Ученые создали новый гибридный материал, который объединяет высокую эффективность антипригарных покрытий с минимальными рисками для здоровья. Рассмотрим, какие шаги они предприняли.
Сотрудники Университета Торонто разработали новый материал, который может заменить традиционные антипригарные химические соединения, используемые в кухонной утвари и других продуктах. Созданное покрытие обладает аналогичными водо- и жироотталкивающими свойствами, что и стандартная антипригарная продукция. При этом оно содержит значительно меньшее количество опасных пер- и полифторметиловых соединений (ПФАС), которые вызывают серьезные экологические и медицинские проблемы из-за своей устойчивости к разложению и способности накапливаться в организме, пишет Phys.org.
По словам профессора Кевина Головина, который возглавляет лабораторию DREAM (Durable Repellent Engineered Advanced Materials), разработка менее токсичных аналогов ПФАС была целью научного сообщества на протяжении многих лет. Основная сложность заключается в создании материала, который одинаково эффективно отталкивает как воду, так и жир.
История использования ПФАС началась еще в конце 1930-х годов с появления тефлона (политетрафторэтилена), известного своими водоотталкивающими и антипригарными свойствами. Молекулярная структура ПФАС состоит из длинных углеродных цепей, каждая из которых связана с множеством атомов фтора. Эта химическая стойкость придает веществу уникальные антипригарные качества, но одновременно делает его чрезвычайно стабильным, из-за чего такие соединения получили прозвище «вечные химикаты».
Накапливание ПФАС в живых организмах вызывает беспокойство ученых, поскольку множество исследований указывает на связь между высоким уровнем воздействия ПФАС и различными заболеваниями, включая рак, генетические аномалии и нарушения иммунной системы. Чем длиннее цепь молекул ПФАС, тем выше риск негативных последствий для здоровья. Несмотря на известные угрозы, ПФАС продолжают широко использоваться в различных отраслях из-за отсутствия достойных альтернатив. Они применяются не только в покрытиях для посуды, но и в производстве водонепроницаемых тканей, упаковочных материалов и косметики.
«Наш альтернативный материал, предлагаемый вместо ПФАС, называется полидиметилсилоксаном, сокращенно ПДМС. Многие знают его под названием “силикон”. В зависимости от химического состава, этот полимер может показывать высокую биологическую совместимость. Он активно используется в медицинских имплантатах. До сих пор нам не удавалось добиться того, чтобы ПДМС работал так же эффективно, как ПФАС», — поясняет специалист. Чтобы преодолеть эту трудность, ученые предложили новый химический подход.
Вместо традиционного метода обработки эксперты решили закреплять короткие цепочки ПДМС непосредственно на базовой поверхности, создавая нечто похожее на ворсинки на щетке. Затем, чтобы усилить свойства отталкивания масла, специалисты добавили ультракороткую молекулу ПФАС, содержащую лишь один атом углерода и три атома фтора. Удалось присоединить примерно семь таких молекул к кончику каждого ворса ПДМС. При уменьшении структуры до нанометровых масштабов создается эффект, похожий на оперение стрелы, видимый возле места крепления снаряда к луку. Отсюда и название метода — «наномасштабное оперение».