Bagaimana jika komposit polimer bertetulang gentian kaca (GFRP) boleh dikompos pada akhir hayatnya, selain daripada manfaat pengurangan berat, kekuatan dan kekakuan, rintangan kakisan dan ketahanan yang terbukti selama beberapa dekad? Secara ringkasnya, itulah daya tarikan teknologi ABM Composite.
Kaca bioaktif, gentian kekuatan tinggi
Ditubuhkan pada tahun 2014, Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Finland) telah membangunkan gentian kaca terbiodegradasi yang diperbuat daripada apa yang dipanggil kaca bioaktif, yang digambarkan oleh Ari Rosling, pengarah R&D di ABM Composite, sebagai “formulasi khas yang dibangunkan pada tahun 1960-an yang membolehkan kaca terdegradasi di bawah keadaan fisiologi. Apabila diperkenalkan ke dalam badan, kaca terurai menjadi garam mineral konstituennya, melepaskan natrium, magnesium, fosfat, dan sebagainya, sekali gus mewujudkan keadaan yang merangsang pertumbuhan tulang.”
"Ia mempunyai ciri-ciri yang serupa dengangentian kaca bebas alkali (E-glass).” Rosling berkata, “Tetapi kaca bioaktif ini sukar untuk dihasilkan dan ditarik menjadi gentian, dan sehingga kini ia hanya digunakan sebagai serbuk atau dempul. Setahu kami, ABM Composite merupakan syarikat pertama yang membuat gentian kaca berkekuatan tinggi daripadanya pada skala perindustrian, dan kini kami menggunakan gentian kaca ArcBiox X4/5 ini untuk mengukuhkan pelbagai jenis plastik, termasuk polimer terbiodegradasi”.
Implan perubatan
Wilayah Tampere, dua jam di utara Helsinki, Finland, telah menjadi pusat polimer terbiodegradasi berasaskan bio untuk aplikasi perubatan sejak tahun 1980-an. Rosling menerangkan, “Salah satu implan pertama yang tersedia secara komersial yang diperbuat daripada bahan-bahan ini dihasilkan di Tampere, dan begitulah permulaan ABM Composite! yang kini merupakan unit perniagaan perubatan kami”.
“Terdapat banyak polimer biodegradasi dan bioserap untuk implan.” Beliau menyambung, “tetapi sifat mekanikalnya jauh daripada tulang semula jadi. Kami dapat meningkatkan polimer biodegradasi ini untuk memberikan implan kekuatan yang sama seperti tulang semula jadi”. Rosling menyatakan bahawa gentian kaca ArcBiox gred perubatan dengan penambahan ABM dapat meningkatkan sifat mekanikal polimer PLLA biodegradasi sebanyak 200% hingga 500%.
Hasilnya, implan ABM Composite menawarkan prestasi yang lebih tinggi berbanding implan yang diperbuat daripada polimer tanpa tetulang, di samping boleh diserap secara bio dan menggalakkan pembentukan dan pertumbuhan tulang. ABM Composite juga menggunakan teknik penempatan gentian/untaian automatik untuk memastikan orientasi gentian yang optimum, termasuk meletakkan gentian di sepanjang keseluruhan implan, serta meletakkan gentian tambahan di tempat yang berpotensi lemah.
Aplikasi isi rumah dan teknikal
Dengan unit perniagaan perubatannya yang semakin berkembang, ABM Composite mengiktiraf bahawa polimer berasaskan bio dan terbiodegradasi juga boleh digunakan untuk peralatan dapur, kutleri dan barangan isi rumah yang lain. “Polimer terbiodegradasi ini biasanya mempunyai sifat mekanikal yang lemah berbanding plastik berasaskan petroleum.” Rosling berkata, “Tetapi kita boleh mengukuhkan bahan-bahan ini dengan gentian kaca terbiodegradasi kita, menjadikannya alternatif yang baik kepada plastik komersial berasaskan fosil untuk pelbagai aplikasi teknikal”.
Hasilnya, ABM Composite telah menambah unit perniagaan teknikalnya, yang kini mempunyai 60 orang pekerja. “Kami menawarkan penyelesaian akhir hayat (EOL) yang lebih mampan.” Rosling berkata, “Cadangan nilai kami adalah untuk meletakkan komposit terbiodegradasi ini ke dalam operasi pengkomposan perindustrian di mana ia bertukar menjadi tanah.” E-kaca tradisional adalah lengai dan tidak akan terurai dalam kemudahan pengkomposan ini.
Komposit Serat ArcBiox
ABM Composite telah membangunkan pelbagai bentuk gentian kaca ArcBiox X4/5 untuk aplikasi komposit, daripadagentian potong pintasdan sebatian pengacuan suntikan untukgentian berterusanuntuk proses seperti pengacuan tekstil dan pultrusion. Rangkaian ArcBiox BSGF menggabungkan gentian kaca terbiodegradasi dengan resin poliester berasaskan bio dan tersedia dalam gred teknologi umum dan gred ArcBiox 5 yang diluluskan untuk digunakan dalam aplikasi sentuhan makanan.
