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| 紙 | |
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| 材質タイプ | 薄い素材 |
| 物理的特性 | |
| 密度 ( ρ ) | 10 gsmから3000 gsmまで |
| 紙 | |||||||||||||||||||||||||
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.svg/500px-Paper_(Chinese_characters).svg.png) 繁体字（上）と簡体字（下）の「紙」 | |||||||||||||||||||||||||
| 繁体字中国語 | 紙 | ||||||||||||||||||||||||
| 中国語（簡体字） | 紙 | ||||||||||||||||||||||||
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紙は、木材、ぼろ布、草、またはその他の植物源から得られるセルロース繊維を水中で機械的または化学的に処理し、繊維が表面に均一に分布するように目の細かいメッシュで水を切った後、圧縮して乾燥させることで製造される薄いシート材料です。紙はもともと一枚一枚のシートが手作業で作られていましたが、現在ではほぼすべてが大型機械で製造されており、中には幅10メートルのリールを作り、毎分2,000メートルの速度で稼働し、年間最大60万トンを生産するものもあります。[本文では未検証]紙は、印刷、絵画、グラフィックス、標識、デザイン、包装、装飾、筆記、清掃など、多くの用途を持つ多目的材料です。また、フィルター紙、壁紙、本の見返し、保存用紙、ラミネート加工の調理台、トイレットペーパー、紙幣、セキュリティ用紙として使用したり、さまざまな産業プロセスや建設プロセスで使用したりすることもできます。
製紙工程は東アジア、おそらく中国で、少なくとも紀元後105年には漢の宮廷宦官蔡倫によって開発されましたが、最も古い考古学的に発見された紙の断片は中国で紀元前2世紀のものです。[2]現代のパルプおよび製紙産業は世界的な規模で、中国がその生産をリードし、米国がそれに続いています。
歴史
現代の紙の直接の原型として知られている最も古い考古学的断片は、紀元前2世紀の中国に遡ります。パルプ製紙の製法は、紀元2世紀の漢の宮廷宦官である蔡倫によるものとされています。[2]
製紙の知識は、 751年のタラスの戦いで2人の中国人製紙業者が捕虜になった後にイスラム世界に伝わったと言われています。この話の真偽は定かではありませんが、その後すぐにサマルカンドで紙が作られ始めました。 [3] 13世紀には、紙に関する知識と用途が中東から中世ヨーロッパに広がり、そこで最初の水力製紙工場が建設されました。[4]紙はバグダッドの街を通じて西洋に導入されたため、最初はバグダティコスと呼ばれていました。[5] 19世紀には、工業化により紙の製造コストが大幅に削減されました。1844年、カナダの発明家チャールズ・フェネルティとドイツの発明家フリードリヒ・ゴットロープ・ケラーは、それぞれ独立して木材繊維をパルプ化するプロセスを発明しました。[6]
繊維の初期の供給源
製紙業が工業化される前は、最も一般的な繊維源は、ぼろ布と呼ばれる使用済み織物からの再生繊維でした。ぼろ布は麻、リネン、綿から作られていました。[7]再生紙から印刷インクを除去するプロセスは、1774年にドイツの法律家ユストゥス・クラプロートによって発明されました。 [7]今日、この方法は脱墨と呼ばれています。1843年に木材パルプが導入されて初めて、紙の生産はぼろ拾いからの再生材料に依存しなくなりました。[7]
語源
「紙」という語は、ラテン語の 「パピルス」に由来し、これはギリシャ語の 「πᾰ́πῡρος ( pápūros )」、つまりパピルス科の植物を意味する語に由来する。[8] [9] パピルスは、パピルス科の植物の髄から作られる厚手の紙のような素材で、紙が導入される前の古代エジプトやその他の地中海文化では筆記具として使われていた。 [10] 「紙」という語は語源的にはパピルスに由来しているが、この2つは製造方法が大きく異なり、前者の発展と後者の発展は別個のものである。パピルスは天然の植物繊維の積層体であるのに対し、紙は浸軟によって特性が変化した繊維から製造される。[2]
