Lebensdauerbewertung von Silikonprodukten im Kücheneinsatz

Silikon ist in modernen Küchen allgegenwärtig. Doch wie lange hält es tatsächlich, wenn es Hitze, Fett und täglicher Reinigung ausgesetzt ist?

Die Überprüfung der Lebensdauer von Silikon unter den Bedingungen von Heißluftfritteuse, Backofen und Mikrowelle gewährleistet sowohl die Produktsicherheit als auch die langfristige Haltbarkeit.

Als ich mit einem Kunden an einer Zubehörlinie für Heißluftfritteusen arbeitete, ging man davon aus, dass alle Silikone in Lebensmittelqualität gleich haltbar seien. Nach mehreren Erhitzungszyklen verfärbten sich einige Teile gelb und verhärteten sich. Diese Erfahrung lehrte mich, dass Sicherheit und Langlebigkeit von der Art der Entwicklung, Verarbeitung und Prüfung von Silikon abhängen.

Definition der Betriebsbedingungen: Heißluftfritteusen, Backöfen, Mikrowellen?

Jedes Küchengerät setzt Silikon einzigartigen Temperaturprofilen, Heizmethoden und mechanischen Belastungen aus. Das Verständnis dieser Bedingungen ist der erste Schritt zur Beurteilung der Lebensdauer.

Heißluftfritteusen, Backöfen und Mikrowellen nutzen unterschiedliche Heizmechanismen, die die thermische Stabilität und das mechanische Verhalten von Silikon beeinflussen.

Wir testeten einmal eine ultradünne Silikonmatte, die in herkömmlichen Backöfen einwandfrei funktionierte. In einer Heißluftfritteuse jedoch brachte der starke Konvektionsventilator die leichte Matte zum Flattern, sodass sie das Heizelement berührte und sofort versengte. Dies verdeutlichte, dass die mechanische Stabilität in Heißluftfritteusen genauso wichtig ist wie die Hitzebeständigkeit.

Typische Betriebsbedingungen

Thermische Alterung und mechanische Ermüdung?

Silikon behält seine Elastizität auch bei hohen Temperaturen, doch langfristige Einwirkung führt zu allmählicher Aushärtung und Rissbildung. Ermüdungstests simulieren jahrelange reale Nutzung.

Thermische Alterung und mechanische Ermüdung verringern die Elastizität und Zugfestigkeit von Silikon und verkürzen so dessen Nutzungsdauer.

Die Dichtung eines zwei Jahre lang verwendeten Schnellkochtopfs wies keine sichtbaren Risse auf, begann aber dennoch zu lecken. Tests ergaben, dass sich ihre Härte aufgrund thermischer Alterung von 50 auf 65 Shore A verändert hatte. Dadurch verlor sie die für die Dichtigkeit unter hohem Druck notwendige Elastizität – ein mit bloßem Auge nicht erkennbarer Defekt.

Wir setzten eine Silikon-Backform mit einer Shore-A-Härte von 60 einer Temperatur von 200 °C für 500 Stunden aus. Die Härte erhöhte sich auf 68 Shore A, die Dehnung sank um 251 TP3T und die Farbe veränderte sich geringfügig.[2][3] Diese Veränderungen korrelierten mit der Oxidation des Polymergerüsts.

Typische Alterungskurve

Mechanische Ermüdungstests, wie wiederholtes Falten oder Komprimieren, zeigen, wie Silikon unter wiederholter Belastung degradiert. Nach 100.000 Kompressionszyklen behält hochkonsistentes Silikon in der Regel über 90% seiner Rückstellelastizität.

Lebensmittelsicherheit und Geruchskontrolle?

Auch nach Wärmebehandlung muss Silikon lebensmittelecht bleiben. Fehlerhafte Zusammensetzung oder Verunreinigungen können Geruch, Migration oder Oberflächenrückstände verursachen.

Die Gewährleistung der Lebensmittelsicherheit umfasst die Überprüfung der Einhaltung der FDA- und LFGB-Standards sowie die Kontrolle flüchtiger Rückstände und der Geruchsbildung.

Verbraucher beschwerten sich, dass Eiswürfel aus einer Charge Silikon-Eiswürfelformen nach Gefrierbrand oder Knoblauch schmeckten. Die Ursache war eine unzureichende Nachhärtung, wodurch flüchtige Rückstände im Silikon zurückblieben. Diese Rückstände verursachten nicht nur unangenehme Gerüche, sondern machten das Silikon auch so porös, dass es starke Gerüche von anderen Lebensmitteln im Gefrierschrank aufnahm.

