初原載于?工大材料匯????2019-11-21

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不粘鍋的秘密

對(duì)于喜歡做飯的小伙伴們來說，在廚房里享受煎炒烹炸的快樂、看著一堆一堆的食材搖身一變，變成桌上的美味佳肴，足以驅(qū)散所有的疲憊和不快。

但是，“做飯一時(shí)爽，刷碗火葬場(chǎng)”。酒足飯飽之后望向水池里堆積的鍋碗瓢盆，大概很多人都會(huì)無語凝噎，迫不得已的去刷油膩的炊具吧。特別是當(dāng)鍋上還有殘留的粘鍋的食材，著實(shí)是太不方便清理了。

不過，早在二十世紀(jì)五十年代，就出現(xiàn)了一種特殊的材料，讓不粘鍋的出現(xiàn)成為可能。不粘鍋內(nèi)有一種特殊涂層，可以防止食物粘在鍋底，讓清理變得更加容易。同時(shí)因?yàn)椴徽车谋砻妫茏審N師們用更少的油進(jìn)行烹飪。

應(yīng)用于不粘鍋的涂層主要有兩種：一類是含氟聚合物，以聚四氟乙烯（又稱特氟龍）為代表；另一類是硅氧聚合物，如陶瓷涂層材料。大多數(shù)不粘鍋應(yīng)用的是前者，所以，我們來細(xì)聊聊為什么聚四氟乙烯涂層就能讓食物再也不粘鍋。

話說聚四氟乙烯

聚四氟乙烯(PTFE)樹脂是普蘭凱特博士于1938 年發(fā)明并由Du Pont 公司于1950 年正式投入工業(yè)化生產(chǎn)。PTFE 具有優(yōu)異的、特殊的物理化學(xué)特性, 在化工領(lǐng)域及其他一些相關(guān)行業(yè)應(yīng)用相當(dāng)廣泛。

聚四氟乙烯是以四氟乙烯為單體的高結(jié)晶聚合物，是一種白色有蠟狀感覺的熱塑性塑料。在聚四氟乙烯中，氟原子取代了聚乙烯中的氫原子，由于氟原子（0.064nm）半徑遠(yuǎn)大于氫原子半徑（0.028nm），使得碳-碳鏈由聚乙烯的平面的、充分伸展的曲折構(gòu)象漸漸扭轉(zhuǎn)到螺旋構(gòu)象。該螺旋構(gòu)象正好包圍在聚四氟乙烯易受化學(xué)侵襲的碳鏈骨架外形成了一個(gè)緊密的完全“氟代”的保護(hù)層，使得聚合物主鏈不受外界任何試劑的侵襲。因此，聚四氟乙烯具有其他材料無可比擬的耐溶劑性、化學(xué)穩(wěn)定性以及低的內(nèi)聚能密度。

同時(shí), 碳-氟鍵極牢固, 其鍵能達(dá)460.2kJ/mol , 遠(yuǎn)比碳-氫鍵(410kJ/mol)和碳-碳鍵(372kJ/mol)高, 這使聚四氟乙烯具有較好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性;另外氟原子的電負(fù)性極大, 加之四氟乙烯單體具有完美的對(duì)稱性而使聚四氟乙烯分子間的吸引力和表面能較低, 從而使聚四氟乙烯具有極低的表面摩擦系數(shù)和低溫時(shí)較好的延展性。

你可能注意到了，“極低的表面摩擦系數(shù)”，這便使得其表面很難被附著，甚至連壁虎也不能牢牢地趴在上面。

上面提到的這些優(yōu)異性能，不僅僅是聚四氟乙烯獨(dú)有的，它是含氟高分子材料所共有的特點(diǎn)?？偨Y(jié)來說包括下面幾點(diǎn)：

1、?由于氟原子的極化率低，使得含氟高分子材料具有高的絕緣性，低的介電常數(shù)，高透光性。

2、?碳-氟鍵鍵能為485kJ·mol-1，鍵能非常高，需要非常高的能量才能使其斷裂。所以，含有碳-氟鍵的高分子材料擁有了很好的耐熱性與耐腐蝕性，耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿，穩(wěn)定性非常好。