製紙
化学パルプ化
木材からパルプを作るには、化学パルプ化工程でセルロース繊維からリグニンを分離します。蒸解液を使用してリグニンを溶解し、次にセルロースから洗い流します。これにより、セルロース繊維の長さが維持されます。化学パルプから作られた紙は、木材不使用紙（無樹木紙と混同しないでください）とも呼ばれます。これは、時間の経過とともに劣化するリグニンを含まないためです。パルプを漂白して白い紙を作ることもできますが、繊維の 5% が消費されます。化学パルプ化工程は、すでに 90% がセルロースである綿から作られた紙を作るのには使用されません。
化学パルプ化には主に 3 つの方法があります。亜硫酸法は1840 年代にさかのぼり、第二次世界大戦前は主流の方法でした。クラフト法は1870 年代に発明され、1890 年代に初めて使用され、現在では最も一般的に実践されている戦略です。その利点の 1 つは、リグニンとの化学反応で熱が発生し、その熱を利用して発電機を稼働できることです。クラフト法を使用するパルプ化作業のほとんどは、電力網に純貢献しているか、隣接する製紙工場を稼働させるために電力を使用しています。もう 1 つの利点は、このプロセスではすべての無機化学試薬を回収して再利用することです。ソーダパルプ化は、わら、バガス、およびケイ酸塩含有量の高い広葉樹をパルプ化するために使用されるもう 1 つの特殊プロセスです。
機械パルプ化
機械パルプには、サーモメカニカルパルプ (TMP) とグラウンドウッドパルプ (GW) の 2 種類があります。TMP プロセスでは、木材をチップ状にしてから蒸気加熱リファイナーに送り、チップを 2 枚の鋼板の間で圧縮して繊維にします。グラウンドウッド プロセスでは、樹皮を剥いだ丸太をグラインダーに送り、回転する石に押し付けて繊維にします。機械パルプ化ではリグニンが除去されないため、歩留まりは非常に高く、95% を超えます。ただし、リグニンが原因で、製造された紙は時間の経過とともに黄色くなり、脆くなります。機械パルプは繊維が短いため、弱い紙になります。機械パルプの製造には大量の電気エネルギーが必要ですが、化学パルプよりもコストはかかりません。
脱インクパルプ
紙のリサイクルプロセスでは、化学的または機械的に製造されたパルプを使用できます。パルプを水と混ぜて機械的作用を加えると、紙の水素結合が破壊され、繊維が再び分離されます。ほとんどのリサイクル紙には、品質を保つために一定量のバージン繊維が含まれています。一般的に、脱インクパルプは、その原料である回収紙と同じかそれ以下の品質です。
リサイクル繊維には主に 3 つの分類があります。
- 工場で廃棄された紙または工場内部の廃棄物 – これには製紙工場内で製造された規格外の紙または等級変更紙が含まれます。これらは製造システムに戻され、再び紙にパルプ化されます。このような規格外の紙は販売されないため、純粋な再生リサイクル繊維として分類されないことがよくあります。ただし、ほとんどの製紙工場は、リサイクルが普及するずっと前から、長年にわたって自社の廃棄繊維を再利用してきました。
- プレコンシューマー廃棄物 – これは裁断機の切れ端や封筒の白紙の廃棄物などの端切れや加工廃棄物です。製紙工場の外で発生し、埋め立て地に送られる可能性があり、純粋なリサイクル繊維源です。これには、インクを抜いたプレコンシューマー廃棄物（印刷されたが意図された最終用途に至らなかったリサイクル材料、プリンターの廃棄物や売れ残った出版物など）が含まれます。[11]
- 使用済み廃棄物 – これは、本来の用途で使用された紙の繊維で、オフィス廃棄物、雑誌の紙、新聞紙が含まれます。この材料の大部分は、デジタル印刷またはリソグラフィーやグラビア印刷などの従来の方法で印刷されているため、印刷された紙としてリサイクルされるか、最初に脱インク処理を経ます。
