Điều gì sẽ xảy ra nếu vật liệu tổng hợp polymer gia cố bằng sợi thủy tinh (GFRP) có thể được phân hủy vào cuối đời hữu ích của chúng, ngoài hàng thập kỷ có lợi ích của việc giảm cân, sức mạnh và độ cứng, khả năng ăn mòn và độ bền? Tóm lại, đó là sự hấp dẫn của công nghệ ABM Composite.
Kính hoạt tính sinh học, sợi cường độ cao
Được thành lập vào năm 2014, các vật liệu sinh học Bắc cực OY (Tampere, Phần Lan) đã phát triển một sợi thủy tinh phân hủy sinh học được làm từ cái gọi là thủy tinh hoạt tính sinh học, mà Ari Rosling, Giám đốc R & D tại ABM Composite, mô tả là một công thức đặc biệt được phát triển vào những năm 1960 cho phép thủy tinh bị suy giảm trong điều kiện sinh lý. Khi được đưa vào cơ thể, thủy tinh vỡ thành muối khoáng cấu thành của nó, giải phóng natri, magiê, phốt phát, v.v., do đó tạo ra một tình trạng kích thích sự phát triển của xương.
“Nó có các thuộc tính tương tự nhưSợi thủy tinh không có kiềm (E-Glass). ” Rosling cho biết, nhưng kính hoạt tính sinh học này rất khó sản xuất và hút thành sợi, và cho đến bây giờ nó chỉ được sử dụng làm bột hoặc putty. Theo như chúng tôi biết, ABM Composite là công ty đầu tiên tạo ra các sợi thủy tinh có độ bền cao từ nó ở quy mô công nghiệp và chúng tôi hiện đang sử dụng các sợi thủy tinh ArcBiox X4/5 này để củng cố các loại nhựa khác nhau, bao gồm cả polyme phân hủy sinh học.
Cấy ghép y tế
Vùng Tampere, hai giờ về phía bắc của Helsinki, Phần Lan, là một trung tâm cho các polyme phân hủy sinh học dựa trên sinh học cho các ứng dụng y tế kể từ những năm 1980. Rosling mô tả, một trong những cấy ghép thương mại đầu tiên được sản xuất với các vật liệu này được sản xuất tại Tampere, và đó là cách ABM Composite bắt đầu! Đó là đơn vị kinh doanh y tế của chúng tôi.
Có rất nhiều polyme có thể phân hủy sinh học, sinh học cho cấy ghép. Anh ta tiếp tục, nhưng nhưng tính chất cơ học của chúng là xa xương tự nhiên. Chúng tôi đã có thể tăng cường các polyme phân hủy sinh học này để cung cấp cho cấy ghép sức mạnh giống như xương tự nhiên. Rosling lưu ý rằng các sợi thủy tinh Arcbiox cấp y tế với việc bổ sung ABM có thể cải thiện các tính chất cơ học của polyme PLLA phân hủy sinh học từ 200% đến 500%.
Do đó, cấy ghép của ABM Composite cung cấp hiệu suất cao hơn so với cấy ghép với các polyme không được thực hiện, đồng thời cũng có thể hấp thụ sinh học và thúc đẩy sự hình thành và tăng trưởng xương. ABM Composite cũng sử dụng các kỹ thuật vị trí sợi/sợi tự động để đảm bảo định hướng sợi tối ưu, bao gồm cả các sợi dọc theo toàn bộ chiều dài của cấy ghép, cũng như đặt các sợi bổ sung ở các điểm yếu có khả năng.
Các ứng dụng gia đình và kỹ thuật
Với đơn vị kinh doanh y tế đang phát triển, ABM Composite nhận ra rằng các polyme dựa trên sinh học và phân hủy sinh học cũng có thể được sử dụng cho đồ dùng nhà bếp, dao kéo và các mặt hàng gia đình khác. Các polyme phân hủy sinh học này thường có tính chất cơ học kém so với nhựa dựa trên dầu mỏ. Rosling cho biết, nhưng chúng tôi có thể củng cố các vật liệu này bằng các sợi thủy tinh phân hủy sinh học của chúng tôi, khiến chúng hầu như là một lựa chọn tốt cho nhựa thương mại dựa trên hóa thạch cho một loạt các ứng dụng kỹ thuật.
