紙為什麼一濕就容易破？
― 沒有「膠水」卻能把紙黏在一起的東西
乾燥時明明很堅韌的紙，一旦碰到水，只要稍微用點力就會輕易破掉。用衛生紙、收據，或是濕掉的報紙時，你可能都有過這種經驗。紙的纖維，其實原本就不是靠「膠水」黏在一起的。這個事實，正是解開「濕了就變弱」這個謎題的關鍵。
用雙手拉扯乾燥的影印紙，並沒有那麼容易撕破。但是，把紙弄濕之後再用同樣的方式拉扯，卻只要一點點力氣，就會輕易地裂開。
你或許也看過，放在洗衣機裡忘記拿出來的收據，洗完之後變成了碎爛的紙屑。
紙這種材料本身，為什麼光是碰到水，性質就會改變這麼多呢？
紙是由木材等原料中取出的纖維（紙漿）聚集而成，不使用「膠水」，而是纖維彼此直接黏合而成的。
紙一旦碰水，水分子就會鑽進纖維之間的結合處，把這個結合奪走，使得纖維容易變得零散。
接下來，我們依序來看看，讓紙之所以成為紙的那個「看不見的結合」，究竟是什麼。
紙，是纖維交纏而成的「網」
紙是把從木材等植物中取出的纖維素（一種纖維物質，簡稱纖維，紙漿即由此而來），放進水裡打散、攤平成薄片後乾燥製成的。一般的紙，並不會使用把纖維黏在一起的「膠水」。
即便如此，紙之所以能成為一張堅韌的完整薄片，是因為纖維彼此在接觸點上直接結合在一起。
把纖維黏在一起的，是「氫鍵」
纖維素的分子上，附著著大量的羥基（－OH）。在造紙的過程中，纖維緊密接觸的地方，各自的羥基會藉由氫鍵這種力量互相吸引。
氫鍵單獨來看並不是很強的力，但是在紙的纖維互相接觸的無數個點上不斷累積，整張紙就會產生相當堅固的強度。這與冰為什麼會浮在水上一文中介紹的水分子之間的結合，基本上屬於同一種力。
纖維彼此是靠氫鍵這隻「看不見的手」直接握在一起。
水一旦鑽入，就會奪走這個結合
水分子和纖維素的羥基一樣，也具有形成氫鍵的性質。紙一旦碰水，水分子就會鑽進纖維與纖維之間的空隙，把原本纖維之間的氫鍵，換成和水分子之間的結合。
水分子與纖維之間形成的結合，在液態水中會不斷重組變化，無法發揮牢牢固定纖維的作用。結果就是，纖維彼此變得容易滑動，整個網狀結構因此鬆散。這被認為是紙一碰水就變弱的最主要原因。
此外，纖維素的纖維本身也具有吸水膨脹的性質。纖維形狀的改變，也被認為與整體結構強度的下降有關。
乾燥後強度會恢復一些，但是……
把濕掉的紙晾乾之後，隨著水分子離開，纖維之間的氫鍵會在一定程度上重新形成，強度也會恢復一些。不過，很難完全恢復到原本的強度。
這是因為一度吸水膨脹的纖維，在乾燥的過程中會固化成與原本不同的形狀所致。這個現象有時被稱為「角質化」，也被認為是利用舊紙回收製成的再生紙，強度往往略遜於全新紙張（由原生紙漿製成的紙）的原因之一。
紙鈔、收據用紙，以及部分廚房紙巾，有時會事先用特殊藥劑處理，使用了「濕強劑」來降低碰水後強度下降的程度。正因為一般的紙不耐濕，才需要因應用途，特意加入讓紙更耐濕的巧思。
可以自己動手確認的事
- 把影印紙或廚房紙巾剪成相同大小的兩張
- 一張保持乾燥，另一張泡水後輕輕甩掉多餘水分
- 兩張都用差不多的力氣，慢慢拉扯看看
- 確認濕的那張，用小得多的力氣就會裂開
- 試著用不同種類的紙（例如衛生紙和廚房紙巾）比較看看，也會發現耐濕程度有差異
有些廚房紙巾刻意做成耐濕款，所以不會像影印紙那樣一碰水就變得極端脆弱。
總結
紙是纖維彼此靠氫鍵這種力量直接結合而成的「網」。一旦碰水，水分子會鑽進這個結合並將它奪走，使纖維變得容易滑動，強度因此大幅下降。晾乾之後結合會恢復一部分，但由於纖維的形狀已經改變，無法完全恢復原狀。
支撐著紙的，不是膠水。
而是小到看不見、無數個「握手」。
同樣是纖維素纖維與水的關係，在自然界中也發揮著作用。松果為什麼一濕就閉合、一乾就打開？一文，介紹了吸水的纖維如何讓鱗片彎曲，開合出傘狀構造的機制。
想知道更多 ― 用語、數值，以及與教科書的連結從國中理化到研究中的議題，會明確標示屬於哪個程度
- 國中國中理化課會學到的範圍
- 高中高中「基礎化學」會學到的範圍
- 高中＋高中「化學」科目，或教科書中屬於延伸、專欄性質的內容
- 大學高中不會教、屬於大學專業科目（紙漿・紙科學）的內容
- 研究連大學都還不當成「定論」教授、是研究人員目前正在探究中的話題
