雞蛋為什麼打不發？因為你發泡原理沒學好_風聞
中科院物理所-中科院物理所官方账号-2020-03-22 20:52
原創：中科院物理所
朋友圈前段時間風靡做涼皮，現在，他們把魔爪伸向了蛋糕，竟然還是電飯煲蛋糕！
腦子：我學會了，做出來的蛋糕是這個樣子的
手：不，你不會，做成了“餅乾”，還烤糊了
手：我太難了
做蛋糕有個很重要的步驟：雞蛋的打發，如果這個步驟沒做好，那麼做出來的蛋糕就不是鬆軟多孔的了。
雞蛋的打發是不斷將空氣與蛋清混合，空氣分散進入蛋清中，形成細密的泡沫。
雞蛋的打發
而做饅頭時的發麪其實是發酵，酵母菌分解糖類，產生二氧化碳，麪糰變大變蓬鬆。
發麪
注意觀察的小可愛還會發現，蒸饅頭的過程中有時候還會加入泡打粉，這是為什麼呢？這是因為泡打粉中含有碳酸氫鈉（小蘇打），發麪的時候碳酸氫鈉遇酸會分解產生二氧化碳，也可以讓麪糰更加蓬鬆。這是用化學方法讓氣體分散到流體當中。
這三個過程的相同點都是將氣體分散進流體，進而製造疏鬆多孔的結構（比如泡沫）。不同之處在於，一個是用機械攪拌，一個是用生物方法（發酵），一個是用化學方法（碳酸鹽遇酸產生二氧化碳）。
其實和製作蛋糕、饅頭一樣，塑料發泡也是將氣體分散入流體的一個過程（頓時有點不敢直視做蛋糕了）。
説到塑料發泡，那就需要先説一下“發泡塑料”，這個詞大家可能有點陌生，如果換成“泡沫塑料”，想必大家腦海中開始浮現出那種用於包裝易碎貨物的泡沫塑料板。
聚苯乙烯泡沫塑料板 | 來源：Wikipedia
泡沫塑料最初是由奧托·拜耳（Otto Bayer）和他的同事於1937年在德國勒沃庫森的法本公司實驗室發現的 [1]。他們通過實驗應用加成聚合原理，利用液態異氰酸酯和液態聚醚或二醇聚酯生成一種有別於當時已發現的聚烯烴和縮聚生成塑料的新型塑料——聚氨酯。
奧托·拜耳在1952年展示他的發明——聚氨酯
泡沫塑料是以氣體物質為分散相，以固體樹酯為分散介質所組成的分散體，它是一類帶有許多氣孔的塑料製品。幾乎所有的熱固性和熱塑性塑料都能製成泡沫塑料。
因為泡沫塑料內部充滿了空氣，所以它也就具有了一些特殊的性質：質量輕（畢竟大部分體積都是空氣），導熱係數低（塑料和空氣導熱性都不好），隔音絕熱（多孔的東西都比較隔音）。因此泡沫塑料被廣泛地應用於消音隔熱、防凍保温、緩衝防震。
其實我還能裝 | 來源：giphy
過一把大力士的癮 | 來源：giphy
和發麪、雞蛋打發類似，塑料發泡也有所謂的機械法、物理法、化學法三種。唯獨缺了生物法，可能是找不到吃塑料還產氣的細菌和真菌吧~畢竟塑料的降解一直是個老大難的問題，不然也不會有“白色污染”了。
機械法，就是用強烈的攪拌將空氣捲入樹酯液，就像雞蛋打發一樣（充分説明了有個打蛋神器是有多麼的重要）。
而物理法和化學法則需要添加點額外的東西了，比如發泡劑。之所以分為物理法和化學法，是因為塑料發泡時的氣體來源不同，這也就將發泡劑分為了物理發泡劑和化學發泡劑。僅從名稱上就可得知，物理發泡劑產生氣體是通過物態變化（物理變化）——一般是從液態到氣態；而化學發泡劑產生氣體則是通過化學反應。
從理論上講，任何能與樹脂液混合，改變温度或壓強條件後能汽化的材料，都可用來作為物理發泡劑。但實際上，物理發泡劑最好是在適當的條件能液化，這樣可以與樹脂液均勻混合。那麼在正常的塑料加工温度（或低於這一温度）下，液態的發泡劑就能夠汽化，使塑料發泡。
來源：giphy
