Mi lenne, ha az üvegszállal erősített polimer (GFRP) kompozitokat a hasznos élettartamuk végén komposztálni lehetne, amellett, hogy évtizedek óta bizonyított előnyökkel járnak a súlycsökkentés, a szilárdság és a merevség, a korrózióállóság és a tartósság terén? Dióhéjban ez az ABM Composite technológiájának vonzereje.
Bioaktív üveg, nagy szilárdságú szálak
A 2014-ben alapított Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Finnország) kifejlesztett egy biológiailag lebomló üvegszálat, amely úgynevezett bioaktív üvegből készül. Ari Rosling, az ABM Composite kutatás-fejlesztési igazgatója szerint ez egy „az 1960-as években kifejlesztett speciális készítmény, amely lehetővé teszi az üveg fiziológiás körülmények között történő lebomlását. A szervezetbe jutva az üveg ásványi sóira bomlik, nátriumot, magnéziumot, foszfátokat stb. szabadítva fel, ezáltal olyan állapotot teremtve, amely serkenti a csontnövekedést.”
„Hasonló tulajdonságokkal rendelkezik, mintlúgmentes üvegszál (E-üveg)„Ezt a bioaktív üveget azonban nehéz gyártani és szálakká húzni, és eddig csak por vagy gitt formájában használták. Tudomásunk szerint az ABM Composite volt az első vállalat, amely ipari méretekben nagy szilárdságú üvegszálakat állított elő belőle, és most ezeket az ArcBiox X4/5 üvegszálakat használjuk különféle műanyagok, köztük biológiailag lebomló polimerek megerősítésére” – mondta Rosling.
Orvosi implantátumok
A finnországi Helsinkitől két órányira északra fekvő Tampere régió az 1980-as évek óta a bioalapú, biológiailag lebomló polimerek központja orvosi alkalmazásokhoz. Rosling így ír: „Az egyik első kereskedelmi forgalomban kapható, ezekből az anyagokból készült implantátumot Tampere-ban gyártották, és így indult el az ABM Composite!, amely ma az orvosi üzletágunk.”
„Számos biológiailag lebomló, biofelszívódó polimer létezik implantátumokhoz” – folytatja –, „de mechanikai tulajdonságaik messze vannak a természetes csontétól. Sikerült ezeket a biológiailag lebomló polimereket úgy javítanunk, hogy az implantátum ugyanolyan szilárdságú legyen, mint a természetes csont.” Rosling megjegyezte, hogy az orvosi minőségű ArcBiox üvegszálak ABM hozzáadásával 200%-500%-kal javíthatják a biológiailag lebomló PLLA polimerek mechanikai tulajdonságait.
Ennek eredményeként az ABM Composite implantátumai nagyobb teljesítményt nyújtanak, mint az erősítetlen polimerekből készült implantátumok, miközben biofelszívódnak és elősegítik a csontképződést és -növekedést. Az ABM Composite automatizált szál-/szálelhelyezési technikákat is alkalmaz az optimális szálorientáció biztosítása érdekében, beleértve a szálak fektetését az implantátum teljes hosszában, valamint további szálak elhelyezését a potenciálisan gyenge pontokon.
Háztartási és műszaki alkalmazások
Az ABM Composite növekvő orvosi üzletágával felismeri, hogy a bioalapú és biológiailag lebomló polimerek konyhai eszközökhöz, evőeszközökhöz és egyéb háztartási cikkekhez is felhasználhatók. „Ezek a biológiailag lebomló polimerek jellemzően gyengébb mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek a kőolaj alapú műanyagokhoz képest.” Rosling elmondta: „De biológiailag lebomló üvegszálainkkal megerősíthetjük ezeket az anyagokat, így gyakorlatilag jó alternatívát jelentenek a fosszilis alapú kereskedelmi műanyagokkal szemben a műszaki alkalmazások széles körében.”
Ennek eredményeként az ABM Composite kibővítette műszaki üzletágát, amely jelenleg 60 embert foglalkoztat. „Fenntarthatóbb, életciklus végi (EOL) megoldásokat kínálunk.” Rosling szerint: „Értékajánlatunk az, hogy ezeket a biológiailag lebomló kompozitokat ipari komposztálási műveletekbe helyezzük, ahol talajjá alakulnak.” A hagyományos E-üveg inert, és nem bomlik le ezekben a komposztáló létesítményekben.
ArcBiox szálas kompozitok
Az ABM Composite az ArcBiox X4/5 üvegszálak különféle formáit fejlesztette ki kompozit alkalmazásokhoz, a következőktől:rövidre vágott szálakés fröccsöntő vegyületekfolytonos szálakolyan folyamatokhoz, mint a textil- és pultrúziós öntés. Az ArcBiox BSGF termékcsalád biológiailag lebomló üvegszálakat ötvöz bioalapú poliészter gyantákkal, és általános technológiai minőségekben, valamint élelmiszerrel érintkező alkalmazásokhoz jóváhagyott ArcBiox 5 minőségekben kapható.
