Kelly Carluccio, Catherine Vitale – MÜNZING
L’acronimo PFAS, che sta per sostanze per- e polifluoroalchiliche è rappresentata da una classe di sostanze chimiche prodotte dall’uomo, ampiamente utilizzate per le loro proprietà di resistenza all’acqua, alle macchie e ai lubrificanti. Da quando sono state introdotte nell’industria e nei prodotti di utilizzo finale negli anni 40, i PFAS si sono diffusi ovunque come prodotti per il trattamento e additivi per rivestimenti e altri prodotti per numerose applicazioni, fra cui quella del rivestimento decorativo, dei prodotti tessili, delle pentole non aderenti, delle confezioni alimentari e dei cosmetici. Per la loro struttura chimica unica, i PFAS presentano una eccellente stabilità termica, chimica e biologica.
Tutto questo determina anche una elevata resistenza alla degradazione e questo è il motivo per cui i PFAS sono spesso definiti anche “Prodotti Chimici permanenti”.1 Negli studi sugli esseri umani e sugli animali, certi PFAS sono ormai correlati ad una serie crescente di seri rischi per la salute, fra cui il cancro, anche se in quantità molto limitate.2 In risposta a questi esiti allarmanti della ricerca, continuano ad essere poste nuove restrizioni e norme sulle sostanze chimiche PFAS. In base al luogo in cui ci si trova nel mondo, i PFAS possono essere definiti in molti modi differenti. La definizione di PFAS differisce in base all’area geografica o paese. Ad esempio, la Commissione Europea riconosce la definizione OECD del 2021 di PFAS.3 Alcuni PFAS sono già stati catalogati come Sostanze ad Altissimo Rischio (SVHC) in base a REACH4 e l’Agenzia Chimica Europea (ECHA) ha pubblicato recentemente una proposta collegata alla normativa EU sui prodotti chimici REACH per limitarne la produzione, l’uso e la distribuzione sul mercato, compresa l’importazione5.
Negli Stati Uniti, i PFAS sono definiti in base alla norma operativa EPA.6 Attualmente, negli USA, a livello federale, molti PFAS sono soggetti a SNUR restrittivi che ne limitano l’uso. A livello statale, i PFAS sono sempre più proibiti per molte applicazioni. Ad esempio, almeno 11 stati hanno iniziato a regolamentare i PFAS mettendo al bando o limitandone l’uso nel confezionamento alimentare. Le organizzazioni di private ecolabel stanno anch’esse riesaminando il loro protocollo di certificazione, ad esempio il Green Seal, che ha infine decretato la sospensione delle certificazioni di pitture, rivestimenti, prodotti per l’igiene del pavimento, adesivi o sgrassanti che contengono PFAS7.
Risulta evidente dalle normative e dalle restrizioni sia in Europa che negli Stati Uniti che i PFAS continueranno ad essere messi al bando e che molte industrie dovranno trovare alternative veloci ed efficaci per preservare tutti i vantaggi prestazionali arrecati dai materiali PFAS.
Il personale esperto di MÜNZING è disponibile per considerare le crescenti preoccupazioni suscitate dai composti PFAS con un portafoglio di prodotti alternativi esenti PFAS che includono cere, dispersioni di cera ed emulsioni, agenti bagnanti e livellanti. Le due categorie di materiali PFAS che maggiormente necessitano di essere sostituite nei rivestimenti sono il politetrafluoroetilene (PTFE) e i fluorotensioattivi. In entrambi i casi, la principale sfida da affrontare nella sostituzione è determinata dall’esigenza di ottenere le qualità prestazionali offerte da questi prodotti fluoro-chimici alla formulazione.
La chiave per una sostituzione ottimale consiste nel dare priorità alle proprietà più importanti che devono essere riprodotte e la combinazione di additivi privi di PFAS che potrebbe essere richiesta per ottenere queste qualità prestazionali.
CERE ALTERNATIVE AL PTFE
In risposta alla richiesta di eliminare i PFAS, miscele polimeriche avanzate sono state sviluppate, esenti da PFAS chepossono sostituire i PTFE fornendo attrito superficiale ridotto oltre a migliorare la resistenza alla scalfittura e all’abrasione mantenendo la brillantezza.
