紙は、木材、ぼろきれ、草、その他の植物由来のセルロース繊維を水中で機械的または化学的に処理し、細かいメッシュを通して水を排出し、繊維を表面に均一に分散させた後、プレスおよび乾燥することによって製造される薄いシート材料です。紙はもともと手作業で1枚のシートで作られていましたが、現在ではほとんどすべてが大型の機械で作られています。一部のリールは幅10メートル、毎分2,000メートル、年間最大60万トンで稼働しています。印刷、包装、装飾、書き込み、クリーニングなど、さまざまな用途に使用できる用途の広い素材です。 、ろ紙、壁紙、本の巻末紙、保存紙、ラミネート加工された調理台、トイレットペーパー、通貨および安全紙、および多くの産業および建設プロセス。
| 論文 | |
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 紙製品： 本、 トイレットペーパー、 罫紙、 カートン、 エッグボックス | |
| タイプ | 薄い素材 |
| 物理的特性 | |
| 密度（ρ） | 10からGSM 3000 GSMへ |
| 論文 | ||||||||||||||||||||
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 伝統的な（上）および簡体字（下）の漢字の「紙」 | ||||||||||||||||||||
| 繁体字中国語 | 紙 | |||||||||||||||||||
| 簡体字中国語 | 纸 | |||||||||||||||||||
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紙の最も初期の考古学的断片は中国の紀元前2世紀に由来しますが、製紙プロセスは東アジア、おそらく中国で、少なくとも西暦105年には、ハン裁判所の宦官蔡倫によって開発されました[1]。[2]現代の紙パルプ産業はグローバルであり、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
現代の紙の直接の前身の最も古い既知の考古学的断片は、中国の紀元前2世紀にさかのぼります。パルプの製紙プロセスは、2世紀のCEハン裁判所宦官である蔡倫によるものです。[2]
製紙の知識は、2人の中国の製紙業者が囚人として捕らえられた西暦751年のタラス河畔の戦いの後、イスラム世界に伝えられたと言われています。この話の信憑性は定かではありませんが、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。[4]紙はバグダッド市を通じて西洋に紹介されたため、最初はバグダッドコスと呼ばれていました。[5] 19世紀には、工業化によって紙の製造コストが大幅に削減されました。1844年、カナダの発明家であるCharlesFenertyとFriedrichGottlob Kellerは、木質繊維をパルプ化するプロセスを独自に開発しました。[6]
繊維の初期の供給源
製紙が工業化される前は、最も一般的な繊維源は、ぼろきれと呼ばれる使用済み繊維からのリサイクル繊維でした。ぼろきれは麻、麻、綿からのものでした。[7]再生紙から印刷インキを除去するプロセスは、1774年にドイツの法学者Justus Claprothによって発明されました。[7]現在、この方法は脱インクと呼ばれています。紙の生産がラグピッカーからのリサイクル材料に依存しなくなったのは、1843年に木材パルプが導入されてからでした。[7]
語源
ワード紙は語源から派生しているラテン語 パピルスから来て、ギリシャ πᾰπῡρος（pápūros）、用語カミガヤツリの植物。[8] [9] パピルスは、カヤツリグサ属の植物の髄から作られた厚い紙のような素材で、紙が登場する前に古代エジプトや他の地中海文化で書くために使用されていました。[10]紙という言葉は語源的にパピルスに由来しますが、2つは非常に異なって生成され、最初の開発は2番目の開発とは異なります。パピルスは天然植物繊維のラミネートですが、紙は浸軟によって特性が変化した繊維から製造されています。[2]
製紙
化学パルプ化
木材からパルプを作るために、化学パルプ化プロセスはリグニンをセルロース繊維から分離します。調理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、上質紙としても知られています（木を含まない紙と混同しないでください）。これは、時間の経過とともに劣化するリグニンが含まれていないためです。パルプを漂白して白い紙を作ることもできますが、これは繊維の5％を消費します。化学パルプ化プロセスは、すでに90％がセルロースである綿から作られた紙を作るために使用されていません。
