慧正資訊，多倫多大學工程學研究人員開發(fā)的一種新材料，有望為鍋具及其他應用中常用的不粘化學品提供更安全的替代品。

防水防油特性

這種新物質(zhì)防水和防油脂的能力與標準不粘涂料相當，但其含有的全氟烷基和多氟烷基物質(zhì)（PFAS）含量要低得多。PFAS是一類引發(fā)環(huán)境和健康擔憂的化學物質(zhì)。

“長期以來，研究界一直在努力開發(fā)PFAS的更安全替代品。挑戰(zhàn)在于，制造一種能防水物質(zhì)很容易，但很難制造出一種也能同等程度防油防脂的物質(zhì)?？茖W家們此前認為這些替代材料的性能存在上限，”多倫多大學工程學耐久拒液先進材料（DREAM）實驗室負責人Kevin Golovin教授如是說。

自20世紀30年代末發(fā)明以來，特氟龍（Teflon，又稱聚四氟乙烯或 PTFE）因其能同時防水、防油和防脂而聞名。特氟龍屬于全氟烷基和多氟烷基物質(zhì)（PFAS）這一更大的物質(zhì)家族。

PFAS分子由碳原子鏈構(gòu)成，每個碳原子都與幾個氟原子鍵合。碳氟鍵的惰性賦予了PFAS不粘的特性。

然而，這種化學惰性也導致PFAS能夠抵抗隨時間分解其他有機分子的正常過程。因此，它們有時被稱為“永久化學物”。

應對PFAS風險

除了持久性之外，PFAS還因其會在生物組織中積累而聞名，并且隨著它們在食物鏈中傳遞，其濃度會被放大。

多項研究已將高水平接觸PFAS與某些類型的癌癥、出生缺陷和其他健康問題聯(lián)系起來，其中長鏈PFAS通常被認為比短鏈PFAS危害更大。

盡管存在風險，但由于缺乏替代品，PFAS在消費品中仍然無處不在：它們不僅廣泛應用于鍋具，還用于防雨織物、食品包裝，甚至化妝品中。

“我們一直研究作為PFAS替代品的材料是聚二甲基硅氧烷，簡稱 PDMS。PDMS常以硅膠的名稱銷售，根據(jù)其配方不同，它可以具有非常好的生物相容性——事實上，它常用于設(shè)計植入體內(nèi)的器械。但直到現(xiàn)在，我們還無法讓PDMS的性能達到與PFAS相當?shù)乃健！盙olovin繼續(xù)說道。

通過納米級羽化技術(shù)克服難題

為了克服這個問題，機械與工業(yè)工程系（MIE）博士生Samuel Au開發(fā)了一種新的化學技術(shù)，團隊稱之為納米級羽化（nanoscale fletching）。

“與典型的硅膠不同，我們將短鏈PDMS鍵合到基底材料上——你可以把它們想象成刷子上的刷毛。為了提高其防油能力，我們現(xiàn)在添加了盡可能最短的PFAS分子，它由一個碳原子和三個氟原子組成。我們能夠在每根PDMS‘刷毛’的末端鍵合大約七個這樣的分子?！盇u解釋道。

“如果你能縮小到納米尺度，它看起來會有點像你在箭尾（搭弓處）周圍看到的羽毛。那叫做箭羽，所以這是納米級的箭羽技術(shù)?！?/p>

混合材料降低風險

Au和團隊將他們的新材料涂在一塊織物上，然后滴上各種油滴，觀察其防油效果。根據(jù)美國紡織化學師與印染師協(xié)會（AATCC）制定的等級標準，這種新涂料達到了6級，與許多標準的PFAS基涂料相當。

“雖然我們在這個工藝中確實使用了PFAS分子，但它是最短的一種，因此不會生物積累。我們在文獻甚至法規(guī)中看到，最先被禁止的是最長鏈的PFAS，而較短的則被認為危害性小得多。我們的混合材料提供了與長鏈PFAS相同的性能，但風險大大降低?！盙olovin陳述道。

Golovin表示，團隊愿意與希望擴大規(guī)模并商業(yè)化該工藝的不粘涂料制造商合作。同時，他們將繼續(xù)研究更多的替代品。

“該領(lǐng)域的‘理想結(jié)果’將是性能超越特氟龍、且完全不含有PFAS的物質(zhì)。我們尚未完全達到目標，但這是在正確方向上邁出的重要一步。”Golovin補充道。