Un nouveau matériel développé par des chercheurs de l'Université de Toronto Engineering pourrait offrir une alternative plus sûre aux produits chimiques antiadhésifs couramment utilisés dans les ustensiles de cuisine et d'autres applications.
La nouvelle substance repousse à la fois l'eau et la graisse ainsi que des revêtements antiadhésifs standard, mais il contient des quantités beaucoup plus faibles de substances per- et polyfluoroalkyle (APFA), une famille de produits chimiques qui ont soulevé des problèmes environnementaux et de santé.
« La communauté de recherche essaie de développer longtemps des alternatives plus sûres aux PFA », explique le professeur Kevin Golovin, qui dirige le laboratoire de matériaux avancé (Dream) (Dream) de l'ingénierie de l'U de T
« Le défi est que s'il est facile de créer une substance qui repoussera l'eau, il est difficile d'en faire un qui repoussera également l'huile et la graisse au même degré. Les scientifiques avaient atteint une limite supérieure à la performance de ces matériaux alternatifs. »
Depuis son invention à la fin des années 1930, le téflon – également connu sous le nom de polytétrafluoroéthylène ou de PTFE – est devenu célèbre pour sa capacité à repousser l'eau, l'huile et la graisse. Le téflon fait partie d'une plus grande famille de substances appelées substances par- et polyfluoroalkyle (PFAS).
Les molécules PFAS sont faites de chaînes d'atomes de carbone, chacune liée à plusieurs atomes de fluor. L'inertie des liaisons carbone-fluorine est responsable des propriétés antiadhésives des PFA.
Cependant, cette inertie chimique fait également résister aux PFA des processus normaux qui décomposaient d'autres molécules organiques au fil du temps. Pour cette raison, ils sont parfois appelés «produits chimiques pour toujours».
En plus de leur persistance, les PFA sont connus pour s'accumuler dans les tissus biologiques, et leurs concentrations peuvent devenir amplifiées lorsqu'ils montent dans la chaîne alimentaire.
Diverses études ont lié l'exposition à des niveaux élevés de PFA à certains types de cancer, aux malformations congénitales et à d'autres problèmes de santé, les APF à chaîne plus longue étant généralement considérée comme plus nocive que les plus courtes.
Malgré les risques, le manque d'alternatives signifie que les PFA restent omniprésents dans les produits de consommation: ils sont largement utilisés non seulement dans les ustensiles de cuisine, mais aussi dans les tissus résistants à la pluie, les emballages alimentaires et même en maquillage.
« Le matériau avec qui nous travaillons en tant qu'alternative aux PFA est appelé polydiméthylsiloxane ou PDMS », explique Golovin.
« Le PDMS est souvent vendu sous le nom de silicone, et selon la façon dont il est formulé, il peut être très biocompatible – en fait, il est souvent utilisé dans des appareils qui sont censés être implantés dans le corps. Mais jusqu'à présent, nous ne pouvions pas faire fonctionner PDMS pour fonctionner aussi bien que les PFA. »
Pour surmonter ce problème, le doctorat. L'étudiant Samuel Au a développé une nouvelle technique de chimie que l'équipe appelle Nanoscale Fletching. La technique est décrite dans un article publié dans Communications de la nature.
« Contrairement au silicone typique, nous lions les chaînes courtes de PDMS à un matériau de base – vous pouvez les penser comme des poils sur une brosse », explique Au.
« Pour améliorer leur capacité à repousser l'huile, nous avons maintenant ajouté la molécule PFAS la plus courte possible, composée d'un seul carbone avec trois fluors. Nous avons pu lier environ sept d'entre eux à la fin de chaque poil PDMS.
« Si vous pouviez se rétrécir à l'échelle nanométrique, cela ressemblerait un peu aux plumes que vous voyez autour de l'arrière d'une flèche, où elle noue à l'arc. Cela s'appelle Fletching, donc c'est un flanc de nanoscale. »
Au et l'équipe ont enduit leur nouveau matériau sur un morceau de tissu, puis ont placé des gouttes de différentes huiles dessus pour voir à quel point cela pourrait les repousser. Sur une échelle développée par l'American Association of Textile Chemists and Colorists, le nouveau revêtement a atteint une note de 6, le plaçant à égalité avec de nombreux revêtements basés sur les PFA standard.
« Bien que nous ayons utilisé une molécule PFAS dans ce processus, il est le plus court possible et ne bioaccumule donc pas », explique Golovin.
« Ce que nous avons vu dans la littérature, et même dans les réglementations, c'est que ce sont les PFA de la plus longue chaîne qui sont interdits en premier, avec les plus courts considérés comme beaucoup moins nocifs. Notre matériel hybride offre la même performance que ce qui avait été réalisé avec des APF à longue chaîne, mais avec un risque considérablement réduit. »
Golovin dit que l'équipe est ouverte pour collaborer avec des fabricants de revêtements antiadhésifs qui pourraient souhaiter évoluer et commercialiser le processus. En attendant, ils continueront de travailler sur encore plus d'alternatives.
« Le Saint Graal de ce domaine serait une substance qui surpasse le téflon, mais sans PFAS du tout », explique Golovin.
« Nous ne sommes pas encore tout à fait là, mais c'est une étape importante dans la bonne direction. »