Bei der Entwicklung von Backmatten erhielt ich einmal Kundenfeedback über einen “Gummigeruch” nach der Benutzung. Tests zeigten, dass flüchtige Reststoffe von unvollständiger Aushärtung stammten. Durch Verlängerung der Nachhärtungszeit von 4 auf 8 Stunden bei 200 °C verschwand der Geruch.

Maßnahmen zur Lebensmittelkontakt- und Geruchskontrolle

Silikon sollte unter realistischen Erwärmungsbedingungen geprüft werden. Beispielsweise sollten, selbst wenn die Migrationsprüfung bei 100 °C erfolgreich verläuft, zusätzliche Tests bei 200 °C für Anwendungen in Heißluftfritteusen oder Backöfen durchgeführt werden.

Konstruktion und Dickenauslegung?

Die Konstruktion von Silikonbauteilen beeinflusst nicht nur die Leistungsfähigkeit, sondern auch deren thermische und mechanische Stabilität.

Wandstärke, Geometrie und Stützstrukturen bestimmen, wie gleichmäßig sich Silikon erwärmt und wie es Verformungen unter Last widersteht.

Eine von uns entworfene große, rechteckige Kastenform versagte zunächst bei Tests; beim Erhitzen des Teigs wölbten sich die Seitenwände nach außen und zerstörten die Form des Brotes. Das Material war zwar hitzebeständig, die Konstruktion jedoch nicht ausreichend stabil. Durch das Anbringen vertikaler Rippen und die Erhöhung der Wandstärke von 2 mm auf 3 mm konnte die Verformung behoben werden.

Bei einem Backformprojekt stellten wir fest, dass sich in 5 mm dicken Backformen nach mehrmaligem Backen Mikrobläschen bildeten. Durch Reduzierung der Dicke auf 3 mm und Einbringen von Innenrippen wurde die Spannung besser verteilt und Verformungen verhindert.

Konstruktionsrichtlinien für Hochtemperatur-Silikon

Eine optimale Luftzirkulation um die Silikonoberfläche trägt außerdem dazu bei, lokale Überhitzung und Verfärbungen in Backöfen und Heißluftfritteusen zu reduzieren.

Auswirkungen von Reinigung und Instandhaltung?

Reinigungsmittel und -methoden beeinflussen die Langlebigkeit und das Aussehen von Küchenutensilien aus Silikon.

Scharfe Reinigungsmittel oder abrasive Werkzeuge beschleunigen den Oberflächenverschleiß und die Oxidation und verkürzen so die Lebensdauer.

Eine Großbäckerei meldete, dass ihre Antihaftmatten klebrig wurden und sich schnell abnutzten. Wir stellten fest, dass sie einen hochwirksamen, stark alkalischen Entfetter verwendeten. Der hohe pH-Wert griff die Silikonstruktur an und zerstörte die Oberfläche. Der Wechsel zu einem pH-neutralen Reiniger stoppte die Abnutzung sofort.

Reinigungsempfehlungen

Welche Grenzen hat die Mikrowellenerwärmung?

Silikon selbst ist mikrowellengeeignet, Probleme treten jedoch auf, wenn sich Dampf im Produkt staut oder es metallische Einsätze enthält. Bei geschlossenen Formen sollten stets Belüftungsöffnungen vorgesehen und die Kompatibilität vor der Zertifizierung geprüft werden.

Silikon ist zwar mikrowellendurchlässig, Lebensmittel darin jedoch möglicherweise nicht. In einem Test entstanden beim Schmelzen von Butter in einer Silikonschüssel lokal begrenzte “Hotspots”, an denen die Fetttemperatur 250 °C überstieg – weit über dem Siedepunkt von Wasser. Diese intensive, lokal begrenzte Hitze führte zu Blasenbildung und Weißfärbung der Silikonoberfläche, wodurch der Behälter dauerhaft beschädigt wurde.

Abschluss

Die Sicherheit und Lebensdauer von Silikon hängen von seiner Konstruktion, Verarbeitung und Pflege ab. Das Verständnis der thermischen Umgebung jedes Geräts und die Anwendung geeigneter Prüfverfahren gewährleisten, dass Küchenprodukte über Jahre hinweg sicher und langlebig bleiben.

Verweise

[1]: Kann Silikon in den Backofen? – Cook'n'Chic

[2]: Thermische Alterung von Silikonkautschuk – Fortschrittliche Materialien

[3]: Charakteristische Eigenschaften von Silikonkautschukmischungen – Shin-Etsu

[4]: Eliminierung flüchtiger organischer Verbindungen – Jehbco

[5]: Verordnung (EU) Nr. 10/2011 der Kommission – EUR-Lex