ABM Composite juga telah mengkaji pelbagai polimer terbiodegradasi dan berasaskan bio termasuk Asid Polilaktik (PLA), PLLA dan Polibutilena Suksinat (PBS). Gambar rajah di bawah menunjukkan bagaimana gentian kaca X4/5 boleh meningkatkan prestasi untuk bersaing dengan polimer bertetulang gentian kaca standard seperti polipropilena (PP) dan juga poliamida 6 (PA6).
ABM Composite juga telah mengkaji pelbagai polimer terbiodegradasi dan berasaskan bio, termasuk Asid Polilaktik (PLA), PLLA dan Polibutilena Suksinat (PBS). Gambar rajah di bawah menunjukkan bagaimana gentian kaca X4/5 boleh meningkatkan prestasi untuk bersaing dengan polimer bertetulang gentian kaca standard seperti polipropilena (PP) dan juga poliamida 6 (PA6).
Ketahanan & Kebolehkomposan
Jika komposit ini boleh terbiodegradasi, berapa lama ia akan bertahan? “Serat kaca X4/5 kami tidak larut dalam masa lima minit atau semalaman seperti gula, dan walaupun sifatnya akan terdegradasi dari semasa ke semasa, ia tidak akan begitu ketara.” Kata Rosling, “Untuk terdegradasi secara berkesan, kami memerlukan suhu dan kelembapan yang tinggi dalam jangka masa yang lama, seperti yang terdapat secara in vivo atau dalam timbunan kompos perindustrian. Contohnya, kami menguji cawan dan mangkuk yang diperbuat daripada bahan ArcBiox BSGF kami, dan ia boleh menahan sehingga 200 kitaran pencuci pinggan mangkuk tanpa kehilangan fungsi. Terdapat beberapa degradasi sifat mekanikal, tetapi tidak sehingga cawan tidak selamat digunakan”.
Walau bagaimanapun, adalah penting bahawa apabila komposit ini dilupuskan pada akhir hayat bergunanya, ia memenuhi keperluan standard yang diperlukan untuk pengkomposan, dan ABM Composite telah menjalankan beberapa siri ujian untuk membuktikan bahawa ia memenuhi piawaian ini. “Mengikut piawaian ISO (untuk pengkomposan industri), biodegradasi sepatutnya berlaku dalam tempoh 6 bulan dan penguraian dalam tempoh 3 bulan/90 hari”. Rosling berkata, “Penguraian bermaksud meletakkan sampel/produk ujian ke dalam biojisim atau kompos. Selepas 90 hari, juruteknik memeriksa biojisim menggunakan penapis. Selepas 12 minggu, sekurang-kurangnya 90 peratus produk sepatutnya dapat melalui penapis 2 mm × 2 mm”.
Biodegradasi ditentukan dengan mengisar bahan asli menjadi serbuk dan mengukur jumlah CO2 yang dibebaskan selepas 90 hari. Ini menilai berapa banyak kandungan karbon dalam proses pengkomposan yang ditukar kepada air, biojisim dan CO2. "Untuk lulus ujian pengkomposan perindustrian, 90 peratus daripada 100 peratus CO2 teori daripada proses pengkomposan mesti dicapai (berdasarkan kandungan karbon)".
Rosling berkata ABM Composite telah memenuhi keperluan penguraian dan biodegradasi, dan ujian telah menunjukkan bahawa penambahan gentian kaca X4 sebenarnya meningkatkan kebolehbiodegradasian (lihat jadual di atas), iaitu hanya 78% untuk campuran PLA yang tidak bertetulang, sebagai contoh. Beliau menjelaskan, "Walau bagaimanapun, apabila gentian kaca terbiodegradasi 30% kami ditambah, biodegradasi meningkat kepada 94%, manakala kadar degradasi kekal baik".
Hasilnya, ABM Composite telah menunjukkan bahawa bahan-bahannya boleh diperakui sebagai boleh dikompos mengikut EN 13432. Ujian yang telah diluluskan oleh bahan-bahannya setakat ini termasuk ISO 14855-1 untuk biodegradasi aerobik akhir bahan di bawah keadaan pengkomposan terkawal, ISO 16929 untuk penguraian terkawal aerobik, ISO DIN EN 13432 untuk keperluan kimia dan OECD 208 untuk ujian fitotoksisiti, ISO DIN EN 13432.
CO2 yang dibebaskan semasa pengkomposan
Semasa pengkomposan, CO2 sememangnya dibebaskan, tetapi sebahagiannya kekal di dalam tanah dan kemudiannya digunakan oleh tumbuhan. Pengkomposan telah dikaji selama beberapa dekad, baik sebagai proses perindustrian mahupun sebagai proses pasca-pengkomposan yang membebaskan kurang CO2 berbanding alternatif pelupusan sisa lain, dan pengkomposan masih dianggap sebagai proses mesra alam dan mengurangkan jejak karbon.