再生紙は 100% 再生材料から作ることも、バージンパルプと混合して作ることもできますが、（一般的に）バージンパルプから作られた紙ほど強度や光沢はありません。
添加物
繊維の他に、パルプにはチョークや陶土などの充填剤が含まれていることがあり、[12]印刷や筆記の特性が向上します。[13]サイズ剤をパルプに混ぜたり、製造工程の後半で紙ウェブに塗布したりすることもあります。このようなサイズ剤の目的は、インクや塗料に適した表面吸収性を確立することです。
紙の製造
パルプは抄紙機に送られ、そこで紙ウェブとして形成され、圧縮および乾燥によって水分が除去されます。
シートを押すと、強制的に水が除去されます。シートから水が除去されたら、伝統的なフェルトとは別の特殊なフェルトを使用して水を集めます。手作業で紙を作る場合は、代わりに吸取紙を使用します。
乾燥には、空気または熱を使用して紙のシートから水分を取り除くことが含まれます。製紙の初期の頃は、紙を洗濯物のように吊るして乾燥させていましたが、最近ではさまざまな加熱乾燥メカニズムが使用されています。抄紙機では、蒸気加熱缶乾燥機が最も一般的です。この乾燥機は 93 °C (200 °F) を超える温度に達することがあり、40 個以上の缶を長い列にして使用することで、缶から発生する熱によって紙を 6% 未満の水分まで簡単に乾燥させることができます。
仕上げ
その後、紙はサイズ処理され、さまざまな用途に使用できるように物理的特性が変更されます。
この時点では紙はコーティングされていません。コーティングされた紙は、高解像度のハーフトーンスクリーンに適した表面を作るために、片面または両面に炭酸カルシウムや陶土などの薄い層が塗布されています。(コーティングされていない紙は、150 lpi を超えるスクリーンにはほとんど適していません。) コーティングされた紙またはコーティングされていない紙は、カレンダー加工によって表面が磨かれることがあります。コーティングされた紙は、マット紙、セミマット紙またはシルク紙、および光沢紙に分けられます。光沢紙は、印刷された画像の 光学濃度が最も高くなります。
紙は、その後、巻取り印刷機で使用する場合はリールに巻かれ、他の印刷プロセスやその他の目的のためにシートにカットされます。紙の繊維は基本的に機械方向に走っています。シートは通常、「縦目」、つまりシートの長い寸法と平行な方向にカットされます。連続フォーム紙(または連続文具) は、幅に合わせてカットされ、端に穴が開けられ、積み重ねられます。
紙目
フォードリニアー機などの抄紙機で生産される紙はすべて織り紙です。つまり、ウェブを搬送する金網によって、紙の繊維方向と繊維方向を横切る方向に同じ密度の模様が残ります。機械の後の段階で適切なローラーを使用することで、手作業で作られたレイド紙を模倣したテクスチャ仕上げ、透かし模様、金網模様を作成できます。
ウォーヴ紙には「レイドライン」は見られません。レイドラインとは、金属線や竹の列で作られた型で紙を手作りしたときに紙に残る小さな規則的な線です。レイドラインは非常に密集しています。レイドラインは「チェーンライン」と垂直に走り、チェーンラインはさらに離れています。手作りの紙には同様に「デッケルエッジ」、つまり粗く羽毛のような縁取りが見られます。[14]
アプリケーション
紙は、その用途に応じて、さまざまな特性を持つように製造することができます。
出版、執筆、または情報提供の項目
- 価値を表すもの：紙幣、銀行券、小切手、証券（証券証書を参照）、バウチャー、チケット
- 情報保存用：本、ノート、方眼紙、パンチカード、印画紙
- 出版物、刊行物、読み物の場合：書籍、新聞、雑誌、ポスター、パンフレット、地図、標識、ラベル、広告、看板。
- 個人使用の場合：日記帳、ノート、メモ帳、日記帳、プランナー、メモなど。一時的な個人使用の場合：メモ用紙
- ビジネスおよび専門用途:コピー用紙、帳簿用紙、タイプ用紙、コンピュータ プリンタ用紙。請求書、領収書、チケット、バウチャー、請求書、契約書、公式フォーム、合意書などのフォームや文書用の特殊用紙。
- 通信用：個人間および/またはグループ間：手紙、はがき、航空便、電報、新聞紙、カード用紙
