Как формулы пищевого силикона влияют на термостойкость?

Пищевой силикон широко используется в кухонной утвари, детских товарах и инструментах, контактирующих с продуктами питания. Но замечали ли вы? Разные силиконовые изделия могут вести себя по-разному при высоких температурах. Эти различия обусловлены внутренней формулой силикона.

В этой статье мы подробнее рассмотрим, как состав влияет на термостойкость пищевого силикона. Мы разберём основные факторы влияния и приведём примеры из реальной жизни, которые помогут вам сделать осознанный выбор при выборе материалов.

Почему термостойкость так важна для пищевого силикона?

Термостойкость — ключ к безопасности, прочности и долговечности пищевого силикона. Благодаря ей изделия из него отлично подходят для использования на кухне даже при высоких температурах.

• Выдерживает высокую температуру приготовления: Силиконовые противни и формы для выпечки часто выдерживают температуру свыше 200 °C. Если материал не выдерживает такую температуру, он может разрушиться и выделить вредные химические вещества в пищу.
• Безопасно для кипячения и приготовления на пару: Детские изделия, такие как соски и миски для кормления, часто требуют кипячения или обработки паром. Хороший силикон остаётся твёрдым и безопасным. Он не плавится, не меняет форму и не протекает.
• Выдерживает многократное нагревание: Микроволновые печи и посудомоечные машины постоянно перегреваются. Некачественный силикон со временем может треснуть, выцвести или стать жёстким.
• Сохраняет продукты в надлежащем состоянии и работоспособности: Если силикон повредится под воздействием тепла, он может перестать работать должным образом или выглядеть некрасиво. Это может негативно сказаться на отношении людей к вашему бренду.

Короче говоря, термостойкость — основа безопасного и надёжного силикона. Она помогает материалу оставаться чистым, прочным и надёжным.

Что влияет на термостойкость силикона?

Термостойкость пищевого силикона не является фиксированной. Она определяется его внутренней формулой и структурой. Вот основные факторы, влияющие на его термостойкость.

Тип базового полимера

Тип используемого полимера играет важную роль. Большинство пищевых силиконов изготавливается из полидиметилсилоксана (ПДМС) или полиметилвинилсилоксана (ПМВС). Эти материалы обладают прочными кремний-кислородными связями, что обеспечивает им естественную термостойкость.

Для повышения эффективности в некоторых составах используются фенил- или фтормодифицированные силиконы, такие как PVMQ (метилфенилвинилсиликоновый каучук) или FVMQ (фторсиликоновый каучук). Они обладают лучшей термостойкостью и выдерживают экстремальные температуры — в некоторых случаях до 300 °C.

Молекулярная масса и содержание винила в полимере также влияют на плотность сшивки, что влияет на эластичность и термостойкость.

Система отверждения

Отверждение – процесс, в ходе которого цепочки силикона объединяются в прочную сеть, – играет ключевую роль в формировании стабильной структуры. Используемая система отверждения существенно влияет на термостойкость силикона.

В большинстве современных пищевых силиконов используются системы с платиновой вулканизацией. Они создают более чистую и однородную структуру без побочных продуктов, обеспечивая лучшую стабильность, прозрачность и контроль запаха.

Количество отвердителя также имеет значение. Большее количество отвердителя обеспечивает более плотную сшивку и лучшую термостойкость, но избыток может сделать материал хрупким.

Наполнители и добавки

Силикон по своей природе мягкий, поэтому для повышения прочности и термостойкости в него добавляют армирующие наполнители. Наиболее распространённым является пирогенный диоксид кремния — мелкодисперсный порошок, который хорошо смешивается с полимером и укрепляет его структуру.

Для замедления старения при высоких температурах также добавляют антиоксиданты и термостабилизаторы. Например, оксид железа или сажа могут нейтрализовать свободные радикалы и замедлить процесс разложения.

Однако баланс имеет решающее значение. Избыток наполнителя может повлиять на мягкость, прозрачность и лёгкость обработки продукта. Если его слишком мало, продукт не выдержит нагревания.

Цветные суперконцентраты и пигменты

Цвет тоже имеет значение. Некоторые органические пигменты разлагаются или выделяют запах при высокой температуре. Для термочувствительных продуктов безопаснее использовать неорганические пигменты, такие как оксид железа или диоксид титана. Они более стабильны и не влияют на безопасность продукта или его запах.

Как различается термостойкость различных составов силикона?

При разработке изделий из пищевого силикона важно понимать, что различные составы могут значительно различаться по термостойкости, структуре, методам обработки и сферам применения. В таблице ниже сравниваются некоторые наиболее распространённые типы силикона по системам отверждения, пределам нагрева и типичным сферам применения, что поможет вам принять обоснованное решение как при проектировании, так и при выборе материала.

Всегда ли более высокая термостойкость означает лучшее?

В рецептуре пищевого силикона термостойкость играет важную роль, но более высокая термостойкость не всегда означает лучшее качество. Каждая формула — это баланс между производительностью, стоимостью и технологичностью.

