Hvad nu hvis glasfiberforstærkede polymerkompositter (GFRP) kunne komposteres ved slutningen af deres levetid, udover årtiers dokumenterede fordele inden for vægttab, styrke og stivhed, korrosionsbestandighed og holdbarhed? Det er kort sagt det, der gør ABM Composites teknologi attraktiv.
Bioaktivt glas, højstyrkefibre
Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Finland) blev grundlagt i 2014 og har udviklet en bionedbrydelig glasfiber fremstillet af såkaldt bioaktivt glas, som Ari Rosling, R&D-direktør hos ABM Composite, beskriver som "en speciel formulering udviklet i 1960'erne, der gør det muligt for glas at blive nedbrudt under fysiologiske forhold. Når glasset introduceres i kroppen, nedbrydes det til dets bestanddele af mineralsalte, hvorved det frigiver natrium, magnesium, fosfater osv., hvilket skaber en tilstand, der stimulerer knoglevækst."
"Det har lignende egenskaber somalkalifri glasfiber (E-glas)"Men dette bioaktive glas er vanskeligt at fremstille og trække ind i fibre, og indtil nu er det kun blevet brugt som pulver eller spartelmasse. Så vidt vi ved, var ABM Composite den første virksomhed, der fremstillede højstyrkeglasfibre af det i industriel skala, og vi bruger nu disse ArcBiox X4/5-glasfibre til at forstærke forskellige typer plast, herunder bionedbrydelige polymerer."
Medicinske implantater
Tampere-regionen, to timer nord for Helsinki, Finland, har været et centrum for biobaserede, biologisk nedbrydelige polymerer til medicinske anvendelser siden 1980'erne. Rosling beskriver: "Et af de første kommercielt tilgængelige implantater lavet med disse materialer blev produceret i Tampere, og det var sådan, ABM Composite startede!, som nu er vores medicinske forretningsenhed".
"Der findes mange bionedbrydelige, bioabsorberbare polymerer til implantater," fortsætter han, "men deres mekaniske egenskaber er langt fra naturlige knogler. Vi var i stand til at forbedre disse bionedbrydelige polymerer for at give implantatet samme styrke som naturlige knogler." Rosling bemærkede, at medicinsk kvalitet ArcBiox-glasfibre med tilsætning af ABM kan forbedre de mekaniske egenskaber af bionedbrydelige PLLA-polymerer med 200 % til 500 %.
Som følge heraf tilbyder ABM Composites implantater højere ydeevne end implantater lavet med uforstærkede polymerer, samtidig med at de er bioabsorberbare og fremmer knogledannelse og -vækst. ABM Composite bruger også automatiserede fiber-/strengplaceringsteknikker for at sikre optimal fiberorientering, herunder lægning af fibre langs hele implantatets længde samt placering af yderligere fibre på potentielt svage steder.
Husholdnings- og tekniske anvendelser
Med sin voksende medicinske forretningsenhed anerkender ABM Composite, at biobaserede og bionedbrydelige polymerer også kan bruges til køkkenudstyr, bestik og andre husholdningsartikler. "Disse bionedbrydelige polymerer har typisk dårlige mekaniske egenskaber sammenlignet med oliebaseret plast," sagde Rosling: "Men vi kan forstærke disse materialer med vores bionedbrydelige glasfibre, hvilket gør dem til et praktisk talt godt alternativ til fossilbaseret kommerciel plast til en bred vifte af tekniske anvendelser."
Som følge heraf har ABM Composite øget sin tekniske forretningsenhed, som nu beskæftiger 60 medarbejdere. "Vi tilbyder mere bæredygtige løsninger til udtjente materialer (EOL)." Rosling siger: "Vores værdiforslag er at anvende disse bionedbrydelige kompositter i industriel kompostering, hvor de omdannes til jord." Traditionelt E-glas er inert og nedbrydes ikke i disse komposteringsfaciliteter.
ArcBiox fiberkompositter
ABM Composite har udviklet forskellige former for ArcBiox X4/5 glasfibre til kompositapplikationer, frakortskårne fibreog sprøjtestøbemasse tilkontinuerlige fibretil processer som tekstil- og pultruderingsstøbning. ArcBiox BSGF-serien kombinerer bionedbrydelige glasfibre med biobaserede polyesterharpikser og fås i generelle teknologikvaliteter og ArcBiox 5-kvaliteter, der er godkendt til brug i fødevarekontaktapplikationer.