- 文書の整理と送信用：封筒、ファイルフォルダー、パッケージ、ポケットフォルダー、パーティションフォルダー。
- 芸術作品や用途：画用紙、パステル、水彩画、スケッチパッド、木炭画、
- より上品な紙を使用した特別な印刷物、文房具、羊皮紙、
包装および工業用途
- 包装用：段ボール箱、紙袋、封筒、包装紙、紙ひも
- 掃除用：トイレットペーパー、ペーパータオル、ティッシュペーパー。
- 食品用器具および容器： ワックスペーパー、紙皿および紙コップ、飲料用カートン、ティーバッグ、調味料、食品包装、コーヒーフィルター、カップケーキカップ。
- 建築用：張り子、折り紙、紙飛行機、クイリング、紙ハニカム、サンドペーパー、複合材料の芯材、紙工学、画用紙、紙糸、紙衣類
- その他の用途:エメリー紙、吸取紙、リトマス紙、万能指示薬紙、ペーパークロマトグラフィー、電気絶縁紙（フィッシュペーパーも参照）、ろ紙、壁紙
紙ベースのストレージソリューションは、1986年には全体の0.33％を占め、2007年にはわずか0.007％を占めたと推定されていますが、絶対値で見ると、世界の紙に情報を保存できる容量は8.7ペタバイトから19.4ペタバイトに増加しました。[15] 1986年には紙ベースの郵便物が世界の通信容量の0.05％未満を占めていたと推定されていますが、デジタル技術の大規模な導入後は急激に減少傾向にあります。[15]
紙は視覚芸術において重要な役割を果たしています。紙自体が2次元や3次元の形状やコラージュを形成するために使用されます。[16] [17]また、家具のデザインに使用される構造材料としても進化しました。[18] 水彩紙は長い製造および使用の歴史を持っています。
種類、厚さ、重さ
紙の厚さは、多くの場合、キャリパーで測定されます。これは、米国では通常、1000分の1インチで表され、その他の国ではマイクロメートル（μm）で表されます。[19]紙の厚さは0.07〜0.18ミリメートル（0.0028〜0.0071インチ）です。[20]
紙は重量によって特徴付けられることが多い。米国では、重量は、最終顧客に販売されるサイズに紙がカットされる前の、さまざまな「基本サイズ」の連（500枚の束）の重量である。たとえば、20ポンド、8.5インチ×11インチ（216 mm×279 mm）の紙の連は、より大きなシートから4つの部分にカットされているため、5ポンドの重さがある。[21]米国では、印刷用紙は通常20ポンド、24ポンド、28ポンド、または最大32ポンドです。カバー用紙は通常68ポンドで、110ポンド以上はカード用紙と見なされます。
ISO 216用紙サイズシステムを使用するヨーロッパおよびその他の地域では、紙の重量は 1 平方メートルあたりのグラム数 (g/m 2または通常は gsm) で表されます。印刷用紙は通常 60 gsm から 120 gsm です。160 gsm を超えるものは厚紙と見なされます。したがって、1 連の重量は紙の寸法と厚さによって決まります。
北米で販売されているほとんどの市販用紙は、慣習的な単位に基づいて標準的な用紙サイズにカットされており、用紙の長さと幅によって定義されます。
他のほとんどの国で使用されている ISO 216 システムは、紙の幅や長さではなく、紙の表面積に基づいています。このシステムは 1922 年にドイツで初めて採用され、各国がメートル法を採用するにつれて一般的に普及しました。最大の標準サイズの紙は A0 (A ゼロ) で、1 平方メートル (約 1189 × 841 mm) の大きさです。A1 は A0 の半分のサイズ (つまり 594 mm × 841 mm) で、A1 の紙を 2 枚並べると A0 の紙 1 枚に相当します。A2 は A1 の紙の半分のサイズ、というように続きます。オフィスや家庭でよく使用されるサイズは A4 と A3 です (A3 は A4 の紙 2 枚分のサイズです)。
紙の密度はティッシュペーパーの250 kg/m 3 (16 lb/cu ft)から一部の特殊紙の1 500 kg/m 3 (94 lb/cu ft)までの範囲です。印刷用紙は約800 kg/m 3 (50 lb/cu ft)です。[22]
紙は7つのカテゴリーに分類できます。[23]
