慧正資訊，多伦多大学工程学研究人员开发的一种新材料，有望为锅具及其他应用中常用的不粘化学品提供更安全的替代品。

防水防油特性

这种新物质防水和防油脂的能力与标准不粘塗料相当，但其含有的全氟烷基和多氟烷基物质（PFAS）含量要低得多。PFAS是一类引发环境和健康担忧的化学物质。

“长期以来，研究界一直在努力开发PFAS的更安全替代品。挑战在于，制造一种能防水物质很容易，但很难制造出一种也能同等程度防油防脂的物质。科学家们此前认为这些替代材料的性能存在上限，”多伦多大学工程学耐久拒液先进材料（DREAM）实验室负责人Kevin Golovin教授如是说。

自20世纪30年代末发明以来，特氟龙（Teflon，又称聚四氟乙烯或 PTFE）因其能同时防水、防油和防脂而闻名。特氟龙属于全氟烷基和多氟烷基物质（PFAS）这一更大的物质家族。

PFAS分子由碳原子鏈構成，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，它們有時被稱爲“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，並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與某些類型的癌症、出生缺陷和其他健康問題聯系起來，其中長鏈PFAS通常被認爲比短鏈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。

“我们一直研究作为PFAS替代品的材料是聚二甲基硅氧烷，简称 PDMS。PDMS常以硅胶的名称销售，根据其配方不同，它可以具有非常好的生物相容性——事实上，它常用于设计植入体内的器械。但直到现在，我们还无法让PDMS的性能达到与PFAS相当的水平。”Golovin继续说道。

通過納米級羽化技術克服難題

为了克服这个问题，机械与工业工程系（MIE）博士生Samuel Au开发了一种新的化学技术，团队称之为纳米级羽化（nanoscale fletching）。

“與典型的矽膠不同，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。爲了提高其防油能力，我們現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。”Au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。”

混合材料降低風險

Au和团队将他们的新材料涂在一块织物上，然后滴上各种油滴，觀察其防油效果。根据美国纺织化学师与印染师协会（AATCC）制定的等级标准，这种新塗料达到了6级，与许多标准的PFAS基塗料相当。

“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中看到，最先被禁止的是最長鏈的PFAS，而較短的則被認爲危害性小得多。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。”Golovin陳述道。

Golovin表示，团队愿意与希望扩大规模并商业化该工艺的不粘塗料制造商合作。同时，他们将继续研究更多的替代品。

“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。