ไฟเบอร์กลาสที่ดูดซับทางชีวภาพและย่อยสลายได้ ชิ้นส่วนคอมโพสิตที่ย่อยสลายได้ —— ข่าวอุตสาหกรรม

จะเกิดอะไรขึ้นหากคอมโพสิตโพลีเมอร์เสริมใยแก้ว (GFRP) สามารถนำไปทำปุ๋ยหมักได้เมื่อหมดอายุการใช้งาน นอกเหนือไปจากประโยชน์ที่พิสูจน์แล้วหลายทศวรรษในด้านการลดน้ำหนัก ความแข็งแกร่ง ความทนทาน ความทนทานต่อการกัดกร่อน นั่นเป็นเสน่ห์ของเทคโนโลยีคอมโพสิต ABM

กระจกชีวภาพ เส้นใยที่มีความแข็งแรงสูง

Arctic Biomaterials Oy (เมืองแทมเปเร ประเทศฟินแลนด์) ก่อตั้งขึ้นในปี 2014 และได้พัฒนาเส้นใยแก้วที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ซึ่งทำจากแก้วที่เรียกว่า bioactive glass ซึ่ง Ari Rosling ผู้อำนวยการฝ่ายวิจัยและพัฒนาของ ABM Composite อธิบายว่าเป็น "สูตรพิเศษที่พัฒนาขึ้นในช่วงทศวรรษ 1960 ซึ่งช่วยให้แก้วสามารถย่อยสลายได้ภายใต้สภาวะทางสรีรวิทยา เมื่อแก้วเข้าสู่ร่างกายแล้ว แก้วจะสลายตัวเป็นเกลือแร่ที่เป็นส่วนประกอบ ปลดปล่อยโซเดียม แมกนีเซียม ฟอสเฟต ฯลฯ ออกมา ทำให้เกิดสภาวะที่กระตุ้นการเจริญเติบโตของกระดูก"

“มันมีคุณสมบัติคล้ายคลึงกันกับไฟเบอร์กลาสปลอดด่าง (E-glass)Rosling กล่าวว่า “แต่แก้วชีวภาพชนิดนี้ผลิตและดึงออกมาเป็นเส้นใยได้ยาก และจนถึงขณะนี้แก้วชนิดนี้ถูกใช้เป็นผงหรือดินน้ำมันเท่านั้น เท่าที่เรารู้ ABM Composite เป็นบริษัทแรกที่ผลิตใยแก้วที่มีความแข็งแรงสูงในระดับอุตสาหกรรม และตอนนี้เรากำลังใช้ใยแก้ว ArcBiox X4/5 เหล่านี้เพื่อเสริมความแข็งแรงให้กับพลาสติกประเภทต่างๆ รวมถึงโพลีเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ”

อุปกรณ์ปลูกถ่ายทางการแพทย์

ภูมิภาคแทมเปเร ซึ่งอยู่ห่างจากเฮลซิงกิไปทางเหนือ 2 ชั่วโมง ประเทศฟินแลนด์ เป็นศูนย์กลางของโพลีเมอร์ชีวภาพที่ย่อยสลายได้สำหรับการใช้งานทางการแพทย์มาตั้งแต่ทศวรรษ 1980 โรสลิงอธิบายว่า “หนึ่งในวัสดุปลูกถ่ายเชิงพาณิชย์ชุดแรกที่ผลิตด้วยวัสดุเหล่านี้ผลิตขึ้นที่แทมเปเร และนั่นคือจุดเริ่มต้นของ ABM Composite! ซึ่งปัจจุบันกลายมาเป็นหน่วยธุรกิจทางการแพทย์ของเรา”

“มีพอลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพและดูดซึมได้ทางชีวภาพมากมายสำหรับการปลูกถ่าย” เขากล่าวต่อ “แต่คุณสมบัติเชิงกลของพอลิเมอร์เหล่านี้ยังห่างไกลจากกระดูกธรรมชาติมาก เราสามารถปรับปรุงพอลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพเหล่านี้เพื่อให้การปลูกถ่ายมีความแข็งแรงเท่ากับกระดูกธรรมชาติ” Rosling กล่าวว่าเส้นใยแก้ว ArcBiox เกรดทางการแพทย์ที่เติม ABM เข้าไปสามารถปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลของพอลิเมอร์ PLLA ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพได้ 200% ถึง 500%

