Teflon pod lupą: naukowcy z Toronto opracowują alternatywę bez wiecznych chemikaliów

Naukowcy z Wydziału Inżynierii Uniwersytetu w Toronto opracowali nowy materiał, który może stanowić bezpieczniejszą alternatywę dla powszechnie stosowanych powłok nieprzywierających zawierających substancje z grupy PFAS (per- i polifluoroalkilowe związki). Nowa substancja odpycha zarówno wodę, jak i tłuszcz w sposób porównywalny do standardowych powłok, ale zawiera znacznie niższe ilości PFAS, co może mieć istotne znaczenie dla ochrony zdrowia i środowiska.

Prof. Kevin Golovin, kierujący laboratorium DREAM (Durable Repellent Engineered Advanced Materials), podkreśla: „Środowisko naukowe od dawna próbuje stworzyć bezpieczniejsze zamienniki PFAS. Problem polega na tym, że łatwo opracować materiał hydrofobowy, ale znacznie trudniej uzyskać właściwości odpychające tłuszcze i oleje przy jednoczesnym zachowaniu bezpieczeństwa.”

Od momentu wynalezienia w latach 30. XX wieku teflon (politetrafluoroetylen, PTFE) zyskał sławę dzięki zdolności do odpychania wody i tłuszczu. Jest to związek należący do rodziny PFAS – grupy chemikaliów składających się z łańcuchów atomów węgla połączonych z atomami fluoru. Ich wyjątkowa odporność chemiczna jest źródłem właściwości nieprzywierających, ale jednocześnie sprawia, że PFAS praktycznie nie ulegają rozkładowi w środowisku i akumulują się w tkankach biologicznych, prowadząc do poważnych problemów zdrowotnych, takich jak nowotwory czy wady wrodzone.

Pomimo znanych zagrożeń, PFAS są nadal powszechnie wykorzystywane – nie tylko w naczyniach kuchennych, ale także w materiałach odpornych na wodę, opakowaniach żywności czy kosmetykach. Z braku skutecznych alternatyw wyeliminowanie ich z rynku było dotąd bardzo trudne.

Nowy kierunek badań zaproponował doktorant Samuel Au, który opracował technikę chemiczną zwaną „nanoskalowym upierzeniem” (ang. nanoscale fletching). W jej ramach do podłoża przyłączane są krótkie łańcuchy polidimetylosiloksanu (PDMS), znanego również jako silikon, w sposób przypominający włosie szczotki. Na końcach tych „włosów” umieszczono najkrótszy możliwy związek z grupy PFAS – cząsteczkę złożoną z jednego atomu węgla i trzech atomów fluoru. Dzięki temu uzyskano strukturę przypominającą mikroskopijne lotki strzały, stąd nazwa techniki.

Po nałożeniu nowej powłoki na tkaninę i przeprowadzeniu testów z różnymi olejami uzyskano ocenę 6 według skali American Association of Textile Chemists and Colorists – wynik porównywalny z komercyjnymi powłokami zawierającymi długołańcuchowe PFAS.

„Choć nadal korzystamy z cząsteczki PFAS, to jest to najkrótszy możliwy wariant, który według badań nie ulega bioakumulacji” – wyjaśnia prof. Golovin. „Nasze rozwiązanie zapewnia taką samą skuteczność jak długołańcuchowe PFAS, ale przy znacznie mniejszym ryzyku dla zdrowia.”

Zespół badawczy deklaruje gotowość do współpracy z producentami chcącymi wdrożyć nowe rozwiązanie na skalę przemysłową. Jednocześnie kontynuuje prace nad opracowaniem materiału, który całkowicie wyeliminuje potrzebę stosowania PFAS.

„Świętym Graalem w tej dziedzinie byłoby opracowanie substancji, która przewyższa teflon pod względem właściwości, ale nie zawiera PFAS w ogóle” – podsumowuje Golovin. „Jeszcze tam nie jesteśmy, ale to bardzo ważny krok we właściwym kierunku.”

Źródło: Nature Communications, Nanoscale fletching for enhanced oil repellency of PDMS coatings
DOI: http://dx.doi.org/10.1038/s41467-025-62119-9