〈県学生科学賞 県科学教育振興委員会賞〉
５ 「自作の紙についての研究 Ⅳ」

１ 研究の動機
これまで３年間、牛乳パックから作った紙で引っ張り強度・折り曲げ強度・吸水率・空気＆光の通し方・墨汁の広がり方など、いろいろなことを研究してきました。市販の紙を使わず、あえて自作の紙を使うことで、市販の紙との比較もしてきました。そして今年は、紙の性質を左右する『紙を作る』という原点に戻り、紙作りの工程を変えて研究を行うことにしました。
「紙作り」にはいろいろな工程があるが、日用品を使った自作ということを考慮し、その中でもパルプ作り（繊維）と圧縮（加圧）行程に注目しました。
まず、パルプを作るために牛乳パックの小片（チップ）をミキサーにかける時間です。これまで、ミキサーにかける時間は、正確に一律ではなく、おおよその時間でした。しかし、考えてみればミキサーにかける時間というのは紙作りには重要なことで、繊維の細かさはここで決まってしまいます。そこで今年は、ミキサーにかける時間を５分・10 分と決めてパルプ作りを行ってみようと思いました。そして時間の違いによる繊維の細かさの具合で強度の違いを調べてみたいと考えました。
次に、プレスする力、つまり圧縮（加圧）です。これも、今まではただタオルで上から押さえていただけでした。しかし、繊維をどのように絡ませるか、また、いかに絡ませるかは、強度に大きく影響します。今年は、時間と同様、上から押さえる重さを 10ｋｇ・20ｋｇに決めて、圧縮し、紙作りをやってみたいと思います。
紙作りの工程をいろいろと工夫して、研究を進めていきたいと考えました。
２ 研究の目的
繊維の粗さ＆圧縮するおもさを変えて紙を作り、引っ張り強度を調べる。
（１） ミキサーにかける時間を、それぞれ３分・６分・９分としてパルプにし、そのパルプの量を 10ｇ・15ｇとして実験を行う。
（２） パルプを圧縮する重さをそれぞれ１ｋｇ・３ｋｇ・５ｋｇとした紙で、実験を行う。
（３） ミキサーにかけたパルプを、さらにハンマーで叩き、繊維をより細かくからみやすくしたパルプで実験を行う。
３ 研究の方法（１）紙作りの手順① バケツに牛乳パック（10 本分）を入れ、２日間おく。
② 牛乳パックについているビニルをとり、それをちぎる。
（→チップ）③ ちぎった牛乳パックをミキサーにかける。
（→パルプ）（３分・６分・９分）④ ミキサーにかけた後、ざるでこす。
⑤ できたパルプの量を変えて水に溶かし、割り箸でよくか き混ぜる。
⑥ 静かにそそぎながら、均一になるように、金網にまんべんなくかける。
⑦ かけた後、布の上にひっくり返す。
⑧ タオルを上にかけ、その上から重りをのせて、水分をとる。
（１kg・３kg・５kg）⑨ 金網をはずし、日光に当て、生乾きをする。
⑩ ハンカチをあて、アイロンをかけてさらに乾かす。

⑪ 曲がらないよう本にはさむ。

（２） 引っ張り強度① 丸い棒に、針金をとりつける。これを上下２個作る。
② 片方に、Ｓ字型のフックをとりつける。
③ 自作の紙を幅１㎝に切る。
④ 丸い棒に自作の紙を取り付け、ホチキスでとめる。
⑤ Ｓ字型のフックに重りをのせる。
⑥ 切れた時の重さを記録する。
⑦ ３回計測して、平均をだす。
４ 結果と考察（１） 引っ張り強度の結果① 圧縮を１ｋｇかけた結果〈パルプ 10ｇ〉
・平均ではミキサーに６分かけた紙が一番強かった。

パルプ １ ０ ｇ・ 重さ３ ｋｇ（ｇ）

３分

６分

９分

1200

1000

・グラフで見ると、３分から９分まで右上がりだった。
・６分からは 1000ｇに耐えられた。
〈パルプ 15ｇ〉
・平均ではミキサーに９分かけた紙が、一番強い。

800

600

400・15ｇだと、３分から 1000ｇに耐えられた。
・グラフは３分から９分までほとんどが右上がり。
② 圧縮を３ｋｇかけた結果

200

0
１回目（ｇ）

２回目（ｇ）

３回目（ｇ）

平均〈パルプ 10ｇ〉
・平均ではミキサーに９分かけた紙が一番強い。
・９分は３分や６分との差がけっこうあった。
・グラフは３分から９分まですべて右上がりだった。

パルプ １ ５ ｇ・ 重さ３ ｋｇ（ｇ）

３分

６分

９分

2500

〈パルプ 15ｇ〉
・平均ではミキサーに６分かけた紙が、一番強かった。
・グラフは３分が一番小さいが、６分と９分は違いがない。

2000

1500

③ 圧縮を５ｋｇかけた結果〈パルプ 10ｇ〉
・平均ではミキサーに９分かけた紙が一番強かった。

1000

500

・６分よりも３分のほうが強い。
0〈パルプ 15ｇ〉
・平均ではミキサーに９分かけた紙が一番強かった。
・一回を除いてグラフは綺麗な右上がりだった。
・すべての平均が高かった。

１回目（ｇ）

２回目（ｇ）

３回目（ｇ）

平均

④ パルプをたたいて作った結果〈パルプ 10ｇ〉

パルプ １ ５ ｇ・ たた き（ｇ）

・平均ではミキサーに６分かけた紙が、一番強かった。
・３分と９分の差はそんなにないが、９分の方が強い。
・綺麗な右上がりはなかった。
〈パルプ 15ｇ〉

３分

６分

９分

1800
1600
1400
1200
1000

・平均ではミキサーに９分かけた紙が、一番強かった。
・それぞれの差が大きい時もあれば小さい時もあった。
（２） 引っ張り強度についての考察
・平均で見ると、ミキサーに９分かけた紙が、一番強い。