3つの主要な化学パルプ化プロセスがあります。亜硫酸プロセスは1840年代にさかのぼり、第二次世界大戦前の主要な方法でした。クラフト法、1870年代に発明され、最初の1890年代に使用されるが、今、最も一般的に実施戦略です。その利点の1つは、リグニンとの化学反応によって熱が発生し、発電機の稼働に使用できることです。クラフトプロセスを使用するほとんどのパルプ化作業は、電力網への正味の貢献者であるか、または隣接する製紙工場を運営するために電力を使用します。別の利点は、このプロセスが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、ケイ酸塩含有量の高いストロー、バガス、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。
機械パルプ化
主要な機械パルプには、熱機械パルプ（TMP）と粉砕木材パルプ（GW）の2つがあります。TMPプロセスでは、木材が削られてから蒸気加熱精製機に供給され、そこで削り取られて2枚のスチールディスク間で繊維に変換されます。グラウンドウッドプロセスでは、樹皮を剥がされた丸太がグラインダーに送られ、そこで回転する石に押し付けられて繊維になります。機械パルプ化はリグニンを除去しないため、収率は非常に高く、> 95％です。しかし、リグニンはこうして製造された紙を黄色に変え、時間の経過とともにもろくなる原因となります。機械パルプは繊維がかなり短いため、弱い紙が生成されます。機械式パルプの製造には大量の電気エネルギーが必要ですが、化学薬品よりも安価です。
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。それを水と混合し、機械的作用を加えることにより、紙の水素結合を破壊し、繊維を再び分離することができます。ほとんどの再生紙には、品質のために一定の割合のバージン繊維が含まれています。一般的に言えば、脱インクパルプは、それが作られた収集された紙と同じかそれよりも低い品質です。
リサイクル繊維には主に3つの分類があります。
- 製紙工場の破損または内部の製紙廃棄物–これには、製紙工場自体で製造された標準以下の紙またはグレード変更された紙が組み込まれ、製造システムに戻って紙に再パルプ化されます。このような仕様外の紙は販売されていないため、本物の再生再生繊維として分類されないことがよくあります。しかし、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繊維を再利用してきました。
- 消費前廃棄物–これは、ギロチントリムや封筒ブランク廃棄物などの端材および処理廃棄物です。それは製紙工場の外で生成され、埋め立て地に行く可能性があり、本物のリサイクル繊維源です。これには、インクが除去された消費前廃棄物（印刷されたが、プリンターからの廃棄物や売れ残った出版物など、意図された最終用途に到達しなかったリサイクル材料）が含まれます。[11]
- 消費後の廃棄物–これは、意図された最終用途に使用された紙からの繊維であり、オフィスの廃棄物、雑誌の紙、新聞用紙が含まれます。この資料の大部分は、デジタルで、またはリソグラフィ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、最初に脱墨プロセスが実行されます。
再生紙は、100％再生紙から作ることも、バージンパルプとブレンドすることもできますが、（一般的に）後者から作られた紙ほど強くも明るくもありません。
添加剤
繊維に加えて、パルプにはチョークやチャイナクレイなどのフィラーが含まれている場合があり[12]、印刷や書き込みの特性が向上します。[13]サイジング目的の添加剤は、それと混合するか、製造プロセスの後半で紙ウェブに適用することができます。このようなサイジングの目的は、インクや塗料に適した正しいレベルの表面吸収性を確立することです。
紙の生産
パルプは、紙ウェブと水を押して乾燥させることによってそれから除去されるように形成される抄紙機に供給されます。
シートを押すと無理に水が抜けます。シートから水が押し出されると、従来のフェルトと混同しないように、特殊なフェルトを使用して水を集めます。手で紙を作るときは、代わりに吸取紙が使用されます。
