多伦多大学工程学院的研究人员开发的一种新材料可以为炊具和其他应用中常用的不粘化学品提供更安全的替代品。
这种新物质的防水防油性能与标准不粘涂层差不多，但其全氟烷基物质和多氟烷基物质 (PFAS) 的含量要低得多，这类化学物质已经引起了人们对环境和健康的担忧。
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（又称聚四氟乙烯或PTFE）自20世纪30年代末发明以来，就因其优异的防水、防油和防油脂性能而闻名。特氟龙属于全氟烷基和多氟烷基物质（PFAS）家族。
PFAS 分子由碳原子链构成，每个碳原子链与多个氟原子键合。碳氟键的惰性是 PFAS 具有不粘特性的原因。
然而，这种化学惰性也导致 PFAS 能够抵抗其他有机分子随时间分解的正常过程。因此，它们有时被称为“永久化学物质”。
除了持久性之外，PFAS 还会在生物组织中积累，并且随着它们沿着食物链向上传播，其浓度会不断增加。
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。
戈洛文说：“我们一直在研究的替代 PFAS 的材料是聚二甲基硅氧烷，简称 PDMS。”
“PDMS 通常以硅胶的名义出售，根据其配方，它可以具有非常好的生物相容性——事实上，它经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，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。
“如果你能把它缩小到纳米级，它看起来会有点像你在箭的后端看到的羽毛，箭的缺口在弓上。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，但风险大大降低。”
戈洛文表示，该团队愿意与希望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。”
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