Az ABM Composite számos biológiailag lebomló és bioalapú polimert is vizsgált, beleértve a politejsavat (PLA), a PLLA-t és a polibutilén-szukcinátot (PBS). Az alábbi ábra bemutatja, hogyan javíthatják az X4/5 üvegszálak a teljesítményüket, hogy versenyképesek legyenek a hagyományos üvegszállal erősített polimerekkel, például a polipropilénnel (PP) és akár a poliamid 6-tal (PA6).
Az ABM Composite számos biológiailag lebomló és bioalapú polimert is vizsgált, beleértve a politejsavat (PLA), a PLLA-t és a polibutilén-szukcinátot (PBS). Az alábbi ábra bemutatja, hogyan javíthatják az X4/5 üvegszálak a teljesítményüket, hogy versenyképesek legyenek a hagyományos üvegszállal erősített polimerekkel, például a polipropilénnel (PP) és akár a poliamid 6-tal (PA6).
Tartósság és komposztálhatóság
Ha ezek a kompozitok biológiailag lebomlóak, meddig fognak kitartani? „Az X4/5 üvegszálaink nem oldódnak fel öt perc vagy egy éjszaka alatt, mint a cukor, és bár tulajdonságaik idővel romlanak, ez nem lesz annyira észrevehető.” – mondja Rosling. „Ahhoz, hogy hatékonyan lebomoljunk, magas hőmérsékletre és páratartalomra van szükségünk hosszú ideig, ahogyan azt in vivo vagy ipari komposzthalmokban is megfigyelték. Például teszteltünk ArcBiox BSGF anyagunkból készült poharakat és tálakat, és ezek akár 200 mosogatási ciklust is kibírtak anélkül, hogy elveszítették volna funkcionalitásukat. A mechanikai tulajdonságok némileg romlanak, de nem olyan mértékben, hogy a poharak használata ne legyen biztonságos.”
Fontos azonban, hogy amikor ezeket a kompozitokat hasznos élettartamuk végén ártalmatlanítják, megfeleljenek a komposztáláshoz szükséges szabványkövetelményeknek, és az ABM Composite egy sor tesztet végzett annak igazolására, hogy megfelel ezeknek a szabványoknak. „Az ISO szabványok (ipari komposztálásra) szerint a biológiai lebomlásnak 6 hónapon belül, a bomlásnak pedig 3 hónapon/90 napon belül kell bekövetkeznie”. Rosling szerint: „A lebomlás azt jelenti, hogy a tesztmintát/terméket biomasszába vagy komposztba helyezik. 90 nap elteltével a technikus szita segítségével megvizsgálja a biomasszát. 12 hét elteltével a termék legalább 90 százalékának át kell tudnia jutnia egy 2 mm × 2 mm-es szitán.”
A biodegradációt úgy határozzák meg, hogy a nyersanyagot porrá őrlik, és megmérik a 90 nap elteltével felszabaduló CO2 teljes mennyiségét. Ez azt méri, hogy a komposztálási folyamat széntartalmának mennyi része alakul át vízzé, biomasszává és CO2-vé. „Az ipari komposztálási teszt sikeres teljesítéséhez a komposztálási folyamatból származó elméleti 100%-os CO2 90%-át kell elérni (a széntartalom alapján).”
Rosling szerint az ABM Composite megfelelt a bomlási és biológiai lebomlási követelményeknek, és a tesztek kimutatták, hogy az X4 üvegszál hozzáadása valójában javítja a biológiai lebonthatóságot (lásd a fenti táblázatot), amely például egy erősítetlen PLA keverék esetében mindössze 78%. Elmagyarázza: „Amikor azonban 30%-ban biológiailag lebomló üvegszálainkat adtuk hozzá, a biológiai lebomlás 94%-ra nőtt, miközben a lebomlási arányok jók maradtak”.
Ennek eredményeként az ABM Composite bizonyította, hogy anyagai komposztálhatónak minősíthetők az EN 13432 szabvány szerint. Az anyagai által eddig elvégzett vizsgálatok közé tartozik az ISO 14855-1 szabvány az anyagok végső aerob biológiai lebonthatóságára vonatkozóan kontrollált komposztálási körülmények között, az ISO 16929 szabvány az aerob, kontrollált bomlásra vonatkozóan, az ISO DIN EN 13432 szabvány a kémiai követelményekre vonatkozóan, valamint az OECD 208 szabvány a fitotoxicitási vizsgálatokra vonatkozóan, az ISO DIN EN 13432 szabvány.
Komposztálás során felszabaduló CO2
Komposztálás során valóban szabadul fel CO2, de egy része a talajban marad, amelyet aztán a növények hasznosítanak. A komposztálást évtizedek óta tanulmányozzák, mind ipari eljárásként, mind pedig olyan komposztálás utáni eljárásként, amely kevesebb CO2-t bocsát ki, mint más hulladékkezelési alternatívák, és a komposztálást továbbra is környezetbarát és szénlábnyom-csökkentő eljárásnak tekintik.
