国立民族学博物館(みんぱく)は、博物館をもった文化人類学・民族学の研究所です。

セルロースナノファイバー塗工法による脆弱化した酸性紙資料の大量強化処理の開発(2018-2020)

科学研究費助成事業による研究プロジェクト|基盤研究(B) 代表者 園田直子

研究プロジェクト一覧

目的・内容

19世紀半ばから20世紀初頭の紙の大半は酸性紙であり、世界中で紙資料の保存が危機に瀕している。本研究では、脱酸性化処理に微細セルロースファイバー(FCF)による強化処理を併用することで、紙の劣化抑制および補強効果を同時に付与する新しい手法の実用化をめざす。このうち脱酸性化処理としては、日本国内で実用化されているドライ・アンモニア・酸化エチレン法およびブックキーパー法を用いる。
強化処理の手法としては、本研究チームのこれまでの研究から、フリース法(紙資料の欠損部分に薄い繊維の膜を架けることによって劣化した紙を補強する強化処理法)を改良することによってFCFを用いた経年劣化紙の強度向上を達成することが可能となった。本研究では、FCFをより効果的に塗布する手法を技術的に確立して、本強化手法の実用化をめざす。また、保存環境調査と環境改善を視野に入れることで、紙の保存と延命の問題に総合的に取り組む。

活動内容

2019年度実施計画

これまで、本研究代表者らは、風乾状態の自然劣化酸性紙表面にセルロースナノファイバーなどの微細セルロースファイバー(FCF)コーティングを行うと、未処理に比べて引張強さは約 1.1 倍向上し、さらに、フリース法を用いて水による湿潤処理後にFCFコーティングを施すと、引張強さは約 1.25 倍に上昇することを明らかにした。フリース法を用いてFCFコーティングを行うことによって紙の強度向上効果が期待され、特に湿紙ウェブの状態での塗工処理は極めて効果的であった。
また、劣化した酸性紙資料の強化処理と同時に、劣化抑制効果を付与することを目的として、自然劣化した酸性紙にドライ・アンモニア・酸化エチレン(DAE)処理またはブックキーパー(BK)処理のいずれかの脱酸性化処理を施した後、湿潤処理の上、FCFコーティングによる強化処理を行う手法を検討したところ、引裂強さおよび引張強さの向上効果だけでなく劣化抑制効果が示された。実用化に当たってはFCF塗工後の乾燥処理を常温付近で実施することが不可欠であり、乾燥方法、乾燥温度および乾燥時間について検討したところ、約40℃の真空乾燥処理が適していた。
さらに、劣化紙のFCFコーティングを実用化することを目的として、連続的なコーティングを可能にする小型サイズプレスを試作した(昨年度、東京農工大学に導入済)。本年度は、試作した小型サイズプレスを用いてFCFをより効果的に塗工する手法を技術的に確立する。 コーティングロッド(ワイヤーバー)の種類、コーティング速度、2本のコーティングロールの間隙、CNF塗工液の濃度など塗工条件の最適化を図り、安定したFCF塗工量コントロールを可能にする塗膜形成法を確立する。加えて、ボール衝突タイプチャンバー(東京農工大学に導入予定。既存設備のチャンバーを交換、改良する。)を取り付けた水中カウンターコリジョン装置を用いて、パルプ繊維の粉砕条件の異なるFCFを調製して材料面からも最適化を図る。
これまで検討したコーティングロッドを用いた手塗り塗工による試験結果と比較しながら、小型サイズプレスを用いたFCF塗工の品質を最適にコントロールすることによって実用化に向けた大量強化処理法の確立を図る。あわせて、開発された手法が文書資料等の文化財に安全に適用できるかの検証をかさねるとともに、保存環境調査を継続する。

2018年度活動報告

セルロースナノファイバーなどの微細セルロースファイバー(FCF)塗布による強化処理では、研究代表者である国立民族学博物館の園田直子、東京農工大学の岡山隆之(研究分担者)、前高知県立紙産業技術センター所長の関正純(研究協力者)が、適宜、FCFの調製条件や塗布条件を精査し、研究計画の遂行を促進した。 経年劣化紙の強度向上処理に適したFCFの製造開発は、水中カウンタ・コリジョン装置(研究協力者の殿山真央が所属する高知県立紙産業技術センター既存設備)を用いて、東京農工大学研究分担者チームの岡山および小瀬亮太を中心に進めた。
FCF塗布実験は、東京農工大学研究分担者チームおよび当該研究室に所属する学生1名が担当した。FCF塗布実験は、劣化紙資料をドライ・アンモニア・酸化エチレン法またはブックキーパー法によって脱酸性化処理後、水で湿潤させた紙表面にFCF懸濁液を塗工し、真空乾燥する手法を検討した。また、FCF塗布による劣化紙の強化処理の実用化には、大量強化処理に向けて工程のシステム化、特に連続的で均質なFCF塗布を実施できる工程の設計が重要となる。そこで、紙を湿潤状態にした後、小型サイズプレスを用いて、2ロールサイズプレス方式によって紙の両面に均一なFCF塗液膜を作成する手法を検討した。
開発された手法が文書資料等の文化財に安全に適用できるかの検証に関しては、FCF塗工後の紙表面の状態を三次元画像データにより確認する手法を国立民族学博物館の末森薫(研究分担者)が検討した。園田と同館の日髙真吾(研究分担者)は保存環境の調査をおこなった。