Co kdyby se kompozity z polymerů vyztužených skelnými vlákny (GFRP) daly na konci své životnosti kompostovat, a to kromě desetiletí prokázaných výhod, jako je snížení hmotnosti, pevnost a tuhost, odolnost proti korozi a trvanlivost? To je ve zkratce lákadlo technologie společnosti ABM Composite.
Bioaktivní sklo, vysoce pevná vlákna
Společnost Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Finsko), založená v roce 2014, vyvinula biologicky odbouratelné skleněné vlákno vyrobené z tzv. bioaktivního skla, které Ari Rosling, ředitel výzkumu a vývoje ve společnosti ABM Composite, popisuje jako „speciální složení vyvinuté v 60. letech 20. století, které umožňuje rozklad skla za fyziologických podmínek. Po zavedení do těla se sklo rozkládá na své základní minerální soli, uvolňuje sodík, hořčík, fosfáty atd., čímž vytváří podmínky stimulující růst kostí.“
„Má podobné vlastnosti jakobezalkalické skleněné vlákno (E-sklo)„Rosling řekl: „Toto bioaktivní sklo se však obtížně vyrábí a táhne do vláken a doposud se používalo pouze jako prášek nebo tmel. Pokud víme, společnost ABM Composite byla první společností, která z něj v průmyslovém měřítku vyrobila vysoce pevná skleněná vlákna, a nyní tato skleněná vlákna ArcBiox X4/5 používáme k vyztužení různých typů plastů, včetně biologicky odbouratelných polymerů.“
Lékařské implantáty
Region Tampere, dvě hodiny severně od Helsinek ve Finsku, je od 80. let 20. století centrem biologicky odbouratelných polymerů na bázi biologických materiálů pro lékařské aplikace. Rosling popisuje: „Jeden z prvních komerčně dostupných implantátů vyrobených z těchto materiálů byl vyroben v Tampere a tak vznikla společnost ABM Composite!, která je nyní naší obchodní jednotkou pro lékařství.“
„Existuje mnoho biologicky odbouratelných, biologicky vstřebatelných polymerů pro implantáty,“ pokračuje, „ale jejich mechanické vlastnosti se od přirozené kosti značně liší. Podařilo se nám tyto biologicky odbouratelné polymery vylepšit, abychom implantátu dodali stejnou pevnost jako přirozené kosti.“ Rosling poznamenal, že skleněná vlákna ArcBiox lékařské kvality s přídavkem ABM mohou zlepšit mechanické vlastnosti biologicky odbouratelných polymerů PLLA o 200 % až 500 %.
Díky tomu implantáty ABM Composite nabízejí vyšší výkon než implantáty vyrobené z nevyztužených polymerů a zároveň jsou biologicky vstřebatelné a podporují tvorbu a růst kostí. Společnost ABM Composite také používá automatizované techniky umisťování vláken/pramenů k zajištění optimální orientace vláken, včetně umisťování vláken po celé délce implantátu a umístění dalších vláken na potenciálně slabá místa.
Domácí a technické aplikace
Společnost ABM Composite si s rostoucí divizí pro lékařské účely uvědomuje, že biologické a biologicky odbouratelné polymery lze použít i pro výrobu kuchyňského nádobí, příborů a dalších předmětů pro domácnost. „Tyto biologicky odbouratelné polymery mají obvykle ve srovnání s plasty na bázi ropy horší mechanické vlastnosti,“ uvedl Rosling. „Tyto materiály však můžeme vyztužit našimi biologicky odbouratelnými skleněnými vlákny, což z nich činí prakticky dobrou alternativu k komerčním plastům na bázi fosilních paliv pro širokou škálu technických aplikací.“
V důsledku toho společnost ABM Composite rozšířila svou technickou obchodní jednotku, která nyní zaměstnává 60 lidí. „Nabízíme udržitelnější řešení pro likvidaci odpadů na konci jejich životnosti.“ Rosling říká: „Naší hodnotovou nabídkou je umístit tyto biologicky odbouratelné kompozity do průmyslových kompostovacích provozů, kde se z nich stává půda.“ Tradiční E-sklo je inertní a v těchto kompostárnách se nerozkládá.
