नैनोस्केल फ्लेचिंग PFAS-मुक्त नॉन-स्टिक कोटिंग को अनलॉक करता है

टेफ्लॉन का महत्व और समस्याएं

1930 के दशक के अंत में अपने आविष्कार के बाद से, टेफ्लॉन, जिसे पॉलीटेट्राफ्लुओरोएथिलीन या पीटीएफई के रूप में भी जाना जाता है, पानी, तेल और ग्रीस को समान रूप से प्रतिकर्षित करने की अपनी क्षमता के लिए प्रसिद्ध हो गया है।

इसका उपयोग न केवल नॉन-स्टिक पैन में किया जाता है, जो इसका अधिक प्रसिद्ध अनुप्रयोग है, बल्कि यह पाइपों और टैंकों की लाइनिंग में, मशीनरी में घर्षण को कम करने के लिए, चिकित्सा उपकरणों (कैथेटर, सर्जरी) और एयरोस्पेस उद्योग में भी महत्वपूर्ण है।

हालाँकि, रसायनों का वह परिवार, जिससे टेफ्लॉन संबंधित है, प्रति- और पॉलीफ्लोरोएल्काइल पदार्थ (पीएफएएस), तेजी से विवादास्पद होता जा रहा है।

ऐसा इसलिए है क्योंकि ये तथाकथित "हमेशा के लिए रसायनों" का हिस्सा हैं। PFAS सहित ये रसायन, उन सामान्य प्रक्रियाओं का प्रतिरोध करते हैं जो समय के साथ अन्य कार्बनिक अणुओं को तोड़ती हैं।

परिणामस्वरूप, PFAS जैविक ऊतकों में जमा हो जाते हैं, तथा खाद्य श्रृंखला में ऊपर की ओर बढ़ने पर उनकी सांद्रता बढ़ जाती है।

स्रोत: किंग काउंटी

इसलिए PFAS के इस्तेमाल का एक विकल्प, या कम से कम कम और कम हानिकारक, ज़रूरी है। टोरंटो विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने यही खोज की है।

उन्होंने अपनी खोज नेचर कम्युनिकेशंस में प्रकाशित की¹, हक के तहत "एकल परफ्लुओरोकार्बन के साथ तरल-जैसे पॉलीडाइमिथाइलसिलोक्सेन का नैनोस्केल फ्लेचिंग स्थायी तेल-विकर्षकता को सक्षम बनाता है".

PFAS पर्यावरण को विषाक्त कर रहा है

एक अद्वितीय रासायनिक वर्ग

पीएफएएस हज़ारों सिंथेटिक रसायनों का एक वर्ग है जिनमें कार्बन-फ्लोरीन बंध होते हैं। यह रसायनों का एक बहुत बड़ा समूह है, जिसके पिछले दशकों में 15,000 से ज़्यादा फ़ॉर्मूलेशन बनाए गए हैं।

स्रोत: Ans

PTFE/टेफ्लॉन, एक PFAS रसायन, संक्षारण और उच्च ताप-प्रतिरोधी है, और इसकी सतह पर घर्षण बहुत कम होता है। यह अंतिम गुण (PTFE का घर्षण गुणांक किसी भी ठोस पदार्थ की तुलना में सबसे कम होता है) इसके उपयोग को मुख्य रूप से निर्धारित करता है, और संक्षारण और ताप-प्रतिरोधी होने के कारण इसका उपयोग मुख्यतः एयरोस्पेस और रासायनिक उद्योग में कोटिंग के रूप में किया जाता है।

कार्बन-फ्लोरीन बंधों की निष्क्रियता ही PFAS के अचिपकने वाले गुणों के लिए ज़िम्मेदार है। लेकिन यही निष्क्रियता इसे प्रदूषक के रूप में अत्यधिक स्थायी बनाती है।

चूँकि PFAS पर्यावरण में रहते हैं, वे औद्योगिक उपयोगों और अपशिष्ट भरावों से मीठे पानी में रिसकर नदियों, महासागरों और कृषि भूमि को प्रदूषित करते हैं। पर्यावरण में PFAS की अवधि आज तक अज्ञात है, लेकिन संभवतः कम से कम सदियों तक।

स्रोत: एई2एस

एक सार्वजनिक स्वास्थ्य मुद्दा

PFAS जैव-संचयित हो सकता है, जिसका अर्थ है कि शरीर द्वारा उत्सर्जित रसायनों की तुलना में अधिक रसायनों का अवशोषण हो सकता है। यह घटना खाद्य श्रृंखला में भी फैल सकती है, जहाँ समुद्री मछली जैसे आम तौर पर शिकारी जीवों में इस प्रकार के रसायनों की उच्च सांद्रता पाई जाती है।

आज 97% अमेरिकियों के रक्त में PFAS पाया जाता है। सैद्धांतिक रूप से, 2000 के दशक की शुरुआत में उपभोक्ता उत्पादों से इन रसायनों को हटाए जाने के बाद से लोगों के रक्त में PFOS और PFOA का स्तर कम हो गया है। हालाँकि, नए PFAS रसायन बनाए गए हैं, और उनके संपर्क का आकलन करना मुश्किल है.

