Što ako bi se kompoziti od polimera ojačanih staklenim vlaknima (GFRP) mogli kompostirati na kraju svog vijeka trajanja, uz desetljeća dokazanih prednosti smanjenja težine, čvrstoće i krutosti, otpornosti na koroziju i trajnosti? To je, ukratko, privlačnost tehnologije tvrtke ABM Composite.
Bioaktivno staklo, vlakna visoke čvrstoće
Osnovana 2014. godine, tvrtka Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Finska) razvila je biorazgradiva staklena vlakna izrađena od takozvanog bioaktivnog stakla, koje Ari Rosling, direktor istraživanja i razvoja u ABM Compositeu, opisuje kao „posebnu formulaciju razvijenu 1960-ih koja omogućuje razgradnju stakla u fiziološkim uvjetima. Kada se unese u tijelo, staklo se razgrađuje na svoje sastavne mineralne soli, oslobađajući natrij, magnezij, fosfate itd., stvarajući tako stanje koje stimulira rast kostiju.“
„Ima slična svojstva kaostaklena vlakna bez alkalija (E-staklo)„…“, rekao je Rosling, „Ali ovo bioaktivno staklo teško je proizvesti i oblikovati u vlakna, a do sada se koristilo samo kao prah ili kit. Koliko znamo, ABM Composite bila je prva tvrtka koja je od njega proizvela visokočvrsta staklena vlakna u industrijskim razmjerima, a sada koristimo ova ArcBiox X4/5 staklena vlakna za ojačavanje raznih vrsta plastike, uključujući biorazgradive polimere.“
Medicinski implantati
Regija Tampere, dva sata sjeverno od Helsinkija u Finskoj, središte je biorazgradivih polimera na biološkoj bazi za medicinsku primjenu od 1980-ih. Rosling opisuje: „Jedan od prvih komercijalno dostupnih implantata izrađenih od ovih materijala proizveden je u Tampereu i tako je započeo ABM Composite!, koji je sada naša medicinska poslovna jedinica“.
„Postoji mnogo biorazgradivih, bioapsorbirajućih polimera za implantate.“ Nastavlja, „ali njihova mehanička svojstva su daleko od prirodnih kostiju. Uspjeli smo poboljšati ove biorazgradive polimere kako bismo implantatu dali istu čvrstoću kao i prirodnoj kosti.“ Rosling je napomenuo da medicinska ArcBiox staklena vlakna s dodatkom ABM-a mogu poboljšati mehanička svojstva biorazgradivih PLLA polimera za 200% do 500%.
Kao rezultat toga, implantati tvrtke ABM Composite nude veće performanse od implantata izrađenih od neojačanih polimera, a istovremeno su bioapsorbirajući i potiču stvaranje i rast kosti. ABM Composite također koristi automatizirane tehnike postavljanja vlakana/pramenova kako bi se osigurala optimalna orijentacija vlakana, uključujući polaganje vlakana duž cijele duljine implantata, kao i postavljanje dodatnih vlakana na potencijalno slaba mjesta.
Kućanske i tehničke primjene
S rastućom medicinskom poslovnom jedinicom, ABM Composite prepoznaje da se biorazgradivi polimeri i polimeri na biološkoj bazi mogu koristiti i za kuhinjsko posuđe, pribor za jelo i druge kućanske predmete. „Ovi biorazgradivi polimeri obično imaju lošija mehanička svojstva u usporedbi s plastikom na bazi nafte.“ Rosling je rekao: „Ali te materijale možemo ojačati našim biorazgradivim staklenim vlaknima, što ih čini praktički dobrom alternativom komercijalnoj plastici na bazi fosilnih goriva za širok raspon tehničkih primjena.“
Kao rezultat toga, ABM Composite je povećao svoju tehničku poslovnu jedinicu, koja sada zapošljava 60 ljudi. „Nudimo održivija rješenja za kraj životnog vijeka (EOL).“ Rosling kaže: „Naš je vrijednosni prijedlog staviti ove biorazgradive kompozite u industrijske pogone kompostiranja gdje se pretvaraju u tlo.“ Tradicionalno E-staklo je inertno i neće se razgraditi u ovim kompostanima.
ArcBiox vlaknasti kompoziti
ABM Composite je razvio različite oblike staklenih vlakana ArcBiox X4/5 za kompozitne primjene, odkratko odrezana vlaknai spojeve za injekcijsko prešanjekontinuirana vlaknaza procese poput tekstila i pultruzijskog oblikovanja. ArcBiox BSGF asortiman kombinira biorazgradiva staklena vlakna s biobaziranim poliesterskim smolama i dostupan je u općim tehnološkim vrstama i ArcBiox 5 vrstama odobrenim za upotrebu u primjenama u kontaktu s hranom.