3、?氟原子半徑小，擁有較低的表面自由能，所以含氟高分子材料既不親油也不親水，不易于其他物質(zhì)粘合，具有低摩擦性。

（本文中未提及的）N-F鍵非常不穩(wěn)定，容易斷裂形成氟化氫并釋放巨大的能量，能夠作為含能材料使用。

要素察覺

聚四氟乙烯之所以能夠?qū)崿F(xiàn)不粘，是因?yàn)槠銫-F鍵的存在、表面自由能低、不親油不親水、極低的表面摩擦系數(shù)。

說過了涂層的特性，那么聚四氟乙烯（特氟龍）既然“不粘”那它是怎么被噴涂在鍋上的呢？

不粘鍋的制作主要有四個(gè)步驟：鍋身成型——噴砂處理——噴涂涂層——燒結(jié)固化。重點(diǎn)在第二步和第三步：噴砂，讓鍋表面凹凸不平，便于涂料附著。接著沖射特氟龍，注意，是沖射，部分氟原子在經(jīng)歷噴槍攪打之后被破壞，緊貼鍋內(nèi)。最后高溫?zé)Y(jié)固化。這樣一口不粘鍋就制作完成了。

使用不粘鍋的碎碎念

都說“理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)很骨感”。不粘鍋雖然好，用起來也有不少的注意事項(xiàng)，不然也會(huì)出現(xiàn)意料不到的危險(xiǎn)。

比如說有人一直憂心忡忡的特氟龍涂層脫落被誤食。實(shí)際上，這種情況更可能發(fā)生在價(jià)格較低或質(zhì)量較差的不粘鍋上，或者那些沒有被很好“照料”的產(chǎn)品上。例如，使用金屬工具就可以劃破一個(gè)高質(zhì)量的不粘鍋涂層，使其很容易就脫落。其實(shí)，即便吞下一小片不粘鍋的涂層材料，也不會(huì)影響身體健康，因?yàn)槌丶俺B(tài)下的特富龍具有非常穩(wěn)定的理化性質(zhì)。

不過，炊具畢竟是在高溫條件下使用的，因此高溫環(huán)境下不粘鍋的安全性更加值得關(guān)注。美國(guó)杜邦公司曾經(jīng)在《有關(guān)使用杜邦特富龍不粘涂層炊具的重要知識(shí)》中指出，使用特富龍不粘涂層的炊具在常溫至260 攝氏度的溫度范圍內(nèi)都不會(huì)發(fā)生任何變化；但是當(dāng)溫度超過260 攝氏度時(shí)，涂層逐漸向不穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變；當(dāng)溫度超過350 攝氏度時(shí)則會(huì)發(fā)生分解。但實(shí)際上，人們?cè)谌粘Ｅ腼儠r(shí)，即便是采用溫度較高的油炸或者爆炒方式，油溫也不會(huì)超過250 攝氏度，因此不必對(duì)此太過擔(dān)心。

所以，如何安全健康的使用不粘鍋呢？（敲黑板，劃重點(diǎn)了?。。。?/strong>

首先就是要選擇高質(zhì)量的不粘鍋。與普通炊具相比，高質(zhì)量不粘鍋的涂層更可能是噴涂多次而不是滾涂一層，這樣會(huì)使炊具更為耐用。此外，價(jià)格昂貴的平底鍋通常也更厚重，這也降低了鍋意外過熱的風(fēng)險(xiǎn)。

其次是保持熱量，在低或中等的溫度下烹飪。如果不小心使不粘鍋過熱，需要盡快打開門窗以消除煙霧。

再次是保護(hù)炊具的涂層表面。盡管不需要擔(dān)心吞下涂層，但是最好避免劃傷涂層，這樣平底鍋才能發(fā)揮應(yīng)有的效果。所以不要使用金屬制的器皿或洗滌器，并小心存放，防止炊具被其他器皿刮傷。