Vláknité kompozity ArcBiox
Společnost ABM Composite vyvinula různé formy skleněných vláken ArcBiox X4/5 pro kompozitní aplikace, odkrátce střižená vláknaa vstřikovací směsi prokontinuální vláknapro procesy, jako je textilní a pultruzní tváření. Řada ArcBiox BSGF kombinuje biologicky odbouratelná skleněná vlákna s biologickými polyesterovými pryskyřicemi a je k dispozici v typech pro všeobecné technologie a v typech ArcBiox 5 schválených pro použití v aplikacích kontaktu s potravinami.
Společnost ABM Composite také zkoumala řadu biologicky odbouratelných a biologicky rozložitelných polymerů, včetně kyseliny polymléčné (PLA), PLLA a polybutylensukcinátu (PBS). Níže uvedený diagram ukazuje, jak mohou skleněná vlákna X4/5 zlepšit své vlastnosti a konkurovat standardním polymerům vyztuženým skleněnými vlákny, jako je polypropylen (PP) a dokonce i polyamid 6 (PA6).
Společnost ABM Composite také zkoumala řadu biologicky odbouratelných a biologicky rozložitelných polymerů, včetně kyseliny polymléčné (PLA), PLLA a polybutylensukcinátu (PBS). Níže uvedený diagram ukazuje, jak mohou skleněná vlákna X4/5 zlepšit svůj výkon a konkurovat standardním polymerům vyztuženým skleněnými vlákny, jako je polypropylen (PP) a dokonce i polyamid 6 (PA6).
Trvanlivost a kompostovatelnost
Pokud jsou tyto kompozity biologicky rozložitelné, jak dlouho vydrží? „Naše skleněná vlákna X4/5 se nerozpouštějí za pět minut nebo přes noc jako cukr a i když se jejich vlastnosti časem zhorší, nebude to tak znatelné.“ Rosling říká: „Abychom mohli efektivně rozkládat, potřebujeme zvýšené teploty a vlhkost po dlouhou dobu, jak je zjištěno in vivo nebo v průmyslových kompostech. Testovali jsme například hrnky a misky vyrobené z našeho materiálu ArcBiox BSGF a ty vydržely až 200 mycích cyklů bez ztráty funkčnosti. Dochází k určité degradaci mechanických vlastností, ale ne do té míry, aby hrnky nebyly bezpečné k použití.“
Je však důležité, aby tyto kompozity po skončení své životnosti splňovaly standardní požadavky pro kompostování a společnost ABM Composite provedla řadu testů, aby prokázala, že tyto normy splňuje. „Podle norem ISO (pro průmyslové kompostování) by k biodegradaci mělo dojít do 6 měsíců a k rozkladu do 3 měsíců/90 dnů.“ Rosling říká: „Rozklad znamená umístění testovaného vzorku/produktu do biomasy nebo kompostu. Po 90 dnech technik prozkoumá biomasu pomocí síta. Po 12 týdnech by alespoň 90 procent produktu mělo být schopno projít sítem o velikosti ok 2 mm × 2 mm.“
Biodegradace se stanoví rozemletím panenského materiálu na prášek a měřením celkového množství CO2 uvolněného po 90 dnech. Tím se posoudí, kolik uhlíku obsaženého v kompostovacím procesu se přemění na vodu, biomasu a CO2. „Aby kompost prošel testem průmyslového kompostování, musí být dosaženo 90 procent teoretických 100 procent CO2 z kompostovacího procesu (na základě obsahu uhlíku)“.
Rosling říká, že společnost ABM Composite splnila požadavky na rozklad a biologickou odbouratelnost a testy ukázaly, že přidání skleněných vláken X4 ve skutečnosti zlepšuje biologickou odbouratelnost (viz tabulka výše), která je například u nevyztužené směsi PLA pouze 78 %. Vysvětluje: „Když však byla přidána naše 30% biologicky odbouratelná skleněná vlákna, biodegradace se zvýšila na 94 %, zatímco míra odbourávání zůstala dobrá.“
Společnost ABM Composite tak prokázala, že její materiály mohou být certifikovány jako kompostovatelné dle normy EN 13432. Mezi testy, kterými její materiály dosud prošly, patří ISO 14855-1 pro konečnou aerobní biologickou rozložitelnost materiálů za kontrolovaných podmínek kompostování, ISO 16929 pro aerobní řízený rozklad, ISO DIN EN 13432 pro chemické požadavky a OECD 208 pro testování fytotoxicity, ISO DIN EN 13432.
