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紙は、絡み合ったセルロース繊維の薄いシートです。主にリグノセルロースから作られる紙は、パルプをスラリー状に溶かし、それを水切りして乾燥させることで作られます。紙の種類は、構成繊維、パルプ、サイズ剤、コーティング、紙のサイズ、紙の密度、坪量によって定義されます。
製紙工程は、少なくとも西暦105年には漢王朝の宦官蔡倫によって東アジアで開発されたが、中国では紀元前2世紀の紙のような素材の考古学的証拠が存在する。製紙が工業化される前は、最も一般的な紙は、廃材を拾い集めた天然繊維の布地から作られたぼろ紙であった。1843年の木材パルプの発明と第二次産業革命が相まって、パルプ紙は今日まで主流となっている。[ 1 ]
「紙」という言葉は、語源的にはラテン語の「パピルス」に由来し、これはギリシャ語の「πᾰ́πῡρος ( pápūros )」に由来し、これはカヤツリグサ科の植物を指す言葉である。[ 2 ] [ 3 ]パピルスは、カヤツリグサ科の植物の髄から作られる厚手の紙のような素材で、紙が導入される以前の古代エジプトやその他の地中海文化で筆記に使われていた。 [ 4 ]「紙」という言葉は語源的にはパピルスに由来するが、この2つは異なる素材と製造方法を用いる別々の技術開発である。パピルスは天然の植物繊維を積層したもので、紙は浸漬によって性質が変化した繊維から作られる。[ 5 ]
紙は、パピルス、羊皮紙、ベラム、樹皮布、白樺の樹皮、ヤシの葉、竹や木の紙片など、他の初期の筆記材料に先行して存在し、それらと共存していた。
パピルスは、表面的には紙に似ているが、いくつかの欠点があり、最終的に紙に取って代わられた。地理的にエジプトで主に栽培される植物に限られていたこと、紙に比べて製造コストが高く手間がかかったこと、そしてもろく湿気に弱いため、湿った環境では破れやすかったことなどが挙げられる。[ 6 ]
現代の紙の直接の前身となるものの最も古い考古学的断片は、紀元前2世紀の中国に遡る。パルプ製紙のプロセスは、2世紀の漢王朝の宮廷宦官である蔡倫に帰せられている。[ 5 ] [ 7 ]
一般的に知られている歴史では、751年のタラスの戦いが製紙技術がイスラム世界に広まった瞬間だとされており、唐の製紙職人が捕虜として捕らえられ、製紙の「秘密」を抜き取られたとされている。[ 8 ]しかし、パンジケントでは、722年にアラブ人に占領される前に支配者デヴァスティチが残した、ソグド語、アラビア語、中国語で書かれた76の紙文書のアーカイブが発見されている。イスラム教徒が7世紀から8世紀にかけて初めて紙に出会ったとき、紙はすでに何世紀も前からこの地域に存在していた。敦煌では、313年に遡るソグド語の紙文書も発見されている。8世紀後半にはバグダッドでも紙が作られていた。 [ 9 ]
13世紀には、紙の知識と使用法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。[ 10 ]紙はバグダッド市を通じて西欧に伝わったため、最初はバグダティコスと呼ばれていました。[ 11 ]
19世紀には、工業化によって製紙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・フェナー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開発しました。[ 12 ]
パルプは、分離された繊維からなるリグノセルロース混合物である。ぼろ布やコウゾなどの従来型の低リグニンパルプ原料は機械的に分解することができるが、工業的なパルプ製造では主にパルプ材が使用され、これは化学的または機械的にパルプ化することができる。
木材からパルプを作るには、化学パルプ化プロセスによってリグニンをセルロース繊維から分離します。蒸解液を用いてリグニンを溶解し、セルロースから洗い流すことで、セルロース繊維の長さを維持します。化学パルプから作られた紙は、時間とともに劣化するリグニンを含まないため、木材不使用紙（樹木不使用紙とは異なります）とも呼ばれます。パルプを漂白して白い紙を作ることもできますが、その際に繊維の5%が消費されます。綿は既に90%がセルロースであるため、綿から作られる紙には化学パルプ化プロセスは使用されません。
化学パルプ製造には主に3つのプロセスがあります。亜硫酸法は1840年代に遡り、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行われている方法です。この方法の利点の1つは、リグニンとの化学反応で熱が発生し、それを発電機の運転に利用できることです。クラフト法を使用するパルプ製造工場のほとんどは、電力網に正味の電力を供給しているか、隣接する製紙工場の運転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できることです。ソーダパルプ製造は、藁、バガス、高ケイ酸塩含有量の広葉樹をパルプ化するために使用されるもう1つの特殊なプロセスです。
