Os pesquisadores criam superfície antiaderente mais segura, cortando o uso de ‘químicos para sempre’

Um novo materials desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Toronto Engineering poderia oferecer uma alternativa mais segura aos produtos químicos antiaderentes comumente usados em utensílios de cozinha e outras aplicações.

A nova substância repele a água e a graxa, além de revestimentos antiaderentes padrão- mas contém quantidades muito menores de substâncias per e politluoroalquil (PFAS), uma família de produtos químicos que levantaram preocupações ambientais e de saúde.

“A comunidade de pesquisa está tentando desenvolver alternativas mais seguras ao PFAS há muito tempo”, diz o professor Kevin Golovin, que lidera o durável repelente Laboratório de Materiais Avançados de Engenharia (Dream) da U of T Engineering.

“O desafio é que, embora seja fácil criar uma substância que repelirá a água, é difícil fazer um que também repelirá petróleo e graxa no mesmo grau. Os cientistas haviam atingido um Limite superior ao desempenho desses materiais alternativos. “

Desde sua invenção no remaining da década de 1930, Teflon – também conhecido como politetrafluoroetileno ou PTFE – se torna famoso por sua capacidade de repelir água, petróleo e graxa. Teflon faz parte de uma família maior de substâncias conhecidas como substâncias per e polfluoroalquil (PFAS).

As moléculas de PFAS são feitas de cadeias de átomos de carbono, cada uma das quais é ligada a vários átomos de flúor. A inércia das ligações de fluorina de carbono é responsável pelas propriedades antiaderentes dos PFAs.

No entanto, essa inércia química também faz com que os PFAs resistam aos processos normais que quebrariam outras moléculas orgânicas ao longo do tempo. Por esse motivo, eles às vezes são chamados de ‘produtos químicos para sempre’.

Além de sua persistência, os PFAs são conhecidos por se acumularem nos tecidos biológicos, e suas concentrações podem se tornar amplificadas à medida que viajam pelo cadeia alimentar.

Vários estudos vincularam a exposição a altos níveis de PFAs a certos tipos de câncer, Defeitos de nascimento e outros problemas de saúde, com os PFAs de cadeia mais longa geralmente considerados mais prejudiciais que os mais curtos.

Apesar dos riscos, a falta de alternativas significa que os PFAs permanecem onipresentes em produtos de consumo: Eles são amplamente utilizados não apenas em utensílios de cozinha, mas também em tecidos resistentes à chuva, embalagens de alimentos e até maquiagem.

“O materials com o qual trabalhamos como alternativa ao PFAS é chamado polidimetilsiloxano ou PDMS”, diz Golovin.

“O PDMS é frequentemente vendido sob o nome Silicone e, dependendo de como é formulado, pode ser muito biocompatível – de fato, é frequentemente usado em dispositivos que devem ser implantados no corpo. Mas até agora, não conseguimos fazer com que o PDMS tenha um desempenho tão bom quanto os PFAs”.

Para superar esse problema, Ph.D. O aluno Samuel Au desenvolveu uma nova técnica de química que a equipe está chamando de Fletching em nanoescala. A técnica é descrita em um Artigo publicado em Comunicações da natureza.

“Ao contrário do silicone típico, unimos cadeias curtas de PDMs a um materials base – você pode pensar nelas como cerdas em uma escova”, diz Au.

“Para melhorar sua capacidade de repelir o óleo, adicionamos agora a mais curta molécula de PFAS possível, consistindo em um único carbono com três fluorinas. Conseguimos unir cerca de sete deles no remaining de cada cerda de PDMS.

“Se você foi capaz de encolher para o Escala de nanômetrospareceria um pouco com as penas que você vê na extremidade traseira de uma flecha, onde entra no arco. Isso se chama Fletching, então isso é Fletching em nanoescala. “

Au e a equipe revestiram seu novo materials em um pedaço de tecido e depois colocaram gotas de vários óleos para ver o quão bem ele poderia repeli -los. Em uma escala desenvolvida pela Associação Americana de Químicos e Coloristas Têxteis, o novo revestimento alcançou uma nota de 6, colocando-a em pé de igualdade com muitos revestimentos baseados em PFAs padrão.

“Embora usássemos uma molécula de PFAS nesse processo, é a mais curta possível e, portanto, não bioacumula”, diz Golovin.

“O que vimos na literatura, e mesmo nos regulamentos, é que são os PFAs de cadeia mais longa que estão sendo banidos primeiro, com os mais curtos considerados muito menos prejudiciais. Nosso materials híbrido fornece o mesmo desempenho do que havia sido alcançado com PFAs de cadeia longa, mas com risco bastante reduzido”.

Golovin diz que a equipe está aberta para colaborar com fabricantes de revestimentos antiaderentes que desejam ampliar e comercializar o processo. Enquanto isso, eles continuarão trabalhando em ainda mais alternativas.

“O Santo Graal desse campo seria uma substância que supera Teflon, mas sem PFAs”, diz Golovin.

“Ainda não estamos lá, mas este é um passo importante na direção certa”.