Elastomery wysokowydajne i powłoki z polimerów plazmowych jako zamiennik dla fluoropolimerów w zastosowaniach technicznych

Rozpoczęcie: Zespół projektowy Fraunhofer i doradcy przemysłowi z „HATE-Fluor” podczas pierwszego spotkania we wtorek, 8 kwietnia 2025 r. © Fraunhofer IFAM / Rozpoczęcie: Zespół projektowy Fraunhofer i rada doradcza przemysłu z „HATE-Fluor” podczas pierwszego spotkania we wtorek, 8 kwietnia 2025 r. © Fraunhofer IFAM

Użytkownicy polifluorowanych i perfluorowanych związków alkilowych (PFAS), znanych również jako „chemikalia wieczne”, są pod presją ze względu na propozycje regulacyjne Europejskiej Agencji Chemikaliów (ECHA). Dotyczy to również stosowania fluoroelastomerów, których znaczenie gospodarcze jest ogromne. Eksperci z Fraunhofer na początku lutego zainicjowali projekt „HATE-Fluor”. Wspólnie chcą opracować wysokowydajne mieszanki elastomerów jako zamiennik fluoropolimerów w określonych zastosowaniach technicznych. Różne branże mogą na tym skorzystać, w tym producenci półwyrobów i wyrobów gotowych, firmy z sektora maszynowego i urządzeń, w medycynie, w technologii czystych pomieszczeń i półprzewodników, a także w chemicznym procesowaniu i zastosowaniach elektrycznych.

Wiele firm poszukuje alternatyw dla polifluorowanych i perfluorowanych związków alkilowych (PFAS), ponieważ ich możliwości zastosowania w przyszłości są niepewne, a od nich oczekuje się dobrowolnych zobowiązań. PFAS znajdują się w produktach codziennego użytku, takich jak powlekane patelnie, pudełka na pizzę, kurtki outdoorowe, ale także w technologii medycznej, pompach ciepła, bateriach. Podczas gdy dla niektórych zastosowań codziennych już istnieją fluorowe zamienniki, dla zastosowań technicznych, które muszą wytrzymać ekstremalne warunki, istnieje duże zapotrzebowanie na nowe, indywidualne rozwiązania do substytucji fluoropolimerów.

Zamiennik PFAS: Powlekane elastomery i dostosowywalne rozwiązania typu „składanka”

W nowo inicjowanym projekcie „HATE-Fluor” zespoły ekspertów z Instytutu Wytrzymałości na Eksploatację i Niezawodność Systemów Fraunhofer LBF oraz z Instytutu Technologii Produkcji i Badań Materiałowych Fraunhofer IFAM będą rozwijać fluor-free powlekane elastomery i oferować dostosowywalne rozwiązania typu „składanka”, aby zaspokoić rosnące zapotrzebowanie rynkowe. Rozwiązanie obejmuje trzy główne kroki: poprawę stabilności termicznej elastomerów bez fluoru poprzez nowatorskie antyoksydanty, wytwarzanie dopasowanych formulacji elastomerów oraz opracowanie systemu powłokowego chroniącego elastomer przed utlenianiem i działaniem chemicznym.

Dzięki modułowej budowie tego systemu, składającej się z powłok lakierowych i plazmowych, ma on obejmować szeroki zakres w dziedzinie uszczelnień alternatywnych dla fluoru. Docelowe właściwości są określane przez zastosowania elastomerów fluorowych, które mają być w projekcie zastąpione.

Zintegrowana wiedza ekspertów Fraunhofer

Instytut Wytrzymałości na Eksploatację i Niezawodność Systemów Fraunhofer LBF koncentruje się w projekcie „HATE-Fluor” na rozwoju wysokowydajnych elastomerów jako zamienników fluoropolimerów w zastosowaniach technicznych. Głównym obszarem jest poprawa stabilności termicznej i termooksydacyjnej elastomerów bez fluoru poprzez nowatorskie antyoksydanty. Ponadto opracowywane są optymalizowane formulacje elastomerów, aby zapewnić maksymalną trwałość i optymalne przyleganie. Uzupełnieniem jest opracowanie systemu powłokowego dla elastomerów. System ten jest rozwijany w Instytucie Technologii Produkcji i Badań Materiałowych Fraunhofer IFAM, aby chronić materiał przed utlenianiem i chemicznym rozkładem.

Ponadto, w ramach projektu, Instytut Fraunhofer IFAM pracuje nad powlekaniem tych elastomerów, aby poprawić ich właściwości redukcji tarcia i bariery. Szczególny nacisk kładzie się na rozwój powłok polimidowych w połączeniu z warstwami krzemianów, które zapobiegają przenikaniu szkodliwych gazów i wilgoci. Powłoki te są szczególnie wykorzystywane w elektronice wysokiej wydajności i innych wymagających zastosowaniach. Ponadto badana jest modyfikacja warstw krzemianów, aby zmniejszyć przenikanie pary wodnej i tlenu nawet o 99%. Zastosowanie tych powłok wyraźnie zmniejsza starzenie się materiału i zapobiega wzrostowi dendrytów w wyniku obciążenia szkodliwymi gazami.

Instytuty Fraunhofer LBF i IFAM łączą swoje kompetencje, aby opracować nowe rozwiązania i technologie gotowe do zastosowania. Oba instytuty posiadają dzięki wieloletniej pracy rozległe kompetencje w zakresie substytucji PFAS. Projekt „HATE-Fluor” jest finansowany przez Gesellschaft Fraunhofer w ramach programu PREPARE i trwa trzy lata.