TANOKAGA! ~たのしい科学~

教科書では語られない科学ネタの紹介・解説を中心とした、学生向けのブログ

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ここは、私が「気になった科学ネタ」「自作した動画教材」などを紹介するブログです。

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paper3.jpg

前回:洋紙づくりと和紙づくりの違い

コピー用紙(上質紙)は、白色で、表面がわりとつるつるしていますね。一方であまり白くない紙もあったり、表面がざらざらしている紙もあります。
これらは全て洋紙に分類されていますが、洋紙にも白いもの・白くないもの、つるつるしているもの・ざらざらしているものなど、さまざまなタイプがあります。

この「白さ」と「つるつるさ」には、実は関係があるのです。
もちろん、他にもいろいろな要素があるのですが、今回は簡潔に、わかりやすく、紙の性質を決める「ある物質」について解説していきます。

解説は以下から。
紙の主成分は、木材パルプに含まれるセルロースです。このセルロースは、有機化合物である「糖」が無数に結合している、繊維状の物質、つまり糸みたいなものです。

セルロースは水に溶けません。しかしセルロースを水中にただよわせ、すくことで、セルロース同士は水素結合をします。水素結合は、共有結合やイオン結合よりも弱い結合なのですが、たくさん集まると強力な結合となります。
例えば、生命の設計図であるDNA分子も、水素結合によって結ばれています。DNAはちょっとやそっとのことでは分解しませんが、それは水素結合が無数にあるからなのです。

紙は、セルロースの水素結合によって作られています。
下図は、セルロースのみが絡み合って作られた紙の顕微鏡写真です。繊維状の物質がセルロースです。
paper2.jpg

セルロースだけが絡み合っただけでは、紙にはすき間があり、スカスカなのがわかります。
この状態の紙は、さわるとざらざらします。

つるつるの紙を作るためには、このすき間を埋める必要が出てきます。そこですき間を埋めるために加えられる物質が、炭酸カルシウムです。炭酸カルシウムは、石灰石のことで、チョークの原材料でもあります。
つるつるの紙、例えばコピー用紙(上質紙)を作る際には、この炭酸カルシウムを細かく砕いて混ぜ込んでいるのです。

下図が、炭酸カルシウムを加えて作られた紙の顕微鏡写真です。セルロースのすき間に、石ころのような炭酸カルシウムがはさまっていることがわかります。
paper1.jpg

このようにセルロース以外の物質を混ぜることで、つるつるした紙とざらざらした紙を作り分けることができるのです。

また、炭酸カルシウムは白色の物質ですね。コピー用紙(上質紙)が白いのは、この炭酸カルシウムの白さでもあるのです。ちょっと驚きですね。

ちなみに更に細かい話になりますが、実際の洋紙作りでは、炭酸カルシウム以外にもさまざまな薬剤が使われています。
例えば、インクのにじみを抑えるための薬品(サイズ剤)や、紙を頑丈に保つための薬品などを加えています。
サイズ剤は、昔は硫酸系の薬品を用いた酸性サイズ剤が用いられていましたが、硫酸によってセルロースが分解してしまい、数十年でボロボロになってしまうことが判明したため、現在では中性のサイズ剤が多く使われています。「中性紙」という名前を聞いたことがある人はいると思いますが、この名称はサイズ剤の性質からきているのです。

このように、紙の性質を決めるためにセルロース以外の物質も大切なわけですが、原則的には、紙の構造はセルロールの水素結合によってのみ成り立っているものですので、接着剤のような物質は使用していないことはおさえておきましょう。

次回:あなどれないぞ! 泡のチカラ
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2011.09.01 17:05  | # [ 編集 ]













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