उच्च सांद्रता में PFAS विषैले होते हैं, ज्ञात प्रभावों में से:

• यकृत को क्षति.
• पीएफएएस के संपर्क में आने से किशोरों में हड्डियों का घनत्व कम हो जाता है।
• लड़कियों में यौवन की शुरुआत में देरी होने से स्तन कैंसर, गुर्दे की बीमारी और थायरॉयड रोग की घटनाएं बढ़ सकती हैं।
• इससे जन्मजात दोष उत्पन्न हो सकते हैं।

उच्च फाइबर आहार और फोलेट युक्त आहार इन रसायनों के विरुद्ध कुछ सुरक्षा प्रदान कर सकते हैं, लेकिन इनसे पूरी तरह सुरक्षा मिलने की संभावना नहीं है।

PFAS को बदलना कठिन क्यों है?

जोखिमों के बावजूद, विकल्पों की कमी का अर्थ है कि PFAS उपभोक्ता उत्पादों में सर्वव्यापी बने हुए हैं: इनका उपयोग अभी भी न केवल खाना पकाने के बर्तनों में, बल्कि वर्षा-रोधी कपड़ों, खाद्य पैकेजिंग और यहां तक कि मेकअप में भी व्यापक रूप से किया जाता है।

"चुनौती यह है कि पानी को प्रतिकर्षित करने वाला पदार्थ बनाना तो आसान है, लेकिन तेल और ग्रीस को भी उसी हद तक प्रतिकर्षित करने वाला पदार्थ बनाना मुश्किल है। वैज्ञानिकों ने इन वैकल्पिक पदार्थों के प्रदर्शन की ऊपरी सीमा पार कर ली है।"

प्रोफेसर केविन गोलोविन - Hटिकाऊ विकर्षक इंजीनियर उन्नत सामग्री (ड्रीम) प्रयोगशाला का नेतृत्व करता है टोरंटो विश्वविद्यालय

अगर हमारे औद्योगिक समाज से PFAS को पूरी तरह से हटाना नामुमकिन है, तो कम से कम उन्हें कम हानिकारक तो बनाया ही जा सकता है। इस लिहाज से, सबसे लंबे PFAS, जिन पर प्रतिबंध लगा दिया गया है (8 से ज़्यादा कार्बन परमाणु), और कुछ हद तक छोटे PFAS (4-6 कार्बन परमाणु) से बचना होगा।

"हमने साहित्य में और यहां तक कि विनियमों में भी देखा है कि सबसे लंबी श्रृंखला वाले PFAS पर पहले प्रतिबंध लगाया जा रहा है, जबकि छोटी श्रृंखला वाले PFAS को कम हानिकारक माना जा रहा है।

हमारी हाइब्रिड सामग्री वही प्रदर्शन प्रदान करती है जो लंबी-श्रृंखला वाले PFAS के साथ प्राप्त किया गया था, लेकिन बहुत कम जोखिम के साथ।”

प्रोफेसर केविन गोलोविन - Hटिकाऊ विकर्षक इंजीनियर उन्नत सामग्री (ड्रीम) प्रयोगशाला का नेतृत्व करता है टोरंटो विश्वविद्यालय

चूंकि पीएफएएस प्रदूषण के संबंध में नियम कड़े होते जा रहे हैं, इसलिए रासायनिक उद्योग के लिए वैकल्पिक उपायों की तत्काल आवश्यकता है।

पॉलीडाइमिथाइलसिलोक्सेन (पीडीएमएस)

टोरंटो विश्वविद्यालय के शोधकर्ता पीडीएमएस पर काम कर रहे हैं, जो एक ऐसी सामग्री है जिसका सामान्यतः “सिलिकॉन” श्रेणी के अंतर्गत व्यवसायीकरण किया जाता है।

