Що, якби композити, армовані скловолокном полімером (GFRP), можна було б компостувати після закінчення терміну їхнього використання, окрім десятиліть перевірених переваг зниження ваги, міцності та жорсткості, стійкості до корозії та довговічності? У цьому, якщо коротко, полягає привабливість технології ABM Composite.
Біоактивне скло, високоміцні волокна
Заснована у 2014 році компанія Arctic Biomaterials Oy (Тампере, Фінляндія) розробила біорозкладне скловолокно, виготовлене з так званого біоактивного скла, яке Арі Рослінг, директор з досліджень і розробок ABM Composite, описує як «спеціальну формулу, розроблену в 1960-х роках, яка дозволяє склу розкладатися за фізіологічних умов. При потраплянні в організм скло розпадається на складові мінеральні солі, вивільняючи натрій, магній, фосфати тощо, створюючи таким чином умови, що стимулюють ріст кісток».
«Він має схожі властивості збезлужне скловолокно (Е-скло)«Рослінг сказав: «Але це біоактивне скло важко виготовити та перетворити на волокна, і досі його використовували лише як порошок або шпаклівку. Наскільки нам відомо, ABM Composite була першою компанією, яка виготовила з нього високоміцні скловолокна в промислових масштабах, і зараз ми використовуємо ці скловолокна ArcBiox X4/5 для армування різних типів пластмас, включаючи біорозкладні полімери».
Медичні імплантати
Регіон Тампере, розташований за дві години їзди на північ від Гельсінкі, Фінляндія, є центром біорозкладних полімерів на біооснові для медичного застосування з 1980-х років. Рослінг описує: «Один з перших комерційно доступних імплантатів, виготовлених з цих матеріалів, був вироблений у Тампере, і саме так розпочалася діяльність компанії ABM Composite!, яка зараз є нашим медичним бізнес-підрозділом».
«Існує багато біорозкладних, біорозсмоктуваних полімерів для імплантів», – продовжує він, – «але їхні механічні властивості далекі від властивостей природної кістки. Нам вдалося покращити ці біорозкладні полімери, щоб надати імплантату такої ж міцності, як і природної кістки». Рослінг зазначив, що скловолокна ArcBiox медичного класу з додаванням ABM можуть покращити механічні властивості біорозкладних полімерів PLLA на 200–500%.
В результаті, імплантати ABM Composite пропонують вищу продуктивність, ніж імплантати, виготовлені з неармованих полімерів, а також є біорозсмоктуваними та сприяють формуванню та росту кісткової тканини. ABM Composite також використовує автоматизовані методи розміщення волокон/нитей для забезпечення оптимальної орієнтації волокон, включаючи укладання волокон по всій довжині імплантату, а також розміщення додаткових волокон у потенційно слабких місцях.
Побутове та технічне застосування
Зі своїм зростаючим медичним бізнес-підрозділом ABM Composite визнає, що біологічні та біорозкладні полімери також можна використовувати для кухонного посуду, столових приборів та інших предметів домашнього вжитку. «Ці біорозкладні полімери зазвичай мають погані механічні властивості порівняно з пластмасами на основі нафти», – сказав Рослінг, – «Але ми можемо посилити ці матеріали нашими біорозкладними скловолокнами, що робить їх практично гарною альтернативою комерційним пластмасам на основі викопного палива для широкого спектру технічних застосувань».
В результаті, ABM Composite розширила свій технічний бізнес-підрозділ, у якому зараз працює 60 осіб. «Ми пропонуємо більш стійкі рішення для утилізації після закінчення терміну служби (EOL)», — каже Рослінг, — «Наша ціннісна пропозиція полягає в тому, щоб використовувати ці біорозкладні композити в промислових компостувальних операціях, де вони перетворюються на ґрунт». Традиційне скло E-скло є інертним і не розкладається на цих компостувальних установках.
Волокнисті композити ArcBiox
Компанія ABM Composite розробила різні форми скловолокна ArcBiox X4/5 для композитних застосувань, відкороткі волокната компаунди для лиття під тискомбезперервні волокнадля таких процесів, як текстильне та пултрузійне формування. Лінійка ArcBiox BSGF поєднує біорозкладні скловолокна з біологічними поліефірними смолами та доступна в загальнотехнологічних марках та марках ArcBiox 5, схвалених для використання в місцях контакту з харчовими продуктами.
