Paano kung ang mga glass fiber reinforced polymer (GFRP) composite ay maaaring i-compost sa pagtatapos ng kanilang kapaki-pakinabang na buhay, bilang karagdagan sa mga dekada ng napatunayang mga benepisyo ng pagbawas ng timbang, lakas at tibay, resistensya sa kalawang at tibay? Iyan, sa madaling salita, ang apela ng teknolohiya ng ABM Composite.
Bioactive na salamin, mga hibla na may mataas na lakas
Itinatag noong 2014, ang Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Finland) ay nakabuo ng isang biodegradable glass fiber na gawa sa tinatawag na bioactive glass, na inilarawan ni Ari Rosling, R&D director sa ABM Composite, bilang "isang espesyal na pormulasyon na binuo noong dekada 1960 na nagpapahintulot sa salamin na mabulok sa ilalim ng mga kondisyong pisyolohikal. Kapag ipinasok sa katawan, ang salamin ay nabubulok sa mga bumubuo nitong mineral salts, na naglalabas ng sodium, magnesium, phosphates, atbp., kaya lumilikha ng isang kondisyon na nagpapasigla sa paglaki ng buto."
"Mayroon itong mga katangiang katulad nghibla ng salamin na walang alkali (E-glass).” Sabi ni Rosling, “Ngunit ang bioactive glass na ito ay mahirap gawin at gawing mga hibla, at hanggang ngayon ay ginagamit lamang ito bilang pulbos o masilya. Sa pagkakaalam namin, ang ABM Composite ang unang kumpanya na gumawa ng mga high-strength glass fiber mula rito sa isang industrial scale, at ginagamit na namin ngayon ang mga ArcBiox X4/5 glass fiber na ito upang palakasin ang iba't ibang uri ng plastik, kabilang ang mga biodegradable polymer.”
Mga medikal na implant
Ang rehiyon ng Tampere, dalawang oras sa hilaga ng Helsinki, Finland, ay naging sentro para sa mga bio-based biodegradable polymer para sa mga medikal na aplikasyon simula pa noong dekada 1980. Inilarawan ni Rosling, "Isa sa mga unang komersyal na magagamit na implant na gawa sa mga materyales na ito ay ginawa sa Tampere, at ganito nagsimula ang ABM Composite! na ngayon ay ang aming medical business unit."
“Maraming biodegradable, bioabsorbable polymers para sa mga implant.” Patuloy niya, “ngunit ang kanilang mga mekanikal na katangian ay malayo sa natural na buto. Nagawa naming pagbutihin ang mga biodegradable polymers na ito upang mabigyan ang implant ng parehong lakas gaya ng natural na buto.” Nabanggit ni Rosling na ang mga medical grade ArcBiox glass fibers na may dagdag na ABM ay maaaring mapabuti ang mga mekanikal na katangian ng biodegradable PLLA polymers ng 200% hanggang 500%.
Dahil dito, ang mga implant ng ABM Composite ay nag-aalok ng mas mataas na performance kaysa sa mga implant na gawa sa mga unreinforced polymer, habang bioabsorbable din at nagtataguyod ng pagbuo at paglaki ng buto. Gumagamit din ang ABM Composite ng mga automated fiber/strand placement techniques upang matiyak ang pinakamainam na oryentasyon ng fiber, kabilang ang paglalagay ng mga fiber sa buong haba ng implant, pati na rin ang paglalagay ng mga karagdagang fiber sa mga posibleng mahinang bahagi.
Mga aplikasyon sa bahay at teknikal
Sa lumalaking yunit ng negosyong medikal nito, kinikilala ng ABM Composite na ang mga bio-based at biodegradable polymer ay maaari ding gamitin para sa mga kagamitan sa kusina, kubyertos, at iba pang mga gamit sa bahay. "Ang mga biodegradable polymer na ito ay karaniwang may mahinang mekanikal na katangian kumpara sa mga plastik na nakabase sa petrolyo." Sabi ni Rosling, "Ngunit maaari nating palakasin ang mga materyales na ito gamit ang ating mga biodegradable glass fiber, na ginagawa itong halos isang mahusay na alternatibo sa mga fossil-based commercial plastics para sa malawak na hanay ng mga teknikal na aplikasyon."
