічній основі, включаючи полімолочну кислоту (PLA), PLLA та полібутиленсукцинат (PBS). На діаграмі нижче показано, як скловолокно X4/5 може покращити продуктивність, щоб конкурувати зі стандартними полімерами, армованими скловолокном, такими як поліпропілен (PP) і навіть поліамід 6 (PA6).
Довговічність і можливість компостування
Якщо ці композити біологічно розкладаються, як довго вони прослужать? «Наші скляні волокна X4/5 не розчиняються за п’ять хвилин або за ніч, як це відбувається з цукром, і хоча їхні властивості з часом погіршаться, це буде не так помітно». Рослінг каже: «Для ефективного розкладання нам потрібні підвищені температури та вологість протягом тривалого періоду часу, як це спостерігається в природних умовах або в промислових компостних купах. Наприклад, ми перевірили чашки та миски, виготовлені з нашого матеріалу ArcBiox BSGF, і вони витримали до 200 циклів миття посуду без втрати функціональності. Існує деяке погіршення механічних властивостей, але не настільки, щоб чашки стали небезпечними для використання».
Однак важливо, щоб у разі утилізації цих композитів після закінчення терміну служби вони відповідали стандартним вимогам, необхідним для компостування, і компанія ABM Composite провела низку тестів, щоб довести, що вона відповідає цим стандартам. «Відповідно до стандартів ISO (для промислового компостування), біодеградація має відбуватися протягом 6 місяців, а розкладання – протягом 3 місяців/90 днів». Рослінг каже: «Розкладання означає поміщення тестового зразка/продукту в біомасу або компост. через 90 днів технік перевіряє біомасу за допомогою сита. через 12 тижнів принаймні 90 відсотків продукту повинно проходити через сито 2 мм × 2 мм».
Біологічне розкладання визначається шляхом подрібнення первинного матеріалу в порошок і вимірювання загальної кількості CO2, що виділяється через 90 днів. Це оцінює, скільки вуглецю в процесі компостування перетворюється на воду, біомасу та CO2. «Щоб пройти випробування на промислове компостування, має бути досягнуто 90 відсотків від теоретичних 100 відсотків CO2 у процесі компостування (на основі вмісту вуглецю)».
Рослінг каже, що ABM Composite відповідає вимогам щодо розкладання та біодеградації, а тести показали, що додавання його скловолокна X4 дійсно покращує здатність до біологічного розкладання (див. таблицю вище), яка, наприклад, становить лише 78% для неармованої суміші PLA. Він пояснює: «Однак, коли було додано наші 30% біологічно розкладаного скляного волокна, біодеградація зросла до 94%, у той час як рівень розкладання залишався добрим».
У результаті компанія ABM Composite продемонструвала, що її матеріали можуть бути сертифіковані як придатні для компостування згідно з EN 13432. Тести, які її матеріали пройшли на сьогоднішній день, включають ISO 14855-1 для остаточної аеробної біорозкладаності матеріалів у контрольованих умовах компостування, ISO 16929 для аеробних умов. контрольоване розкладання, ISO DIN EN 13432 щодо хімічних вимог, та OECD 208 для тестування на фітотоксичність, ISO DIN EN 13432.
CO2, що виділяється під час компостування
Під час компостування CO2 справді виділяється, але частина залишається в ґрунті й потім утилізується рослинами. Компостування вивчали протягом десятиліть як промисловий процес, так і процес після компостування, який виділяє менше CO2, ніж інші альтернативи утилізації відходів, і компостування все ще вважається екологічно чистим процесом, який зменшує вуглецевий слід.
Екотоксичність передбачає тестування біомаси, утвореної під час процесу компостування, і рослин, вирощених із цієї біомаси. «Це робиться для того, щоб переконатися, що компостування цих продуктів не зашкодить рослинам, що ростуть». — сказав Рослінг. Крім того, компанія ABM Composite продемонструвала, що її матеріали відповідають вимогам біодеградації в домашніх умовах компостування, які також вимагають 90% біодеградації, але протягом 12 місяців, порівняно з коротшим періодом для промислового компостування.
Промислове застосування, виробництво, витрати та майбутнє зростання
Матеріали ABM Composite використовуються в ряді комерційних застосувань, але більше не може бути розкрито через угоди про конфіденційність. «Ми замовляємо наші матеріали відповідно до таких застосувань, як чашки, блюдця, тарілки, столові прибори та контейнери для зберігання їжі, — каже Рослінг, — але вони також використовуються як альтернатива пластику на основі нафти в косметичних контейнерах і великих побутових предметах. Зовсім недавно наші матеріали були обрані для використання у виробництві компонентів великих промислових машин, які потрібно замінювати кожні 2-12 тижнів. Ці компанії визнали, що за допомогою нашого армування скловолокном X4 ці механічні частини можуть бути виготовлені з необхідною зносостійкістю, а також придатні для компостування після використання. Це привабливе рішення для найближчого майбутнього, оскільки ці компанії стикаються з проблемою відповідності новим екологічним нормам та нормам викидів CO2».
Рослінг додав: «Також зростає інтерес до використання наших безперервних волокон у різних типах тканин і нетканих матеріалів для виготовлення структурних компонентів для будівельної галузі. Ми також бачимо зацікавленість у використанні наших біорозкладних волокон з біологічно нерозкладаними PA або PP та інертними термореактивними матеріалами».
Наразі скловолокно X4/5 дорожче, ніж E-glass, але обсяги виробництва також відносно невеликі, і ABM Composite шукає низку можливостей для розширення застосувань і сприяння нарощуванню до 20 000 тонн на рік у міру зростання попиту. що також може допомогти зменшити витрати. Незважаючи на це, Рослінг каже, що в багатьох випадках витрати, пов’язані з дотриманням вимог сталого розвитку та нових нормативних вимог, не були повністю враховані. Тим часом актуальність порятунку планети зростає. «Суспільство вже наполягає на більшій кількості біопродуктів». Він пояснює: «Є багато стимулів для просування технологій переробки, світ має рухатися швидше, і я думаю, що в майбутньому суспільство лише посилить свій поштовх до біопродуктів».
LCA та перевага сталого розвитку
Рослінг каже, що матеріали ABM Composite зменшують викиди парникових газів і використання невідновлюваної енергії на 50-60 відсотків на кілограм. «Ми використовуємо базу даних екологічного сліду 2.0, акредитований набір даних GaBi та розрахунки LCA (аналіз життєвого циклу) для наших продуктів на основі методології, викладеної в ISO 14040 та ISO 14044″.
«Зараз, коли композити досягають кінця свого життєвого циклу, потрібно багато енергії для спалювання або піролізу композитних відходів і продуктів EOL, а подрібнення та компостування є привабливим варіантом, і це, безперечно, одна з ключових цінних пропозицій, які ми пропонуємо, і ми пропонуємо новий тип переробки». Рослінг каже: «Наше скловолокно виготовляється з природних мінеральних компонентів, які вже присутні в ґрунті. То чому б не компостувати композитні компоненти EOL або розчинити волокна з нерозкладаних композитів після спалювання та використати їх як добриво? Це варіант переробки справжнього глобального інтересу».
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (також WhatsApp)
Т:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Адреса: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Shanghai
Час публікації: 27 травня 2024 р