Peki ya cam elyaf takviyeli polimer (GFRP) kompozitler, ağırlık azaltma, mukavemet ve sertlik, korozyon direnci ve dayanıklılık gibi onlarca yıldır kanıtlanmış faydalarına ek olarak, kullanım ömrlerinin sonunda kompostlanabilir olsaydı? İşte ABM Composite'in teknolojisinin cazibesi tam olarak bu.
Biyoaktif cam, yüksek mukavemetli lifler
2014 yılında kurulan Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Finlandiya), Ari Rosling'in ABM Composite Ar-Ge direktörü olarak tanımladığı, "1960'larda geliştirilen ve camın fizyolojik koşullar altında parçalanmasını sağlayan özel bir formülasyon" olan biyoaktif camdan yapılmış biyolojik olarak parçalanabilir bir cam elyafı geliştirdi. Vücuda girdiğinde, cam bileşen mineral tuzlarına ayrışarak sodyum, magnezyum, fosfatlar vb. açığa çıkarır ve böylece kemik büyümesini uyaran bir durum yaratır."
"Benzer özelliklere sahip."Alkali içermeyen cam elyafı (E-cam)Rosling, “Ancak bu biyoaktif camın üretimi ve lif haline getirilmesi zor ve şimdiye kadar sadece toz veya macun olarak kullanıldı. Bildiğimiz kadarıyla, ABM Composite, bundan endüstriyel ölçekte yüksek mukavemetli cam lifleri üreten ilk şirket oldu ve biz de 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 kuzeyinde yer alan Tampere bölgesi, 1980'lerden beri tıbbi uygulamalar için biyolojik bazlı, biyolojik olarak parçalanabilir polimerlerin merkezi olmuştur. Rosling şöyle açıklıyor: "Bu malzemelerle üretilen ilk ticari olarak temin edilebilen implantlardan biri Tampere'de üretildi ve ABM Composite'in başlangıcı da böyle oldu! Bu da şu anda tıbbi iş birimimizdir."
“İmplantlar için birçok biyolojik olarak parçalanabilir, biyolojik olarak emilebilir polimer bulunmaktadır.” diye devam ediyor, “ancak mekanik özellikleri doğal kemikten çok uzaktır. Bu biyolojik olarak parçalanabilir polimerleri geliştirerek implanta doğal kemikle aynı mukavemeti kazandırmayı başardık.” Rosling, ABM ilavesiyle tıbbi sınıf ArcBiox cam elyaflarının, biyolojik olarak parçalanabilir PLLA polimerlerinin mekanik özelliklerini %200 ila %500 oranında iyileştirebileceğini belirtti.
Sonuç olarak, ABM Composite'in implantları, takviyesiz polimerlerden yapılan implantlara göre daha yüksek performans sunarken aynı zamanda biyolojik olarak emilebilir özelliktedir ve kemik oluşumunu ve büyümesini destekler. ABM Composite ayrıca, implantın tüm uzunluğu boyunca liflerin döşenmesi ve potansiyel olarak zayıf noktalara ek liflerin yerleştirilmesi de dahil olmak üzere, optimum lif yönlendirmesini sağlamak için otomatik lif/iplik yerleştirme teknikleri kullanır.
Ev ve teknik uygulamalar
Büyüyen tıbbi iş birimiyle ABM Composite, biyolojik bazlı ve biyolojik olarak parçalanabilir polimerlerin mutfak eşyaları, çatal bıçak takımları ve diğer ev eşyaları için de kullanılabileceğini kabul ediyor. Rosling, “Bu biyolojik olarak parçalanabilir polimerler, petrol bazlı plastiklere kıyasla genellikle zayıf mekanik özelliklere sahiptir.” dedi ve ekledi: “Ancak bu malzemeleri biyolojik olarak parçalanabilir cam elyaflarımızla güçlendirerek, çok çeşitli teknik uygulamalar için fosil bazlı ticari plastiklere neredeyse iyi bir alternatif haline getirebiliyoruz.”
Sonuç olarak, ABM Composite teknik iş birimini genişletti ve şu anda 60 kişiyi istihdam ediyor. Rosling, “Daha sürdürülebilir kullanım ömrü sonu (EOL) çözümleri sunuyoruz” diyor ve ekliyor: “Değer önerimiz, bu biyolojik olarak parçalanabilir kompozitleri endüstriyel kompostlama işlemlerine sokarak toprağa dönüşmelerini sağlamaktır.” Geleneksel E-cam inerttir ve bu kompostlama tesislerinde parçalanmaz.
