जैव-अवशोषक और अपघटनीय फाइबरग्लास, कम्पोस्टेबल कंपोजिट पार्ट्स — उद्योग समाचार

यदि ग्लास फाइबर प्रबलित पॉलिमर (GFRP) कंपोजिट को उनके उपयोगी जीवन के अंत में खाद में परिवर्तित किया जा सके, तो वजन घटाने, मजबूती और कठोरता, जंग प्रतिरोध और टिकाऊपन जैसे दशकों से सिद्ध लाभों के अलावा और क्या हो सकता है? संक्षेप में, यही ABM कंपोजिट की तकनीक की खासियत है।

बायोएक्टिव ग्लास, उच्च शक्ति वाले फाइबर

2014 में स्थापित आर्कटिक बायोमटेरियल्स ओय (टैम्पेरे, फिनलैंड) ने बायोएक्टिव ग्लास नामक एक जैव-अपघटनीय ग्लास फाइबर विकसित किया है, जिसे एबीएम कंपोजिट के अनुसंधान एवं विकास निदेशक एरी रोसलिंग "1960 के दशक में विकसित एक विशेष फॉर्मूलेशन" के रूप में वर्णित करते हैं, जो शरीर में प्रवेश करने पर ग्लास को विघटित होने देता है। शरीर में प्रवेश करने पर, ग्लास अपने घटक खनिज लवणों में टूट जाता है, जिससे सोडियम, मैग्नीशियम, फॉस्फेट आदि मुक्त होते हैं, इस प्रकार एक ऐसी स्थिति उत्पन्न होती है जो हड्डियों के विकास को उत्तेजित करती है।

इसमें समान गुण हैंक्षार-मुक्त कांच फाइबर (ई-ग्लास)रोसलिंग ने कहा, “लेकिन इस बायोएक्टिव ग्लास का निर्माण और रेशों में बदलना मुश्किल है, और अब तक इसका उपयोग केवल पाउडर या पुट्टी के रूप में ही किया जाता रहा है। जहाँ तक हमें पता है, एबीएम कंपोजिट पहली कंपनी थी जिसने औद्योगिक पैमाने पर इससे उच्च-शक्ति वाले ग्लास फाइबर बनाए, और अब हम इन आर्कबायोक्स एक्स4/5 ग्लास फाइबर का उपयोग बायोडिग्रेडेबल पॉलिमर सहित विभिन्न प्रकार के प्लास्टिक को मजबूत करने के लिए कर रहे हैं।”

चिकित्सा प्रत्यारोपण

फिनलैंड के हेलसिंकी से दो घंटे उत्तर में स्थित टैम्पेरे क्षेत्र 1980 के दशक से ही चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए जैव-आधारित बायोडिग्रेडेबल पॉलिमर का केंद्र रहा है। रोसलिंग बताते हैं, “इन सामग्रियों से बने पहले व्यावसायिक रूप से उपलब्ध प्रत्यारोपणों में से एक का उत्पादन टैम्पेरे में हुआ था, और यहीं से एबीएम कम्पोजिट की शुरुआत हुई! जो अब हमारी चिकित्सा व्यवसाय इकाई है।”

“इंप्लांट के लिए कई बायोडिग्रेडेबल और बायोएब्जॉर्बेबल पॉलीमर उपलब्ध हैं,” वे आगे कहते हैं, “लेकिन उनके यांत्रिक गुण प्राकृतिक हड्डी से बहुत अलग हैं। हमने इन बायोडिग्रेडेबल पॉलीमरों को बेहतर बनाकर इंप्लांट को प्राकृतिक हड्डी के समान मजबूती प्रदान की है।” रोसलिंग ने बताया कि मेडिकल ग्रेड आर्कबायोक्स ग्लास फाइबर में एबीएम मिलाने से बायोडिग्रेडेबल पीएलएलए पॉलीमरों के यांत्रिक गुणों में 200% से 500% तक सुधार हो सकता है।

