Vysoce výkonné elastomery a plazmové polymerové povlaky jako náhrada fluoropolymérů v technických aplikacích

Kick-off: Tým projektu Fraunhofer a poradní sbor průmyslu "HATE-Fluor" při první schůzce v úterý 8. dubna 2025. © Fraunhofer IFAM / Kick-off: The Fraunhofer project team and the industry advisory board of "HATE-Fluor" at the first meeting on Tuesday, April 8, 2025. © Fraunhofer IFAM

Uživatelé poly- a perfluorovaných alkylových sloučenin (PFAS), známých také jako »věčné chemikálie«, jsou pod tlakem kvůli návrhům na regulaci Evropské agentury pro chemické látky (ECHA). To se týká i použití fluor elastomerů, jejichž ekonomický význam je obrovský. Experti z Fraunhoferu začátkem února zahájili projekt »HATE-Fluor«. Společně chtějí vyvinout vysoce výkonné elastomerové směsi jako náhradu fluorových polymerů v určitých technických aplikacích. Různé odvětví z toho mohou těžit, včetně výrobců polotovarů a hotových dílů, firem v oblasti zařízení a strojírenství, v medicínské technice, v čistých prostorách a polovodičové technice, stejně jako v chemických procesech a elektrických aplikacích.

Řada firem hledá alternativy k poly- a perfluorovaným alkylovým sloučeninám (PFAS), protože jejich budoucí použití je nejisté a očekávají se dobrovolné sebezávazky. PFAS jsou součástí každodenních výrobků, jako jsou nepřilnavé pánve, pizza krabice, outdoorové bundy, ale také v medicíně, tepelných čerpadlech, bateriích. Zatímco pro některé každodenní aplikace již existují fluor-free náhrady, pro technické aplikace, které musí odolávat extrémním podmínkám, je velká potřeba nových individuálních řešení pro substituci fluorových polymerů.

Náhrada PFAS: Potahované elastomery a přizpůsobitelná řešení typu stavebnice

V nově zahájeném projektu »HATE-Fluor« budou týmy expertů z Fraunhoferova ústavu pro provozní pevnost a spolehlivost systémů LBF a z Fraunhoferova ústavu pro výrobu a aplikované materiálové výzkumy IFAM vyvíjet fluor-free potahované elastomery a nabízet přizpůsobitelná řešení typu stavebnice, aby pokryly rostoucí poptávku na trhu. Řešení zahrnuje tři hlavní kroky: zlepšení tepelné stability fluor-free elastomerů pomocí nových antioxidantů, výrobu sladěných formulací elastomerů a vývoj systému povlaků na ochranu elastomeru před oxidačním a chemickým útokem.

Pomocí modulární konstrukce tohoto systému, skládajícího se z lakových a plazmových vrstev, má být pokryto široké spektrum v oblasti alternativních těsnění s fluorovými elastomery. Cílové vlastnosti jsou dány použitím fluorových elastomerů, které jsou v projektu nahrazovány.

Spojené odborné znalosti Fraunhoferu

Fraunhoferův ústav pro provozní pevnost a spolehlivost systémů LBF se v projektu »HATE-Fluor« zaměřuje na vývoj vysoce výkonných elastomerů jako náhrady fluorových polymerů v technických aplikacích. Hlavním zaměřením je zlepšení tepelné a termoxidativní stability fluor-free elastomerů pomocí nových antioxidantů. Dále jsou vyvíjeny optimalizované formulace elastomerů pro konkrétní použití, aby byla zajištěna maximální odolnost a nejlepší přilnavost. To je doplněno formulací systému povlaků na ochranu elastomerů. Tento systém je vyvíjen v Fraunhoferově ústavu pro výrobu a aplikované materiálové výzkumy IFAM, aby chránil materiál před oxidačním poškozením a chemickou degradací.

Kromě toho Fraunhofer IFAM v rámci projektu pracuje na povlakování těchto elastomerů, aby se zlepšila jejich snížení tření a bariérové vlastnosti. Zvláštní důraz je kladen na vývoj polyimidových povlaků ve spojení s vrstvenými křemičitany, které zabraňují permeaci škodlivých plynů a vlhkosti. Tyto povlaky jsou určeny především pro vysoce výkonnou elektroniku a další náročné aplikace. Dále je zkoumáno modifikování vrstvených křemičitanu, aby se snížila permeace vodní páry a kyslíku až o 99 %. Použití těchto povlaků výrazně zpomaluje stárnutí a zabraňuje růstu dendritů v důsledku znečištění škodlivými plyny.

Fraunhoferovy ústavy LBF a IFAM spojují své odborné znalosti, aby vyvinuly nová řešení a technologie připravené k použití. Oba ústavy mají díky dlouhodobé vývojové a projektové práci již rozsáhlé kompetence v oblasti substituce PFAS. Projekt »HATE-Fluor« je financován Fraunhoferovou společností v rámci programu PREPARE a potrvá tři roky.