Mis oleks, kui klaaskiuga tugevdatud polümeerist (GFRP) komposiite saaks nende kasuliku eluea lõpus kompostida, lisaks aastakümneid tõestatud eelistele kaalu vähendamise, tugevuse ja jäikuse, korrosioonikindluse ja vastupidavuse osas? See on lühidalt öeldes ABM Composite'i tehnoloogia atraktiivsus.
Bioaktiivne klaas, ülitugevad kiud
2014. aastal asutatud Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Soome) on välja töötanud nn bioaktiivsest klaasist valmistatud biolaguneva klaaskiu, mida ABM Composite'i teadus- ja arendusdirektor Ari Rosling kirjeldab kui „1960. aastatel välja töötatud spetsiaalset valemit, mis võimaldab klaasil füsioloogilistes tingimustes laguneda. Kehasse sattudes laguneb klaas oma koostisosadeks mineraalsooladeks, vabastades naatriumi, magneesiumi, fosfaate jne, luues seeläbi seisundi, mis stimuleerib luude kasvu.“
"Sellel on sarnased omadusedleelisevaba klaaskiud (E-klaas).” ütles Rosling: „Kuid seda bioaktiivset klaasi on keeruline toota ja kiududeks tõmmata ning seni on seda kasutatud ainult pulbri või pahtlina. Meie teada oli ABM Composite esimene ettevõte, mis tootis sellest tööstuslikus mahus ülitugevaid klaaskiude, ja nüüd kasutame neid ArcBiox X4/5 klaaskiude erinevat tüüpi plastide, sealhulgas biolagunevate polümeeride tugevdamiseks.”
Meditsiinilised implantaadid
Tampere piirkond, mis asub Helsingist kaks tundi põhja pool, on olnud alates 1980. aastatest meditsiiniliseks kasutamiseks mõeldud biolagunevate polümeeride keskus. Rosling kirjeldab: „Üks esimesi kaubanduslikult kättesaadavaid implantaate, mis olid nendest materjalidest valmistatud, toodeti Tamperes ja nii sai alguse ABM Composite! Mis on nüüd meie meditsiiniline äriüksus.“
„Implantaatide jaoks on palju biolagunevaid ja imenduvaid polümeere,“ jätkab ta, „kuid nende mehaanilised omadused on looduslikust luust kaugel. Meil õnnestus neid biolagunevaid polümeere täiustada, et anda implantaadile sama tugevus kui looduslikul luul.“ Rosling märkis, et meditsiinilise kvaliteediga ArcBiox klaaskiud koos ABM-i lisamisega võivad parandada biolagunevate PLLA polümeeride mehaanilisi omadusi 200–500%.
Seetõttu pakuvad ABM Composite'i implantaadid paremat jõudlust kui tugevdamata polümeeridest valmistatud implantaadid, olles samal ajal bioabsorbeeruvad ning soodustades luu moodustumist ja kasvu. ABM Composite kasutab optimaalse kiudude orientatsiooni tagamiseks ka automatiseeritud kiudude/kiudude paigutamise tehnikaid, sealhulgas kiudude paigutamist kogu implantaadi pikkusele ja täiendavate kiudude paigutamist potentsiaalselt nõrkadesse kohtadesse.
Kodumajapidamises ja tehnilised rakendused
Oma kasvava meditsiinilise äriüksusega mõistab ABM Composite, et biopõhiseid ja biolagunevaid polümeere saab kasutada ka kööginõude, söögiriistade ja muude majapidamistarvete valmistamiseks. „Neil biolagunevatel polümeeridel on tavaliselt naftapõhiste plastidega võrreldes kehvad mehaanilised omadused.“ Rosling ütles: „Kuid me saame neid materjale oma biolagunevate klaaskiududega tugevdada, muutes need praktiliselt heaks alternatiiviks fossiilsetel toorainetel põhinevatele kaubanduslikele plastidele laias valikus tehnilistes rakendustes.“
Selle tulemusel on ABM Composite suurendanud oma tehnilist äriüksust, kus töötab nüüd 60 inimest. „Pakume jätkusuutlikumaid lahendusi toote eluea lõpuleviimiseks.“ Rosling ütleb: „Meie väärtuspakkumine on panna need biolagunevad komposiidid tööstuslikku kompostimisse, kus need muutuvad mullaks.“ Traditsiooniline E-klaas on inertne ega lagune nendes kompostimisrajatistes.
ArcBiox kiudkomposiidid
ABM Composite on komposiitrakenduste jaoks välja töötanud mitmesuguseid ArcBiox X4/5 klaaskiude, alateslühikeseks lõigatud kiudja survevaluvormide segudpidevad kiudselliste protsesside jaoks nagu tekstiili- ja pultrusioonvormimine. ArcBiox BSGF tootesari ühendab biolagunevad klaaskiud biopõhiste polüestervaikudega ning on saadaval üldtehnoloogilistes klassides ja ArcBiox 5 klassides, mis on heaks kiidetud kasutamiseks toiduga kokkupuutuvates rakendustes.
