O jeigu stiklo pluoštu armuoti polimerai (GFRP) galėtų būti kompostuojami pasibaigus jų naudojimo laikui, be dešimtmečius įrodytų svorio mažinimo, stiprumo ir standumo, atsparumo korozijai ir ilgaamžiškumo privalumų? Trumpai tariant, tai yra „ABM Composite“ technologijos patrauklumas.
Bioaktyvus stiklas, didelio stiprumo pluoštai
Įkurta 2014 m., „Arctic Biomaterials Oy“ (Tamperė, Suomija) sukūrė biologiškai skaidomą stiklo pluoštą, pagamintą iš vadinamojo bioaktyvaus stiklo. Ari Rosling, „ABM Composite“ tyrimų ir plėtros direktorius, apibūdina jį kaip „specialią formulę, sukurtą septintajame dešimtmetyje, kuri leidžia stiklui skaidytis fiziologinėmis sąlygomis. Patekęs į organizmą, stiklas suskyla į jį sudarančias mineralines druskas, išskirdamas natrį, magnį, fosfatus ir kt., taip sukurdamas sąlygas, kurios skatina kaulų augimą“.
„Jis turi panašių savybių kaipbe šarmų stiklo pluoštas (E-stiklas)„Tačiau šį bioaktyvų stiklą sunku pagaminti ir ištraukti į pluoštus, ir iki šiol jis buvo naudojamas tik kaip milteliai arba glaistas. Kiek mums žinoma, „ABM Composite“ buvo pirmoji įmonė, pramoniniu mastu iš jo pagaminusi didelio stiprumo stiklo pluoštus, o dabar mes naudojame šiuos „ArcBiox X4/5“ stiklo pluoštus įvairių tipų plastikams, įskaitant biologiškai skaidžius polimerus, sutvirtinti.“ Roslingas teigė: „Tačiau šį bioaktyvų stiklą sunku pagaminti ir ištraukti į pluoštą, todėl iki šiol jis buvo naudojamas tik kaip milteliai arba glaistas.“
Medicininiai implantai
Tampereros regionas, esantis už dviejų valandų kelio į šiaurę nuo Helsinkio (Suomija), nuo devintojo dešimtmečio yra biologinės kilmės biologiškai skaidžių polimerų, skirtų medicinos reikmėms, centras. Roslingas apibūdina: „Vienas pirmųjų komerciškai prieinamų implantų, pagamintų iš šių medžiagų, buvo pagamintas Tamperėje, ir taip pradėjo veiklą „ABM Composite“!, kuri dabar yra mūsų medicinos verslo padalinys“.
„Yra daug biologiškai skaidžių, bioabsorbuojamų polimerų implantams“, – tęsia jis, – „tačiau jų mechaninės savybės toli gražu neprilygsta natūralaus kaulo savybėms. Mums pavyko sustiprinti šiuos biologiškai skaidžius polimerus, kad implantas būtų tokio pat stiprumo kaip natūralus kaulas“. Roslingas pažymėjo, kad medicininės klasės „ArcBiox“ stiklo pluoštas su ABM priedu gali pagerinti biologiškai skaidžių PLLA polimerų mechanines savybes 200–500 %.
Dėl to „ABM Composite“ implantai pasižymi geresniu našumu nei implantai, pagaminti iš nesutvirtintų polimerų, be to, yra bioabsorbuojami ir skatina kaulų formavimąsi bei augimą. „ABM Composite“ taip pat naudoja automatinius pluošto / gijų išdėstymo metodus, kad užtikrintų optimalią pluošto orientaciją, įskaitant pluošto išdėstymą per visą implanto ilgį, taip pat papildomų pluoštų išdėstymą potencialiai silpnose vietose.
