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      新聞中心
      不粘涂層的演化
      時間:2020/9/17 4:34:00 來源: 作者: 點擊: 次

      大部分不粘鍋的不粘涂層中使用的主要成膜物質是一種叫聚四氟乙烯(PTFE)的高分子樹脂,聚四氟乙烯樹脂具有耐高溫,抗酸抗堿抗氧化劑以及非常低的表面張力,使其在不粘鍋中得到最廣泛的應用。

      很多人把不粘涂層叫做特氟龍,這個其實是不對的。特氟龍(Teflon),是杜邦公司(現在的科慕)的聚四氟乙烯類的商品名,現有提供聚四氟乙烯樹脂或分散液的廠家很多,國外像日本的大金和旭硝子以及國內的三愛富和巨化等。杜邦的聚四氟乙烯類涂料的商品名也是特氟龍(Teflon),因為進入國內市場最早,約定俗成特氟龍成了聚四氟乙烯類不粘鍋的代名詞。

      除了杜邦(科慕)之外,一些比較知名的涂料供應商還有華福(Whitford),大金(DAIKIN),威堡(GREBE)和易寶龍(ILAG)等。各品牌的不粘涂料又有子品牌,子品牌上又有很多不同級別的涂料供應,絕對讓人眼花繚亂。

      最先出現的不粘鍋是單層涂料,涂層中的主成分就是聚四氟乙烯,雖然其不粘性很好,但是使用壽命真的不怎么樣。

      單層不粘涂料的壽命,是受以下幾個因素影響。

      聚四氟乙烯的機械強度在通常的工程塑料里并不高,特別是高溫下的強度更加不行。造成在高溫烹飪時,即使你是使用木頭鏟或者塑料鏟這些強度比較低的材料,磨損也很快。

      聚四氟乙烯涂層和金屬的結合力不行,很容易在金屬表面脫離。而單層涂層的不粘鍋產品,里面的樹脂只是聚四氟乙烯,沒有別的增加結合力的樹脂。

      聚四氟乙烯涂層的耐鹽水性能不行,鹽水會從涂層與金屬界面發生腐蝕,從而造成涂層脫離。慢著,特氟龍不是號稱耐腐蝕永不粘,為什么會發生腐蝕,而且是簡單的鹽水,不是那么厲害的王水。

      呃,這要從聚四氟乙烯樹脂說起,它是一種熱固性樹脂,就是在高溫加工的時候流動性并不好,涂層燒結時會留下很多孔隙,鹽水會順著孔隙到達涂層與金屬的界面發生腐蝕,并不是聚四氟乙烯抗化學性能不行。

      聚四氟乙烯不粘鍋的演化方向,就是不斷地提高使用壽命。當然會根據這些缺點進行改進,從而得到使用壽命更長的不粘鍋。

      首先單層涂料淘汰,改進成為雙層或三層涂料。在涂料的底油中添加與金屬結合比較好的樹脂,例如聚酰胺酰亞胺(PAI),聚醚砜(PES),聚苯硫醚(PPS)等,以PAI最為常見。PAI中的酰胺鍵或者酰亞胺鍵可以和金屬基材提供比較好的結合力。

      聚四氟乙烯磨損的原理,因為其減磨性能性能很好,磨損并不是直接來源于鏟子的接觸磨損,而是來自于鏟子接觸時涂層往下的形變。該形變造成涂層輕微下陷,從而在鏟子往前推動的時候刮傷涂層。

      解決方案分為兩類,其中之一是在涂料中特別是中間層中增加一些耐磨材料,比如礦石粉末,碳化硅粉末,鈦粉末等,減弱形變的發生,從而提高實際使用的抗磨損性能。

      第二類是把金屬基材表面加硬,例如鋁合金硬質陽極氧化或者熱噴涂。其中的熱噴涂(熔射)包括電弧噴涂,火焰噴涂和等離子噴涂等。

      那是不是把鋁合金換成更硬的不銹鋼會更好呢,答案卻是否定的,不銹鋼因為導熱性不行,其噴涂相同的聚四氟乙烯涂層后的性能竟然遠低于鋁合金。這些性能包括附著牢度,耐煮鹽水性能。