परिणामस्वरूप, एबीएम कम्पोजिट के इम्प्लांट बिना प्रबलित पॉलिमर से बने इम्प्लांट की तुलना में बेहतर प्रदर्शन करते हैं, साथ ही ये जैवअवशोषक होते हैं और हड्डी निर्माण और विकास को बढ़ावा देते हैं। एबीएम कम्पोजिट इष्टतम फाइबर अभिविन्यास सुनिश्चित करने के लिए स्वचालित फाइबर/स्ट्रैंड प्लेसमेंट तकनीकों का भी उपयोग करता है, जिसमें इम्प्लांट की पूरी लंबाई के साथ फाइबर बिछाना और संभावित कमजोर स्थानों पर अतिरिक्त फाइबर लगाना शामिल है।

घरेलू और तकनीकी अनुप्रयोग

अपनी बढ़ती मेडिकल बिजनेस यूनिट के साथ, एबीएम कंपोजिट यह समझती है कि बायो-बेस्ड और बायोडिग्रेडेबल पॉलिमर का उपयोग किचनवेयर, कटलरी और अन्य घरेलू सामानों के लिए भी किया जा सकता है। रोसलिंग ने कहा, "पेट्रोलियम-आधारित प्लास्टिक की तुलना में इन बायोडिग्रेडेबल पॉलिमर के यांत्रिक गुण आमतौर पर कमजोर होते हैं। लेकिन हम इन सामग्रियों को अपने बायोडिग्रेडेबल ग्लास फाइबर से मजबूत कर सकते हैं, जिससे ये तकनीकी अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए जीवाश्म-आधारित व्यावसायिक प्लास्टिक का एक अच्छा विकल्प बन जाते हैं।"

इसके परिणामस्वरूप, एबीएम कंपोजिट ने अपनी तकनीकी व्यवसाय इकाई का विस्तार किया है, जिसमें अब 60 लोग कार्यरत हैं। रोसलिंग कहते हैं, "हम अधिक टिकाऊ एंड-ऑफ-लाइफ (ईओएल) समाधान प्रदान करते हैं। हमारा मुख्य उद्देश्य इन जैव-अपघटनीय कंपोजिट को औद्योगिक कंपोस्टिंग प्रक्रियाओं में डालना है, जहां वे मिट्टी में परिवर्तित हो जाते हैं।" पारंपरिक ई-ग्लास अक्रिय होता है और इन कंपोस्टिंग सुविधाओं में विघटित नहीं होता है।

आर्कबायॉक्स फाइबर कंपोजिट्स

एबीएम कंपोजिट ने कंपोजिट अनुप्रयोगों के लिए आर्कबायोक्स एक्स4/5 ग्लास फाइबर के विभिन्न रूप विकसित किए हैं, जिनमें शामिल हैं:शॉर्ट-कट फाइबरऔर इंजेक्शन मोल्डिंग यौगिकों कोनिरंतर फाइबरकपड़ा निर्माण और पल्ट्रूज़न मोल्डिंग जैसी प्रक्रियाओं के लिए। आर्कबायोक्स बीएसजीएफ रेंज में जैव-अपघटनीय कांच के रेशों को जैव-आधारित पॉलिएस्टर रेजिन के साथ मिलाया गया है और यह सामान्य प्रौद्योगिकी ग्रेड और आर्कबायोक्स 5 ग्रेड में उपलब्ध है, जिन्हें खाद्य संपर्क अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए अनुमोदित किया गया है।

एबीएम कंपोजिट ने पॉलीलैक्टिक एसिड (पीएलए), पीएलएलए और पॉलीब्यूटिलीन सक्सिनेट (पीबीएस) सहित विभिन्न प्रकार के जैव-अपघटनीय और जैव-आधारित पॉलिमर का भी अध्ययन किया है। नीचे दिया गया आरेख दर्शाता है कि कैसे X4/5 ग्लास फाइबर, पॉलीप्रोपाइलीन (पीपी) और यहां तक ​​कि पॉलीएमाइड 6 (पीए6) जैसे मानक ग्लास फाइबर प्रबलित पॉलिमर के साथ प्रतिस्पर्धा करने के लिए प्रदर्शन में सुधार कर सकते हैं।

