Bagaimana jika komposit polimer yang diperkuat serat kaca (GFRP) dapat dikomposkan di akhir masa pakainya, di samping manfaat yang telah terbukti selama beberapa dekade seperti pengurangan berat, kekuatan dan kekakuan, ketahanan terhadap korosi, dan daya tahan? Singkatnya, itulah daya tarik teknologi ABM Composite.
Kaca bioaktif, serat berkekuatan tinggi
Didirikan pada tahun 2014, Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Finlandia) telah mengembangkan serat kaca yang dapat terurai secara hayati yang terbuat dari apa yang disebut kaca bioaktif, yang oleh Ari Rosling, direktur R&D di ABM Composite, digambarkan sebagai “formulasi khusus yang dikembangkan pada tahun 1960-an yang memungkinkan kaca terurai dalam kondisi fisiologis. Ketika dimasukkan ke dalam tubuh, kaca tersebut terurai menjadi garam mineral penyusunnya, melepaskan natrium, magnesium, fosfat, dan lain-lain, sehingga menciptakan kondisi yang merangsang pertumbuhan tulang.”
“Ia memiliki sifat yang mirip denganserat kaca bebas alkali (E-glass)“Namun, Rosling mengatakan, “Kaca bioaktif ini sulit diproduksi dan diolah menjadi serat, dan hingga saat ini hanya digunakan dalam bentuk bubuk atau dempul. Sejauh yang kami ketahui, ABM Composite adalah perusahaan pertama yang membuat serat kaca berkekuatan tinggi darinya dalam skala industri, dan kami sekarang menggunakan serat kaca ArcBiox X4/5 ini untuk memperkuat berbagai jenis plastik, termasuk polimer yang dapat terurai secara hayati.”
Implan medis
Wilayah Tampere, dua jam di utara Helsinki, Finlandia, telah menjadi pusat polimer biodegradable berbasis bio untuk aplikasi medis sejak tahun 1980-an. Rosling menjelaskan, “Salah satu implan pertama yang tersedia secara komersial yang dibuat dengan bahan-bahan ini diproduksi di Tampere, dan itulah bagaimana ABM Composite memulai kiprahnya! yang sekarang menjadi unit bisnis medis kami”.
“Terdapat banyak polimer yang dapat terurai secara hayati dan dapat diserap tubuh untuk implan.” Ia melanjutkan, “tetapi sifat mekaniknya jauh dari tulang alami. Kami mampu meningkatkan polimer yang dapat terurai secara hayati ini untuk memberikan implan kekuatan yang sama dengan tulang alami.” Rosling mencatat bahwa serat kaca ArcBiox kelas medis dengan penambahan ABM dapat meningkatkan sifat mekanik polimer PLLA yang dapat terurai secara hayati sebesar 200% hingga 500%.
Hasilnya, implan ABM Composite menawarkan kinerja yang lebih tinggi daripada implan yang terbuat dari polimer tanpa penguatan, sekaligus dapat diserap secara biologis dan mendorong pembentukan serta pertumbuhan tulang. ABM Composite juga menggunakan teknik penempatan serat/untai otomatis untuk memastikan orientasi serat yang optimal, termasuk meletakkan serat di sepanjang seluruh panjang implan, serta menempatkan serat tambahan di titik-titik yang berpotensi lemah.
Aplikasi rumah tangga dan teknis
Dengan unit bisnis medisnya yang terus berkembang, ABM Composite menyadari bahwa polimer berbasis bio dan mudah terurai juga dapat digunakan untuk peralatan dapur, alat makan, dan barang-barang rumah tangga lainnya. “Polimer yang mudah terurai ini biasanya memiliki sifat mekanik yang buruk dibandingkan dengan plastik berbasis minyak bumi,” kata Rosling, “Tetapi kami dapat memperkuat material ini dengan serat kaca yang mudah terurai, sehingga menjadikannya alternatif yang baik untuk plastik komersial berbasis fosil untuk berbagai aplikasi teknis.”
Akibatnya, ABM Composite telah meningkatkan unit bisnis teknisnya, yang sekarang mempekerjakan 60 orang. “Kami menawarkan solusi akhir masa pakai (EOL) yang lebih berkelanjutan,” kata Rosling, “Proposisi nilai kami adalah memasukkan komposit yang dapat terurai secara hayati ini ke dalam operasi pengomposan industri di mana mereka berubah menjadi tanah.” E-glass tradisional bersifat inert dan tidak akan terurai di fasilitas pengomposan ini.
Komposit Serat ArcBiox
ABM Composite telah mengembangkan berbagai bentuk serat kaca ArcBiox X4/5 untuk aplikasi komposit, mulai dariserat pendekdan senyawa cetakan injeksi untukserat kontinuuntuk proses seperti pencetakan tekstil dan pultrusi. Rangkaian ArcBiox BSGF menggabungkan serat kaca yang dapat terurai secara hayati dengan resin poliester berbasis bio dan tersedia dalam tingkatan teknologi umum dan tingkatan ArcBiox 5 yang disetujui untuk digunakan dalam aplikasi kontak makanan.
