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。

教科書には詳しく載っていない事柄で、かつ授業で使えるかもしれないネタを中心に記事にしようと思います。 視聴覚素材の利用や、わかりやすい解説で、中学生や高校生が理解できる記事を書いていきたいです。
もちろん、科学に興味を持った大学生以上の方も大歓迎です。 ただ、その道の専門を学んでいる方にとっては、簡単ゆえに物足りないかも知れません。

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前回:白い紙と白くない紙、つるつるした紙とざらざらした紙

限りある資源を無駄にしないために、リサイクルの奨励が叫ばれている昨今です。
しかしモノによっては、リサイクルしないで使い捨てをした方がエネルギー損失が少ない物品があったり、まだまだ議論が尽きない話題でもあります。

ただ、リサイクル物品の中でも、優等生といわれるモノもあります。
リサイクルの王様といわれているのが、アルミニウムです。アルミニウムは、原料であるボーキサイト鉱石から取り出すよりも、捨てられたアルミニウムを溶かして作り直す方が、圧倒的に省エネルギーなのです。

一方で実は、紙も、エネルギーを無駄にしないリサイクルの優等生と言われているそうです。つまり、木材から紙を作るよりも、古紙を溶かして紙を作り直した方が、エネルギー的にお得らしいのです。
そのようなこともあって、いまや、古紙利用率は50%を超えており、段ボールなどに至ってはほぼ全てが古紙から作られているといった状況だそうです。

さて、紙のリサイクル工程は単純なもので、基本的に、回収した紙を水の中に放り込むだけで、原材料であるパルプに戻ります。
前回の記事で解説しましたが、紙は、セルロースが水素結合しただけの構造です。水素結合は、水で比較的外れやすいという性質を持っています。
紙を水で濡らしてしまうと、ぐしゃぐしゃになってしまうのは、水によってセルロール間の水素結合が外れてしまったからなのです。
ですから、紙を水の中に放り込むだけでバラバラにすることができるのです。

ですが、ここで一つ問題が生じます。
回収した紙には、インクをはじめとした、様々な不純物が付着しています。このままでは、作り直した紙にインクが混ざってしまいますね。
そのため、リサイクル工程では、紙をほぐしたあとに、インクを落とす作業が必要になってきます。

どのようにして、べっとり付着したインクを落としているのでしょうか。実はそれも、身近なあるモノを利用しているのです。超強力で危険な薬品をバンバン入れているわけではないのですな。

インクを落とす、身近なあるモノとは? 解説は以下から。
あるモノの正体、それは、「泡」です! あわぶくです!

え? と思った人もいるでしょう。

でも事実です。
紙を投入した水槽の中で、たくさんの泡を紙に衝突させるだけで、インクを落としている、正確には、インクを紙からはがしているのです。

液中には、若干の界面活性剤(いわゆる洗剤)も加えてはいるそうなのですが、それはあくまでオマケ。主として、泡を紙に衝突させることで、インクを落としています。

残念ながら、どのような物理的現象によって泡がインクをはがしているのかまでは、私は詳しく調べたわけではありません。しかし一つ心当たりとして、ソニッケーションという機械と同じなのでは、と想像しています。

ソニッケーションとは、超音波破砕機のことで、生命科学系の研究室には必ずあるであろう機械です。超音波の力によって、液中の細胞などを粉々に破砕することを目的としています。

超音波とは字の通り、音の一種です。音とは、空気の振動です。だいたい数万ヘルツ以上の、人間に聞こえない音のことを指します。
つまり物理的な振動なわけですから、超音波を水中で発生させると、水が超高速で振動します。
水が振動をすると、それによって水中には、圧力が高い部分と圧力が低い部分が連続して生まれます。圧力が低くなるとその部分に気泡(泡)が生まれます。そして圧力が高くなるとその気泡が破裂します。この破裂時に生じる力はかなり強く、衝撃となって物体にダメージを与えます。この一連の現象のことを、キャビテーションと言います。

このソニッケーション、メガネをしている人は使用したことがあるのではないでしょうか? 眼鏡屋の前に置いてある超音波洗浄機。あれも低出力のソニッケーションです。
物理現象を利用した洗浄法なので、薬品の使用量も抑えられるメリットがありますね。

ちなみに、科学ネタ満載の推理ドラマ「ガリレオ」にて、小型ソニッケーションを用いてプールに入っている人間の心臓にダメージを与えて殺害する、といった回(犯人役は香取慎吾)がありましたが、原理的には水中の人間に対して発射して、細胞に少々ダメージを与えることは可能だと思うのですが、小型ソニッケーションで心臓を止めるだけの出力が得られるかというと・・・個人的には疑問です。まあドラマですしね(笑)

まとめです。
ソニッケーションで生じる泡を使えば、紙からインクをはがすことも容易な気はします。ただ、先にも書いたようにこれはあくまで私の想像ですので、紙のリサイクルでソニッケーションと同様の機器,原理を利用しているかは、わかりません。興味がある人はぜひ調べてみてください。

次回:「紙」の定義いまむかし
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