एबीएम कंपोजिट ने पॉलीलैक्टिक एसिड (पीएलए), पीएलएलए और पॉलीब्यूटिलीन सक्सिनेट (पीबीएस) सहित विभिन्न प्रकार के जैव-अपघटनीय और जैव-आधारित पॉलिमर का भी अध्ययन किया है। नीचे दिया गया आरेख दर्शाता है कि कैसे X4/5 ग्लास फाइबर, पॉलीप्रोपाइलीन (पीपी) और यहां तक ​​कि पॉलीएमाइड 6 (पीए6) जैसे मानक ग्लास फाइबर प्रबलित पॉलिमर के साथ प्रतिस्पर्धा करने के लिए प्रदर्शन में सुधार कर सकते हैं।

टिकाऊपन और खाद बनाने की क्षमता

अगर ये कंपोजिट बायोडिग्रेडेबल हैं, तो ये कितने समय तक टिकेंगे? रोसलिंग कहते हैं, “हमारे X4/5 ग्लास फाइबर चीनी की तरह पांच मिनट या रातोंरात नहीं घुलते, और हालांकि समय के साथ इनके गुण कम होते जाएंगे, लेकिन ये बदलाव उतना noticeable नहीं होगा। प्रभावी ढंग से डिग्रेड होने के लिए, हमें लंबे समय तक उच्च तापमान और आर्द्रता की आवश्यकता होती है, जैसा कि जीवित वातावरण में या औद्योगिक कंपोस्ट के ढेरों में पाया जाता है। उदाहरण के लिए, हमने अपने ArcBiox BSGF मटेरियल से बने कप और कटोरे का परीक्षण किया, और वे अपनी कार्यक्षमता खोए बिना 200 बार डिशवॉशिंग के बाद भी टिके रहे। यांत्रिक गुणों में कुछ कमी आती है, लेकिन इतनी नहीं कि कप इस्तेमाल करने के लिए असुरक्षित हो जाएं।”

हालांकि, यह महत्वपूर्ण है कि जब इन कंपोजिट्स का उपयोगी जीवन समाप्त होने पर निपटान किया जाए, तो वे कंपोस्टिंग के लिए आवश्यक मानक आवश्यकताओं को पूरा करें, और एबीएम कंपोजिट ने यह साबित करने के लिए कई परीक्षण किए हैं कि यह इन मानकों को पूरा करता है। "आईएसओ मानकों (औद्योगिक कंपोस्टिंग के लिए) के अनुसार, जैव अपघटन 6 महीने के भीतर और अपघटन 3 महीने/90 दिनों के भीतर होना चाहिए।" रोसलिंग कहते हैं, "अपघटन का अर्थ है परीक्षण नमूने/उत्पाद को बायोमास या कंपोस्ट में रखना। 90 दिनों के बाद, तकनीशियन छलनी का उपयोग करके बायोमास की जांच करता है। 12 सप्ताह के बाद, उत्पाद का कम से कम 90 प्रतिशत 2 मिमी × 2 मिमी की छलनी से गुजरने में सक्षम होना चाहिए।"

जैव अपघटन का निर्धारण कच्चे पदार्थ को पीसकर पाउडर बनाकर और 90 दिनों के बाद उत्सर्जित CO2 की कुल मात्रा को मापकर किया जाता है। इससे यह पता चलता है कि कंपोस्टिंग प्रक्रिया में कार्बन की कितनी मात्रा पानी, बायोमास और CO2 में परिवर्तित होती है। "औद्योगिक कंपोस्टिंग परीक्षण पास करने के लिए, कंपोस्टिंग प्रक्रिया से सैद्धांतिक 100 प्रतिशत CO2 का 90 प्रतिशत (कार्बन सामग्री के आधार पर) प्राप्त करना आवश्यक है।"

रोसलिंग का कहना है कि एबीएम कंपोजिट ने अपघटन और जैव-अपघटन की आवश्यकताओं को पूरा किया है, और परीक्षणों से पता चला है कि इसके X4 ग्लास फाइबर को मिलाने से जैव-अपघटन क्षमता में वास्तव में सुधार होता है (ऊपर दी गई तालिका देखें), जो उदाहरण के लिए, बिना सुदृढ़ीकरण वाले पीएलए मिश्रण के लिए केवल 78% है। वे बताते हैं, "हालांकि, जब हमारे 30% जैव-अपघटनीय ग्लास फाइबर मिलाए गए, तो जैव-अपघटन 94% तक बढ़ गया, जबकि अपघटन दरें अच्छी बनी रहीं।"