乾燥には、空気または熱を使用して紙シートから水を除去することが含まれます。ペーパーメイキングの初期の頃、これは洗濯物のようにシーツを吊るすことによって行われました。より現代では、さまざまな形態の加熱乾燥メカニズムが使用されています。抄紙機で最も一般的なのは、蒸気加熱式缶乾燥機です。これらは200°F（93°C）を超える温度に達する可能性があり、40缶を超える長いシーケンスで使用され、これらによって生成される熱によって紙が6％未満の水分まで簡単に乾燥する可能性があります。
仕上げ
次に、紙は、さまざまな用途で使用するためにその物理的特性を変更するためにサイジングを受ける可能性があります。
この時点での紙はコーティングされていません。コート紙は、高解像度のハーフトーンスクリーンにより適した表面を作成するために、片面または両面に炭酸カルシウムやチャイナクレイなどの材料の薄層が塗布されています。（コーティングされていない紙が150 lpiを超えるスクリーンに適していることはめったにありません。）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、カレンダリングによって表面が研磨される場合があります。コート紙は、マット、セミマットまたはシルク、および光沢に分けられます。光沢紙は、印刷された画像の中で最高の光学濃度を示します。
次に、紙は、ウェブ印刷機で使用される場合、または他の印刷プロセスまたは他の目的のためにシートにカットされる場合、リールに供給されます。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、「ロンググレイン」でカットされます。つまり、グレインはシートの長い方の寸法と平行になります。連続帳票（または連続帳票）は、端に穴を開けて幅にカットし、積み重ねて折ります。
紙粒
抄紙機が長網抄紙機として製造するすべての紙は網目紙です。つまり、ウェブを輸送する金網は、紙の粒子に沿って、また粒子全体に同じ密度のパターンを残します。機械の後の段階で適切なローラーを使用することにより、手作りの敷き紙を模倣したテクスチャ仕上げ、透かし、ワイヤーパターンを作成できます。
網目紙は、金属線や竹の列で作られた型で手作りされたときに紙に残された小さな規則的な線である「レイドライン」を示しません。レイドラインは非常に接近しています。それらは、さらに離れている「チェーンライン」に対して垂直に走っています。手作りの紙も同様に「デッケルエッジ」、つまりざらざらした羽毛のような境界線を示します。[14]
アプリケーション
紙は、その用途に応じて、さまざまな特性で製造できます。
- 価値を表すために：紙幣、紙幣、小切手、セキュリティ（セキュリティペーパーを参照）、バウチャー、チケット
- 以下のための情報を記憶：ブック、ノートブック、グラフ用紙、パンチカード、印画紙
- 個人使用：日記、思い出させるメモなど。一時的な個人使用：スクラッチペーパー
- ビジネスおよび業務用：コピー用紙、元帳用紙、タイピング用紙、コンピュータープリンター用紙。
- 以下のためのコミュニケーション：個人および/または人々のグループの間：雑誌、新聞、アート、ミニコミ、手紙、新聞用紙、カードストック
- 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、猫砂
- 調理器具の場合：紙皿と紙カップ。
- 建設用：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、複合材料のコア材料として使用、紙工学、建設紙、紙糸、紙衣類
- その他の用途：エメリー紙、吸い取り紙、リトマス紙、万能指示紙、ペーパークロマトグラフィー、電気絶縁紙（魚紙も参照）、濾紙、壁紙
紙ベースのストレージソリューションは、絶対的には紙に情報を保存する世界の容量が8.7バイトから19.4バイトに増加したにもかかわらず、1986年には全体の0.33％、2007年にはわずか0.007％を占めたと推定されています。[15] 1986年には、紙ベースの郵便は世界の電気通信容量の0.05％未満であり、デジタル技術の大規模な導入後に急激に減少する傾向にあると推定されています。[15]
紙は視覚芸術において主要な役割を果たしています。これは、2次元および3次元の形状とコラージュを形成するために単独で使用されます。[16] [17]それはまた、家具のデザインに使用される構造材料へと進化しました。[18] 水彩紙には、製造と使用の長い歴史があります。
タイプ、厚さ、重量
紙の厚さは、多くの場合、キャリパーで測定されます。キャリパーは、通常、米国では1000分の1インチ、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]
