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前段时间朋友圈流行做凉皮。现在,他们把魔爪伸向了蛋糕,其实是电饭煲蛋糕!
大脑:我学会了,我做的蛋糕长这样。
手:不,你不会。它被做成“饼干”并被烧焦。
手:我太用力了。
做蛋糕有一个非常重要的步骤:送鸡蛋。如果这一步做得不好,那么做出来的蛋糕就不会松软多孔。
鸡蛋是通过不断地将空气体与蛋清混合来搅拌的,空气体分散到蛋清中形成细密的泡沫。
鸡蛋过去了
做馒头的时候,面团其实是发酵的。酵母分解糖分产生二氧化碳,面团变大变蓬松。
发酵面团
观察的小可爱还会发现,蒸馒头的过程中有时会加入泡打粉。为什么?这是因为发酵粉中含有碳酸氢钠(小苏打)。烘烤面团时,碳酸氢钠遇到酸会分解产生二氧化碳,也能使面团更加蓬松。这是为了用化学方法将气体分散到流体中。
这三种工艺的共同点是将气体分散到流体中,然后制成疏松多孔的结构(如泡沫)。不同的是,一种是机械搅拌,一种是生物法(发酵),一种是化学法(碳酸盐与酸反应产生二氧化碳)。
其实塑料发泡和做蛋糕、馒头一样,也是把气体分散成流体的过程(我突然有点不敢直接做蛋糕了)。
说到塑料发泡,我们需要先说说“泡沫塑料”。这个词你可能有点陌生。如果换成“泡沫塑料”,你一定开始想到那种用来包装易碎品的泡沫塑料板。
聚苯乙烯泡沫塑料板|来源:维基百科
1937年奥托·拜尔和他的同事在德国勒沃库森法本公司的实验室里首次发现了泡沫[1]。他们通过实验应用加成聚合原理,利用液态异氰酸酯和液态聚醚或乙二醇聚酯生产出一种新型塑料——聚氨酯,这种塑料不同于当时发现的聚烯烃和缩聚塑料。
奥托在1952年展示了他的发明——聚氨酯。
泡沫是一种多孔塑料制品,是以气态物质为分散相,以固体树脂为分散介质的分散体。几乎所有的热固性和热塑性塑料都可以制成泡沫塑料。
因为泡沫中填充了空气体,所以具有一些特殊的性质:重量轻(毕竟大部分体积是空气体)、导热系数低(塑料和空气体导热系数都很差)、隔音隔热(多孔的东西是隔音的)。因此,泡沫塑料被广泛用于消音、隔热、防冻隔热、缓冲和防震。
其实我还能装|来源:giphy
沉迷于大力士|来源:giphy
类似于烤面团和鸡蛋,塑料发泡有机械、物理、化学三种方式。光靠生物方法,可能是吃塑料产生气体的细菌真菌都找不到~毕竟塑料的降解一直是个老大难问题,不然也不会有“白色污染”了。
机械上来说,就是在强力搅拌下将空气体混入树脂液中,就像打蛋一样(这充分说明了拥有一个打蛋神器是多么重要)。
物理法和化学法需要额外添加一些东西,比如发泡剂。发泡剂之所以分为物理法和化学法,是因为塑料发泡的气源不同,所以发泡剂分为物理发泡剂和化学发泡剂。仅从名字就可以知道,物理发泡剂是通过物质状态的变化(物理变化)产生气体的——一般是从液体变成气体;化学发泡剂通过化学反应产生气体。
理论上,任何可以与树脂液体混合并在改变温度或压力条件后蒸发的材料都可以用作物理发泡剂。但实际上物理发泡剂要在适当的条件下液化,这样才能和树脂液混合均匀。然后,在正常的塑料加工温度下(或低于此温度),液态发泡剂可以蒸发并使塑料发泡。
资料来源:giphy
物理发泡剂包括含氯氟烃、碳氢化合物和压缩气体(如氮气和二氧化碳)。因为特定的温度或压力可以保证发泡剂以液态形式与树脂液混合,当温度或压力发生变化时,发泡剂就可以汽化,即开始发泡。
