Met unieke chemische eigenschappen is PFAS (per- en polyfluoralkylstoffen) lange tijd een stabiel materiaal geweest voor de productie van draden en kabels. Nu betekent bezorgdheid over het milieu en de gezondheid dat de regeldruk toeneemt. De tijd is gekomen om je voor te bereiden op een PFAS-vrije toekomst.
Dankzij hun sterke koolstof-fluorbinding zijn fluorpolymeren uitstekende elektrische isolatoren met een uitzonderlijk hoge weerstand tegen hitte en andere chemicaliën. Maar er is een reden waarom ze bekend staan als 'forever chemicals'. Ze hopen zich op in het milieu, vormen een risico voor de menselijke gezondheid en gaan pas over honderden of zelfs duizenden jaren kapot.
De regulering van PFAS, tot op het punt dat bepaalde toepassingen ronduit worden verboden, neemt toe. De VS en de EU lopen voorop met strenge maatregelen, terwijl ook andere regio's op weg zijn naar strengere controle. De klok tikt en de race naar veiligere alternatieven is begonnen.
Laten we eens kijken naar de uitdagingen, mogelijke alternatieven en belangrijke overwegingen voor het selecteren van de juiste materialen voor uw productontwikkelingsbehoeften.
Waarom we PFAS gebruiken in W&C-verbindingen
PFAS zijn ideaal voor het verbeteren van de prestaties, duurzaamheid en betrouwbaarheid van het eindproduct dankzij eigenschappen zoals thermische stabiliteit, chemische bestendigheid, biocompatibiliteit en lage wrijving.
Voor later reden, PFAS worden gebruikt als procesadditieven in verbindingen.
Neem de vorming van kwijl in halogeenvrije vlamvertragende (HFFR) verbindingen, bijvoorbeeld. De ophoping van materiaal rond de extrusiematrijs is een belangrijk probleem bij de productie van draad en kabels. Het wordt veroorzaakt door thermische of oxidatieve afbraak van het polymeer, gedwongen door hoge schuifspanning bij de uitgang van de matrijs, waardoor zich kleine fragmenten kunnen ophopen rond de lippen van de matrijs. Als deze afbreken en zich in het geëxtrudeerde product nestelen, kan dit leiden tot onvolkomenheden in het oppervlak die kortsluiting veroorzaken.
PFAS zijn bijzonder effectief gebleken in het minimaliseren van matrijskwijlen, dankzij de lage oppervlakte-energie en smerende eigenschappen. Het ontwikkelen van alternatieve materialen met dezelfde prestaties vormt een complexe uitdaging.
Mogelijke alternatieven voor W&C-verbindingen
De afgelopen jaren zijn er enkele mogelijke vervangers voor PFAS in draad- en kabelverbindingen ontstaan, gericht op het verminderen van kwijlen en het verbeteren van de verwerkbaarheid.
-Additieven op siliconenbasis kunnen het kwijlen van matrijzen aanzienlijk verminderen, maar komen niet altijd exact overeen met de effectiviteit van PFAS, waardoor soms hogere doseringsniveaus nodig zijn. Met name PDMS/silicacomposieten bieden een kant-en-klare oplossing als verwerkingshulpmiddel voor veel draad- en kabeltoepassingen. Ze zullen zeker een steeds belangrijkere rol spelen in de productie.
PDMS/silica combineert de gunstige eigenschappen van beide materialen. PDMS heeft een lage oppervlakte-energie, wat helpt om de hechting aan het matrijsoppervlak te minimaliseren. Silica kan microafzettingen verwijderen en leiden tot schonere extrusieprocessen en producten van hogere kwaliteit. Welkome bijwerkingen bij hogere doseringen zijn een lagere wrijvingscoëfficiënt (voor een betere slijtvastheid), verbeterde vlamvertragende eigenschappen en een verminderde rookdichtheid in geval van brand. Op PDMS/silicium gebaseerde materialen zijn ook zeer veelzijdig en aanpasbaar voor uiteenlopende toepassingen.