ABM Composite on uurinud ka mitmesuguseid biolagunevaid ja biopõhiseid polümeere, sealhulgas polüpiimhapet (PLA), PLLA-d ja polübutüleensuktsinaati (PBS). Allolev diagramm näitab, kuidas X4/5 klaaskiud saavad parandada oma jõudlust, et konkureerida standardsete klaaskiuga tugevdatud polümeeridega, nagu polüpropüleen (PP) ja isegi polüamiid 6 (PA6).
ABM Composite on uurinud ka mitmesuguseid biolagunevaid ja biopõhiseid polümeere, sealhulgas polüpiimhapet (PLA), PLLA-d ja polübutüleensuktsinaati (PBS). Allolev diagramm näitab, kuidas X4/5 klaaskiud saavad parandada oma jõudlust, et konkureerida standardsete klaaskiuga tugevdatud polümeeridega, nagu polüpropüleen (PP) ja isegi polüamiid 6 (PA6).
Vastupidavus ja komposteeritavus
Kui need komposiidid on biolagunevad, siis kui kaua need vastu peavad? „Meie X4/5 klaaskiud ei lahustu viie minuti või üleööga nagu suhkur ja kuigi nende omadused aja jooksul halvenevad, pole see nii märgatav.“ Rosling ütleb: „Tõhusaks lagunemiseks vajame pikka aega kõrgendatud temperatuuri ja niiskust, nagu on leitud in vivo või tööstuslikes kompostihunnikutes. Näiteks testisime oma ArcBiox BSGF materjalist valmistatud tasse ja kausse ning need talusid kuni 200 nõudepesutsüklit ilma funktsionaalsust kaotamata. Mehaanilised omadused halvenevad mõnevõrra, kuid mitte nii palju, et tasside kasutamine oleks ohtlik.“
Siiski on oluline, et kui need komposiitmaterjalid oma kasuliku eluea lõpus utiliseeritakse, vastaksid need kompostimiseks vajalikele standardnõuetele ning ABM Composite on läbi viinud rea katseid, et tõestada nendele standarditele vastavust. „ISO standardite (tööstusliku kompostimise) kohaselt peaks biolagunemine toimuma 6 kuu jooksul ja lagunemine 3 kuu/90 päeva jooksul.“ Rosling ütleb: „Lagunemine tähendab testproovi/toote asetamist biomassi või komposti. 90 päeva pärast uurib tehnik biomassi sõela abil. 12 nädala pärast peaks vähemalt 90% tootest läbima 2 mm × 2 mm sõela.“
Biolagunemist määratakse, jahvatades värske materjali pulbriks ja mõõtes 90 päeva pärast eralduva CO2 koguhulka. See hindab, kui suur osa kompostimisprotsessi süsinikust muundatakse veeks, biomassiks ja CO2-ks. „Tööstusliku kompostimise testi läbimiseks tuleb saavutada 90 protsenti kompostimisprotsessi teoreetilisest 100 protsendilisest CO2-st (süsinikusisalduse põhjal)“.
Roslingi sõnul on ABM Composite täitnud lagunemis- ja biolagunemisnõuded ning testid on näidanud, et X4 klaaskiu lisamine parandab tegelikult biolagunevust (vt ülaltoodud tabelit), mis on näiteks tugevdamata PLA segu puhul vaid 78%. Ta selgitab: „Kui aga lisati meie 30% biolagunevaid klaaskiude, suurenes biolagunevus 94%-ni, samas kui lagunemiskiirus püsis hea.“
Selle tulemusel on ABM Composite tõestanud, et tema materjale saab sertifitseerida komposteeritavatena vastavalt standardile EN 13432. Testide hulka, mille materjalid on seni läbinud, kuuluvad ISO 14855-1 materjalide lõpliku aeroobse biolagunevuse hindamiseks kontrollitud kompostimistingimustes, ISO 16929 aeroobse kontrollitud lagunemise hindamiseks, ISO DIN EN 13432 keemiliste nõuete hindamiseks ja OECD 208 fütotoksilisuse testimiseks vastavalt standardile ISO DIN EN 13432.
Kompostimisel eralduv CO2
Kompostimise käigus eraldub küll CO2, kuid osa sellest jääb pinnasesse ja taimed kasutavad seda seejärel ära. Kompostimist on uuritud aastakümneid nii tööstusliku protsessina kui ka järelkompostimisprotsessina, mis eraldab vähem CO2 kui teised jäätmekäitluse alternatiivid, ning kompostimist peetakse endiselt keskkonnasõbralikuks ja süsiniku jalajälge vähendavaks protsessiks.
