E se compósitos de polímero reforçado com fibra de vidro (GFRP) pudessem ser compostados ao final de sua vida útil, além dos benefícios comprovados de décadas de redução de peso, resistência e rigidez, resistência à corrosão e durabilidade? Em resumo, esse é o apelo da tecnologia da ABM Composite.
Vidro bioativo, fibras de alta resistência
Fundada em 2014, a Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Finlândia) desenvolveu uma fibra de vidro biodegradável feita a partir do 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 a degradação do vidro em condições fisiológicas. Ao ser 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 (E-glass)Rosling disse: "Mas esse vidro bioativo é difícil de fabricar e transformar em fibras, e até agora só foi usado como pó ou massa. Até onde 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".
Implantes médicos
A região de Tampere, duas horas ao norte de Helsinque, 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 médica".
“Existem muitos polímeros biodegradáveis e bioabsorvíveis para implantes”, continua ele, “mas suas propriedades mecânicas estão longe das 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 PLLA biodegradáveis 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 posicionamento de fibras/fios para garantir a orientação ideal das fibras, incluindo a colocação de fibras ao longo de todo o comprimento do implante, bem como a colocação de fibras adicionais em pontos potencialmente fracos.
Aplicações domésticas e técnicas
Com sua crescente unidade de negócios médica, a ABM Composite reconhece que polímeros de origem biológica e biodegradáveis também podem ser usados em utensílios de cozinha, talheres e outros itens domésticos. "Esses polímeros biodegradáveis normalmente apresentam propriedades mecânicas inferiores às dos plásticos à base de petróleo", disse Rosling. "Mas podemos reforçar esses materiais com nossas fibras de vidro biodegradáveis, tornando-os praticamente uma boa 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 de fim de vida (EOL) mais sustentáveis", afirma Rosling. "Nossa proposta de valor é levar esses compósitos biodegradáveis para operações de compostagem industrial, onde se transformam em solo." O vidro tipo E tradicional é inerte e não se degrada nessas instalações de compostagem.
Compósitos de Fibra ArcBiox
A ABM Composite desenvolveu várias formas de fibras de vidro ArcBiox X4/5 para aplicações compostas, desdefibras de atalhoe compostos de moldagem por injeção parafibras contínuaspara processos como moldagem têxtil e por pultrusão. A linha ArcBiox BSGF combina fibras de vidro biodegradáveis com resinas de poliéster de base biológica e está disponível em graus de tecnologia geral e graus ArcBiox 5, aprovados para uso em aplicações de contato com alimentos.
A ABM Composite também investigou uma variedade de polímeros biodegradáveis e de origem biológica, incluindo ácido polilático (PLA), PLLA e polibutileno succinato (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 polipropileno (PP) e até mesmo poliamida 6 (PA6).
A ABM Composite também investigou uma variedade de polímeros biodegradáveis e de origem biológica, incluindo ácido polilático (PLA), PLLA e polibutileno succinato (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 polipropileno (PP) e até mesmo poliamida 6 (PA6).
Durabilidade e Compostabilidade
Se esses compósitos forem biodegradáveis, quanto tempo durarão? "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." Rosling afirma: "Para se degradarem de forma eficaz, precisamos de temperaturas e umidade elevadas por longos períodos, como as encontradas in vivo ou em pilhas de compostagem industrial. Por exemplo, testamos copos e tigelas feitos com nosso material ArcBiox BSGF, e eles resistiram a até 200 ciclos de lavagem de louça sem perder a funcionalidade. Há alguma degradação das propriedades mecânicas, mas não a ponto de os copos serem inseguros para uso."
No entanto, é importante que, ao final de sua vida útil, esses compósitos atendam aos requisitos padrão para 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". Rosling afirma: "Decomposição significa colocar a amostra/produto de teste na biomassa ou composto. Após 90 dias, o técnico examina a biomassa usando uma peneira. Após 12 semanas, pelo menos 90% do produto deve conseguir passar por uma peneira de 2 mm x 2 mm".