紙はしばしば重量によって特徴付けられます。米国では、重量は、紙が最終顧客に販売されるサイズにカットされる前の、さまざまな「基本サイズ」の連（500枚の束）の重量です。たとえば、20ポンド、8.5インチ×11インチ（216mm×279mm）の紙の連は、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ポンドの重さがあります。[21]米国では、印刷用紙は一般に最大で20ポンド、24ポンド、28ポンド、または32ポンドです。カバーストックは通常68ポンドで、110ポンド以上はカードストックと見なされます。
ISO 216用紙サイジングシステムを使用しているヨーロッパやその他の地域では、重量は紙の平方メートルあたりのグラム数（g / m 2または通常はg）で表されます。印刷用紙は通常60gから120gの間です。160gより重いものはすべてカードと見なされます。したがって、連の重さは紙の寸法とその厚さに依存します。
北米で販売されているほとんどのコマーシャルペーパーは、慣習単位に基づいて標準の用紙サイズにカットされ、1枚の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ISO216システムは、シートの幅と長さではなく、シートの表面積に基づいています。これは1922年にドイツで最初に採用され、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用紙は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のシートの半分のサイズ（つまり、594mm×841mm）であり、並べて配置されたA1の2つのシートはA0の1つのシートに等しくなります。A2はA1のシートの半分のサイズなどです。オフィスや家庭で使用される一般的なサイズはA4とA3です（A3は2枚のA4シートのサイズです）。
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）の範囲です。印刷用紙は約800kg / 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。
- 商品や商品を保護するための包装紙。これには、ワックスとクラフト紙が含まれます。
- 文房具の要件に適した筆記用紙。これには、元帳、銀行、およびボンド紙が含まれます。
- サイズがほとんどまたはまったくないあぶらとり紙。
- カートリッジ紙を含む、アーティストやデザイナーが使用する粗い表面のドローイングペーパー。
- 手作りの論文で最も装飾的な論文など、アングルの論文、和紙や組織のすべての穀物の方向性の欠如によって特徴づけられます。
- タバコの紙、トイレットペーパー、その他の工業用紙などの特殊紙。
いくつかの用紙の種類は次のとおりです。
- 銀行の紙
- バナナ紙
- ボンド紙
- 本の紙
- コート紙：光沢のあるマットな表面
- 画用紙/砂糖紙
- 綿紙
- フィッシュペーパー（電気絶縁用加硫繊維）
- インクジェット用紙
- クラフトペーパー
- 敷き紙
- 革紙
- ミイラ紙
- オークタグ紙
- サンドペーパー
- タイベック紙
- 壁紙
- 和紙
- 防水紙
- パラフィン紙
- 網目紙
- 画仙紙
紙の安定性
木材パルプから作られた初期の紙の多くは、かなりの量のミョウバン、かなり酸性のさまざまな硫酸アルミニウム塩を含んでいました。ミョウバンはを支援するために、紙に加えて、サイジング、[24]ことも多少水に強いので、作るインクが抑え切れない「実行」または普及しましたが。初期の製紙業者は、製品の製造で遭遇するほとんどすべての問題を解決するために自由に追加したミョウバンが最終的に有害であることに気づいていませんでした。[25]セルロース紙を構成する繊維は、加水分解酸によって、およびミョウバンの存在は、最終的に「として知られるプロセスで紙崩壊するまで、繊維を劣化遅い火」。ぼろ紙に書かれた文書は、はるかに安定しています。紙を作るための非酸性添加剤の使用はますます普及しており、これらの紙の安定性はそれほど問題ではありません。