-PEG-derivaten zijn bijzonder veelbelovend voor het verminderen van matrijskwijlen, maar omdat ze een lagere thermische stabiliteit vereisen, vereisen ze een zorgvuldig beheer van de temperatuuromstandigheden.
Waarom we PFAS gebruiken in kabelisolaties
Het andere gebruik van PFAS in draad en kabel is voor isolatie. Veel voorkomende isolatiematerialen in de industrie bevatten PFAS. Deze omvatten polytetrafluorethyleen (PTFE), gefluoreerd ethyleenpropyleen (FEP), perfluoralkoxy (PFA) en ethyleentrafluorethyleen (ETFE).
Wat belangrijk is om te begrijpen is dat de PFAS die ze bevatten niet allemaal hetzelfde zijn. In feite zijn slechts enkele stoffen volgens het Verdrag van Stockholm geclassificeerd als gereguleerde stoffen, namelijk PFOS, PFOA en PFHx's. Deze behoren tot een klasse van PFAS die bestaat uit lange koolstofketens, die zich ophopen in organismen langs de voedselketen.
De meeste fluorpolymeren die tegenwoordig op de markt zijn, zijn al vrij van PFOA en de meeste producenten hebben in het begin nooit PFOS of PFHX's gebruikt. De volgende generatie fluorpolymeren zal worden geproduceerd door middel van een nieuw proces zonder fluoroppervlakteactieve stoffen (gefluoreerde emulgatoren), wat de PFAS-verontreiniging in het milieu aanzienlijk zou moeten verminderen.
Mogelijke alternatieven in isolaties
Bij het zoeken naar duurzamere alternatieven bestaat de uitdaging erin om prestaties in evenwicht te brengen met milieubeheer. Voorlopig zijn PFAS onvervangbaar voor kritieke toepassingen waarbij veiligheid, prestaties en operationele continuïteit van het grootste belang zijn.
Communicatienetwerken voor ruimtevaart en defensie zijn bijvoorbeeld afhankelijk van fluorpolymeren om signaalinterferentie te verminderen en verlies van hoogfrequente signalen over lange afstanden te voorkomen. Er wordt nog steeds gezocht naar haalbare PFAS-vrije alternatieven.
Zo ook in de gezondheidszorg. Pacemakers zijn afhankelijk van de duurzaamheid van fluorpolymeren. Katheters en geleidingsdraden zijn afhankelijk van hun wrijvingsarme oppervlak om soepel door de bloedvaten te kunnen navigeren. Het vinden van duurzame alternatieven hangt af van mechanische eigenschappen, flexibiliteit, sterilisatiemethoden en biocompatibiliteit.
-Thermoplastisch polyurethaan (TPU) is een haalbaar alternatief voor sommige medische kabeltoepassingen. Ze bieden flexibiliteit, duurzaamheid, biocompatibiliteit en verwerkingsgemak, maar zijn mogelijk niet zo chemisch resistent als fluorpolymeren wat betreft chemische bestendigheid of wrijvingseigenschappen.
-Silicone biedt ongeëvenaarde flexibiliteit en biocompatibiliteit, maar is niet zo chemisch resistent als fluorpolymeren.
Vooruitgang naar een veiligere toekomst voor iedereen
De zoektocht naar PFAS-alternatieven voor draden en kabels gaat door. Er is geen enkele vervanging over de hele linie, vooral niet voor specifieke hoogwaardige toepassingen zoals medische, defensie- en communicatiekabels.
Het goede nieuws is dat het landschap snel evolueert. Elke belangrijke partner waarmee we samenwerken is actief bezig met de ontwikkeling van PFAS-vervangingstechnologieën. De beschikbaarheid van alternatieven zal mettertijd verbeteren.
Nu draad- en kabelproducenten gedreven zijn om producten te ontwikkelen die veiliger zijn voor mens en milieu, is één ding duidelijk: het is tijd om uw formuleringen te heroverwegen. Bij IMCD zijn we hier om samen de mogelijkheden te verkennen.
