Čo keby sa kompozity z polyméru vystuženého sklenenými vláknami (GFRP) dali na konci svojej životnosti kompostovať, okrem desaťročí overených výhod, ako je zníženie hmotnosti, pevnosť a tuhosť, odolnosť voči korózii a trvanlivosť? To je v skratke príťažlivosť technológie spoločnosti ABM Composite.
Bioaktívne sklo, vysokopevnostné vlákna
Spoločnosť Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Fínsko), založená v roku 2014, vyvinula biologicky odbúrateľné sklenené vlákno vyrobené z takzvaného bioaktívneho skla, ktoré Ari Rosling, riaditeľ výskumu a vývoja v spoločnosti ABM Composite, opisuje ako „špeciálnu formuláciu vyvinutú v 60. rokoch 20. storočia, ktorá umožňuje rozklad skla za fyziologických podmienok. Po zavedení do tela sa sklo rozkladá na svoje zložky minerálne soli, pričom uvoľňuje sodík, horčík, fosfáty atď., čím vytvára podmienky, ktoré stimulujú rast kostí.“
„Má podobné vlastnosti akobezalkalické sklenené vlákno (E-sklo)„Rosling povedal: „Toto bioaktívne sklo sa však ťažko vyrába a tvaruje do vlákien a doteraz sa používalo iba ako prášok alebo tmel. Pokiaľ vieme, spoločnosť ABM Composite bola prvou spoločnosťou, ktorá z neho vyrobila vysokopevnostné sklenené vlákna v priemyselnom meradle, a teraz tieto sklenené vlákna ArcBiox X4/5 používame na vystuženie rôznych typov plastov vrátane biologicky odbúrateľných polymérov.“
Lekárske implantáty
Región Tampere, dve hodiny severne od Helsínk vo Fínsku, je od 80. rokov 20. storočia centrom pre biologicky odbúrateľné polyméry na báze biologických materiálov pre medicínske aplikácie. Rosling opisuje: „Jeden z prvých komerčne dostupných implantátov vyrobených z týchto materiálov bol vyrobený v Tampere a tak vznikla spoločnosť ABM Composite!, ktorá je teraz našou obchodnou jednotkou pre medicínske účely.“
„Existuje mnoho biologicky odbúrateľných, bioabsorbovateľných polymérov pre implantáty,“ pokračuje, „ale ich mechanické vlastnosti sú ďaleko od vlastností prirodzenej kosti. Podarilo sa nám tieto biologicky odbúrateľné polyméry vylepšiť, aby implantát mal rovnakú pevnosť ako prirodzená kosť.“ Rosling poznamenal, že sklenené vlákna ArcBiox lekárskej kvality s pridaním ABM môžu zlepšiť mechanické vlastnosti biologicky odbúrateľných PLLA polymérov o 200 % až 500 %.
Vďaka tomu implantáty od spoločnosti ABM Composite ponúkajú vyšší výkon ako implantáty vyrobené z nevystužených polymérov a zároveň sú biologicky vstrebateľné a podporujú tvorbu a rast kostí. Spoločnosť ABM Composite tiež využíva automatizované techniky umiestňovania vlákien/prameňov na zabezpečenie optimálnej orientácie vlákien vrátane ukladania vlákien pozdĺž celej dĺžky implantátu, ako aj umiestnenia ďalších vlákien na potenciálne slabé miesta.
Domáce a technické aplikácie
Spoločnosť ABM Composite si so svojou rastúcou divíziou medicínskeho priemyslu uvedomuje, že biologické a biologicky odbúrateľné polyméry sa dajú použiť aj na výrobu kuchynského riadu, príborov a iných domácich potrieb. „Tieto biologicky odbúrateľné polyméry majú zvyčajne v porovnaní s plastmi na báze ropy horšie mechanické vlastnosti,“ povedal Rosling. „Tieto materiály však dokážeme vystužiť našimi biologicky odbúrateľnými sklenenými vláknami, vďaka čomu sú prakticky dobrou alternatívou ku komerčným plastom na báze fosílnych palív pre širokú škálu technických aplikácií.“
V dôsledku toho spoločnosť ABM Composite rozšírila svoju technickú obchodnú jednotku, ktorá teraz zamestnáva 60 ľudí. „Ponúkame udržateľnejšie riešenia pre prípady konca životnosti (EOL).“ Rosling hovorí: „Našou hodnotovou ponukou je umiestniť tieto biologicky odbúrateľné kompozity do priemyselných kompostovacích prevádzok, kde sa premenia na pôdu.“ Tradičné E-sklo je inertné a v týchto kompostovacích zariadeniach sa nerozkladá.
