Cam elyaf takviyeli polimer (GFRP) kompozitler, onlarca yıldır kanıtlanmış ağırlık azaltma, mukavemet ve sertlik, korozyon direnci ve dayanıklılık faydalarına ek olarak, kullanım ömürlerinin sonunda kompostlanabilirse ne olur? ABM Composite'in teknolojisinin cazibesi kısaca budur.
Biyoaktif cam, yüksek mukavemetli lifler
2014 yılında kurulan Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Finlandiya), ABM Composite'te Ar-Ge direktörü olan Ari Rosling'in "1960'larda geliştirilen ve camın fizyolojik koşullar altında parçalanmasına olanak tanıyan özel bir formül" olarak tanımladığı, biyoaktif cam olarak adlandırılan malzemeden yapılmış biyolojik olarak parçalanabilir bir cam elyafı geliştirdi. Vücuda girdiğinde cam, sodyum, magnezyum, fosfatlar vb. açığa çıkararak bileşen mineral tuzlarına ayrışıyor ve böylece kemik büyümesini uyaran bir durum yaratıyor.
"Benzer özelliklere sahiptiralkali içermeyen cam elyafı (E-cam).” Rosling, “Ancak bu biyoaktif camın üretimi ve liflere çekilmesi zordur ve şimdiye kadar sadece toz veya macun olarak kullanılmıştır. Bildiğimiz kadarıyla, ABM Composite endüstriyel ölçekte bundan yüksek mukavemetli cam lifleri üreten ilk şirketti ve şimdi bu ArcBiox X4/5 cam liflerini biyolojik olarak parçalanabilir polimerler de dahil olmak üzere çeşitli plastik türlerini güçlendirmek için kullanıyoruz” dedi.
Tıbbi implantlar
Finlandiya'nın Helsinki şehrinin iki saat kuzeyindeki Tampere bölgesi, 1980'lerden beri tıbbi uygulamalar için biyo-bazlı biyolojik olarak parçalanabilir polimerlerin merkezi olmuştur. Rosling, "Bu malzemelerle yapılan ilk ticari olarak temin edilebilir implantlardan biri Tampere'de üretildi ve ABM Composite böyle başladı! Şu anda tıbbi iş birimimizdir" diye açıklıyor.
“İmplantlar için birçok biyolojik olarak parçalanabilir, biyolojik olarak emilebilir polimer var.” Devam ediyor, “ancak bunların mekanik özellikleri doğal kemikten çok uzak. İmplanta doğal kemikle aynı gücü kazandırmak için bu biyolojik olarak parçalanabilir polimerleri geliştirebildik.” Rosling, ABM eklenmiş tıbbi sınıf ArcBiox cam elyaflarının biyolojik olarak parçalanabilir PLLA polimerlerinin mekanik özelliklerini %200 ila %500 oranında iyileştirebileceğini belirtti.
Sonuç olarak, ABM Composite'in implantları, güçlendirilmemiş polimerlerle yapılan implantlardan daha yüksek performans sunarken, aynı zamanda biyolojik olarak emilebilir ve kemik oluşumunu ve büyümesini destekler. ABM Composite ayrıca, fiberleri implantın tüm uzunluğu boyunca yerleştirmek ve potansiyel olarak zayıf noktalara ek fiberler yerleştirmek de dahil olmak üzere optimum fiber yönelimini sağlamak için otomatik fiber/iplik yerleştirme tekniklerini kullanır.
Ev ve teknik uygulamalar
Büyüyen tıbbi iş birimiyle ABM Composite, biyobazlı ve biyolojik olarak parçalanabilir polimerlerin mutfak eşyaları, çatal bıçak takımları ve diğer ev eşyaları için de kullanılabileceğini kabul ediyor. "Bu biyolojik olarak parçalanabilir polimerler genellikle petrol bazlı plastiklere kıyasla zayıf mekanik özelliklere sahiptir." Rosling, "Ancak bu malzemeleri biyolojik olarak parçalanabilir cam elyaflarımızla güçlendirebiliriz ve bu da onları çok çeşitli teknik uygulamalar için fosil bazlı ticari plastiklere neredeyse iyi bir alternatif haline getirir" dedi.
Sonuç olarak, ABM Composite teknik iş birimini büyüttü ve şu anda 60 kişiyi istihdam ediyor. "Daha sürdürülebilir kullanım ömrü sonu (EOL) çözümleri sunuyoruz." Rosling, "Değer önerimiz, bu biyolojik olarak parçalanabilir kompozitleri toprağa dönüştüğü endüstriyel kompostlama işlemlerine koymaktır." diyor. Geleneksel E-cam inerttir ve bu kompostlama tesislerinde parçalanmaz.
ArcBiox Elyaf Kompozitleri
ABM Composite, kompozit uygulamaları için çeşitli ArcBiox X4/5 cam elyaf formları geliştirdi;kısa kesilmiş liflerve enjeksiyon kalıplama bileşiklerisürekli liflertekstil ve pultrüzyon kalıplama gibi işlemler için. ArcBiox BSGF serisi, biyolojik olarak parçalanabilir cam elyaflarını biyo-bazlı polyester reçinelerle birleştirir ve genel teknoloji sınıflarında ve gıda temas uygulamalarında kullanım için onaylanmış ArcBiox 5 sınıflarında mevcuttur.
