چگونه سیلیکون در برابر دماهای بالای پخت مقاومت می‌کند

علم پشت مقاومت حرارتی سیلیکون

چه چیزی سیلیکون را نسبت به حرارت مقاوم می‌کند؟ خب، همه چیز به نحوه قرارگیری مولکول‌های آن برمی‌گردد. پلاستیک‌های معمولی که از کربن ساخته شده‌اند تمایل به تجزیه شدن در دمای بالا دارند، اما سیلیکون چیز متفاوتی دارد. ساختار اصلی آن در واقع اتصال سیلیسیم به اتم‌های اکسیژن است که حتی زمانی که دما از ۴۵۰ درجه فارنهایت فراتر رود نیز طبق تحقیقات شرکت Wolife International از سال گذشته، همچنان محکم باقی می‌ماند. این ماده همچنین یک ماده آلی معمولی نیست. به همین دلیل حرارت معمولی آشپزخانه نمی‌تواند آن را ذوب کند. و برای انواع باکیفیت بالای سیلیکون، در واقع گروه‌های فنیل خاصی اضافه شده‌اند که باعث می‌شوند در برابر حرارت بسیار شدید مقاومت کنند و گاهی تا دمای ۵۷۲ درجه فارنهایت قبل از نشان دادن هرگونه علامت از تنش، دوام بیاورند.

محدوده دمایی معمول و حدود ایمنی برای وسایل آشپزی سیلیکونی

• سیلیکون استاندارد : ایمن برای استفاده بین ۴۰- درجه فارنهایت تا ۴۵۰ درجه فارنهایت (Newtop Silicone 2024)
• درجه‌های عملکرد بالا : قادر به تحمل مواجهه کوتاه‌مدت با دمای ۶۰۰ درجه فارنهایت
• آستانه بحرانی : گرمایش طولانی‌مدت بالاتر از ۴۸۲ درجه فارنهایت منجر به سخت شدن تدریجی می‌شود

اکثر تولیدکنندگان توصیه می‌کنند که برای دوام بهینه، استفاده را زیر 425 درجه فارنهایت نگه دارید، همان‌طور که توسط آزمون‌های ایمنی فر .

ایمنی فر و مایکروویو: آنچه مصرف‌کنندگان باید بدانند

سیلیکون در تحمل حرارت عملکرد بهتری نسبت به پلاستیک دارد اما نیازمند رفتار مراقبانه است:

• قرابه‌های فر را دور از عناصر گرمایشی مستقیم قرار دهید
• مایکروویو را در فواصل 3 دقیقه‌ای استفاده کنید و همیشه مایعات داخل آن باشد
• از تنظیمات گریل که از 500 درجه فارنهایت فراتر می‌روند خودداری کنید، زیرا می‌توانند از حد ایمنی عبور کنند

مطالعه موردی: عملکرد کفگیرهای سیلیکونی در دمای 600 درجه فارنهایت

مطالعه‌ای در سال 2023 توسط مؤسسه فناوری آشپزی، کفگیرهای درجه‌یکی را که در 50 چرخه در معرض دمای 600 درجه فارنهایت قرار گرفته بودند، ارزیابی کرد:

اگرچه همچنان قابل استفاده است، اما ۳۷ درصد از کاربران عملکرد کمتر ضدچسب را مشاهده کردند که نشان‌دهنده تخریب بلندمدت در دمای بسیار بالا است.

روند: افزایش استفاده از سیلیکون دمای بالا در آشپزخانه‌های مدرن

سیلیکون با کاتالیزور پلاتینیوم در آشپزخانه‌های تجاری به دلیل توانایی تحمل دمایی ۲۵ درصد بالاتر از فرمول‌های استاندارد (گزارش مواد غذایی ۲۰۲۴) محبوبیت پیدا کرده است. این پیشرفت، کاربردهای پیچیده‌ای مانند لوازم جانبی سوس وید و دیجیتال فر را که نیازمند پایداری طولانی‌مدت در دمای بالای ۵۰۰ درجه فارنهایت هستند، پشتیبانی می‌کند.

دوام سیلیکون در برابر تنش‌های حرارتی مکرر

پایداری مولکولی در حین چرخه‌های گرمایش و سرد شدن

سیلیکون به دلیل پیوندهای انعطاف‌پذیر Si-O، در طول چرخه‌های حرارتی مکرر، یکپارچگی ساختاری خود را حفظ می‌کند و تجزیه آن تا دمای ۵۰۰ درجه فارنهایت (۲۶۰ درجه سانتی‌گراد) مقاوم است. انواع با کیفیت بالا که با افزودنی‌های سرامیکی تقویت شده‌اند، نسبت به درجات معمولی در طول ۱۰۰۰ چرخه، ۸۵٪ کمتر دچار تخریب مولکولی می‌شوند. انبساط و انقباض یکنواخت آن تنش داخلی را به حداقل می‌رساند و از ترک خوردن جلوگیری می‌کند.

