ガラス繊維強化ポリマー（GFRP）複合材が、数十年にわたり実証されてきた軽量化、強度と剛性、耐腐食性、耐久性といった利点に加え、耐用年数を終えた後に堆肥化できるとしたらどうでしょうか？ 一言で言えば、それがABM Compositeの技術の魅力です。
生体活性ガラス、高強度繊維
2014年に設立されたArctic Biomaterials Oy（フィンランド、タンペレ）は、いわゆるバイオアクティブガラスから作られた生分解性ガラス繊維を開発しました。ABM Compositeの研究開発ディレクターであるアリ・ロスリング氏は、このガラス繊維について「1960年代に開発された特殊な配合で、生理学的条件下でガラスを分解します。体内に取り込まれると、ガラスは構成ミネラル塩に分解され、ナトリウム、マグネシウム、リン酸塩などを放出し、骨の成長を促進する状態を作り出します」と説明しています。
「それは、無アルカリガラス繊維（Eガラス）ロスリング氏は、「しかし、この生体活性ガラスは製造や繊維への延伸が難しく、これまでは粉末やパテの形でしか使用されてきました。私たちの知る限り、ABMコンポジットは、このガラス繊維から高強度ガラス繊維を工業規模で製造した最初の企業であり、現在ではこれらのArcBiox X4/5ガラス繊維を、生分解性ポリマーを含む様々な種類のプラスチックの強化に使用しています」と述べました。
医療用インプラント
フィンランドのヘルシンキから北へ2時間ほどのタンペレ地域は、1980年代から医療用途のバイオベースの生分解性ポリマーの中心地となっています。ロスリング氏は、「これらの材料を使った最初の市販インプラントの一つがタンペレで製造されました。これがABMコンポジットの始まりです！現在、ABMコンポジットは当社の医療事業部門となっています」と説明します。
「インプラント用の生分解性・生体吸収性ポリマーは数多く存在します」と彼は続ける。「しかし、それらの機械的特性は天然骨とはかけ離れています。私たちはこれらの生分解性ポリマーを強化することで、インプラントに天然骨と同等の強度を与えることに成功しました。」ロスリング氏は、医療グレードのArcBioxガラス繊維にABMを添加することで、生分解性PLLAポリマーの機械的特性を200%から500%向上させることができると指摘した。
その結果、ABM Compositeのインプラントは、非強化ポリマー製のインプラントよりも高い性能を発揮するだけでなく、生体吸収性を備え、骨の形成と成長を促進します。ABM Compositeは、インプラントの全長にわたって繊維を配置するだけでなく、潜在的に弱い箇所には追加の繊維を配置するなど、最適な繊維配向を確保するために、自動化された繊維／ストランド配置技術も採用しています。
家庭用および技術用アプリケーション
成長を続ける医療事業部門を持つABMコンポジットは、バイオベースおよび生分解性ポリマーがキッチン用品、カトラリー、その他の家庭用品にも使用できることを認識しています。「これらの生分解性ポリマーは、石油由来のプラスチックに比べて機械的特性が劣る傾向があります。」ロスリング氏は、「しかし、当社の生分解性ガラス繊維でこれらの材料を補強できるため、幅広い技術用途において、化石燃料由来の市販プラスチックの優れた代替品として活用できる可能性があります。」と述べています。
その結果、ABMコンポジットは技術事業部門を拡大し、現在60名の従業員を擁しています。「より持続可能な製品寿命（EOL）ソリューションを提供しています。」ロスリング氏は、「当社の価値提案は、これらの生分解性複合材を産業用コンポスト施設に投入し、土壌に還元することです。」と述べています。従来のEガラスは不活性であり、これらのコンポスト施設では分解されません。
ArcBioxファイバー複合材
ABMコンポジットは、複合用途向けに様々な形態のArcBiox X4/5ガラス繊維を開発しました。ショートカット繊維射出成形コンパウンド連続繊維繊維成形やプルトルージョン成形などのプロセス向け。ArcBiox BSGFシリーズは、生分解性ガラス繊維とバイオベースのポリエステル樹脂を組み合わせたもので、一般技術グレードと、食品接触用途での使用が承認されたArcBiox 5グレードが用意されています。