Coefficiente di attrito (COF)
Riducendo il coefficiente di attrito di un rivestimento si ottiene un aumento dello slittamento migliorando anche la sua resistenza allo sfregamento e all’abrasione. Quando vengono analizzate in un inchiostro da stampa a base acquosa, le cere esenti da PTFE Ceretan® MX 9510, MX 3110, MX 9815 e MX 9820 presentano tutte una forte riduzione del coefficiente di attrito statico e dinamico, rispetto all’inchiostro esente da cera e tutte forniscono la stessa eccellente prestazione delle cere con modificazione PTFE anch’esse testate.
Resistenza allo sfregamento
Come nel caso dell’analisi COF, le cere micronizzate prive di PTFE in Figura 2 presentano una resistenza allo sfregamento simile rispetto a quelle contenenti PTFE e tutte le cere Ceretan® analizzate presentano le stesse migliorie della resistenza allo sfregamento degli inchiostri da stampa a base acquosa rispetto al campione privo di cera.
Fluorotensioattivi alternativi esenti da PFAS
I fluorotensioattivi forniscono ai rivestimenti una serie di varie caratteristiche prestazionali desiderate. Anche quando vengono utilizzati in quantità molto limitate, essi possono ridurre la tensione superficiale per migliorare la bagnabilità, il livellamento e la diffusione in modo efficace, apportando migliorie all’assorbimento delle impurità e alla resistenza ai prodotti chimici, agli oli e all’umidità e ancora migliorando la resistenza al blocking. Al fine di trovare un’alternativa idonea al fluorotensioattivo, i formulatori, per raggiungere i loro obiettivi prestazionali nel rivestimento, potrebbero richiedere l’utilizzo di una combinazione di additivi esenti da PFAS.
Analisi anti-blocking
L’analisi anti-blocking è stata eseguita in due pitture decorative a base acquosa per misurare la tendenza delle superfici verniciate ad incollarsi le une alle altre oppure di incollarsi a un altro oggetto quando poste a contatto le une con le altre. Dopo aver essiccato per 24 ore il prodotto applicato, si tagliano quadrati di 1 pollice x 1 pollice, disposti uno di fronte all’altro e pesati con un peso da 1000 gram a temperatura ambiente e in un forno a 120° F (circa 50° C) per 24 ore. Il peso viene poi rimosso e i campioni vengono pelati lentamente e classificati secondo una scala da 0 a 10, dove 10 equivale ad una separazione perfetta senza collosità, adesione o strappi e 0 equivale ad una adesione completa dei due campioni l’uno all’altro con strappo di carta al momento della separazione. Come si vede nelle Tabelle 1 e 2, in entrambe le pitture, l’additivo bagnante non-PFAS Metolat® 1299 ha offerto una prestazione anti blocking simile nel confronto con il fluorotensioattivo dopo 24 ore sia a temperatura ambiente che a 120° F. Sia il fluorotensioattivo che Metolat® 1299 presentano una superiore resistenza al blocking rispetto al campione di pittura bianca priva di additivo.
Resistenza all’assorbimento di impurità
La resistenza all’assorbimento di impurità è stata analizzata in un rivestimento per pavimenti a base acquosa con un fluorotensioattivo e con diversi agenti bagnanti e additivi cera privi di PFAS MÜNZING. Le impurità vengono strofinate in ogni pezzo rivestito e essiccato per poi essere analizzate per verificarne la facilità di rimozione. I pezzi sono stati classificati in base alla rimozione delle impurità su una scala da 1 a 10 dove 10 è uguale a nessuna presenza di macchie o di residui di impurità. In questo rivestimento, come si vede in Tabella 3, la cera in dispersione priva di PTFE LUBA-print® 942/P presenta una maggiore resistenza all’assorbimento di impurità nei test dell’eliminazione che in quelli di pulitura rispetto ai fluorotensioattivi ed una decolorazione meno accentuata, come da misura con spettrofotometro.
CONCLUSIONI
Gli additivi che contengono PFAS presentano molte proprietà uniche tali da renderli problematici nella sostituzione nel rivestimento, ma le normative che cambiano rapidamente e le restrizioni in tutto il globo stanno rendendo la loro sostituzione sempre più necessaria. Con una selezione attenta e una serie estesa di test, MÜNZING ha individuato le alternative contenenti PTFE e non, che possono eguagliare se non superare molti degli standard di alta prestazione forniti da questi prodotti chimici a base di fluoro.
Oltre alle cere, alle emulsioni e alle dispersioni di cera e agli additivi bagnanti menzionati, il lavoro è in corso, per individuare e sviluppare soluzioni innovative a questo e altri problemi urgenti come la conformità, le prestazioni e la sostenibilità.
