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      2. 趣味化學丨不粘鍋為啥不粘?

        時間:2022-05-13瀏覽數:66

        趣味化學丨不粘鍋為啥不粘?

        在烹飪食物時,常常會遇到食物粘鍋的情況,讓人感到不勝其煩。然而,不粘鍋的橫空出世,讓這一難題迎刃而解。其原因就是鍋內有一種特殊的特氟龍涂層可以防止食物粘在鍋底。


         

        //關于特氟龍的不粘特性//

         

        大多數不粘鍋都涂有特氟龍(Teflon),特氟龍是含氟樹脂的總稱,以聚四氟乙烯為主。聚四氟乙烯(PTFE)是由四氟乙烯聚合而成的全氟化合物,其結構式為(C2F4)n。

         


        在聚合過程中,氟原子取代了四氟乙烯中氫原子的位置,碳與碳之間以單鍵結合形成主鏈,氟與碳之間以共價鍵結合包裹在碳鏈外圍,形成對稱的線性高分子結構。但是由于氟原子的原子半徑大于碳原子的原子半徑,使得原子之間斥力大于引力,從而將原有的平面結構扭轉為螺旋結構,為Z字形的螺旋狀圓柱型結構。C-F鍵的極性鍵能在單鍵中較高,具有高度的化學穩定性。高鍵能的C-F鍵對C-C主鏈起屏蔽作用。PTFE的特殊結構,決定了它優異的性質:不粘性、低摩擦系數、耐腐蝕性、不易被液體浸潤、熱穩定性。


        PTFE高分子材料的分子外圍是氟原子, 它是造成特氟龍光滑表面的秘密, 氟原子幾乎對所有的物質都產生排斥, 即使膠粘劑也很難與其粘附。PTFE 之所以難粘,可以從以下幾個方面進行分析:

        ①結構高度對稱,屬于非極性高分子。膠粘劑吸附在PTFE 表面是由范德華力所引起的,范德華力包括取向力、誘導力和色散力。對于非極性高分子材料表面,不具備形成取向力和誘導力的條件,而只能形成較弱的色散力, 因而粘附性能較差。

        ②表面能低,接觸角大,膠粘劑不能充分潤濕PTFE ,從而不能很好粘附。

        ③化學穩定性好,當膠粘劑涂在PTFE表面時,很難發生高聚物分子互相擴散和纏結,不能形成較強的粘附力。

        特氟龍由于其*特的耐熱(180℃-260℃)、耐低溫(-200℃)、自潤滑性及化學穩定性能等,而被稱為“拒腐蝕、**粘的特氟龍”。

        既然任何膠粘劑對特氟龍的粘附性都很差, 那么特氟龍涂料是怎樣粘在鍋體上的呢?

        為了讓特氟龍粘附在鍋的表面,一類方法是對特氟龍材料表面進行處理,也就是改性,以增加PTFE材料的粘附性。

        (1) 高溫熔融

        在高溫下, 使PTFE表面的結晶形態發生變化,嵌入一些表面能高、易粘合的物質如二氧化硅、鋁粉等。易粘物的分子進入PTFE的表層分子中,破壞了PTFE的分子間作用力,在PTFE 表面形成一層嵌有可粘物質的改性層。

        (2) 等離子體改性

        等離子體由正負帶電粒子和中性粒子組成,是電子、離子、原子、分子以及自由基等粒子組成的集合體,是固態、液態和氣態以外,物質的*四種狀態。用等離子體改性時,將試樣置于特定的離子處理裝置中,通過高能態的等離子轟擊試樣的表面,將能量傳遞給試樣表層的分子,使試樣發生熱蝕、交聯、降解和氧化反應,并使試樣表面發生C—F鍵和C—C鍵的斷裂,產生大量自由基或引進某些極性基團,從而優化試樣表面的性能。

        (3)腐蝕液化學處理

        先將PTFE材料用細砂紙打磨、丙酮洗滌,置于室溫下干燥。然后放入腐蝕液中浸泡,直到PTFE表面上產生一層均勻的棕色或棕黑色薄膜。一般用鈉萘四氫呋喃作為腐蝕液。PTFE取出后用丙酮或乙醇洗滌,再用水沖洗干凈。

        通過腐蝕液與PTFE 膜表面發生化學反應,換掉表面上的部分氟原子。經過化學處理,PTFE表面羥基、羰基、不飽和鍵等極性基團,使PTFE的表面能增大,接觸角變小,浸潤性提高,增加粘合性。

        (4)輻射接枝

        高能輻射可以引起接枝聚合反應,并賦予聚合物一些*特的性能。經過輻射處理的PTFE表面,可與親水性單體如丙烯酸、丙烯酰胺等進行直接接枝反應,形成一層易于粘接的接枝聚合物。輻射接枝中常使用的輻射源有鈷–60、銫–137和鍶–90等γ射線,另外還有各種類型的加速器,如X射線管、直線加速器和回旋加速器等。

        除了表面改性增加PTFE的粘附性,目前還有兩種技術可以讓特氟龍附著在各種鍋的表面:一是“高溫燒結法”,也就是將特氟龍加熱到很高的溫度, 然后將其結實的壓在有待附著的表面;二是先將涂料噴涂在鍋的表面,再加熱固化。后一種方法的缺點是不粘涂層附著不牢靠。

        特氟龍不粘涂層帶來的便利的同時,它的安全性問題一直受到關注。如果不能科學使用,甚至可能反受其害,危及消費者健康。

        現在市面上一般意義上的不粘鍋都是指帶有特氟龍涂層的鍋。研究發現,特氟龍涂層的不粘鍋在300℃加熱時會產生微量熱解物,無明顯刺激作用,在400℃以上加熱4h可產生水解性氟化物如氟化氫,對肺部有強烈的刺激作用。所以不粘鍋在使用時應避免260℃的高溫烹飪。


        還有一種不需要化學涂層,既安全也可以達到不粘的效果的鍋,比如曾經“一鍋難求”的章丘鐵鍋,鐵鍋制造需要歷經十二道工序,再過十八遍火候,一千度高溫錘煉,經受三萬六千次鍛打,這樣的工藝在現在已經不常見了。

        各種材質的鍋具,烹飪各有利弊,我們可以按需選擇鍋具,這樣在保證安全的同時又能享用到美味的食物。



         


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