Buitinės ir techninės paskirties
Augdama medicinos verslo padalinyje, „ABM Composite“ pripažįsta, kad biologinės kilmės ir biologiškai skaidūs polimerai taip pat gali būti naudojami virtuvės reikmenims, stalo įrankiams ir kitiems namų apyvokos daiktams gaminti. „Šie biologiškai skaidūs polimerai paprastai pasižymi prastomis mechaninėmis savybėmis, palyginti su naftos pagrindu pagamintais plastikais.“ Rosling teigė: „Tačiau mes galime sustiprinti šias medžiagas savo biologiškai skaidžiais stiklo pluoštais, todėl jos praktiškai tampa gera alternatyva iškastinio kuro pagrindu pagamintiems komerciniams plastikams, skirtiems įvairioms techninėms reikmėms.“
Todėl „ABM Composite“ išplėtė savo techninį verslo padalinį, kuriame dabar dirba 60 žmonių. „Siūlome tvaresnius sprendimus pasibaigus eksploatavimo laikui.“ Roslingas teigia: „Mūsų vertės pasiūlymas – šiuos biologiškai skaidžius kompozitus panaudoti pramoninio kompostavimo operacijose, kur jie virsta dirvožemiu.“ Tradicinis E-stiklas yra inertiškas ir nesuyra šiose kompostavimo įmonėse.
„ArcBiox“ pluošto kompozitai
„ABM Composite“ sukūrė įvairių formų „ArcBiox X4/5“ stiklo pluoštus, skirtus kompozitų reikmėms, nuotrumpai pjaustytų pluoštųir liejimo mišiniai, skirtiištisinių pluoštųtokiems procesams kaip tekstilės ir pultruzijos liejimas. „ArcBiox BSGF“ asortimente derinami biologiškai skaidūs stiklo pluoštai su biologinės kilmės poliesterio dervomis ir jie tiekiami bendrosios technologijos rūšių ir „ArcBiox 5“ rūšių, patvirtintų naudoti su maistu besiliečiančiose srityse.
„ABM Composite“ taip pat tyrė įvairius biologiškai skaidžius ir biologinės kilmės polimerus, įskaitant polilaktinę rūgštį (PLA), PLLA ir polibutileno sukcinatą (PBS). Žemiau pateiktoje diagramoje parodyta, kaip X4/5 stiklo pluoštai gali pagerinti savo savybes, kad galėtų konkuruoti su standartiniais stiklo pluoštu armuotais polimerais, tokiais kaip polipropilenas (PP) ir net poliamidas 6 (PA6).
„ABM Composite“ taip pat tyrė įvairius biologiškai skaidžius ir biologinės kilmės polimerus, įskaitant polilaktinę rūgštį (PLA), PLLA ir polibutileno sukcinatą (PBS). Žemiau pateiktoje diagramoje parodyta, kaip X4/5 stiklo pluoštai gali pagerinti savo savybes, kad galėtų konkuruoti su standartiniais stiklo pluoštu armuotais polimerais, tokiais kaip polipropilenas (PP) ir net poliamidas 6 (PA6).
Patvarumas ir kompostavimas
Jei šie kompozitai yra biologiškai skaidūs, kiek laiko jie tarnaus? „Mūsų X4/5 stiklo pluoštai netirpsta per penkias minutes ar per naktį, kaip cukrus, ir nors jų savybės laikui bėgant blogėja, tai nebus taip pastebima.“ Rosling sako: „Norint efektyviai suirti, mums reikia aukštos temperatūros ir drėgmės ilgą laiką, kaip nustatyta in vivo arba pramoninių kompostų krūvose. Pavyzdžiui, išbandėme puodelius ir dubenėlius, pagamintus iš mūsų „ArcBiox BSGF“ medžiagos, ir jie galėjo atlaikyti iki 200 indų plovimo ciklų neprarasdami funkcionalumo. Mechaninės savybės šiek tiek pablogėja, bet ne iki tokio lygio, kad puodeliai būtų nesaugūs naudoti.“
Tačiau svarbu, kad šie kompozitai, pasibaigus jų naudojimo laikui, atitiktų kompostavimui keliamus standartinius reikalavimus, o „ABM Composite“ atliko bandymų seriją, kad įrodytų, jog jie atitinka šiuos standartus. „Pagal ISO standartus (pramoniniam kompostavimui), biologinis skaidymas turėtų įvykti per 6 mėnesius, o suirimas – per 3 mėnesius / 90 dienų“. Roslingas teigia: „Skaidymas reiškia tiriamojo mėginio / produkto įdėjimą į biomasę arba kompostą. Po 90 dienų technikas apžiūri biomasę naudodamas sietą. Po 12 savaičių bent 90 procentų produkto turėtų prasiskverbti pro 2 mm × 2 mm sietą“.
