研究紹介

     紙はパルプ繊維が積み重なることで作られます．「ただ積み重なるだけでこんなに強くなるわけないじゃん！」

と思いますよね．実は，繊維と繊維の間には結合が作られます．そのうちの一種がセルロースの水酸基によって

形成される水素結合です．

     では，繊維間結合はどのように形成されるのでしょうか．ポイントは水です．

手すき紙を作る場面をイメージしてください．パルプを水と混ぜてどろどろになった懸濁液を網目の型に入れました．

水が網目から徐々に抜けていき，その後は乾燥させますね．水には，水分子同士を引き寄せる表面張力があります．

乾燥の際に，繊維同士がその間に存在する水の表面張力によって引き寄せられます．すると，繊維間に水素結合が生じます．

この水素結合をはじめとする繊維同士のつながりによって，紙としての強度が生まれます．

     また，できた紙を水に漬けると，繊維間の結合が再び切れて，パルプ繊維が水中でばらばらになります．

紙のリサイクルはこの原理により成り立っており，リサイクルによって再びパルプ繊維を利用することができます．

ただし，なかには，水に漬けるだけでは切れないほど，繊維間の結合が強い部分も存在します．

それによる紙の構造変化や他のさまざまな要因によって，リサイクルパルプからなる古紙はリサイクル前の紙と比べて

性質が異なります．

   次に，セルロースナノファイバー（CNF）とはなんでしょうか．

CNFは繊維の長さ方向が100 nm以下のセルロース繊維を指します．（ちなみに可視光の波長は380 nm～780 nmです．）

パルプに解繊（かいせん）処理を施すことで，このようなきわめて小さな微細繊維を生成することができます．

CNFは，ナノレベルに小さいこと，比表面積が大きいこと，配向性が高いことなどを生かして様々な効果を発揮します．

ここには書ききれないほどの効果があるため，検索してみてください．幅広い分野に使われていて，きっと驚くと思います．

本研究室でもCNFの特徴を生かした研究を行っています．

    ここまで紙・パルプ・セルロースナノファイバーの構造について説明してきましたが，基本構造や形成原理は

分かっていないことがまだまだあります．よって，基礎研究を行い，これらを明らかにしていく必要があります．

ポイントは「モノの循環」

 あなたの着ている服，飲んでいるペットボトル，使っているノートはどこから来て，どこへ行くのでしょう．

このようなモノの循環を考えてみると，どれも

                                                  資源採取   ⇒ 原材料製造 ⇒  製品加工⇒   流通

                                                                                       ⇑                                               ⇓

                                                                                 (リサイクル)       ⇐            消費 

                                                                                                                                         ⇓

                                                                                                                                       廃棄

というライフサイクルをたどっていることが見えてきます．（↑図はスマホを横にして見てみてください．）

また，この過程では，資源・エネルギーの投入，汚染物質・マイクロプラスチック・埋め立て廃棄物などの排出が発生します．

ここで，紙とプラスチックの特徴を比較してみます．

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   ー紙ー                                                                                                     

・再生可能な木質資源が原料                                                         

・比較的省エネルギープロセスで製造可能                             

・単純な成分からなる                                                                        

・リサイクル可能（再生紙や紙を原料とする再生品へ）

・自然界に存在していたときと分子構造が変わらない            

  ープラスチックー       

・枯渇性資源の石油が原料

・製造・加工に比較的大きいエネルギーを必要とする

・添加剤（環境ホルモンとして作用する化学物質や重金属）を加える

・リサイクル可能（サーマルリサイクルが主）

 ・自然界にはない分子構造

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     これらの特徴から，両者が歩むライフサイクルの違い，地球環境への調和性を想像してみてください．

プラスチックは，使用する消費者からすると，軽くて強い・耐水性がある・分解しにくいなど，魅力で溢れています．

一方で，ライフサイクル全体を通して見てみると，環境への負荷が大きいことが分かります．

では，もしプラスチックに求められる性能を「紙」で実現できたらどうでしょうか．

このような環境調和型材料への代替ができれば，予防の原則により，ライフサイクルを通した環境負荷の低減

が可能になりますね！本研究室では，プラスチックや添加剤を紙に混合するのではなく，紙の潜在的な能力を引き出すことで

紙の性能向上を実現したいと考え，研究を行っています．

（プラスチックの環境影響評価に関する研究は，高田先生・水川先生の研究室ページをご覧ください．http://www.tuat.ac.jp/~gaia/Index.html ）