趣味化學丨不粘鍋為啥不粘？

時間：2024-12-14

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(nèi)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(shù)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(jié)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(jié)合形成主鏈，氟與碳之間以共價鍵結(jié)合包裹在碳鏈外圍，形成完全對稱的線性高分子結(jié)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(jié)構扭轉(zhuǎn)為螺旋結(jié)構，為Z字形的螺旋狀圓柱型結(jié)構。C-F鍵的極性鍵能在單鍵中較高，具有高度的化學穩(wěn)定性。高鍵能的C-F鍵對C-C主鏈起屏蔽作用。PTFE的特殊結(jié)構，決定了它優(yōu)異的性質(zhì)：不粘性、低摩擦系數(shù)、耐腐蝕性、不易被液體浸潤、熱穩(wěn)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(zhì)都產(chǎn)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(jié)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(wěn)定性好，當膠粘劑涂在PTFE表面時,很難發(fā)生高聚物分子互相擴散和纏結(jié),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(wěn)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(jié)晶形態(tài)發(fā)生變化，嵌入一些表面能高、易粘合的物質(zhì)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(zhì)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(tài)、液態(tài)和氣態(tài)以外，物質(zhì)的*四種狀態(tài)。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(tài)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(fā)生熱蝕、交聯(lián)、降解和氧化反應，并使試樣表面發(fā)生C—F鍵和C—C鍵的斷裂，產(chǎn)生大量自由基或引進某些極性基團，從而優(yōu)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(chǎn)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(fā)生化學反應，換掉表面上的部分氟原子。經(jīng)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(jīng)過輻射處理的PTFE表面，可與親水性單體如、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(jié)法”，也就是將特氟龍加熱到很高的溫度, 然后將其結(jié)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(xiàn)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(fā)現(xiàn)，特氟龍涂層的不粘鍋在300℃加熱時會產(chǎn)生微量熱解物，無明顯刺激作用，在400℃以上加熱4h可產(chǎn)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(jīng)“一鍋難求”的章丘鐵鍋，鐵鍋制造需要歷經(jīng)十二道工序，再過十八遍火候，一千度高溫錘煉，經(jīng)受三萬六千次鍛打，這樣的工藝在現(xiàn)在已經(jīng)不常見了。

各種材質(zhì)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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