ABM Composite je također istraživao niz biorazgradivih i biobaziranih polimera, uključujući polilaktičnu kiselinu (PLA), PLLA i polibutilen sukcinat (PBS). Dijagram u nastavku prikazuje kako staklena vlakna X4/5 mogu poboljšati performanse kako bi se natjecala sa standardnim polimerima ojačanim staklenim vlaknima kao što su polipropilen (PP), pa čak i poliamid 6 (PA6).
ABM Composite je također istraživao niz biorazgradivih i biobaziranih polimera, uključujući polilaktičnu kiselinu (PLA), PLLA i polibutilen sukcinat (PBS). Dijagram u nastavku prikazuje kako staklena vlakna X4/5 mogu poboljšati performanse kako bi se natjecala sa standardnim polimerima ojačanim staklenim vlaknima kao što su polipropilen (PP), pa čak i poliamid 6 (PA6).
Trajnost i kompostabilnost
Ako su ovi kompoziti biorazgradivi, koliko će dugo trajati? „Naša X4/5 staklena vlakna se ne otapaju u pet minuta ili preko noći kao šećer, i iako će se njihova svojstva s vremenom degradirati, to neće biti toliko primjetno.“ Rosling kaže: „Za učinkovitu degradaciju potrebne su nam povišene temperature i vlažnost tijekom duljih vremenskih razdoblja, kao što je utvrđeno in vivo ili u industrijskim kompostnim hrpama. Na primjer, testirali smo šalice i zdjele izrađene od našeg ArcBiox BSGF materijala i one su mogle izdržati do 200 ciklusa pranja posuđa bez gubitka funkcionalnosti. Dolazi do određene degradacije mehaničkih svojstava, ali ne do te mjere da šalice nisu sigurne za upotrebu.“
Međutim, važno je da kada se ovi kompoziti odlože na kraju svog vijeka trajanja, oni ispunjavaju standardne zahtjeve potrebne za kompostiranje, a ABM Composite proveo je niz testova kako bi dokazao da ispunjava te standarde. „Prema ISO standardima (za industrijsko kompostiranje), biorazgradnja bi se trebala dogoditi unutar 6 mjeseci, a razgradnja unutar 3 mjeseca/90 dana“. Rosling kaže: „Razgradnja znači stavljanje testnog uzorka/proizvoda u biomasu ili kompost. Nakon 90 dana, tehničar pregledava biomasu pomoću sita. Nakon 12 tjedana, najmanje 90 posto proizvoda trebalo bi moći proći kroz sito od 2 mm × 2 mm“.
Biorazgradnja se određuje mljevenjem čistog materijala u prah i mjerenjem ukupne količine oslobođenog CO2 nakon 90 dana. Time se procjenjuje koliko se ugljika iz procesa kompostiranja pretvara u vodu, biomasu i CO2. „Da bi se prošao test industrijskog kompostiranja, mora se postići 90 posto teorijskih 100 posto CO2 iz procesa kompostiranja (na temelju sadržaja ugljika)“.
Rosling kaže da je ABM Composite ispunio zahtjeve razgradnje i biorazgradnje, a testovi su pokazali da dodatak njegovih X4 staklenih vlakana zapravo poboljšava biorazgradljivost (vidi tablicu gore), koja je, na primjer, samo 78% za neojačanu PLA mješavinu. Objašnjava: „Međutim, kada smo dodali naša 30% biorazgradivih staklenih vlakana, biorazgradnja se povećala na 94%, dok su stope razgradnje ostale dobre“.
Kao rezultat toga, ABM Composite je pokazao da se njegovi materijali mogu certificirati kao kompostabilni prema normi EN 13432. Testovi koje su njihovi materijali do danas prošli uključuju ISO 14855-1 za konačnu aerobnu biorazgradivost materijala u kontroliranim uvjetima kompostiranja, ISO 16929 za aerobnu kontroliranu razgradnju, ISO DIN EN 13432 za kemijske zahtjeve i OECD 208 za ispitivanje fitotoksičnosti, ISO DIN EN 13432.
CO2 koji se oslobađa tijekom kompostiranja
Tijekom kompostiranja, CO2 se doista oslobađa, ali dio ostaje u tlu i biljke ga zatim koriste. Kompostiranje se proučava desetljećima, i kao industrijski proces i kao postkompostni proces koji oslobađa manje CO2 od drugih alternativa odlaganja otpada, a kompostiranje se i dalje smatra ekološki prihvatljivim procesom koji smanjuje ugljični otisak.