Vláknité kompozity ArcBiox
Spoločnosť ABM Composite vyvinula rôzne formy sklenených vlákien ArcBiox X4/5 pre kompozitné aplikácie, odskrátené vláknaa vstrekovacie zmesi nakontinuálne vláknapre procesy ako textilné a pultruzné lisovanie. Rad ArcBiox BSGF kombinuje biologicky odbúrateľné sklenené vlákna s polyesterovými živicami na biologickej báze a je dostupný v všeobecných technologických triedach a triedach ArcBiox 5 schválených na použitie v aplikáciách kontaktu s potravinami.
Spoločnosť ABM Composite skúmala aj rôzne biologicky odbúrateľné a biopolyméry vrátane kyseliny polymliečnej (PLA), PLLA a polybutylénsukcinátu (PBS). Diagram nižšie ukazuje, ako môžu sklenené vlákna X4/5 zlepšiť výkon a konkurovať štandardným polymérom vystuženým sklenenými vláknami, ako je polypropylén (PP) a dokonca aj polyamid 6 (PA6).
Spoločnosť ABM Composite skúmala aj rôzne biologicky odbúrateľné a biopolyméry vrátane kyseliny polymliečnej (PLA), PLLA a polybutylénsukcinátu (PBS). Diagram nižšie ukazuje, ako môžu sklenené vlákna X4/5 zlepšiť výkon a konkurovať štandardným polymérom vystuženým sklenenými vláknami, ako je polypropylén (PP) a dokonca aj polyamid 6 (PA6).
Trvanlivosť a kompostovateľnosť
Ak sú tieto kompozity biologicky odbúrateľné, ako dlho vydržia? „Naše sklenené vlákna X4/5 sa nerozpúšťajú za päť minút alebo cez noc ako cukor a hoci sa ich vlastnosti časom zhoršia, nebude to také viditeľné.“ Rosling hovorí: „Na efektívnu degradáciu potrebujeme zvýšené teploty a vlhkosť počas dlhého obdobia, ako sa zistilo in vivo alebo v priemyselných kompostoch. Napríklad sme testovali poháre a misky vyrobené z nášho materiálu ArcBiox BSGF a tie dokázali vydržať až 200 cyklov umývania riadu bez straty funkčnosti. Dochádza k určitej degradácii mechanických vlastností, ale nie do takej miery, aby sa poháre neboli bezpečné používať.“
Je však dôležité, aby tieto kompozity po skončení svojej životnosti spĺňali štandardné požiadavky potrebné na kompostovanie a spoločnosť ABM Composite vykonala sériu testov, aby dokázala, že tieto normy spĺňa. „Podľa noriem ISO (pre priemyselné kompostovanie) by mal k biodegradácii dôjsť do 6 mesiacov a k rozkladu do 3 mesiacov/90 dní.“ Rosling hovorí: „Rozklad znamená umiestnenie testovanej vzorky/produktu do biomasy alebo kompostu. Po 90 dňoch technik preskúma biomasu pomocou sita. Po 12 týždňoch by malo byť aspoň 90 percent produktu schopných prejsť sitom s veľkosťou okien 2 mm × 2 mm.“
Biodegradácia sa stanovuje rozomletím panenského materiálu na prášok a meraním celkového množstva CO2 uvoľneného po 90 dňoch. Týmto sa posudzuje, koľko uhlíka z procesu kompostovania sa premení na vodu, biomasu a CO2. „Aby kompostovanie prešlo testom priemyselného kompostovania, musí sa dosiahnuť 90 percent z teoretických 100 percent CO2 z procesu kompostovania (na základe obsahu uhlíka)“.
Rosling hovorí, že spoločnosť ABM Composite splnila požiadavky na rozklad a biodegradáciu a testy ukázali, že pridanie sklenených vlákien X4 v skutočnosti zlepšuje biologickú odbúrateľnosť (pozri tabuľku vyššie), ktorá je napríklad pri nevystuženej zmesi PLA iba 78 %. Vysvetľuje: „Keď sme však pridali naše 30 % biologicky odbúrateľných sklenených vlákien, biodegradácia sa zvýšila na 94 %, pričom miera degradácie zostala dobrá.“
Spoločnosť ABM Composite preto preukázala, že jej materiály môžu byť certifikované ako kompostovateľné podľa normy EN 13432. Medzi testy, ktorými jej materiály doteraz prešli, patrí ISO 14855-1 pre konečnú aeróbnu biologickú rozložiteľnosť materiálov za kontrolovaných podmienok kompostovania, ISO 16929 pre aeróbne kontrolovaný rozklad, ISO DIN EN 13432 pre chemické požiadavky a OECD 208 pre testovanie fytotoxicity, ISO DIN EN 13432.
CO2 uvoľňovaný počas kompostovania
Počas kompostovania sa CO2 síce uvoľňuje, ale časť zostáva v pôde a rastliny ju potom využívajú. Kompostovanie sa skúma už desaťročia, a to ako priemyselný proces aj ako proces po kompostovaní, ktorý uvoľňuje menej CO2 ako iné alternatívy likvidácie odpadu, a kompostovanie sa stále považuje za ekologický proces znižujúci uhlíkovú stopu.
