【研究分野】林産学

【研究領域課題番号】10556036 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

紙 / 古紙 / セルロース / 吸水性 / 保水材 / 砂漠緑化 / 架橋剤 / 生分解性 / 天然繊維

【研究成果の概要】

我々は日々の生活の中で膨大な量の紙類を使用し、その結果として古紙類を排出している。紙類が樹木を中心とした植物資源から生産されていることを考えると、古紙類を再び紙として再生させることは地球環境にとって極めて有益であるといえる。しかし、低質古紙類については徒に紙に再生するのではなく、セルロースス資源としての特質に注目して、新たな材料に変換・利用することが必要である。本研究では広葉樹材由来の晒クラフトパルプを古紙のモデルとして、その化学的変換によって高性能吸水材の開発を試みている。パルプのカルボキシメチル化によって水溶性のカルボキシメチルセルロースを調製したのち、ポリエチレングリコール・ジ・グリシジルエーテル(PEGDGE)を用いた架橋によって、十分な吸水性能を有する吸水材の開発を意図した。初年度および2年度での検討によって、カルボキシメチル化段の反応終了後、直接架橋剤を添加する一段法によって、1gの自重に対し400gの水を保持する吸水材の開発に成功している。従来のセルロース系吸水材の保水値が100g程度であることを考えると、極めて高性能の吸水材であるといえる。
最終年度においては、更に高吸水性能を有する吸水材の開発を目的として、カルボキシメチル化の後に反応生成物を一旦単離したのち、改めて架橋剤による反応を行う二段法を試みた結果、保水値が700gに近い吸水材が得られることを見出した。このような高い吸水性能が、架橋剤として使用したPEGDGEの鎖長と架橋密度に密接に関係していること、すなわちルースでフレキシブルな架橋構造の形成が重要であることを結論した。古紙類等の低質セルロース資源から高性能吸水材が得られることが明らかとなったが、今後、これが乾燥地、低質土壌地域の緑化等に実用化されるには、本研究で得られた知見を基づいて一層安価な架橋剤の開発を計ることが極めて重要であるといえる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1998 - 2000

【配分額】13,200千円 (直接経費: 13,200千円)

【研究分野】生物資源科学

【研究領域課題番号】09556070 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

デンプン / 紙 / セルロース / 填料 / 紡糸 / 生物分解性 / 添加剤 / 繊維 / 古紙 / リサイクル / 脱インキ / 木材 / 生物分解法 / 焼却灰 / 不織布 / 自然崩壊性

【研究成果の概要】

1.各種のデンプンを水に加熟可溶化させ、約10%濃度のデンプン溶液にし、次に約60℃の状態からノズル経0.2mmの丸形あるいは三角形の押し出し装置から、40%濃度の硫酸アンモニウム水溶液に押し出し成形すると、繊維形状を有するデンプン繊維を調製することができた。その際に用いるデンプンとしては、アミロース、アミロペクチンの比率からトウモロコシデンプンが最適であることが明らかになった。
2.得られたデンプン繊維の熱、弱アルカリ条件下での形状安定性向上を目的として、各種の架橋剤を検討したが、デンプンに対して5%添加量以下では、十分な形状安定性を付与することができなかった。多量の架橋剤を添加した場合には繊維化することがてきなくなってしまった。デンプンの架橋剤による安定化には、条件を含めて再検討を要する。
3.一方、デンプン繊維調製の際に、デンプン水溶被に炭酸カルシウム粉体、二酸化チタン粉体等を混入することにより、安定した繊維化が可能になった。更に、これらの無機粉体複合デンプン繊維を用いることにより、デンプン繊維のみを添加することによる紙の不透明性の低下をある程度制御することができた。
4.セルロースとデンプンをザンテート溶液という共通溶剤に溶解させ、紡糸して調製したセルロースーデンプン複合繊維は、表面にセルロース成分が存在し、内側にデンプン成分が分布する構造を有するため、デンプンの熱溶融性、繊維間結合形成機能は現れなかった。そこで、この複合繊維を水存在下で機械的に磨砕処理する叩解処理により、デンプン成分の露出・特性発現を期待したが、期待される特性は発現できなかった。今後、デンプン成分の分布状態を制御する複合繊維化技術の検討を要する。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1997 - 1999

【配分額】8,500千円 (直接経費: 8,500千円)

【研究分野】林産学

【研究領域課題番号】08456085 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

古紙 / リサイクル / 脱インキ / 紙 / 木材 / 生物分解性 / 焼却灰 / 添加剤 / フローテーション

【研究成果の概要】

1. 紙のリサイクル処理過程における含有構成成分の量的変化について、サイズ剤成分(撥水化剤)であるロジン、ロジンエステル、アルキルケテンダイマー(AKD)およびアルケニル無水コハク酸(ASA)を検討したところ、ほとんどすべてのサイズ剤成分は脱墨過程でパルプから除去され、リジェクト成分に移動することが明らかになった。まだ、同様に無機粉体である填料成分、紙力剤および歩留り剤として用いられるデンプン成分、歩留り剤として添加される硫酸アルミニウム由来のアルミニウム成分もほとんど除去され、排液成分に移動することが明らかになった。リジェクト成分は最終的には燃焼処理されており、焼却灰の利用方法も含めて課題が残った。
2. 複写オフィス用紙のリサイクル利用の促進を考慮して、セルラーゼ、アミラーゼなどの酵素を脱墨処理の際に添加し、pHを中性〜弱アルカリ性に制御して脱トナー特性を評価した。その結果、特にアミラーゼ添加が、脱トナー性およびリサイクル紙の白色度向上に効果的であった。しかし、脱離したトナー成分(石油系高分子成分)の処理は、現状ではやはり燃焼処分しかなく、脱離したトナー成分の有効利用も含めたリサイクル処理技術、複写技術の展開が求められる。
3. 日本国内のパルプ製紙工場より排出されたスラッジ、およびその燃焼灰の元素分析(酸素、窒素、水素を除く)を行った結果、カルシウム、ケイ素、アルミニウムでその80%以上を占めていた。また、この結果を、都内の清掃工場から排出された焼却灰の元素成分と比較すると、ほぼ一致しており、紙ゴミが清掃工場で処分されるゴミの主要成分であることが示された。住宅廃材から調製した炭にはカルシウムが主成分であった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1996 - 1998

【配分額】7,600千円 (直接経費: 7,600千円)