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분해성 유리섬유 강화제
[플라스틱사이언스] 기사입력 2020-03-09 09:58:44
"PLA 및 생분해성 플라스틱의 다양한 기능을 향상시키는 데 기여하는 재료"

핀란드의 ABM(Arctic Biomaterials Oy LTD) 사가 개발한 유리섬유는 수용성 환경에서 분해와 용해가 이루어질 수 있도록 특수하게 설계된 고강도 유리섬유이다. 분해/용해 생성물은 무독성이고 인체와 환경에 무해하며, 주로 유리 조성물의 성분으로부터 유래된 이산화규소(SiO2)와 알칼리 및 알칼리 토금속 양이온(예를 들어 Na, Ca, Mg)으로 이루어져 있다. 생리적 환경의 경우, 유리섬유의 용해는 천연 뼈의 구성 성분과 유사한 구조를 갖고 우수한 골재생 능력을 갖고 있는 칼슘 포스페이트의 형성을 유도할 수 있다.

<문의 : 스크랜톤리미티드 주식회사 02-755-5656 info@scranton.kr>

 

분해성 유리섬유(Degradable glass fiber)

ArcBiox™(아크바이오렉스™)

ABM사의 독점기술로 개발된 분해성 유리섬유강화 ArcBiox™(아크바이오렉스™) 재료 보강을 위해 사용되는 분해성 유리섬유는 ABM의 유리를 생산하고 섬유로 가공한 다음 바이오폴리머와 결합한다. 섬유의 배경은 임플란트(나사, 앵커) 재료에 대한 의료 비즈니스 및 지식에서 비롯된다. 이 지식은 오늘날의 바이오폴리머에 부가가치를 창출하는 다양한 기술 재료를 개발하는 기지로 사용되었다. 의료분야에서 부가가치는 ‘토크 강도’와 ‘뼈 성장’에 초점을 맞추고 있지만 기술적 측면 값은 온도저항 및 기계적 강도에 더 있다. ArcBiox™ 재료로 ABM사는 160℃(HDTA)까지의 부하에서 온도저항에 도달했다.
ArcBiox™ 재료는 외부 기관에 의한 생분해 테스트를 거쳤으며, Din Certco EN-13432를 획득했다.

 

폴리머와 섬유 간 접착력

까다로운 기술적 요구사항을 충족하는 바이오기반 폴리머 복합체를 생산하는 것은 열화성 유리섬유에 대한 지식뿐만 아니라 섬유와 폴리머 사이의 접착 화학(크기 조정)에 대한 세계적 수준의 지식을 보유함으로써 가능하다.
ABM사가 개발한 분해성 유리섬유는 폴리머와 섬유 간의 매우 긴밀한 결합을 보장하여 폴리머의 특성을 증가하게 한다. 이 지식은 사용된 폴리머에 따라 크기를 조정할 수 있으므로 고객에게 추가적인 가치를 창출한다.


내구성이 뛰어난 소재

ABM사의 목표는 긴 수명을 가지고 까다로운 환경에서 사용할 수 있는 내구성 있는 재료를 생산하는 것이다, PLA 기반 ArcBiox™ 재료는 정상적인 환경에서는 생분해된다. 분해 시간과 환경은 생체 고분자의 선택에 의해 제어될 수 있다.

 

생분해성 유리섬유(Biodegradable glass fiber)

1969년부터 의료 용도로 연구개발


PLA, Bio-PBS, Starch, PHA와 같은 바이오-생분해성 수지에 Degradable Glass fiber를 첨가한 세계 최초 생분해성 복합재료는 사출성형에서 원하는 내열성, 내충격강도, 장력강도, 굴곡강도 및 탄성계수를 가질 수 있다.
바이오 유리섬유는 1969년부터 의료 용도로 다양한 연구개발이 시작되었으며, 2014년 핀란드 ABM(Arctic Biomaterials Oy LTD) 사가 고강도 생체흡수 및 분해성 유리섬유 강화 복합재료를 의료용 및 상업적 용도로 개발하였다.
생분해성 유리섬유는 기술적인 E- 또는 ECR 유리 섬유와 유사한 특성(TEX1200, 인장 강도 2200~2400Mpa 및 모듈러스 65~68 Gpa)을 갖는다. 유리 분해는 표면 침식 현상이며 분해 산물은 알칼리-, 알칼리 토염 또는 수산화물 및 규산이다.