最后就是要定期更換。如果不粘炊具涂層變得斑駁或者開始脫落，最好予以更換。通常來說，即使是高質(zhì)量的不粘鍋?zhàn)疃嘁仓荒苁褂?~5 年。

總結(jié)時(shí)間

到了總結(jié)的時(shí)間，今天我們一起學(xué)習(xí)了不粘鍋內(nèi)部涂層的主要成分聚四氟乙烯的性能以及決定其性能原因——結(jié)構(gòu)。同時(shí)也在不粘鍋制作的過程中了解到如此一個(gè)“不粘人的小妖精”是經(jīng)過怎樣的加工從而附著在鍋上的。不知道你有沒有想到些什么，有沒有想到他們之間的聯(lián)系。小編僅是簡(jiǎn)單的希望，在你讀罷此文之后，能收獲一些靈感，感悟一些收獲。

本期問題：

1、 聚四氟乙烯為何具有其他材料無可比擬的耐溶劑性、化學(xué)穩(wěn)定性以及低的內(nèi)聚能密度？

答案：在聚四氟乙烯中，氟原子取代了聚乙烯中的氫原子，由于氟原子（0.064nm）半徑遠(yuǎn)大于氫原子半徑（0.028nm），使得碳-碳鏈由聚乙烯的平面的、充分伸展的曲折構(gòu)象漸漸扭轉(zhuǎn)到螺旋構(gòu)象。

2、 看過聚四氟乙烯的分子結(jié)構(gòu)模型之后，你有哪些聯(lián)想？對(duì)于“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”有怎樣的理解？

精選留言1：

一些高分子化合物由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，往往具有特殊性能，能夠起到特殊作用，所以我們應(yīng)該重視這些高分子材料，也啟發(fā)我們選擇材料時(shí)要時(shí)刻把握材料四要素，選出合適，合理，綠色的高效材料 2，一切物質(zhì)都是由完全相同的微粒構(gòu)成：質(zhì)子、中子、電子。正因?yàn)槊糠N物質(zhì)是由這三種粒子以不同的數(shù)量、排列方式組成，才使得物質(zhì)有不同的性質(zhì)。也就是結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)。世間萬物本質(zhì)相同，只因微觀的結(jié)構(gòu)不同，使宏觀性質(zhì)不同。

?---------路，一直都在

?

精彩留言2：

我聯(lián)想到了螺旋形分子。物質(zhì)往往不是簡(jiǎn)單的平面結(jié)構(gòu)的，而是一種空間立體的存在，結(jié)構(gòu)就是物質(zhì)基礎(chǔ)的微粒的結(jié)合方式。所以物質(zhì)是一種微粒的堆積，堆積后的結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出了新的堆積方式，只能與某一種特定的堆積方式進(jìn)行再一次的組合，最終在宏觀上體現(xiàn)出特性，這便是性質(zhì)。

?---------Вперед, товарищи

參考文獻(xiàn)：

1、中國(guó)知網(wǎng) 《不粘鍋安全嗎_泉琳》

2、中國(guó)知網(wǎng) 《氟元素在高分子材料領(lǐng)域的應(yīng)用_李景瑋》

3、中國(guó)知網(wǎng) 《聚四氟乙烯的改性及應(yīng)用_謝蘇江》

4、Bilibili視頻網(wǎng) 【回形針PaperClip】不粘鍋如何拯救你的廚房？視頻鏈接：https://www.bilibili.com/video/av74165678?t=119

5、圖片源自網(wǎng)絡(luò)（注：聚四氟乙烯分子結(jié)構(gòu)截取自4中視頻）

6、科普中國(guó) 微信公眾號(hào) 2019年11月6日文章《不粘鍋怎么就粘了？涂層到底有沒有毒？當(dāng)心被忽悠了還不知道…》

本文作者：馬浩然

時(shí)任審閱：于世龍? 劉孟茜

時(shí)任編輯：許心雨

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