其他

遇火不燃、盛水不破的紙鍋

餐飲業者近幾年從日本引進一種可以裝大量水,並長時間於火上煮食的紙鍋,噱頭十足,然而紙為可燃物,為什麼紙鍋遇火不會燃燒,盛水也不易破掉?它有什麼特別之處?

撰文/楊嘉慧
審稿/李璜桂(中國文化大學化工系教授)
2002-01

其他

遇火不燃、盛水不破的紙鍋

餐飲業者近幾年從日本引進一種可以裝大量水,並長時間於火上煮食的紙鍋,噱頭十足,然而紙為可燃物,為什麼紙鍋遇火不會燃燒,盛水也不易破掉?它有什麼特別之處?

撰文/楊嘉慧
審稿/李璜桂(中國文化大學化工系教授)
2002-01

 近幾年,餐廳出現一種以紙做的鍋子,不僅能將其放於火上,還能煮熟食物。這種神奇的紙鍋是日本人在100多年前發明的,不過當時的紙鍋是在紙的表面塗上一層明膠,以防止水滲透,因此只能短時間加熱食物;隨著造紙技術的進步,現在的紙鍋不僅可以盛放大量高湯,還能長時間熬煮,有一定的實用程度。


餐廳業者使用的紙鍋呈漏斗狀,能盛裝大量的水,並於火上烹煮數個鐘頭。(影像來源:205巷紙火鍋)


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基),當纖維素間的距離夠近,羥基之間就會形成氫鍵,彼此吸引,不過氫鍵的作用力相較於共價鍵弱很多,只要施加一點外力,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。


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。(電腦繪圖:姚裕評)


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。(電腦繪圖:姚裕評)


 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,且水分子很難破壞此共價鍵結構,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蠟燭上,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,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。


紙鍋示意圖,由於製程中添加濕強劑、耐燃劑,且表面有塗上結晶化的聚對苯二甲酸乙二酯,因此紙鍋的強度與燃點較一般紙高出很多。(電腦繪圖:姚裕評)


 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。







延伸閱讀

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〈紙箱為何遇水就破?〉,黃良典專文解答,《科學人》2005年8月號

高一課本《基礎化學》