Đánh giá tuổi thọ sản phẩm silicon trong điều kiện sử dụng nhà bếp.

Silicone hiện diện khắp mọi nơi trong các nhà bếp hiện đại. Nhưng liệu nó có thể thực sự bền được bao lâu khi tiếp xúc với nhiệt độ cao, dầu mỡ và việc lau chùi hàng ngày?

Việc đánh giá tuổi thọ của silicone trong điều kiện sử dụng nồi chiên không dầu, lò nướng và lò vi sóng đảm bảo cả sự an toàn của sản phẩm và độ bền lâu dài.

Khi tôi làm việc với một khách hàng về dòng phụ kiện nồi chiên không dầu, họ cho rằng tất cả các loại silicone "đạt tiêu chuẩn thực phẩm" đều có độ bền như nhau. Sau một vài chu kỳ gia nhiệt, một số bộ phận bị ố vàng và cứng lại. Kinh nghiệm đó đã dạy tôi rằng sự an toàn và độ bền phụ thuộc vào cách silicone được thiết kế, xử lý và kiểm tra.

Định nghĩa điều kiện hoạt động: Nồi chiên không dầu, lò nướng, lò vi sóng?

Mỗi thiết bị nhà bếp đều khiến silicon phải chịu những điều kiện nhiệt độ, phương pháp gia nhiệt và ứng suất cơ học riêng biệt. Hiểu rõ những điều kiện này là bước đầu tiên trong việc đánh giá tuổi thọ sản phẩm.

Nồi chiên không dầu, lò nướng và lò vi sóng sử dụng các cơ chế gia nhiệt khác nhau, ảnh hưởng đến độ ổn định nhiệt và tính chất cơ học của silicone.

Chúng tôi từng thử nghiệm một tấm lót silicon siêu mỏng hoạt động hoàn hảo trong lò nướng thông thường. Tuy nhiên, trong nồi chiên không dầu, quạt đối lưu mạnh khiến tấm lót nhẹ này bị rung lắc và chạm vào bộ phận làm nóng, dẫn đến bị cháy ngay lập tức. Điều này cho thấy độ ổn định cơ học cũng quan trọng không kém khả năng chịu nhiệt trong các ứng dụng nồi chiên không dầu.

Điều kiện vận hành điển hình

Lão hóa nhiệt và mỏi cơ học?

Silicone giữ được độ đàn hồi ở nhiệt độ cao, nhưng tiếp xúc lâu dài sẽ dẫn đến hiện tượng cứng lại và nứt nẻ dần dần. Thử nghiệm độ bền mỏi mô phỏng nhiều năm sử dụng thực tế.

Quá trình lão hóa nhiệt và mỏi cơ học làm giảm độ đàn hồi và độ bền kéo của silicone, trực tiếp làm giảm tuổi thọ sử dụng của nó.

Một vòng đệm của nồi áp suất đã sử dụng được hai năm mà không có vết nứt nào nhìn thấy được, nhưng nó bắt đầu bị rò rỉ. Kiểm tra cho thấy độ cứng của nó đã thay đổi từ 50 lên 65 Shore A do lão hóa nhiệt, khiến nó mất đi độ đàn hồi cần thiết để duy trì độ kín dưới áp suất cao - một kiểu hỏng hóc không thể nhìn thấy bằng mắt thường.

Chúng tôi đã cho khay nướng silicon 60 Shore A tiếp xúc với nhiệt độ 200°C trong 500 giờ. Độ cứng tăng lên 68 Shore A, độ giãn dài giảm 25% và màu sắc thay đổi nhẹ.[2][3] Những thay đổi này tương quan với quá trình oxy hóa của chuỗi polymer.

Đường cong lão hóa điển hình

Các thử nghiệm mỏi cơ học, như gấp hoặc nén lặp đi lặp lại, cho thấy silicone bị suy giảm như thế nào dưới tác động của ứng suất lặp đi lặp lại. Sau 100.000 chu kỳ nén, silicone có độ đặc cao thường duy trì hơn 90% độ đàn hồi bật lại.

An toàn tiếp xúc thực phẩm và kiểm soát mùi?

Ngay cả sau quá trình lão hóa nhiệt, silicone vẫn phải đảm bảo an toàn khi tiếp xúc với thực phẩm. Pha chế kém chất lượng hoặc nhiễm bẩn có thể gây ra mùi khó chịu, hiện tượng di chuyển chất liệu hoặc cặn bám trên bề mặt.

Đảm bảo an toàn thực phẩm bao gồm việc xác minh sự tuân thủ các tiêu chuẩn của FDA và LFGB đồng thời kiểm soát dư lượng chất bay hơi và mùi phát sinh.

Người tiêu dùng phàn nàn rằng một lô khay đá silicon khiến đá viên có vị như "cháy đông" hoặc tỏi. Nguyên nhân là do quá trình xử lý sau khi làm đá không đủ, dẫn đến sự hình thành cặn dễ bay hơi trong silicon. Những cặn này không chỉ tạo ra mùi khó chịu mà còn làm cho silicon trở nên xốp, dễ hấp thụ mùi mạnh từ các thực phẩm khác trong tủ đông.