A biodegradação é determinada pela moagem do material virgem até virar pó e pela medição da quantidade total de CO2 liberada após 90 dias. Isso avalia quanto do teor de carbono do processo de compostagem é convertido em água, biomassa e CO2. "Para passar no teste de compostagem industrial, é preciso atingir 90% dos 100% teóricos de CO2 do processo de compostagem (com base no teor de carbono)".
Rosling afirma que o ABM Composite atendeu aos requisitos de decomposição e biodegradação, e testes demonstraram que a adição de sua fibra de vidro X4 realmente melhora a biodegradabilidade (veja a tabela acima), que é de apenas 78% para uma mistura de PLA não reforçado, por exemplo. Ele explica: "No entanto, quando adicionamos nossas fibras de vidro biodegradáveis com 30% de biodegradabilidade, 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 pelos quais seus materiais passaram até o momento incluem a ISO 14855-1 para a biodegradabilidade aeróbica final de materiais sob condições de compostagem controlada, a ISO 16929 para decomposição aeróbica controlada, a ISO DIN EN 13432 para requisitos químicos e a OECD 208 para testes de fitotoxicidade, a ISO DIN EN 13432.
CO2 liberado durante a compostagem
Durante a compostagem, o CO2 é de fato liberado, mas uma parte permanece no solo e é então utilizada pelas plantas. A compostagem tem sido estudada há décadas, tanto como processo industrial quanto como um processo de pós-compostagem que libera menos CO2 do que outras alternativas de descarte de resíduos, e a compostagem ainda é considerada um processo ecologicamente correto e redutor da pegada de carbono.
A ecotoxicidade envolve testar a biomassa produzida durante o processo de compostagem e as plantas cultivadas com essa biomassa. "Isso visa garantir 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 Composite são utilizados em diversas aplicações comerciais, mas mais informações não podem ser reveladas 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 à base de petróleo em recipientes de cosméticos e utensílios domésticos de grande porte. Mais recentemente, nossos materiais foram selecionados para uso na fabricação de componentes em grandes instalações de máquinas industriais que precisam ser substituídas 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. Esta 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 em usar nossas fibras contínuas em diferentes tipos de tecidos e não-tecidos para fabricar componentes estruturais para a indústria da construção. Também estamos observando interesse em usar nossas fibras biodegradáveis com PA ou PP de base biológica, mas não biodegradáveis, e materiais termofixos inertes”.
Atualmente, a fibra de vidro X4/5 é mais cara que o vidro tipo E, mas os volumes de produção também são relativamente pequenos, e a ABM Composite está buscando uma série de oportunidades para expandir as aplicações e facilitar um aumento para 20.000 toneladas/ano à medida que a demanda cresce, o que também pode ajudar a reduzir custos. Mesmo assim, Rosling afirma que, em muitos casos, os custos associados ao atendimento à sustentabilidade e aos novos requisitos regulatórios não foram totalmente considerados. Enquanto isso, a urgência de salvar o planeta está crescendo. "A sociedade já está pressionando por mais produtos de base biológica." Ele explica: "Há muitos incentivos para impulsionar as tecnologias de reciclagem; o mundo precisa avançar mais rápido nisso, e acredito que a sociedade só aumentará sua pressão por produtos de base biológica no futuro".
ACV e Vantagem de Sustentabilidade
Rosling afirma que os materiais da ABM Composite reduzem as emissões de gases de efeito estufa e o uso de energia não renovável em 50% a 60% por quilograma. "Utilizamos o Environmental Footprint Database 2.0, o conjunto de dados GaBi credenciado 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 pirólise de resíduos de compósitos e produtos de fim de vida útil, e a trituração e a compostagem são opções atraentes, além de serem definitivamente uma das principais propostas de valor que oferecemos, proporcionando um novo tipo de reciclabilidade.” Rosling afirma: “Nossa fibra de vidro é feita de componentes minerais naturais que já estão presentes no solo. Então, por que não compostar componentes de compósitos de fim de vida útil ou dissolver fibras de compósitos não degradáveis após a incineração e usá-las como fertilizante? Esta é uma opção de reciclagem de real interesse global.”
Xangai Orisen New Material Technology Co., Ltd
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Horário de publicação: 27 de maio de 2024