      至于不粘涂層的孔隙,上面說到是因為聚四氟乙烯是熱固性樹脂引起的,這里要介紹一種樹脂,可熔性聚四氟乙烯(PFA),即四氟乙烯和全氟丙基乙烯基醚共聚物,其有一定的全氟丙氧基這個支鏈,是一種比較優良的熱塑性樹脂,其它性能卻是和聚四氟乙烯一致。添加PFA后的不粘涂層孔隙大為減少,耐鹽水性能顯著

      提升。

      至于全氟丙基乙烯基醚(FVE)的合成路徑大致如下,全氟丙烯氧化成全氟環氧丙烷,全氟環氧丙烷異構化成全氟丙酰氟,全氟環氧丙烷和全氟丙酰氟反應生成全氟丙氧基丙酰氟,全氟丙氧基丙酰氟拖羰后得到全氟丙基乙烯基醚(FVE)。

      PFA的合成遠較PTFE復雜,而且工業上用途只有在不粘涂料里少量使用,造成成本居高不下。如果單價和PTFE差不多,全部使用PFA作為主要成膜物質,那也是極好的。

      下圖是杜邦在上世紀七八十年代的一份專利中的不粘涂料里的大致成分,里面可以看到那個時期,不粘涂料就開始利用到聚酰胺酰亞胺(PAI)和可熔性聚四氟乙烯(PFA)。當然了,這些只是杜邦愿意告訴你的。


      04年的時候,有名的特氟龍事件就露出了一個新名詞,全氟辛酸銨(PFOA,又叫C8),因為PFOA的難降解以及可能的致癌性,成了環境公害。全氟辛酸銨主要用于聚四氟乙烯合成的分散劑,一種陰離子型全氟表面活性劑。聚四氟乙烯涂料的原料是用的聚四氟乙烯濃縮分散液,里面大概有2%的全氟辛酸銨。

      現在基本上所有的不粘涂料都不允許含有PFOA,所以不粘涂料的演化又多了一個方向。至于PFOA的替代物是什么,剛開始我們也不知道。問杜邦的人,一副我們辦事你們放心的模樣。

      只是在近期我們才知道,PFOA的替代物杜邦有一個代號GenX,成分我也是最近了解的,全氟丙氧基丙酸銨,把合成PFA中用到的全氟丙氧基丙酰氟水解就能得到。其與PFOA的區別就是C8變成了C6,而且6個碳還通過醚鍵結合,相對起來容易降解了一些。但是全氟丙基降解也不容易,雖然說比PFOA容易了一點。至于致癌性,GenX好像和PFOA差不多,沒有改善。

      現在國際上又開始針對全氟烷基和多氟烷基化合物(PFAS)立法了,真不知道下次還能用什么。

      上面是一堆理論的,寫的我頭都痛了,估計看的人更頭疼。

      下面還是介紹一些不粘鍋吧,不過不能作為購買指南,一般不指定特定品牌。

      最普通的不粘鍋,鍋體采用鋁合金,一般就兩層涂料,也是最便宜的,某寶上廠家沒特別標注的,一般是此類。使用壽命也就那樣,再輕柔的使用也是很快損壞。

      不銹鋼不粘鍋,雖然涂料品種很多,但是基材都是不銹鋼,最常見的是SUS304。為什么單獨列出來,因為這類產品普遍偏貴,但是性能很差,這是不銹鋼和不粘涂料不配合造成的。普遍的結合力差,耐鹽水腐蝕不行,買這一類產品還不如直接買一口普通的鋁合金不粘鍋或者不銹鋼無涂層的。

      麥飯石不粘鍋,我們知道三層不粘涂料的中間層往往是加耐磨材料的,在中間層之上撒噴上大顆粒的耐磨材料,然后在噴上面漆。這樣生產出來的不粘涂料耐磨性更強,使用壽命更好。至于外觀嗎,涂層看起來挺像麥飯石的,不知道是誰起名成了麥飯石不粘鍋,而且流行了起來。其實跟麥飯石一毛錢的關系都沒有,更別提什么養生效果這些有的沒的。

      鑄鋁不粘鍋,通常的鋁合金都是拉深沖壓成型,這一類是用鑄造鋁合金鑄造成型,涂料千奇百怪,但有一個好處是共同的。別的不粘鍋油很容易單偏,它們不會。

      超硬不粘鍋,這個提法很多,不一定是這個名字。這一類的鋁合金基體一般用熱噴涂(熔射)方式加硬。熱噴涂方式根據熱源主要分成三大類電弧噴涂,火焰噴涂以及等離子噴涂。最先應用于不粘鍋的是電弧噴涂,雖然耐磨性有所提升,但是只能噴涂較硬的金屬材料會和鋁合金形成電偶腐蝕,耐腐蝕性能反而差了很多,F在一些廠家引進等離子噴涂技術,其可以噴涂一些比較難熔的陶瓷氧化物。但是結合力和耐鹽水沒有提升。

