Com propriedades químicas únicas, os PFAS (substâncias per- e polifluoroalquil) são há muito tempo um material estável para a fabricação de fios e cabos. Agora, as preocupações ambientais e de saúde significam que a pressão regulamentar está a aumentar. Chegou a hora de nos prepararmos para um futuro livre de PFA.
Graças à sua forte ligação carbono-flúor, os fluoropolímeros são excelentes isoladores eléctricos com uma resistência excepcionalmente elevada ao calor e a outros produtos químicos. Mas há uma razão pela qual são conhecidos como “produtos químicos para sempre”. Eles acumulam-se no ambiente, representam um risco para a saúde humana e não se degradam há centenas, ou mesmo milhares, de anos.
A regulamentação dos PFAS, a ponto de proibições definitivas para certos usos, está a aumentar. Os EUA e a UE estão a liderar o caminho com medidas rigorosas, enquanto outras regiões também estão a avançar para um controlo mais rígido. O tempo está a correr e a corrida por alternativas mais seguras está ligada.
Vamos dar uma olhada nos desafios, potenciais alternativas e considerações fundamentais para selecionar os materiais certos para as suas necessidades de desenvolvimento de produtos.
Por que usamos PFAS em Compostos W&C
Os PFAS são ideais para melhorar o desempenho, durabilidade e fiabilidade do produto final graças a propriedades como estabilidade térmica, resistência química, biocompatibilidade e baixo atrito
.} Pela última razão, os PFAS são utilizados como aditivos de processo em compostos.
Tome a formação de baba sob a forma livre de halogénio compostos retardadores de chama (HFFR), por exemplo. O acúmulo de material ao redor da matriz de extrusão é um problema significativo na fabricação de fios e cabos. É causada pela degradação térmica ou oxidativa do polímero forçada por uma elevada tensão de cisalhamento na saída da matriz, o que pode fazer com que pequenos fragmentos se acumulem ao redor dos lábios da matriz. Se estes se quebrarem e se incorporarem no produto extrudado, podem levar a imperfeições superficiais que causam curtos-circuitos.
Os PFAS têm sido particularmente eficazes na minimização do escoamento da matriz, graças à baixa energia superficial e às propriedades lubrificantes. O desenvolvimento de materiais alternativos com o mesmo desempenho apresenta um desafio complexo.
Potenciais alternativas em compostos W&C
Algumas substituições potenciais para PFAS em compostos de fios e cabos surgiram nos últimos anos, com o objetivo de reduzir a baba e melhorar a processabilidade.
-Aditivos à base de silicone podem reduzir significativamente a baba, mas nem sempre correspondem exatamente à eficácia do PFAS, por vezes são necessários níveis de dosagem mais elevados. Em particular, os compósitos PDMS/sílica apresentam uma solução pronta a usar como auxiliar de processamento para muitas aplicações de fios e cabos. Eles certamente desempenharão um papel cada vez mais importante na fabricação.
PDMS/sílica combina as propriedades benéficas de ambos os materiais. O PDMS possui baixa energia superficial, o que ajuda a minimizar a adesão à superfície da matriz. A sílica pode remover microdepósitos e levar a processos de extrusão mais limpos e produtos de maior qualidade. Os efeitos secundários bem-vindos em níveis de dosagem mais elevados são um coeficiente de atrito reduzido (para melhor resistência à abrasão), propriedades retardadoras de chama melhoradas e densidade de fumo reduzida em caso de incêndio. Os materiais à base de PDMS/sílica também são altamente versáteis e personalizáveis para diversas aplicações.
-Derivados PEG são particularmente promissores na redução da folga mas, com menor estabilidade térmica, requerem uma gestão cuidadosa das condições de temperatura.
Por que usamos PFAS em isolamentos de cabos
O outro uso de PFAS em fios e cabos é para isolamento. Os materiais isolantes comuns na indústria contêm PFAS. Estes incluem politetrafluoroetileno (PTFE), etileno propileno fluorado (FEP), perfluoroalcoxi (PFA) e etileno tetrafluoroetileno (ETFE).
O que é importante entender é que os PFAS que contêm não são todos iguais. Na verdade, apenas algumas são classificadas como substâncias regulamentadas no âmbito da Convenção de Estocolmo — nomeadamente PFOS, PFOA e PFHXs. Estes pertencem a uma classe de PFAS constituída por longas cadeias de carbono, que se acumulam em organismos ao longo da cadeia alimentar.
A maioria dos fluoropolímeros no mercado hoje já está livre de PFOA, e a maioria dos produtores nunca usou PFOS ou PFHXs para começar. A próxima geração de fluoropolímeros será produzida por um novo processo sem fluorossurfactantes (emulsificantes fluorados), o que deverá reduzir substancialmente a contaminação por PFAS no ambiente.
Potenciais alternativas em isolamentos
Na procura de alternativas mais sustentáveis, o desafio é equilibrar o desempenho com a gestão ambiental. Por enquanto, os PFAS são insubstituíveis para aplicações críticas onde a segurança, o desempenho e a continuidade operacional são fundamentais.
Por exemplo, as redes de comunicação aeroespacial e de defesa dependem de fluoropolímeros para reduzir a interferência do sinal e prevenir a perda de sinais de alta frequência a longas distâncias. Continuam a ser procuradas alternativas viáveis sem PFAS.
Da mesma forma, no sector da saúde. Os pacemakers contam com a durabilidade dos fluoropolímeros. Os cateteres e os fios-guia dependem da sua superfície de baixo atrito para navegar suavemente através dos vasos sanguíneos. Encontrar alternativas sustentáveis dependerá de propriedades mecânicas, flexibilidade, métodos de esterilização e biocompatibilidade.
-O poliuretano termoplástico (TPU) é um substituto viável para algumas aplicações de cabos médicos. Eles oferecem flexibilidade, durabilidade, biocompatibilidade e facilidade de processamento, mas podem não corresponder completamente aos fluoropolímeros em propriedades de resistência química ou de atrito.
-Silicone oferece flexibilidade e biocompatibilidade incomparáveis mas não é tão quimicamente resistente quanto os fluoropolímeros.
Progresso em direção a um futuro mais seguro para todos
A busca por alternativas PFAS para fios e cabos continua. Não existe uma única substituição geral, especialmente para aplicações específicas de alto desempenho, como cabos médicos, de defesa e de comunicação.
A boa notícia é que o cenário está a evoluir rapidamente. Cada parceiro principal com quem trabalhamos está a desenvolver ativamente tecnologias de substituição de PFAS. A disponibilidade de alternativas irá melhorar com o tempo.
Com os produtores de fios e cabos motivados a desenvolver produtos mais seguros para as pessoas e o planeta, uma coisa é clara: é hora de repensar as suas formulações. No IMCD, estamos aqui para explorar as possibilidades em conjunto.