Med unika kemiska egenskaper har PFAS (per- och polyfluoralkylsubstanser) länge varit ett stabilt material för tillverkning av ledningar och kablar. Nu innebär miljö- och hälsoproblem att lagstiftningstrycket ökar. Det är dags att förbereda sig för en PFAS-fri framtid.
Tack vare sin starka kol-fluorbindning är fluorpolymerer enastående elektriska isolatorer med exceptionellt hög motståndskraft mot värme och andra kemikalier. Men det finns en anledning till att de är kända som ”evigt kemikalier”. De byggs upp i miljön, utgör en risk för människors hälsa och bryts inte ner på hundratals, eller till och med tusentals år.
Regleringen av PFAS, till den grad att det blir direkta förbud för vissa användningsområden, ökar. USA och EU leder vägen med stränga åtgärder, medan andra regioner också går mot stramare kontroll. Klockan tickar och tävlingen om säkrare alternativ är igång.
Låt oss ta en titt på utmaningarna, potentiella alternativ och viktiga överväganden för att välja rätt material för dina produktutvecklingsbehov.
Varför vi använder PFAS i W&C-föreningar
PFAS är idealiska för att förbättra slutproduktens prestanda, hållbarhet och tillförlitlighet tack vare egenskaper som termisk stabilitet, kemisk beständighet, biokompatibilitet och låg friktion.
För senare anledning används PFAS som processtillsatser i föreningar.
Ta droolbildning i halogenfritt flamskyddsmedel (HFFR) föreningar, till exempel. Uppbyggnad av material runt extruderingsformen är en viktig fråga inom tråd- och kabeltillverkning. Det orsakas av termisk eller oxidativ nedbrytning av polymeren som tvingas av hög skjuvspänning vid formutgången, vilket kan få små fragment att byggas upp runt formläpparna. Om dessa bryts av och bäddas in i den extruderade produkten kan det leda till ytfel som orsakar kortslutning.
PFAS har varit särskilt effektiva för att minimera dregling, tack vare låg ytenergi och smörjningsegenskaper. Att utveckla alternativa material med samma prestanda utgör en komplex utmaning.
Potentiella alternativ i W&C-föreningar
Några potentiella ersättare för PFAS i tråd- och kabelföreningar har dykt upp under de senaste åren, som syftar till att minska dregling och förbättra bearbetbarheten.
-Silikonbaserade tillsatser kan avsevärt minska dregeln, men matchar inte alltid effektiviteten hos PFAS, så högre doseringsnivåer krävs ibland. I synnerhet utgör PDMS/kiseldioxidkompositer en färdig lösning som ett bearbetningshjälpmedel för många tråd- och kabelapplikationer. De kommer säkert att spela en allt viktigare roll i tillverkningen.
PDMS/kiseldioxid kombinerar de fördelaktiga egenskaperna hos båda materialen. PDMS har låg ytenergi, vilket hjälper till att minimera vidhäftningen till matrisytan. Kiseldioxid kan ta bort mikroavlagringar och leda till renare extruderingsprocesser och produkter av högre kvalitet. Välkomna biverkningar vid högre doseringsnivåer är en minskad friktionskoefficient (för bättre nötningsbeständighet), förbättrade flamskyddsegenskaper och minskad röktäthet vid brand. PDMS/kiseldioxidbaserade material är också mycket mångsidiga och anpassningsbara för olika tillämpningar.
-PEG-derivat är särskilt lovande när det gäller att minska dregel, men med lägre termisk stabilitet kräver de noggrann hantering av temperaturförhållandena.
Varför vi använder PFAS i kabelisoleringar
Den andra användningen av PFAS i tråd och kabel är för isolering. Vanliga isoleringsmaterial i branschen innehåller PFAS. Dessa inkluderar polytetrafluoretylen (PTFE), fluorerad etylenpropen (FEP), perfluoralkoxi (PFA) och etylentetrafluoretylen (ETFE).
Det som är viktigt att förstå är att PFAS de innehåller inte alla är desamma. Faktum är att endast ett fåtal klassas som kontrollerade ämnen enligt Stockholmskonventionen - nämligen PFOS, PFOA och PFHXs. Dessa tillhör en klass av PFAS som består av långa kolkedjor, som ackumuleras i organismer längs livsmedelskedjan.
De flesta fluorpolymerer på marknaden idag är redan PFOA-fria, och de flesta producenter använde aldrig PFOS eller PFHX till att börja med. Nästa generation fluorpolymerer kommer att produceras genom en ny process utan fluorsurfaktanter (fluorerade emulgeringsmedel), vilket avsevärt bör minska PFAS-kontaminering i miljön.
Potentiella alternativ i isoleringar
I sökandet efter mer hållbara alternativ är utmaningen att balansera prestanda med miljövård. För närvarande är PFAS oersättliga för kritiska applikationer där säkerhet, prestanda och driftskontinuitet är av största vikt.
Till exempel är flyg- och försvarskommunikationsnätverk beroende av fluorpolymerer för att minska signalstörningar och förhindra förlust av högfrekventa signaler över långa avstånd. Livskraftiga PFAS-fria alternativ fortsätter att sökas.
Likaså inom hälso- och sjukvården. Pacemakers förlitar sig på hållbarheten hos fluorpolymerer. Katetrar och styrledningar är beroende av deras lågfriktionsyta för att smidigt navigera genom blodkärlen. Att hitta hållbara alternativ kommer att bero på mekaniska egenskaper, flexibilitet, steriliseringsmetoder och biokompatibilitet.
-Termoplastisk polyuretan (TPU) är en livskraftig ersättning för vissa medicinska kabelapplikationer. De erbjuder flexibilitet, hållbarhet, biokompatibilitet och enkel bearbetning, men kanske inte helt matchar fluorpolymerer i kemisk resistens eller friktionsegenskaper.
-Silikon erbjuder oöverträffad flexibilitet och biokompatibilitet men är inte lika kemiskt resistent som fluorpolymerer.
Framsteg mot en säkrare framtid för alla
Sökandet efter PFAS-alternativ för ledningar och kablar fortsätter. Det finns ingen enda ersättning över hela linjen, särskilt för specifika högpresterande applikationer som medicinsk, försvars- och kommunikationskabel.
Den goda nyheten är att landskapet utvecklas snabbt. Varje huvudpartner vi arbetar med utvecklar aktivt PFAS ersättningsteknik. Tillgången på alternativ kommer att förbättras med tiden.
Med tråd- och kabelproducenter drivna att utveckla produkter som är säkrare för människor och planeten är en sak klar: Det är dags att tänka om dina formuleringar. På IMCD är vi här för att utforska möjligheterna tillsammans.