ABMコンポジットは、ポリ乳酸（PLA）、PLLA、ポリブチレンサクシネート（PBS）など、様々な生分解性およびバイオベースポリマーの研究も行っています。下の図は、X4/5ガラス繊維が、ポリプロピレン（PP）やポリアミド6（PA6）といった標準的なガラス繊維強化ポリマーと競合できる性能をどのように向上させるかを示しています。
ABMコンポジットは、ポリ乳酸（PLA）、PLLA、ポリブチレンサクシネート（PBS）など、様々な生分解性およびバイオベースポリマーの研究も行っています。下の図は、X4/5ガラス繊維が、ポリプロピレン（PP）やポリアミド6（PA6）といった標準的なガラス繊維強化ポリマーと競合できる性能をどのように向上させるかを示しています。
耐久性と堆肥化可能性
これらの複合材料が生分解性だとしたら、どれくらいの期間持続するのでしょうか？「当社のX4/5ガラス繊維は、砂糖のように5分や一晩で溶解することはありません。時間の経過とともに特性は劣化しますが、それほど顕著ではありません。」ロスリング氏は言います。「効果的に分解するには、生体内や産業用堆肥の山で見られるような、長期間にわたる高温多湿の環境が必要です。例えば、当社のArcBiox BSGF素材で作られたカップとボウルをテストしたところ、機能性を損なうことなく、最大200回の食器洗いサイクルに耐えることができました。機械的特性は多少劣化しますが、カップが安全に使用できないほどではありません。」
しかし、これらの複合材は、使用済みで廃棄される際に堆肥化に必要な基準を満たしていることが重要であり、ABM Composite社はこれらの基準を満たしていることを証明するために一連の試験を実施しました。「ISO規格（産業用堆肥化）によると、生分解は6ヶ月以内に、分解は3ヶ月/90日以内に起こる必要があります。」ロスリング氏は、「分解とは、試験サンプル/製品をバイオマスまたは堆肥に入れることです。90日後、技術者はふるいを使ってバイオマスを検査します。12週間後、製品の少なくとも90%が2mm×2mmのふるいを通過できる必要があります。」と述べています。
生分解性は、バージン原料を粉末状に粉砕し、90日後に放出されるCO2の総量を測定することで判定されます。これは、堆肥化プロセスで得られた炭素含有量のうち、水、バイオマス、そしてCO2に変換された割合を評価するものです。「産業用堆肥化試験に合格するには、堆肥化プロセスから得られる理論上のCO2排出量100%のうち、90%を達成する必要があります（炭素含有量に基づく）。」
ロスリング氏によると、ABMコンポジットは分解と生分解の要件を満たしており、試験ではX4ガラス繊維を添加することで生分解性が実際に向上することが実証されている（上の表を参照）。例えば、強化されていないPLAブレンドでは生分解性はわずか78%である。「しかし、当社の生分解性ガラス繊維を30%添加すると、分解率は良好なまま、生分解性は94%に向上しました」とロスリング氏は説明する。
その結果、ABM Composite 社は、その材料が EN 13432 に従って堆肥化可能と認定できることを実証しました。現在までにその材料が合格したテストには、管理された堆肥化条件下での材料の最終的な好気性生分解性に関する ISO 14855-1、好気性制御分解に関する ISO 16929、化学的要件に関する ISO DIN EN 13432、植物毒性テストに関する OECD 208、ISO DIN EN 13432 などがあります。
堆肥化中に放出されるCO2
堆肥化の過程では確かに二酸化炭素が排出されますが、その一部は土壌に残り、植物によって利用されます。堆肥化は、工業プロセスとしてだけでなく、他の廃棄物処理方法よりも二酸化炭素排出量が少ない堆肥化後のプロセスとしても、数十年にわたって研究されてきました。そして、堆肥化は今でも環境に優しく、二酸化炭素排出量を削減するプロセスと考えられています。