機械パルプには、熱機械パルプ（TMP）とグラウンドウッドパルプ（GW）の2種類があります。TMP法では、木材をチップ状に粉砕し、蒸気加熱式リファイナーに投入します。リファイナーでは、チップを2枚の鋼製ディスクの間で圧縮し、繊維状にします。グラウンドウッド法では、樹皮を剥いだ丸太をグラインダーに投入し、回転する石に押し付けて繊維状にします。機械パルプ法ではリグニンを除去しないため、収率は非常に高い（95%以上）ですが、リグニンが残っているため、製造された紙は時間とともに黄色に変色し、脆くなります。機械パルプは繊維が短いため、紙の強度が弱くなります。機械パルプの製造には大量の電力が必要ですが、化学パルプよりもコストは低くなります。
再生紙から印刷インクを除去するプロセスは、 1774年にドイツの法学者ユストゥス・クラプロートによって発明されました。今日ではこの方法は脱インクと呼ばれています。[ 1 ]
紙のリサイクル工程では、化学的または機械的に製造されたパルプのいずれかを使用できます。パルプを水と混合し、機械的な作用を加えることで、紙の水素結合が切断され、繊維が再び分離されます。ほとんどの再生紙には、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、脱墨パルプは、原料となった回収紙と同等か、それ以下の品質です。
再生繊維には主に3つの分類があります。
再生紙は、100％再生素材から作られる場合もあれば、バージンパルプと混合して作られる場合もあるが、（一般的に）後者から作られた紙ほど丈夫でも明るくもない。
パルプは製紙機械に供給され、そこで紙のウェブ状に成形され、プレスと乾燥によって水分が除去される。
紙を強く押すことで、水分が強制的に除去されます。水分が紙から押し出されたら、従来のフェルトとは異なる特殊なフェルトを使って水分を吸い取ります。手漉き紙を作る場合は、代わりに吸取紙が使用されます。
乾燥とは、空気または熱を用いて紙から水分を取り除く工程です。製紙の初期の頃は、洗濯物のように紙を吊るして乾燥させていましたが、現代では様々な加熱式乾燥装置が用いられています。製紙機械で最も一般的なのは、蒸気加熱式の缶型乾燥機です。この乾燥機は93 ℃（200 °F）以上の高温に達することがあり、40缶以上の連続した缶を連続して使用することで、発生する熱によって紙の水分含有量を6%未満まで容易に乾燥させることができます。
フォアドリニエ抄紙機などの抄紙機で製造される紙はすべて織り紙であり、つまり、紙のウェブを搬送するワイヤーメッシュが、紙の繊維方向と繊維方向に対して同じ密度の模様を残します。機械の後工程で適切なローラーを使用することで、質感のある仕上げ、透かし、手漉き紙を模したワイヤー模様などを作り出すことができます。
織り紙には、金属線や竹の列で作られたデックル型で紙を手漉きした際に紙に残る、小さくて規則的な線である「レイライン」は見られません。レイラインは非常に密に並んでいます。それらは、間隔が広い「チェーンライン」に対して垂直に走っています。手漉き紙には同様に「デックルエッジ」、つまり粗くて羽毛のような縁が見られます。[ 14 ]
紙の表面は、カレンダー加工や研磨によって磨かれることがある。紙は、炭酸カルシウムやカオリンなどの薄い層を片面または両面に塗布することで、さらに加工してコート紙にすることができる。この処理により、紙の最終的な感触が変化し、プリンター用紙のインクのにじみを防ぐなど、特定の用途に適した特性が向上する。[ 15 ] [ 16 ]
用紙は、輪転印刷機で使用する場合はロールに巻き取られ、その他の印刷工程や用途の場合はシート状に裁断されます。シートは通常、「長目方向」、つまり用紙の長辺と平行になるように裁断されます。連続用紙（または連続便箋）は、幅に合わせて裁断され、端に穴が開けられ、折り畳まれて束になります。
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るが、絶対値で見ると、紙に情報を保存する世界の容量は8.7ペタバイトから19.4ペタバイトに増加した。[ 17 ] 1986年には、紙ベースの郵便物は世界の通信容量の0.05%未満を占めていたと推定されており、デジタル技術の大規模な導入後、急激に減少傾向にある。[ 17 ]
紙は視覚芸術において重要な役割を果たしています。紙はそれ自体で2次元および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。[ 18 ] [ 19 ]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てきました。[ 20 ]水彩紙は長い生産と使用の歴史があります。
紙の厚さは、通常、米国では千分の1インチ単位で、その他の地域ではマイクロメートル（μm）単位で測定されるノギスで測定されることが多い。[ 21 ]紙の厚さは、0.07～0.18ミリメートル（0.0028～0.0071インチ）である。[ 22 ]