Biologinis skaidymas nustatomas sumalant pirminę medžiagą į miltelius ir matuojant bendrą po 90 dienų išsiskyrusio CO2 kiekį. Tai įvertina, kiek kompostavimo proceso metu susidarančios anglies kiekio paverčiama vandeniu, biomase ir CO2. „Norint išlaikyti pramoninio kompostavimo bandymą, turi būti pasiekta 90 procentų teorinio 100 procentų CO2 kiekio, susidarančio kompostavimo procese (remiantis anglies kiekiu)“.
Roslingas teigia, kad „ABM Composite“ atitiko skaidymosi ir biologinio skaidymo reikalavimus, o bandymai parodė, kad pridėjus X4 stiklo pluošto, biologinis skaidumas iš tikrųjų pagerėja (žr. lentelę aukščiau), kuris, pavyzdžiui, nesutvirtinto PLA mišinio atveju siekia tik 78 %. Jis aiškina: „Tačiau pridėjus mūsų 30 % biologiškai skaidžių stiklo pluoštų, biologinis skaidumas padidėjo iki 94 %, o skaidymosi greitis išliko geras“.
Todėl „ABM Composite“ įrodė, kad jos medžiagos gali būti sertifikuojamos kaip kompostuojamos pagal EN 13432 standartą. Iki šiol jos medžiagų atlikti bandymai apima ISO 14855-1 standartą dėl galutinio aerobinio medžiagų biologinio skaidumo kontroliuojamomis kompostavimo sąlygomis, ISO 16929 standartą dėl aerobinio kontroliuojamo skaidymo, ISO DIN EN 13432 standartą dėl cheminių medžiagų reikalavimų ir OECD 208 standartą dėl fitotoksiškumo bandymų pagal ISO DIN EN 13432 standartą.
Kompostavimo metu išsiskiriantis CO2
Kompostuojant CO2 iš tiesų išsiskiria, tačiau dalis jo lieka dirvožemyje ir vėliau panaudojama augalų. Kompostavimas buvo tiriamas jau dešimtmečius – tiek kaip pramoninis procesas, tiek kaip pokompostavimo atliekamas procesas, kurio metu išsiskiria mažiau CO2 nei kitos atliekų šalinimo alternatyvos, ir kompostavimas vis dar laikomas aplinkai nekenksmingu ir anglies pėdsaką mažinančiu procesu.
Ekotoksiškumas apima kompostavimo proceso metu gautos biomasės ir su šia biomase auginamų augalų tyrimus. „Tai daroma siekiant užtikrinti, kad šių produktų kompostavimas nekenktų augantiems augalams“, – teigė Roslingas. Be to, „ABM Composite“ įrodė, kad jos medžiagos atitinka biologinio skaidymo reikalavimus kompostuojant namuose, kurie taip pat reikalauja 90 % biologinio skaidymo, tačiau per 12 mėnesių laikotarpį, palyginti su trumpesniu pramoninio kompostavimo laikotarpiu.