Trong quá trình phát triển thảm nướng, tôi từng nhận được phản hồi từ khách hàng về "mùi cao su" sau khi sử dụng. Thử nghiệm cho thấy có chất dễ bay hơi còn sót lại do quá trình đóng rắn không hoàn toàn. Sau khi kéo dài bước đóng rắn từ 4 lên 8 giờ ở 200°C, mùi khó chịu đã biến mất.

Các biện pháp kiểm soát mùi và tiếp xúc với thực phẩm

Silicone cần được kiểm chứng trong điều kiện gia nhiệt thực tế. Ví dụ, ngay cả khi kết quả kiểm tra sự di chuyển vật liệu đạt yêu cầu ở 100°C, cần tiến hành thêm các thử nghiệm ở 200°C đối với các ứng dụng trong nồi chiên không dầu hoặc lò nướng.

Thiết kế cấu trúc và độ dày?

Thiết kế của các bộ phận bằng silicon không chỉ ảnh hưởng đến hiệu năng mà còn cả độ ổn định nhiệt và cơ học của chúng.

Độ dày thành, hình dạng và cấu trúc hỗ trợ quyết định độ đồng đều của quá trình dẫn nhiệt của silicone và khả năng chống biến dạng dưới tải trọng.

Khuôn nướng bánh mì hình chữ nhật lớn mà chúng tôi thiết kế ban đầu đã bị lỗi trong quá trình thử nghiệm; khi bột nóng lên, các thành khuôn phồng ra ngoài, làm hỏng hình dạng của bánh. Vật liệu có khả năng chịu nhiệt, nhưng thiết kế cấu trúc thiếu độ cứng cần thiết. Việc thêm các gờ dọc và tăng độ dày thành khuôn từ 2mm lên 3mm đã khắc phục được hiện tượng biến dạng.

Trong một dự án chế tạo dụng cụ nướng, chúng tôi nhận thấy rằng các khay dày 5 mm xuất hiện các bọt khí nhỏ li ti sau nhiều lần sử dụng trong lò nướng. Giảm độ dày xuống 3 mm và thêm các gờ bên trong giúp phân bố ứng suất tốt hơn và ngăn ngừa biến dạng.

Nguyên tắc thiết kế cho silicon chịu nhiệt độ cao

Luồng không khí thích hợp xung quanh bề mặt silicon cũng giúp giảm hiện tượng quá nhiệt cục bộ và đổi màu trong lò nướng và nồi chiên không dầu.

Tác động của việc vệ sinh và bảo trì?

Các chất tẩy rửa và phương pháp vệ sinh ảnh hưởng đến độ bền lâu dài và vẻ ngoài của đồ dùng nhà bếp bằng silicon.

Các chất tẩy rửa mạnh hoặc dụng cụ mài mòn sẽ đẩy nhanh quá trình mài mòn và oxy hóa bề mặt, làm giảm tuổi thọ sản phẩm.

Một tiệm bánh thương mại báo cáo rằng các tấm lót chống dính của họ trở nên dính và xuống cấp nhanh chóng. Chúng tôi phát hiện ra họ đang sử dụng chất tẩy dầu mỡ mạnh, có tính kiềm cao. Độ pH cao đã tấn công cấu trúc silicon, làm phá vỡ bề mặt. Việc chuyển sang sử dụng chất tẩy rửa có độ pH trung tính đã ngăn chặn sự xuống cấp ngay lập tức.

Khuyến nghị vệ sinh

Phương pháp làm nóng bằng vi sóng có những hạn chế gì?

Bản thân silicone an toàn khi sử dụng trong lò vi sóng, nhưng vấn đề phát sinh khi sản phẩm giữ hơi nước hoặc có các chi tiết kim loại bên trong. Luôn thiết kế đường thoát hơi cho các hình dạng kín và kiểm tra khả năng tương thích trước khi cấp chứng nhận.

Mặc dù silicon trong suốt khi dùng trong lò vi sóng, nhưng thực phẩm bên trong có thể không như vậy. Trong một thử nghiệm, việc làm tan chảy bơ trong bát silicon đã tạo ra các "điểm nóng" cục bộ, nơi nhiệt độ của chất béo vượt quá 250°C—cao hơn nhiều so với điểm sôi của nước. Nhiệt độ cao cục bộ này khiến bề mặt silicon nổi bọt và chuyển sang màu trắng, làm hỏng vĩnh viễn vật chứa.

Phần kết luận

Độ an toàn và tuổi thọ của silicone phụ thuộc vào cách thiết kế, xử lý và bảo trì. Hiểu rõ môi trường nhiệt của từng thiết bị và áp dụng quy trình kiểm định thích hợp đảm bảo các sản phẩm nhà bếp luôn an toàn và bền bỉ trong nhiều năm.

Người giới thiệu

[1]: Đồ dùng bằng silicon có thể dùng trong lò nướng không? – Cook'n'Chic

[2]: Sự lão hóa nhiệt của cao su silicon – Vật liệu tiên tiến

[3]: Đặc tính của hợp chất cao su silicon – Shin-Etsu

[4]: Loại bỏ các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi – Jehbco

[5]: Quy định của Ủy ban (EU) số 10/2011 – EUR-Lex