Inžinieri vytvorili nový povlak, ktorý by konečne mohol byť určitou konkurenciou teflónu, a to bez nebezpečných večných chemikálií, ktoré vyvolávajú obavy o zdravie.
Takmer v každej kuchyni sa používa napríklad teflónová panvica alebo teflónové náradie. Nahradia ich nástroje z ešte lepšieho materiálu? Zdroj: iStockphotos.com. Autor: Supersmario
Spojením štetín na báze silikónu s najmenšou možnou molekulou PFAS tím vytvoril povrch, ktorý odoláva vode aj mastnote rovnako účinne ako tradičné povlaky.
Bezpečnejšia alternatíva
Výskumníci z Fakulty aplikovaných vied a inžinierstva Torontskej univerzity vytvorili nový typ materiálu, ktorý by mohol poskytnúť bezpečnejšiu alternatívu povrchov, ktoré majú špeciálnu úpravu a ktoré sa používajú na kuchynskom náradí a iných každodenných výrobkoch. Inovácia odpudzuje vodu aj mastnotu rovnako účinne ako mnohé štandardné nelepivé povrchy, ale obsahuje oveľa menšie množstvo perfluóralkylových a polyfluóralkylových látok (PFAS).
PFAS je skupina chemikálií spojených s environmentálnymi a so zdravotnými problémami. „Výskumná komunita sa už dlho snaží vyvinúť bezpečnejšie alternatívy PFAS,“ povedal profesor Kevin Golovin, ktorý vedie laboratórium odolných repelentných technických pokročilých materiálov (DREAM) na Torontskej univerzite. „Výzvou je, že hoci je ľahké vytvoriť látku, ktorá bude odpudzovať vodu, je ťažké vyrobiť takú, ktorá bude v rovnakej miere odpudzovať olej a mastnotu. Vedci dosiahli hornú hranicu účinnosti týchto alternatívnych materiálov.“
Teflón a večné chemikálie
Teflón (polytetrafluóretylén, PTFE), ktorý sa prvýkrát predstavil koncom tridsiatych rokov 20. storočia, sa preslávil svojou schopnosťou zabrániť prichyteniu vody, oleja a mastnoty.
Teflón je súčasťou väčšej rodiny PFAS. Molekuly PFAS sú tvorené atómami uhlíka viazanými na viacero atómov fluóru. Tieto väzby uhlík – fluór sú mimoriadne stabilné, čo dáva PFAS ich silné odpudivé vlastnosti. Tá istá chemická stabilita robí PFAS odolnými aj proti prirodzeným procesom rozkladu. Vďaka tejto perzistencii si vyslúžili prezývku večné chemikálie.
Obavy týkajúce sa zdravia a všadeprítomnosť PFAS
Okrem perzistencie je známe, že chemikálie PFAS sa hromadia v biologických tkanivách a ich koncentrácie sa môžu zvyšovať, keď sa presúvajú potravovým reťazcom. Rôzne štúdie spojili vystavenie sa vysokým hladinám PFAS s určitými typmi rakoviny, s vrodenými chybami a inými zdravotnými problémami, pričom PFAS s dlhšími reťazcami sa vo všeobecnosti považujú za škodlivejšie ako s kratšími.
Napriek rizikám nedostatok alternatív znamená, že PFAS zostávajú všadeprítomné v spotrebných výrobkoch. Používajú sa nielen v kuchynskom riade, ale aj v látkach odolných proti dažďu, v obaloch potravín a dokonca aj v líčidlách.
Hľadanie vhodnejšej náhrady
„Materiál, s ktorým sme pracovali ako alternatívou chemikálií PFAS, sa nazýva polydimetylsiloxán alebo PDMS,“ uviedol Golovin. „PDMS sa často predáva pod názvom silikón a v závislosti od jeho zloženia môže byť veľmi biokompatibilný: často sa používa v zariadeniach určených na implantáciu do tela. Doteraz sa nám však nepodarilo dosiahnuť, aby PDMS fungoval tak dobre ako PFAS.“
Na prekonanie tohto problému vyvinul doktorand Samuel Au novú chemickú techniku, ktorú tím nazýva nanorozmerné perie. Technika je opísaná v článku publikovanom v Nature Communications.
Zladenie výkonu PFAS s minimálnym rizikom
„Na rozdiel od typického silikónu viažeme krátke reťazce PDMS k základnému materiálu. Môžete si ich predstaviť ako štetiny na kefke,“ vysvetlil Au. „Aby sme zlepšili ich schopnosť odpudzovať olej, pridali sme teraz najkratšiu možnú molekulu PFAS, ktorá pozostáva z jedného uhlíka s tromi fluórmi. Na koniec každej štetiny PDMS sa nám podarilo naviazať asi sedem z nich. „Ak by ste sa dokázali zmenšiť na nanometrovú mierku, vyzeralo by to trochu ako pierka, ktoré vidíte okolo zadného konca šípu, kde sa zarezáva do luku. Tomu sa hovorí operenie, takže ide o operenie v nanorozmeroch.“
Au a tím naniesli nový materiál na kus látky a potom naň umiestnili kvapky rôznych olejov, aby zistili, ako ich dokáže odpudzovať. Na stupnici vyvinutej Americkou asociáciou textilných chemikov a koloristov dosiahol nový náter známku 6, čím sa porovnal s mnohými štandardnými nátermi na báze PFAS. „V literatúre a dokonca aj v predpisoch sme videli, že ako prvé sa zakazujú PFAS s najdlhším reťazcom, pričom tie kratšie sa považujú za oveľa menej škodlivé. Náš hybridný materiál poskytuje rovnaký výkon ako PFAS s dlhým reťazcom, ale s výrazne zníženým rizikom.“
O budúcnosti bez PFAS Golovin hovorí, že tím je otvorený spolupráci s výrobcami nelepivých povrchov, ktorí by chceli rozšíriť a komercializovať tento proces. Medzitým budú pokračovať v práci na ďalších alternatívach. „Svätým grálom tejto oblasti by bola látka, ktorá prekoná teflón, ale neobsahuje PFAS,“ doplnil Golovin. „Ešte tam celkom nie sme, ale je to dôležitý krok správnym smerom.“
Zdroj: Science News, Nature
(LDS)