ArcBiox Elyaf Kompozitleri
ABM Composite, kompozit uygulamaları için çeşitli ArcBiox X4/5 cam elyafı formları geliştirmiştir.kısa kesilmiş liflerve enjeksiyon kalıplama bileşiklerisürekli liflerTekstil ve pultrüzyon kalıplama gibi işlemler için. ArcBiox BSGF serisi, biyolojik olarak parçalanabilir cam elyaflarını biyolojik bazlı polyester reçinelerle birleştirir ve genel teknoloji sınıflarında ve gıda ile 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 biyolojik bazlı polimerleri de 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 biyolojik bazlı polimerleri de 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 parçalanabilir ise, ne kadar süre dayanırlar? Rosling, “X4/5 cam elyaflarımız şeker gibi beş dakika veya bir gecede çözünmez ve özellikleri zamanla bozulsa da, bu o kadar fark edilmez.” diyor. “Etkin bir şekilde parçalanmaları için, canlılarda veya endüstriyel kompost yığınlarında olduğu gibi, uzun süreler boyunca yüksek sıcaklık ve neme ihtiyaç duyarız. Örneğin, ArcBiox BSGF malzememizden yapılmış bardak ve kaseleri test ettik ve işlevselliğini kaybetmeden 200 bulaşık yıkama döngüsüne kadar dayanabildiler. Mekanik özelliklerde bir miktar bozulma var, ancak bardakların kullanılamayacak kadar tehlikeli olduğu noktaya kadar değil.”
Ancak, bu kompozitlerin kullanım ömrünün sonunda bertaraf edildiğinde kompostlama için gerekli standart şartları karşılamaları önemlidir ve ABM Composite, bu standartları karşıladığını kanıtlamak için bir dizi test gerçekleştirmiştir. Rosling, “ISO standartlarına (endüstriyel kompostlama için) göre, biyolojik bozunma 6 ay içinde, ayrışma ise 3 ay/90 gün içinde gerçekleşmelidir” diyor ve ekliyor: “Ayrışma, test numunesinin/ürünün biyokütle veya komposta yerleştirilmesi anlamına gelir. 90 gün sonra teknisyen, biyokütleyi bir elek kullanarak inceler. 12 hafta sonra, ürünün en az yüzde 90'ının 2 mm × 2 mm'lik bir elekten geçebilmesi gerekir.”
Biyolojik bozunma, ham malzemenin 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 olarak elde edilen %100 CO2'nin %90'ına ulaşılması gerekir (karbon içeriğine bağlı olarak)."
Rosling, ABM Composite'in ayrışma ve biyolojik bozunma gereksinimlerini karşıladığını ve testlerin, X4 cam elyafının eklenmesinin biyolojik bozunabilirliği aslında iyileştirdiğini gösterdiğini (yukarıdaki tabloya bakınız) söylüyor; örneğin, takviyesiz bir PLA karışımı için bu oran sadece %78'dir. Şöyle açıklıyor: "Ancak, %30 oranında biyolojik olarak bozunabilir cam elyaflarımız eklendiğinde, biyolojik bozunma %94'e yükselirken, bozunma oranları da iyi seviyede kaldı."
Sonuç olarak, ABM Composite, malzemelerinin EN 13432 standardına göre kompostlanabilir olarak sertifikalandırılabileceğini göstermiştir. Malzemelerinin bugüne kadar geçtiği testler arasında, kontrollü kompostlama koşulları altında malzemelerin nihai aerobik biyolojik bozunabilirliği için ISO 14855-1, aerobik kontrollü ayrışma için ISO 16929, kimyasal gereksinimler için ISO DIN EN 13432 ve fitotoksisite testi için OECD 208 yer almaktadır.
Kompostlama sırasında salınan CO2
Kompostlama sırasında CO2 açığa çıkar, ancak bir kısmı toprakta kalır ve daha sonra bitkiler tarafından kullanılır. Kompostlama, hem endüstriyel bir süreç olarak hem de diğer atık bertaraf alternatiflerine göre daha az CO2 açığa çıkaran bir kompostlama sonrası süreç olarak onlarca yıldır incelenmektedir ve hala çevre dostu ve karbon ayak izini azaltan bir süreç olarak kabul edilmektedir.
