Grâce à leurs propriétés chimiques uniques, les PFAS (substances per- et polyfluoroalkylées) sont depuis longtemps un matériau stable pour la fabrication de fils et de câbles. Aujourd'hui, les préoccupations environnementales et sanitaires entraînent une pression réglementaire croissante. Le moment est venu de se préparer à un avenir sans PFAS.
Grâce à leur forte liaison carbone-fluor, les fluoropolymères sont d'excellents isolants électriques qui présentent une résistance exceptionnelle à la chaleur et à d'autres produits chimiques. Mais ce n'est pas sans raison qu'on les appelle « produits chimiques éternels ». Ils s'accumulent dans l'environnement, présentent un risque pour la santé humaine et ne se décomposent pas avant des centaines, voire des milliers d'années.
La réglementation des PFAS, qui va jusqu'à l'interdiction pure et simple de certaines utilisations, s'intensifie. Les États-Unis et l'Union européenne montrent la voie avec des mesures strictes, tandis que d'autres régions s'orientent également vers un contrôle plus strict. Le temps presse et la course aux alternatives plus sûres est lancée.
Examinons les défis, les alternatives potentielles et les considérations clés pour sélectionner les matériaux adaptés à vos besoins en matière de développement de produits.
Pourquoi utilisons-nous des PFAS dans les composés W&C ?
Les PFAS sont idéaux pour améliorer les performances, la durabilité et la fiabilité du produit final grâce à leurs propriétés telles que la stabilité thermique, la résistance chimique, la biocompatibilité et le faible coefficient de frottement.
Pour cette dernière raison, les PFAS sont utilisés comme additifs de procédé dans les composés.
Prenons l'exemple de la formation de bavures dans les composés ignifuges sans halogène (HFFR). L'accumulation de matière autour de la filière d'extrusion est un problème important dans la fabrication des fils et câbles. Elle est causée par la dégradation thermique ou oxydative du polymère sous l'effet d'une contrainte de cisaillement élevée à la sortie de la filière, qui peut entraîner l'accumulation de petits fragments autour des lèvres de la filière. Si ceux-ci se détachent et s'incrustent dans le produit extrudé, ils peuvent entraîner des imperfections de surface susceptibles de provoquer des courts-circuits.
Les PFAS se sont révélés particulièrement efficaces pour minimiser les coulures de filière, grâce à leur faible énergie de surface et à leurs propriétés lubrifiantes. Le développement de matériaux alternatifs offrant les mêmes performances représente un défi complexe.
Alternatives potentielles dans les composés W&C
Quelques substituts potentiels aux PFAS dans les composés pour fils et câbles ont fait leur apparition ces dernières années, dans le but de réduire les coulures et d'améliorer la transformabilité.
-Les additifs à base de silicone peuvent réduire considérablement le bavure, mais ne sont pas toujours aussi efficaces que les PFAS, ce qui nécessite parfois des doses plus élevées. Les composites PDMS/silice, en particulier, constituent une solution prête à l'emploi comme adjuvant de fabrication pour de nombreuses applications dans le domaine des fils et câbles. Ils sont appelés à jouer un rôle de plus en plus important dans la fabrication.
Le PDMS/silice combine les propriétés avantageuses des deux matériaux. Le PDMS a une faible énergie de surface, ce qui contribue à minimiser l'adhérence à la surface de la filière. La silice peut éliminer les microdépôts et permettre des processus d'extrusion plus propres et des produits de meilleure qualité. Des effets secondaires bienvenus à des doses plus élevées sont une réduction du coefficient de frottement (pour une meilleure résistance à l'abrasion), une amélioration des propriétés ignifuges et une réduction de la densité de fumée en cas d'incendie. Les matériaux à base de PDMS/silice sont également très polyvalents et personnalisables pour diverses applications.
-Dérivés de PEG sont particulièrement prometteurs pour réduire le bavure de filière, mais leur stabilité thermique plus faible nécessite une gestion rigoureuse des conditions de température.
Pourquoi utilisons-nous des PFAS dans les isolants de câbles
Les PFAS sont également utilisés dans les fils et câbles pour l'isolation. Les matériaux isolants courants dans l'industrie contiennent des PFAS. Il s'agit notamment du polytétrafluoroéthylène (PTFE), de l'éthylène-propylène fluoré (FEP), du perfluoroalkoxy (PFA) et de l'éthylène-tétrafluoroéthylène (ETFE).
Il est important de comprendre que les PFAS qu'ils contiennent ne sont pas tous identiques. En fait, seuls quelques-uns sont classés comme substances contrôlées par la Convention de Stockholm, à savoir le PFOS, le PFOA et le PFHxS. Ceux-ci appartiennent à une classe de PFAS composés de longues chaînes de carbone qui s'accumulent dans les organismes tout au long de la chaîne alimentaire.
La plupart des fluoropolymères actuellement sur le marché sont déjà exempts de PFOA, et la plupart des fabricants n'ont jamais utilisé de PFOS ou de PFHxS. La prochaine génération de fluoropolymères sera produite selon un nouveau procédé sans tensioactifs fluorés (émulsifiants fluorés), ce qui devrait réduire considérablement la contamination de l'environnement par les PFAS.
Alternatives potentielles dans les isolants
Dans la recherche d'alternatives plus durables, le défi consiste à trouver un équilibre entre performances et gestion environnementale. Pour l'instant, les PFAS sont irremplaçables pour les applications critiques où la sécurité, les performances et la continuité opérationnelle sont primordiales.
Par exemple, les réseaux de communication aérospatiaux et de défense dépendent des fluoropolymères pour réduire les interférences et empêcher la perte de signaux à haute fréquence sur de longues distances. La recherche d'alternatives viables sans PFAS se poursuit.
Il en va de même dans le secteur de la santé. Les pacemakers dépendent de la durabilité des fluoropolymères. Les cathéters et les fils guides dépendent de leur surface à faible friction pour naviguer en douceur dans les vaisseaux sanguins. La recherche d'alternatives durables dépendra des propriétés mécaniques, de la flexibilité, des méthodes de stérilisation et de la biocompatibilité.
-Le polyuréthane thermoplastique (TPU) est un substitut viable pour certaines applications médicales des câbles. Il offre flexibilité, durabilité, biocompatibilité et facilité de traitement, mais peut ne pas égaler complètement les polymères fluorés en termes de résistance chimique ou de propriétés de friction.
-Le silicone offre une flexibilité et une biocompatibilité inégalées, mais n'est pas aussi résistant aux produits chimiques que les polymères fluorés.
Vers un avenir plus sûr pour tous
La recherche d'alternatives aux PFAS pour les fils et câbles se poursuit. Il n'existe pas de substitut unique, en particulier pour les applications spécifiques à hautes performances telles que les câbles médicaux, de défense et de communication.
La bonne nouvelle, c'est que le paysage évolue rapidement. Tous nos principaux partenaires travaillent activement au développement de technologies de remplacement des PFAS. La disponibilité des alternatives s'améliorera avec le temps.
Les fabricants de fils et de câbles étant poussés à développer des produits plus sûrs pour les personnes et la planète, une chose est claire : il est temps de repenser vos formulations. Chez IMCD, nous sommes là pour explorer ensemble les possibilités.