Компанія ABM Composite також досліджувала різноманітні біорозкладні та біологічні полімери, включаючи полімолочну кислоту (PLA), PLLA та полібутиленсукцинат (PBS). Наведена нижче діаграма показує, як скловолокно X4/5 може покращити свої характеристики, щоб конкурувати зі стандартними полімерами, армованими скловолокном, такими як поліпропілен (PP) і навіть поліамід 6 (PA6).
Компанія ABM Composite також досліджувала різноманітні біорозкладні та біологічні полімери, включаючи полімолочну кислоту (PLA), PLLA та полібутиленсукцинат (PBS). Наведена нижче діаграма показує, як скловолокно X4/5 може покращити свої характеристики, щоб конкурувати зі стандартними полімерами, армованими скловолокном, такими як поліпропілен (PP) і навіть поліамід 6 (PA6).
Довговічність та компостування
Якщо ці композити біорозкладні, як довго вони прослужать? «Наші скляні волокна X4/5 не розчиняються за п’ять хвилин чи за ніч, як цукор, і хоча їхні властивості з часом погіршуються, це не буде так помітно». Рослінг каже: «Для ефективного розкладання нам потрібні підвищені температури та вологість протягом тривалого часу, як це було виявлено in vivo або в промислових компостних купах. Наприклад, ми протестували чашки та миски, виготовлені з нашого матеріалу ArcBiox BSGF, і вони змогли витримати до 200 циклів миття посуду без втрати функціональності. Спостерігається деяка деградація механічних властивостей, але не до такої міри, щоб чашки були небезпечними для використання».
Однак важливо, щоб ці композити, коли їх утилізують після закінчення терміну їхнього корисного використання, відповідали стандартним вимогам, необхідним для компостування, і ABM Composite провела серію випробувань, щоб довести, що вони відповідають цим стандартам. «Відповідно до стандартів ISO (для промислового компостування), біорозкладання має відбуватися протягом 6 місяців, а розкладання – протягом 3 місяців/90 днів». Рослінг каже: «Розкладання означає поміщення тестового зразка/продукту в біомасу або компост. Через 90 днів технік досліджує біомасу за допомогою сита. Через 12 тижнів щонайменше 90 відсотків продукту повинні пройти через сито 2 мм × 2 мм».
Біорозклад визначається шляхом подрібнення первинного матеріалу на порошок та вимірювання загальної кількості CO2, що вивільняється через 90 днів. Це оцінює, яка частина вуглецю, що міститься в процесі компостування, перетворюється на воду, біомасу та CO2. «Щоб пройти промисловий тест на компостування, необхідно досягти 90 відсотків від теоретичних 100 відсотків CO2 з процесу компостування (на основі вмісту вуглецю)».
Рослінг стверджує, що ABM Composite відповідає вимогам щодо розкладання та біорозкладання, а випробування показали, що додавання скловолокна X4 фактично покращує біорозкладність (див. таблицю вище), яка, наприклад, становить лише 78% для неармованої суміші PLA. Він пояснює: «Однак, коли було додано наші 30% біорозкладних скловолокна, біорозкладність зросла до 94%, тоді як швидкість розкладання залишилася хорошою».
В результаті, ABM Composite продемонструвала, що її матеріали можуть бути сертифіковані як компостовані відповідно до EN 13432. Випробування, які її матеріали пройшли на сьогодні, включають ISO 14855-1 для кінцевої аеробної біорозкладності матеріалів за контрольованих умов компостування, ISO 16929 для аеробного контрольованого розкладання, ISO DIN EN 13432 для хімічних вимог та OECD 208 для випробувань на фітотоксичність, ISO DIN EN 13432.
CO2, що виділяється під час компостування
Під час компостування CO2 справді вивільняється, але певна його частина залишається в ґрунті та потім використовується рослинами. Компостування вивчається вже десятиліттями, як промисловий процес, так і процес після компостування, який вивільняє менше CO2, ніж інші альтернативи утилізації відходів, і компостування досі вважається екологічно чистим процесом, що зменшує вуглецевий слід.
