Le nouveau revêtement antiadhésif agit comme le Téflon, mais sans les produits chimiques éternels
Ce morceau de tissu est enduit d’un nouveau matériau antiadhésif fabriqué grâce à la technique d’empennage à l’échelle nanométrique. Les gouttelettes repoussées sont toutes des huiles à faible tension superficielle : de gauche à droite : hexadécane, tétradécane, dodécane et décane. (Photo de Samuel Au)
Une technique appelée empennage à l’échelle nanométrique (nanoscale fletching) a conduit à un matériau répulsif avec des niveaux considérablement réduits de substances per- et polyfluoroalkylées (PFAS), parfois appelées « produits chimiques éternels ».
Un nouveau matériau développé par des chercheurs du département d’ingénierie de l’Université de Toronto 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 l’eau et la graisse à peu près aussi bien que les revêtements antiadhésifs standard, mais elle contient des quantités beaucoup plus faibles de substances per- et polyfluoroalkylées (PFAS), une famille de produits chimiques qui ont soulevé des préoccupations environnementales et sanitaires.
« La communauté de recherche tente depuis longtemps de développer des alternatives plus sûres aux PFAS », explique le professeur Kevin Golovin (MIE), qui dirige le laboratoire DREAM (Durable Repellent Engineered Advanced Materials) de l’Université de Toronto en génie.
Le défi est que, s’il est facile de créer une substance hydrofuge, il est plus difficile d’en créer une qui repousse également l’huile et la graisse avec la même efficacité. Les scientifiques avaient atteint une limite supérieure aux performances de ces matériaux alternatifs.
Depuis son invention à la fin des années 1930, le Téflon, également connu sous le nom de polytétrafluoroéthylène ou PTFE, est devenu célèbre pour sa capacité à repousser l’eau, l’huile et la graisse. Le Téflon fait partie d’une famille plus large de substances appelées substances per- et polyfluoroalkylées (PFAS).
Les molécules de PFAS sont constituées de chaînes d’atomes de carbone, chacune liée à plusieurs atomes de fluor. L’inertie des liaisons carbone-fluor est responsable des propriétés antiadhésives des PFAS.
Cependant, cette inertie chimique permet également aux PFAS de résister aux processus normaux qui, au fil du temps, dégradent d’autres molécules organiques. C’est pourquoi on les appelle parfois « produits chimiques éternels ».
En plus de leur persistance, les PFAS sont connus pour s’accumuler dans les tissus biologiques et leurs concentrations peuvent s’amplifier à mesure qu’ils remontent la chaîne alimentaire.
Plusieurs études ont établi un lien entre l’exposition à des niveaux élevés de PFAS et certains types de cancer, des anomalies congénitales et d’autres problèmes de santé, les PFAS à chaîne longue étant généralement considérés comme plus nocifs que les PFAS à chaîne courte.
Malgré les risques, le manque d’alternatives signifie que les PFAS 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 dans le maquillage.
« Le matériau avec lequel nous travaillons comme alternative aux PFAS s’appelle polydiméthylsiloxane ou PDMS », explique Golovin.
Le PDMS est souvent vendu sous le nom de silicone et, selon sa formulation, il peut être très biocompatible. Il est d’ailleurs souvent utilisé dans des dispositifs destinés à être implantés dans le corps. Mais jusqu’à présent, nous n’arrivions pas à obtenir des performances aussi bonnes que celles du PFAS.
Pour résoudre ce problème, Samuel Au, doctorant au MIE, a développé une nouvelle technique chimique que l’équipe appelle « fletching à l’échelle nanométrique ». Cette technique est décrite dans un article publié dans Nature Communications .
« Contrairement au silicone classique, nous lions de courtes chaînes de PDMS à un matériau de base — vous pouvez les considérer comme des poils sur une brosse », explique Au.
Pour améliorer leur capacité à repousser l’huile, nous avons ajouté la molécule de PFAS la plus courte possible, composée d’un seul carbone et de trois atomes de fluor. Nous avons pu en fixer environ sept à l’extrémité de chaque poil en PDMS.
« Si on pouvait réduire la taille à l’échelle nanométrique, cela ressemblerait un peu aux plumes que l’on voit à l’extrémité d’une flèche, là où elle s’encastre dans l’arc. C’est ce qu’on appelle l’empennage, donc il s’agit d’empennage à l’échelle nanométrique. »
Au et son équipe ont appliqué leur nouveau matériau sur un morceau de tissu, puis y ont déposé des gouttes de différentes huiles pour tester son pouvoir répulsif. Sur une échelle développée par l’Association américaine des chimistes et coloristes du textile, le nouveau revêtement a obtenu une note de 6, le plaçant au même niveau que de nombreux revêtements standard à base de PFAS.
« Bien que nous ayons utilisé une molécule de PFAS dans ce procédé, elle est la plus courte possible et ne se bioaccumule donc pas », explique Golovin.
« Ce que nous avons constaté dans la littérature, et même dans la réglementation, c’est que ce sont les PFAS à chaîne longue qui sont interdits en premier, les plus courts étant considérés comme beaucoup moins nocifs. Notre matériau hybride offre les mêmes performances que celles obtenues avec les PFAS à chaîne longue, mais avec un risque considérablement réduit. »
Golovin indique que l’équipe est ouverte à toute collaboration avec les fabricants de revêtements antiadhésifs souhaitant développer et commercialiser le procédé. En attendant, ils continueront à travailler sur d’autres alternatives.
« Le Saint Graal de ce domaine serait une substance qui surpasserait le Téflon, mais sans aucun PFAS », explique Golovin.
« Nous n’y sommes pas encore tout à fait, mais c’est un pas important dans la bonne direction. »