【材料科学】パルプ繊維が紙を作り上げる機構

原子間力顕微鏡技術によって、紙を作り上げている機構に関する新たな知見が得られた。この研究結果は、包装用紙の強度の向上と製紙工程への原料とエネルギーの投入量の削減に役立つように利用できる可能性がある。

紙は、数世紀にわたって使われてきた汎用性の高い材料で、情報の交換や物品の保護・保管が主な使用目的になっている。タブレット型コンピューターや電子書籍の登場で、情報交換のための紙の重要性は低下するかもしれないが、自然で分解可能な包装用紙としての役割は、今後も高まる可能性が高い。さまざまな結合形態、そして、微小圧縮やキャピラリーブリッジは、いずれもパルプ繊維間の結合に寄与していると考えられているが、どれが支配的な機構なのかはわかっていない。

今回、Christian Teichertたちは、原子間力顕微鏡を用いて、個々のパルプ繊維間の結合の機械的特性をナノスケールで調べて、結合した2本の紙繊維の破断荷重を分析した。この研究では、1つの繊維間結合に対して、校正済みのカンチレバーを静的、動的に接触させて、結合が破断するまで続けた。その結果、繊維間の架橋因子として作用する微細な繊維（「フィブリル」あるいは「フィブリルバンドル」と呼ばれる）が繊維間結合に非常に重要な役割を果たすことが明らかになった。高度に精製されたパルプの場合には、この機械的かみ合わせ機構によって、結合エネルギーが倍増する。

doi: 10.1038/srep02432

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