E se os compósitos de polímero reforçado com fibra de vidro (GFRP) pudessem ser compostados ao final de sua vida útil, além dos benefícios comprovados ao longo de décadas em termos de redução de peso, resistência e rigidez, resistência à corrosão e durabilidade? Essa, em resumo, é a grande vantagem da tecnologia da ABM Composites.
Vidro bioativo, fibras de alta resistência
Fundada em 2014, a Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Finlândia) desenvolveu uma fibra de vidro biodegradável feita de um material chamado vidro bioativo, que Ari Rosling, diretor de P&D da ABM Composite, descreve como “uma formulação especial desenvolvida na década de 1960 que permite que o vidro se degrade em condições fisiológicas. Quando introduzido no corpo, o vidro se decompõe em seus sais minerais constituintes, liberando sódio, magnésio, fosfatos, etc., criando assim uma condição que estimula o crescimento ósseo.”
“Possui propriedades semelhantes afibra de vidro sem álcalis (vidro E)“Mas esse vidro bioativo é difícil de fabricar e transformar em fibras, e até agora só foi usado em pó ou massa. Pelo que sabemos, a ABM Composite foi a primeira empresa a produzir fibras de vidro de alta resistência a partir dele em escala industrial, e agora estamos usando essas fibras de vidro ArcBiox X4/5 para reforçar vários tipos de plásticos, incluindo polímeros biodegradáveis”, disse Rosling.
Implantes médicos
A região de Tampere, a duas horas ao norte de Helsinque, na Finlândia, é um centro de polímeros biodegradáveis de base biológica para aplicações médicas desde a década de 1980. Rosling descreve: "Um dos primeiros implantes comercialmente disponíveis feitos com esses materiais foi produzido em Tampere, e foi assim que a ABM Composite começou! Que agora é nossa unidade de negócios médicos".
“Existem muitos polímeros biodegradáveis e bioabsorvíveis para implantes”, continua ele, “mas suas propriedades mecânicas estão longe de serem as do osso natural. Conseguimos aprimorar esses polímeros biodegradáveis para conferir ao implante a mesma resistência do osso natural”. Rosling observou que as fibras de vidro ArcBiox de grau médico, com a adição de ABM, podem melhorar as propriedades mecânicas dos polímeros biodegradáveis de PLLA em 200% a 500%.
Como resultado, os implantes da ABM Composite oferecem desempenho superior aos implantes feitos com polímeros não reforçados, além de serem bioabsorvíveis e promoverem a formação e o crescimento ósseo. A ABM Composite também utiliza técnicas automatizadas de colocação de fibras/filamentos para garantir a orientação ideal das fibras, incluindo a deposição de fibras ao longo de todo o comprimento do implante, bem como a colocação de fibras adicionais em pontos potencialmente frágeis.
Aplicações domésticas e técnicas
Com sua crescente unidade de negócios médicos, a ABM Composite reconhece que polímeros biodegradáveis e de base biológica também podem ser usados em utensílios de cozinha, talheres e outros artigos domésticos. "Esses polímeros biodegradáveis normalmente apresentam propriedades mecânicas inferiores às dos plásticos derivados do petróleo", disse Rosling. "Mas podemos reforçar esses materiais com nossas fibras de vidro biodegradáveis, tornando-os uma excelente alternativa aos plásticos comerciais de origem fóssil para uma ampla gama de aplicações técnicas."
Como resultado, a ABM Composite expandiu sua unidade de negócios técnicos, que agora emprega 60 pessoas. "Oferecemos soluções mais sustentáveis para o fim da vida útil (EOL)", afirma Rosling. "Nossa proposta de valor é inserir esses compósitos biodegradáveis em operações de compostagem industrial, onde se transformam em solo." A fibra de vidro tipo E tradicional é inerte e não se degrada nessas instalações de compostagem.
Compósitos de fibra ArcBiox
A ABM Composite desenvolveu diversas formas de fibras de vidro ArcBiox X4/5 para aplicações em compósitos, desdefibras de corte curtoe compostos de moldagem por injeção parafibras contínuasPara processos como a indústria têxtil e a moldagem por pultrusão, a gama ArcBiox BSGF combina fibras de vidro biodegradáveis com resinas de poliéster de base biológica e está disponível em graus de tecnologia geral e em graus ArcBiox 5 aprovados para uso em aplicações de contato com alimentos.