Ökotoksilisuse uuring hõlmab kompostimisprotsessi käigus tekkiva biomassi ja selle biomassiga kasvatatud taimede testimist. „Selle eesmärk on tagada, et nende toodete kompostimine ei kahjusta kasvavaid taimi,“ ütles Rosling. Lisaks on ABM Composite tõestanud, et tema materjalid vastavad biolagunevuse nõuetele koduse kompostimise tingimustes, mis nõuavad samuti 90% biolagunemist, kuid 12-kuulise perioodi jooksul, võrreldes tööstusliku kompostimise lühema perioodiga.
Tööstuslikud rakendused, tootmine, kulud ja tulevane kasv
ABM Composite'i materjale kasutatakse mitmetes ärirakendustes, kuid konfidentsiaalsuslepingute tõttu ei saa rohkem avaldada. „Tellime oma materjale vastavalt rakendustele nagu tassid, alustassid, taldrikud, söögiriistad ja toiduainete hoiustamise anumad,“ ütleb Rosling, „kuid neid kasutatakse ka naftapõhiste plastide alternatiivina kosmeetikamahutites ja suurtes majapidamistarvetes. Hiljuti on meie materjale valitud kasutamiseks suurte tööstusmasinate komponentide tootmisel, mida tuleb vahetada iga 2–12 nädala tagant. Need ettevõtted on tunnistanud, et meie X4 klaaskiust tugevdust kasutades saab neid mehaanilisi osi valmistada vajaliku kulumiskindlusega ja need on pärast kasutamist ka komposteeritavad. See on atraktiivne lahendus lähitulevikus, kuna need ettevõtted seisavad silmitsi väljakutsega täita uusi keskkonna- ja CO2-heite eeskirju.“
Rosling lisas: „Samuti on kasvav huvi meie pidevate kiudude kasutamise vastu erinevat tüüpi kangastes ja lausriides, et valmistada ehitustööstusele konstruktsioonielemente. Samuti näeme huvi meie biolagunevate kiudude kasutamise vastu biopõhiste, kuid mittebiolagunevate PA või PP ja inertsete termoreaktiivsete materjalidega.“
Praegu on X4/5 klaaskiud kallim kui E-klaas, kuid tootmismahud on samuti suhteliselt väikesed ning ABM Composite otsib mitmeid võimalusi rakenduste laiendamiseks ja 20 000 tonnini aastas suurendamiseks nõudluse kasvades, mis võiks samuti aidata kulusid vähendada. Sellegipoolest ütleb Rosling, et paljudel juhtudel ei ole jätkusuutlikkuse ja uute regulatiivsete nõuete täitmisega seotud kulusid täielikult arvesse võetud. Samal ajal kasvab planeedi päästmise pakilisus. „Ühiskond surub juba praegu peale rohkem biopõhiseid tooteid.“ Ta selgitab: „Ringlussevõtutehnoloogiate edendamiseks on palju stiimuleid, maailm peab selles osas kiiremini liikuma ja ma arvan, et ühiskond suurendab tulevikus oma survet biopõhiste toodete järele ainult.“
LCA ja jätkusuutlikkuse eelis
Roslingi sõnul vähendavad ABM Composite'i materjalid kasvuhoonegaaside heitkoguseid ja taastumatu energia kasutamist 50–60 protsenti kilogrammi kohta. „Meie toodete puhul kasutame keskkonnajalajälje andmebaasi 2.0, akrediteeritud GaBi andmestikku ja LCA (elutsükli analüüsi) arvutusi, mis põhinevad standardites ISO 14040 ja ISO 14044 kirjeldatud metoodikal.“
„Praegu, kui komposiitmaterjalid jõuavad oma elutsükli lõppu, on komposiitjäätmete ja eluea lõpptoodete põletamiseks või pürolüüsiks vaja palju energiat ning purustamine ja kompostimine on atraktiivne valik ja see on kindlasti üks meie pakutavaid peamisi väärtuspakkumisi, pakkudes uut tüüpi ringlussevõtu võimalust.“ Rosling ütleb: „Meie klaaskiud on valmistatud looduslikest mineraalkomponentidest, mis on juba pinnases olemas. Miks mitte siis kompostida eluea lõppkomposiitkomponente või lahustada pärast põletamist mittelagunevate komposiitide kiude ja kasutada neid väetisena? See on tõeliselt ülemaailmselt huvipakkuv ringlussevõtu võimalus.“
Shanghai Oriseni uus materjalitehnoloogia Co., Ltd.
M: +86 18683776368 (ka WhatsApp)
T: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Aadress: NO.398 New Green Road Xinbangi linn Songjiangi piirkond, Shanghai
Postituse aeg: 27. mai 2024