इस पदार्थ को टेफ्लॉन के समान आसंजन-रोधी प्रदर्शन प्रदान करने के लिए, शोधकर्ताओं ने PFAS का उपयोग किया, जिसकी पार्श्व श्रृंखला में केवल एक कार्बन परमाणु (एक कार्बन जिसमें तीन फ्लोरीन होते हैं) था। ये न केवल कम विषैले होते हैं, बल्कि अंततः विघटित होने पर ट्राइफ्लोरोएसिटिक अम्ल (TFA) उत्पन्न करते हैं, जिसके मानव ऊतकों में जैवसंचय की संभावना बहुत कम होने के बावजूद, यह पर्यावरणीय रूप से स्थायी है और उच्च सांद्रता में जलीय जीवन के लिए खतरा पैदा कर सकता है।

उन्होंने PDMS ब्रश का इस्तेमाल किया, जिसमें सिलिकॉन के कई अनियमित स्पाइक्स शामिल थे। फिर उन्होंने फ्लेचिंग नामक तकनीक का इस्तेमाल किया, जिसमें नैनोस्केल पर सिलिकॉन संरचनाओं में PFAS मिलाया गया।

स्रोत: संचार प्रकृति

"अगर आप नैनोमीटर पैमाने तक सिकुड़ सकें, तो यह कुछ-कुछ उन पंखों जैसा दिखेगा जो आपको तीर के पिछले सिरे पर दिखाई देते हैं, जहाँ यह धनुष पर निशान बनाता है। इसे फ्लेचिंग कहते हैं, इसलिए यह नैनोस्केल फ्लेचिंग है।"

हम प्रत्येक PDMS ब्रिसल के अंत में लगभग सात सबसे छोटे संभव PFAS अणुओं को जोड़ने में सक्षम थे।"

प्रोफेसर केविन गोलोविन - Hटिकाऊ विकर्षक इंजीनियर उन्नत सामग्री (ड्रीम) प्रयोगशाला का नेतृत्व करता है टोरंटो विश्वविद्यालय

चिपकने-रोधी गुणों का परीक्षण

नए सिलिकॉन-पीएफएएस फ्लेच्ड पदार्थ के गुणों का परीक्षण करने के लिए, वैज्ञानिकों ने एक तेल स्प्रे परीक्षण तैयार किया, जिसमें सतहों पर तेल/हाइड्रोकार्बन (डेकेन, ऑक्टेन, या हेप्टेन) का निरंतर छिड़काव किया गया।

स्रोत: संचार प्रकृति

अमेरिकन एसोसिएशन ऑफ टेक्सटाइल केमिस्ट्स एंड कलरिस्ट्स द्वारा विकसित पैमाने पर, नई कोटिंग ने 6 ग्रेड प्राप्त किया, जो इसे कई मानक PFAS-आधारित कोटिंग्स के समकक्ष रखता है।

स्रोत: संचार प्रकृति

परीक्षण अनुप्रयोग

इस नई सामग्री को उपयोगी बनाने के लिए इसे अन्य सतहों पर भी लगाना ज़रूरी है, जैसे पाइप, सर्जिकल सामग्री, या खाना पकाने के बर्तनों के तले पर। इसलिए इसका भी परीक्षण किया गया।

शोधकर्ताओं ने इस नव आविष्कृत पदार्थ को नायलॉन, एल्युमीनियम और पॉलिएस्टर पर लागू किया और सिद्ध किया कि यह विभिन्न सतह तनावों और श्यानता की बूंदों को प्रभावी ढंग से हटा सकता है।

स्रोत: संचार प्रकृति

यह एक महत्वपूर्ण परीक्षण था, क्योंकि कई सतहें जिन्हें आसंजक-रोधी गुणों की आवश्यकता होती है, खुरदरी या छिद्रयुक्त होती हैं, तथा इस प्रकार की सामग्री के साथ काम करने के लिए अति-लघु PFAS में लेपित PDMS ब्रशों की आवश्यकता होती है।

निष्कर्ष

वैज्ञानिक टीम के नेता ने कहा कि टीम नॉन-स्टिक कोटिंग्स के उन निर्माताओं के साथ सहयोग करने के लिए तैयार है जो इस प्रक्रिया को बढ़ाना और इसका व्यवसायीकरण करना चाहते हैं।

वे अपनी अवधारणा को और भी बेहतर बनाने पर काम करते रहेंगे।

"इस क्षेत्र का सबसे महत्वपूर्ण पदार्थ एक ऐसा पदार्थ होगा जो टेफ्लॉन से बेहतर प्रदर्शन करे, लेकिन उसमें PFAS बिल्कुल न हो। हम अभी उस स्तर तक नहीं पहुँचे हैं, लेकिन यह सही दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है।"

