| 研究課題/領域番号 |
21H00616
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 研究機関 | 国立民族学博物館 |
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研究代表者 |
園田 直子 国立民族学博物館, 人類基礎理論研究部, 教授 (50236155)
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| 研究分担者 |
日高 真吾 国立民族学博物館, 人類基礎理論研究部, 教授 (40270772)
小瀬 亮太 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (60724143)
末森 薫 国立民族学博物館, 人類基礎理論研究部, 助教 (90572511)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | 酸性紙 / 強化処理 / 脱酸性化処理 / 微細セルロースファイバー / 塗工処理 / 劣化抑制 / 紙資料 / 保存環境 |
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| 研究実績の概要 |
本研究代表者らは、セルロースナノファイバー(CNF)のもつ高強度特性および光学透明性に着目し、CNFを含む繊維幅の大きな微細セルロースファイバー(Fine Cellulose Fiber, FCF)を用いた劣化紙の強化処理を提案した。これまでに、自然劣化した酸性上質紙に脱酸性化処理及び水による湿潤処理を行って脱水後、紙の両面に連続的なFCF塗工処理を可能にする小型塗工機を設計、試作した。その結果、劣化酸性上質紙に脱酸性化処理及びFCF塗工処理を併用することによって、紙の劣化の指標とされている引裂強さのみならず、紙の引張強さを向上させることを確認した。
令和3年度には、小型のプロトタイプ塗工機を用いてFCF塗工量を制御するための塗工及び乾燥条件の最適化を目指し、自然劣化酸性中質紙の強度向上効果を検証した。自然劣化中質紙に脱酸性化処理を施し、湿潤処理後にFCF濃度を2～4％に調製して塗工すると、0.5～2.0g/m2の範囲に塗工量を制御することができた。また、自然劣化中質紙にブックキーパー法による脱酸性化処理を行った後、FCF塗工処理を実施すると、紙の引張強さを向上させることができた。FCF塗工処理による劣化酸性中質紙の引張強さの増加は、塗工量1.4g/m2で最大となり、最適な塗工量の存在が確認された。
また、ブックキーパー法脱酸性化処理を行った自然劣化酸性中質紙に対するFCF塗工後の乾燥処理は、少なくとも30℃で真空度100Paの真空乾燥処理を3.6時間行うことによって、FCF塗工後の自然劣化中質紙にダメージを与えることなく、効果的な乾燥処理が達成された。
保存環境に関する研究では、新型コロナウイルス感染症対策としての換気量増加が室内環境に与える影響を検証した。また、独自に開発した温度・湿度モニタリング分析システムの不具合箇所を修正、機能追加するシステム改良を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
経年に伴って進行する酸性紙の劣化に対処するためにこれまで広く実施されてきた紙の脱酸性化処理は紙の劣化を抑制する一定の効果が認められるものの、低下した紙の強度を回復させることができない。本研究では、セルロースナノファイバー（Cellulose Nano Fiber、CNF、繊維幅：100 nm以下）のもつ高強度特性および光学透明性に着目し、CNFよりも繊維幅の大きな微細セルロースファイバー（Fine Cellulose Fiber、FCF、繊維幅：数μ以下）に着目し、FCFを紙表面に塗工して紙の脱酸性化処理と併用することによって、紙本来の特性を維持しながら、判読性を低下させずに紙の強度向上効果及び劣化抑制効果を経年劣化紙に付与することを目的としている。
紙の両面に連続的なFCF塗工処理を可能にする小型のプロトタイプ塗工機を設計、試作して脱酸性化処理を施した経年劣化酸性紙にFCF塗工処理を実施した。これまで、ある程度まで劣化が進んでいる経年劣化酸性紙に対する強化及び劣化抑制技術の実用化を念頭に置いて、小型塗工機によるFCF塗工量を制御するための劣化紙の塗工及び乾燥条件の最適化を検討し、特定のFCF塗工濃度範囲において紙表面のFCF塗工量を制御することが可能となり、脱酸性化処理を施した経年劣化中質紙の引張強さを向上させることが判明した。
当初、本研究計画に記した(a)FCF塗工用小型塗工機による劣化紙資料強化法の最適化、(b)中程度まで劣化の進んだ紙資料を用いたFCF塗工処理による強化効果の検証を中心に順調に検討が進んでいる。また、(c)劣化紙資料のFCF塗工後の乾燥処理法の開発―試料室分散型恒温真空乾燥システムの導入－の準備を始めるとともに、(d)実用化に向けたFCF塗工強化紙試料の安全性・長期保存性評価に向けて、保存環境調査に供する温度・湿度モニタリングシステムを改良した。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和4年度は、経年劣化酸性紙にFCF塗工処理及び脱酸性化処理を併用して、中程度まで劣化の進んだ劣化酸性紙の強化及び劣化抑制処理の実用化を念頭に、FCF塗工処理の最適条件設定をさらに進めるほか、本研究計画調書に記した(c)劣化紙資料のFCF塗工後の乾燥処理法の開発―試料室分散型恒温真空乾燥システムの導入－に取り組んで、FCF塗工後の劣化酸性紙の品質コントロール技術を検討する。
これまでの研究で、FCF塗工前に行った劣化紙の湿潤処理及び塗工後の真空乾燥処理の結果からパルプ繊維と塗工されたFCFとの間の結合強化が確認されている。この点について、SEMによるFCFの形態評価、比表面積分析、保水度の測定などからFCF調製過程における原料パルプの種類、水中カウンタコリジョン法やマスコロイダー法による機械処理の程度から生じるFCFの性状の違いを把握する。これらの評価結果に基づいて、劣化紙を構成する繊維とFCFとの相互作用を解明するとともに、パルプ繊維とFCF間の結合力の強化を目指す。
経年劣化紙の強化及び劣化抑制効果には、塗工時のFCF懸濁液の分散状態が重要になることから、FCF塗工懸濁液の温度制御、FCF塗工懸濁液濃度と塗工量の適正化、湿潤処理からサクションテーブル上での脱水に至る紙の水分制御等を確立して最適塗工条件を設定する。
本研究計画の初年度は、コロナ禍の影響で研究代表者、研究分担者及び研究協力者の間のコミュニケーションをオンライン会議のみで行ってきた。本年度は、FCF調製用水中カウンタコリジョン装置やマスコロイダーの原理及び操作、小型プロトタイプ塗工機による塗工操作、真空乾燥機の操作、紙の物理的試験機の操作等、実際に見学しながら研究者間の対面による議論が可能になれば、本研究は一段と推進できると期待される。
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| 備考 |
2017年12月25日に特許出願した「紙の強化方法」（特願2017-252277）は、本科研と密接に関連する。2022年2月16日に、＜特許第7025721号＞として登録された。
発明者 ：園田直子、日髙真吾、岡山隆之、小瀬亮太、門屋智恵美、関正純、殿山真央
特許権者：大学共同利用機関法人 人間文化研究機構
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