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、リグニンは反応して黄色の物質を生成します[26]。そのため、新聞用紙やその他の機械的な紙は年齢とともに黄色になります。漂白 クラフト紙または亜硫酸パルプから作られた紙は、リグニンを大量に含まないため、本、文書、および紙の白色度が不可欠な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低いわけではありません。紙の老化挙動は、繊維の元の供給源ではなく、その製造によって決定されます。[27]さらに、議会図書館が後援するテストは、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、すべての紙が酸崩壊のリスクがあることを証明しています。[28]
機械パルプは、使用される乾燥木材1トンあたりほぼ1トンのパルプを生産します。そのため、機械パルプは「高収量」パルプと呼ばれることもあります。化学パルプのほぼ2倍の収率で、機械パルプはしばしば安価です。マスマーケットの文庫本や新聞は、機械的な紙を使用する傾向があります。本の出版社は、ハードカバーやトレード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中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、環境に多くの悪影響を及ぼします。
世界の紙の消費量は過去40年間で400％増加し[説明が必要]、森林破壊が増加し、収穫された木の35％が製紙に使用されています。ほとんどの製紙会社はまた、森林の再生を助けるために木を植えています。原生林の伐採は木材パルプの10％未満しか占めていませんが[29]、最も物議を醸している問題の1つです。
紙くずは、米国で毎年発生する廃棄物全体の最大40％を占めており、米国だけで年間最大7,160万トンの紙くずが発生しています。[30]米国の平均的なサラリーマンは、毎日31ページを印刷しています。[31]アメリカ人はまた、年間160億個の紙コップを使用しています。
元素塩素を使用した木材パルプの従来の漂白は、塩素化ダイオキシンを含む大量の塩素化有機化合物を生成し、環境に放出します。[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。ダイオキシンは非常に毒性が高く、人間へ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。それらは発がん性があることが知られています。ダイオキシンは動物の脂肪組織の食物連鎖に蓄積するため、人間の曝露の90％以上は、主に肉、乳製品、魚介類などの食品を介して行われます。[33]
紙パルプとプリント世界の約1％一緒に放出された産業温室効果ガス排出量2010年[34] 2012年には0.9％程度、[35]が、以下の画面より：デジタル技術は、世界の約4％放出された温室効果ガス排出量に2019年であり、その数は2025年までに2倍になる可能性があります。[36]
未来
一部のメーカーは、拡張プラスチックパッケージの代わりに、環境にやさしい新しい代替品を使い始めています。紙でできており、PaperFoamとして商業的に知られている新しいパッケージは、一部の発泡プラスチックパッケージと非常によく似た機械的特性を備えていますが、生分解性であり、通常の紙でリサイクルすることもできます。[37]
合成コーティング（PFOAなど）に関する環境への懸念の高まりと炭化水素ベースの石油化学製品の高価格により、ポップコーンバッグなどの高グリース用途の紙のコーティングとしてゼイン（コーンプロテイン）に焦点が当てられています。[38]
また、タイベックやテスリンなどの合成物は、紙よりも耐久性のある素材として印刷媒体として導入されています。
も参照してください
- アルシュ紙
- バッキーペーパー
- 連続帳票（または「連続帳票」）
- 脱墨パルプ
- 紙の環境への影響
- 繊維作物
- グラフェンオキシドペーパー
- ロクタ紙
- 大量脱酸
- 紙とインクのテスト
- 紙の鎧
- 製紙用薬品
- ペーパークリップ
- ペーパークラフト
- 動物ベースの羊皮紙の質感をエミュレートするために作られた紙の一種であるパーチメント紙
- ロール硬度計
- シードペーパー
- ストーンペーパー
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外部リンク
- 紙パルプ産業技術協会（TAPPI）公式サイト
- 紙のブリタニカ百科事典
- アーノルド・イエーツ紙のコレクションでメリーランド大学の図書館
- 「紙はどうやって作られているの？」2005年11月22日、The StraightDopeにて
- 現代の紙生産システム上で、13分間のビデオから、Sappi社