نقاط شکست متداول: تاب برداشتن، ترک خوردن و تغییر شکل

تجاوز از دمای کار مداوم (CUT) محصول، سایش را تسریع می‌کند. آزمایش‌ها نشان می‌دهد که وسایل سیلیکونی درجه پایین پس از تنها ۲۰ تا ۳۰ ساعت کار در دمای ۴۰۰ درجه فارنهایت (۲۰۴ درجه سانتی‌گراد) دچار تاب می‌شوند و ترک خوردگی سطحی ۶۵٪ سریع‌تر از نسخه‌های درجه بالا رخ می‌دهد. سازندگان با مخلوط کردن سیلیکون کاتالیزور پلاتینی با پرکننده‌های مقاوم در برابر حرارت مانند آلومینا تری‌هیدرات، استحکام را بهبود می‌بخشند.

جدا شدن دسته و مشکلات اتصال در وسایل ترکیبی

وسایلی که از ترکیب سیلیکون با دسته‌های پلاستیکی یا فلزی ساخته شده‌اند، به دلیل نرخ انبساط متفاوت دچار خرابی می‌شوند. داده‌های صنعتی نشان می‌دهد که این موضوع عامل 23 درصد از خرابی‌ها در وسایل ارزان‌قیمت در عرض 18 ماه است. چسب‌های اپوکسی بالای دمای 350 درجه فارنهایت (177 درجه سانتی‌گراد) ضعیف می‌شوند و منجر به جدایش قطعات می‌گردند؛ مشکلی که در طراحی‌های تک‌ماده یا آن‌هایی که از قفل‌های مکانیکی استفاده می‌کنند، رخ نمی‌دهد.

بقایای لکه و جذب بو در سیلیکون‌های با کیفیت پایین

سیلیکون‌های نامرغوب ساختار متخلخل‌تری دارند و روغن‌ها و رنگ‌دانه‌ها را سه برابر سریع‌تر از انواع درجه‌بالا جذب می‌کنند، بر اساس آزمایش مواد وسایل آشپزخانه 2023 . هرچند این موضوع از نظر سلامت خطری ندارد، اما بر ظاهر و بهداشت تأثیر می‌گذارد. فرمول‌های باکیفیت از شبکه‌بندی متراکم در حین واکسینه‌شدن استفاده می‌کنند تا تخلخل را کاهش داده و جذب بو را مقاوم کنند.

کیفیت ماده: سیلیکون کاتالیزور پلاتینی در مقابل سیلیکون درجه پایین

تأثیر نوع کاتالیزور بر مقاومت حرارتی و عمر طولانی

نحوهٔ واکنش مواد به‌طور واقعی بر عملکرد آنها در عمل تأثیر می‌گذارد. سیلیکون‌های کاتالیزور پلاتینی ایجادکنندهٔ پیوندهای مولکولی محکمی هستند که حتی در دمای بالا تا ۴۲۸ درجه فارنهایت یا ۲۲۰ درجه سانتی‌گراد نیز قبل از نشان‌دادن هرگونه علامت از فرسودگی، مقاومت می‌کنند. با این حال وضعیت در مورد گزینه‌های عامل‌دار شده با قلع متفاوت است. این مواد تمایل به ایجاد پیوندهای بسیار ضعیف‌تری بین مولکول‌ها دارند که حدود دمای ۳۵۶ درجه فارنهایت یا ۱۸۰ درجه سانتی‌گراد شروع به تجزیه می‌کنند. این تفاوت با گذشت زمان نیز بسیار مهم است. محصولات ساخته‌شده با کاتالیزور پلاتینی هزاران چرخه گرمایشی بدون مشکل انعطاف‌پذیر باقی می‌مانند و گاهی اوقات از ۵۰۰۰ چرخه فراتر می‌روند. در همین حال جایگزین‌های ارزان‌تر معمولاً حدود ۱۵۰۰ چرخه دچار خرابی می‌شوند و برای کاربردهایی که نیاز به قابلیت اطمینان بلندمدت دارند، مناسب نیستند.

آیا برچسب «درجه غذایی» تضمین‌کننده دوام است؟

گواهی «غذایی» ایمنی شیمیایی را تأیید می‌کند، اما دوام حرارتی را تضمین نمی‌کند. بررسی‌ها نشان می‌دهند که ۲۳ درصد از قالب‌های سیلیکونی پخت و پز که مطابق با استانداردهای FDA هستند، در آزمون‌های فشار آشپزخانه‌های تجاری به دلیل محتوای بالای مواد پرکننده، عملکرد نامناسبی داشته‌اند. تفاوت‌های کلیدی شامل موارد زیر است:

تناقض سیلیکون ارزان‌قیمت که آزمون‌های ایمنی را پشت سر می‌گذارد اما در عمل شکست می‌خورد

سیلیکون مقرون‌به‌صرفه ممکن است آزمون‌های اولیه مهاجرت FDA را پشت سر بگذارد، اما در استفاده واقعی به سرعت بدتر می‌شود. مطالعه انجمن ایمنی وسایل آشپزخانه در سال 2024 نشان داد که قاشقک‌های پخته‌شده با پراکسید، هرچند در آزمایش‌های آزمایشگاهی موفق بودند، اما پس از 60 بار شست‌وشو در ماشین ظرفشویی ترک‌های سطحی پیدا کردند. این شکاف به این دلیل ایجاد می‌شود که آزمون‌های پیری شتاب‌داده اغلب عوامل استرس واقعی مانند بخار، سایش و دماهای متغیر را نادیده می‌گیرند.