工程师们研制出了一种新型不粘涂层，最终可以与特氟龙展开竞争，而且它不含引发健康警报的危险“永久性化学物质”。通过将硅基刷毛与尽可能小的 PFAS 分子结合在一起，研究团队创造出了一种能像传统涂层一样有效地抵抗水和油脂的表面。
多伦多大学应用科学与工程学院的研究人员创造了一种新型材料，可以为广泛用于炊具和其他日常用品的不粘涂层提供更安全的选择。
这项创新产品能够像许多标准不粘表面一样有效地防水防油，但全氟烷基物质 (PFAS) 和多氟烷基物质 (PFAS) 的含量却低得多。PFAS 是一类与环境和健康问题相关的化学物质。
多伦多大学工程学院耐用防水工程先进材料 (DREAM) 实验室负责人 Kevin Golovin 教授 (MIE) 表示：“研究界长期以来一直在努力开发 PFAS 的更安全替代品。”
“挑战在于，虽然制造一种防水的物质很容易，但制造一种能同样程度地防油防脂的物质却很难。科学家们已经达到了这些替代材料性能的上限。”
特氟龙（聚四氟乙烯，简称 PTFE）于 20 世纪 30 年代末首次推出，因其出色的防水、防油和防油脂性能而闻名。特氟龙属于 PFAS 家族。
PFAS 分子由碳原子与多个氟原子键合而成。这些碳氟键极其稳定，正是这种稳定性赋予了 PFAS 强大的不粘性能。
同样的化学稳定性也使 PFAS 能够抵抗自然分解过程。这种在环境中的持久性使其赢得了“永久化学物质”的绰号。除了持久性之外，PFAS 还会在生物组织中积累，并且其浓度会随着食物链的上升而增加。
多项研究已将接触高浓度 PFAS 与某些类型的癌症、出生缺陷和其他健康问题联系起来，长链 PFAS 通常被认为比较短链 PFAS 更有害。
尽管存在风险，但由于缺乏替代品，PFAS 仍然在消费品中无处不在：它们不仅广泛用于炊具，还用于防雨织物、食品包装，甚至化妆品。
“我们一直在研究的替代 PFAS 的材料称为聚二甲基硅氧烷或 PDMS，”Golovin 说。
PDMS 通常以硅胶的名义出售，根据其配方，它可以具有极佳的生物相容性——事实上，它常用于植入体内的设备。但到目前为止，我们还无法让 PDMS 的性能达到 PFAS 的水平。
为了解决这个问题，MIE 博士生 Samuel Au 开发了一种新的化学技术，该团队称之为纳米级箭羽。这项技术发表在《自然通讯》杂志上。
“与典型的硅胶不同，我们将短链 PDMS 粘合到基材上——你可以把它们想象成刷子上的刷毛，”Au 说道。
为了提高它们的防油能力，我们现在添加了最短的PFAS分子，它由一个碳原子和三个氟原子组成。我们能够将大约七个这样的分子键合到每根PDMS刷毛的末端。
“如果能缩小到纳米级，它看起来有点像箭尾周围的羽毛，也就是弓上的缺口。这叫做箭羽，所以这是纳米级的箭羽。”
Au和团队将他们的新材料涂在一块织物上，然后滴上各种油，看看它对油的排斥效果如何。根据美国纺织化学家和染色师协会制定的防油等级标准，这种新涂层达到了6级，与许多标准的PFAS基涂层相当。
“虽然我们在这个过程中确实使用了 PFAS 分子，但它是最短的分子，因此不会在生物体内累积，”Golovin 说。
“我们从文献，甚至法规中看到的是，首先被禁用的是长链 PFAS，而短链 PFAS 被认为危害小得多。我们的混合材料的性能与长链 PFAS 相同，但风险却大大降低。”
戈洛文表示，该团队愿意与有意扩大规模并实现商业化的不粘涂层制造商合作。与此同时，他们将继续研究更多替代方案。
戈洛文说：“这个领域的终极目标是一种性能优于特氟龙，但完全不含 PFAS 的物质。”
“我们还没有完全实现这一目标，但这是朝着正确方向迈出的重要一步。”
编译自/scitechdaily