ด้วยเหตุนี้ รากเทียมของ ABM Composite จึงมีประสิทธิภาพสูงกว่ารากเทียมที่ผลิตจากโพลีเมอร์ที่ไม่มีการเสริมแรง ขณะเดียวกันก็ดูดซึมได้ทางชีวภาพและส่งเสริมการสร้างและการเติบโตของกระดูก นอกจากนี้ ABM Composite ยังใช้เทคนิคการจัดวางเส้นใย/เส้นใยอัตโนมัติเพื่อให้แน่ใจว่ามีการวางแนวของเส้นใยอย่างเหมาะสมที่สุด รวมถึงการวางเส้นใยตลอดความยาวของรากเทียม ตลอดจนการวางเส้นใยเพิ่มเติมในจุดที่อาจมีจุดอ่อน

การใช้งานในครัวเรือนและเทคนิค

ด้วยหน่วยธุรกิจทางการแพทย์ที่เติบโตอย่างต่อเนื่อง ABM Composite ตระหนักดีว่าพอลิเมอร์ชีวภาพและย่อยสลายได้ทางชีวภาพยังสามารถนำไปใช้ทำเครื่องครัว ช้อนส้อม และของใช้ในครัวเรือนอื่นๆ ได้อีกด้วย “โดยทั่วไปแล้ว พอลิเมอร์ชีวภาพเหล่านี้จะมีสมบัติเชิงกลที่ไม่ดีเมื่อเทียบกับพลาสติกจากปิโตรเลียม” Rosling กล่าว “แต่เราสามารถเสริมความแข็งแรงให้กับวัสดุเหล่านี้ด้วยใยแก้วที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพของเรา ทำให้เป็นทางเลือกที่ดีแทนพลาสติกเชิงพาณิชย์จากฟอสซิลสำหรับการใช้งานทางเทคนิคที่หลากหลาย”

ด้วยเหตุนี้ ABM Composite จึงได้ขยายหน่วยธุรกิจทางเทคนิค ซึ่งปัจจุบันมีพนักงาน 60 คน “เราเสนอโซลูชันสำหรับปลายอายุการใช้งาน (EOL) ที่ยั่งยืนยิ่งขึ้น” Rosling กล่าว “ข้อเสนอที่มีคุณค่าของเราคือการนำคอมโพสิตที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพเหล่านี้ไปใช้ในกระบวนการทำปุ๋ยหมักในอุตสาหกรรม ซึ่งจะกลายเป็นดิน” กระจก E แบบดั้งเดิมนั้นเฉื่อยและจะไม่สลายตัวในโรงงานทำปุ๋ยหมักเหล่านี้

คอมโพสิตไฟเบอร์ ArcBiox

ABM Composite ได้พัฒนาเส้นใยแก้ว ArcBiox X4/5 ในรูปแบบต่างๆ สำหรับการใช้งานแบบคอมโพสิต ตั้งแต่เส้นใยสั้นและสารประกอบฉีดขึ้นรูปเพื่อเส้นใยต่อเนื่องสำหรับกระบวนการต่างๆ เช่น การขึ้นรูปสิ่งทอและการขึ้นรูปด้วยกระบวนการพัลทรูชัน ผลิตภัณฑ์ ArcBiox BSGF ผสมผสานเส้นใยแก้วที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพเข้ากับเรซินโพลีเอสเตอร์จากชีวภาพ และมีจำหน่ายในเกรดเทคโนโลยีทั่วไปและเกรด ArcBiox 5 ที่ได้รับการอนุมัติให้ใช้งานในแอปพลิเคชันที่สัมผัสอาหาร

นอกจากนี้ ABM Composite ยังได้ศึกษาวิจัยโพลีเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพและชีวภาพหลากหลายชนิด เช่น กรดโพลีแลกติก (PLA) PLLA และโพลีบิวทิลีนซักซิเนต (PBS) แผนภาพด้านล่างแสดงให้เห็นว่าเส้นใยแก้ว X4/5 สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพเพื่อแข่งขันกับโพลีเมอร์เสริมใยแก้วมาตรฐาน เช่น โพลิโพรพิลีน (PP) และแม้แต่โพลีเอไมด์ 6 (PA6) ได้อย่างไร

