Con propiedades químicas únicas, los PFAS (sustancias per- y polifluoroalquilo) han sido durante mucho tiempo un material estable para la fabricación de alambres y cables. Ahora, las preocupaciones ambientales y de salud significan que la presión regulatoria está creciendo. Ha llegado el momento de prepararse para un futuro libre de PFAS.
Gracias a su fuerte enlace carbono-flúor, los fluoropolímeros son aislantes eléctricos excepcionales con una resistencia excepcionalmente alta al calor y otros productos químicos. Pero hay una razón por la que se les conoce como 'químicos para siempre'. Se construyen en el medio ambiente, representan un riesgo para la salud humana y no se descomponen durante cientos, o incluso miles, de años.
La regulación de los PFAS, al punto de prohibiciones tajantes para ciertos usos, está en alza. Estados Unidos y la UE están liderando el camino con medidas estrictas, mientras que otras regiones también avanzan hacia un control más estricto. El reloj corre y la carrera por alternativas más seguras está en marcha.
Echemos un vistazo a los desafíos, alternativas potenciales y consideraciones clave para seleccionar los materiales adecuados para sus necesidades de desarrollo de productos.
Por qué utilizamos PFAS en W&C Compuestos
Los PFAS son ideales para mejorar el rendimiento, durabilidad y confiabilidad del producto final gracias a propiedades como estabilidad térmica, resistencia química, biocompatibilidad y baja fricción.
Para el razón posterior, los PFAS se utilizan como aditivos de proceso en compuestos.
Tome la formación de babas en forma libre de halógenos compuestos retardantes de llama (HFFR), por ejemplo. La acumulación de material alrededor de la matriz de extrusión es un problema importante en la fabricación de alambres y cables. Es causada por la degradación térmica u oxidativa del polímero forzada por una alta tensión de cizallamiento en la salida del troquel, lo que puede hacer que pequeños fragmentos se acumulen alrededor de los labios del troquel. Si estos se rompen y se incruentan en el producto extruido, puede provocar imperfecciones superficiales que causan cortocircuitos.
Los PFAS han sido particularmente efectivos para minimizar la baba del troquel, gracias a la baja energía superficial y a las propiedades lubricantes. Desarrollar materiales alternativos con el mismo rendimiento presenta un desafío complejo.
Alternativas potenciales en compuestos de W&C
En los últimos años han surgido algunos reemplazos potenciales para PFAS en compuestos de alambre y cable, dirigidas a reducir la baba y mejorar la procesabilidad.
-Los aditivos basados en silicona pueden reducir significativamente la baba de la matriz, pero no siempre coinciden exactamente con la efectividad de los PFAS, por lo que a veces se requieren niveles de dosificación más altos. En particular, los compuestos PDMS/sílice presentan una solución lista para usar como una ayuda de procesamiento para muchas aplicaciones de alambre y cable. Seguro que jugarán un papel cada vez más importante en la fabricación.
PDMS/sílice combina las propiedades beneficiosas de ambos materiales. PDMS tiene baja energía superficial, lo que ayuda a minimizar la adhesión a la superficie del troquel. La sílice puede eliminar microdepósitos y conducir a procesos de extrusión más limpios y productos de mayor calidad. Los efectos secundarios bienvenidos a niveles de dosificación más altos son un coeficiente de fricción reducido (para una mejor resistencia a la abrasión), propiedades retardantes de llama mejoradas y densidad de humo reducida en caso de incendio. Los materiales a base de PDMS/sílice también son altamente versátiles y personalizables para diversas aplicaciones.
-Los derivados de PEG son particularmente prometedores en la reducción de la baba del troquel pero, con menor estabilidad térmica, requieren un manejo cuidadoso de las condiciones de temperatura.
Por qué usamos PFAS en aislamientos de cables
El otro uso de PFAS en alambre y cable es para aislamiento. Los materiales aislantes comunes en la industria contienen PFAS. Estos incluyen politetrafluoroetileno (PTFE), etileno propileno fluorado (FEP), perfluoroalcoxi (PFA) y etileno tetrafluoroetileno (ETFE).
Lo que es importante entender es que los PFAS que contienen no son todos iguales. De hecho, sólo unas pocas están clasificados como sustancias controladas en virtud del Convenio de Estocolmo, a saber, PFOS, PFOA y PFHxS. Éstos pertenecen a una clase de PFAS conformada por largas cadenas de carbono, que se acumulan en organismos a lo largo de la cadena alimentaria.
La mayoría de los fluoropolímeros en el mercado hoy en día ya están libres de PFOA, y la mayoría de los productores nunca usaron PFOS o PFHxS para empezar. La próxima generación de fluoropolímeros se producirá mediante un nuevo proceso sin fluorosurfactantes (emulsionantes fluorados), lo que debería reducir sustancialmente la contaminación por PFAS en el medio ambiente.
Alternativas potenciales en aislamientos
En la búsqueda de alternativas más sustentables, el reto es equilibrar el desempeño con la administración ambiental. Por el momento, los PFAS son insustituibles para aplicaciones críticas donde la seguridad, el rendimiento y la continuidad operativa son primordiales.
Por ejemplo, las redes de comunicación aeroespacial y de defensa dependen de fluoropolímeros para reducir la interferencia de señal y evitar la pérdida de señales de alta frecuencia a largas distancias. Se siguen buscando alternativas viables libres de PFAS.
De igual manera, en el sector de la salud. Los marcapasos dependen de la durabilidad de los fluoropolímeros. Los catéteres y los cables guía dependen de su superficie de baja fricción para navegar suavemente a través de los vasos sanguíneos. Encontrar alternativas sostenibles dependerá de las propiedades mecánicas, flexibilidad, métodos de esterilización y biocompatibilidad.
-El poliuretano termoplástico (TPU) es un sustituto viable para algunas aplicaciones de cables médicos. Ofrecen flexibilidad, durabilidad, biocompatibilidad y facilidad de procesamiento, pero es posible que no coincidan completamente con los fluoropolímeros en resistencia química o propiedades de fricción.
-Silicona ofrece una flexibilidad y biocompatibilidad inigualables, pero no es tan resistente químicamente como los fluoropolímeros.
Progreso hacia un futuro más seguro para todos
La búsqueda de alternativas PFAS para alambres y cables continúa. No existe un reemplazo único en todos los ámbitos, especialmente para aplicaciones específicas de alto rendimiento como cables médicos, de defensa y de comunicación.
La buena noticia es que el panorama está evolucionando rápidamente. Cada socio principal con el que trabajamos está desarrollando activamente tecnologías de reemplazo de PFAS. La disponibilidad de alternativas mejorará con el tiempo.
Con los productores de alambre y cable impulsados a desarrollar productos que sean más seguros para las personas y el planeta, una cosa está clara: Es hora de repensar sus formulaciones. En IMCD, estamos aquí para explorar las posibilidades juntos.