Dzięki unikalnym właściwościom chemicznym PFAS (substancje per- i polifluoroalkilowe) od dawna są stabilnym materiałem do produkcji drutów i kabli. Teraz problemy środowiskowe i zdrowotne oznaczają, że presja regulacyjna rośnie. Nadszedł czas, aby przygotować się na przyszłość wolną od PFAS.
Dzięki silnemu wiązaniu węgiel-fluor fluoropolimery są znakomitymi izolatorami elektrycznymi o wyjątkowo wysokiej odporności na ciepło i inne chemikalia. Ale jest powód, dla którego są znane jako „chemia na zawsze”. Gromadzą się one w środowisku, stanowią zagrożenie dla zdrowia ludzkiego i nie rozpadają się przez setki, a nawet tysiące lat.
Regulacja PFAS, aż do całkowitego zakazu niektórych zastosowań, rośnie. Stany Zjednoczone i UE są liderem dzięki rygorystycznym środkom, podczas gdy inne regiony również dążą do ściślejszej kontroli. Zegar tyka i trwa wyścig o bezpieczniejsze alternatywy.
Przyjrzyjmy się wyzwaniom, potencjalnym alternatywom i kluczowym zagadnieniom przy wyborze odpowiednich materiałów do potrzeb rozwoju produktu.
Dlaczego stosujemy PFAS w związkach W&C
PFAS są idealne do poprawy wydajności, trwałości i niezawodności produktu końcowego dzięki właściwościom takim jak stabilność termiczna, odporność chemiczna, biokompatybilność i niskie tarcie. Z tego powodu PFAS są stosowane jako dodatki procesowe w związkach.
Weź tworzenie ślinianek bez halogenów na przykład związki zmniejszające palność (HFFR). Nagromadzenie materiału wokół matrycy do wytłaczania jest istotnym problemem w produkcji drutów i kabli. Jest to spowodowane termiczną lub oksydacyjną degradacją polimeru wymuszoną wysokim naprężeniem ścinającym na wyjściu matrycy, co może powodować gromadzenie się małych fragmentów wokół warg matrycy. Jeśli te pękną i osadzą się w wytłaczanym produkcie, może to prowadzić do niedoskonałości powierzchni, które powodują zwarcia.
PFAS są szczególnie skuteczne w minimalizowaniu ślinienia matrycy, dzięki niskiej energii powierzchniowej i właściwościom smarującym. Opracowanie alternatywnych materiałów o tej samej wydajności stanowi złożone wyzwanie.
Potencjalne alternatywy w związkach W&C
W ostatnich latach pojawiło się kilka potencjalnych zamienników PFAS w związkach drutu i kabli, mających na celu zmniejszenie ślinienia i poprawę możliwości przetwarzania.
-Dodatki na bazie silikonu mogą znacznie zmniejszyć ślinienie matrycy, ale nie zawsze dokładnie odpowiadają skuteczności PFAS, dlatego czasami wymagane są wyższe poziomy dozowania. W szczególności kompozyty PDMS/krzemionkowe stanowią gotowe do użycia rozwiązanie jako pomoc w przetwarzaniu wielu zastosowań drutowych i kablowych. Z pewnością będą odgrywać coraz ważniejszą rolę w produkcji.
PDMS/krzemionka łączy korzystne właściwości obu materiałów. PDMS charakteryzuje się niską energią powierzchniową, co pomaga zminimalizować przyczepność do powierzchni matrycy. Krzemionka może usuwać mikroosady i prowadzić do czystszych procesów wytłaczania i produktów wyższej jakości. Powitanymi skutkami ubocznymi przy wyższych poziomach dawkowania są zmniejszony współczynnik tarcia (dla lepszej odporności na ścieranie), poprawa właściwości ognioodpornych i zmniejszona gęstość dymu w przypadku pożaru. Materiały na bazie PDMS/krzemionki są również bardzo wszechstronne i można dostosować do różnych zastosowań.