นอกจากนี้ ABM Composite ยังได้ศึกษาวิจัยโพลีเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพและชีวภาพหลากหลายชนิด เช่น กรดโพลีแลกติก (PLA) PLLA และโพลีบิวทิลีนซักซิเนต (PBS) แผนภาพด้านล่างแสดงให้เห็นว่าเส้นใยแก้ว X4/5 สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพเพื่อแข่งขันกับโพลีเมอร์เสริมใยแก้วมาตรฐาน เช่น โพลิโพรพิลีน (PP) และแม้แต่โพลีเอไมด์ 6 (PA6) ได้อย่างไร

ความทนทานและความสามารถในการทำปุ๋ยหมัก

หากวัสดุผสมเหล่านี้สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพ วัสดุเหล่านี้จะมีอายุใช้งานนานเพียงใด “เส้นใยแก้ว X4/5 ของเราจะไม่ละลายใน 5 นาทีหรือข้ามคืนเหมือนน้ำตาล และแม้ว่าคุณสมบัติของเส้นใยจะเสื่อมลงเมื่อเวลาผ่านไป แต่ก็จะไม่ชัดเจน” Rosling กล่าวว่า “เพื่อให้ย่อยสลายได้อย่างมีประสิทธิภาพ เราต้องใช้ความร้อนและความชื้นที่สูงขึ้นเป็นระยะเวลานาน เช่นเดียวกับที่พบในสิ่งมีชีวิตหรือกองปุ๋ยหมักอุตสาหกรรม ตัวอย่างเช่น เราได้ทดสอบถ้วยและชามที่ทำจากวัสดุ ArcBiox BSGF ของเรา และพบว่าสามารถทนต่อการล้างจานได้ถึง 200 รอบโดยไม่สูญเสียการใช้งาน คุณสมบัติเชิงกลของวัสดุเหล่านี้มีการเสื่อมลงบ้าง แต่ไม่ถึงขั้นที่ถ้วยจะไม่ปลอดภัยต่อการใช้งาน”

อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญคือเมื่อทิ้งวัสดุผสมเหล่านี้เมื่อหมดอายุการใช้งาน วัสดุผสมเหล่านี้จะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดมาตรฐานที่จำเป็นสำหรับการทำปุ๋ยหมัก และ ABM Composite ได้ทำการทดสอบหลายชุดเพื่อพิสูจน์ว่าวัสดุผสมเป็นไปตามมาตรฐานเหล่านี้ “ตามมาตรฐาน ISO (สำหรับการทำปุ๋ยหมักในอุตสาหกรรม) ควรเกิดการย่อยสลายทางชีวภาพภายใน 6 เดือน และสลายตัวภายใน 3 เดือน/90 วัน” Rosling กล่าวว่า “การย่อยสลายหมายถึงการนำตัวอย่าง/ผลิตภัณฑ์ทดสอบไปใส่ในชีวมวลหรือปุ๋ยหมัก หลังจากผ่านไป 90 วัน ช่างเทคนิคจะตรวจสอบชีวมวลโดยใช้ตะแกรง หลังจากผ่านไป 12 สัปดาห์ ผลิตภัณฑ์อย่างน้อย 90 เปอร์เซ็นต์จะต้องผ่านตะแกรงขนาด 2 มม. × 2 มม. ได้”

การย่อยสลายทางชีวภาพนั้นพิจารณาจากการบดวัตถุดิบใหม่ให้เป็นผงและวัดปริมาณ CO2 ทั้งหมดที่ปล่อยออกมาหลังจาก 90 วัน ซึ่งจะประเมินปริมาณคาร์บอนในกระบวนการทำปุ๋ยหมักที่แปลงเป็นน้ำ ชีวมวล และ CO2 “การจะผ่านการทดสอบการทำปุ๋ยหมักในอุตสาหกรรมนั้น จะต้องทำให้ได้ CO2 100% ตามทฤษฎี 90% จากกระบวนการทำปุ๋ยหมัก (โดยพิจารณาจากปริมาณคาร์บอน)”

Rosling กล่าวว่า ABM Composite ได้บรรลุข้อกำหนดในการย่อยสลายและย่อยสลายทางชีวภาพ และการทดสอบแสดงให้เห็นว่าการเพิ่มใยแก้ว X4 ช่วยเพิ่มความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพได้จริง (ดูตารางด้านบน) ซึ่งเท่ากับ 78% สำหรับส่วนผสม PLA ที่ไม่มีการเสริมแรง ตัวอย่างเช่น เขาอธิบายว่า "อย่างไรก็ตาม เมื่อเราเพิ่มใยแก้วย่อยสลายทางชีวภาพ 30% เข้าไป อัตราการย่อยสลายทางชีวภาพจะเพิ่มขึ้นเป็น 94% ในขณะที่อัตราการย่อยสลายยังคงดีอยู่"

