Díky jedinečným chemickým vlastnostem jsou PFAS (per- a polyfluoralkylové látky) dlouhodobě stabilním materiálem pro výrobu drátů a kabelů. Problémy s životním prostředím a zdravím nyní znamenají, že regulační tlak roste. Nastal čas připravit se na budoucnost bez PFAS.
Díky své silné vazbě uhlík-fluor jsou fluoropolymery vynikajícími elektrickými izolátory s mimořádně vysokou odolností vůči teplu a jiným chemikáliím. Existuje však důvod, proč jsou známé jako „navždy chemikálie“. Hromadí se v životním prostředí, představují riziko pro lidské zdraví a nerozkládají se po stovky nebo dokonce tisíce let.
Regulace PFAS, až do bodu přímého zákazu určitých použití, se zrychluje. USA a EU vedou přísná opatření, zatímco ostatní regiony také směřují k přísnější kontrole. Hodiny tikají a závod o bezpečnější alternativy začíná.
Podívejme se na výzvy, potenciální alternativy a klíčové aspekty při výběru správných materiálů pro vaše potřeby vývoje produktu.
Proč používáme PFAS ve sloučeninách W&C
PFAS jsou ideální pro zvýšení výkonu, trvanlivosti a spolehlivosti konečného produktu díky vlastnostem, jako je tepelná stabilita, chemická odolnost, biokompatibilita a nízké tření.
Pro z pozdějších důvodů se PFAS používají jako procesní aditiva ve sloučeninách.
Vytvářejte slintání v bezhalogenových látkách. Například sloučeniny zpomalující hoření (HFFR). Nahromadění materiálu kolem vytlačovací formy je významným problémem při výrobě drátů a kabelů. Je to způsobeno tepelnou nebo oxidační degradací polymeru vynucenou vysokým smykovým napětím na výstupu matrice, což může způsobit, že se kolem rtů matrice hromadí malé fragmenty. Pokud se tyto látky odlomí a vloží se do extrudovaného produktu, může to vést k povrchovým nedokonalnostem, které způsobují zkraty.
PFAS byly zvláště účinné při minimalizaci slintání matrice díky nízké povrchové energii a mazacím vlastnostem. Vývoj alternativních materiálů se stejným výkonem představuje složitou výzvu.
Potenciální alternativy ve sloučeninách W&C
V posledních letech se objevilo několik potenciálních náhrad PFAS v drátěných a kabelových sloučeninách, jejichž cílem je snížit slintání a zlepšit zpracovatelnost.
-Aditiva na bázi silikonu mohou výrazně snížit slintání, ale ne vždy přesně odpovídají účinnosti PFAS, takže někdy jsou vyžadovány vyšší úrovně dávkování. Zejména PDMS/křemičité kompozity představují řešení připravené k použití jako pomůcka pro zpracování pro mnoho aplikací drátů a kabelů. Určitě hrají stále důležitější roli ve výrobě.
PDMS/oxid křemičitý kombinuje prospěšné vlastnosti obou materiálů. PDMS má nízkou povrchovou energii, což pomáhá minimalizovat přilnavost k povrchu matrice. Oxid křemičitý může odstranit mikrousazeniny a vést k čistším procesům vytlačování a kvalitnějším produktům. Vítanými vedlejšími účinky při vyšších dávkovacích úrovních jsou snížený koeficient tření (pro lepší odolnost proti oděru), zlepšené vlastnosti zpomalující hoření a snížená hustota kouře v případě požáru. Materiály na bázi PDMS/křemičitého jsou také vysoce univerzální a přizpůsobitelné pro různé aplikace.
-PEG deriváty jsou obzvláště slibné při snižování slintání, ale s nižší tepelnou stabilitou vyžadují pečlivé řízení teplotních podmínek.
Proč používáme PFAS v izolacích kabelů
Další použití PFAS v drátu a kabelu je pro izolaci. Běžné izolační materiály v průmyslu obsahují PFAS. Patří mezi ně polytetrafluorethylen (PTFE), fluorovaný ethylenpropylen (FEP), perfluoralkoxy (PFA) a ethylentetrafluorethylen (ETFE).
Důležité je pochopit, že PFAS, které obsahují, nejsou všechny stejné. Ve skutečnosti je jen několik z nich klasifikováno jako regulované látky podle Stockholmské úmluvy - jmenovitě PFOS, PFOA a PFHxS. Patří do třídy PFAS tvořených dlouhými uhlíkovými řetězci, které se hromadí v organismech podél potravního řetězce.
Většina fluoropolymerů na dnešním trhu již neobsahuje PFOA a většina výrobců nikdy nepoužila PFOS nebo PFHX. Příští generace fluoropolymerů bude vyráběna novým procesem bez fluorosurfaktantů (fluorovaných emulgátorů), což by mělo podstatně snížit kontaminaci PFAS v životním prostředí.
Potenciální alternativy v izolacích
Při hledání udržitelnějších alternativ je úkolem vyvážit výkon s ochranou životního prostředí. Prozatím jsou PFAS nenahraditelné pro kritické aplikace, kde bezpečnost, výkon a provozní kontinuita jsou prvořadé.
Například letecké a obranné komunikační sítě spoléhají na fluoropolymery, aby snížily rušení signálu a zabránily ztrátě vysokofrekvenčních signálů na velké vzdálenosti. Stále se hledají životaschopné alternativy bez PFAS.
Stejně tak ve zdravotnictví. Kardiostimulátory se spoléhají na trvanlivost fluoropolymerů. Katétry a vodicí dráty závisí na jejich povrchu s nízkým třením, aby hladce procházely krevními cévami. Hledání udržitelných alternativ bude záviset na mechanických vlastnostech, flexibilitě, sterilizačních metodách a biokompatibilitě.
-Termoplastický polyuretan (TPU) je jednou životaschopnou náhradou některých lékařských kabelových aplikací. Nabízejí flexibilitu, trvanlivost, biokompatibilitu a snadné zpracování, ale nemusí zcela odpovídat fluoropolymerům v chemické odolnosti nebo třecích vlastnostech.
-Silikon nabízí bezkonkurenční flexibilitu a biokompatibilitu, ale není tak chemicky odolný jako fluoropolymery.
Pokrok směrem k bezpečnější budoucnosti pro všechny
Hledání alternativ PFAS pro dráty a kabely pokračuje. Neexistuje žádná jediná náhrada, zejména pro specifické vysoce výkonné aplikace, jako jsou lékařské, obranné a komunikační kabely.
Dobrou zprávou je, že krajina se rychle vyvíjí. Každý hlavní partner, se kterým spolupracujeme, aktivně vyvíjí náhradní technologie PFAS. Dostupnost alternativ se časem zlepší.
Vzhledem k tomu, že výrobci drátů a kabelů vyvíjejí produkty, které jsou bezpečnější pro lidi a planetu, je jedna věc jasná: Je čas přehodnotit vaše formulace. Na IMCD jsme tu, abychom společně prozkoumali možnosti.