Ekotoksičnost uključuje testiranje biomase proizvedene tijekom procesa kompostiranja i biljaka uzgojenih s tom biomasom. „To je kako bismo bili sigurni da kompostiranje ovih proizvoda ne šteti biljkama u rastu“, rekao je Rosling. Osim toga, ABM Composite je pokazao da njegovi materijali ispunjavaju zahtjeve biorazgradnje u kućnim uvjetima kompostiranja, koji također zahtijevaju 90% biorazgradnje, ali tijekom razdoblja od 12 mjeseci, u usporedbi s kraćim razdobljem za industrijsko kompostiranje.
Industrijska primjena, proizvodnja, troškovi i budući rast
Materijali tvrtke ABM Composite koriste se u brojnim komercijalnim primjenama, ali više se ne može otkriti zbog ugovora o povjerljivosti. „Naručujemo naše materijale kako bismo ih prilagodili primjenama kao što su šalice, tanjurići, tanjuri, pribor za jelo i posude za čuvanje hrane“, kaže Rosling, „ali se također koriste kao alternativa plastici na bazi nafte u kozmetičkim posudama i velikim kućanskim predmetima. Nedavno su naši materijali odabrani za upotrebu u proizvodnji komponenti u velikim industrijskim strojevima koje je potrebno mijenjati svaka 2-12 tjedana. Te su tvrtke prepoznale da se korištenjem našeg ojačanja od staklenih vlakana X4 ovi mehanički dijelovi mogu izraditi s potrebnom otpornošću na habanje, a također su i kompostabilni nakon upotrebe. Ovo je atraktivno rješenje za blisku budućnost jer se te tvrtke suočavaju s izazovom ispunjavanja novih propisa o zaštiti okoliša i emisiji CO2“.
Rosling je dodao: „Također postoji sve veći interes za korištenje naših kontinuiranih vlakana u različitim vrstama tkanina i netkanih materijala za izradu strukturnih komponenti za građevinsku industriju. Također vidimo interes za korištenje naših biorazgradivih vlakana s biobaziranim, ali nebiorazgradivim PA ili PP i inertnim termoreaktivnim materijalima.“
Trenutno je stakloplastika X4/5 skuplja od E-stakla, ali su i količine proizvodnje relativno male, a ABM Composite traži niz mogućnosti za proširenje primjene i olakšavanje povećanja na 20 000 tona godišnje kako potražnja raste, što bi također moglo pomoći u smanjenju troškova. Unatoč tome, Rosling kaže da u mnogim slučajevima troškovi povezani s ispunjavanjem održivosti i novih regulatornih zahtjeva nisu u potpunosti uzeti u obzir. U međuvremenu, hitnost spašavanja planeta raste. „Društvo već potiče više bioproizvoda.“ Objašnjava: „Postoji mnogo poticaja za poticanje tehnologija recikliranja, svijet se mora brže kretati po tom pitanju i mislim da će društvo u budućnosti samo povećati svoj pritisak za bioproizvode“.
LCA i prednost održivosti
Rosling kaže da materijali tvrtke ABM Composite smanjuju emisije stakleničkih plinova i korištenje neobnovljive energije za 50-60 posto po kilogramu. „Za naše proizvode koristimo Database of Environmental Footprint Database 2.0, akreditirani skup podataka GaBi i izračune LCA (Life Cycle Analysis) na temelju metodologije opisane u normama ISO 14040 i ISO 14044“.
„Trenutno, kada kompoziti dosegnu kraj svog životnog ciklusa, potrebno je mnogo energije za spaljivanje ili pirolizu kompozitnog otpada i EOL proizvoda, a usitnjavanje i kompostiranje atraktivna su opcija i definitivno jedna od ključnih vrijednosnih ponuda koje nudimo, a pružamo i novu vrstu recikliranja.“ Rosling kaže: „Naša stakloplastika izrađena je od prirodnih mineralnih komponenti koje su već prisutne u tlu. Pa zašto ne kompostirati EOL kompozitne komponente ili otopiti vlakna iz nerazgradivih kompozita nakon spaljivanja i koristiti ih kao gnojivo? Ovo je opcija recikliranja od stvarnog globalnog interesa.“
Šangaj Orisen New Material Technology Co., Ltd.
M: +86 18683776368 (također WhatsApp)
Tel: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adresa: BR. 398 New Green Road, grad Xinbang, okrug Songjiang, Šangaj
Vrijeme objave: 27. svibnja 2024.