I si els compostos de polímer reforçat amb fibra de vidre (GFRP) es poguessin compostar al final de la seva vida útil, a més de les dècades de beneficis provats de reducció de pes, resistència i rigidesa, resistència a la corrosió i durabilitat? Aquest, en poques paraules, és l'atractiu de la tecnologia d'ABM Composite.
Vidre bioactiu, fibres d'alta resistència
Fundada el 2014, Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Finlàndia) ha desenvolupat una fibra de vidre biodegradable feta del denominat vidre bioactiu, que Ari Rosling, director d'R+D d'ABM Composite, descriu com "una formulació especial desenvolupada a la dècada de 1960 que permet que el vidre es degradi en condicions fisiològiques. Quan s'introdueix al cos, el vidre es descompon en les sals minerals constituents, alliberant sodi, magnesi, fosfats, etc., creant així una condició que estimula el creixement ossi".
"Té propietats similars a lesfibra de vidre sense àlcalis (vidre E)Rosling va dir: «Però aquest vidre bioactiu és difícil de fabricar i de convertir en fibres, i fins ara només s'ha utilitzat com a pols o massilla. Pel que sabem, ABM Composite va ser la primera empresa a fabricar fibres de vidre d'alta resistència a escala industrial, i ara utilitzem aquestes fibres de vidre ArcBiox X4/5 per reforçar diversos tipus de plàstics, inclosos els polímers biodegradables».
implants mèdics
La regió de Tampere, a dues hores al nord de Hèlsinki, Finlàndia, ha estat un centre de polímers biodegradables d'origen biològic per a aplicacions mèdiques des dels anys vuitanta. Rosling descriu: "Un dels primers implants disponibles comercialment fets amb aquests materials es va produir a Tampere, i així és com va començar ABM Composite!, que ara és la nostra unitat de negoci mèdica".
«Hi ha molts polímers biodegradables i bioabsorbibles per a implants», continua, «però les seves propietats mecàniques són molt diferents de les de l'os natural. Vam poder millorar aquests polímers biodegradables per tal de donar a l'implant la mateixa resistència que l'os natural». Rosling va assenyalar que les fibres de vidre ArcBiox de grau mèdic amb l'addició d'ABM poden millorar les propietats mecàniques dels polímers PLLA biodegradables entre un 200% i un 500%.
Com a resultat, els implants d'ABM Composite ofereixen un rendiment més alt que els implants fets amb polímers no reforçats, alhora que són bioabsorbibles i promouen la formació i el creixement ossi. ABM Composite també utilitza tècniques automatitzades de col·locació de fibres/fils per garantir una orientació òptima de les fibres, incloent-hi la col·locació de fibres al llarg de tota la longitud de l'implant, així com la col·locació de fibres addicionals en punts potencialment febles.
Aplicacions domèstiques i tècniques
Amb la seva creixent unitat de negoci mèdica, ABM Composite reconeix que els polímers biodegradables i d'origen biològic també es poden utilitzar per a estris de cuina, coberts i altres articles per a la llar. "Aquests polímers biodegradables solen tenir propietats mecàniques deficients en comparació amb els plàstics derivats del petroli", va dir Rosling: "Però podem reforçar aquests materials amb les nostres fibres de vidre biodegradables, convertint-los pràcticament en una bona alternativa als plàstics comercials derivats de combustibles fòssils per a una àmplia gamma d'aplicacions tècniques".
Com a resultat, ABM Composite ha augmentat la seva unitat de negoci tècnica, que ara dóna feina a 60 persones. «Oferim solucions de final de vida (EOL) més sostenibles». Rosling diu: «La nostra proposta de valor és introduir aquests compostos biodegradables en operacions de compostatge industrials on es converteixen en sòl». El vidre electrònic tradicional és inert i no es degrada en aquestes instal·lacions de compostatge.
ArcBiox Fibre Composites
ABM Composite ha desenvolupat diverses formes de fibres de vidre ArcBiox X4/5 per a aplicacions en materials compostos, des defibres curtesi compostos de modelat per injecció per afibres contínuesper a processos com ara el motlle tèxtil i el modelat per pultrusió. La gamma ArcBiox BSGF combina fibres de vidre biodegradables amb resines de polièster de base biològica i està disponible en graus de tecnologia general i graus ArcBiox 5 aprovats per al seu ús en aplicacions de contacte amb aliments.
