Viszlát teflon?

A szilikon alapú sörték és a lehető legapróbb PFAS-molekula összekapcsolásával a csapat olyan felületet hozott létre, amely ugyanolyan hatékonyan ellenáll a víznek és a zsírnak, mint a hagyományos bevonatok.

Biztonságosabb tapadásmentes alternatíva jelenik meg

A Torontói Egyetem Alkalmazott Tudományok és Mérnöki Karának kutatói egy új típusú anyagot fejlesztettek ki, amely biztonságosabb alternatívát kínálhat a főzőedényekben és más mindennapi termékekben széles körben használt tapadásmentes bevonatok helyett.

Ez az innováció ugyanolyan hatékonyan taszítja a vizet és a zsírt, mint sok hagyományos tapadásmentes felület, de sokkal kisebb mennyiségű per- és polifluor-alkil anyagot (PFAS) tartalmaz. A PFAS olyan vegyi anyagok csoportja, amelyek környezeti és egészségügyi aggályokkal járnak.

„A kutatói közösség már régóta próbál biztonságosabb alternatívákat fejleszteni a PFAS-okra” – mondja Kevin Golovin professzor (MIE), aki a Tennessee Egyetem Tartós Talajriasztó Mérnöki Fejlett Anyagok (DREAM) Laboratóriumát vezeti.

„A kihívás az, hogy míg könnyű olyan anyagot előállítani, amely taszítja a vizet, nehéz olyat előállítani, amely ugyanolyan mértékben taszítja az olajat és a zsírt is. A tudósok elérték ezen alternatív anyagok teljesítményének felső határát.”

A teflon és a PFAS mögött rejlő tudomány

Az 1930-as évek végén bevezetett teflon (politetrafluoretilén vagy PTFE) arról vált híressé, hogy megakadályozta a víz, az olaj és a zsír letapadását. A teflon a nagyobb PFAS-család része.

A PFAS-molekulák szénatomokból épülnek fel, amelyek több fluoratomhoz kapcsolódnak. Ezek a szén-fluor kötések rendkívül stabilak, ami a PFAS-ok erős tapadásmentes tulajdonságait adja.

Ugyanez a kémiai stabilitás teszi a PFAS-okat ellenállóvá a természetes lebomlási folyamatokkal szemben is. Ez a környezetben való tartósságuk miatt kapták az „örökké tartó vegyi anyagok” becenevet.

Egészségügyi aggályok és a PFAS mindenütt jelenléte

A perzisztenciájuk mellett a PFAS-okról ismert, hogy felhalmozódnak a biológiai szövetekben, és koncentrációjuk megnőhet, ahogy felfelé haladnak a táplálékláncban.

Különböző tanulmányok összefüggésbe hozták a magas PFAS-szintet bizonyos típusú rákkal, születési rendellenességekkel és más egészségügyi problémákkal, a hosszabb szénláncú PFAS-okat általában károsabbnak tekintik, mint a rövidebbeket.

A kockázatok ellenére az alternatívák hiánya azt jelenti, hogy a PFAS továbbra is mindenütt jelen van a fogyasztási cikkekben: széles körben használják őket nemcsak a főzőedényekben, hanem az esőálló anyagokban, az élelmiszer-csomagolásokban és még a sminkben is.

Biztonságosabb helyettesítő keresése

„Az anyagot, amellyel a PFAS alternatívájaként dolgoztunk, polidimetilsziloxánnak vagy PDMS-nek nevezik” – mondja Golovin.

„A PDMS-t gyakran szilikon néven árulják, és a formulációjától függően nagyon biokompatibilis lehet – valójában gyakran használják olyan eszközökben, amelyeket a szervezetbe kell beültetni. De eddig nem tudtuk elérni, hogy a PDMS olyan jól működjön, mint a PFAS.”

A probléma leküzdésére az MIE PhD hallgatója, Samuel Au kifejlesztett egy új kémiai technikát, amelyet a csapat nanoskálájú fletchingnek nevez. A technikát a Nature Communications folyóiratban megjelent cikk ismerteti.

Tollas nyilak utánzása nanoskálán

„A tipikus szilikonnal ellentétben a PDMS rövid láncait egy alapanyaghoz kötjük – úgy képzelhetjük el őket, mint egy ecset sörtéit” – mondja Au.

„Az olajtaszító képességük javítása érdekében a lehető legrövidebb PFAS-molekulát adtuk hozzá, amely egyetlen szénatomból és azon három fluoratomból áll. Körülbelül hetet sikerült minden egyes PDMS sörte végéhez kötnünk.”

„Ha nanométeres méretarányúra tudnánk zsugorítani, akkor egy kicsit úgy nézne ki, mint a tollak, amiket egy nyíl hátsó vége körül látsz, ahol az íjhoz illeszkedik. Ezt hívják tollazat-készítésnek, tehát ez nanoskálájú tollazat-készítés.”

A PFAS teljesítményének összehangolása minimális kockázattal

Au és csapata egy darab szövetre vitte fel az új anyagát, majd különféle olajcseppeket helyezett rá, hogy lássák, mennyire taszítja azokat. Az Amerikai Textilkémikusok és Színezők Szövetsége által kidolgozott skálán az új bevonat 6-os osztályzatot ért el, amivel számos standard PFAS-alapú bevonattal egyenértékű, tájékoztat a scitechdaily.com.

„Bár ebben a folyamatban PFAS-molekulát használtunk, ez a lehető legrövidebb, ezért nem bioakkumulálódik” – mondja Golovin.

„Amit a szakirodalomban, sőt a szabályozásokban is láttunk, az az, hogy a leghosszabb szénláncú PFAS-okat tiltják be először, a rövidebbeket pedig sokkal kevésbé károsnak tekintik. Hibrid anyagunk ugyanazt a teljesítményt nyújtja, mint amit a hosszú szénláncú PFAS-okkal értek el, de jelentősen csökkentett kockázattal.”

A PFAS-mentes jövő felé

Golovin szerint a csapat nyitott az együttműködésre a tapadásmentes bevonatok gyártóival, akik esetleg szeretnék felskálázni és kereskedelmi forgalomba hozni a folyamatot. Időközben további alternatívákon fognak dolgozni.

„A terület szent grálja egy olyan anyag lenne, amely felülmúlja a teflont, de egyáltalán nem tartalmaz PFAS-t” – mondja Golovin.

„Még nem tartunk ott, de ez egy fontos lépés a helyes irányba.”