최종 제품의 유리섬유 길이는 최종 제품의 기계적 특성에 정비례한다. ABM사 LFT 제품의 일반적인 광섬유 길이는 8~12mm이다.


PLA 기반 생분해성 유리섬유 복합재료 개발

사출성형에서 기존의 인몰드 어닐링(INMOLD ANNEALING) 없이 빠른 주기의 결정화를 가질 수 있고 높은 기계적 특성(굴곡 및 충격)과 우수한 내열성을 가진 PLA 기반 생분해성 유리 섬유 복합재를 개발했다.



제품의 사후 처리방법

재료/제품의 수명 주기가 끝나면 어떤 처리방법이 있고 환경에 미치는 영향은 무엇인지를 이해하는 것이 중요하다. ArcBiox™ 재료는 수명이 다하면 재활용, 소각, 퇴비화, 화학적 재활용 등 몇 가지 방법으로 처리할 수 있다. ABM사는 수명이 다된 제품들의 ‘수명 종료 솔루션’을 지원하기 위해서는 인프라 측면에서 아직 할 일이 많다며 공급업체와 함께 이러한 진전을 적극적으로 모색하고 있다.

1. 재활용

재활용은 순환 경제의 중요한 부분으로 ABM사는 현재 ArcBiox™ 재료 재활용을 지원하기 위해 데이터를 연구하고 있다. 논의된 주제 중 하나는 다른 폐기물 스트림을 분리하는 방법과 이 과정에서 바이오 플라스틱 효과는 무엇인가 하는 것이다. 근적외선(NIR)은 폐기물 스트림에서 PLA를 감지할 수 있는 프로세스 중 하나이다.

2. 소각(에너지 회수)

많은 지역에서 퇴비는 인프라에 의해 지원되지 않으므로 소각은 실행 가능한 방법이다. PLA 공급업체인 NatureWorks가 분석한 결과 폴리머를 연소할 때 휘발성 및 잔류물이 없는 것으로 나타났다.

3. 퇴비화(생분해 : EN13432 기준 부합) ArcBiox™

복합 재료는 산업 퇴비화 환경에서 생분해 될 수 있다. 이러한 환경에서 퇴비 더미의 수분과 열은 폴리머 사슬을 분리하여 더 작은 폴리머를 만들고 마지막으로 젖산을 만든다. 폴리머가 ArcBiox™를 분해함에 따라 섬유는 환경에 노출되어 그들이 만든 미네랄(기본적으로 모래)에 제동한다. 퇴비의 미생물은 더 작은 중합체 단편과 젖산을 영양소로 소비한다. 요약하자면 산업 퇴비화에 필요한 것은 미생물, 습도 및 온도의 조합이다. ArcBiox™ 재료는 외부 기관에 의한 생분해 테스트를 거쳤으며, Din Certco EN-13432를 획득했다.


4. 화학적 재활용(모노머로의 해중합 가능)

백 비팅(back biting)으로 알려진 화학 재활용 과정은 오늘날 미국 이외의 지역에서는 널리 사용되지 않는다. ABM사 공급 업체 중 하나인 NatureWorks는 미국에서 Ingeo 생체 폴리머를 1,700만 파운드 이상 재활용했다. 이 과정에서 가수분해 공정이라고 불리는 생체 폴리머는 젖산으로 분해된다. 가수분해 공정에 따라 젖산은 다시 생체 폴리머 수지(PLA)로 변환된다.


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