דוחי כתמים בטיחותיים יותר

דוחי כתמים עוזרים לנו לנקות שטיחים ובגדים בנוחות וקלות, בזכות רכיבים המכונים חומרים פעילי שטח פלואוריים (Fluorosurfactants). אך יש מחיר לנוחות: החומרים הללו, המשמשים גם לשיפור צבעים וחומרי הברקה, מיוצרים בתהליך המשחרר חומרים המצטברים בסביבה. החומר המדאיג ביותר הוא חומצה פארה-פלואורו-אוקטנואית (PFOA), אחד מתוצרי הפירוק הנפוצים ביותר של חומרים פעילי שטח פלואוריים.

בחודש יולי 2005 המליצה הוועדה המייעצת של המשרד לאיכות הסביבה האמריקני (EPA) לסווג את החומר הזה כחומר ש"סביר" כי הוא גורם לסרטן בבני אדם (קרצינוגני). קנדה כבר אסרה את השימוש בחומרים העלולים לשחרר PFOA בהתפרקם בסביבה. בו בזמן, כימאים פועלים כיום לשינוי המבנה הכימי של חומרים פעילי שטח פלואוריים כך שהם יוסיפו לתפקד כראוי, אך יהיו בטיחותיים יותר ולא יצטברו בסביבה.

מולקולה של חומר פעיל שטח פלואורי מורכבת למעשה משרשרת אטומי פחמן הקשורים סביב-סביב לאטומי פלואור. שרשראות ארוכות וקשיחות הן היעילות ביותר, מכיוון שהן מאפשרות למולקולות פחמן-פלואור רבות לפעול בפני השטח בעוד חלק ניכר של השרשרת נותר נעוץ במצע. בחומרים דוחי כתמים (היישום התובעני ביותר) המולקולות ארוזות בצפיפות כך שקצותיהן יוצרים שריון מגן בלתי נראה. אבל אורך השרשרת הוא גם שורש הבעיה הסביבתית.

חומרים פעילי שטח פלואוריים בעלי שרשרת פחמנים ארוכה של שמונה אטומי פחמן (C8), חודרים לגוף בקלות רבה יותר ממולקולות דומות בעלות שרשרת פחמנים קצרה, והם עשויים להתפרק וליצור PFOA. חומר זה וכימיקלים פלואוריים ארוכי שרשרת נוספים נדבקים לחלבוני הדם ומתחפשים לחומצות עיכול. כתוצאה מכך קשה להיפטר מהם, מסביר הטוקסיקולוג הסביבתי ג'ונתן מרטין מאוניברסיטת אלברטה שבאדמונטון.

קיצור השרשראות יוביל ליעילות

סקוט מייבורי, כימאי מאוניברסיטת טורונטו, הוא המדען שתרם את התרומה הגדולה ביותר למציאת הקשר שבין חומרים פעילי שטח פלואוריים להשפעותיהם הסביבתיות. לדעתו, אחד הפתרונות האפשריים לבעיה הוא קיצור שרשרות הפחמן הקשור לפלואור, לקבלת כימיקלים שיהיו פחות זמינים למערכות ביולוגיות. ואכן, חברת M3 נקטה בגישה זו בבואה ליצור נוסחה חדשה לדוחה הכתמים סקוצ'גארד בשנת 2001. אבל המעבר משרשרות של שמונה אטומי פחמן, 8C, לשרשרות של 4C גרם גם לירידה בביצועים. חברת M3 וחברות אחרות ממשיכות אפוא לחפש פתרונות יעילים יותר.

חברת Omnova Solutions מן העיירה פיירלון שבאוהיו המייצרת חומרי הברקה וצבעים הוציאה פטנט על כימיקלים העשויים לשמש כתחליף לחומרים פעילי שטח פלואוריים ארוכי שרשרת. החומרים החדשים בנויים משרשרת פולימרית ארוכה וגמישה שאליה מחוברים זיפים קצרים המכילים אטום פחמן אחד או שניים הקשורים לאטומי פלואור.

גמישותם של הפולימרים מאפשרת לזיפים הקצרים להגיע לפני השטח ולתפקד היטב, ממש כמו חומרי ההברקה והשעוות המסורתיים בעלי שמונה אטומי פחמן, ואף טוב מהם. מבדיקות עולה כי תרכובות אלה אינן מצטברות בגופם של דגים, ואף אינן מתפרקות במהלך טיפול במי שופכין, תהליך שנראה כי הוא האחראי לשחרור כימיקלים ארוכי שרשרת מחומרים פעילי שטח פלואוריים מסורתיים. כיום נעשה שימוש בחומרים פעילי השטח הפלואוריים של אומנובה בחומרי הברקה וצבעים תעשייתיים, מה שמקל את השימוש בהם, וכן בציפויים נגד ציורי גרפיטי הגורמים לצבע להתכדר לכדוריות.

היו גם כימאים שנחלו הצלחה מסוימת במשימה הסבוכה יותר של ייצור דוחי כתמים קצרי שרשרת. מדענים מאוניברסיטת צפון קרוליינה שבצ'פל היל מקווים להוציא פטנט על דוחה כתמים המבוסס על שרשרת קצרה, שעליו דיווחו לראשונה בכנס החברה האמריקנית לכימיה באוגוסט 2005. המדענים האלה גילו דרך להקשיח את שרשראות ה-4C על ידי תמיכתן בקבוצות פחמימניות נוספות. ייתכן שהישגים אלה רק "מגרדים" את פני השטח של הפוטנציאל הגלום בחומרים פעילי שטח פלואוריים קצרי שרשרת.

חומרים פעילי שטח פלואוריים פועלים, מכיוון שהם מקיימים יחסי אהבה-שנאה עם סביבתם הכימית. שרשרת אטומי הפחמן הקשורים סביב-סביב לאטומי פלואור היא "הצד השונא", הדוחה הן מים והן כתמים שמנוניים. "הצד האוהב" של המולקולה יוצר קשרים עם מבנים פחמימניים, המעגנים את השלד לשאר הציפוי.

כדי לדחות כתמים, מיליוני הקצוות של שרשרות הפחמן-פלואור חייבות לכסות את פני השטח. בריכוזים נמוכים יותר חומרים פעילי שטח פלואוריים גורמים לירידה במתח הפנים, וכך מאפשרים, למשל, למרוח חומרי הברקה וצבעים ביתר קלות, ומותירים משטח חלק יותר.