生態毒性試験では、堆肥化プロセスで生成されるバイオマスと、そのバイオマスを用いて栽培された植物を試験します。「これは、これらの製品を堆肥化しても生育中の植物に害がないことを確認するためです」とロスリング氏は述べています。さらに、ABMコンポジット社は、自社の材料が家庭での堆肥化条件において生分解性要件を満たしていることを実証しています。家庭での堆肥化条件でも90%の生分解が求められますが、その期間は12ヶ月以上です。これは、産業用堆肥化の場合よりも短い期間です。
産業用途、生産、コスト、将来の成長
ABMコンポジットの素材は数多くの商業用途に使用されていますが、守秘義務契約により詳細は公表できません。「カップ、ソーサー、皿、カトラリー、食品保存容器などの用途に合わせて素材を発注しています」とロスリング氏は述べます。「また、化粧品容器や大型家庭用品の石油系プラスチック代替品としても使用されています。最近では、2～12週間ごとに交換が必要な大型産業機械設備の部品製造に当社の素材が選ばれています。これらの企業は、当社のX4ガラス繊維強化材を使用することで、必要な耐摩耗性を備えた機械部品を製造でき、使用後は堆肥化可能であることを認識しています。これは、企業が新たな環境規制やCO2排出規制への対応という課題に直面している近い将来にとって、魅力的なソリューションです。」
ロスリング氏はさらに、「当社の連続繊維を様々な種類の織物や不織布に使用し、建設業界の構造部材を製造することへの関心も高まっています。また、当社の生分解性繊維を、バイオベースだが生分解性のないPAやPP、そして不活性な熱硬化性材料と組み合わせることへの関心も高まっています」と述べました。
現在、X4/5グラスファイバーはEガラスよりも高価ですが、生産量も比較的少なく、ABMコンポジット社は需要の増加に合わせて用途を拡大し、年間2万トンへの増産を可能にするための様々な機会を模索しています。これはコスト削減にも繋がります。しかしながら、ロスリング氏は、持続可能性や新たな規制要件を満たすためのコストが十分に考慮されていないケースが多いと述べています。一方で、地球環境保護の緊急性は高まっています。「社会はすでにバイオベース製品への需要を高めています」と彼は説明します。「リサイクル技術を推進するためのインセンティブは数多く存在し、世界はより迅速に行動する必要があります。そして、社会は今後、バイオベース製品への需要をさらに高めていくでしょう。」
LCAと持続可能性の優位性
ロスリング氏によると、ABMコンポジットの素材は、温室効果ガス排出量と再生不可能なエネルギー使用量を1キログラムあたり50～60%削減します。「当社では、環境フットプリントデータベース2.0、GaBi認定データセット、そしてISO 14040およびISO 14044に定められた方法論に基づいたLCA（ライフサイクル分析）計算を製品に使用しています。」
「現在、複合材がライフサイクルの終わりを迎えると、複合材廃棄物や使用済み製品を焼却または熱分解するために多大なエネルギーが必要になります。そのため、破砕と堆肥化は魅力的な選択肢であり、当社が提供する主要な価値提案の一つであり、新たなタイプのリサイクル性を提供しています。」ロスリング氏は次のように述べています。「当社のグラスファイバーは、土壌に既に存在する天然の鉱物成分から作られています。ですから、使用済み複合材部品を堆肥化したり、焼却後に分解されない複合材から繊維を溶解して肥料として使用したりするのはいかがでしょうか。これは、真に世界的に関心の高いリサイクルの選択肢です。」
上海オリセン新材料技術有限公司
M: +86 18683776368（WhatsAppも）
電話番号:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
住所：上海市松江区新浜鎮新緑路398号
投稿日時: 2024年5月27日