Pramoninis pritaikymas, gamyba, sąnaudos ir būsimas augimas
„ABM Composite“ medžiagos naudojamos įvairiose komercinėse srityse, tačiau dėl konfidencialumo susitarimų daugiau informacijos atskleisti negalima. „Mes užsakome savo medžiagas, kad jos tiktų tokioms reikmėms kaip puodeliai, lėkštutės, stalo įrankiai ir maisto laikymo indai“, – sako Roslingas, – „tačiau jos taip pat naudojamos kaip alternatyva naftos pagrindu pagamintam plastikui kosmetikos induose ir dideliuose namų apyvokos daiktuose. Pastaruoju metu mūsų medžiagos buvo pasirinktos naudoti didelių pramoninių mašinų įrenginių komponentų, kuriuos reikia keisti kas 2–12 savaičių, gamyboje. Šios įmonės pripažino, kad naudojant mūsų X4 stiklo pluošto armatūrą, šios mechaninės dalys gali būti pagamintos su reikiamu atsparumu dilimui ir po naudojimo kompostuojamos. Tai patrauklus sprendimas artimiausioje ateityje, nes šios įmonės susiduria su iššūkiu laikytis naujų aplinkosaugos ir CO2 emisijos reglamentų“.
Roslingas pridūrė: „Taip pat didėja susidomėjimas mūsų ištisinių pluoštų naudojimu įvairių tipų audiniuose ir neaustinėse medžiagose, gaminant konstrukcinius komponentus statybų pramonei. Taip pat matome susidomėjimą mūsų biologiškai skaidžių pluoštų naudojimu su biologinės kilmės, bet biologiškai neskaidomais PA arba PP ir inertinėmis termoreaktingomis medžiagomis.“
Šiuo metu X4/5 stiklo pluoštas yra brangesnis nei E-stiklas, tačiau gamybos apimtys taip pat yra santykinai mažos, todėl „ABM Composite“ ieško daugybės galimybių išplėsti jo taikymą ir padidinti gamybą iki 20 000 tonų per metus, augant paklausai, o tai taip pat galėtų padėti sumažinti sąnaudas. Nepaisant to, Roslingas teigia, kad daugeliu atvejų išlaidos, susijusios su tvarumo ir naujų reguliavimo reikalavimų laikymusi, nebuvo iki galo įvertintos. Tuo tarpu planetos gelbėjimo poreikis auga. „Visuomenė jau dabar skatina kurti daugiau biologinės kilmės produktų.“ Jis aiškina: „Yra daug paskatų skatinti perdirbimo technologijas, pasaulis turi judėti sparčiau šiuo klausimu, ir manau, kad visuomenė ateityje tik didins savo siekį kurti biologinės kilmės produktus.“
LCA ir tvarumo pranašumas
„Rosling“ teigia, kad „ABM Composite“ medžiagos sumažina šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimą ir neatsinaujinančios energijos naudojimą 50–60 procentų vienam kilogramui. „Savo gaminiams naudojame „Environmental Footprint Database 2.0“, akredituotą „GaBi“ duomenų rinkinį ir LCA (gyvavimo ciklo analizės) skaičiavimus, pagrįstus ISO 14040 ir ISO 14044 standartuose aprašyta metodika.“
„Šiuo metu, kai kompozitai pasiekia savo gyvavimo ciklo pabaigą, kompozitinių atliekų ir eksploatacijos pabaigos produktų deginimui arba pirolizei reikia daug energijos, o smulkinimas ir kompostavimas yra patrauklus pasirinkimas ir neabejotinai vienas iš pagrindinių mūsų siūlomų vertės pasiūlymų, be to, mes suteikiame naujo tipo perdirbimo galimybę.“ Rosling sako: „Mūsų stiklo pluoštas pagamintas iš natūralių mineralinių komponentų, kurie jau yra dirvožemyje. Tad kodėl gi nekompostavus eksploatacijos pabaigos kompozitinių komponentų arba neištirpdžius pluošto iš nesuyrančių kompozitų po deginimo ir nepanaudojus jų kaip trąšų? Tai perdirbimo galimybė, kelianti tikrą pasaulinį susidomėjimą.“
Šanchajaus „Orisen New Material Technology Co., Ltd.“
Mob.: +86 18683776368 (taip pat per „WhatsApp“)
Tel.: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adresas: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Šanchajus
Įrašo laikas: 2024 m. gegužės 27 d.