8006004002000
１回目（ｇ）

２回目（ｇ）

３回目（ｇ）

平均・６分の方が強い時が少数だがあった。
・１回目から３回目までの差が大きいときもあれば、小さい時もあった。
・ミキサーに６分かけた紙からは、ほとんどが 1000ｇに耐えられた。
（３） 切り口の様子① 圧縮を１ｋｇかけた結果・上の方で切れること、右斜めに切れることが多かった。
② 圧縮を３ｋｇかけた結果・真ん中で切れ、ほぼ真っ直ぐ切れていることが多かった。
・上下のホチキス付近で切れていることが多数あった。
③ 圧縮を５ｋｇかけた結果・上の方で切れ、ほぼ真っ直ぐ切れていることが多かった。
④ パルプを叩いて作った結果・下の方で切れることやぎざぎざに切れていることが多かった。
◇ 切れ方についての考察
・左右どちらかの斜めに切れることや、ぎざぎざに切れることが多かった。
・上下のホチキス付近で切れてしまうことがあった。
・切れ方によって、どういう風に紙に力がかかっているのかが分かった。
（４） ミキサーにかける時間を同じにした時の、圧縮時の重さについての比較① ミキサーに３分間かけた場合
・パルプ 10ｇは右上がりだった。
・パルプ 15ｇは、圧縮１ｋｇの時の強度が一番強いが減少傾向が見られた。
② ミキサーに６分間かけた場合
・パルプ１０ｇは右下がりだった。
・パルプ１５ｇの方が、圧縮３ｋｇの時一番強いが、減少傾向も見られた。
③ミキサーに９分間かけた場合・１ｋｇから５ｋｇまで、両方とも右下がりのグラフになっていた。
・パルプ 10ｇはそれほど差がなかく、パルプ 15ｇの方が、強度自体は強かった。
◇強度についての考察・圧縮する重さが大きくなると、強度は増すことはなく減少傾向が見られる。９分では、パルプ１０ｇ、１５ｇとも、それがはっきり現れている。３分、６分でははっきりしない。パルプの量にも関係しているようである。
◇比較してみて（グラフ）・ミキサーにかけた時間によって、グラフのスタイルが違っていた。

（５） 圧縮の重さを同じにした時の、ミキサーにかける時間についての比較① 圧縮１ｋｇの場合・グラフでは綺麗な右上がりになっており、パルプ１５ｇの方が、強度が強かった。
・パルプ１０ｇでは、強度が一気に増した。
② 圧縮３ｋｇの場合
・パルプ 10ｇではきれいな右上がり、パルプ 15ｇでは６分から強度が極端に増した。
③ 圧縮５ｋｇの場合
・パルプ 15ｇの方が、強度が強く、きれいな右上がりのグラフになっていた。
・パルプ 10ｇでは、右上がりの傾きが小さい。
◇ 強度についての考察・圧縮する重さが同じだと、ミキサーかけた時間が長くなればなるほど、強度は増す。
・パルプ 15ｇの方が、強度が強かった。
（６） たたいたパルプとそのままのパルプとの比較① たたいたパルプでの１０ｇと１５ｇの比較 （圧縮の重さ＝５ｋｇ）
・パルプ１５ｇの方が強度が強かく、どちらも右上がりのグラフだった。
② たたいたパルプ 10ｇとそのままのパルプにおける、ミキサーにかける時間による比較
・３分と６分ではたたいたパルプ、９分ではほぼ同じであった。
・たたいたパルプでは６分が一番強く、普通のでは６分が一番弱かった。
・たたいた場合とそのままのものでは、グラフの凹凸が逆になった。
③ たたいたパルプ 15ｇとそのままのパルプにおける、ミキサーにかける時間による比較
・どちらも綺麗な右上がりのグラフだったが、たたいたパルプ 15ｇの方が、強度が強い。
◇ 強度についての考察・たたいたパルプでは、パルプ１５ｇの方が強度は強かった。
・10ｇ、15ｇ両方とも、たたいたパルプ方が強度は強かった。
（７） 全体の考察
・ミキサーにかける時間が同じ場合、圧縮する重さが重くなっても、強度は強くならない。
むしろ減少傾向が見られる。パルプの量が 15ｇの方が強い。
・圧縮する重さが同じなら、ミキサーにかける時間が長くなればなるほど強度は増す。パ
ルプ１５ｇの方が強く、強さの伸びも大きい。
・ミキサーにかける時間と圧縮する重さが同じなら、パルプをたたいた方が強度が増す。
◎ 作る紙の面積によって繊維の細かさと圧縮する重さが決まってくるのではないか。
・パルプ１０ｇの場合は、ミキサーの時間６分、圧縮の重さ１ｋｇが最適
・パルプ１５ｇの場合は、ミキサーの時間９分、圧縮の重さ１ｋｇが最適（今回の紙は、１４ｃｍ×９ｃｍの長方形の金網で漉いた）
５ 課題（１） 作る紙の面積と、それに合う一番適切な条件をさぐる・繊維の粗さ→ミキサーにかける時間の種類をさらに増やす。
・圧縮する重さと時間→重さの種類を増やし、圧縮する時間を変える。
・作る紙の面積をいろいろ変えてみる。
（２） 上記の紙で今まで行った、折り曲げ強度、空気や光の通し方、墨汁の広がりなどの紙の性質調べを行う。
（３） パルプにする材料を牛乳パック以外に、バナナの皮、ネギ、ダイコンの葉などにして自作の紙作りを行い、紙の性質について調べる。