Ekotoksikoloji, kompostlama sürecinde üretilen biyokütlenin ve bu biyokütle ile yetiştirilen bitkilerin test edilmesini içerir. Rosling, "Bu, bu ürünlerin kompostlanmasının büyüyen bitkilere zarar vermediğinden emin olmak içindir" dedi. Ek olarak, ABM Composite, malzemelerinin evde kompostlama koşullarında %90 biyolojik bozunma gereksinimlerini karşıladığını, ancak endüstriyel kompostlama için daha kısa bir süreye kıyasla 12 aylık bir süre içinde gerçekleştiğini göstermiştir.
Endüstriyel uygulamalar, üretim, maliyetler ve gelecekteki büyüme
ABM Composite'in malzemeleri birçok ticari uygulamada kullanılıyor, ancak gizlilik anlaşmaları nedeniyle daha fazla bilgi verilemiyor. Rosling, “Malzemelerimizi bardak, fincan tabağı, tabak, çatal bıçak takımı ve gıda saklama kapları gibi uygulamalara uygun olarak sipariş ediyoruz,” diyor, “ancak kozmetik kaplarında ve büyük ev eşyalarında petrol bazlı plastiklere alternatif olarak da kullanılıyorlar. Daha yakın zamanda, malzemelerimiz 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 şirketlerin yeni çevre ve CO2 emisyon düzenlemelerini karşılama zorluğuyla karşı karşıya kaldığı yakın gelecek için cazip bir çözümdür.”
Rosling ayrıca şunları ekledi: “Sürekli liflerimizin inşaat sektörü için yapısal bileşenler üretmek amacıyla farklı kumaş ve dokusuz kumaş türlerinde kullanılmasına yönelik artan bir ilgi de var. Ayrıca, biyolojik olarak parçalanabilir liflerimizin biyolojik bazlı ancak biyolojik olarak parçalanamayan PA veya PP ve inert termoset malzemelerle birlikte kullanılmasına yönelik bir ilgi de görüyoruz.”
Şu anda X4/5 fiberglas, E-camdan daha pahalı, ancak üretim hacimleri de nispeten küçük ve ABM Composite, talep arttıkça uygulamaları genişletmek ve yıllık 20.000 tona kadar üretim artışını kolaylaştırmak için bir dizi fırsat peşinde koşuyor; bu da maliyetleri düşürmeye yardımcı olabilir. Yine de Rosling, birçok durumda sürdürülebilirlik ve yeni düzenleyici gereklilikleri karşılama ile ilgili maliyetlerin tam olarak dikkate alınmadığını söylüyor. Bu arada, gezegeni kurtarma aciliyeti artıyor. "Toplum zaten daha fazla biyolojik bazlı ürün için baskı yapıyor." diye açıklıyor, "Geri dönüşüm teknolojilerini ilerletmek için birçok teşvik var, dünyanın bu konuda daha hızlı hareket etmesi gerekiyor ve bence toplum gelecekte biyolojik bazlı ürünler için baskısını daha da artıracak."
Yaşam Döngüsü Analizi ve Sürdürülebilirlik Avantajı
Rosling, ABM Composite'in malzemelerinin kilogram başına sera gazı emisyonlarını ve yenilenebilir olmayan enerji kullanımını %50-60 oranında azalttığını söylüyor. “Ürünlerimiz için ISO 14040 ve ISO 14044'te belirtilen metodolojiye dayalı olarak Çevresel Ayak İzi Veritabanı 2.0'ı, akredite edilmiş GaBi veri setini ve Yaşam Döngüsü Analizi (LCA) hesaplamalarını kullanıyoruz.”
“Şu anda, kompozitler kullanım ömrlerinin sonuna ulaştığında, kompozit atıkların ve EOL ürünlerinin yakılması veya piroliz edilmesi için çok fazla enerji gerekiyor ve parçalama ve kompostlama cazip bir seçenek ve kesinlikle sunduğumuz temel değer önerilerinden biri ve yeni bir geri dönüşüm türü sağlıyoruz.” Rosling, “Fiberglasımız, toprakta zaten bulunan doğal mineral bileşenlerinden yapılıyor. Öyleyse neden EOL kompozit bileşenlerini kompostlamayalım veya yakıldıktan sonra bozunmayan kompozitlerden lifleri çözüp gübre olarak kullanmayalım? Bu, küresel ölçekte gerçek bir ilgi gören bir geri dönüşüm seçeneği.” diyor.
Şanghay Orisen Yeni Malzeme Teknolojisi Şirketi
M: +86 18683776368 (WhatsApp da mevcut)
T:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Adres: Şanghay, Songjiang Bölgesi, Xinbang Kasabası, Yeni Yeşil Yol No. 398
Yayın tarihi: 27 Mayıs 2024