A ABM Composite também investigou uma variedade de polímeros biodegradáveis e de base biológica, incluindo o ácido polilático (PLA), o PLLA e o succinato de polibutileno (PBS). O diagrama abaixo mostra como as fibras de vidro X4/5 podem melhorar o desempenho para competir com polímeros reforçados com fibra de vidro padrão, como o polipropileno (PP) e até mesmo a poliamida 6 (PA6).
A ABM Composite também investigou uma variedade de polímeros biodegradáveis e de base biológica, incluindo o ácido polilático (PLA), o PLLA e o succinato de polibutileno (PBS). O diagrama abaixo mostra como as fibras de vidro X4/5 podem melhorar o desempenho para competir com polímeros reforçados com fibra de vidro padrão, como o polipropileno (PP) e até mesmo a poliamida 6 (PA6).
Durabilidade e compostabilidade
Se esses compósitos são biodegradáveis, quanto tempo duram? “Nossas fibras de vidro X4/5 não se dissolvem em cinco minutos ou durante a noite como o açúcar, e embora suas propriedades se degradem com o tempo, isso não será tão perceptível”, afirma Rosling. “Para se degradarem efetivamente, precisamos de temperaturas e umidade elevadas por longos períodos, como ocorre in vivo ou em pilhas de compostagem industrial. Por exemplo, testamos copos e tigelas feitos com nosso material ArcBiox BSGF, e eles suportaram até 200 ciclos de lavagem na lava-louças sem perder a funcionalidade. Há alguma degradação das propriedades mecânicas, mas não a ponto de os copos se tornarem inseguros para uso”.
No entanto, é importante que, ao final de sua vida útil, esses compósitos atendam aos requisitos padrão necessários para a compostagem, e a ABM Composite realizou uma série de testes para comprovar que atende a esses padrões. “De acordo com as normas ISO (para compostagem industrial), a biodegradação deve ocorrer em até 6 meses e a decomposição em até 3 meses/90 dias”, afirma Rosling. “Decomposição significa colocar a amostra/produto de teste na biomassa ou no composto. Após 90 dias, o técnico examina a biomassa utilizando uma peneira. Após 12 semanas, pelo menos 90% do produto deve ser capaz de passar por uma peneira de 2 mm × 2 mm”.
A biodegradação é determinada triturando o material virgem até virar pó e medindo a quantidade total de CO2 liberada após 90 dias. Isso avalia quanto do carbono presente no processo de compostagem é convertido em água, biomassa e CO2. “Para ser aprovado no teste de compostagem industrial, é necessário atingir 90% dos 100% teóricos de CO2 provenientes do processo de compostagem (com base no teor de carbono)”.
Rosling afirma que a ABM Composite atendeu aos requisitos de decomposição e biodegradação, e os testes mostraram que a adição de sua fibra de vidro X4 na verdade melhora a biodegradabilidade (veja a tabela acima), que é de apenas 78% para uma mistura de PLA não reforçada, por exemplo. Ele explica: "No entanto, quando adicionamos 30% de fibras de vidro biodegradáveis, a biodegradação aumentou para 94%, enquanto as taxas de degradação permaneceram boas".
Como resultado, a ABM Composite demonstrou que seus materiais podem ser certificados como compostáveis de acordo com a norma EN 13432. Os testes que seus materiais passaram até o momento incluem ISO 14855-1 para biodegradabilidade aeróbica final de materiais sob condições controladas de compostagem, ISO 16929 para decomposição aeróbica controlada, ISO DIN EN 13432 para requisitos químicos e OECD 208 para testes de fitotoxicidade.
CO2 liberado durante a compostagem
Durante a compostagem, o CO2 é de fato liberado, mas parte dele permanece no solo e é então utilizado pelas plantas. A compostagem tem sido estudada há décadas, tanto como um processo industrial quanto como um processo pós-compostagem que libera menos CO2 do que outras alternativas de descarte de resíduos, e ainda é considerada um processo ecologicamente correto e que reduz a pegada de carbono.