Dahil dito, pinalaki ng ABM Composite ang teknikal na yunit ng negosyo nito, na ngayon ay may 60 empleyado. “Nag-aalok kami ng mas napapanatiling mga solusyon para sa end-of-life (EOL).” Sabi ni Rosling, “Ang aming mahalagang panukala ay ilagay ang mga biodegradable composite na ito sa mga industriyal na operasyon ng pag-compost kung saan ang mga ito ay nagiging lupa.” Ang tradisyonal na E-glass ay hindi gumagalaw at hindi mabubulok sa mga pasilidad ng pag-compost na ito.
Mga Composites ng Fiber ng ArcBiox
Ang ABM Composite ay nakabuo ng iba't ibang anyo ng ArcBiox X4/5 glass fibers para sa mga aplikasyon ng composite, mula samga hibla na maikli ang hiwaat mga compound ng paghubog ng iniksyontuluy-tuloy na mga hiblapara sa mga prosesong tulad ng tela at pultrusion molding. Pinagsasama ng hanay ng ArcBiox BSGF ang mga biodegradable glass fibers na may bio-based polyester resins at makukuha sa mga pangkalahatang grado ng teknolohiya at ArcBiox 5 grado na inaprubahan para sa paggamit sa mga aplikasyon ng pakikipag-ugnayan sa pagkain.
Sinuri rin ng ABM Composite ang iba't ibang biodegradable at bio-based polymers kabilang ang Polylactic Acid (PLA), PLLA at Polybutylene Succinate (PBS). Ipinapakita ng diagram sa ibaba kung paano mapapabuti ng X4/5 glass fibers ang performance upang makipagkumpitensya sa mga karaniwang glass fiber reinforced polymers tulad ng polypropylene (PP) at maging ang polyamide 6 (PA6).
Sinuri rin ng ABM Composite ang iba't ibang biodegradable at bio-based polymers, kabilang ang Polylactic Acid (PLA), PLLA at Polybutylene Succinate (PBS). Ipinapakita ng diagram sa ibaba kung paano mapapabuti ng X4/5 glass fibers ang performance upang makipagkumpitensya sa mga karaniwang glass fiber reinforced polymers tulad ng polypropylene (PP) at maging ang polyamide 6 (PA6).
Katatagan at Pag-aabono
Kung ang mga composite na ito ay biodegradable, gaano katagal ang mga ito tatagal? “Ang aming X4/5 glass fibers ay hindi natutunaw sa loob ng limang minuto o magdamag tulad ng asukal, at bagama't ang kanilang mga katangian ay nasisira sa paglipas ng panahon, hindi ito gaanong kapansin-pansin.” Sabi ni Rosling, “Para epektibong masira, kailangan namin ng mataas na temperatura at halumigmig sa mahabang panahon, tulad ng matatagpuan in vivo o sa mga industrial compost pile. Halimbawa, sinubukan namin ang mga tasa at mangkok na gawa sa aming ArcBiox BSGF na materyal, at kaya nilang tumagal ng hanggang 200 dishwashing cycle nang hindi nawawala ang functionality. May ilang pagkasira ng mga mekanikal na katangian, ngunit hindi hanggang sa puntong hindi ligtas gamitin ang mga tasa.”
Gayunpaman, mahalaga na kapag ang mga composite na ito ay itinapon sa pagtatapos ng kanilang kapaki-pakinabang na buhay, natutugunan ng mga ito ang mga karaniwang kinakailangan para sa pag-compost, at ang ABM Composite ay nagsagawa ng isang serye ng mga pagsubok upang patunayan na natutugunan nito ang mga pamantayang ito. "Ayon sa mga pamantayan ng ISO (para sa pang-industriyang pag-compost), ang biodegradation ay dapat mangyari sa loob ng 6 na buwan at ang decomposition sa loob ng 3 buwan/90 araw". Sabi ni Rosling, "Ang decomposition ay nangangahulugan ng paglalagay ng test sample/product sa biomass o compost. Pagkatapos ng 90 araw, sinusuri ng technician ang biomass gamit ang isang salaan. Pagkatapos ng 12 linggo, hindi bababa sa 90 porsyento ng produkto ang dapat na makadaan sa isang 2 mm × 2 mm na salaan".
