Bagaimana jika komposit polimer yang diperkuat serat kaca (GFRP) dapat dikomposkan di akhir masa pakainya, selain manfaat pengurangan berat, kekuatan dan kekakuan, ketahanan terhadap korosi dan daya tahan yang telah terbukti selama puluhan tahun? 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, dijelaskan sebagai "formulasi khusus yang dikembangkan pada tahun 1960-an yang memungkinkan kaca terurai dalam kondisi fisiologis. Saat dimasukkan ke dalam tubuh, kaca terurai menjadi garam mineral penyusunnya, melepaskan natrium, magnesium, fosfat, dll., sehingga menciptakan kondisi yang merangsang pertumbuhan tulang."
“Ini memiliki sifat yang mirip denganserat kaca bebas alkali (E-glass).” Rosling berkata, “Namun, kaca bioaktif ini sulit diproduksi dan diolah menjadi serat, dan hingga kini hanya digunakan sebagai bubuk atau dempul. Sejauh pengetahuan kami, ABM Composite merupakan perusahaan pertama yang membuat serat kaca berkekuatan tinggi dari kaca ini dalam skala industri, dan kini kami 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 begitulah awal mula ABM Composite! yang sekarang menjadi unit bisnis medis kami”.
“Ada banyak polimer yang dapat terurai secara hayati dan dapat diserap secara hayati untuk implan.” Ia melanjutkan, “tetapi sifat mekanisnya jauh dari tulang alami. Kami mampu meningkatkan polimer yang dapat terurai secara hayati ini untuk memberikan implan kekuatan yang sama seperti tulang alami”. Rosling mencatat bahwa serat kaca ArcBiox kelas medis dengan penambahan ABM dapat meningkatkan sifat mekanis polimer PLLA yang dapat terurai secara hayati hingga 200% hingga 500%.
Hasilnya, implan ABM Composite menawarkan kinerja yang lebih tinggi daripada implan yang dibuat dengan polimer yang tidak diperkuat, sekaligus dapat diserap secara biologis dan mendorong pembentukan dan pertumbuhan tulang. ABM Composite juga menggunakan teknik penempatan serat/untaian otomatis untuk memastikan orientasi serat yang optimal, termasuk meletakkan serat di sepanjang 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 biodegradable juga dapat digunakan untuk peralatan dapur, perkakas makan, dan barang-barang rumah tangga lainnya. “Polimer biodegradable ini biasanya memiliki sifat mekanis yang buruk dibandingkan dengan plastik berbasis minyak bumi.” Rosling berkata, “Namun, kami dapat memperkuat bahan-bahan ini dengan serat kaca biodegradable kami, sehingga menjadikannya alternatif yang baik untuk plastik komersial berbasis fosil untuk berbagai aplikasi teknis”.
Hasilnya, ABM Composite telah meningkatkan unit bisnis teknisnya, yang kini mempekerjakan 60 orang. “Kami menawarkan solusi akhir masa pakai (EOL) yang lebih berkelanjutan.” Rosling berkata, “Proposisi nilai kami adalah menempatkan komposit yang dapat terurai secara hayati ini ke dalam operasi pengomposan industri yang mengubahnya 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, dariserat potong pendekdan senyawa cetakan injeksi untukserat kontinyuuntuk proses seperti pencetakan tekstil dan pultrusion. Rangkaian ArcBiox BSGF menggabungkan serat kaca yang dapat terurai secara hayati dengan resin poliester berbasis hayati dan tersedia dalam tingkat teknologi umum dan tingkat ArcBiox 5 yang disetujui untuk digunakan dalam aplikasi kontak makanan.
ABM Composite juga telah menyelidiki 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 menyelidiki 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 & Kemudahan Pengomposan
Jika komposit ini dapat terurai secara hayati, berapa lama mereka akan bertahan? “Serat kaca X4/5 kami tidak larut dalam waktu lima menit atau semalam seperti gula, dan meskipun sifat-sifatnya akan menurun seiring waktu, hal itu tidak akan terlalu kentara.” Kata Rosling, “Untuk terurai secara efektif, kami memerlukan suhu dan kelembapan yang tinggi dalam jangka waktu yang lama, seperti yang ditemukan dalam tubuh atau dalam tumpukan kompos industri. Misalnya, kami menguji cangkir dan mangkuk yang terbuat dari bahan ArcBiox BSGF kami, dan mereka dapat bertahan hingga 200 siklus pencucian piring tanpa kehilangan fungsinya. Ada beberapa penurunan sifat mekanis, tetapi tidak sampai pada titik di mana cangkir tersebut tidak aman untuk digunakan”.
Namun, penting 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 komposit tersebut 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 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 dicapai (berdasarkan kandungan karbon)”.
Rosling mengatakan ABM Composite telah memenuhi persyaratan dekomposisi dan biodegradasi, dan pengujian telah menunjukkan bahwa penambahan serat kaca X4 benar-benar meningkatkan biodegradabilitas (lihat tabel di atas), yang hanya 78% untuk campuran PLA yang tidak diperkuat, misalnya. Ia menjelaskan, "Namun, ketika serat kaca biodegradable 30% kami ditambahkan, biodegradasi meningkat menjadi 94%, sementara tingkat degradasi tetap baik".