Для повышения термостабильности разработчики рецептур могут увеличить содержание фенилсиликонового каучука, увеличить плотность сшивки или добавить больше термостабилизаторов. Эти изменения могут повысить стабильность материала при высоких температурах. Однако они также могут повысить твёрдость, снизить гибкость, текучесть при переработке и увеличить общую стоимость.

Другие свойства также могут быть затронуты. Например, более высокая плотность сшивки улучшает тепловые характеристики, но может сделать материал более жёстким на ощупь. Большее количество наполнителей может повысить термостойкость, но снизить прозрачность. Для ярко окрашенных силиконов могут потребоваться более термостойкие формулы для защиты пигментов.

Именно поэтому хорошая формула силикона всегда стремится к балансу. Она должна обеспечивать необходимую для продукта термостойкость, сохраняя при этом хорошую механическую прочность, визуальное качество, эффективность производства и контроль затрат.

Как оценить термостойкость пищевого силикона?

Чтобы по-настоящему понять, как он ведет себя в условиях высоких температур, необходимо провести несколько профессиональных тестов.

• Испытание на тепловое старение — один из наиболее распространённых методов. Он включает в себя помещение образцов силикона в высокотемпературную печь на определённое время с последующей проверкой ключевых изменений твёрдости, прочности на разрыв и относительного удлинения. Например, высококачественный силиконовый противень может показывать потерю прочности на разрыв менее 2% после старения при 250 °C в течение 72 часов, что является отличным признаком термостойкости.
• Термогравиметрический анализ (ТГА) Измеряет, насколько сильно материал теряет вес при нагревании. Это помогает определить его термическую стабильность и температуру разложения. Хороший пищевой силикон обычно теряет менее 5% веса при 300°C.
• Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) может использоваться для наблюдения за тепловыми переходами и уровнем отверждения.
• Испытание на остаточную деформацию при сжатии Часто используется для силиконовых уплотнителей. Этот параметр показывает, насколько хорошо силикон восстанавливает форму после сжатия при высоких температурах. Более низкое значение означает лучшую долговременную эффективность при нагревании и давлении.
• Миграционные тесты Они также необходимы. Они гарантируют отсутствие выделения вредных веществ при воздействии тепла на силикон. Эти испытания соответствуют стандартам FDA или ЕС для контакта с пищевыми продуктами. Например, противень для выпечки может быть испытан при температуре 230 °C в течение 4 часов, и если миграция не обнаружена, он считается безопасным для пищевых продуктов.
• Другие важные тесты включают старение горячим воздухом (70°C–250°C), температуру изгиба при нагревании (HDT) и температуру непрерывной эксплуатации (CUT), которые имитируют долгосрочное использование в реальных условиях.

С помощью этой комбинации испытаний вы можете оценить, действительно ли силиконовое изделие обеспечивает безопасную и стабильную термостойкость для повседневного использования на кухне.

Как выбрать правильный уровень термостойкости для вашего продукта?

При разработке индивидуальной формулы силикона или OEM-продукта выбор правильного уровня термостойкости является ключевым первым шагом. Это обеспечивает оптимальный баланс между производительностью, безопасностью и стоимостью. Вот несколько важных факторов, которые следует учитывать:

• Диапазон рабочих температур: Узнайте как типичную рабочую температуру, так и кратковременные пиковые значения. Например, будет ли продукт подвергаться кипячению, запеканию в духовке или стерилизации паром? Или он просто будет храниться при комнатной температуре?
• Частота теплового воздействия: Такие изделия, как детские соски-пустышки или силиконовые трубочки, часто подвергаются многократному нагреванию, очистке и стерилизации. Для них требуются смеси с более высокой термостабильностью.
• Тип контакта с пищевыми продуктами: Будет ли продукт использоваться с жирными, кислыми или сильно пигментированными продуктами? Это может ускорить старение, привести к появлению пятен и неприятного запаха. В таких случаях формула должна быть оптимизирована для обеспечения химической стойкости и низкой миграции.
• Визуальные или тактильные требования: Если ключевыми аргументами при покупке являются мягкость, цвет или прозрачность, термостойкость должна быть сбалансирована с внешним видом и тактильными ощущениями. Более высокая термостойкость иногда может снизить гибкость или прозрачность.

Чётко определив эти условия, поставщики и производители материалов могут подобрать подходящую марку силикона в соответствии с вашими потребностями. Это позволяет избежать избыточного проектирования, приводящего к увеличению стоимости, или недостаточной производительности, которая может привести к выходу продукта из строя. Правильно выбранный уровень термостойкости защищает продукт в процессе реального использования, не выходя за рамки бюджета и не достигая ваших рыночных целей.

Заключение

Термостойкость не является фиксированным значением. Она зависит от ряда факторов, таких как базовый полимер, система отверждения, наполнители и структура продукта. Понимая эти различия в составе, вы сможете более разумно выбирать и адаптировать силикон, обеспечивая повышенную безопасность, долговечность и общее впечатление.

Если вы разрабатываете формы для выпечки, детские товары или пищевую посуду и не знаете, какой силикон выбрать, свяжитесь с нами. Мы предлагаем индивидуальные консультации по рецептуре и тестирование образцов, чтобы помочь вам найти правильное решение.