Kaj če bi kompozite iz polimerov, ojačanih s steklenimi vlakni (GFRP), poleg desetletij dokazanih prednosti zmanjšanja teže, trdnosti in togosti, odpornosti proti koroziji in trajnosti lahko kompostirali ob koncu njihove uporabne dobe? To je, na kratko, privlačnost tehnologije ABM Composite.
Bioaktivno steklo, visoko trdna vlakna
Podjetje Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Finska), ustanovljeno leta 2014, je razvilo biorazgradljivo stekleno vlakno iz tako imenovanega bioaktivnega stekla, ki ga Ari Rosling, direktor raziskav in razvoja pri ABM Composite, opisuje kot »posebno formulacijo, razvito v šestdesetih letih prejšnjega stoletja, ki omogoča razgradnjo stekla v fizioloških pogojih. Ko se steklo vnese v telo, se razgradi na svoje sestavne mineralne soli, pri čemer se sprošča natrij, magnezij, fosfati itd., kar ustvari stanje, ki spodbuja rast kosti.«
"Ima podobne lastnosti kotsteklena vlakna brez alkalij (E-steklo)„Rosling je dejal: „Vendar je to bioaktivno steklo težko izdelati in iz njega vleči vlakna, do sedaj pa se je uporabljalo le kot prah ali kit. Kolikor vemo, je bilo ABM Composite prvo podjetje, ki je iz njega v industrijskem obsegu izdelalo visoko trdna steklena vlakna, zdaj pa ta steklena vlakna ArcBiox X4/5 uporabljamo za ojačitev različnih vrst plastike, vključno z biorazgradljivimi polimeri.“
Medicinski vsadki
Regija Tampere, dve uri severno od Helsinkov na Finskem, je že od osemdesetih let prejšnjega stoletja središče za biorazgradljive polimere na biološki osnovi za medicinsko uporabo. Rosling opisuje: »Eden prvih komercialno dostopnih vsadkov, izdelanih iz teh materialov, je bil izdelan v Tampereju in tako se je začelo podjetje ABM Composite!, ki je zdaj naša medicinska poslovna enota.«
»Obstaja veliko biorazgradljivih, bioabsorbirajočih polimerov za vsadke,« nadaljuje, »vendar so njihove mehanske lastnosti daleč od naravnih kosti. Te biorazgradljive polimere smo lahko izboljšali, da bi vsadku dali enako trdnost kot naravni kosti.« Rosling je ugotovil, da lahko medicinska steklena vlakna ArcBiox z dodatkom ABM izboljšajo mehanske lastnosti biorazgradljivih polimerov PLLA za 200 % do 500 %.
Posledično vsadki ABM Composite ponujajo večjo učinkovitost kot vsadki, izdelani iz neojačanih polimerov, hkrati pa so bioabsorbirajoči in spodbujajo tvorbo in rast kosti. ABM Composite uporablja tudi avtomatizirane tehnike nameščanja vlaken/pramenov za zagotavljanje optimalne orientacije vlaken, vključno s polaganjem vlaken vzdolž celotne dolžine vsadka in nameščanjem dodatnih vlaken na potencialno šibka mesta.
Gospodinjska in tehnična uporaba
Z rastočo medicinsko poslovno enoto se ABM Composite zaveda, da se biološko razgradljivi polimeri lahko uporabljajo tudi za kuhinjsko posodo, jedilni pribor in druge gospodinjske predmete. »Ti biorazgradljivi polimeri imajo običajno slabše mehanske lastnosti v primerjavi s plastiko na osnovi nafte,« je dejal Rosling, »Vendar pa lahko te materiale ojačamo z našimi biorazgradljivimi steklenimi vlakni, zaradi česar so praktično dobra alternativa komercialni plastiki na osnovi fosilnih goriv za širok spekter tehničnih aplikacij.«
Posledično je ABM Composite povečal svojo tehnično poslovno enoto, ki zdaj zaposluje 60 ljudi. »Ponujamo bolj trajnostne rešitve za konec življenjske dobe.« Rosling pravi: »Naša vrednostna ponudba je, da te biorazgradljive kompozite uporabimo za industrijske kompostne obrate, kjer se spremenijo v zemljo.« Tradicionalno E-steklo je inertno in se v teh kompostnih obratih ne razgradi.
Vlaknasti kompoziti ArcBiox
ABM Composite je razvil različne oblike steklenih vlaken ArcBiox X4/5 za kompozitne aplikacije, odkratko obrezana vlaknain brizgalne mase zaneprekinjena vlaknaza procese, kot sta tekstilno in pultruzijsko brizganje. Serija ArcBiox BSGF združuje biorazgradljiva steklena vlakna z biološko obarvanimi poliestrskimi smolami in je na voljo v splošnih tehnoloških razredih in razredih ArcBiox 5, odobrenih za uporabo v stiku z živili.