CO2 uvolňovaný během kompostování
Během kompostování se sice uvolňuje CO2, ale část zůstává v půdě a rostliny ji následně využívají. Kompostování je studováno již po celá desetiletí, a to jak jako průmyslový proces, tak i jako proces po kompostování, který uvolňuje méně CO2 než jiné alternativy likvidace odpadu, a kompostování je stále považováno za ekologický proces snižující uhlíkovou stopu.
Ekotoxicita zahrnuje testování biomasy produkované během procesu kompostování a rostlin pěstovaných s touto biomasou. „To má zajistit, aby kompostování těchto produktů nepoškodilo rostoucí rostliny,“ uvedl Rosling. Společnost ABM Composite navíc prokázala, že její materiály splňují požadavky na biodegradaci za podmínek domácího kompostování, které rovněž vyžadují 90% biodegradaci, ale po dobu 12 měsíců, ve srovnání s kratší dobou u průmyslového kompostování.
Průmyslové aplikace, výroba, náklady a budoucí růst
Materiály společnosti ABM Composite se používají v řadě komerčních aplikací, ale více informací nelze odhalit kvůli dohodám o mlčenlivosti. „Naše materiály objednáváme pro aplikace, jako jsou šálky, podšálky, talíře, příbory a nádoby na potraviny,“ říká Rosling, „ale používají se také jako alternativa k plastům na bázi ropy v kosmetických nádobách a velkých předmětech pro domácnost. V poslední době byly naše materiály vybrány pro použití při výrobě součástí ve velkých průmyslových strojních zařízeních, které je třeba vyměňovat každé 2–12 týdnů. Tyto společnosti si uvědomily, že použitím naší výztuže ze skelných vláken X4 lze tyto mechanické díly vyrobit s požadovanou odolností proti opotřebení a po použití jsou také kompostovatelné. Toto je atraktivní řešení pro blízkou budoucnost, protože tyto společnosti čelí výzvě splnění nových environmentálních předpisů a předpisů pro emise CO2.“
Rosling dodal: „Rostoucí zájem je také o použití našich nekonečných vláken v různých typech tkanin a netkaných textilií k výrobě konstrukčních prvků pro stavebnictví. Zájem pozorujeme také o použití našich biologicky odbouratelných vláken s biologicky odbouratelnými, ale nebiologicky odbouratelnými PA nebo PP a inertními termosetovými materiály.“
V současné době je sklolaminát X4/5 dražší než sklo E, ale objemy výroby jsou také relativně malé a společnost ABM Composite hledá řadu příležitostí k rozšíření aplikací a usnadnění zvýšení výroby na 20 000 tun ročně s rostoucí poptávkou, což by mohlo také pomoci snížit náklady. Rosling přesto říká, že v mnoha případech nebyly plně zohledněny náklady spojené s plněním požadavků na udržitelnost a nové regulační požadavky. Naléhavost záchrany planety mezitím roste. „Společnost již nyní prosazuje více bioproduktů.“ Vysvětluje: „Existuje mnoho pobídek k posunu recyklačních technologií vpřed, svět se v tomto ohledu musí posouvat rychleji a myslím si, že společnost v budoucnu svůj tlak na bioprodukty jen zvýší.“
LCA a výhoda udržitelnosti
Rosling říká, že materiály společnosti ABM Composite snižují emise skleníkových plynů a spotřebu neobnovitelných zdrojů energie o 50–60 procent na kilogram. „Pro naše produkty používáme databázi environmentální stopy 2.0, akreditovanou datovou sadu GaBi a výpočty LCA (analýza životního cyklu) na základě metodiky popsané v normách ISO 14040 a ISO 14044.“
„V současné době, když kompozity dosáhnou konce svého životního cyklu, je ke spalování nebo pyrolýze kompozitního odpadu a produktů EOL zapotřebí velké množství energie. Drcení a kompostování jsou atraktivní možností a rozhodně jednou z klíčových hodnotových nabídek, které nabízíme, a zároveň poskytujeme nový typ recyklovatelnosti.“ Rosling říká: „Naše sklolaminát je vyroben z přírodních minerálních složek, které jsou již v půdě přítomny. Proč tedy nekompostovat komponenty kompozitů EOL nebo po spálení nerozpustit vlákna z nerozložitelných kompozitů a použít je jako hnojivo? Toto je možnost recyklace, která je skutečně celosvětově zajímavá.“
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd.
M: +86 18683776368 (také WhatsApp)
Tel.: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adresa: Č. 398 Nová zelená ulice, město Xinbang, okres Songjiang, Šanghaj
Čas zveřejnění: 27. května 2024