紙質杯具及紙質包裝容器等雖作為環保材料製品流通於市場，但由於內裝物不可見，因此尚未能夠取代塑料製品。日本國立研究開發法人海洋研究開發機構（JAMSTEC，簡稱海洋機構）海洋功能利用部門副主任研究員磯部紀之、東京大學研究生院農學生命科學研究科教授岩田忠久和東京理科大學工學部工業化學科副教授上谷幸治郎等人的研究團隊成功地實現了使紙板透明化。透明紙板可以用廢紙和衣服等纖維素生產（升級再造），也可以製成透明杯子和吸管等三維形狀，且具備優異的防水性能。磯部副主任研究員解釋道：「普通紙張的纖維素纖維為微米級結構，而透明紙因具有奈米級纖維素纖維緊密排列的結構，光線不會發生散射，因此能夠透明。但要實現社會應用還需經歷多種挑戰。我們計劃下一步將完善連續化生產工藝的原型開發。」
海洋機構海洋功能利用部門磯部紀之副主任研究員（供圖：科學新聞社）
圖1.此次研發的「透明紙板」（供圖：JAMSTEC）
目前深海底部已堆積了大量塑料垃圾（主要為一次性包裝容器）。儘管回收利用工作已取得進展，但颱風等風暴會導致大量塑料垃圾意外流入海洋，完全阻止其流入海洋極為困難。因此，市場所需的材料應來自不含石油的生物質，以便回收再利用，即使流入海洋也能進行生物降解。符合這一條件的材料是紙，但紙作為包裝材料存在無法透視內容物的重大缺點。
研究團隊成功開發出了使用與普通紙板相同成分的植物來源纖維素製成的「透明紙板」。
透明的纖維素以賽璐玢的形式存在。然而，賽璐玢是通過在凝固浴中凝固纖維素溶液製成的，因此只能生產厚度為0.03毫米的極薄產品。於是，研究團隊設想將纖維素溶解在溴化鋰溶液中，或許可以不需要凝固浴。
在實驗中，研究團隊將纖維素放入60%的溴化鋰溶液中，加熱至115℃使其溶解，冷卻後凝固成凝膠。洗滌凝膠除去溴化鋰，之後烘乾，得到透明紙板。清洗廢液經過濃縮，回收溴化鋰，剩餘的水可再次用於清洗，從而實現一個不向外部排放廢液的封閉式循環回收系統。
這種透明紙板的厚度為0.3～1.5毫米，與普通紙板厚度相當或達到其5倍以上，但仍能保持高透明度。特別是作為包裝材料使用的厚度約為0.3～0.7毫米的紙板，其透明度很高，霧度值小於30%，即使透過透明紙板，也能清晰地看到100米遠處的物體。在硬度和強度方面，這種透明紙板超過了代表性的硬質塑料聚碳酸酯，可以模塑成吸管和杯子等立體形狀。它在潮濕時的強度高於普通紙板，因此可以作為杯子盛裝液體，通過天然存在的脂肪酸鹽，還可以在保持透明性的同時賦予其防水性。
垃圾最終堆積的深海底水溫較低，微生物較少。於是，研究團隊在靜岡縣熱海市的初島近海（水深855米）、神奈川縣三浦市的三崎近海（水深757米）以及小笠原群島的南鳥島近海（水深5552米）三個海域，分別將普通紙杯、透明紙板杯和塑料杯進行沉海實驗，經過4～9個月的生物降解觀測，最終確認透明紙板杯的降解程度與普通紙杯相當。尤其是在水深相對較淺的三崎近海，它幾乎在4個月內就消失了。轉錄成分析表明，聚集在這些杯子上的微生物能夠產生纖維素酶和β-葡萄糖苷酶等參與纖維素分解的酶。
據磯部副主任研究員介紹，以目前實驗室水平的手工操作，1個透明紙杯的成本約為3000～5000日元，但如果能建立包括對流交換清洗在內的連續生產流程，透明紙的成本可以控制在普通厚紙的3倍左右。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Science Advances
論文：Fully-circular shapeable transparent paperboard with closed-loop recyclability and marine biodegradability across shallow to deep sea
DOI：10.1126/sciadv.ads2426