ABM Composite ayrıca Polilaktik Asit (PLA), PLLA ve Polibütilen Süksinat (PBS) dahil olmak üzere çeşitli biyolojik olarak parçalanabilir ve biyobazlı polimerleri araştırmıştır. Aşağıdaki diyagram, X4/5 cam elyaflarının polipropilen (PP) ve hatta poliamid 6 (PA6) gibi standart cam elyaf takviyeli polimerlerle rekabet edebilecek performansı nasıl artırabileceğini göstermektedir.
ABM Composite ayrıca Polilaktik Asit (PLA), PLLA ve Polibütilen Süksinat (PBS) dahil olmak üzere çeşitli biyolojik olarak parçalanabilir ve biyobazlı polimerleri araştırmıştır. Aşağıdaki diyagram, X4/5 cam elyaflarının polipropilen (PP) ve hatta poliamid 6 (PA6) gibi standart cam elyaf takviyeli polimerlerle rekabet edebilecek performansı nasıl artırabileceğini göstermektedir.
Dayanıklılık ve Kompostlanabilirlik
Bu kompozitler biyolojik olarak parçalanabilirse ne kadar dayanırlar? “X4/5 cam elyaflarımız şeker gibi beş dakikada veya bir gecede çözünmez ve özellikleri zamanla bozulsa da bu o kadar fark edilir olmaz.” diyor Rosling, “Etkili bir şekilde parçalanmak için, canlı organizmalarda veya endüstriyel kompost yığınlarında bulunan gibi, uzun süreler boyunca yüksek sıcaklıklara ve neme ihtiyacımız var. Örneğin, ArcBiox BSGF malzememizden yapılmış bardakları ve kaseleri test ettik ve işlevselliklerini kaybetmeden 200'e kadar bulaşık yıkama döngüsüne dayanabildiler. Mekanik özelliklerde bir miktar bozulma var, ancak bardakların kullanılmasının güvenli olmayacağı bir noktaya kadar değil”.
Ancak, bu kompozitler faydalı ömürlerinin sonunda atıldığında kompostlama için gereken standart gereklilikleri karşılamaları önemlidir ve ABM Composite bu standartları karşıladığını kanıtlamak için bir dizi test gerçekleştirmiştir. "ISO standartlarına göre (endüstriyel kompostlama için), biyolojik bozunma 6 ay içinde, ayrışma ise 3 ay/90 gün içinde gerçekleşmelidir". Rosling, "Ayrışma, test numunesinin/ürünün biyokütleye veya komposta yerleştirilmesi anlamına gelir. 90 gün sonra, teknisyen biyokütleyi bir elek kullanarak inceler. 12 hafta sonra, ürünün en az %90'ı 2 mm × 2 mm'lik bir elekten geçebilmelidir" diyor.
Biyolojik bozunma, ham materyalin toz haline getirilmesi ve 90 gün sonra salınan toplam CO2 miktarının ölçülmesiyle belirlenir. Bu, kompostlama sürecinin karbon içeriğinin ne kadarının suya, biyokütleye ve CO2'ye dönüştürüldüğünü değerlendirir. "Endüstriyel kompostlama testini geçmek için, kompostlama sürecinden teorik %100 CO2'nin %90'ına ulaşılmalıdır (karbon içeriğine göre)".
Rosling, ABM Composite'in ayrışma ve biyolojik bozunma gerekliliklerini karşıladığını ve testlerin X4 cam elyafının eklenmesinin biyolojik bozunabilirliği gerçekten iyileştirdiğini gösterdiğini (yukarıdaki tabloya bakın) ve bunun örneğin takviyesiz bir PLA karışımı için yalnızca %78 olduğunu söylüyor. "Ancak, %30 biyolojik olarak parçalanabilir cam elyafımız eklendiğinde, biyolojik bozunma %94'e yükselirken bozunma oranları iyi kaldı" diye açıklıyor.
Sonuç olarak, ABM Composite malzemelerinin EN 13432'ye göre kompostlanabilir olarak sertifikalandırılabileceğini göstermiştir. Malzemelerinin bugüne kadar geçtiği testler arasında, kontrollü kompostlama koşulları altında malzemelerin son aerobik biyolojik olarak parçalanabilirliği için ISO 14855-1, aerobik kontrollü ayrışma için ISO 16929, kimyasal gereklilikler için ISO DIN EN 13432 ve fitotoksisite testi için OECD 208, ISO DIN EN 13432 yer almaktadır.
Kompostlama sırasında açığa çıkan CO2
Kompostlama sırasında CO2 gerçekten de salınır, ancak bir kısmı toprakta kalır ve daha sonra bitkiler tarafından kullanılır. Kompostlama, hem endüstriyel bir süreç hem de diğer atık bertaraf alternatiflerine göre daha az CO2 salan bir kompostlama sonrası süreç olarak onlarca yıldır incelenmektedir ve kompostlama hala çevre dostu ve karbon ayak izini azaltan bir süreç olarak kabul edilmektedir.