ABM Composite je raziskoval tudi različne biorazgradljive in biološko zasnovane polimere, vključno s polimlečno kislino (PLA), PLLA in polibutilen sukcinatom (PBS). Spodnji diagram prikazuje, kako lahko steklena vlakna X4/5 izboljšajo svojo zmogljivost in konkurirajo standardnim polimerom, ojačanim s steklenimi vlakni, kot sta polipropilen (PP) in celo poliamid 6 (PA6).
Podjetje ABM Composite je raziskovalo tudi različne biorazgradljive in biološko zasnovane polimere, vključno s polimlečno kislino (PLA), PLLA in polibutilen sukcinatom (PBS). Spodnji diagram prikazuje, kako lahko steklena vlakna X4/5 izboljšajo svojo zmogljivost in konkurirajo standardnim polimerom, ojačanim s steklenimi vlakni, kot sta polipropilen (PP) in celo poliamid 6 (PA6).
Trajnost in kompostabilnost
Če so ti kompoziti biorazgradljivi, kako dolgo bodo zdržali? »Naša steklena vlakna X4/5 se ne raztopijo v petih minutah ali čez noč, kot se sladkor, in čeprav se bodo njihove lastnosti sčasoma poslabšale, to ne bo tako opazno.« Rosling pravi: »Za učinkovito razgradnjo potrebujemo povišane temperature in vlažnost v daljših časovnih obdobjih, kot jih ugotavljamo in vivo ali v industrijskih kompostnih kupih. Na primer, testirali smo skodelice in sklede, izdelane iz našega materiala ArcBiox BSGF, in te so lahko prenesle do 200 ciklov pomivanja posode, ne da bi izgubile funkcionalnost. Prišlo je do nekaj poslabšanja mehanskih lastnosti, vendar ne do te mere, da bi bile skodelice nevarne za uporabo.«
Vendar je pomembno, da ti kompoziti, ko se ob koncu svoje uporabne dobe zavržejo, izpolnjujejo standardne zahteve, potrebne za kompostiranje, in ABM Composite je izvedel vrsto testov, da bi dokazal, da izpolnjuje te standarde. »V skladu s standardi ISO (za industrijsko kompostiranje) bi morala biorazgradnja potekati v 6 mesecih, razgradnja pa v 3 mesecih/90 dneh,« pravi Rosling: »Razgradnja pomeni, da se testni vzorec/izdelek vstavi v biomaso ali kompost. Po 90 dneh tehnik pregleda biomaso s sitom. Po 12 tednih bi moralo vsaj 90 odstotkov izdelka preiti skozi sito z velikostjo odprtin 2 mm × 2 mm.«
Biorazgradnja se določi z mletjem deviškega materiala v prah in merjenjem skupne količine CO2, ki se sprosti po 90 dneh. S tem se oceni, koliko ogljika, ki ga vsebuje proces kompostiranja, se pretvori v vodo, biomaso in CO2. »Da bi izdelek uspešno opravil industrijski test kompostiranja, je treba doseči 90 odstotkov teoretičnih 100 odstotkov CO2 iz procesa kompostiranja (na podlagi vsebnosti ogljika)«.
Rosling pravi, da je ABM Composite izpolnil zahteve glede razgradnje in biorazgradljivosti, testi pa so pokazali, da dodatek steklenih vlaken X4 dejansko izboljša biorazgradljivost (glej zgornjo tabelo), ki je na primer za neojačano mešanico PLA le 78 %. Pojasnjuje: »Ko pa smo dodali naša 30 % biorazgradljivih steklenih vlaken, se je biorazgradnja povečala na 94 %, medtem ko so stopnje razgradnje ostale dobre.«
Posledično je ABM Composite dokazal, da so njegovi materiali certificirani kot kompostabilni v skladu s standardom EN 13432. Testi, ki so jih njegovi materiali do danes opravili, vključujejo ISO 14855-1 za končno aerobno biorazgradljivost materialov v nadzorovanih pogojih kompostiranja, ISO 16929 za aerobno nadzorovano razgradnjo, ISO DIN EN 13432 za kemijske zahteve in OECD 208 za testiranje fitotoksičnosti, ISO DIN EN 13432.
CO2, ki se sprošča med kompostiranjem
Med kompostiranjem se CO2 res sprošča, vendar ga nekaj ostane v tleh in ga nato izkoristijo rastline. Kompostiranje se preučuje že desetletja, tako kot industrijski postopek kot tudi kot postopek po kompostiranju, ki sprošča manj CO2 kot druge alternative odstranjevanja odpadkov, kompostiranje pa še vedno velja za okolju prijazen postopek, ki zmanjšuje ogljični odtis.