- 多種多様な印刷用紙。
- 商品や製品を保護するための包装紙。ワックス紙やクラフト紙などが含まれます。
- 文房具の要件に適した筆記用紙。これには、元帳用紙、銀行用紙、債券用紙が含まれます。
- サイズ剤がほとんど含まれていない、またはまったく含まれていない吸取紙。
- 画家やデザイナーが使用する、通常は表面が粗い画用紙。薬莢紙も含まれます。
- ほとんどの装飾紙、アングル紙、和紙、ティッシュペーパーなどの手漉き紙は、すべて木目方向がないのが特徴です。
- 紙巻たばこ用紙、トイレットペーパー、その他工業用紙などの特殊紙。
紙の種類には次のようなものがあります。
紙の安定性
木材パルプから作られた初期の紙の多くには、かなりの量のミョウバンが含まれていた。ミョウバンは、非常に酸性の強い硫酸アルミニウム塩の一種である。ミョウバンは紙のサイズ付けを補助するために紙に加えられ、[24]紙をある程度耐水性にし、インクが「にじむ」ことや制御不能に広がることを防ぐ。初期の製紙業者は、製品の製造中に遭遇するほぼすべての問題を解決するために大量に添加したミョウバンが最終的に有害になることに気付いていなかった。[25]紙を構成するセルロース繊維は酸によって加水分解され、ミョウバンの存在により最終的に繊維が劣化し、酸性の紙は「スローファイア」と呼ばれるプロセスで分解される。ラグ紙に書かれた文書は大幅に安定している。紙の製造に非酸性添加物を使用することが一般的になりつつあり、これらの紙の安定性はそれほど問題ではない。
機械パルプから作られた紙には、木材の主成分であるリグニンが大量に含まれています。光と酸素の存在下では、リグニンは反応して黄色い物質を生成します。 [26]これが、新聞用紙やその他の機械紙が経年とともに黄色くなる理由です。漂白 クラフトパルプや亜硫酸パルプから作られた紙にはリグニンがほとんど含まれていないため、紙の白さが重要な本、書類、その他の用途に適しています。
木材パルプから作られた紙は、必ずしもぼろ紙よりも耐久性が劣るわけではありません。紙の劣化の仕方は、繊維の元々の供給源ではなく、製造方法によって決まります。[27]さらに、議会図書館が後援したテストでは、セルロース自体がギ酸、酢酸、乳酸、シュウ酸を生成するため、すべての紙は酸による劣化の危険にさらされていることが証明されています。[28]
機械パルプ化では、使用される乾燥木材 1 トンあたりほぼ 1 トンのパルプが得られるため、機械パルプは「高収率」パルプと呼ばれることもあります。化学パルプ化のほぼ 2 倍の収率があるため、機械パルプは安価であることが多いです。大衆向けのペーパーバックの本や新聞では、機械パルプが使用される傾向があります。書籍出版社は、ハードカバーやペーパーバックの本に、完全に漂白された化学パルプから作られた無酸性紙を使用する傾向があります。
環境への影響
紙の生産と使用は環境にさまざまな悪影響を及ぼします。
過去40年間で世界の紙の消費量は400%増加し[説明が必要] 、森林破壊の増加につながっています。伐採された木の35%が製紙に使用されています。ほとんどの製紙会社は、森林の再生を助けるために植林も行っています。原生林の伐採は木材パルプの10%未満を占めていますが[29]、最も議論の多い問題の一つです。
紙廃棄物は、米国で毎年生成される廃棄物全体の最大40％を占め、米国だけで年間7,160万トンの紙廃棄物が発生します。[30]米国の平均的なオフィスワーカーは、毎日31ページを印刷します。[31]アメリカ人はまた、年間 約160億個の紙コップを使用しています。
従来の木材パルプの漂白では、塩素化ダイオキシンを含む大量の有機塩素化合物が生成され、環境に放出されます。[32]ダイオキシンは残留性環境汚染物質として認識されており、残留性有機汚染物質に関するストックホルム条約によって国際的に規制されています。ダイオキシンは毒性が強く、人間の健康への影響には生殖、発達、免疫、ホルモンの問題が含まれます。ダイオキシンは発がん性があることが知られています。ダイオキシンは食物連鎖の中で動物の脂肪組織に蓄積されるため、人間の曝露の90％以上は主に肉、乳製品、魚、貝類などの食品を介しています。[33]