國中用語：與紙有關的詞彙
- 纖維素：構成植物細胞壁的纖維狀物質。是紙的主要原料。
- 紙漿：從木材等原料中取出、作為紙原料的纖維。
- 氫鍵：以氫原子為媒介，分子之間互相吸引的一種較弱的結合力。
- 羥基（－OH）：由氧原子和氫原子連接而成的部分，容易形成氫鍵。
高中用算式確認：濕紙會變弱多少
我們用假設的數值，來確認紙被撕裂所需要的力量，會因為碰水而下降多少。
濕紙的強度 ＝ 乾紙的強度 × 殘留比例
| 撕裂乾紙所需要的力 | 這裡以 40 N（牛頓）作為假設數值 |
| 碰水後殘留強度的比例 | 雖然依紙的種類而異，但一般認為，代表性的大致標準會降到乾燥狀態的一成左右（約8%） |
| 撕裂濕紙所需要的力 | 40 × 0.08 ＝ 3.2 |
| 撕裂濕紙的力 | 約 3.2 N |
| 乾紙是濕紙的幾倍 | 40 ÷ 3.2 ＝ 12.5 |
| 強度比 | 約 12.5 倍 |
| 喪失的強度比例 | 100 － 8 ＝ 92 |
| 喪失的強度 | 約 92% |
計算結果顯示，只是碰到水，撕裂紙所需要的力量就會下降到接近十分之一。之所以會產生這麼大的差距，可以認為是因為紙的強度幾乎全靠不耐水的氫鍵在支撐。
※ 力量的數值、殘留強度的比例，都是為了幫助理解機制而設的假設值。實際數值會因紙的種類、厚度、纖維配比而有很大差異。
高中＋氫鍵為什麼不耐水
眾所周知，氫鍵的強度和共價鍵等直接連結分子內部的結合相比，相當微弱。正因如此，當水分子這種同樣容易形成氫鍵的物質大量湧入時，原本的結合就容易被取代掉。紙的強度是靠不耐水的氫鍵支撐這件事，可以說直接決定了整張紙「怕水」的特性。
大學「角質化」― 紙科學的一種概念
纖維一旦經歷濕潤又乾燥的過程，原本的纖維結構就會發生不可逆的變化，能夠形成氫鍵的部分因而減少，這種現象在紙漿・紙科學領域被稱為角質化（hornification）。據報告指出，舊紙被反覆回收利用的次數越多，這種角質化就越明顯，再生紙的強度也有逐漸下降的傾向。
研究目前還不清楚的事
- 據信角質化究竟是透過什麼樣的分子層級變化發生的，其詳細機制尚未完全解明。一般認為與纖維內部微觀結構的變化有關，但為了建立定量的預測模型，研究仍在持續進行中。
- 紙鈔、廚房紙巾等使用的「濕強劑」，多數在化學上會降低紙的生物可分解性與回收適用性，這是一個課題。開發既耐濕、又兼顧環境（容易生物分解、容易回收再利用）的藥劑，是造紙產業的研究主題之一。
- 利用植物來源的新型纖維材料（如奈米纖維素）能把紙的強度與機能性提升到什麼程度，也是材料科學領域正在進行的研究。
紙這種自古以來就存在於身邊的材料，在兼顧強度與環境性能這一點上，仍留有持續研究中的課題。
與教科書的連結（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文何處 |
|---|---|---|
| 國中 | 理化・物質的性質 | 纖維素、紙漿、氫鍵的基本用語 |
| 高中 | 基礎化學・分子間作用力 | 從強度比例推算力量大小的計算 |
| 高中＋ | 化學・化學鍵結 | 氫鍵與共價鍵強度的差異 |
| 大學 | 紙漿・紙科學 | 角質化（hornification）與再生紙強度下降 |
| 研究 | 材料科學・造紙產業（研究中） | 環保型濕強劑、奈米纖維素材料 |
- 紙パルプ技術協會（Japan Technical Association of the Pulp and Paper Industry，紙パルプ技術協會）相關資料中，關於纖維間結合（fiber bonding）的解說。
- 基礎化學教科書中，關於氫鍵與分子間作用力的解說。
- 紙漿・紙科學相關研究文獻中，關於角質化（hornification）現象的解說。
- 製紙業界的技術資料中，關於濕強劑作用與用途的解說。
- 材料科學相關文獻中，關於奈米纖維素材料的研究動向。
※ 強度的數值、比例是為了理解機制所設的代表性參考值。實際數值會因紙的種類與條件而有很大差異。
※本文為一般大眾取向的科學解說。若重要文件或紙鈔不慎碰水，請以發行單位或相關機構的說明為準。