Инженеры предложили альтернативу современным антипригарным покрытиям
Ученые разработали новый гибридный материал, который сочетает высокую эффективность антипригарных покрытий с минимальным риском для здоровья. Рассказываем, что они для этого сделали.
Юлия УгловаАвтор Hi-Tech Mail
Сотрудники Университета Торонто создали новый материал, способный заменить традиционные антипригарные химические соединения, применяемые в кухонной утвари и иных продуктах. Разработанное покрытие обладает аналогичными свойствами водо- и жироотталкивания, что и стандартная антипригарная продукция. При этом оно содержит значительно меньшее количество опасных пер- и полифторалкильных соединений (ПФАС). Эти вещества вызывают серьезные экологические и медицинские проблемы из-за устойчивости к разложению и способности накапливаться в организме, пишет Phys.org.
По словам профессора Кевина Головина, руководителя лаборатории DREAM (Durable Repellent Engineered Advanced Materials), разработка менее токсичных аналогов ПФАС была целью научного сообщества долгие годы. Главная сложность заключается в создании материала, одинаково эффективно отталкивающего как воду, так и жир.
История использования ПФАС началась еще в конце 1930-х годов с появления тефлона (политетрафторэтилена), известного своими водоотталкивающими и антипригарными качествами. Молекулярная структура ПФАС состоит из длинных углеродных цепей, каждая из которых связана с множеством атомов фтора. Эта химическая устойчивость придает веществу уникальные антипригарные свойства, но одновременно делает его чрезвычайно стабильным, отчего такие соединения получили прозвище «вечные химикаты».
Накопление ПФАС в живых организмах вызывает беспокойство ученых, поскольку многие исследования указывают на связь между высоким уровнем воздействия ПФАС и различными заболеваниями, включая раковые опухоли, генетические дефекты и нарушения иммунной системы. Чем длиннее цепь молекул ПФАС, тем выше риск негативных последствий для здоровья. Хотя потенциальные угрозы хорошо известны, ПФАС продолжают массово использоваться в различных отраслях промышленности из-за отсутствия достойных заменителей. Они применяются не только в покрытии посуды, но и в производстве водонепроницаемых тканей, упаковочных материалов и косметики.
«Наш альтернативный материал, предлагаемый вместо ПФАС, носит название полидиметилсилоксан, сокращенно ПДМС. Многим он известен под именем “силикон”. В зависимости от химического состава, этот полимер может демонстрировать высокую биологическую совместимость. Его активно применяют в медицинских имплантатах. До сих пор нам не удавалось добиться того, чтобы ПДМС функционировал так же хорошо, как ПФАС», — поясняет эксперт. Для преодоления этой трудности ученые предложили инновационный химический подход.
Вместо привычного способа обработки эксперты решили фиксировать короткие цепочки ПДМС непосредственно на базовой поверхности, формируя подобие ворсинок на щетке. Далее, чтобы усилить свойство масляного отталкивания, специалисты дополнили конструкцию ультракороткой молекулой ПФАС, содержащей лишь один атом углерода и три атома фтора. Удалось присоединить приблизительно семь таких молекул к кончику каждого ворса ПДМС. При уменьшении структуры до нанометровых масштабов создается эффект оперения стрелы, видимый возле места крепления снаряда к луку. Отсюда возникло название метода — «наномасштабное оперение».
В рамках эксперимента поверхность ткани покрыли новым составом, а затем испытали разработку, капнув различные виды масла. По шкале, созданной Американской ассоциацией текстильных химиков и колористов, новое покрытие получило оценку 6, что ставит его на один уровень со многими стандартными покрытиями на основе ПФАС. «Хотя мы и использовали молекулу ПФАС в этом процессе, она самая короткая из возможных и поэтому не биоаккумулируется», — заключает Головин.
Таким образом, разработанный учеными гибридный материал сочетает высокую эффективность с низким уровнем опасности для здоровья. Команда разработчиков открыта к сотрудничеству с производителями антипригарных покрытий, заинтересованными в развитии и коммерческом внедрении новой технологии. Параллельно коллектив продолжает заниматься поиском дальнейших вариантов замены существующих решений.
Ранее ученые разработали прочный асфальт из выкуренных сигарет. Подробнее об этом рассказали в другом материале Hi-Tech Mail.
Поделиться