परिणामस्वरूप, एबीएम कम्पोजिट ने यह प्रदर्शित किया है कि इसकी सामग्रियों को EN 13432 के अनुसार कम्पोस्टेबल के रूप में प्रमाणित किया जा सकता है। इसकी सामग्रियों ने अब तक जिन परीक्षणों को उत्तीर्ण किया है, उनमें नियंत्रित कम्पोस्टिंग स्थितियों के तहत सामग्रियों की अंतिम एरोबिक बायोडिग्रेडेबिलिटी के लिए ISO 14855-1, एरोबिक नियंत्रित अपघटन के लिए ISO 16929, रासायनिक आवश्यकताओं के लिए ISO DIN EN 13432 और फाइटोटॉक्सिसिटी परीक्षण के लिए OECD 208 शामिल हैं।

खाद बनाने की प्रक्रिया के दौरान CO2 उत्सर्जित होती है।

कंपोस्टिंग की प्रक्रिया में CO2 उत्सर्जित होती है, लेकिन इसका कुछ हिस्सा मिट्टी में रह जाता है और फिर पौधों द्वारा उपयोग किया जाता है। कंपोस्टिंग का अध्ययन दशकों से औद्योगिक प्रक्रिया के रूप में और अन्य अपशिष्ट निपटान विकल्पों की तुलना में कम CO2 उत्सर्जित करने वाली कंपोस्टिंग प्रक्रिया के रूप में किया जा रहा है, और इसे अभी भी पर्यावरण के अनुकूल और कार्बन फुटप्रिंट कम करने वाली प्रक्रिया माना जाता है।

पर्यावरण विषाक्तता परीक्षण में कंपोस्टिंग प्रक्रिया के दौरान उत्पादित बायोमास और इस बायोमास से उगाए गए पौधों का परीक्षण शामिल है। रोसलिंग ने कहा, "यह सुनिश्चित करने के लिए किया जाता है कि इन उत्पादों की कंपोस्टिंग से उगने वाले पौधों को कोई नुकसान न पहुंचे।" इसके अलावा, एबीएम कंपोजिट ने यह प्रदर्शित किया है कि इसकी सामग्री घरेलू कंपोस्टिंग की स्थितियों में जैव अपघटन की आवश्यकताओं को पूरा करती है, जिसमें 90% जैव अपघटन की आवश्यकता होती है, लेकिन औद्योगिक कंपोस्टिंग की तुलना में 12 महीने की अवधि में।

औद्योगिक अनुप्रयोग, उत्पादन, लागत और भविष्य की वृद्धि

एबीएम कंपोजिट की सामग्रियां कई व्यावसायिक अनुप्रयोगों में उपयोग की जाती हैं, लेकिन गोपनीयता समझौतों के कारण अधिक जानकारी का खुलासा नहीं किया जा सकता है। रोसलिंग कहते हैं, "हम अपनी सामग्रियां कप, तश्तरी, प्लेट, कटलरी और खाद्य भंडारण कंटेनर जैसे अनुप्रयोगों के लिए ऑर्डर करते हैं, लेकिन इनका उपयोग कॉस्मेटिक कंटेनर और बड़े घरेलू सामानों में पेट्रोलियम-आधारित प्लास्टिक के विकल्प के रूप में भी किया जाता है। हाल ही में, हमारी सामग्रियों को बड़े औद्योगिक मशीनरी प्रतिष्ठानों में घटकों के निर्माण के लिए चुना गया है जिन्हें हर 2-12 सप्ताह में बदलने की आवश्यकता होती है। इन कंपनियों ने यह पहचाना है कि हमारे X4 ग्लास फाइबर सुदृढ़ीकरण का उपयोग करके, इन यांत्रिक भागों को आवश्यक घिसाव प्रतिरोध के साथ बनाया जा सकता है और उपयोग के बाद ये खाद योग्य भी होते हैं। यह निकट भविष्य के लिए एक आकर्षक समाधान है क्योंकि इन कंपनियों को नए पर्यावरणीय और CO2 उत्सर्जन नियमों को पूरा करने की चुनौती का सामना करना पड़ रहा है।"

