Sharing Chemistry with the Community

Hóa học của Teflon và chảo chống dính

Bạn có bao giờ thắc mắc tại sao chảo chống dính mà chúng ta hay sử dụng lại có hiệu quả như thế? Trong khi những loại chảo truyền thống lại không làm được. Đó chính là nhờ sự có mặt của Teflon. Chỉ cần một lớp phủ mỏng nhưng lại có tác dụng thần kỳ. Tuy nhiên khi xem xét dưới góc độ hóa học thì lớp phủ này thực chất chỉ là một tai nạn.

Và tất nhiên chính những tai nạn này đã tạo nên biết bao điều kỳ diệu của cuộc sống. Trong bài viết hôm nay, chúng ta sẽ tìm hiểu về hóa học của Teflon, cũng như hóa học đằng sau của những cái chảo chống dính nhé!

Vậy Teflon là gì?

Teflon là hóa chất được tìm thấy trong một số thương hiệu chảo, giúp ngăn ngừa thức ăn của bạn dính vào chúng trong quá trình nấu ăn. Tên thương hiệu là Teflon, nhưng tên hóa học chính xác của nó là polytetrafluoroethene (gọi tắt là PTFE).

Nó được phát hiện như thế nào?

Việc phát hiện ra PTFE thực sự đã xảy ra hoàn toàn do tai nạn. Vào những năm 1930, khi làm việc trong một nhóm cố gắng phát triển các chất làm lạnh không độc hại tại công ty hóa chất Dupont, tiến sĩ Roy Plunkett đã sử dụng một hợp chất gọi là tetrafluoroethene. Tetrafluoroethene là một loại khí, vì vậy nó cần phải được lưu trữ trong xi lanh nhỏ.

Khi mở một trong những chai này, Plunkett phát hiện ra rằng khí đã biến mất, và chỉ còn tồn tại lại chất rắn màu trắng, sáp. Chất rắn này sau đó được phát hiện là PTFE.

Teflon được sản xuất như thế nào?

Nó được sản xuất bằng cách cho tetrafluoroethylene trải qua phản ứng trùng hợp gốc tự do. Phương trình cho quá trình này như sau:

nF2C = CF2 → – (F2C − CF2)n−

Để thực hiên được phản ứng này cần thiết một thiết bị đặc biệt để ngăn chặn các “hot spot” trong quá trình trùng hợp từ việc kích hoạt phản ứng phụ nguy hiểm do thực tế là tetrafluoroethylene có thể phân hủy thành cacbon và tetrafluoromethane rất dễ nổ. Quá trình bắt đầu với việc phân hủy đồng giải của persulfate tạo thành gốc sunfat:

[O3SO − OSO3]2− ⇌ 2 SO4•-

Kết quả của phản ứng này là sự tắt mạch của polyme và việc sử dụng các nhóm este sulfat có thể tạo ra các nhóm cuối OH bằng thủy phân.

Khi Teflon khó hình thành thì cần sử dụng dung môi trong hầu như tất cả các dung dịch, trùng hợp xảy ra trong nước thông qua nhũ tương. Các hạt của polymer dưới dạng huyền phù được tạo ra bởi quá trình này. Đôi khi chất hoạt động bề mặt như PFOS được sử dụng để làm trùng hợp.

Tai nạn là thế nhưng điều này có liên quan gì đến việc dùng nó trong chảo chống dính?

Mặc dù PTFE đã được cấp bằng sáng chế vào năm 1941, tuy nhiên tên thương hiệu Teflon lại không sử dụng cho đến năm 1945, và việc sử dụng đầu tiên của nó không liên quan đến chảo. Một trong những ứng dụng đầu tiên của nó là một phần của dự án Manhattan, nơi nó được sử dụng để phủ như lớp phủ cho các van và hàn các đường ống chứa các hợp chất uranium phóng xạ cao.

Mãi đến năm 1954, những chiếc chảo phủ Teflon đầu tiên xuất hiện: một người Pháp, Marc Grégoire, đã có ý tưởng phủ lưỡi câu cá của mình với hợp chất, nhưng thực ra vợ ông đã có ý tưởng tuyệt vời để sử dụng nó . Sau đó, họ  đã đi đến quyết định thành lập thương hiệu Tefal.