-Pochodne PEG są szczególnie obiecujące w redukcji ślinienia matrycy, ale przy niższej stabilności cieplnej wymagają starannego zarządzania warunkami temperaturowymi.
Dlaczego stosujemy PFAS w izolacjach kablowych
Inne zastosowanie PFAS w drutach i kablach jest izolacja. Powszechne materiały izolacyjne w przemyśle zawierają PFAS. Należą do nich politetrafluoroetylen (PTFE), fluorowany etylenopropylen (FEP), perfluoroalkoksy (PFA) i etyleno-tetrafluoroetylen (ETFE).
Ważne jest, aby zrozumieć, że zawarte w nich PFAS nie są takie same. W rzeczywistości tylko nieliczne są klasyfikowane jako substancje kontrolowane zgodnie z konwencją sztokholmską — a mianowicie PFOS, PFOA i PFHX. Należą one do klasy PFAS składającej się z długich łańcuchów węglowych, które gromadzą się w organizmach wzdłuż łańcucha pokarmowego.
Większość fluoropolimerów dostępnych obecnie na rynku jest już wolna od PFOA, a większość producentów nigdy nie używała PFOS ani PFHX na początku. Następna generacja fluoropolimerów będzie wytwarzana w nowym procesie bez fluorosurfaktantów (fluorowanych emulgatorów), co powinno znacznie zmniejszyć zanieczyszczenie PFAS w środowisku.
Potencjalne alternatywy w izolacjach
W poszukiwaniu bardziej zrównoważonych alternatyw, wyzwaniem jest zrównoważenie wydajności z zarządzaniem środowiskiem. Na razie PFAS są niezastąpione w krytycznych zastosowaniach, w których bezpieczeństwo, wydajność i ciągłość działania są najważniejsze.
Na przykład sieci komunikacji lotniczej i obronnej opierają się na fluoropolimerach w celu zmniejszenia zakłóceń sygnału i zapobiegania utracie sygnałów o wysokiej częstotliwości na duże odległości. Nadal poszukiwane są realne alternatywy wolne od PFA.
Podobnie w sektorze opieki zdrowotnej. Rozruszniki serca polegają na trwałości fluoropolimerów. Cewniki i przewody prowadzące zależą od ich powierzchni o niskim tarciu, aby płynnie poruszać się po naczyniach krwionośnych. Znalezienie zrównoważonych alternatyw będzie zależeć od właściwości mechanicznych, elastyczności, metod sterylizacji i biokompatybilności.
-Termoplastyczny poliuretan (TPU) jest jednym z realnych substytutów niektórych zastosowań kabli medycznych. Oferują elastyczność, trwałość, biokompatybilność i łatwość przetwarzania, ale mogą nie do końca odpowiadać fluoropolimerom pod względem odporności chemicznej lub właściwości tarcia.
-Silicone oferuje niezrównaną elastyczność i biokompatybilność, ale nie jest tak odporny chemicznie jak fluoropolimery.
Postęp w kierunku bezpieczniejszej przyszłości dla wszystkich
Trwają poszukiwania alternatyw PFAS dla przewodów i kabli. Nie ma jednego zamiennika na całym świecie, szczególnie w przypadku konkretnych zastosowań o wysokiej wydajności, takich jak kable medyczne, obronne i komunikacyjne.
Dobra wiadomość jest taka, że krajobraz szybko się rozwija. Każdy główny partner, z którym współpracujemy, aktywnie rozwija technologie zastępcze PFAS. Dostępność alternatyw poprawi się z czasem.
Ponieważ producenci przewodów i kabli są zmuszeni do opracowywania produktów bezpieczniejszych dla ludzi i planety, jedno jest jasne: nadszedł czas, aby przemyśleć swoje formuły. W IMCD jesteśmy tutaj, aby wspólnie zbadać możliwości.