Natutukoy ang biodegradation sa pamamagitan ng paggiling ng mga hilaw na materyales hanggang maging pulbos at pagsukat sa kabuuang dami ng CO2 na inilalabas pagkatapos ng 90 araw. Tinatasa nito kung gaano karami sa nilalaman ng carbon sa proseso ng pag-compost ang na-convert sa tubig, biomass, at CO2. "Upang makapasa sa industrial composting test, 90 porsyento ng teoretikal na 100 porsyentong CO2 mula sa proseso ng pag-compost ang dapat makamit (batay sa nilalaman ng carbon)".
Ayon kay Rosling, natugunan ng ABM Composite ang mga kinakailangan sa decomposition at biodegradation, at ipinakita ng mga pagsusuri na ang pagdaragdag ng X4 glass fiber nito ay talagang nagpapabuti sa biodegradability (tingnan ang talahanayan sa itaas), na 78% lamang para sa isang unreinforced PLA blend, halimbawa. Ipinaliwanag niya, "Gayunpaman, nang idinagdag ang aming 30% biodegradable glass fibers, ang biodegradation ay tumaas sa 94%, habang ang mga rate ng degradation ay nanatiling mabuti".
Bilang resulta, ipinakita ng ABM Composite na ang mga materyales nito ay maaaring sertipikadong compostable ayon sa EN 13432. Ang mga pagsubok na naipasa ng mga materyales nito hanggang sa kasalukuyan ay kinabibilangan ng ISO 14855-1 para sa pangwakas na aerobic biodegradability ng mga materyales sa ilalim ng kontroladong mga kondisyon ng composting, ISO 16929 para sa aerobic controlled decomposition, ISO DIN EN 13432 para sa mga kinakailangan sa kemikal, at OECD 208 para sa phytotoxicity testing, ISO DIN EN 13432.
CO2 na inilalabas habang nagko-compost
Sa panahon ng pag-compost, ang CO2 ay talagang inilalabas, ngunit ang ilan ay nananatili sa lupa at pagkatapos ay ginagamit ng mga halaman. Ang pag-compost ay pinag-aralan sa loob ng mga dekada, kapwa bilang isang prosesong pang-industriya at bilang isang proseso pagkatapos ng pag-compost na naglalabas ng mas kaunting CO2 kaysa sa iba pang mga alternatibo sa pagtatapon ng basura, at ang pag-compost ay itinuturing pa ring isang prosesong environment-friendly at nakakabawas ng carbon footprint.
Ang ecotoxicity ay kinabibilangan ng pagsubok sa biomass na nalilikha habang isinasagawa ang proseso ng pag-compost at sa mga halamang itinanim kasama ng biomass na ito. "Ito ay upang matiyak na ang pag-compost ng mga produktong ito ay hindi makakasama sa mga lumalagong halaman," sabi ni Rosling. Bukod pa rito, ipinakita ng ABM Composite na ang mga materyales nito ay nakakatugon sa mga kinakailangan sa biodegradation sa ilalim ng mga kondisyon ng pag-compost sa bahay, na nangangailangan din ng 90% biodegradation, ngunit sa loob ng 12-buwang panahon, kumpara sa mas maikling panahon para sa industrial composting.