物理發泡劑有氯氟烴類、烴類和壓縮氣體（如氮氣和二氧化碳）。因為特定的温度或壓力可以保證發泡劑以液態形式與樹脂液混合，當改變温度或壓力時就可使發泡劑發生汽化，即開始發泡。
例如，如果一種低沸點的烴類發泡劑被泵送至一台裝有熔融塑料的擠塑機中，那麼擠塑機內的高壓就能使烴類發泡劑保持液態形式溶於聚合物中，當聚合物熔體出擠塑機時，驟然的壓降即迫使發泡劑汽化，從而產生泡沫。簡單氣體，如氮氣和二氧化碳則需要比烴類或氯氟烴類高得多的壓力能達到這一結果。[2]
安裝門之前會先噴塑料發泡 | 來源：giphy
生產特低密度泡沫塑料採用氯氟烴和烴類發泡劑效果極佳。其主要原因有兩個。一是由於所需發泡劑之量極大（有時達到基質樹脂重量的20%或更多），而這類發泡劑要比化學發泡劑便宜；二是與泡沫穩定化的熱力學相關。要使泡沫穩定，必須在泡沫出現塌陷之前就改變聚合物流體的粘度。使用最廣泛的烴類和氯氟烴類發泡劑，可以降低聚合物流體的粘度。當它們發生汽化而脱離聚合物流體時，流體的粘度升高了，就可減少為穩定泡沫所需的冷卻費用。對於特低密度的泡沫塑料來説，這一點尤其重要。[2]
來源：giphy
如果發泡氣體是通過混合原料的某些組分在過程中的化學作用而產生的，則這種製造方法稱為化學法。按照發泡原理不同，工業上常用的化學法有兩種：發泡氣體是由特意加入的熱分解物質（發泡劑）在受熱時產生的；發泡氣體是由形成聚合物的組分相互作用時所產生的副產物，或者是這類組分與其他物質作用的生成物。[3]
碳酸鹽，比如碳酸氫鈉，受熱分解產生二氧化碳，所以最早被用做化學發泡劑（果然原理相通，碳酸氫鈉遇酸產生二氧化碳的性質被用於發麪）。
前面提到的聚氨酯就是異氰酸酯和多元醇通過縮聚反應而得到的，其中異氰酸酯與水反應生成二氧化碳氣體，可以讓聚氨酯發泡，所以水也是一種化學發泡劑。為了獲得低密度的柔軟泡沫塑料，還會加入前面提到的烴類發泡劑（物理發泡劑）作為輔助。
來源：giphy
氯氟烴，可能大家對它不熟悉。其實，它還有另一個名字——氟利昂。嚴格意義上來説，不是所有的氯氟烴都叫做氟利昂，只有科慕公司（2015年由杜邦公司剝離而成立）製造的R-12、R-13B1、R-22、R-502、R-503才被標記於氟利昂，氟利昂是這五種物質的商品名。
早期製冷機裏面用的製冷劑是氨，但是這種物質比較危險（有腐蝕性），所以一直在尋求更加安全高效的製冷劑。1930年，通用汽車和杜邦共同開發出了二氟二氯甲烷（也就是上面提到的R12）這種製冷劑。
二氟二氯甲烷 | 來源：Wikipedia
氟利昂之所以是優良的製冷劑、發泡劑，正是因為它具有合適的沸點、蒸汽壓。但現在我們知道，氟利昂的使用會破壞臭氧層，造成南北極的臭氧空洞。氟利昂中排放到大氣中，在紫外線作用下會分解，產生遊離的氯原子。氯原子充當催化劑的作用，使得臭氧不斷分解。
北極地區在比正常年份温暖的1984年和極端寒冷的1997年產生的臭氧層破洞情況 | 來源：Wikipedia
隨後，氫氟碳化合物（HFCs）開始取代氟氯碳化物（比如1,1,1,2-四氟乙烷，別名R-134a），然而研究顯示氫氟碳化合物為超温室效應氣體（比二氧化碳造成的温室效應還厲害，真的太難了）。其實，現在宣傳的“無氟冰箱”其實應該叫做“無氯冰箱”更為合適，因為使用的製冷劑不含“氯”。至於為什麼會叫做“無氟冰箱”，應該是無氟利昂的意思吧。
説了這麼多發泡原理，可是小編的蛋糕依然做不好，多麼想我的蛋糕能像下面這杯聚氨酯發泡塑料一樣，黃澄澄且鬆軟多孔有彈性呀~
參考資料
[1] 聚氨酯
[3] 發泡塑料