PFAS (Per- und Polyfluoralkylsubstanzen) mit einzigartigen chemischen Eigenschaften sind seit langem ein stabiles Material für die Herstellung von Drähten und Kabeln. Aufgrund von Umwelt- und Gesundheitsbedenken nimmt der regulatorische Druck nun zu. Es ist an der Zeit, sich auf eine PFAS-freie Zukunft vorzubereiten.
Fluorpolymere sind dank ihrer starken Kohlenstoff-Fluor-Bindung hervorragende elektrische Isolatoren mit außergewöhnlich hoher Hitze- und Chemikalienbeständigkeit. Aber es gibt einen Grund, warum sie als „Chemikalien für immer“ bekannt sind. Sie reichern sich in der Umwelt an, stellen ein Risiko für die menschliche Gesundheit dar und werden erst in Hunderten oder sogar Tausenden von Jahren abgebaut.
Die Regulierung von PFAS, bis hin zu völligen Verboten bestimmter Verwendungszwecke, nimmt zu. Die USA und die EU machen mit strengen Maßnahmen eine Vorreiterrolle, während andere Regionen ebenfalls strengere Kontrollen anstreben. Die Uhr tickt und das Rennen um sicherere Alternativen ist eröffnet.
Werfen wir einen Blick auf die Herausforderungen, potenziellen Alternativen und wichtigen Überlegungen zur Auswahl der richtigen Materialien für Ihre Produktentwicklungsanforderungen.
Warum wir PFAS in W&C Compounds verwenden
PFAS sind dank Eigenschaften wie Wärmebeständigkeit, Chemikalienbeständigkeit, Biokompatibilität und geringer Reibung ideal für die Verbesserung der Leistung, Haltbarkeit und Zuverlässigkeit des Endprodukts.
Für letzteres Grund, PFAS werden als Prozesszusätze in Verbindungen verwendet.
Nehmen Sie sterben Sabberbildung in halogenfrei beispielsweise flammhemmende (HFFR) -Verbindungen. Materialablagerungen rund um die Extrusionsdüse sind ein großes Problem bei der Herstellung von Drähten und Kabeln. Es wird durch den thermischen oder oxidativen Abbau des Polymers verursacht, der durch eine hohe Scherspannung am Düsenaustritt erzwungen wird. Dadurch können sich kleine Fragmente an den Düsenlippen ansammeln. Wenn diese abbrechen und sich in das extrudierte Produkt einlagern, kann dies zu Oberflächenunebenheiten führen, die zu Kurzschlüssen führen.
PFAS haben sich dank ihrer niedrigen Oberflächenenergie und ihrer Schmiereigenschaften als besonders wirksam bei der Minimierung von Düsensabbern erwiesen. Die Entwicklung alternativer Materialien mit derselben Leistung stellt eine komplexe Herausforderung dar.
Mögliche Alternativen für W&C-Verbundwerkstoffe
In den letzten Jahren wurden einige potenzielle Ersatzstoffe für PFAS in Draht- und Kabelverbindungen entwickelt, um die Speichelbildung zu reduzieren und die Verarbeitbarkeit zu verbessern.
-Zusätze auf Silikonbasis können den Speichelfluss erheblich reduzieren, entsprechen aber nicht immer genau der Wirksamkeit von PFAS, weshalb manchmal höhere Dosierungen erforderlich sind. Insbesondere PDMS/Silica-Verbundwerkstoffe stellen eine gebrauchsfertige Lösung als Verarbeitungshilfsmittel für viele Draht- und Kabelanwendungen dar. Sie werden sicherlich eine immer wichtigere Rolle bei der Herstellung spielen.
PDMS/Silica kombiniert die vorteilhaften Eigenschaften beider Materialien. PDMS hat eine niedrige Oberflächenenergie, was dazu beiträgt, die Haftung an der Werkzeugoberfläche zu minimieren. Kieselsäure kann Mikroablagerungen entfernen und so zu saubereren Extrusionsprozessen und qualitativ hochwertigeren Produkten führen. Erfreuliche Nebenwirkungen bei höheren Dosierungen sind ein verringerter Reibungskoeffizient (für eine bessere Abriebfestigkeit), verbesserte flammhemmende Eigenschaften und eine verringerte Rauchdichte im Brandfall. Materialien auf PDMS/Silica-Basis sind ebenfalls äußerst vielseitig und können für verschiedene Anwendungen individuell angepasst werden.