Do đó, ABM Composite đã tăng đơn vị kinh doanh kỹ thuật, hiện đang sử dụng 60 người. Chúng tôi cung cấp các giải pháp cuối cùng (EOL) bền vững hơn. Rosling nói, đề xuất giá trị của chúng tôi là đưa các vật liệu tổng hợp có thể phân hủy sinh học này vào các hoạt động phân bón công nghiệp nơi chúng biến thành đất. Kính điện tử truyền thống trơ và sẽ không làm suy giảm các cơ sở phân bón này.
Vật liệu tổng hợp sợi Arcbiox
ABM Composite đã phát triển các dạng sợi thủy tinh ARCBIOX X4/5 khác nhau cho các ứng dụng tổng hợp, từSợi cắt ngắnvà các hợp chất đúc phun vàoSợi liên tụcĐối với các quy trình như dệt dệt và đúc pultrusion. Phạm vi ARCBIOX BSGF kết hợp các sợi thủy tinh phân hủy sinh học với nhựa polyester dựa trên sinh học và có sẵn trong các lớp công nghệ chung và các loại ArcBiox 5 được phê duyệt để sử dụng trong các ứng dụng tiếp xúc thực phẩm.
ABM Composite cũng đã nghiên cứu một loạt các polyme phân hủy sinh học và dựa trên sinh học bao gồm axit polylactic (PLA), PLLA và polybutylen succinate (PBS). Biểu đồ dưới đây cho thấy cách các sợi thủy tinh X4/5 có thể cải thiện hiệu suất để cạnh tranh với các polyme cốt sợi tiêu chuẩn như polypropylen (PP) và thậm chí cả polyamide 6 (PA6).
ABM Composite cũng đã nghiên cứu một loạt các polyme phân hủy sinh học và dựa trên sinh học, bao gồm axit polylactic (PLA), PLLA và polybutylen succinate (PBS). Biểu đồ dưới đây cho thấy cách các sợi thủy tinh X4/5 có thể cải thiện hiệu suất để cạnh tranh với các polyme cốt sợi tiêu chuẩn như polypropylen (PP) và thậm chí cả polyamide 6 (PA6).
Độ bền & khả năng tổng hợp
Nếu các vật liệu tổng hợp này có thể phân hủy sinh học, chúng sẽ tồn tại trong bao lâu? Các sợi thủy tinh X4/5 của chúng tôi không hòa tan trong năm phút hoặc qua đêm như đường, và trong khi các tài sản của chúng sẽ xuống cấp theo thời gian, nó sẽ không đáng chú ý. Rosling nói, để suy giảm hiệu quả, chúng ta cần nhiệt độ và độ ẩm cao trong thời gian dài, như được tìm thấy in vivo hoặc trong các cọc phân công nghiệp. Ví dụ, chúng tôi đã thử nghiệm cốc và bát làm từ vật liệu ARCBIOX BSGF của chúng tôi và họ có thể chịu được tới 200 chu kỳ rửa chén mà không mất chức năng. Có một số sự xuống cấp của các tính chất cơ học, nhưng không đến mức các cốc không an toàn khi sử dụng.