例如,如果将低沸点的烃发泡剂泵入充满熔融塑料的挤出机中,挤出机中的高压可以使烃发泡剂保持液态并溶解在聚合物中。当聚合物熔体离开挤出机时,突然的压力下降迫使发泡剂蒸发,产生泡沫。简单的气体,如氮气和二氧化碳,需要比碳氢化合物或含氯氟烃高得多的压力才能达到这个红豆博客的结果。[2]
门安装前会喷塑料泡沫|来源:giphy
含氯氟烃和烃类发泡剂用于生产超低密度泡沫塑料,效果极佳。主要有两个原因。一是所需发泡剂的用量极大(有时可达基体树脂重量的20%以上),而且这种发泡剂比化学发泡剂便宜;第二,它与泡沫稳定的热力学有关。为了稳定泡沫,必须在泡沫破裂之前改变聚合物流体的粘度。最广泛使用的烃和含氯氟烃发泡剂可以降低聚合物流体的粘度。当它们被蒸发并与聚合物流体分离时,流体的粘度增加,这可以降低稳定泡沫所需的冷却成本。这对于超低密度泡沫塑料尤其重要。[2]
资料来源:giphy
如果在工艺过程中混合原料的某些成分发生化学作用产生发泡气体,这种制造方法称为化学法。根据发泡原理的不同,工业上常用的红豆博客有两种:发泡气体是由特别添加的热分解物质(发泡剂)加热时产生的;发泡气体是形成聚合物的组分相互作用产生的副产品,或者是这些组分与其他物质相互作用的产物。[3]
碳酸盐如碳酸氢钠受热分解产生二氧化碳,所以最早用作化学发泡剂(果然原理相同,利用碳酸氢钠遇酸产生二氧化碳的性质制作面包)。
前面提到的聚氨酯是由异氰酸酯和多元醇缩聚得到的,其中异氰酸酯与水反应生成二氧化碳气体,可以使聚氨酯发泡,所以水也是一种化学发泡剂。为了获得低密度的软泡沫,还将加入上述烃类发泡剂(物理发泡剂)作为助剂。
资料来源:giphy
HCFC,可能大家都不熟悉。其实它还有一个名字——氟利昂。严格来说,并不是所有的含氯氟烃都叫氟利昂。只有Comu公司制造的R-12、R-13B1、R-22、R-502和R-503(2015年由杜邦公司分拆)标注为氟利昂,氟利昂是这五种物质的商品名。
早期冰箱使用的制冷剂是氨,但这种物质是危险的(腐蚀性),所以我们一直在寻找一种更安全、更高效的制冷剂。1930年,通用汽车公司和杜邦公司共同开发了制冷剂二氟甲烷(上面提到的R12)。
二氯甲烷|来源:维基百科
氟利昂之所以是一种优良的制冷剂和发泡剂,正是因为它具有合适的沸点和蒸汽压。但是现在我们知道使用氟利昂会破坏臭氧层,造成南北极臭氧空洞。氟利昂排放到大气中,在紫外线的作用下会分解,产生游离的氯原子。氯气作为催化剂,使臭氧不断分解。
1984年北极地区的臭氧空洞比正常情况下要温暖,而1997年却异常寒冷|来源:维基百科
随后,氢氟碳化物(HFCs)开始取代氯氟碳化物(如1,1,1,2-四氟乙烷,别名R-134a)。但研究表明,HFCs是超级温室气体(比二氧化碳造成的温室效应还要厉害,真的太难了)。其实现在宣传的“无氟冰箱”其实应该叫“无氯冰红豆博客盒子”,因为使用的制冷剂不含“氯”,所以更为贴切。至于为什么叫“无氟冰箱”,应该是无氟的意思。
说了这么多发泡原理,边肖的蛋糕还是做不好。但愿我的蛋糕能像下面这杯聚氨酯泡沫塑料一样柔软多孔有弹性~
参考数据
[1]聚氨酯
【2】塑料基础知识:塑料发泡剂有哪些?
[3]泡沫塑料
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编辑:重光
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