Пер- и полифторалкильные вещества, или PFAS, часто называют «вечными химикатами» из-за их необычайной стойкости в окружающей среде и организме человека. Эти вещества, широко используемые в производстве антипригарных покрытий, водоотталкивающей одежды, упаковки для пищевых продуктов и даже косметики, вызывают всё больше опасений у учёных и регуляторов. Многочисленные исследования связывают накопление PFAS в тканях организма с различными заболеваниями, включая рак, нарушения развития и иммунные расстройства. Несмотря на риски, альтернативы этим химическим соединениям долгое время оставались недостаточно эффективными, особенно в области антипригарного покрытия, где требуется высокая устойчивость как к воде, так и к жирам и маслам. Новое исследование учёных из Университета Торонто предлагает перспективное решение, способное значительно снизить использование опасных PFAS в бытовых и промышленных целях.
Исследователи создали инновационный материал с помощью новой техники, получившей название «наномаскировка» или nanoscale fletching. Этот подход позволяет создавать покрытия, которые не только эффективно отталкивают воду, но и жировые загрязнения – ключевой показатель качества для антипригарных поверхностей. Принцип новой технологии состоит в использовании полидиметилсилоксана (PDMS), более известного как силикон, который уже давно применяется в медицинских изделиях благодаря своей биосовместимости и безвредности. До настоящего времени PDMS не мог обеспечить уровень отталкивания масел и жиров, сравнимый с PFAS. Однако, внедрение в структуру PDMS коротких цепочек CF3 – молекул с одним атомом углерода и тремя атомами фтора – позволило ученым добиться качественного прорыва.
По их словам, эти короткие цепочки крайне малы и стремятся минимизировать бионакопление, что делает новый материал намного безопаснее по сравнению с традиционными длинноцепочечными PFAS. Образование структуры уподобляют оперению стрелы — многочисленные короткие PDMS-«щетинки», к которым прикреплены молекулы с фтором, вместе создают покрытие с уникальными свойствами. Покрытие было протестировано на ткани, и на основе тестов американской ассоциации химиков и текстильных технологов новый материал набрал максимальные баллы эффективности по отталкиванию низковязких масел, таких как гексадекан, тетрадекан, додекан и декан. Это ставит продукт в один ряд с современными PFAS-покрытиями, но с заметно меньшим риском для здоровья и окружающей среды. На сегодняшний день проблема PFAS остаётся крайне актуальной, так как данные вещества накапливаются в природе и в организме живых существ, вызывая долгосрочные негативные последствия.
Их химическая устойчивость, обусловленная крепкими связями углерода и фтора, делает традиционные методы очистки и разложения практически неэффективными. Эксперты предупреждают о кумулятивном эффекте и усилении концентрации «вечных химикатов» по пищевой цепочке, что представляет значительные угрозы для здоровья людей и экосистем. Прекращение использования длинноцепочечных PFAS уже инициировано в ряде стран, и разработка новых материалов играет ключевую роль в обеспечении экологической устойчивости и безопасности потребителей. Альтернативные покрытие на основе PDMS с внедрением минимальных фторалкильных компонентов — важный шаг на пути к полному отказу от опасных веществ без утраты качества антипригарных свойств. Кроме прямого применения в кухонной посуде, новая технология может существенно повлиять на производство водоотталкивающей одежды, упаковочных материалов и множества промышленных изделий.
Благодаря биосовместимости и безвредности силиконов, изделия на основе нового материала могут стать более экологичными и безопасными для конечных пользователей. Разработчики из Университета Торонто открыты к сотрудничеству с промышленностью для масштабирования производства и коммерциализации технологии. Они также продолжают работать над созданием полностью безфтористых покрытий, которые смогут превзойти популярный Teflon по эффективности и безопасности, отвечая современным требованиям здравоохранения и охраны природы. Таким образом, прогресс в области материаловедения и нанотехнологий уже сегодня предлагает реальные решения проблем, связанных с устойчивостью и токсичностью химикатов, широко применяемых в бытовой и промышленной сферах. Применение технологий, подобных nanoscale fletching, открывает новый этап в создании материалов, которые одновременно обеспечивают высокую функциональность и значительно снижают вред окружающей среде и здоровью человека.
В ближайшие годы можно ожидать, что исследования в области устойчивых покрытий и отход от «вечных химикатов» будут только расширяться, а новые технологические достижения найдут применение в повседневных товарах. Это поможет обеспечить более безопасное будущее, где инновации идут рука об руку с экологической ответственностью.