Ekotoxicita zahŕňa testovanie biomasy produkovanej počas procesu kompostovania a rastlín pestovaných s touto biomasou. „Cieľom je zabezpečiť, aby kompostovanie týchto produktov nepoškodilo rastúce rastliny,“ povedal Rosling. Okrem toho spoločnosť ABM Composite preukázala, že jej materiály spĺňajú požiadavky na biodegradáciu v podmienkach domáceho kompostovania, ktoré tiež vyžadujú 90 % biodegradáciu, ale počas 12 mesiacov, v porovnaní s kratším obdobím pre priemyselné kompostovanie.
Priemyselné aplikácie, výroba, náklady a budúci rast
Materiály spoločnosti ABM Composite sa používajú v mnohých komerčných aplikáciách, ale viac informácií nie je možné prezradiť kvôli dohodám o mlčanlivosti. „Naše materiály objednávame tak, aby vyhovovali aplikáciám, ako sú šálky, podšálky, taniere, príbory a nádoby na skladovanie potravín,“ hovorí Rosling, „ale používajú sa aj ako alternatíva k plastom na báze ropy v kozmetických nádobách a veľkých domácich predmetoch. V poslednej dobe boli naše materiály vybrané na použitie pri výrobe komponentov vo veľkých priemyselných strojných zariadeniach, ktoré je potrebné vymieňať každé 2 až 12 týždňov. Tieto spoločnosti si uvedomili, že použitím našej výstuže zo sklenených vlákien X4 je možné tieto mechanické časti vyrobiť s požadovanou odolnosťou proti opotrebovaniu a po použití sú tiež kompostovateľné. Toto je atraktívne riešenie pre blízku budúcnosť, pretože tieto spoločnosti čelia výzve splniť nové environmentálne predpisy a predpisy o emisiách CO2.“
Rosling dodal: „Rastúci záujem je aj o použitie našich nekonečných vlákien v rôznych typoch tkanín a netkaných textílií na výrobu konštrukčných komponentov pre stavebný priemysel. Taktiež pozorujeme záujem o použitie našich biologicky odbúrateľných vlákien s biologicky odbúrateľnými, ale nebiologicky odbúrateľnými PA alebo PP a inertnými termosetovými materiálmi.“
V súčasnosti je sklolaminát X4/5 drahší ako sklo E, ale objemy výroby sú tiež relatívne malé a spoločnosť ABM Composite hľadá množstvo príležitostí na rozšírenie aplikácií a uľahčenie nárastu na 20 000 ton ročne s rastúcim dopytom, čo by mohlo tiež pomôcť znížiť náklady. Rosling však hovorí, že v mnohých prípadoch neboli náklady spojené s plnením požiadaviek na udržateľnosť a nových regulačných požiadaviek plne zohľadnené. Medzitým rastie naliehavosť záchrany planéty. „Spoločnosť už teraz tlačí na viac bioproduktov.“ Vysvetľuje: „Existuje veľa stimulov na posun vpred v oblasti recyklačných technológií, svet sa v tomto smere musí posúvať rýchlejšie a myslím si, že spoločnosť v budúcnosti len zvýši svoj tlak na bioprodukty.“
LCA a výhoda udržateľnosti
Rosling hovorí, že materiály spoločnosti ABM Composite znižujú emisie skleníkových plynov a spotrebu neobnoviteľných zdrojov energie o 50 – 60 percent na kilogram. „Pre naše produkty používame databázu environmentálnej stopy 2.0, akreditovaný súbor údajov GaBi a výpočty LCA (analýza životného cyklu) na základe metodiky uvedenej v normách ISO 14040 a ISO 14044.“
„V súčasnosti, keď kompozity dosiahnu koniec svojho životného cyklu, je na spaľovanie alebo pyrolýzu kompozitného odpadu a produktov na konci životného cyklu potrebné veľa energie. Drvenie a kompostovanie je atraktívnou možnosťou a určite je to jedna z kľúčových hodnotových ponúk, ktoré ponúkame, a zároveň poskytujeme nový typ recyklovateľnosti.“ Rosling hovorí: „Naše sklolaminátové vlákno je vyrobené z prírodných minerálnych zložiek, ktoré sú už prítomné v pôde. Prečo teda nekompostovať komponenty kompozitov na konci životného cyklu alebo nerozpustiť vlákna z nedegradovateľných kompozitov po spálení a použiť ich ako hnojivo? Toto je možnosť recyklácie, ktorá je skutočne globálne zaujímavá.“
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd.
M: +86 18683776368 (tiež WhatsApp)
T:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adresa: NO.398 New Green Road, mesto Xinbang, okres Songjiang, Šanghaj
Čas uverejnenia: 27. mája 2024