रोसलिंग ने आगे कहा, “निर्माण उद्योग के लिए संरचनात्मक घटक बनाने हेतु विभिन्न प्रकार के कपड़ों और नॉनवॉवन में हमारे निरंतर रेशों के उपयोग में भी बढ़ती रुचि देखी जा रही है। हम जैव-आधारित लेकिन गैर-जैव-अपघटनीय पीए या पीपी तथा अक्रिय थर्मोसेट सामग्रियों के साथ हमारे जैव-अपघटनीय रेशों के उपयोग में भी रुचि देख रहे हैं।”

वर्तमान में, X4/5 फाइबरग्लास, E-ग्लास से अधिक महंगा है, लेकिन उत्पादन मात्रा भी अपेक्षाकृत कम है। ABM कंपोजिट बढ़ती मांग के साथ-साथ इसके अनुप्रयोगों का विस्तार करने और उत्पादन को बढ़ाकर 20,000 टन प्रति वर्ष तक पहुंचाने के लिए कई अवसरों की तलाश कर रहा है, जिससे लागत कम करने में भी मदद मिल सकती है। फिर भी, रोसलिंग का कहना है कि कई मामलों में स्थिरता और नए नियामक आवश्यकताओं को पूरा करने से जुड़ी लागतों पर पूरी तरह से विचार नहीं किया गया है। इस बीच, पृथ्वी को बचाने की आवश्यकता बढ़ती जा रही है। वे बताते हैं, "समाज पहले से ही जैव-आधारित उत्पादों को बढ़ावा दे रहा है। पुनर्चक्रण प्रौद्योगिकियों को आगे बढ़ाने के लिए कई प्रोत्साहन मौजूद हैं, दुनिया को इस दिशा में तेजी से आगे बढ़ने की जरूरत है और मुझे लगता है कि भविष्य में समाज जैव-आधारित उत्पादों को और अधिक बढ़ावा देगा।"

एलसीए और सस्टेनेबिलिटी एडवांटेज

रोसलिंग का कहना है कि एबीएम कंपोजिट की सामग्रियां प्रति किलोग्राम ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन और गैर-नवीकरणीय ऊर्जा के उपयोग को 50-60 प्रतिशत तक कम करती हैं। “हम अपने उत्पादों के लिए पर्यावरण पदचिह्न डेटाबेस 2.0, मान्यता प्राप्त गाबी डेटासेट और आईएसओ 14040 और आईएसओ 14044 में उल्लिखित पद्धति के आधार पर एलसीए (जीवन चक्र विश्लेषण) गणनाओं का उपयोग करते हैं।”

“वर्तमान में, जब कंपोजिट अपने जीवन चक्र के अंत तक पहुँच जाते हैं, तो कंपोजिट कचरे और EOL उत्पादों को जलाने या पायरोलाइज करने के लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है, और श्रेडिंग और कंपोस्टिंग एक आकर्षक विकल्प है, और यह निश्चित रूप से हमारे द्वारा पेश किए जाने वाले प्रमुख मूल्य प्रस्तावों में से एक है, और हम एक नए प्रकार की पुनर्चक्रण क्षमता प्रदान कर रहे हैं।” रोसलिंग कहते हैं, “हमारा फाइबरग्लास प्राकृतिक खनिज घटकों से बना है जो पहले से ही मिट्टी में मौजूद हैं। तो EOL कंपोजिट घटकों को कंपोस्ट क्यों न किया जाए, या गैर-अपघटनीय कंपोजिट से फाइबर को जलाने के बाद घोलकर उर्वरक के रूप में क्यों न इस्तेमाल किया जाए? यह एक ऐसा पुनर्चक्रण विकल्प है जिसमें वैश्विक स्तर पर वास्तव में रुचि है।”

शंघाई ओरिसेन न्यू मटेरियल टेक्नोलॉजी कंपनी लिमिटेड
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