ABM Composite també ha investigat una varietat de polímers biodegradables i de base biològica, com ara l'àcid polilàctic (PLA), el PLLA i el succinat de polibutilè (PBS). El diagrama següent mostra com les fibres de vidre X4/5 poden millorar el rendiment per competir amb els polímers reforçats amb fibra de vidre estàndard, com ara el polipropilè (PP) i fins i tot la poliamida 6 (PA6).
ABM Composite també ha investigat una varietat de polímers biodegradables i de base biològica, com ara l'àcid polilàctic (PLA), el PLLA i el succinat de polibutilè (PBS). El diagrama següent mostra com les fibres de vidre X4/5 poden millorar el rendiment per competir amb els polímers reforçats amb fibra de vidre estàndard, com ara el polipropilè (PP) i fins i tot la poliamida 6 (PA6).
Durabilitat i compostabilitat
Si aquests compostos són biodegradables, quant de temps duraran? «Les nostres fibres de vidre X4/5 no es dissolen en cinc minuts ni durant la nit com ho fa el sucre, i tot i que les seves propietats es degradaran amb el temps, no serà tan notable», diu Rosling, «Per degradar-se eficaçment, necessitem temperatures i humitat elevades durant llargs períodes de temps, com es troba in vivo o en piles de compost industrial. Per exemple, vam provar tasses i bols fets del nostre material ArcBiox BSGF, i podien suportar fins a 200 cicles de rentat de plats sense perdre la funcionalitat. Hi ha una certa degradació de les propietats mecàniques, però no fins al punt que les tasses no siguin segures per utilitzar».
Tanmateix, és important que quan aquests compostos s'eliminin al final de la seva vida útil, compleixin els requisits estàndard necessaris per al compostatge, i ABM Composite ha dut a terme una sèrie de proves per demostrar que compleix aquests estàndards. "Segons les normes ISO (per al compostatge industrial), la biodegradació ha de produir-se en un termini de 6 mesos i la descomposició en un termini de 3 mesos/90 dies". Rosling diu: "La descomposició significa col·locar la mostra/producte de prova a la biomassa o al compost. Després de 90 dies, el tècnic examina la biomassa amb un sedàs. Després de 12 setmanes, almenys el 90% del producte hauria de poder passar per un sedàs de 2 mm × 2 mm".
La biodegradació es determina triturant el material verge fins a obtenir una pols i mesurant la quantitat total de CO2 alliberat després de 90 dies. Això avalua quant del contingut de carboni del procés de compostatge es converteix en aigua, biomassa i CO2. «Per superar la prova de compostatge industrial, s'ha d'aconseguir el 90% del 100% teòric de CO2 del procés de compostatge (segons el contingut de carboni)».
Rosling diu que ABM Composite ha complert els requisits de descomposició i biodegradació, i les proves han demostrat que l'addició de la seva fibra de vidre X4 realment millora la biodegradabilitat (vegeu la taula anterior), que és només del 78% per a una barreja de PLA no reforçada, per exemple. Explica: "Tanmateix, quan es van afegir les nostres fibres de vidre biodegradables al 30%, la biodegradació va augmentar fins al 94%, mentre que les taxes de degradació es van mantenir bones".
Com a resultat, ABM Composite ha demostrat que els seus materials poden ser certificats com a compostables segons la norma EN 13432. Les proves que els seus materials han superat fins ara inclouen la norma ISO 14855-1 per a la biodegradabilitat aeròbica final dels materials en condicions de compostatge controlades, la norma ISO 16929 per a la descomposició aeròbica controlada, la norma ISO DIN EN 13432 per als requisits químics i la norma OCDE 208 per a les proves de fitotoxicitat, la norma ISO DIN EN 13432.