จากผลการทดสอบ ABM Composite ได้แสดงให้เห็นว่าวัสดุของบริษัทสามารถผ่านการรับรองว่าสามารถทำปุ๋ยหมักได้ตามมาตรฐาน EN 13432 โดยวัสดุของบริษัทผ่านการทดสอบมาแล้วจนถึงปัจจุบัน ได้แก่ ISO 14855-1 สำหรับการย่อยสลายทางชีวภาพโดยใช้อากาศในขั้นสุดท้ายของวัสดุภายใต้เงื่อนไขการทำปุ๋ยหมักที่ควบคุม ISO 16929 สำหรับการย่อยสลายโดยใช้อากาศที่ควบคุม ISO DIN EN 13432 สำหรับข้อกำหนดทางเคมี และ OECD 208 สำหรับการทดสอบความเป็นพิษต่อพืช ISO DIN EN 13432

CO2 ที่ปล่อยออกมาในระหว่างการทำปุ๋ยหมัก

ในระหว่างการทำปุ๋ยหมัก CO2 จะถูกปล่อยออกมาจริง แต่บางส่วนจะยังคงอยู่ในดินและถูกนำไปใช้โดยพืช การทำปุ๋ยหมักได้รับการศึกษากันมานานหลายทศวรรษ ทั้งในฐานะกระบวนการทางอุตสาหกรรมและกระบวนการหลังการทำปุ๋ยหมักที่ปล่อย CO2 น้อยกว่าทางเลือกในการกำจัดขยะอื่นๆ และการทำปุ๋ยหมักยังถือเป็นกระบวนการที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและลดปริมาณการปล่อยคาร์บอน

ความเป็นพิษต่อระบบนิเวศเกี่ยวข้องกับการทดสอบชีวมวลที่ผลิตขึ้นระหว่างกระบวนการทำปุ๋ยหมักและพืชที่ปลูกด้วยชีวมวลนี้ “นี่เป็นการทำให้แน่ใจว่าการทำปุ๋ยหมักผลิตภัณฑ์เหล่านี้จะไม่เป็นอันตรายต่อพืชที่กำลังเติบโต” Rosling กล่าว นอกจากนี้ ABM Composite ได้แสดงให้เห็นว่าวัสดุของตนเป็นไปตามข้อกำหนดการย่อยสลายทางชีวภาพภายใต้เงื่อนไขการทำปุ๋ยหมักที่บ้าน ซึ่งยังต้องย่อยสลายทางชีวภาพ 90% แต่ใช้เวลามากกว่า 12 เดือน เมื่อเทียบกับระยะเวลาที่สั้นกว่าสำหรับการทำปุ๋ยหมักในอุตสาหกรรม

การใช้งานทางอุตสาหกรรม การผลิต ต้นทุน และการเติบโตในอนาคต

วัสดุของ ABM Composite ถูกนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์หลายอย่าง แต่ไม่สามารถเปิดเผยได้มากกว่านี้เนื่องจากข้อตกลงการรักษาความลับ Rosling กล่าวว่า “เราสั่งวัสดุของเราให้เหมาะกับการใช้งาน เช่น ถ้วย จานรอง ช้อนส้อม และภาชนะสำหรับเก็บอาหาร แต่ยังใช้เป็นทางเลือกแทนพลาสติกที่ทำจากปิโตรเลียมในภาชนะเครื่องสำอางและของใช้ในครัวเรือนขนาดใหญ่ เมื่อไม่นานมานี้ วัสดุของเราได้รับการคัดเลือกให้ใช้ในการผลิตส่วนประกอบในการติดตั้งเครื่องจักรอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่ต้องเปลี่ยนใหม่ทุก 2-12 สัปดาห์ บริษัทเหล่านี้ตระหนักดีว่าการใช้การเสริมใยแก้ว X4 ของเราทำให้ชิ้นส่วนเครื่องจักรเหล่านี้สามารถผลิตให้มีความทนทานต่อการสึกหรอตามต้องการ และยังย่อยสลายได้หลังการใช้งานอีกด้วย ถือเป็นโซลูชันที่น่าสนใจสำหรับอนาคตอันใกล้นี้ เนื่องจากบริษัทเหล่านี้ต้องเผชิญกับความท้าทายในการปฏิบัติตามข้อบังคับด้านสิ่งแวดล้อมและการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ใหม่”