Екотоксичність включає тестування біомаси, що утворюється під час процесу компостування, та рослин, вирощених з цієї біомаси. «Це робиться для того, щоб переконатися, що компостування цих продуктів не шкодить рослинам, що ростуть», – сказав Рослінг. Крім того, ABM Composite продемонструвала, що її матеріали відповідають вимогам біорозкладу в умовах домашнього компостування, які також вимагають 90% біорозкладу, але протягом 12-місячного періоду, порівняно з коротшим періодом для промислового компостування.
Промислове застосування, виробництво, витрати та майбутнє зростання
Матеріали ABM Composite використовуються в низці комерційних застосувань, але більше інформації не можна розкрити через угоди про конфіденційність. «Ми замовляємо наші матеріали для таких застосувань, як чашки, блюдця, тарілки, столові прибори та контейнери для зберігання продуктів», — каже Рослінг, — «але вони також використовуються як альтернатива пластику на основі нафти в косметичних контейнерах та великих побутових предметах. Зовсім недавно наші матеріали були обрані для використання у виробництві компонентів у великих промислових машинних установках, які необхідно замінювати кожні 2-12 тижнів. Ці компанії визнали, що завдяки використанню нашого скловолокнистого армування X4 ці механічні деталі можна виготовити з необхідною зносостійкістю, а також їх можна компостувати після використання. Це привабливе рішення на найближче майбутнє, оскільки ці компанії стикаються з проблемою дотримання нових екологічних норм та норм викидів CO2».
Рослінг додав: «Також зростає інтерес до використання наших безперервних волокон у різних типах тканин та нетканих матеріалів для виготовлення конструкційних компонентів для будівельної галузі. Ми також бачимо інтерес до використання наших біорозкладних волокон з біорозкладними, але небіорозкладними поліамідами або поліпропіленами (ПА) та інертними термореактивними матеріалами».
Наразі скловолокно X4/5 дорожче за скловолокно E-класу, але обсяги виробництва також відносно невеликі, і ABM Composite шукає низку можливостей для розширення застосування та сприяння нарощуванню до 20 000 тонн/рік зі зростанням попиту, що також може допомогти знизити витрати. Незважаючи на це, Рослінг каже, що в багатьох випадках витрати, пов'язані з дотриманням вимог сталого розвитку та нових нормативних актів, не були повністю враховані. Тим часом зростає нагальність порятунку планети. «Суспільство вже наполягає на більшій кількості продуктів на біооснові». Він пояснює: «Існує багато стимулів для просування технологій переробки, світ повинен рухатися швидше в цьому напрямку, і я думаю, що суспільство лише посилить своє прагнення до продуктів на біооснові в майбутньому».
LCA та переваги сталого розвитку
Рослінг каже, що матеріали ABM Composite зменшують викиди парникових газів та використання невідновлюваних джерел енергії на 50-60 відсотків на кілограм. «Ми використовуємо базу даних екологічного сліду 2.0, акредитований набір даних GaBi та розрахунки LCA (аналіз життєвого циклу) для наших продуктів на основі методології, викладеної в ISO 14040 та ISO 14044».
«Наразі, коли композити досягають кінця свого життєвого циклу, для спалювання або піролізу композитних відходів та продуктів EOL потрібно багато енергії, і подрібнення та компостування є привабливим варіантом, і це, безумовно, одна з ключових ціннісних пропозицій, які ми пропонуємо, і ми забезпечуємо новий тип переробки», — каже Рослінг. «Наше скловолокно виготовляється з натуральних мінеральних компонентів, які вже присутні в ґрунті. То чому б не компостувати компоненти композитів EOL або розчинити волокна з нерозкладних композитів після спалювання та використовувати їх як добрива? Це варіант переробки, який має реальний глобальний інтерес».
Шанхайська компанія з технології нових матеріалів Orisen, ТОВ
М: +86 18683776368 (також WhatsApp)
Тел.: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Адреса: № 398, Нью-Грін-роуд, місто Сіньбан, район Сунцзян, Шанхай
Час публікації: 27 травня 2024 р.