A ecotoxicidade envolve testes na biomassa produzida durante o processo de compostagem e nas plantas cultivadas com essa biomassa. "Isso garante que a compostagem desses produtos não prejudique as plantas em crescimento", disse Rosling. Além disso, a ABM Composite demonstrou que seus materiais atendem aos requisitos de biodegradação em condições de compostagem doméstica, que também exigem 90% de biodegradação, mas em um período de 12 meses, em comparação com um período mais curto para a compostagem industrial.
Aplicações industriais, produção, custos e crescimento futuro
Os materiais da ABM Composites são utilizados em diversas aplicações comerciais, mas não podemos revelar mais detalhes devido a acordos de confidencialidade. “Encomendamos nossos materiais para aplicações como xícaras, pires, pratos, talheres e recipientes para armazenamento de alimentos”, afirma Rosling, “mas eles também são usados como alternativa aos plásticos derivados do petróleo em embalagens de cosméticos e grandes utensílios domésticos. Mais recentemente, nossos materiais foram selecionados para a fabricação de componentes em grandes instalações de máquinas industriais que precisam ser substituídos a cada 2 a 12 semanas. Essas empresas reconheceram que, ao utilizar nosso reforço de fibra de vidro X4, essas peças mecânicas podem ser fabricadas com a resistência ao desgaste necessária e também são compostáveis após o uso. Essa é uma solução atraente para o futuro próximo, visto que essas empresas enfrentam o desafio de atender às novas regulamentações ambientais e de emissão de CO2”.
Rosling acrescentou: “Há também um interesse crescente na utilização de nossas fibras contínuas em diferentes tipos de tecidos e não tecidos para a fabricação de componentes estruturais para a indústria da construção. Além disso, observamos interesse na utilização de nossas fibras biodegradáveis com PA ou PP de base biológica, porém não biodegradáveis, e materiais termofixos inertes”.
Atualmente, a fibra de vidro X4/5 é mais cara que a fibra de vidro tipo E, mas os volumes de produção também são relativamente pequenos, e a ABM Composite está buscando diversas oportunidades para expandir as aplicações e facilitar o aumento da produção para 20.000 toneladas/ano conforme a demanda cresce, o que também poderia ajudar a reduzir os custos. Mesmo assim, Rosling afirma que, em muitos casos, os custos associados ao atendimento dos requisitos de sustentabilidade e das novas regulamentações não foram totalmente considerados. Enquanto isso, a urgência de salvar o planeta está aumentando. "A sociedade já está pressionando por mais produtos de base biológica", explica ele. "Há muitos incentivos para impulsionar as tecnologias de reciclagem; o mundo precisa avançar mais rapidamente nesse sentido e acredito que a sociedade só aumentará sua pressão por produtos de base biológica no futuro".
Análise do Ciclo de Vida e Vantagens da Sustentabilidade
Rosling afirma que os materiais da ABM Composites reduzem as emissões de gases de efeito estufa e o uso de energia não renovável em 50 a 60 por quilograma. “Utilizamos o Banco de Dados de Pegada Ambiental 2.0, o conjunto de dados credenciado GaBi e cálculos de ACV (Análise do Ciclo de Vida) para nossos produtos, com base na metodologia descrita nas normas ISO 14040 e ISO 14044”.
“Atualmente, quando os compósitos chegam ao fim de seu ciclo de vida, muita energia é necessária para incinerar ou pirolisar os resíduos de compósitos e os produtos em fim de vida útil. Triturar e compostar é uma opção atraente e, sem dúvida, uma das principais propostas de valor que oferecemos, proporcionando um novo tipo de reciclabilidade”, afirma Rosling. “Nossa fibra de vidro é feita de componentes minerais naturais que já estão presentes no solo. Então, por que não compostar os componentes de compósitos em fim de vida útil ou dissolver as fibras de compósitos não degradáveis após a incineração e usá-las como fertilizante? Essa é uma opção de reciclagem de verdadeiro interesse global”.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd.
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Data da publicação: 27 de maio de 2024