Կենսա-ներծծվող և քայքայվող ապակեպլաստե, կոմպոստացվող կոմպոզիտային մասեր —— Արդյունաբերական նորություններ

Ի՞նչ կլիներ, եթե ապակե մանրաթելով ամրացված պոլիմերային (GFRP) կոմպոզիտները կարողանային կոմպոստացվել իրենց օգտակար կյանքի ավարտին՝ բացի քաշի նվազեցման, ամրության և կոշտության, կոռոզիոն դիմադրության և դիմացկունության տասնամյակների ընթացքում ապացուցված առավելություններից: Ահա, համառոտ ասած, ABM Composite տեխնոլոգիայի գրավչությունը:

Կենսաակտիվ ապակի, բարձր ամրության մանրաթելեր

Հիմնադրված 2014 թվականին, Arctic Biomaterials Oy-ն (Տամպերե, Ֆինլանդիա) մշակել է այսպես կոչված կենսաակտիվ ապակուց պատրաստված կենսաքայքայվող ապակե մանրաթել, որը ABM Composite-ի հետազոտությունների և զարգացման տնօրեն Արի Ռոսլինգը նկարագրում է որպես «1960-ականներին մշակված հատուկ բանաձև, որը թույլ է տալիս ապակին քայքայվել ֆիզիոլոգիական պայմաններում: Մարմին ներմուծելիս ապակին քայքայվում է իր բաղադրիչ հանքային աղերի՝ անջատելով նատրիում, մագնեզիում, ֆոսֆատներ և այլն, այդպիսով ստեղծելով մի վիճակ, որը խթանում է ոսկրերի աճը»:

«Այն ունի նմանատիպ հատկություններ,ալկալի չպարունակող ապակե մանրաթել (E-glass)«...», - ասաց Ռոսլինգը. «Սակայն այս կենսաակտիվ ապակին դժվար է արտադրել և մանրաթելերի մեջ ներծծել, և մինչ օրս այն օգտագործվել է միայն որպես փոշի կամ մածիկ։ Ինչքան մենք գիտենք, ABM Composite-ը առաջին ընկերությունն էր, որը դրանից արդյունաբերական մասշտաբով արտադրեց բարձր ամրության ապակե մանրաթելեր, և մենք այժմ օգտագործում ենք այս ArcBiox X4/5 ապակե մանրաթելերը տարբեր տեսակի պլաստմասսաներ, այդ թվում՝ կենսաքայքայվող պոլիմերներ, ամրացնելու համար»։

Բժշկական իմպլանտներ

Ֆինլանդիայի Հելսինկի քաղաքից երկու ժամ հյուսիս գտնվող Տամպերեի շրջանը 1980-ական թվականներից ի վեր բժշկական կիրառությունների համար կենսաքայքայվող պոլիմերների կենտրոն է եղել։ Ռոսլինգը նկարագրում է. «Այս նյութերով պատրաստված առաջին առևտրային իմպլանտներից մեկը արտադրվել է Տամպերեում, և այդպես էլ ABM Composite-ը սկսեց իր գործունեությունը, որն այժմ մեր բժշկական բիզնես ստորաբաժանումն է»։

«Իմպլանտների համար կան բազմաթիվ կենսաքայքայվող, կենսաներծծվող պոլիմերներ», - շարունակում է նա, - «սակայն դրանց մեխանիկական հատկությունները շատ հեռու են բնական ոսկրից։ Մենք կարողացանք բարելավել այս կենսաքայքայվող պոլիմերները՝ իմպլանտին տալով նույն ամրությունը, ինչ բնական ոսկորը»։ Ռոսլինգը նշեց, որ բժշկական որակի ArcBiox ապակե մանրաթելերը՝ ABM-ի ավելացմամբ, կարող են 200%-ից մինչև 500%-ով բարելավել կենսաքայքայվող PLLA պոլիմերների մեխանիկական հատկությունները։

