趣味化学丨不粘锅为啥不粘？

时间：2024-11-18

趣味化学丨不粘锅为啥不粘？

在烹饪食物时，常常会遇到食物粘锅的情况，让人感到不胜其烦。然而，不粘锅的横空出世，让这一难题迎刃而解。其原因就是锅内有一种特殊的特氟龙涂层可以防止食物粘在锅底。

//关于特氟龙的不粘特性//

大多数不粘锅都涂有特氟龙（Teflon），特氟龙是含氟树脂的总称，以聚四氟乙烯为主。聚四氟乙烯（PTFE）是由四氟乙烯聚合而成的全氟化合物，其结构式为（C2F4）n。

在聚合过程中，氟原子取代了四氟乙烯中氢原子的位置，碳与碳之间以单键结合形成主链，氟与碳之间以共价键结合包裹在碳链外围，形成完全对称的线性高分子结构。但是由于氟原子的原子半径大于碳原子的原子半径，使得原子之间斥力大于引力，从而将原有的平面结构扭转为螺旋结构，为Z字形的螺旋状圆柱型结构。C-F键的极性键能在单键中较高，具有高度的化学稳定性。高键能的C-F键对C-C主链起屏蔽作用。PTFE的特殊结构，决定了它优异的性质：不粘性、低摩擦系数、耐腐蚀性、不易被液体浸润、热稳定性。

PTFE高分子材料的分子外围是氟原子, 它是造成特氟龙光滑表面的秘密, 氟原子几乎对所有的物质都产生排斥, 即使胶粘剂也很难与其粘附。PTFE 之所以难粘，可以从以下几个方面进行分析：

①结构高度对称,属于非极性高分子。胶粘剂吸附在PTFE 表面是由范德华力所引起的,范德华力包括取向力、诱导力和色散力。对于非极性高分子材料表面，不具备形成取向力和诱导力的条件,而只能形成较弱的色散力, 因而粘附性能较差。

②表面能低，接触角大,胶粘剂不能充分润湿PTFE ,从而不能很好粘附。

③化学稳定性好，当胶粘剂涂在PTFE表面时,很难发生高聚物分子互相扩散和缠结,不能形成较强的粘附力。

特氟龙由于其*特的耐热(180℃-260℃)、耐低温(-200℃)、自润滑性及化学稳定性能等，而被称为“拒腐蚀、**粘的特氟龙”。

既然任何胶粘剂对特氟龙的粘附性都很差, 那么特氟龙涂料是怎样粘在锅体上的呢?

为了让特氟龙粘附在锅的表面，一类方法是对特氟龙材料表面进行处理，也就是改性，以增加PTFE材料的粘附性。

(1) 高温熔融

在高温下, 使PTFE表面的结晶形态发生变化，嵌入一些表面能高、易粘合的物质如二氧化硅、铝粉等。易粘物的分子进入PTFE的表层分子中，破坏了PTFE的分子间作用力，在PTFE 表面形成一层嵌有可粘物质的改性层。

(2) 等离子体改性

等离子体由正负带电粒子和中性粒子组成，是电子、离子、原子、分子以及自由基等粒子组成的集合体，是固态、液态和气态以外，物质的*四种状态。用等离子体改性时，将试样置于特定的离子处理装置中，通过高能态的等离子轰击试样的表面，将能量传递给试样表层的分子，使试样发生热蚀、交联、降解和氧化反应，并使试样表面发生C—F键和C—C键的断裂，产生大量自由基或引进某些极性基团，从而优化试样表面的性能。

(3)腐蚀液化学处理

先将PTFE材料用细砂纸打磨、丙酮洗涤，置于室温下干燥。然后放入腐蚀液中浸泡，直到PTFE表面上产生一层均匀的棕色或棕黑色薄膜。一般用钠萘四氢呋喃作为腐蚀液。PTFE取出后用丙酮或乙醇洗涤，再用水冲洗干净。

通过腐蚀液与PTFE 膜表面发生化学反应，换掉表面上的部分氟原子。经过化学处理，PTFE表面羟基、羰基、不饱和键等极性基团，使PTFE的表面能增大，接触角变小，浸润性提高，增加粘合性。

(4)辐射接枝

高能辐射可以引起接枝聚合反应，并赋予聚合物一些*特的性能。经过辐射处理的PTFE表面，可与亲水性单体如、丙烯酰胺等进行直接接枝反应，形成一层易于粘接的接枝聚合物。辐射接枝中常使用的辐射源有钴–60、铯–137和锶–90等γ射线，另外还有各种类型的加速器，如X射线管、直线加速器和回旋加速器等。

除了表面改性增加PTFE的粘附性，目前还有两种技术可以让特氟龙附着在各种锅的表面:一是“高温烧结法”，也就是将特氟龙加热到很高的温度, 然后将其结实的压在有待附着的表面；二是先将涂料喷涂在锅的表面，再加热固化。后一种方法的缺点是不粘涂层附着不牢靠。

特氟龙不粘涂层带来的便利的同时，它的安全性问题一直受到关注。如果不能科学使用，甚至可能反受其害，危及消费者健康。

现在市面上一般意义上的不粘锅都是指带有特氟龙涂层的锅。研究发现，特氟龙涂层的不粘锅在300℃加热时会产生微量热解物，无明显刺激作用，在400℃以上加热4h可产生水解性氟化物如氟化氢，对肺部有强烈的刺激作用。所以不粘锅在使用时应避免260℃的高温烹饪。

还有一种不需要化学涂层，既安全也可以达到不粘的效果的锅，比如曾经“一锅难求”的章丘铁锅，铁锅制造需要历经十二道工序，再过十八遍火候，一千度高温锤炼，经受三万六千次锻打，这样的工艺在现在已经不常见了。

各种材质的锅具，烹饪各有利弊，我们可以按需选择锅具，这样在保证安全的同时又能享用到美味的食物。

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词条说明
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