紙はしばしば重量で特徴づけられます。米国では、重量とは、紙が最終顧客に販売されるサイズに裁断される前の、さまざまな「基本サイズ」のリーム（500枚の束）の重量を指します。たとえば、20 ポンド、8.5インチ× 11インチ（216 mm× 279 mm）の紙のリームは、より大きなシートから4つのピースに裁断されているため、5ポンドの重さになります。[ 23 ]米国では、印刷用紙は一般的に20ポンド、24ポンド、28ポンド、または最大で32ポンドです。カバー用紙は一般的に68ポンドで、110ポンド以上はカード用紙と見なされます。
ヨーロッパをはじめとするISO 216規格を採用している地域では、紙の重量はグラム/平方メートル（g/m² 、通常はgsm）で表されます。印刷用紙の一般的な坪量は60gsmから120gsmです。160gsmを超えるものは厚紙とみなされます。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商業用紙のほとんどは、紙の長さと幅によって定義される慣習的な単位に基づいて、標準的な用紙サイズに裁断されている。
他のほとんどの国で使用されている ISO 216 システムは、用紙の幅と長さではなく、用紙の表面積に基づいています。これは 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広く普及しました。最大の標準サイズの用紙は A0 (A ゼロ) で、1 平方メートル (約 1189 mm × 841 mm) です。A1 は A0 の半分のサイズ (つまり 594 mm × 841 mm) で、A1 を 2 枚並べると A0 1 枚になります。A2 は A1 の半分のサイズで、以下同様です。オフィスや家庭でよく使用されるサイズは A4 と A3 (A3 は A4 を 2 枚並べたサイズ) 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)まで様々です。印刷用紙は約800 kg / m 3 ( 50 lb / cu ft )です。[ 24 ]
マーケティングやブランディングでは、紙の重さ（坪量）は触覚フィードバックを通じて消費者の認識に影響を与えるために用いられます。感覚マーケティングの研究によると、重い紙は軽い紙よりも知覚品質、専門的な信頼性、ブランドの威信が高いと認識されることが多いことが示されています。[ 25 ] [ 26 ]
論文は7つのカテゴリーに分類できます。[ 27 ]
紙の生産と使用は、環境に様々な悪影響を及ぼす。
世界の紙の消費量は過去40年間で400%増加し、森林破壊の増加につながっており、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[ 28 ]、最も議論の的となっている問題の1つです。
紙ごみは、米国で毎年発生する廃棄物全体の最大40％を占め、その量は7160 万トンに達する。[ 29 ]米国の平均的なオフィスワーカーは、毎日31ページ印刷する。[ 30 ]また、アメリカ人は年間約160 億個の紙コップを使用している。
元素塩素を用いた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塩素化有機化合物が生成され、環境中に放出される。[ 31 ]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る。ダイオキシンは毒性が非常に高く、ヒトへの健康影響には生殖、発達、免疫、ホルモンの問題が含まれる。発がん性があることも知られている。ヒトの曝露の90%以上は食品、主に肉、乳製品、魚、貝類を介して発生し、ダイオキシンは食物連鎖、特に動物の脂肪組織に蓄積される。[ 32 ]
製紙パルプ・印刷産業は、2010年には世界の温室効果ガス排出量の約1％ [ 33 ]、2012年には約0.9％[ 34 ]を排出しました。
国連食糧農業機関（FAO）は、年次「パルプ・製紙能力調査」の2022～2024年版で、アジアが北米を抜いてパルプ・製紙生産量でトップの大陸になったと報告している。[ 35 ]
FAOの2021年のデータによると、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る。対照的に、段ボールや衛生用品を含むその他の紙や板紙の生産量は急増を続け、3億2000万トンを超えている。[ 35 ]
FAOは、紙と板紙における段ボール生産の拡大を記録しており、これは2010年代以降の電子商取引の普及に対応して増加している。[ 35 ] 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促進されたことが示唆されている。[ 36 ]
ブランドの感覚的な手がかり、例えば高品質の紙の感触や重厚なパッケージなどは、威信と独占性を伝える多感覚的なブランド体験を生み出すことができる。
重厚な名刺は、より重要人物や地位の高い人物を象徴するかもしれません。ビジネスの場面では、重さはしばしば真剣さやプロ意識と結びつけられます。
人間の曝露の90%以上は食品経由である。