Ekotoksiklik, kompostlama işlemi sırasında üretilen biyokütlenin ve bu biyokütle ile yetiştirilen bitkilerin test edilmesini içerir. Rosling, "Bu, bu ürünlerin kompostlanmasının büyüyen bitkilere zarar vermediğinden emin olmak içindir." dedi. Ayrıca, ABM Composite, malzemelerinin ev kompostlama koşulları altında biyolojik bozunma gerekliliklerini karşıladığını göstermiştir. Bu koşullar da %90 biyolojik bozunma gerektirir ancak endüstriyel kompostlama için daha kısa bir süreye kıyasla 12 aylık bir süre gerektirir.
Endüstriyel uygulamalar, üretim, maliyetler ve gelecekteki büyüme
ABM Composite'in malzemeleri birçok ticari uygulamada kullanılıyor, ancak gizlilik anlaşmaları nedeniyle daha fazlası açıklanamıyor. Rosling, "Malzemelerimizi bardak, tabak, çatal bıçak takımı ve gıda saklama kapları gibi uygulamalara uyacak şekilde sipariş ediyoruz," diyor, "ancak bunlar kozmetik kaplarında ve büyük ev eşyalarında petrol bazlı plastiklere alternatif olarak da kullanılıyor. Daha yakın zamanda, malzemelerimiz her 2-12 haftada bir değiştirilmesi gereken büyük endüstriyel makine tesislerindeki bileşenlerin üretiminde kullanılmak üzere seçildi. Bu şirketler, X4 cam elyaf takviyemizi kullanarak bu mekanik parçaların gerekli aşınma direncine sahip olabileceğini ve kullanımdan sonra kompostlanabilir olduğunu fark ettiler. Bu, bu şirketler yeni çevre ve CO2 emisyonu düzenlemelerini karşılama zorluğuyla karşı karşıya kaldıkça yakın gelecek için cazip bir çözümdür".
Rosling, "Ayrıca, inşaat sektörü için yapısal bileşenler yapmak üzere farklı kumaş ve dokusuz kumaş türlerinde sürekli elyaflarımızı kullanmaya yönelik artan bir ilgi var. Ayrıca, biyolojik olarak parçalanabilir elyaflarımızı biyolojik bazlı ancak biyolojik olarak parçalanmayan PA veya PP ve inert termoset malzemelerle kullanmaya yönelik ilgi görüyoruz" diye ekledi.
Şu anda, X4/5 fiberglas E-camdan daha pahalıdır, ancak üretim hacimleri de nispeten küçüktür ve ABM Composite, talep arttıkça uygulamaları genişletmek ve yılda 20.000 tona kadar bir artışı kolaylaştırmak için bir dizi fırsatı takip etmektedir, bu da maliyetleri düşürmeye yardımcı olabilir. Yine de, Rosling birçok durumda sürdürülebilirliği ve yeni düzenleyici gereklilikleri karşılamayla ilişkili maliyetlerin tam olarak dikkate alınmadığını söylüyor. Bu arada, gezegeni kurtarma aciliyeti büyüyor. "Toplum zaten daha fazla biyo-bazlı ürün için baskı yapıyor." Şöyle açıklıyor: "Geri dönüşüm teknolojilerini ileri taşımak için birçok teşvik var, dünya bu konuda daha hızlı hareket etmeli ve bence toplum gelecekte biyo-bazlı ürünler için baskısını daha da artıracak."
LCA ve Sürdürülebilirlik Avantajı
Rosling, ABM Composite'in malzemelerinin sera gazı emisyonlarını ve yenilenemeyen enerji kullanımını kilogram başına %50-60 oranında azalttığını söylüyor. “Ürünlerimiz için ISO 14040 ve ISO 14044'te özetlenen metodolojiye dayalı Çevresel Ayak İzi Veritabanı 2.0, akredite GaBi veri seti ve LCA (Yaşam Döngüsü Analizi) hesaplamalarını kullanıyoruz”.
“Şu anda, kompozitler yaşam döngülerinin sonuna ulaştığında, kompozit atıkları ve EOL ürünlerini yakmak veya pirolize etmek için çok fazla enerji gerekiyor ve parçalama ve kompostlama cazip bir seçenek ve kesinlikle sunduğumuz temel değer önerilerinden biri ve yeni bir geri dönüştürülebilirlik türü sağlıyoruz.” Rosling, “Fiberglasımız, toprakta zaten bulunan doğal mineral bileşenlerden yapılmıştır. Öyleyse neden EOL kompozit bileşenlerini kompostlaştırmayalım veya yakma işleminden sonra parçalanmayan kompozitlerden lifleri çözüp gübre olarak kullanmayalım? Bu, gerçek anlamda küresel ilgi gören bir geri dönüşüm seçeneğidir” diyor.
Shanghai Orisen Yeni Malzeme Teknolojisi A.Ş.
M: +86 18683776368 (ayrıca WhatsApp)
T:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adres: NO.398 Yeni Yeşil Yol Xinbang Kasabası Songjiang Bölgesi, Şanghay
Yayınlanma zamanı: 27-Mayıs-2024