ABM Composite juga telah meneliti berbagai polimer yang dapat terurai secara hayati dan berbasis bio, termasuk Asam Polilaktat (PLA), PLLA, dan Polibutilena Suksinat (PBS). Diagram di bawah ini menunjukkan bagaimana serat kaca X4/5 dapat meningkatkan kinerja untuk bersaing dengan polimer yang diperkuat serat kaca standar seperti polipropilena (PP) dan bahkan poliamida 6 (PA6).
ABM Composite juga telah meneliti berbagai polimer yang dapat terurai secara hayati dan berbasis bio, termasuk Asam Polilaktat (PLA), PLLA, dan Polibutilena Suksinat (PBS). Diagram di bawah ini menunjukkan bagaimana serat kaca X4/5 dapat meningkatkan kinerja untuk bersaing dengan polimer yang diperkuat serat kaca standar seperti polipropilena (PP) dan bahkan poliamida 6 (PA6).
Daya Tahan & Kemampuan Pengomposan
Jika komposit ini dapat terurai secara hayati, berapa lama daya tahannya? “Serat kaca X4/5 kami tidak larut dalam lima menit atau semalaman seperti gula, dan meskipun sifat-sifatnya akan menurun seiring waktu, hal itu tidak akan terlalu terlihat.” Kata Rosling, “Untuk terurai secara efektif, kita membutuhkan suhu dan kelembapan tinggi dalam jangka waktu lama, seperti yang ditemukan secara in vivo atau di tumpukan kompos industri. Misalnya, kami menguji cangkir dan mangkuk yang terbuat dari bahan ArcBiox BSGF kami, dan cangkir serta mangkuk tersebut dapat bertahan hingga 200 siklus pencucian piring tanpa kehilangan fungsinya. Memang ada sedikit penurunan sifat mekaniknya, tetapi tidak sampai pada titik di mana cangkir tersebut tidak aman untuk digunakan”.
Namun, penting untuk memastikan bahwa ketika komposit ini dibuang di akhir masa pakainya, komposit tersebut memenuhi persyaratan standar yang dibutuhkan untuk pengomposan, dan ABM Composite telah melakukan serangkaian pengujian untuk membuktikan bahwa produknya memenuhi standar tersebut. “Menurut standar ISO (untuk pengomposan industri), biodegradasi harus terjadi dalam waktu 6 bulan dan dekomposisi dalam waktu 3 bulan/90 hari”. Rosling mengatakan, “Dekomposisi berarti menempatkan sampel/produk uji ke dalam biomassa atau kompos. Setelah 90 hari, teknisi memeriksa biomassa menggunakan saringan. Setelah 12 minggu, setidaknya 90 persen produk harus dapat melewati saringan berukuran 2 mm × 2 mm”.
Biodegradasi ditentukan dengan menggiling bahan mentah menjadi bubuk dan mengukur jumlah total CO2 yang dilepaskan setelah 90 hari. Ini menilai seberapa banyak kandungan karbon dari proses pengomposan yang diubah menjadi air, biomassa, dan CO2. “Untuk lulus uji pengomposan industri, 90 persen dari 100 persen CO2 teoritis dari proses pengomposan harus tercapai (berdasarkan kandungan karbon)”.
Rosling mengatakan ABM Composite telah memenuhi persyaratan dekomposisi dan biodegradasi, dan pengujian menunjukkan bahwa penambahan serat kaca X4-nya sebenarnya meningkatkan biodegradabilitas (lihat tabel di atas), yang hanya 78% untuk campuran PLA tanpa penguatan, misalnya. Dia menjelaskan, ”Namun, ketika serat kaca biodegradable 30% kami ditambahkan, biodegradasi meningkat menjadi 94%, sementara laju degradasi tetap baik”.
Sebagai hasilnya, ABM Composite telah menunjukkan bahwa materialnya dapat disertifikasi sebagai bahan yang dapat dikomposkan sesuai dengan EN 13432. Pengujian yang telah dilalui materialnya hingga saat ini meliputi ISO 14855-1 untuk biodegradabilitas aerobik akhir material dalam kondisi pengomposan terkontrol, ISO 16929 untuk dekomposisi aerobik terkontrol, ISO DIN EN 13432 untuk persyaratan kimia, dan OECD 208 untuk pengujian fitotoksisitas, ISO DIN EN 13432.
CO2 yang dilepaskan selama pengomposan
Selama proses pengomposan, CO2 memang dilepaskan, tetapi sebagian tetap berada di dalam tanah dan kemudian dimanfaatkan oleh tanaman. Pengomposan telah dipelajari selama beberapa dekade, baik sebagai proses industri maupun sebagai proses pasca-pengomposan yang melepaskan lebih sedikit CO2 daripada alternatif pembuangan limbah lainnya, dan pengomposan masih dianggap sebagai proses yang ramah lingkungan dan mengurangi jejak karbon.