ABM Composite har også undersøgt en række bionedbrydelige og biobaserede polymerer, herunder polymælkesyre (PLA), PLLA og polybutylensuccinat (PBS). Diagrammet nedenfor viser, hvordan X4/5-glasfibre kan forbedre ydeevnen for at konkurrere med standard glasfiberforstærkede polymerer såsom polypropylen (PP) og endda polyamid 6 (PA6).
ABM Composite har også undersøgt en række bionedbrydelige og biobaserede polymerer, herunder polymælkesyre (PLA), PLLA og polybutylensuccinat (PBS). Diagrammet nedenfor viser, hvordan X4/5-glasfibre kan forbedre ydeevnen for at konkurrere med standard glasfiberforstærkede polymerer såsom polypropylen (PP) og endda polyamid 6 (PA6).
Holdbarhed og komposterbarhed
Hvis disse kompositter er bionedbrydelige, hvor længe vil de så holde? "Vores X4/5-glasfibre opløses ikke på fem minutter eller natten over, som sukker gør, og selvom deres egenskaber forringes over tid, vil det ikke være så mærkbart." Rosling siger: "For at nedbrydes effektivt har vi brug for forhøjede temperaturer og luftfugtighed over lange perioder, som det findes in vivo eller i industrielle kompostbunker. For eksempel testede vi kopper og skåle lavet af vores ArcBiox BSGF-materiale, og de kunne modstå op til 200 opvaskecyklusser uden at miste funktionalitet. Der er en vis forringelse af de mekaniske egenskaber, men ikke til et punkt, hvor kopperne er usikre at bruge."
Det er dog vigtigt, at disse kompositter, når de bortskaffes ved slutningen af deres levetid, opfylder de standardkrav, der er nødvendige for kompostering, og ABM Composite har udført en række tests for at bevise, at de opfylder disse standarder. "Ifølge ISO-standarderne (for industriel kompostering) skal biologisk nedbrydning ske inden for 6 måneder og nedbrydning inden for 3 måneder/90 dage". Rosling siger: "Nedbrydning betyder at placere testprøven/produktet i biomassen eller komposten. Efter 90 dage undersøger teknikeren biomassen ved hjælp af en si. Efter 12 uger skal mindst 90 procent af produktet kunne passere gennem en 2 mm × 2 mm si".
Biologisk nedbrydning bestemmes ved at male det jomfruelige materiale til et pulver og måle den samlede mængde CO2, der frigives efter 90 dage. Dette vurderer, hvor meget af kulstofindholdet fra komposteringsprocessen der omdannes til vand, biomasse og CO2. "For at bestå den industrielle komposteringstest skal 90 procent af de teoretiske 100 procent CO2 fra komposteringsprocessen opnås (baseret på kulstofindhold)".
Rosling siger, at ABM Composite har opfyldt kravene til nedbrydning og bionedbrydning, og test har vist, at tilsætningen af X4-glasfiberen faktisk forbedrer bionedbrydeligheden (se tabellen ovenfor), som for eksempel kun er 78 % for en uforstærket PLA-blanding. Han forklarer: "Men da vores 30 % bionedbrydelige glasfibre blev tilsat, steg bionedbrydningen til 94 %, mens nedbrydningsraterne forblev gode".
Som følge heraf har ABM Composite vist, at deres materialer kan certificeres som komposterbare i henhold til EN 13432. Test, som deres materialer har bestået til dato, omfatter ISO 14855-1 for den endelige aerobe bionedbrydelighed af materialer under kontrollerede komposteringsforhold, ISO 16929 for aerob kontrolleret nedbrydning, ISO DIN EN 13432 for kemiske krav og OECD 208 for fytotoksicitetstestning, ISO DIN EN 13432.
CO2 frigivet under kompostering
Under kompostering frigives der ganske vist CO2, men noget forbliver i jorden og udnyttes derefter af planter. Kompostering er blevet undersøgt i årtier, både som en industriel proces og som en efterkomposteringsproces, der frigiver mindre CO2 end andre alternativer til affaldsbortskaffelse, og kompostering betragtes stadig som en miljøvenlig og CO2-reducerende proces.