Rosling กล่าวเสริมว่า “นอกจากนี้ ยังมีความสนใจเพิ่มขึ้นในการใช้เส้นใยต่อเนื่องของเราในผ้าและผ้าไม่ทอประเภทต่างๆ เพื่อผลิตส่วนประกอบโครงสร้างสำหรับอุตสาหกรรมก่อสร้าง นอกจากนี้ เรายังเห็นความสนใจในการใช้เส้นใยที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพของเรากับ PA หรือ PP ที่เป็นวัสดุชีวภาพแต่ย่อยสลายไม่ได้ และวัสดุเทอร์โมเซ็ตเฉื่อย”

ปัจจุบันไฟเบอร์กลาส X4/5 มีราคาแพงกว่า E-glass แต่ปริมาณการผลิตก็ค่อนข้างน้อยเช่นกัน และ ABM Composite กำลังแสวงหาโอกาสต่างๆ เพื่อขยายการใช้งานและอำนวยความสะดวกในการเพิ่มปริมาณการผลิตเป็น 20,000 ตันต่อปีตามความต้องการที่เพิ่มขึ้น ซึ่งอาจช่วยลดต้นทุนได้เช่นกัน แม้จะเป็นเช่นนั้น Rosling กล่าวว่าในหลายกรณี ต้นทุนที่เกี่ยวข้องกับการปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านความยั่งยืนและกฎระเบียบใหม่ๆ ยังไม่ได้รับการพิจารณาอย่างเต็มที่ ในขณะเดียวกัน ความเร่งด่วนในการช่วยโลกก็เพิ่มมากขึ้น “สังคมกำลังผลักดันให้มีผลิตภัณฑ์ชีวภาพมากขึ้น” เขาอธิบายว่า “มีแรงจูงใจมากมายที่จะผลักดันเทคโนโลยีการรีไซเคิลให้ก้าวหน้า โลกจำเป็นต้องเคลื่อนไหวเร็วขึ้นในเรื่องนี้ และฉันคิดว่าสังคมจะผลักดันให้มีผลิตภัณฑ์ชีวภาพมากขึ้นในอนาคต”

LCA และความได้เปรียบด้านความยั่งยืน

Rosling กล่าวว่าวัสดุของ ABM Composite ช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกและการใช้พลังงานที่ไม่หมุนเวียนได้ 50-60 เปอร์เซ็นต์ต่อกิโลกรัม “เราใช้ฐานข้อมูล Environmental Footprint Database 2.0 ชุดข้อมูล GaBi ที่ได้รับการรับรอง และการคำนวณ LCA (Life Cycle Analysis) สำหรับผลิตภัณฑ์ของเราโดยอิงตามระเบียบวิธีที่ระบุไว้ใน ISO 14040 และ ISO 14044”

“ปัจจุบัน เมื่อวัสดุคอมโพสิตถึงจุดสิ้นสุดวงจรชีวิต จำเป็นต้องใช้พลังงานจำนวนมากในการเผาหรือเผาขยะคอมโพสิตและผลิตภัณฑ์ EOL การหั่นย่อยและการทำปุ๋ยหมักเป็นทางเลือกที่น่าสนใจ และแน่นอนว่าเป็นหนึ่งในคุณค่าหลักที่เรานำเสนอ และเรากำลังนำเสนอรูปแบบใหม่ของการรีไซเคิล” Rosling กล่าว “ไฟเบอร์กลาสของเราทำมาจากส่วนประกอบแร่ธาตุจากธรรมชาติที่มีอยู่ในดินอยู่แล้ว ดังนั้น ทำไมเราจึงไม่ทำปุ๋ยหมักส่วนประกอบคอมโพสิต EOL หรือละลายเส้นใยจากคอมโพสิตที่ไม่ย่อยสลายได้หลังการเผาและนำไปใช้เป็นปุ๋ย? นี่คือทางเลือกในการรีไซเคิลที่ได้รับความสนใจทั่วโลกอย่างแท้จริง”

บริษัท เซี่ยงไฮ้ โอริเซน นิว แมททีเรียล เทคโนโลยี จำกัด
M: +86 18683776368 (หรือ WhatsApp)
โทร:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
ที่อยู่: NO.398 ถนน New Green เมือง Xinbang เขต Songjiang เซี่ยงไฮ้