Ekotoksisitas melibatkan pengujian biomassa yang dihasilkan selama proses pengomposan dan tanaman yang tumbuh dengan biomassa tersebut. “Ini untuk memastikan bahwa pengomposan produk-produk ini tidak membahayakan tanaman yang sedang tumbuh,” kata Rosling. Selain itu, ABM Composite telah menunjukkan bahwa materialnya memenuhi persyaratan biodegradasi dalam kondisi pengomposan rumahan, yang juga membutuhkan biodegradasi 90%, tetapi selama periode 12 bulan, dibandingkan dengan periode yang lebih pendek untuk pengomposan industri.
Aplikasi industri, produksi, biaya, dan pertumbuhan di masa depan.
Material ABM Composite digunakan dalam sejumlah aplikasi komersial, tetapi lebih banyak lagi yang tidak dapat diungkapkan karena perjanjian kerahasiaan. “Kami memesan material kami sesuai dengan aplikasi seperti cangkir, tatakan, piring, peralatan makan, dan wadah penyimpanan makanan,” kata Rosling, “tetapi material tersebut juga digunakan sebagai alternatif plastik berbasis minyak bumi dalam wadah kosmetik dan barang-barang rumah tangga besar. Baru-baru ini, material kami telah dipilih untuk digunakan dalam pembuatan komponen pada instalasi mesin industri besar yang perlu diganti setiap 2-12 minggu. Perusahaan-perusahaan ini telah menyadari bahwa dengan menggunakan penguatan serat kaca X4 kami, bagian-bagian mekanis ini dapat dibuat dengan ketahanan aus yang dibutuhkan dan juga dapat dikomposkan setelah digunakan. Ini adalah solusi yang menarik untuk masa depan karena perusahaan-perusahaan ini menghadapi tantangan untuk memenuhi peraturan lingkungan dan emisi CO2 yang baru”.
Rosling menambahkan, “Ada juga peningkatan minat dalam menggunakan serat kontinu kami dalam berbagai jenis kain dan bahan nonwoven untuk membuat komponen struktural bagi industri konstruksi. Kami juga melihat minat dalam menggunakan serat biodegradable kami dengan PA atau PP berbasis bio tetapi tidak biodegradable dan bahan termoset inert”.
Saat ini, fiberglass X4/5 lebih mahal daripada E-glass, tetapi volume produksinya juga relatif kecil, dan ABM Composite sedang mengejar sejumlah peluang untuk memperluas aplikasi dan memfasilitasi peningkatan produksi hingga 20.000 ton/tahun seiring pertumbuhan permintaan, yang juga dapat membantu mengurangi biaya. Meskipun demikian, Rosling mengatakan bahwa dalam banyak kasus, biaya yang terkait dengan pemenuhan persyaratan keberlanjutan dan peraturan baru belum sepenuhnya dipertimbangkan. Sementara itu, urgensi untuk menyelamatkan planet ini semakin meningkat. “Masyarakat sudah mendorong lebih banyak produk berbasis bio.” Ia menjelaskan, “Ada banyak insentif untuk mendorong teknologi daur ulang, dunia perlu bergerak lebih cepat dalam hal ini dan saya pikir masyarakat hanya akan meningkatkan dorongannya untuk produk berbasis bio di masa depan”.
LCA dan Keunggulan Keberlanjutan
Rosling mengatakan bahwa material ABM Composite mengurangi emisi gas rumah kaca dan penggunaan energi tak terbarukan sebesar 50-60 persen per kilogram. “Kami menggunakan Environmental Footprint Database 2.0, dataset GaBi yang terakreditasi, dan perhitungan LCA (Analisis Siklus Hidup) untuk produk kami berdasarkan metodologi yang diuraikan dalam ISO 14040 dan ISO 14044”.
“Saat ini, ketika komposit mencapai akhir siklus hidupnya, banyak energi dibutuhkan untuk membakar atau mempirolisis limbah komposit dan produk akhir masa pakainya, dan penghancuran serta pengomposan merupakan pilihan yang menarik, dan ini jelas merupakan salah satu proposisi nilai utama yang kami tawarkan, dan kami menyediakan jenis daur ulang baru.” Rosling mengatakan, “Serat kaca kami terbuat dari komponen mineral alami yang sudah ada di dalam tanah. Jadi mengapa tidak mengompos komponen komposit akhir masa pakainya, atau melarutkan serat dari komposit yang tidak dapat terurai setelah pembakaran dan menggunakannya sebagai pupuk? Ini adalah pilihan daur ulang yang benar-benar diminati secara global.”
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
M: +86 18683776368 (juga WhatsApp)
T:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Alamat: NO.398 Jalan Hijau Baru, Kota Xinbang, Distrik Songjiang, Shanghai
Waktu posting: 27 Mei 2024