Økotoksicitet involverer testning af den biomasse, der produceres under komposteringsprocessen, og de planter, der dyrkes med denne biomasse. "Dette er for at sikre, at kompostering af disse produkter ikke skader de voksende planter," sagde Rosling. Derudover har ABM Composite vist, at deres materialer opfylder kravene til bionedbrydning under hjemmekomposteringsforhold, som også kræver 90 % bionedbrydning, men over en 12-måneders periode, sammenlignet med en kortere periode for industriel kompostering.
Industrielle anvendelser, produktion, omkostninger og fremtidig vækst
ABM Composites materialer anvendes i en række kommercielle anvendelser, men mere kan ikke afsløres på grund af fortrolighedsaftaler. "Vi bestiller vores materialer, så de passer til anvendelser som kopper, underkopper, tallerkener, bestik og opbevaringsbeholdere til mad," siger Rosling, "men de bruges også som et alternativ til oliebaseret plast i kosmetikbeholdere og store husholdningsartikler. For nylig er vores materialer blevet udvalgt til brug i fremstillingen af komponenter i store industrielle maskininstallationer, der skal udskiftes hver 2.-12. uge. Disse virksomheder har erkendt, at ved at bruge vores X4 glasfiberforstærkning kan disse mekaniske dele fremstilles med den nødvendige slidstyrke og er også komposterbare efter brug. Dette er en attraktiv løsning for den nærmeste fremtid, da disse virksomheder står over for udfordringen med at opfylde nye miljø- og CO2-udledningsregler."
Rosling tilføjede: "Der er også en stigende interesse for at bruge vores kontinuerlige fibre i forskellige typer tekstiler og nonwovens til at fremstille strukturelle komponenter til byggeindustrien. Vi ser også interesse for at bruge vores bionedbrydelige fibre med biobaseret, men ikke-bionedbrydelig PA eller PP og inerte termohærdende materialer."
I øjeblikket er X4/5-glasfiber dyrere end E-glas, men produktionsmængderne er også relativt små, og ABM Composite forfølger en række muligheder for at udvide anvendelserne og muliggøre en stigning til 20.000 tons/år i takt med at efterspørgslen vokser, hvilket også kan bidrage til at reducere omkostningerne. Alligevel siger Rosling, at omkostningerne forbundet med at opfylde bæredygtighedskrav og nye lovgivningsmæssige krav i mange tilfælde ikke er blevet fuldt ud overvejet. I mellemtiden vokser behovet for at redde planeten. "Samfundet presser allerede på for flere biobaserede produkter." Han forklarer: "Der er mange incitamenter til at fremme genbrugsteknologier, verden skal bevæge sig hurtigere på dette område, og jeg tror, at samfundet kun vil øge sit pres for biobaserede produkter i fremtiden."
LCA og bæredygtighedsfordele
Rosling siger, at ABM Composites materialer reducerer udledningen af drivhusgasser og brugen af ikke-vedvarende energi med 50-60 procent pr. kilogram. "Vi bruger Environmental Footprint Database 2.0, det akkrediterede GaBi-datasæt og LCA-beregninger (livscyklusanalyse) til vores produkter baseret på den metode, der er beskrevet i ISO 14040 og ISO 14044".
"Når kompositter i øjeblikket når slutningen af deres livscyklus, kræves der meget energi til at forbrænde eller pyrolysere kompositaffald og EOL-produkter, og nedbrydning og kompostering er en attraktiv mulighed, og det er helt sikkert et af de vigtigste værdiforslag, vi tilbyder, og vi leverer en ny type genanvendelighed." Rosling siger: "Vores glasfiber er lavet af naturlige mineralkomponenter, der allerede findes i jorden. Så hvorfor ikke kompostere EOL-kompositkomponenter eller opløse fibre fra ikke-nedbrydelige kompositter efter forbrænding og bruge dem som gødning? Dette er en genbrugsmulighed af reel global interesse."
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd.
M: +86 18683776368 (også WhatsApp)
Tlf.: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adresse: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Shanghai
Opslagstidspunkt: 27. maj 2024