Làm thế nào để sử dụng Teflon cho chảo không dính?

PTFE là một chuỗi dài các nguyên tử cacbon với hai nguyên tử flo liên kết với mỗi nguyên tử cacbon trong chuỗi. Các liên kết cacbon-flo này đặc biệt mạnh; do độ âm điện cao của các nguyên tử flo (chúng thu hút các electron trong liên kết mạnh), các nguyên tử cacbon và flo trở nên mang điện tích một phần, thu hút lẫn nhau và củng cố thêm liên kết.

Do những liên kết mạnh mẽ này, PTFE hầu như không hoạt tính. Đơn giản là không thể cho các phân tử trong thực phẩm tạo thành liên kết với các nguyên tử cacbon trong các chuỗi PTFE. Ngay cả với khí flo, nó thật sự rất hoạt tính cũng không thể phản ứng với polymer.

Ngoài ra, do độ âm điện của Fluorine làm cho các phân tử khác khó có thời gian để bám vào PTFE, vì chúng đơn giản bị đẩy lùi. Một thực tế liên quan nữa là PTFE là bề mặt duy nhất được biết đến mà những con tắc kè không thể bám vào; lực liên phân tử van der waals mà chúng dựa vào để làm điều này đơn giản là không hoạt động với PTFE.

Nếu nó không dính, làm thế nào để nó có thể dính vào chảo?

Đến đây thì các bạn có biết bí mật thật sự đằng sau sự dính của Teflon là gì không nào? Thật sự đó chính là những nguyên tử Flourine trên bề mặt. Để làm được điều này thì có một vài kỹ thuật có thể được sử dụng để làm dính PTFE vào chảo. Một trong số đó là nó có thể được đun nóng đến một nhiệt độ cao, sau đó ép vào vị trí, tuy nhiên điều này thường cho kết quả là nó dễ bị lột ra sau một thời gian ngắn.

Một kỹ thuật khác là “đánh” các phân tử polymer với các ion ở tốc độ cao trong chân không cao dưới một trường điện từ hoặc “palsma” để phá vỡ một số nguyên tử flo trên bề mặt. Sau đó có thể thay đổi những nhóm chức khác như oxygen để làm cho polymer ‘dính’ chặt hơn.

Có an toàn để sử dụng không?

Một số lo ngại về sức khỏe đã được nâng lên về chảo Teflon. Mặc dù PTFE chính nó là trơ, ở nhiệt độ cao nó có thể bắt đầu giảm cấp, phá vỡ và giải phóng các hợp chất chứa flo độc hại. Tuy nhiên, điều này chỉ xảy ra trên điểm nóng chảy của polymer, là ở 327˚C; để các bạn hiểu thêm thì nhiệt độ sử dụng an toàn tối đa được đề nghị cho chảo Teflon là 260˚C. Chắc chắn có thể đạt đến nhiệt độ này nếu chảo quá nóng trong khi trống rỗng, nhưng khi nấu thức ăn, nó sẽ không vượt quá nhiệt độ này.

Hít phải khói từ PTFE quá nhiệt, được gọi là “hơi polymer”, có liên quan đến các triệu chứng giống cúm ở người, và có thể gây tử vong ở chim. Hiện tại, tác dụng lâu dài của việc hít phải những khói này phần lớn là không rõ. Một hóa chất quan tâm khác là axit perfluorooctanoic (PFOA), có thể được sử dụng trong quá trình sản xuất Teflon.

Một lượng nhỏ chất hóa học này có thể vẫn còn trong chảo, và được giải phóng khi đun nóng. Tuy nhiên, Dupont đã ngừng sử dụng PFOA để sản xuất Teflon vào năm 2012.

Đến đây thì bài viết đã hết rồi. Hi vọng với nội dung ngắn gọn này, bạn có thể hiểu rõ phần nào về Teflon cũng như hóa học đằng sau chảo chống dính! Lần sau nếu có sử dụng thì hãy nhớ về hóa học của chúng nhé!

Tham khảo Compound Interest, Scientificamerican, Cancer, ByjusTodayifoundout.

Trả lời