Mga aplikasyon sa industriya, produksyon, gastos at paglago sa hinaharap
Ang mga materyales ng ABM Composite ay ginagamit sa iba't ibang komersyal na aplikasyon, ngunit hindi pa maaaring ibunyag ang higit pa dahil sa mga kasunduan sa pagiging kumpidensyal. "Inoorder namin ang aming mga materyales upang umangkop sa mga aplikasyon tulad ng mga tasa, platito, plato, kubyertos at mga lalagyan ng pagkain," sabi ni Rosling, "ngunit ginagamit din ang mga ito bilang alternatibo sa mga plastik na nakabase sa petrolyo sa mga lalagyan ng kosmetiko at malalaking gamit sa bahay. Kamakailan lamang, ang aming mga materyales ay napili para gamitin sa paggawa ng mga bahagi sa malalaking instalasyon ng makinarya sa industriya na kailangang palitan tuwing 2-12 linggo. Kinilala ng mga kumpanyang ito na sa pamamagitan ng paggamit ng aming X4 glass fiber reinforcement, ang mga mekanikal na bahaging ito ay maaaring gawin nang may kinakailangang resistensya sa pagkasira at maaari ring ma-compost pagkatapos gamitin. Ito ay isang kaakit-akit na solusyon para sa malapit na hinaharap habang ang mga kumpanyang ito ay nahaharap sa hamon ng pagtugon sa mga bagong regulasyon sa kapaligiran at emisyon ng CO2".
Dagdag pa ni Rosling, “Lumalaki rin ang interes sa paggamit ng aming mga continuous fibers sa iba't ibang uri ng tela at nonwovens upang gumawa ng mga structural component para sa industriya ng konstruksyon. Nakakakita rin kami ng interes sa paggamit ng aming mga biodegradable fibers na may bio-based ngunit non-biodegradable na PA o PP at mga inert thermoset materials.”
Sa kasalukuyan, ang X4/5 fiberglass ay mas mahal kaysa sa E-glass, ngunit ang mga volume ng produksyon ay medyo maliit din, at ang ABM Composite ay naghahanap ng ilang mga pagkakataon upang mapalawak ang mga aplikasyon at mapadali ang pagtaas sa 20,000 tonelada/taon habang lumalaki ang demand, na maaari ring makatulong upang mabawasan ang mga gastos. Gayunpaman, sinabi ni Rosling na sa maraming mga kaso ang mga gastos na nauugnay sa pagtugon sa pagpapanatili at mga bagong kinakailangan sa regulasyon ay hindi pa lubos na napag-iisipan. Samantala, ang pagkaapurahan ng pagliligtas sa planeta ay lumalaki. "Itinutulak na ng lipunan ang mas maraming produktong nakabatay sa bio." Paliwanag niya, "Maraming insentibo upang isulong ang mga teknolohiya sa pag-recycle, kailangang mas mabilis na kumilos ang mundo dito at sa palagay ko ay lalo lamang mapapahusay ng lipunan ang pagsusulong nito para sa mga produktong nakabatay sa bio sa hinaharap".
LCA at Kalamangan sa Pagpapanatili
Ayon kay Rosling, ang mga materyales ng ABM Composite ay nakakabawas sa mga emisyon ng greenhouse gas at paggamit ng hindi nababagong enerhiya ng 50-60 porsyento bawat kilo. “Ginagamit namin ang Environmental Footprint Database 2.0, ang akreditadong GaBi dataset, at mga kalkulasyon ng LCA (Life Cycle Analysis) para sa aming mga produkto batay sa metodolohiyang nakabalangkas sa ISO 14040 at ISO 14044”.
“Sa kasalukuyan, kapag ang mga composite ay nasa dulo na ng kanilang siklo ng buhay, maraming enerhiya ang kinakailangan upang sunugin o i-pyrolyze ang mga basurang composite at mga produktong EOL, at ang paggupit at pag-compost ay isang kaakit-akit na opsyon, at tiyak na isa ito sa mga pangunahing value proposition na aming iniaalok, at nagbibigay kami ng isang bagong uri ng recyclability.” Sabi ni Rosling, “Ang aming fiberglass ay gawa sa mga natural na mineral na bahagi na nasa lupa na. Kaya bakit hindi i-compost ang mga EOL composite component, o tunawin ang mga hibla mula sa mga hindi nabubulok na composite pagkatapos ng pagsunog at gamitin ang mga ito bilang pataba? Ito ay isang opsyon sa pag-recycle na may tunay na pandaigdigang interes.”
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd.
M: +86 18683776368 (pati WhatsApp)
T:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Tirahan: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Shanghai
Oras ng pag-post: Mayo-27-2024