Արդյունքում, ABM Composite-ի իմպլանտները ապահովում են ավելի բարձր արդյունավետություն, քան չամրապնդված պոլիմերներից պատրաստված իմպլանտները, միաժամանակ լինելով կենսաներծծվող և խթանելով ոսկրերի ձևավորումն ու աճը: ABM Composite-ը նաև օգտագործում է մանրաթելերի/թելերի ավտոմատացված տեղադրման տեխնիկա՝ մանրաթելերի օպտիմալ կողմնորոշումն ապահովելու համար, ներառյալ մանրաթելերի տեղադրումը իմպլանտի ամբողջ երկարությամբ, ինչպես նաև լրացուցիչ մանրաթելերի տեղադրումը պոտենցիալ թույլ կետերում:

Կենցաղային և տեխնիկական կիրառություններ

Իր աճող բժշկական բիզնես ստորաբաժանմամբ՝ ABM Composite-ը գիտակցում է, որ կենսաքայքայվող և կենսաքայքայվող պոլիմերները կարող են օգտագործվել նաև խոհանոցային պարագաների, դանակ-պատառաքաղի և այլ կենցաղային իրերի համար: «Այս կենսաքայքայվող պոլիմերները սովորաբար ունեն վատ մեխանիկական հատկություններ՝ համեմատած նավթային հիմքով պլաստմասսայի հետ», - ասաց Ռոսլինգը. «Սակայն մենք կարող ենք ամրացնել այս նյութերը մեր կենսաքայքայվող ապակե մանրաթելերով, ինչը դրանք գործնականում լավ այլընտրանք է դարձնում բրածո վառելիքի վրա հիմնված առևտրային պլաստմասսայի համար՝ տեխնիկական լայն կիրառությունների համար»:

Արդյունքում, ABM Composite-ը ընդլայնել է իր տեխնիկական բիզնես ստորաբաժանումը, որն այժմ աշխատանքի է վերցնում 60 մարդու: «Մենք առաջարկում ենք ավելի կայուն կյանքի ավարտի (EOL) լուծումներ»: Ռոսլինգն ասում է. «Մեր արժեքային առաջարկն այս կենսաքայքայվող կոմպոզիտները տեղադրելն է արդյունաբերական կոմպոստացման գործողություններում, որտեղ դրանք վերածվում են հողի»: Ավանդական էլեկտրոնային ապակին իներտ է և չի քայքայվում այս կոմպոստացման կայաններում:

ArcBiox մանրաթելային կոմպոզիտներ

ABM Composite-ը մշակել է ArcBiox X4/5 ապակե մանրաթելերի տարբեր տեսակներ կոմպոզիտային կիրառությունների համար, սկսածկարճ կտրված մանրաթելերև ներարկման ձուլման միացություններանընդհատ մանրաթելերտեքստիլի և պուլտրուզիոն ձուլման նման գործընթացների համար: ArcBiox BSGF շարքը համատեղում է կենսաքայքայվող ապակե մանրաթելերը կենսահիմքով պոլիեսթերային խեժերի հետ և հասանելի է ընդհանուր տեխնոլոգիական կարգերի և ArcBiox 5 կարգերի, որոնք հաստատված են սննդի հետ շփման մեջ գտնվող կիրառություններում օգտագործելու համար:

ABM Composite-ը նաև ուսումնասիրել է կենսաքայքայվող և կենսահիմքով պոլիմերների բազմազանություն, այդ թվում՝ պոլիլակտիկ թթու (PLA), PLLA և պոլիբուտիլեն սուկցինատ (PBS): Ստորև բերված դիագրամը ցույց է տալիս, թե ինչպես կարող են X4/5 ապակե մանրաթելերը բարելավել իրենց արդյունավետությունը՝ մրցակցելով ստանդարտ ապակե մանրաթելերով ամրացված պոլիմերների, ինչպիսիք են պոլիպրոպիլենը (PP) և նույնիսկ պոլիամիդ 6-ը (PA6), հետ:

ABM Composite-ը նաև ուսումնասիրել է կենսաքայքայվող և կենսահիմքով պոլիմերների բազմազանություն, այդ թվում՝ պոլիլակտիկ թթու (PLA), PLLA և պոլիբուտիլեն սուկցինատ (PBS): Ստորև բերված դիագրամը ցույց է տալիս, թե ինչպես կարող են X4/5 ապակե մանրաթելերը բարելավել իրենց արդյունավետությունը՝ մրցակցելով ստանդարտ ապակե մանրաթելերով ամրացված պոլիմերների, ինչպիսիք են պոլիպրոպիլենը (PP) և նույնիսկ պոլիամիդ 6-ը (PA6), հետ:

Երկարակեցություն և կոմպոստացում

Եթե ​​այս կոմպոզիտները կենսաքայքայվող են, որքա՞ն ժամանակ կծառայեն։ «Մեր X4/5 ապակե մանրաթելերը չեն լուծվում հինգ րոպեում կամ մեկ գիշերվա ընթացքում, ինչպես շաքարը, և չնայած դրանց հատկությունները ժամանակի ընթացքում կվատանան, դա այդքան էլ նկատելի չի լինի»։ Ասում է Ռոսլինգը. «Արդյունավետ քայքայման համար մեզ անհրաժեշտ է բարձր ջերմաստիճան և խոնավություն երկար ժամանակահատվածում, ինչպես դա հանդիպում է in vivo կամ արդյունաբերական կոմպոստի կույտերում։ Օրինակ, մենք փորձարկեցինք մեր ArcBiox BSGF նյութից պատրաստված բաժակներն ու ամանները, և դրանք կարող էին դիմանալ մինչև 200 աման լվացման ցիկլի՝ առանց ֆունկցիոնալությունը կորցնելու։ Կա մեխանիկական հատկությունների որոշակի վատթարացում, բայց ոչ այն աստիճանի, որ բաժակները անվտանգ չլինեն օգտագործման համար»։

Այնուամենայնիվ, կարևոր է, որ երբ այս կոմպոզիտները հեռացվեն իրենց օգտակար կյանքի ավարտից հետո, դրանք համապատասխանեն կոմպոստացման համար անհրաժեշտ ստանդարտ պահանջներին, և ABM Composite-ը մի շարք փորձարկումներ է անցկացրել՝ ապացուցելու համար, որ այն համապատասխանում է այդ չափանիշներին: «ISO ստանդարտների (արդյունաբերական կոմպոստացման համար) համաձայն՝ կենսաքայքայումը պետք է տեղի ունենա 6 ամսվա ընթացքում, իսկ քայքայումը՝ 3 ամսվա/90 օրվա ընթացքում»: Ռոսլինգն ասում է. «Քայքայումը նշանակում է փորձարկվող նմուշի/արտադրանքի տեղադրումը կենսազանգվածի կամ կոմպոստի մեջ: 90 օր անց տեխնիկը զննում է կենսազանգվածը մաղի միջոցով: 12 շաբաթ անց արտադրանքի առնվազն 90 տոկոսը պետք է կարողանա անցնել 2 մմ × 2 մմ մաղի միջով»:

Կենսաքայքայումը որոշվում է՝ նախնական նյութը մանրացնելով փոշու վերածելով և 90 օր հետո արտանետված CO2-ի ընդհանուր քանակը չափելով։ Սա գնահատում է, թե կոմպոստացման գործընթացի ածխածնի պարունակությունից որքանն է վերածվում ջրի, կենսազանգվածի և CO2-ի։ «Արդյունաբերական կոմպոստացման թեստը հաջողությամբ հանձնելու համար պետք է ապահովվի կոմպոստացման գործընթացից ստացված տեսական 100 տոկոս CO2-ի 90 տոկոսը (ածխածնի պարունակության հիման վրա)»։

Ռոսլինգը նշում է, որ ABM Composite-ը բավարարել է քայքայման և կենսաքայքայման պահանջները, և փորձարկումները ցույց են տվել, որ դրա X4 ապակե մանրաթելի ավելացումը իրականում բարելավում է կենսաքայքայման ունակությունը (տե՛ս վերևում գտնվող աղյուսակը), որը, օրինակ, չամրապնդված PLA խառնուրդի համար կազմում է ընդամենը 78%: Նա բացատրում է. «Այնուամենայնիվ, երբ մեր 30% կենսաքայքայվող ապակե մանրաթելերը ավելացվեցին, կենսաքայքայման ցուցանիշը աճեց մինչև 94%, մինչդեռ քայքայման մակարդակը մնաց լավ»:

Արդյունքում, ABM Composite-ը ցույց է տվել, որ իր նյութերը կարող են հավաստագրվել որպես կոմպոստացվող՝ համաձայն EN 13432 ստանդարտի: Մինչ օրս դրա նյութերի կողմից հաջողությամբ հանձնված փորձարկումների թվում են ISO 14855-1-ը՝ վերահսկվող կոմպոստացման պայմաններում նյութերի վերջնական աէրոբ կենսաքայքայման համար, ISO 16929-ը՝ աէրոբ վերահսկվող քայքայման համար, ISO DIN EN 13432-ը՝ քիմիական պահանջների համար, և OECD 208-ը՝ ֆիտոթունավորության փորձարկման համար, ISO DIN EN 13432-ը:

Կոմպոստացման ընթացքում արտանետվող CO2

Կոմպոստացման ընթացքում CO2-ը իսկապես արտանետվում է, բայց մի մասը մնում է հողում և այնուհետև օգտագործվում է բույսերի կողմից: Կոմպոստացումը տասնամյակներ շարունակ ուսումնասիրվել է թե՛ որպես արդյունաբերական գործընթաց, թե՛ որպես կոմպոստացումից հետո իրականացվող գործընթաց, որն արտանետում է ավելի քիչ CO2, քան թափոնների հեռացման այլընտրանքները, և կոմպոստացումը դեռևս համարվում է էկոլոգիապես մաքուր և ածխածնային հետքը նվազեցնող գործընթաց:

Էկոտոքսիկությունը ներառում է կոմպոստացման գործընթացում արտադրված կենսազանգվածի և այդ կենսազանգվածով աճեցված բույսերի փորձարկումը: «Սա արվում է համոզվելու համար, որ այս արտադրանքի կոմպոստացումը չի վնասում աճող բույսերին», - ասաց Ռոսլինգը: Բացի այդ, ABM Composite-ը ցույց է տվել, որ իր նյութերը համապատասխանում են կենսաքայքայման պահանջներին տնային կոմպոստացման պայմաններում, որոնք նույնպես պահանջում են 90% կենսաքայքայում, բայց 12 ամսվա ընթացքում, ի տարբերություն արդյունաբերական կոմպոստացման ավելի կարճ ժամանակահատվածի:

Արդյունաբերական կիրառություններ, արտադրություն, ծախսեր և ապագա աճ

ABM Composite-ի նյութերը օգտագործվում են մի շարք առևտրային կիրառություններում, սակայն ավելին չի կարող բացահայտվել գաղտնիության պայմանագրերի պատճառով: «Մենք պատվիրում ենք մեր նյութերը՝ համապատասխանեցնելով այնպիսի կիրառությունների, ինչպիսիք են բաժակները, ափսեները, դանակ-պատառաքաղը և սննդի պահպանման տարաները», - ասում է Ռոսլինգը, - «բայց դրանք նաև օգտագործվում են որպես նավթային հիմքով պլաստիկի այլընտրանք կոսմետիկ տարաներում և խոշոր կենցաղային իրերում: Վերջերս մեր նյութերն ընտրվել են խոշոր արդյունաբերական մեքենաների կայանքների բաղադրիչների արտադրության համար, որոնք պետք է փոխարինվեն յուրաքանչյուր 2-12 շաբաթը մեկ: Այս ընկերությունները հասկացել են, որ մեր X4 ապակե մանրաթելային ամրացումն օգտագործելով՝ այս մեխանիկական մասերը կարող են պատրաստվել անհրաժեշտ մաշվածության դիմադրությամբ և նաև կոմպոստացվել օգտագործելուց հետո: Սա գրավիչ լուծում է մոտ ապագայի համար, քանի որ այս ընկերությունները բախվում են շրջակա միջավայրի և CO2 արտանետումների նոր կանոնակարգերին համապատասխանելու մարտահրավերին»:

Ռոսլինգը հավելեց. «Աճում է նաև մեր անընդհատ մանրաթելերը տարբեր տեսակի գործվածքներում և ոչ հյուսված նյութերում օգտագործելու հետաքրքրությունը՝ շինարարական արդյունաբերության համար կառուցվածքային բաղադրիչներ պատրաստելու համար: Մենք նաև հետաքրքրություն ենք տեսնում մեր կենսաքայքայվող մանրաթելերը կենսահիմքով, բայց ոչ կենսաքայքայվող PA կամ PP-ի և իներտ ջերմակայուն նյութերի հետ օգտագործելու հարցում»:

Ներկայումս X4/5 ապակեթելն ավելի թանկ է, քան E-ապակեթելը, սակայն արտադրության ծավալները նույնպես համեմատաբար փոքր են, և ABM Composite-ը մի շարք հնարավորություններ է փնտրում կիրառությունները ընդլայնելու և պահանջարկի աճին զուգընթաց տարեկան մինչև 20,000 տոննա ավելացնելու համար, ինչը նույնպես կարող է օգնել կրճատել ծախսերը: Այնուամենայնիվ, Ռոսլինգն ասում է, որ շատ դեպքերում կայունության և նոր կարգավորիչ պահանջների բավարարման հետ կապված ծախսերը լիովին չեն հաշվի առնվել: Միևնույն ժամանակ, մոլորակը փրկելու հրատապությունը մեծանում է: «Հասարակությունն արդեն իսկ առաջ է մղում ավելի շատ կենսահիմքով արտադրանք»: Նա բացատրում է. «Կան բազմաթիվ խթաններ վերամշակման տեխնոլոգիաները առաջ մղելու համար, աշխարհը պետք է ավելի արագ շարժվի այս հարցում, և ես կարծում եմ, որ հասարակությունը ապագայում միայն կմեծացնի կենսահիմքով արտադրանքի նկատմամբ իր ճնշումը»:

LCA և կայունության առավելություն

Ռոսլինգը նշում է, որ ABM Composite-ի նյութերը մեկ կիլոգրամի համար 50-60 տոկոսով կրճատում են ջերմոցային գազերի արտանետումները և չվերականգնվող էներգիայի օգտագործումը։ «Մենք մեր արտադրանքի համար օգտագործում ենք Environmental Footprint Database 2.0-ը, հավատարմագրված GaBi տվյալների բազան և LCA (Life Cycle Analysis) հաշվարկները՝ հիմնվելով ISO 14040 և ISO 14044 ստանդարտներում նշված մեթոդաբանության վրա»։

«Ներկայումս, երբ կոմպոզիտները հասնում են իրենց կյանքի ցիկլի ավարտին, կոմպոզիտային թափոնների և EOL արտադրանքի այրման կամ պիրոլիզացման համար անհրաժեշտ է մեծ քանակությամբ էներգիա, և մանրացումը և կոմպոստացումը գրավիչ տարբերակ է, և դա անկասկած մեր առաջարկած հիմնական արժեքային առաջարկներից մեկն է, և մենք ապահովում ենք վերամշակման նոր տեսակ»։ Ռոսլինգն ասում է. «Մեր ապակեպլաստը պատրաստված է բնական հանքային բաղադրիչներից, որոնք արդեն իսկ առկա են հողում։ Այսպիսով, ինչո՞ւ չկոմպոստացնել EOL կոմպոզիտային բաղադրիչները կամ այրումից հետո չլուծել չքայքայվող կոմպոզիտների մանրաթելերը և օգտագործել դրանք որպես պարարտանյութ։ Սա վերամշակման իրական համաշխարհային հետաքրքրություն ներկայացնող տարբերակ է»։

Շանհայի Օրիսեն նոր նյութերի տեխնոլոգիաների ընկերություն, ՍՊԸ
Բջջային՝ +86 18683776368 (նաև WhatsApp)
Հեռ․՝ +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Հասցե՝ Շանհայ, Սինբանգ քաղաք, Սոնգցզյան շրջան, Նոր Կանաչ ճանապարհ №398