Con proprietà chimiche uniche, i PFAS (sostanze per- e polifluoroalchiliche) sono da tempo un materiale stabile per la produzione di fili e cavi. Ora, le preoccupazioni ambientali e sanitarie fanno sì che la pressione normativa stia crescendo. È giunto il momento di prepararsi per un futuro senza PFAS.
Grazie al loro forte legame carbonio-fluoro, i fluoropolimeri sono eccezionali isolanti elettrici con una resistenza eccezionalmente elevata al calore e ad altre sostanze chimiche. Ma c'è un motivo per cui sono conosciuti come «sostanze chimiche eterne». Si accumulano nell'ambiente, rappresentano un rischio per la salute umana e non si decompongono per centinaia, o addirittura migliaia, di anni.
La regolamentazione dei PFAS, al punto di vietare definitivamente determinati usi, sta aumentando. Gli Stati Uniti e l'UE sono all'avanguardia con misure rigorose, mentre anche altre regioni si stanno muovendo verso controlli più severi. Il tempo stringe e la corsa verso alternative più sicure è iniziata.
Diamo un'occhiata alle sfide, alle potenziali alternative e alle considerazioni chiave per selezionare i materiali giusti per le esigenze di sviluppo dei prodotti.
Perché utilizziamo i PFAS nei composti W&C
I PFAS sono ideali per migliorare le prestazioni, la durata e l'affidabilità del prodotto finale grazie a proprietà come stabilità termica, resistenza chimica, biocompatibilità e basso attrito.
Per l'ultima ragione è che i PFAS sono usati come additivi di processo nei composti.
Prendiamo la formazione di bava nei prodotti privi di alogeni composti ignifughi (HFFR), ad esempio. L'accumulo di materiale attorno allo stampo di estrusione è un problema significativo nella produzione di fili e cavi. È causato dalla degradazione termica o ossidativa del polimero forzata da un elevato stress di taglio all'uscita dello stampo, che può causare l'accumulo di piccoli frammenti attorno ai bordi dello stampo. Se questi si rompono e si incorporano nel prodotto estruso, possono verificarsi imperfezioni superficiali che causano cortocircuiti.
I PFAS sono stati particolarmente efficaci nel ridurre al minimo la sbavatura, grazie alla bassa energia superficiale e alle proprietà lubrificanti. Lo sviluppo di materiali alternativi con le stesse prestazioni rappresenta una sfida complessa.
Potenziali alternative nei composti W&C
Negli ultimi anni sono emersi alcuni potenziali sostituti dei PFAS nei composti per fili e cavi, volti a ridurre la bava e a migliorare la lavorabilità.
-Gli additivi a base di silicone possono ridurre significativamente la bava, ma non sempre corrispondono esattamente all'efficacia dei PFAS, quindi a volte sono necessari livelli di dosaggio più elevati. In particolare, i compositi PDMS/silice rappresentano una soluzione pronta all'uso come ausilio di elaborazione per molte applicazioni di fili e cavi. Svolgeranno sicuramente un ruolo sempre più importante nella produzione.
PDMS/silice combina le proprietà benefiche di entrambi i materiali. Il PDMS ha una bassa energia superficiale, che aiuta a ridurre al minimo l'adesione alla superficie dello stampo. La silice può rimuovere i microdepositi e portare a processi di estrusione più puliti e a prodotti di qualità superiore. I graditi effetti collaterali a livelli di dosaggio più elevati sono un coefficiente di attrito ridotto (per una migliore resistenza all'abrasione), migliori proprietà ignifughe e una ridotta densità di fumo in caso di incendio. I materiali a base di PDMS/silice sono inoltre altamente versatili e personalizzabili per diverse applicazioni.
-I derivati del PEG sono particolarmente promettenti nel ridurre la bava dello stampo ma, con una minore stabilità termica, richiedono un'attenta gestione delle condizioni di temperatura.
Perché utilizziamo i PFAS nell'isolamento dei cavi
L'altro uso dei PFAS nei fili e nei cavi è per l'isolamento. I materiali isolanti più diffusi nel settore contengono PFAS. Questi includono politetrafluoroetilene (PTFE), etilene propilene fluorurato (FEP), perfluoroalcossi (PFA) ed etilene tetrafluoroetilene (ETFE).
Ciò che è importante capire è che i PFAS in essi contenuti non sono tutti uguali. In effetti, solo alcune sono classificate come sostanze controllate ai sensi della Convenzione di Stoccolma, vale a dire PFOS, PFOA e PFHX. Questi appartengono a una classe di PFAS costituita da lunghe catene di carbonio, che si accumulano negli organismi lungo la catena alimentare.
La maggior parte dei fluoropolimeri oggi sul mercato sono già privi di PFOA e la maggior parte dei produttori non ha mai utilizzato PFOS o PFHX per cominciare. La prossima generazione di fluoropolimeri sarà prodotta con un nuovo processo senza fluorosurfattanti (emulsionanti fluorurati), che dovrebbe ridurre sostanzialmente la contaminazione da PFAS nell'ambiente.
Potenziali alternative negli isolamenti
Nella ricerca di alternative più sostenibili, la sfida è bilanciare le prestazioni con la gestione ambientale. Per il momento, i PFAS sono insostituibili per applicazioni critiche in cui sicurezza, prestazioni e continuità operativa sono fondamentali.
Ad esempio, le reti di comunicazione aerospaziali e di difesa si affidano ai fluoropolimeri per ridurre le interferenze del segnale e prevenire la perdita di segnali ad alta frequenza su lunghe distanze. Si continuano a ricercare valide alternative prive di PFAS.
Analogamente, nel settore sanitario. I pacemaker si affidano alla durabilità dei fluoropolimeri. I cateteri e i fili guida dipendono dalla loro superficie a basso attrito per navigare agevolmente attraverso i vasi sanguigni. La ricerca di alternative sostenibili dipenderà dalle proprietà meccaniche, dalla flessibilità, dai metodi di sterilizzazione e dalla biocompatibilità.
-Il poliuretano termoplastico (TPU) è un valido sostituto per alcune applicazioni con cavi medicali. Offrono flessibilità, durata, biocompatibilità e facilità di lavorazione, ma potrebbero non eguagliare completamente i fluoropolimeri in termini di resistenza chimica o proprietà di attrito.
-Silicone offre flessibilità e biocompatibilità senza pari, ma non è chimicamente resistente come i fluoropolimeri.
Progressi verso un futuro più sicuro per tutti
La ricerca di alternative ai PFAS per fili e cavi continua. Non esiste un unico sostituto su tutta la linea, specialmente per applicazioni specifiche ad alte prestazioni come cavi medicali, di difesa e di comunicazione.
La buona notizia è che il panorama è in rapida evoluzione. Tutti i principali partner con cui collaboriamo stanno sviluppando attivamente tecnologie sostitutive dei PFAS. La disponibilità di alternative migliorerà nel tempo.
Con i produttori di fili e cavi spinti a sviluppare prodotti più sicuri per le persone e il pianeta, una cosa è chiara: è tempo di ripensare le vostre formulazioni. All'IMCD, siamo qui per esplorare insieme le possibilità.