紙火鍋的原理

紙火鍋的原理

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水泡不爛的秘密

　紙鍋可以當鍋子使用，主要具備兩項特性，即紙張強度及燃點都比一般紙高。紙的原料來自植物中的纖維，一般製紙過程是先利用泡水、煮爛及浸泡化學藥劑等步驟，從植物中分離出纖維(主要成份為纖維素，cellulose)，接著磨碎纖維，再依用紙需求添加化學成份，最後經過壓平和烘乾等手續，纖維素之間就會以氫鍵相互結合，形成具有一定強度的紙張。

　中國文化大學化工系教授李璜桂表示，氫鍵的產生是因為纖維素的組成單元葡萄糖分子具有多重羥基（-OH鍵），當纖維素間的距離夠近，羥基之間就會形成氫鍵，彼此吸引（見右圖），不過氫鍵的力量相當微弱，只要一點外力，彼此的引力就會消失，使紙張破裂。此外，羥基也能與水分子形成氫鍵，水滲入紙張後，有些纖維素上的羥基會轉而與水分子形成氫鍵，原本纖維素間的氫鍵結合力因此喪失，使紙張容易破裂（見右下圖）。

　為了提高紙鍋的強度，製紙過程會添加濕潤紙力增強劑（簡稱濕強劑），改變纖維間的結合方式。濕強劑會使纖維素之間形成共價鍵，其結合力比氫鍵強10倍以上，水分子很難破壞共價鍵，所以紙張不僅變得較難撕裂，遇水也不易破裂。

紙燒不著是物理現象

　紙鍋為什麼可以放於火上烹煮呢？其實將任一個裝了水的紙杯置於臘燭上，紙杯也不會燃燒起來，這只是個很普通的物理現象。李璜桂表示，水的沸點為100℃，只要紙鍋中的水沒有燒乾，就會不斷吸收紙從燭火得到的熱能，使紙的溫度無法超過100℃，達不到紙的燃點160℃，因此不會燒起來。然而，紙杯的強度不夠，用於煮食很容易引發意外，因此紙鍋必須經過特殊處理，使其可以長時間熬煮，同時不會因為攪拌而使紙張破裂。

　李璜桂表示，紙鍋使用兩種提高燃點的方法來達到雙層防火，一種是在製程中添加耐燃劑，讓紙本身的燃點提高；另一種是在紙的表面塗上結晶化的聚對苯二甲酸乙二酯（crystal polyethylene terephthalate, C-PET）塗料（見右圖），提高紙表面的燃點。聚對苯二甲酸乙二酯就是寶特瓶原料，而結晶化的PET分子排列整齊，結構強，可讓紙的燃點上升至600℃左右，使其可在溫度更高的瓦斯爐上燃燒或微波爐上加熱，也可避免在烹煮時因乾燒而瞬間燒起來的意外。C-PET也具防水功效，讓水不會滲出造成漏水。

　由於造紙技術的進步，現在才能用各種方法改變紙的特性，使原屬於易燃物、遇水會破的紙，變成可以盛裝湯汁、食材，讓人得以享受以紙鍋煮食的樂趣。

 

 

 

 

 

 

 

 

紙張放大示意圖。纖維素是葡萄糖的聚合物，構成紙張的纖維素分子之間，可藉由氫鍵結合。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

紙遇水後，水分子會將纖維素間的距離撐開，使紙膨漲。此外，纖維素分子也會與水形成氫鍵，讓某些纖維素分子間的氫鍵消失，造成紙張易破。

紙張強度，比一比

　濕強劑的開發約在二次世界大戰時期，主要應用於地圖紙，讓軍隊在雨中作戰時也能按圖索驥，之後才大量用於民生用品。中國文化大學化工系教授李璜桂表示，比較衛生紙與餐巾紙或面紙的差異，就能馬上知道濕強劑的效果：衛生紙完全沒有加濕強劑，擦拭後，短小的纖維(微細纖維，即紙粉)容易掉出來，一遇水，纖維也會斷裂使紙破掉，這也是為什麼衛生紙可直接丟進馬桶不會造成堵塞的緣故；至於餐巾紙、面紙，由於添加了濕強劑，泡水後仍可保持一定強度，丟入馬桶很容易造成堵塞。

　濕強劑添加的多寡會影響紙質的強度，例如餐巾紙較面紙含更多濕強劑，而一般必須盛水或泡水達數分鐘或數小時的紙鍋、茶包、咖啡濾紙等，也會添加較多的濕強劑；由於濕強劑會溶進飲料裡，因此用於盛裝食物的紙都是添加食品用濕強劑，即使溶進食物也不致對人體造成傷害。不過，濕強劑所能提高的強度仍有限度，盛裝牛奶或果汁的紙盒除了加濕強劑外，表層還會塗上一層聚乙烯薄膜（PE薄膜），讓水不會滲進纖維，因而能達到長時間盛裝飲料的目的。