研究人員開發出更安全的替代性不粘塗料

星空体育app在线登录入口，多倫(lun) 多大學工程學研究人員開發的一種新材料，有望為(wei) 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

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

“長期以來，研究界一直在努力開發PFAS的更安全替代品。挑戰在於(yu) ，製造一種能防水物質很容易，但很難製造出一種也能同等程度防油防脂的物質。科學家們(men) 此前認為(wei) 這些替代材料的性能存在上限，”多倫(lun) 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。特氟龍屬於(yu) 全氟烷基和多氟烷基物質（PFAS）這一更大的物質家族。

PFAS分子由碳原子鏈構成，每個(ge) 碳原子都與(yu) 幾個(ge) 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(men) 有時被稱為(wei) “永久化學物”。

應對PFAS風險

除了持久性之外，PFAS還因其會(hui) 在生物組織中積累而聞名，並且隨著它們(men) 在食物鏈中傳(chuan) 遞，其濃度會(hui) 被放大。

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

盡管存在風險，但由於(yu) 缺乏替代品，PFAS在消費品中仍然無處不在：它們(men) 不僅(jin) 廣泛應用於(yu) 鍋具，還用於(yu) 防雨織物、食品包裝，甚至化妝品中。

“我們(men) 一直研究作為(wei) PFAS替代品的材料是聚二甲基矽氧烷，簡稱 PDMS。PDMS常以矽膠的名稱銷售，根據其配方不同，它可以具有非常好的生物相容性——事實上，它常用於(yu) 設計植入體(ti) 內(nei) 的器械。但直到現在，我們(men) 還無法讓PDMS的性能達到與(yu) PFAS相當的水平。”Golovin繼續說道。

通過納米級羽化技術克服難題

為(wei) 了克服這個(ge) 問題，機械與(yu) 工業(ye) 工程係（MIE）博士生Samuel Au開發了一種新的化學技術，團隊稱之為(wei) 納米級羽化（nanoscale fletching）。

“與(yu) 典型的矽膠不同，我們(men) 將短鏈PDMS鍵合到基底材料上——你可以把它們(men) 想象成刷子上的刷毛。為(wei) 了提高其防油能力，我們(men) 現在添加了盡可能最短的PFAS分子，它由一個(ge) 碳原子和三個(ge) 氟原子組成。我們(men) 能夠在每根PDMS‘刷毛’的末端鍵合大約七個(ge) 這樣的分子。”Au解釋道。

“如果你能縮小到納米尺度，它看起來會(hui) 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。”

混合材料降低風險

Au和團隊將他們(men) 的新材料塗在一塊織物上，然後滴上各種油滴，觀察其防油效果。根據美國紡織化學師與(yu) 印染師協會(hui) （AATCC）製定的等級標準，這種新塗料達到了6級，與(yu) 許多標準的PFAS基塗料相當。

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

Golovin表示，團隊願意與(yu) 希望擴大規模並商業(ye) 化該工藝的不粘塗料製造商合作。同時，他們(men) 將繼續研究更多的替代品。

“該領域的‘理想結果’將是性能超越特氟龍、且完全不含有PFAS的物質。我們(men) 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。