Ekotoksisiti melibatkan pengujian biojisim yang dihasilkan semasa proses pengkomposan dan tumbuhan yang ditanam dengan biojisim ini. “Ini untuk memastikan pengkomposan produk ini tidak membahayakan tumbuhan yang sedang tumbuh.” kata Rosling. Di samping itu, ABM Composite telah menunjukkan bahawa bahannya memenuhi keperluan biodegradasi di bawah keadaan pengkomposan di rumah, yang juga memerlukan 90% biodegradasi, tetapi dalam tempoh 12 bulan, berbanding tempoh yang lebih singkat untuk pengkomposan industri.
Aplikasi perindustrian, pengeluaran, kos dan pertumbuhan masa hadapan
Bahan-bahan ABM Composite digunakan dalam beberapa aplikasi komersial, tetapi lebih banyak lagi tidak dapat didedahkan kerana perjanjian kerahsiaan. “Kami memesan bahan-bahan kami agar sesuai dengan aplikasi seperti cawan, piring, pinggan, kutleri dan bekas penyimpanan makanan,” kata Rosling, “tetapi ia juga digunakan sebagai alternatif kepada plastik berasaskan petroleum dalam bekas kosmetik dan barangan isi rumah yang besar. Baru-baru ini, bahan-bahan kami telah dipilih untuk digunakan dalam pembuatan komponen dalam pemasangan jentera perindustrian besar yang perlu diganti setiap 2-12 minggu. Syarikat-syarikat ini telah menyedari bahawa dengan menggunakan tetulang gentian kaca X4 kami, bahagian mekanikal ini boleh dibuat dengan rintangan haus yang diperlukan dan juga boleh dikompos selepas digunakan. Ini merupakan penyelesaian yang menarik untuk masa terdekat memandangkan syarikat-syarikat ini menghadapi cabaran untuk memenuhi peraturan alam sekitar dan pelepasan CO2 yang baharu”.
Rosling menambah, “Terdapat juga minat yang semakin meningkat dalam menggunakan gentian berterusan kami dalam pelbagai jenis fabrik dan bukan tenunan untuk membuat komponen struktur bagi industri pembinaan. Kami juga melihat minat dalam menggunakan gentian terbiodegradasi kami dengan PA atau PP berasaskan bio tetapi tidak terbiodegradasi dan bahan termoset lengai”.
Pada masa ini, gentian kaca X4/5 lebih mahal daripada E-glass, tetapi jumlah pengeluaran juga agak kecil, dan ABM Composite sedang mencari beberapa peluang untuk mengembangkan aplikasi dan memudahkan peningkatan sehingga 20,000 tan/tahun apabila permintaan meningkat, yang juga boleh membantu mengurangkan kos. Walaupun begitu, Rosling mengatakan bahawa dalam banyak kes, kos yang berkaitan dengan memenuhi kemampanan dan keperluan kawal selia baharu belum dipertimbangkan sepenuhnya. Sementara itu, keperluan segera untuk menyelamatkan planet ini semakin meningkat. “Masyarakat sudah mendesak untuk mendapatkan lebih banyak produk berasaskan bio.” Beliau menjelaskan, “Terdapat banyak insentif untuk memajukan teknologi kitar semula, dunia perlu bergerak lebih pantas dalam hal ini dan saya fikir masyarakat hanya akan meningkatkan usahanya untuk produk berasaskan bio pada masa hadapan”.
LCA dan Kelebihan Kelestarian
Rosling berkata bahan-bahan ABM Composite mengurangkan pelepasan gas rumah hijau dan penggunaan tenaga tidak boleh diperbaharui sebanyak 50-60 peratus sekilogram. “Kami menggunakan Environmental Footprint Database 2.0, set data GaBi yang diiktiraf dan pengiraan LCA (Analisis Kitaran Hayat) untuk produk kami berdasarkan metodologi yang digariskan dalam ISO 14040 dan ISO 14044″.
“Pada masa ini, apabila komposit mencapai penghujung kitaran hayatnya, banyak tenaga diperlukan untuk membakar atau mepirolisis sisa komposit dan produk EOL, dan pencincangan serta pengkomposan merupakan pilihan yang menarik, dan ia sememangnya merupakan salah satu cadangan nilai utama yang kami tawarkan, dan kami menyediakan jenis kebolehkitaran semula yang baharu.” Rosling berkata, “Gentian kaca kami diperbuat daripada komponen mineral semula jadi yang sedia ada di dalam tanah. Jadi mengapa tidak mengkompos komponen komposit EOL, atau melarutkan gentian daripada komposit yang tidak boleh terbiar selepas pembakaran dan menggunakannya sebagai baja? Ini adalah pilihan kitar semula yang menarik minat global sebenar”.
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 Bandar Xinbang Daerah Songjiang, Shanghai
Masa siaran: 27 Mei 2024