Ekotoksičnost vključuje testiranje biomase, proizvedene med procesom kompostiranja, in rastlin, vzgojenih s to biomaso. »S tem se zagotovi, da kompostiranje teh izdelkov ne škoduje rastočim rastlinam,« je dejal Rosling. Poleg tega je ABM Composite dokazal, da njegovi materiali izpolnjujejo zahteve glede biorazgradnje v domačih pogojih kompostiranja, ki prav tako zahtevajo 90-odstotno biorazgradnjo, vendar v 12-mesečnem obdobju, v primerjavi s krajšim obdobjem za industrijsko kompostiranje.
Industrijska uporaba, proizvodnja, stroški in prihodnja rast
Materiali podjetja ABM Composite se uporabljajo v številnih komercialnih aplikacijah, vendar več informacij ni mogoče razkriti zaradi sporazumov o zaupnosti. »Naše materiale naročamo za uporabo v skodelicah, krožnikih, krožnikih, jedilnem priboru in posodah za shranjevanje hrane,« pravi Rosling, »uporabljajo pa se tudi kot alternativa plastiki na osnovi nafte v kozmetičnih posodah in velikih gospodinjskih predmetih. Pred kratkim so bili naši materiali izbrani za uporabo pri izdelavi komponent v velikih industrijskih strojih, ki jih je treba zamenjati vsakih 2–12 tednov. Ta podjetja so prepoznala, da je z uporabo naše ojačitve iz steklenih vlaken X4 mogoče te mehanske dele izdelati z zahtevano odpornostjo proti obrabi in jih je po uporabi mogoče tudi kompostirati. To je privlačna rešitev za bližnjo prihodnost, saj se ta podjetja soočajo z izzivom izpolnjevanja novih okoljskih predpisov in predpisov o emisijah CO2.«
Rosling je dodal: »Vedno več je tudi zanimanja za uporabo naših neprekinjenih vlaken v različnih vrstah tkanin in netkanih tekstilij za izdelavo strukturnih komponent za gradbeno industrijo. Opažamo tudi zanimanje za uporabo naših biorazgradljivih vlaken z biološko zasnovanimi, vendar nerazgradljivimi PA ali PP in inertnimi termoreaktivnimi materiali.«
Trenutno je steklena vlakna X4/5 dražja od stekla E, vendar so tudi proizvodne količine relativno majhne, zato ABM Composite išče številne priložnosti za širitev uporabe in omogočanje povečanja proizvodnje na 20.000 ton/leto, saj povpraševanje narašča, kar bi lahko pripomoglo tudi k zmanjšanju stroškov. Kljub temu Rosling pravi, da v mnogih primerih stroški, povezani z izpolnjevanjem trajnostnih in novih regulativnih zahtev, niso bili v celoti upoštevani. Medtem pa nujnost reševanja planeta narašča. »Družba si že prizadeva za več izdelkov na biološki osnovi.« Pojasnjuje: »Obstaja veliko spodbud za napredek tehnologij recikliranja, svet se mora na tem področju premakniti hitreje in mislim, da bo družba v prihodnosti le še povečala svoje prizadevanje za izdelke na biološki osnovi.«
LCA in prednost trajnosti
Rosling pravi, da materiali podjetja ABM Composite zmanjšujejo emisije toplogrednih plinov in porabo neobnovljive energije za 50–60 odstotkov na kilogram. »Za naše izdelke uporabljamo zbirko podatkov o okoljskem odtisu 2.0, akreditiran nabor podatkov GaBi in izračune LCA (analiza življenjskega cikla) na podlagi metodologije, opisane v standardih ISO 14040 in ISO 14044.«
»Trenutno, ko kompoziti dosežejo konec svojega življenjskega cikla, je za sežiganje ali pirolizo kompozitnih odpadkov in izdelkov na koncu življenjskega cikla potrebno veliko energije, drobljenje in kompostiranje pa sta privlačna možnost in zagotovo ena ključnih vrednostnih ponudb, ki jih ponujamo, ter zagotavljamo novo vrsto recikliranja.« Rosling pravi: »Naša steklena vlakna so izdelana iz naravnih mineralnih sestavin, ki so že prisotne v tleh. Zakaj torej ne bi kompostirali komponent kompozitov na koncu življenjskega cikla ali raztopili vlaken iz nerazgradljivih kompozitov po sežigu in jih uporabili kot gnojilo? To je možnost recikliranja, ki je resnično globalnega pomena.«
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd.
M: +86 18683776368 (tudi WhatsApp)
T: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Naslov: ŠT. 398 Nova zelena cesta, mesto Xinbang, okrožje Songjiang, Šanghaj
Čas objave: 27. maj 2024