प्रोफेसर केविन गोलोविन - Hटिकाऊ विकर्षक इंजीनियर उन्नत सामग्री (ड्रीम) प्रयोगशाला का नेतृत्व करता है टोरंटो विश्वविद्यालय

रासायनिक उत्पादकों में निवेश

Chemours

केमर्स, अमेरिका में स्थित रासायनिक उद्योग की दिग्गज कंपनी ड्यूपॉन्ट से अलग हुआ है। यह टाइटेनियम ऑक्साइड उत्पादन में विशेषज्ञ है, साथ ही टेफ्लॉन का उत्पादक भी है। यह रेफ्रिजरेशन गैसों का भी उत्पादन करता है।

अब तक, टाइटेनियम व्यवसाय का मुख्य हिस्सा है, जो कंपनी के राजस्व का आधे से अधिक हिस्सा है।

स्रोत: Chemours

केमर्स मुख्यतः उत्तरी अमेरिका (45%) को बेचता है, उसके बाद एशिया प्रशांत (24%) और ईएमईए (20%) का स्थान आता है।

रेफ्रिजरेंट अनुभाग में पुराना फ्रीऑन और नया ऑप्टेऑन शामिल है, जिससे ग्रीनहाउस गैसों का उत्सर्जन बहुत कम होता है।

उन्नत सामग्री खंड में एंटी-चिपकने वाला टेफ्लॉन, लचीला पदार्थ विटोन, उच्च प्रदर्शन वाले स्नेहक क्रायटॉक्स और झिल्ली नैफियोन शामिल हैं।

स्रोत: Chemours

नैफिऑन का उपयोग जल शोधन और विलवणीकरण के साथ-साथ हाइड्रोजन उत्पादन और ईंधन कोशिकाओं में उपयोग के लिए भी किया जा सकता है।

टेफ्लॉन का उपयोग नॉन-स्टिक पैन से कहीं आगे तक जाता है और इसमें पवन टरबाइन ब्लेड के उत्पादन में सहायता करना, ईवी बैटरियों में बाइंडर के रूप में, CO2 उत्सर्जन को कम करने के लिए सील के रूप में, या हाइड्रोजन उत्पादन के लिए इलेक्ट्रोड में बाइंडर के रूप में उपयोग किया जाता है।

पीएफएएस से जुड़े विवादों के बावजूद, टेफ्लॉन को हाल ही में सेमीकंडक्टरों में इस्तेमाल के लिए मंज़ूरी मिल गई है। इससे केमर्स एकमात्र अमेरिकी-आधारित पीएफए रेज़िन निर्माता बन गया है, जो चिप्स और विज्ञान अधिनियम के तहत एक सुरक्षित आपूर्ति श्रृंखला के लिए बेहद ज़रूरी है।

कुल मिलाकर, केमर्स एक अत्यधिक विशिष्ट रसायन कंपनी है, जिसे अपने क्षेत्र में मजबूत नेतृत्व अपनी पूर्व मूल कंपनी ड्यूपॉन्ट से विरासत में मिला है।

टाइटेनियम के अलावा, इसमें कुछ मूल्यवान विशेष रासायनिक आईपी भी हैं। उत्सर्जन रेफ्रिजरेंट से लेकर हाइड्रोजन उत्पादन और उपयोग तक, केमर्स को कार्बन उत्सर्जन में कमी के रुझानों से लाभ होने की संभावना है, साथ ही पेंट और रंगों की दुनिया की बढ़ती मांग से भी।

इसकी ब्रांडिंग शक्ति और वाणिज्यिक संबंध इसे टोरंटो विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं के लिए टेफ्लॉन के विकल्प विकसित करने के लिए एक आदर्श साझेदार भी बनाएंगे, जो आज केवल एक ट्रेडमार्क नाम है, लेकिन पेटेंट आईपी अधिकारों द्वारा संरक्षित नहीं है।

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संदर्भित अध्ययन

^{1. एयू, एस., गौथियर, जेआर, कुमराल, बी. एट अल. एकल परफ्लुओरोकार्बन के साथ तरल-जैसे पॉलीडाइमिथाइलसिलोक्सेन का नैनोस्केल फ्लेचिंग स्थायी तेल-विकर्षकता को सक्षम बनाता है. नेटUre सामान्यications. 16, 6789 (2025)। https://doi.org/10.1038/s41467-025-62119-9}