Tuy nhiên, điều quan trọng là khi các vật liệu tổng hợp này được xử lý vào cuối đời hữu ích, chúng đáp ứng các yêu cầu tiêu chuẩn cần thiết để ủ phân, và ABM Composite đã thực hiện một loạt các thử nghiệm để chứng minh rằng nó đáp ứng các tiêu chuẩn này. Theo các tiêu chuẩn ISO (đối với phân bón công nghiệp), sự phân hủy sinh học sẽ xảy ra trong vòng 6 tháng và phân hủy trong vòng 3 tháng/90 ngày. Rosling nói, phân hủy của người Viking có nghĩa là đặt mẫu/sản phẩm thử nghiệm vào sinh khối hoặc phân hữu cơ. Sau 90 ngày, kỹ thuật viên kiểm tra sinh khối bằng cách sử dụng sàng. Sau 12 tuần, ít nhất 90 phần trăm sản phẩm sẽ có thể đi qua sàng 2 mm × 2 mm.
Phân hủy sinh học được xác định bằng cách nghiền vật liệu nguyên chất vào một loại bột và đo tổng lượng CO2 được giải phóng sau 90 ngày. Điều này đánh giá mức độ hàm lượng carbon của quá trình phân bón được chuyển thành nước, sinh khối và CO2. Để vượt qua bài kiểm tra phân bón công nghiệp, 90 phần trăm của 100 % CO2 lý thuyết từ quá trình phân bón phải đạt được (dựa trên hàm lượng carbon).
Rosling nói rằng ABM Composite đã đáp ứng các yêu cầu phân hủy và phân hủy sinh học, và các thử nghiệm đã chỉ ra rằng việc bổ sung sợi thủy tinh X4 của nó thực sự cải thiện khả năng phân hủy sinh học (xem bảng ở trên), ví dụ, chỉ 78% cho hỗn hợp PLA không được tổ chức. Tuy nhiên, ông giải thích, tuy nhiên, khi các sợi thủy tinh phân hủy sinh học 30% của chúng tôi được thêm vào, sự phân hủy sinh học tăng lên 94%, trong khi tỷ lệ suy thoái vẫn tốt.
Do đó, ABM Composite đã chứng minh rằng các vật liệu của nó có thể được chứng nhận là có thể phân hủy theo EN 13432. Các thử nghiệm cho đến nay các vật liệu của nó đã bao gồm ISO 14855-1 cho khả năng phân hủy sinh học cuối cùng của các vật liệu trong điều kiện phân bón được kiểm soát, đối với quá trình phân hủy iso 13432.
CO2 được phát hành trong quá trình ủ phân
Trong quá trình ủ phân, CO2 thực sự được giải phóng, nhưng một số vẫn còn trong đất và sau đó được sử dụng bởi các nhà máy. Phân bón đã được nghiên cứu trong nhiều thập kỷ, cả như một quy trình công nghiệp và như một quá trình hậu sẽ giải phóng ít CO2 hơn các lựa chọn xử lý chất thải khác, và phân bón vẫn được coi là một quá trình giảm dấu chân carbon và thân thiện với môi trường.
Độc tính sinh thái liên quan đến việc thử nghiệm sinh khối được tạo ra trong quá trình phân bón và các cây được trồng với sinh khối này. Đây là để đảm bảo rằng việc ủ phân các sản phẩm này không gây hại cho các nhà máy đang phát triển. Rosling nói. Ngoài ra, ABM Composite đã chứng minh rằng các vật liệu của nó đáp ứng các yêu cầu phân hủy sinh học trong điều kiện ủ phân tại nhà, cũng cần sự phân hủy sinh học 90%, nhưng trong khoảng thời gian 12 tháng, so với thời gian ngắn hơn để phân bón công nghiệp.