CO2 alliberat durant el compostatge
Durant el compostatge, s'allibera CO2, però una part roman al sòl i després és utilitzada per les plantes. El compostatge s'ha estudiat durant dècades, tant com a procés industrial com a procés postcompostatge que allibera menys CO2 que altres alternatives d'eliminació de residus, i el compostatge encara es considera un procés respectuós amb el medi ambient i que redueix la petjada de carboni.
L'ecotoxicitat implica analitzar la biomassa produïda durant el procés de compostatge i les plantes cultivades amb aquesta biomassa. "Això és per assegurar-nos que el compostatge d'aquests productes no perjudiqui les plantes en creixement", va dir Rosling. A més, ABM Composite ha demostrat que els seus materials compleixen els requisits de biodegradació en condicions de compostatge domèstic, que també requereixen una biodegradació del 90%, però durant un període de 12 mesos, en comparació amb un període més curt per al compostatge industrial.
Aplicacions industrials, producció, costos i creixement futur
Els materials d'ABM Composite s'utilitzen en diverses aplicacions comercials, però no es pot revelar més a causa d'acords de confidencialitat. "Demanem els nostres materials per a aplicacions com ara tasses, plats, coberts i recipients per emmagatzemar aliments", diu Rosling, "però també s'utilitzen com a alternativa als plàstics derivats del petroli en envasos de cosmètics i grans articles per a la llar. Més recentment, els nostres materials han estat seleccionats per al seu ús en la fabricació de components en grans instal·lacions de maquinària industrial que s'han de substituir cada 2-12 setmanes. Aquestes empreses han reconegut que, mitjançant l'ús del nostre reforç de fibra de vidre X4, aquestes peces mecàniques es poden fabricar amb la resistència al desgast necessària i també són compostables després del seu ús. Aquesta és una solució atractiva per al futur proper, ja que aquestes empreses s'enfronten al repte de complir les noves normatives mediambientals i d'emissions de CO2".
Rosling va afegir: «També hi ha un interès creixent en utilitzar les nostres fibres contínues en diferents tipus de teixits i no teixits per fabricar components estructurals per a la indústria de la construcció. També estem veient interès en utilitzar les nostres fibres biodegradables amb PA o PP de base biològica però no biodegradable i materials termoestables inerts».
Actualment, la fibra de vidre X4/5 és més cara que el vidre E, però els volums de producció també són relativament petits, i ABM Composite està buscant diverses oportunitats per ampliar les aplicacions i facilitar un augment fins a les 20.000 tones/any a mesura que creixi la demanda, cosa que també podria ajudar a reduir els costos. Tot i això, Rosling diu que en molts casos els costos associats amb el compliment de la sostenibilitat i els nous requisits reglamentaris no s'han considerat del tot. Mentrestant, la urgència de salvar el planeta està creixent. "La societat ja està pressionant per obtenir més productes biològics". Explica: "Hi ha molts incentius per impulsar les tecnologies de reciclatge, el món ha d'avançar més ràpid en aquest sentit i crec que la societat només augmentarà la seva pressió pels productes biològics en el futur".
LCA i avantatge de la sostenibilitat
Rosling diu que els materials d'ABM Composite redueixen les emissions de gasos d'efecte hivernacle i l'ús d'energia no renovable entre un 50 i un 60 per cent per quilogram. "Utilitzem la base de dades de la petjada ambiental 2.0, el conjunt de dades acreditat de GaBi i càlculs d'ACV (anàlisi del cicle de vida) per als nostres productes basats en la metodologia descrita a les normes ISO 14040 i ISO 14044".
«Actualment, quan els compostos arriben al final del seu cicle de vida, es necessita molta energia per incinerar o pirolitzar els residus compostos i els productes de final de vida, i la trituració i el compostatge són una opció atractiva, i sens dubte és una de les propostes de valor clau que oferim, i estem proporcionant un nou tipus de reciclabilitat». Rosling diu: «La nostra fibra de vidre està feta de components minerals naturals que ja són presents al sòl. Aleshores, per què no compostar components compostos de final de vida o dissoldre fibres de compostos no degradables després de la incineració i utilitzar-les com a fertilitzant? Aquesta és una opció de reciclatge d'interès mundial real».
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (també WhatsApp)
Telèfon: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adreça: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Xangai
Data de publicació: 27 de maig de 2024