-PEG-Derivate sind besonders vielversprechend, wenn es darum geht, die Speichelbildung zu reduzieren, aber da sie eine geringere thermische Stabilität aufweisen, erfordern sie ein sorgfältiges Management der Temperaturbedingungen.
Warum wir PFAS in Kabelisolierungen verwenden
Die andere Verwendung von PFAS in Drähten und Kabeln ist die Isolierung. In der Industrie übliche Dämmstoffe enthalten PFAS. Dazu gehören Polytetrafluorethylen (PTFE), fluoriertes Ethylenpropylen (FEP), Perfluoralkoxy (PFA) und Ethylentetrafluorethylen (ETFE).
Es ist wichtig zu verstehen, dass die PFAS, die sie enthalten, nicht alle gleich sind. Tatsächlich werden nur wenige Stoffe gemäß der Stockholmer Konvention als kontrollierte Substanzen eingestuft — nämlich PFOS, PFOA und PFHX. Diese gehören zu einer Klasse von PFAS, die aus langen Kohlenstoffketten bestehen, die sich in Organismen entlang der Nahrungskette ansammeln.
Die meisten Fluorpolymere, die heute auf dem Markt sind, sind bereits PFOA-frei, und die meisten Hersteller verwendeten PFOS oder PFHX von Anfang an nicht. Die nächste Generation von Fluorpolymeren wird nach einem neuen Verfahren ohne Fluortenside (fluorierte Emulgatoren) hergestellt, wodurch die PFAS-Verunreinigung in der Umwelt erheblich reduziert werden soll.
Mögliche Alternativen für Isolierungen
Auf der Suche nach nachhaltigeren Alternativen besteht die Herausforderung darin, Leistung und Umweltschutz in Einklang zu bringen. Derzeit sind PFAS für kritische Anwendungen, bei denen Sicherheit, Leistung und Betriebskontinuität von größter Bedeutung sind, unersetzlich.
Beispielsweise sind Kommunikationsnetzwerke in der Luft- und Raumfahrt sowie im Verteidigungsbereich auf Fluorpolymere angewiesen, um Signalstörungen zu reduzieren und den Verlust von Hochfrequenzsignalen über große Entfernungen zu verhindern. Es wird weiterhin nach tragfähigen PFAS-freien Alternativen gesucht.
Ebenso im Gesundheitswesen. Herzschrittmacher sind auf die Haltbarkeit von Fluorpolymeren angewiesen. Katheter und Führungsdrähte sind auf ihre reibungsarme Oberfläche angewiesen, um reibungslos durch die Blutgefäße zu gelangen. Die Suche nach nachhaltigen Alternativen hängt von den mechanischen Eigenschaften, der Flexibilität, den Sterilisationsmethoden und der Biokompatibilität ab.
-Thermoplastisches Polyurethan (TPU) ist ein brauchbarer Ersatz für einige medizinische Kabelanwendungen. Sie bieten Flexibilität, Haltbarkeit, Biokompatibilität und einfache Verarbeitung, sind jedoch in Bezug auf Chemikalienbeständigkeit oder Reibungseigenschaften möglicherweise nicht vollständig mit Fluorpolymeren vergleichbar.
-Silikon bietet unübertroffene Flexibilität und Biokompatibilität, ist aber nicht so chemisch resistent wie Fluorpolymere.
Fortschritte auf dem Weg zu einer sichereren Zukunft für alle
Die Suche nach PFAS-Alternativen für Drähte und Kabel geht weiter. Es gibt keinen durchgängigen Ersatz, insbesondere nicht für spezielle Hochleistungsanwendungen wie medizinische Kabel, Verteidigungskabel und Kommunikationskabel.
Die gute Nachricht ist, dass sich die Landschaft rasant weiterentwickelt. Jeder Hauptpartner, mit dem wir zusammenarbeiten, entwickelt aktiv PFAS-Ersatztechnologien. Die Verfügbarkeit von Alternativen wird sich im Laufe der Zeit verbessern.
Angesichts der Tatsache, dass Kabel- und Kabelhersteller bestrebt sind, Produkte zu entwickeln, die für Mensch und Umwelt sicherer sind, ist eines klar: Es ist an der Zeit, Ihre Rezepturen zu überdenken. Bei IMCD sind wir hier, um gemeinsam die Möglichkeiten zu erkunden.