Hasilnya, ABM Composite telah menunjukkan bahwa materialnya dapat disertifikasi sebagai bahan yang dapat dijadikan kompos menurut EN 13432. Pengujian yang telah dilalui materialnya hingga saat ini meliputi ISO 14855-1 untuk biodegradabilitas aerobik akhir dari material dalam kondisi pengomposan yang terkendali, ISO 16929 untuk dekomposisi terkendali aerobik, ISO DIN EN 13432 untuk persyaratan kimia, dan OECD 208 untuk pengujian fitotoksisitas, ISO DIN EN 13432.
CO2 yang dilepaskan selama pengomposan
Selama 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 ini. "Ini untuk memastikan bahwa pengomposan produk ini tidak membahayakan tanaman yang tumbuh," kata Rosling. Selain itu, ABM Composite telah menunjukkan bahwa bahan-bahannya memenuhi persyaratan biodegradasi dalam kondisi pengomposan rumahan, yang juga memerlukan 90% biodegradasi, tetapi dalam jangka waktu 12 bulan, dibandingkan dengan jangka waktu yang lebih pendek untuk pengomposan industri.
Aplikasi industri, produksi, biaya dan pertumbuhan masa depan
Bahan-bahan ABM Composite digunakan dalam sejumlah aplikasi komersial, tetapi masih banyak lagi yang tidak dapat diungkapkan karena perjanjian kerahasiaan. “Kami memesan bahan-bahan kami agar sesuai dengan aplikasi seperti cangkir, tatakan gelas, piring, peralatan makan, dan wadah penyimpanan makanan,” kata Rosling, “tetapi bahan-bahan tersebut juga digunakan sebagai alternatif plastik berbasis minyak bumi dalam wadah kosmetik dan barang-barang rumah tangga berukuran besar. Baru-baru ini, bahan-bahan kami telah dipilih untuk digunakan dalam pembuatan komponen-komponen dalam instalasi mesin industri besar yang perlu diganti setiap 2-12 minggu. Perusahaan-perusahaan ini telah menyadari bahwa dengan menggunakan penguat serat kaca X4 kami, komponen-komponen mekanis ini dapat dibuat dengan ketahanan aus yang diperlukan dan juga dapat dibuat kompos setelah digunakan. Ini adalah solusi yang menarik untuk waktu dekat karena perusahaan-perusahaan ini menghadapi tantangan untuk memenuhi peraturan lingkungan dan emisi CO2 yang baru”.
Rosling menambahkan, “Ada juga minat yang meningkat untuk menggunakan serat kontinu kami dalam berbagai jenis kain dan kain nonwoven untuk membuat komponen struktural bagi industri konstruksi. Kami juga melihat minat untuk menggunakan serat biodegradable kami dengan PA atau PP berbasis bio tetapi tidak biodegradable dan bahan thermoset inert”.
Saat ini, fiberglass X4/5 lebih mahal daripada E-glass, tetapi volume produksinya juga relatif kecil, dan ABM Composite tengah mengupayakan sejumlah peluang untuk memperluas aplikasi dan memfasilitasi peningkatan hingga 20.000 ton/tahun seiring dengan meningkatnya permintaan, yang juga dapat membantu mengurangi biaya. Meski begitu, 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 ke depan, dunia perlu bergerak lebih cepat dalam hal ini dan saya pikir masyarakat hanya akan meningkatkan dorongannya untuk produk berbasis bio di masa mendatang”.
LCA dan Keunggulan Keberlanjutan
Rosling mengatakan material ABM Composite mengurangi emisi gas rumah kaca dan penggunaan energi tak terbarukan hingga 50-60 persen per kilogram. “Kami menggunakan Environmental Footprint Database 2.0, kumpulan data GaBi yang terakreditasi, dan kalkulasi LCA (Life Cycle Analysis) untuk produk kami berdasarkan metodologi yang diuraikan dalam ISO 14040 dan ISO 14044″.
“Saat ini, ketika komposit mencapai akhir siklus hidupnya, banyak energi yang dibutuhkan untuk membakar atau melakukan pirolisis limbah komposit dan produk EOL, dan penghancuran serta pengomposan merupakan pilihan yang menarik, dan itu jelas merupakan salah satu proposisi nilai utama yang kami tawarkan, dan kami menyediakan jenis daur ulang baru.” Rosling berkata, “Fiberglass kami terbuat dari komponen mineral alami yang sudah ada di dalam tanah. Jadi mengapa tidak mengomposkan komponen komposit EOL, 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 Teknologi Material Baru Co., Ltd.
M: +86 18683776368 (juga WhatsApp)
Telepon: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Alamat: NO.398 New Green Road, Kota Xinbang, Distrik Songjiang, Shanghai
Waktu posting: 27-Mei-2024