      硬氧不粘鍋,其中的硬氧是硬質陽極氧化的簡稱,鋁合金基材先經過硬質陽極氧化處理,然后再上面噴涂不粘涂料。炊具最常用的鋁合金是3003,國內是個大雜燴3103A,但是只要用于硬質陽極氧化的一般不會差。氧化前顯微硬度一般25HV,氧化后顯微硬度在450HV左右,提高還是很明顯的。氧化膜中存在孔隙以及含有羥基(-OH),可以顯著提高與不粘涂層的結合力。另外其本身極耐鹽水,造成不粘涂料的耐鹽水性能是無敵的。相同的不粘涂層,有無硬氧,使用壽命可以差出2-5倍。


      蜂窩(蝕刻)不粘鍋,就是兩家公司在專利互掐的那種。一般采用不銹鋼復合板材,內表面經過蝕刻處理,然后在表面噴涂上不粘涂料,燒結后去除網紋上的不粘涂層,蜂窩中的不粘涂層留下。烹飪時,鏟子一般不易接觸到涂層,可以大大延長使用壽命,在中式烹飪中應該是使用壽命最長的不粘鍋。缺點嗎,涂層是破壞狀態的,別的不粘鍋底油層不接觸食物,它是接觸食物的,還是有一定的健康風險。


      PEEK不粘鍋。聚醚醚酮(PEEK),一種耐高溫工程樹脂,和鋁合金有比較優良的結合力,強度也高。這一類不粘鍋是用PEEK替代普通不粘鍋的PAI,并且加厚底層厚度,使PEEK厚度加厚且粗糙度較高,PTFE陷入PEEK形成的孔穴中,使用時有點類似蜂窩不粘鍋中的PTFE不易被磨損。不粘涂層使用壽命比較長,但是因為PEEK較貴,且涂層厚,造成成本很高。


      紅點不粘鍋,某公司的特產,利用印刷在上面的紅色圖案來示溫。該圖案介于中層涂料與面層涂料之間。示溫的原理是,利用兩種顏料,按其專利是氧化鐵紅和二萘嵌苯紅,在常溫下有色差,在180-200℃及以上的的溫度沒色差,即顏色重合圖案消失。在此溫度油即將開始冒煙,是個比較好的示溫點。

      其中的二萘嵌苯化學名又叫苝,是一種多環芳烴,但是沒有列入18種禁止的多環芳烴名錄。苝紅是一種耐候性比較好的汽車用顏料,但是用在炊具上總感覺怪怪的。

      輥涂不粘鍋。通常的不粘鍋都是噴涂方式,先成型再以噴涂的方式覆蓋涂料。輥涂不粘鍋是在鋁板上用輥涂的方式覆蓋上不粘涂料,然后再成型。優點是利于自動化,效率很高,適合國外高人工費的環境。缺點,后續加工時,鋁合金板存在拉伸擠壓的過程,涂層性能受損嚴重。使用上來說,輥涂不粘鍋性能差,最好不要買。不過輥涂不粘鍋的涂層因為加工方式是有方向的,存在一個豎直的痕跡,非常好認。幸運的是,國內市場上還沒有哪家推出,只有歪果仁才有資格使用。

      陶瓷不粘鍋,這是一個異類,它的不粘性來源是硅烷類,而不是通常的聚四氟乙烯。比如燒烤用的硅油紙,它里面吸附著二甲基硅油(聚二甲基硅氧烷),也是一種低表面張力物質。因為其耐溫性不是很好,不適合在炊具表面使用。它的硅氧鏈和陶瓷的硅氧鏈結合在一起,就是陶瓷涂料也就是陶瓷不粘鍋。

      陶瓷不粘鍋的優點,表面涂層比較硬,可以達到4H鉛筆硬度以上,PTFE一般就2H。但是缺點更明顯,甲基基團在高溫下不穩定,不粘性很容易消失。如果用作電飯煲內鍋這樣的煮鍋,還是沒有問題的。但是用在煎炒鍋上,一個星期左右,不粘性完全消失。

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