多倫多大學工程學院的研究人員開發的一種新材料可以為炊具和其他應用中常用的不粘化學品提供更安全的替代品。
這種新物質的防水防油性能與標準不粘塗層差不多，但其全氟烷基物質和多氟烷基物質 (PFAS) 的含量要低得多，這類化學物質已經引起了人們對環境和健康的擔憂。
多倫多大學工程學院耐用防水工程先進材料 (DREAM) 實驗室負責人 Kevin Golovin 教授表示：“研究界長期以來一直在努力開發 PFAS 的更安全替代品。”
“挑戰在於，雖然製造一種防水的物質很容易，但製造一種能同樣程度地防油防脂的物質卻很難。科學家們已經達到了這些替代材料性能的上限。”
特氟龍（又稱聚四氟乙烯或PTFE）自20世紀30年代末發明以來，就因其優異的防水、防油和防油脂性能而聞名。特氟龍屬於全氟烷基和多氟烷基物質（PFAS）家族。
PFAS 分子由碳原子鏈構成，每個碳原子鏈與多個氟原子鍵合。碳氟鍵的惰性是 PFAS 具有不粘特性的原因。
然而，這種化學惰性也導致 PFAS 能夠抵抗其他有機分子隨時間分解的正常過程。因此，它們有時被稱為“永久化學物質”。
除了持久性之外，PFAS 還會在生物組織中積累，並且隨著它們沿著食物鏈向上傳播，其濃度會不斷增加。
多項研究已將接觸高濃度 PFAS 與某些類型的癌症、出生缺陷和其他健康問題聯係起來，長鏈 PFAS 通常被認為比較短鏈 PFAS 更有害。
盡管存在風險，但由於缺乏替代品，PFAS 仍然在消費品中無處不在：它們不僅廣泛用於炊具，還用於防雨織物、食品包裝甚至化妝品。
戈洛文說：“我們一直在研究的替代 PFAS 的材料是聚二甲基矽氧烷，簡稱 PDMS。”
“PDMS 通常以矽膠的名義出售，根據其配方，它可以具有非常好的生物相容性——事實上，它經常用於植入體內的設備。但到目前為止，我們還無法讓 PDMS 的性能達到 PFAS 的水平。”
為了解決這個問題，博士生Samuel Au開發了一種新的化學技術，該團隊稱之為納米級箭羽。這項技術發表在《自然通訊》雜誌上。
“與典型的矽膠不同，我們將短鏈 PDMS 粘合到基材上——你可以把它們想象成刷子上的刷毛，”Au 說道。
為了提高它們的防油能力，我們現在添加了最短的 PFAS 分子，它由一個碳原子和三個氟原子組成。我們能夠將大約七個這樣的分子鍵合到每根 PDMS 刷毛的末端。
“如果你能把它縮小到納米級，它看起來會有點像你在箭的後端看到的羽毛，箭的缺口在弓上。這叫做箭羽，所以這是納米級的箭羽。”
Au和團隊將他們的新材料塗在一塊織物上，然後滴上各種油，看看它對油的排斥效果如何。根據美國紡織化學家和染色師協會製定的防油等級標準，這種新塗層達到了6級，與許多標準的PFAS基塗層相當。
“雖然我們在這個過程中確實使用了 PFAS 分子，但它是最短的分子，因此不會在生物體內累積，”Golovin 說。
“我們從文獻，甚至法規中看到的是，首先被禁用的是長鏈 PFAS，而短鏈 PFAS 被認為危害小得多。我們的混合材料的性能與長鏈 PFAS 相同，但風險大大降低。”
戈洛文表示，該團隊願意與希望擴大規模並實現商業化的不粘塗層製造商合作。與此同時，他們將繼續研究更多替代方案。
戈洛文說：“這個領域的終極目標是一種性能優於特氟龍，但完全不含 PFAS 的物質。”
“我們還沒有完全實現這一目標，但這是朝著正確方向邁出的重要一步。”
https://phys.org/news/2025-07-safer-nonstick-surface-chemicals.html?utm_source=nwletter&utm_medium=email&utm_campaign=weekly-nwletter
