Toronto Üniversitesi Mühendislik Araştırmacılar tarafından geliştirilen yeni bir materyal, tencere ve diğer uygulamalarda yaygın olarak kullanılan yapışmaz kimyasallara daha güvenli bir alternatif sunabilir.
Yeni madde hem suyu hem de gresi yanı sıra standart yapışmaz kaplamaları da itiyor- ancak çevresel ve sağlık endişelerini artıran bir kimyasal ailesi olan çok daha düşük miktarda perili ve polioroalkil maddeleri (PFA) içerir.
T Engineering U’da dayanıklı kovucu mühendislik Gelişmiş Malzemeler (Dream) laboratuvarına başkanlık eden Profesör Kevin Golovin, “Araştırma topluluğu PFA’lara uzun zamandır daha güvenli alternatifler geliştirmeye çalışıyor” diyor.
“Zorluk şu ki, suyu itecek bir madde yaratmak kolay olsa da, yağ ve gresi de aynı derecede itecek bir madde yapmak zor. Bilim adamları bu alternatif malzemelerin performansının üst sınırına çarpmışlardı.”
1930’ların sonlarındaki icadından bu yana, aynı zamanda politetrafloroetilen veya PTFE olarak da bilinen Teflon, su, yağ ve gresi itme yeteneği ile ünlüdür. Teflon, Per-ve Polifloroalkil Maddeleri (PFA) olarak bilinen daha büyük bir madde ailesinin bir parçasıdır.
PFA molekülleri, her biri birkaç flor atomuna bağlanmış olan karbon atomları zincirlerinden yapılmıştır. Karbon-florin bağlarının inertliği, PFA’ların yapışmaz özelliklerinden sorumludur.
Bununla birlikte, bu kimyasal inertlik, PFA’ların zamanla diğer organik molekülleri parçalayacak normal süreçlere direnmesine de neden olur. Bu nedenle bazen ‘sonsuza dek kimyasallar’ denir.
Kalıplarına ek olarak, PFA’ların biyolojik dokularda biriktiği bilinmektedir ve konsantrasyonları gıda zincirinden yukarı doğru ilerledikçe güçlendirilebilir.
Çeşitli çalışmalar, yüksek PFA seviyelerine maruz kalmayı belirli kanser türlerine, doğum kusurlarına ve diğer sağlık sorunlarına bağlamıştır, daha uzun zincir PFA’lar genellikle daha kısa olanlardan daha zararlı olarak kabul edilmiştir.
Risklere rağmen, alternatiflerin eksikliği, PFA’ların tüketici ürünlerinde her yerde kaldığı anlamına gelir: sadece tencerede değil, aynı zamanda yağmura dayanıklı kumaşlarda, gıda ambalajlarında ve hatta makyajda da kullanılmaktadır.
Golovin, “PFA’lara alternatif olarak birlikte çalıştığımız malzemeye polidimetilsiloksan veya PDM’ler deniyor.”
“PDMS genellikle silikon adı altında satılır ve nasıl formüle edildiğine bağlı olarak, çok biyouyumlu olabilir – aslında vücuda implante edilmesi gereken cihazlarda sıklıkla kullanılır. Ama şimdiye kadar PDM’lerin PFA’ları gerçekleştirmesini sağlayamadık.”
Bu sorunun üstesinden gelmek için Ph.D. Öğrenci Samuel Au, ekibin nano ölçekli fletching dediği yeni bir kimya tekniği geliştirdi. Teknik, yayınlanan bir makalede açıklanmaktadır. Doğa İletişimi.
Au, “Tipik silikondan farklı olarak, kısa PDM’lerin bir taban malzemesine bağlanıyoruz – onları bir fırça üzerinde kıllar gibi düşünebilirsiniz” diyor.
“Yağı püskürtme yeteneklerini geliştirmek için, şimdi üç florlu tek bir karbondan oluşan mümkün olan en kısa PFAS molekülüne ekledik. Her PDMS kılının sonuna kadar olanların yaklaşık yedisini bağlayabildik.
“Nanometre ölçeğine kadar küçülebildiyseniz, bir okun arka ucunda gördüğünüz tüylere benzeyecek, burada fletching deniyor, bu yüzden bu nano ölçekli fletching.”
Au ve ekip yeni malzemelerini bir kumaş parçası üzerine kapladı, daha sonra ne kadar iyi itebileceğini görmek için üzerine çeşitli yağ damlaları yerleştirdi. Amerikan Tekstil Kimyagerleri ve Renkçiler Derneği tarafından geliştirilen bir ölçekte, yeni kaplama 6 derecesine ulaştı ve birçok standart PFAS tabanlı kaplama ile eşit hale getirdi.
Golovin, “Bu işlemde bir PFAS molekülü kullanırken, mümkün olan en kısa olanı ve bu nedenle biyoakümülasyon yapmıyor” diyor.
“Literatürde ve düzenlemelerde bile gördüğümüz şey, daha kısa olanların çok daha az zararlı olduğu düşünülen en uzun zincirli PFA’lar olmasıdır. Hibrid malzememiz, uzun zincirli PFA’larla elde edilenlerle aynı performansı sağlar, ancak büyük ölçüde azalmış risk.”
Golovin, ekibin süreci ölçeklendirmek ve ticarileştirmek isteyebilecek yapışmaz kaplama üreticileriyle işbirliği yapmaya açık olduğunu söylüyor. Bu arada, daha fazla alternatif üzerinde çalışmaya devam edecekler.
Golovin, “Bu alanın kutsal kasesi, Teflon’dan daha iyi performans gösteren bir madde olurdu, ancak hiç PFA olmadan,” diyor Golovin.
“Henüz orada değiliz, ama bu doğru yönde önemli bir adım.”