Ứng dụng công nghiệp, sản xuất, chi phí và tăng trưởng trong tương lai
Các vật liệu của ABM Composite được sử dụng trong một số ứng dụng thương mại, nhưng nhiều hơn không thể được tiết lộ do các thỏa thuận bảo mật. Chúng tôi đặt hàng vật liệu của chúng tôi phù hợp với các ứng dụng như cốc, đĩa, đĩa, dao kéo và hộp lưu trữ thực phẩm, theo Ros Rosling, nhưng chúng cũng được sử dụng thay thế cho nhựa dựa trên dầu mỏ trong các thùng chứa mỹ phẩm và các vật dụng gia đình lớn. Gần đây, các vật liệu của chúng tôi đã được chọn để sử dụng trong việc sản xuất các bộ phận trong các cài đặt máy móc công nghiệp lớn cần được thay thế cứ sau 2-12 tuần. Các công ty này đã nhận ra rằng bằng cách sử dụng cốt thép sợi thủy tinh X4 của chúng tôi, các bộ phận cơ học này có thể được thực hiện với điện trở hao mòn cần thiết và cũng có thể phân hủy sau khi sử dụng. Đây là một giải pháp hấp dẫn cho tương lai gần khi các công ty này phải đối mặt với thách thức đáp ứng các quy định phát thải Môi trường và CO2 mới.
Rosling nói thêm, cũng có sự quan tâm ngày càng tăng trong việc sử dụng các sợi liên tục của chúng tôi trong các loại vải khác nhau và không dệt để tạo ra các thành phần cấu trúc cho ngành xây dựng. Chúng tôi cũng đang thấy sự quan tâm đến việc sử dụng các sợi phân hủy sinh học của mình với PA hoặc PP dựa trên sinh học nhưng không phân hủy sinh học và các vật liệu nhiệt trơ.
Hiện tại, sợi thủy tinh X4/5 đắt hơn E-Glass, nhưng khối lượng sản xuất cũng tương đối nhỏ, và ABM Composite đang theo đuổi một số cơ hội để mở rộng các ứng dụng và tạo điều kiện cho việc tăng lên 20.000 tấn/năm khi nhu cầu tăng lên, cũng có thể giúp giảm chi phí. Mặc dù vậy, Rosling nói rằng trong nhiều trường hợp, chi phí liên quan đến việc đáp ứng tính bền vững và các yêu cầu quy định mới chưa được xem xét đầy đủ. Trong khi đó, sự cấp bách của việc cứu hành tinh đang phát triển. Xã hội đã thúc đẩy nhiều sản phẩm dựa trên sinh học hơn. Ông giải thích, có rất nhiều ưu đãi để thúc đẩy các công nghệ tái chế về phía trước, thế giới cần phải di chuyển nhanh hơn về điều này và tôi nghĩ rằng xã hội sẽ chỉ tăng cường thúc đẩy các sản phẩm dựa trên sinh học trong tương lai.
LCA và lợi thế bền vững
Rosling cho biết các vật liệu của ABM Composite làm giảm lượng khí thải nhà kính và sử dụng năng lượng không tái tạo xuống 50-60 % mỗi kg. Chúng tôi sử dụng cơ sở dữ liệu dấu chân môi trường 2.0, bộ dữ liệu GABI được công nhận và tính toán LCA (Phân tích vòng đời) cho các sản phẩm của chúng tôi dựa trên phương pháp được nêu trong ISO 14040 và ISO 14044.
Hiện tại, khi các vật liệu tổng hợp đi đến cuối đời, rất nhiều năng lượng để đốt hoặc các sản phẩm EOL và phân bón và phân bón là một lựa chọn hấp dẫn, và đó chắc chắn là một trong những đề xuất giá trị chính mà chúng tôi cung cấp, và chúng tôi đang cung cấp một loại tái chế mới. Rosling nói, sợi thủy tinh của chúng tôi được làm từ các thành phần khoáng sản tự nhiên đã có trong đất. Vậy tại sao không phân hủy các thành phần tổng hợp EOL, hoặc hòa tan các sợi từ các vật liệu tổng hợp không phân hủy sau khi đốt và sử dụng chúng làm phân bón? Đây là một lựa chọn tái chế của lợi ích toàn cầu thực sự.
Công ty TNHH Công nghệ vật liệu mới của Thượng Hải Orisen
M: +86 18683776368 (cũng là WhatsApp)
T: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Địa chỉ: No.398 Đường xanh New Xinbang Town Quận Songjiang, Thượng Hải
Thời gian đăng: Tháng 5-27-2024