Az ökotoxicitási vizsgálat során a komposztálási folyamat során keletkező biomasszát és a belőle termesztett növényeket tesztelik. „Ez azért van, hogy megbizonyosodjunk arról, hogy ezen termékek komposztálása nem károsítja a növekvő növényeket” – mondta Rosling. Ezenkívül az ABM Composite bizonyította, hogy anyagai megfelelnek a biológiai lebomlási követelményeknek otthoni komposztálási körülmények között, amelyek szintén 90%-os biológiai lebomlást írnak elő, de 12 hónapos időszak alatt, szemben az ipari komposztálás rövidebb időszakával.
Ipari alkalmazások, termelés, költségek és jövőbeli növekedés
Az ABM Composite anyagait számos kereskedelmi alkalmazásban használják, de a titoktartási megállapodások miatt többet nem árulhatunk el. „Anyagainkat olyan alkalmazásokhoz rendeljük, mint a csészék, csészealjak, tányérok, evőeszközök és élelmiszertároló edények” – mondja Rosling –, „de kozmetikai tartályokban és nagyméretű háztartási cikkekben is használják őket a kőolaj alapú műanyagok alternatívájaként. Újabban anyagainkat nagy ipari gépek alkatrészeinek gyártásához választották ki, amelyeket 2-12 hetente cserélni kell. Ezek a vállalatok felismerték, hogy az X4 üvegszálas erősítésünk használatával ezek a mechanikus alkatrészek a szükséges kopásállósággal gyárthatók, és használat után komposztálhatók is. Ez vonzó megoldás a közeljövőre nézve, mivel ezek a vállalatok az új környezetvédelmi és CO2-kibocsátási előírások betartásának kihívásaival néznek szembe.”
Rosling hozzátette: „Egyre nagyobb az érdeklődés a folytonos szálaink felhasználása iránt különböző típusú szövetekben és nem szőtt textíliákban, amelyekből szerkezeti elemeket lehet készíteni az építőipar számára. Emellett érdeklődést tapasztalunk biológiailag lebomló szálaink bioalapú, de nem lebomló PA-val vagy PP-vel, valamint inert hőre keményedő anyagokkal való felhasználása iránt is.”
Jelenleg az X4/5 üvegszál drágább, mint az E-üveg, de a termelési volumenek is viszonylag kicsik, és az ABM Composite számos lehetőséget keres az alkalmazások bővítésére és a növekvő kereslettel járó 20 000 tonnára/évre való felfutás elősegítésére, ami szintén segíthet a költségek csökkentésében. Rosling ennek ellenére azt mondja, hogy sok esetben a fenntarthatósággal és az új szabályozási követelményekkel járó költségeket nem vették figyelembe teljes mértékben. Eközben egyre sürgetőbb a bolygó megmentése. „A társadalom már most is a bioalapú termékek iránti igényt szorgalmazza.” Hozzáteszi: „Számos ösztönző van az újrahasznosítási technológiák előmozdítására, a világnak gyorsabban kell haladnia ezen a téren, és azt hiszem, a társadalom a jövőben csak fokozni fogja a bioalapú termékek iránti törekvését”.
LCA és fenntarthatósági előny
Rosling szerint az ABM Composite anyagai kilogrammonként 50-60 százalékkal csökkentik az üvegházhatású gázok kibocsátását és a nem megújuló energia felhasználását. „Termékeinkhez az ISO 14040 és ISO 14044 szabványban ismertetett módszertan alapján a Környezeti Lábnyom Adatbázis 2.0-t, az akkreditált GaBi adatkészletet és az LCA (életciklus-elemzés) számításokat használjuk.”
„Jelenleg, amikor a kompozitok elérik életciklusuk végét, sok energiára van szükség a kompozit hulladék és az életciklusuk végére kerülő termékek elégetéséhez vagy pirolíziséhez, az aprítás és a komposztálás pedig vonzó lehetőség, és mindenképpen az egyik legfontosabb értékajánlatunk, amelyet kínálunk, valamint egy új típusú újrahasznosíthatóságot biztosítunk.” Rosling szerint: „Üvegszálunk természetes ásványi összetevőkből készül, amelyek már jelen vannak a talajban. Akkor miért ne komposztálnánk az életciklus végére kerülő kompozit alkatrészeket, vagy miért ne oldanánk fel a nem lebomló kompozitok szálait az égetés után, és használnánk fel őket műtrágyaként? Ez egy valóban globális érdeklődésre számot tartó újrahasznosítási lehetőség.”
Shanghai Orisen Új Anyagtechnológiai Kft.
M: +86 18683776368 (WhatsApp-on is)
Tel.: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Cím: NO.398 New Green Road, Xinbang város, Songjiang kerület, Sanghaj
Közzététel ideje: 2024. május 27.