В Университете Торонто создан безопасный материал для использования в качестве антипригарного покрытия для посуды и других применений. Разработка описана на страницах Nature Communications.
Это вещество отталкивает воду и жир почти так же эффективно, как обычные антипригарные покрытия, но содержит значительно меньше пер- и полифторалкильных соединений (ПФАС) — семейства химикатов, опасных для здоровья и окружающей среды.
«Научное сообщество давно пытается найти безопасную замену ПФАС. Проблема в том, что создать материал, отталкивающий воду, легко, но добиться такого же эффекта для масла и жира гораздо сложнее. Считалось, что для подобных альтернатив достигнут предел эффективности», — объясняет профессор Кевин Головин с факультета машиностроения и промышленной инженерии, возглавляющий лабораторию Durable Repellent Engineered Advanced Materials (DREAM).
Почему ПФАС опасны?
С момента изобретения в конце 1930-х политетрафторэтилен, больше известный как тефлон, прославился своей способностью отталкивать воду, масло и жир. Он относится к семейству ПФАС — веществ, молекулы которых состоят из цепочек атомов углерода, связанных с атомами фтора.
Инертность связи углерод-фтор обеспечивает антипригарные свойства ПФАС, но именно из-за нее эти вещества не разлагаются в природе, за что их называют «вечными химикатами». Кроме того, ПФАС накапливаются в живых тканях, а их концентрация увеличивается по мере продвижения вверх по пищевой цепи.
Исследования связывают воздействие высоких доз ПФАС с некоторыми видами рака, врожденными дефектами и другими проблемами со здоровьем, причем наиболее опасны длинноцепочечные ПФАС.
Несмотря на риски, отсутствие альтернатив делает ПФАС повсеместными: они используются не только в посуде, но и в водоотталкивающих тканях, упаковке для пищевых продуктов и даже в косметике.
Как работает новая технология?
«В качестве альтернативы ПФАС мы работали с полидиметилсилоксаном (ПДМС), также известным как силикон, — говорит Головин. — В зависимости от состава он может быть биосовместимым — его даже используют в медицинских имплантатах. Но до сих пор мы не могли добиться от него такой же эффективности, как у ПФАС».
Для решения этой проблемы аспирант Сэмюэл Ау придумал новый химический метод, который назвал «нанолучевым оперением».
«В отличие от обычного силикона, мы прикрепляем короткие цепочки ПДМС к базовому материалу — представьте их как щетинки на кисти. Чтобы улучшить их способность отталкивать масло, мы добавили самую короткую молекулу ПФАС (один атом углерода с тремя атомами фтора). Мы смогли присоединить около семи таких молекул к каждой "щетинке" ПДМС, — рассказывает он. — Если бы можно было рассмотреть в нанометровом масштабе, это выглядело бы как оперение на задней части стрелы, где она крепится к тетиве. Отсюда и название — нанолучевое оперение».
Насколько эффективно новое покрытие?
Ученые нанесли материал на ткань и проверили его способность отталкивать различные масла. По шкале Американской ассоциации химиков-текстильщиков и колористов покрытие получило оценку 6, что сравнимо со многими коммерческими ПФАС-покрытиями.
«Хотя мы использовали молекулу ПФАС, она самая короткая из возможных, поэтому не накапливается в организме. Согласно исследованиям и даже нормативным актам, в первую очередь запрещают длинноцепочечные ПФАС, тогда как короткие считаются гораздо менее вредными. Наш гибридный материал обеспечивает такую же эффективность, как длинноцепочечные ПФАС, но с минимальным риском», — подчеркивает Головин.
Что дальше?
По его словам, команда готова к сотрудничеству с производителями антипригарных покрытий для масштабирования технологии.
«Наша заветная мечта — материал, который превзойдет тефлон, при этом вообще не будет содержать ПФАС. Мы еще не достигли этого, но сделали важный шаг в правильном направлении», — заключил профессор.
«Вечные химикаты» на самом деле могут проникать в кровь через кожу
Создано огнестойкое покрытие для ткани, которое наносится в один шаг
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram