Elastomeri ad alte prestazioni e rivestimenti in plasma-polimeri come sostituti dei fluoropolimeri in applicazioni tecniche

Kick-off: Il team di progetto Fraunhofer e il comitato consultivo industriale di "HATE-Fluor" alla prima riunione di martedì 8 aprile 2025. © Fraunhofer IFAM / Kick-off: Il team di progetto Fraunhofer e il comitato consultivo industriale di "HATE-Fluor" alla prima riunione di martedì 8 aprile 2025. © Fraunhofer IFAM

Utilizzatori di composti di poli e perfluorurati (PFAS), noti anche come «chimici eterni», sono sotto pressione a causa delle proposte normative dell'Agenzia europea delle sostanze chimiche (ECHA). Ciò riguarda anche l'uso di fluorelastomeri, la cui importanza economica è enorme. Gli esperti del Fraunhofer hanno avviato all'inizio di febbraio il progetto «HATE-Fluor». Insieme vogliono sviluppare miscele di elastomeri ad alte prestazioni come sostituti dei polimeri fluorurati in determinate applicazioni tecniche. Diversi settori possono beneficiarne, tra cui produttori di semilavorati e componenti finiti, aziende nel settore degli impianti e delle macchine, nella tecnologia medica, nella tecnologia delle camere pulite e dei semiconduttori, nonché nella tecnologia dei processi chimici e nelle applicazioni elettriche.

Molte aziende cercano alternative ai composti di poli e perfluorurati (PFAS), poiché le possibilità di utilizzo in futuro sono incerti e ci si aspetta impegni volontari di auto-responsabilità. I PFAS sono presenti in prodotti di uso quotidiano come padelle rivestite, scatole per pizza, giacche da esterno, ma anche in tecnologia medica, pompe di calore, batterie. Mentre per alcune applicazioni quotidiane esistono già sostituti privi di fluoro, per le applicazioni tecniche che devono resistere a condizioni estreme c'è un grande bisogno di nuove soluzioni individuali per la sostituzione dei polimeri fluorurati.

Sostituzione dei PFAS: Elastomeri rivestiti e soluzioni modulabili

Nel nuovo progetto «HATE-Fluor» saranno sviluppati da team di esperti dell'Istituto Fraunhofer per la resistenza meccanica e l'affidabilità dei sistemi LBF e dell'Istituto Fraunhofer per la tecnologia di produzione e la ricerca sui materiali applicati IFAM elastomeri privi di fluoruro rivestiti e soluzioni modulabili, per soddisfare la crescente domanda di mercato. La soluzione comprende tre fasi principali: migliorare la stabilità termica degli elastomeri privi di fluoruro attraverso nuovi antiossidanti, produrre formulazioni di elastomeri su misura e sviluppare un sistema di rivestimento per proteggere l'elastomero dall'attacco ossidativo e chimico.

Grazie alla struttura modulare di questo sistema, composta da rivestimenti di vernice e di plasma, si intende coprire un ampio spettro nel settore delle guarnizioni alternative ai fluorurati. Le proprietà obiettivo sono definite dalle aree di applicazione degli elastomeri fluorurati che vengono sostituiti nel progetto.

Competenze congiunte del Fraunhofer

L'Istituto Fraunhofer per la resistenza meccanica e l'affidabilità dei sistemi LBF si concentra nel progetto «HATE-Fluor» sullo sviluppo di elastomeri ad alte prestazioni come sostituti dei polimeri fluorurati in applicazioni tecniche. Un focus è sul miglioramento della stabilità termica e termico-ossidativa degli elastomeri privi di fluoruro attraverso nuovi antiossidanti. Inoltre, vengono sviluppate formulazioni di elastomeri ottimizzate per l'applicazione, per garantire massima resistenza e adesione ottimale. A ciò si aggiunge la formulazione di un sistema di rivestimento per gli elastomeri. Quest'ultimo viene sviluppato presso l'Istituto Fraunhofer per la tecnologia di produzione e la ricerca sui materiali applicati IFAM, per proteggere il materiale dall'attacco ossidativo e dalla decomposizione chimica.

Inoltre, l'IFAM collabora al rivestimento di questi elastomeri per migliorare la riduzione dell'attrito e le proprietà di barriera. Un focus particolare è lo sviluppo di rivestimenti in polimero di imide in combinazione con silicato di strati, che impediscono la permeazione di gas dannosi e umidità. Questi rivestimenti sono impiegati soprattutto per l'elettronica ad alte prestazioni e altre applicazioni complesse. Inoltre, si studia la modifica dei silicato di strati per ridurre fino al 99% la permeazione di vapore acqueo e ossigeno attraverso il rivestimento. L'uso di questi rivestimenti riduce significativamente l'invecchiamento e blocca la crescita di dendriti causata da gas nocivi.

Gli istituti Fraunhofer LBF e IFAM uniscono le loro competenze per sviluppare nuove soluzioni e tecnologie pronte all'uso. Entrambi gli istituti possiedono già competenze approfondite nella sostituzione dei PFAS grazie a anni di sviluppo e progetti. Il progetto «HATE-Fluor» è finanziato dalla Gesellschaft Fraunhofer nell'ambito del programma PREPARE ed è previsto per una durata di tre anni.