製紙パルプ産業と印刷産業は、2010年に世界の温室効果ガス排出量の約1％を排出しました[34]、2012年には約0.9％を排出しました[35]。
現在の生産と使用
国連食糧農業機関（FAO）は、2022〜2024年版の年次「パルプ・紙生産能力調査」で、アジアが北米を抜いて最大のパルプ・紙生産大陸になったと報告している。[36]
2021年のFAOの数字によると、グラフィック用紙の生産量は2000年代半ばのピークから減少を続け、年間1億トンを下回っています。対照的に、その他の紙や板紙（段ボールや衛生用品を含む）の生産量は急増し続け、3億2000万トンを超えています。[36]
FAOは紙と板紙の分野で段ボールの生産が拡大していることを記録しており、これは2010年代以降、電子商取引の普及に応じて増加している。[36 ] FAOのデータによると、COVID-19関連のロックダウンによってさらに生産が促進されたことが示唆されている。[37]
未来
一部のメーカーは、発泡プラスチック包装に代わる、はるかに環境に優しい新しい包装材の使用を開始しています。紙で作られ、商業的にはペーパーフォームとして知られているこの新しい包装材は、一部の発泡プラスチック包装材と非常によく似た機械的特性を持っていますが、生分解性があり、通常の紙と一緒にリサイクルすることもできます。[38]
合成コーティング（ PFOAなど）に対する環境問題の高まりと炭化水素ベースの石油化学製品の価格高騰により、ポップコーンバッグなどの油脂の多い用途の紙のコーティングとしてゼイン（トウモロコシタンパク質）に注目が集まっています。[39]
また、紙よりも耐久性の高い素材として、 タイベックやテスリンなどの合成繊維が印刷媒体として導入されています。
参照
引用
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一般的な参考文献
- バーンズ、ロバート I. (1996)。 「紙が西洋に伝わった、800 ～ 1400 年」。リンドグレーン、ユタ編（編）。Europäische Technik im Mittelalter。 800 から 1400。伝統と革新(第 4 版)。ベルリン: Gebr.マン・フェルラーク。 413–422ページ。ISBN 978-3-7861-1748-3。
- Tsien, Tsuen-Hsuin (1985)。Needham , Joseph (編)。紙と印刷。中国の科学と文明、化学と化学技術。第 V 巻 (パート 1)。ケンブリッジ大学出版局。
- 「文書の二重写し」アーカイブ - はじめに - 真実の検出。偽造、贋作、詐欺 - カナダ図書館・文書館 2017 年 4 月 12 日にWayback Machineにアーカイブ。カナダ図書館・文書館の仮想博物館展示
さらに読む
| 外部ビデオ | |
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 マーク・カーランスキー氏との「Paper: Paging Through History」に関するディスカッション、2016 年 6 月 12 日、C-SPAN |
- クルランスキー、マーク(2016)。論文: Paging Through History。WW Norton & Company。ISBN 9780393239614。
- モンロー、アレクサンダー（2013）。『ペーパートレイル：世界最大の発明の意外な歴史』ロンドン：アレンレーン。ISBN 9781846141898. OCLC 1040764924.
- 「紙の明るさ、白さ、色合い：定義と違い」デビッド・ロジャース著（2015 年 6 月 26 日）
外部リンク
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- パルプ製紙産業技術協会 ( TAPPI ) 公式ウェブサイト
- メリーランド大学図書館のアーノルド・イェーツ紙コレクション
- 「紙はどのように作られるか？」The Straight Dope、2005 年 11 月 22 日
- サッピによる現代の製紙システムに関する13分間のビデオ
