Инженеры WashU создали бесфторное покрытие из лигнина как биоразлагаемую замену PFAS в лаборатории

Инженеры-химики Университета Вашингтона в Сент-Луисе (WashU) описали в журнале Matter бесфторное супергидрофобное покрытие SLIP (superhydrophobic lignin-integrated particles, супергидрофобные частицы на основе лигнина). Авторы предлагают его как биоразлагаемую альтернативу пер- и полифторалкильным веществам (PFAS) в супергидрофобных применениях doi.orgMatterdoi.orgОткрыть источник ↗. Группу возглавляет Джошуа Юань, первые авторы — Пунит Датт и Вэйвэй Ли. Исходный материал — лигнин, отход переработки растений.

PFAS широко применяют в упаковке, противопожарной защите и водоотталкивающих покрытиях благодаря их химической инертности. Эта же инертность приводит к их накоплению в окружающей среде, а на здоровье человека они оказывают неблагоприятное действие doi.orgMatterdoi.orgОткрыть источник ↗.

Структура по образцу суберина

Моделью послужила структура суберина — водонепроницаемой молекулы в ксилеме, сосудистой ткани растений, по которой движется вода. Исследователи соединили лигнин с жирными кислотами: длинноцепочечные алкильные группы снижают поверхностную энергию химически инертного лигнинового остова. Дополнительно добавили связующее из полимолочной кислоты (PLA) doi.orgMatterdoi.orgОткрыть источник ↗.

Анализ структуры показал, что покрытия SLIP воспроизводят обогащённые суберином структуры природной древесины doi.orgMatterdoi.orgОткрыть источник ↗. По данным авторов, покрытия сочетают стабильность к pH, супергидрофобность, устойчивость к ультрафиолету, защиту от обрастания и механическую прочность. В тестах вода стекает с поверхности.

Биоразложение и социальные издержки

Материал испытали с грибом, разрушающим древесину. Авторы сообщают, что покрытие распадается на безвредное органическое вещество в ожидаемые сроки doi.orgMatterdoi.orgОткрыть источник ↗.

Вместе с исследователями Техасского университета A&M команда провела оценку жизненного цикла и анализ социальных издержек. По их оценке, замена PFAS на SLIP в гидроизоляции позволила бы избежать общественного ущерба до $1,1 млрд в год с учётом глобального воздействия на здоровье человека и окружающую среду doi.orgMatterdoi.orgОткрыть источник ↗.

Авторы отмечают, что SLIP пока не воспроизводит всех свойств PFAS. Возможные области применения — упаковка и покрытия строительных материалов. Следующий шаг — сделать покрытие маслостойким и огнестойким, что расширит круг применений. Команда также работает над масштабированием процесса и его интеграцией с биопереработкой и целлюлозно-бумажной промышленностью.