透明的纸杯！？开发海洋友好型透明纸板——有望替代深海塑料污染的包装容器——

新闻发布会2025.04.10

国立研究开发法人海洋研究开发机构

国立大学法人东京大学

东京理科大学

1 .发表要点

是环境协调性优异的素材，用作纸盒等包装容器的纸板与塑料容器相比，有“白色”不透明，看不到商品内容的缺点。

是纸板原料植物的主要成分纤维素 ^※1从开始，成功开发了至今为止不可能的透明纸板。不仅是板状，还可以一体成形为立体的形状，也可以代替杯子和吸管等现有的塑料加工品。

可以实现将制造时产生的废液再利用且不排出到外部的封闭式制造工序。另外，将透明纸板再次制成透明纸板，也可以进行材料回收利用。

即使万一流到海里，也会因为微生物生物降解 ^※2因此，作为替代海洋塑料污染主要原因的容器包装塑料的王牌备受期待。

图1 .开发的“透明纸板”

用语解说

※1

纤维素

地球上存在最多的生物量，主要通过植物的光合作用生产。葡萄糖连接的无分枝的直链状天然高分子。

※2

生物降解

指在自然环境中存在的微生物所分泌的分解酶作用下，分解成可溶于水的低分子化合物后进入微生物体内，最终分解成二氧化碳和水。

2 .概要

国立研究开发法人海洋研究开发机构(理事长大和裕幸，以下称为“JAMSTEC”。 )海洋功能利用部门的矶部纪之副主任研究员们的研究小组，成功地使纸板透明了。这种透明纸板和普通纸板一样，使用了木头的主要成分纤维素，所以是对环境友好的素材。不仅是板子一样的平面状的素材，也可以成形为杯子和吸管等立体的形状。另外，由于制造时产生的废液可以再利用，所以不将废液排出到外部就可以制造透明的纸板。此外，还可以回收利用透明纸板制造透明纸板的材料。而且，即使因大雨或暴风雨等而无意中流出海洋，也会被海水中的微生物生物分解，因此不会长期残留在海洋环境中。本研究所开发的海洋友好材料有望作为海洋塑料污染的主要原因——替代容器包装塑料的王牌。

本成果于4月10日(日本时间)刊登在“Science Advances”上。另外，本研究由NEDO委托事业“月拍型研究开发事业/面向地球环境再生的实现可持续资源循环/具有生物降解开始开关功能的海洋降解性塑料的研究开发(课题编号: JPNP18016 )”“面向社会安装海洋生物降解性塑料的技术开发事业” 确立海洋生物降解性的评价方法(课题编号: P20008 )“NEDO先导研究计划/能源环境新技术先导研究计划/各种生物降解性塑料的海洋降解性评价(课题编号: P14004 )”、JSPS科研费( JP22H03786及

论文信息

标题

fully-circular shape able transparent paper board with closed-loop recycl ability and marine biodegradability across shallow to dep sea

作者矶部纪之^1,2田中圭子³石井俊一³、嶋根康弘³、冈田贤³、大长一帆⁴上谷幸治郎⁵吉村寿纮¹、木元克典⁶木村聪²，斋藤继之²中嶋亮太⁶土屋正史⁶生田哲朗⁶川口慎介⁶岩田忠久²野牧秀隆³

所属

JAMSTEC海洋功能利用部门
东京大学研究生院农学生命科学研究科
JAMSTEC超先锋研究部门
东京大学研究生院工学系研究科
东京理科大学工学部工业化学科
JAMSTEC地球环境部门

DOI10.1126/sciadv.ads2426

3 .背景

JAMSTEC过去的研究表明，深海底积累了很多塑料垃圾(2021年3月30日已报告及2023年10月10日已报告)中也明确了。研究表明，几乎所有这些深海塑料垃圾都是一次性包装容器。此外，有证据显示，台风等暴风雨会导致大量塑料垃圾无意中流失到海洋中。(2022年1月13日已报告)。这意味着要完全防止塑料垃圾溢出海洋是极其困难的。

由于这种海洋塑料垃圾污染的日益突出，“海洋友好型材料”的研究开发开始蓬勃兴起。我们作为这种海洋友好型材料，设置了以下三个条件进行研究开发:①来自不使用石油的生物量；②为了实现循环型社会，可以进行循环利用；③在无意中流出海洋时也会发生生物分解。

满足这些条件的材料可以是纸。纸是由木头制成的生物量来源的素材，从废纸的回收到再生纸的制造这一材质再利用的工序也已经确立，可以说是环境协调性很好的素材。其中，被称为纸板的厚壁纸是可以作为纸盒等包装容器包装材料使用的通用性高的材料。但是，纸板是“白色的”，作为包装容器存在着致命的课题。以消费者为对象的研究调查显示，用于食品和饮料的包装容器，即使是对环境有负荷的塑料制品，透明且能看到里面的东西也更能让人有购买欲望(文献1 )。因此，在法国，一家饮料制造商为了恢复低迷的销售额，将包装材料从纸盒变更为塑料瓶，但发生了呼吁环境负荷上升的大规模示威(文献2 )。也就是说，作为新一代的通用包装包装材料，开发环境协调性和透明性兼备的材料可以说是紧迫的课题。

4 .成果

本研究小组成功地使用与普通纸板相同的成分，即来自植物的纤维素开发出了“透明纸板”(以下简称“透明纸板”)图1)。该透明纸板具有与0.3~1.5 mm的普通纸板同等或其5倍以上的厚度，同时保持了高透明性(例如图2)。特别是在用作包装材料的0.3 – 0.7 mm左右的厚度下，雾度值 ^※3显示30%以下的高透明度，即使隔着透明的纸板，100米后面的物体也能清楚地看到( 100米)图2)。也发现硬度和强度超过了代表性的硬质塑料聚碳酸酯。另外，可以成形加工成吸管和杯子等立体形状( )图3)。因为湿状态下的强度比通常的纸板高，所以即使直接用杯子保持液体也是可能的。(图3)，也可以使用来自天然的脂肪酸盐在维持透明性的情况下赋予疏水性(例如图4）。

图2 .透明纸板的制作工序。以纤维素为原料，进行溶解凝固清洗干燥。制成的透明纸板，即使厚度为0.7 mm这一普通纸板两倍以上也是透明的，甚至最大1.5 mm的厚度也能看到背后的物体。

图3 .成形为杯子和吸管等立体形状的例子。向杯状吸管状模具中注入纤维素溶液，使所得凝胶干燥。得到的杯子与通常的纸板相比具有高湿润强度，因此可以在内部不涂薄膜等的情况下保持液体。

图4 .为了进一步提高液体的保持力，在透明的纸板表面进行了疏水涂层的情况。作为包衣材料，使用了来自植物脂肪酸盐。通过涂层，可以确认在维持透明度的情况下开始洒水(作为指标的接触角为90度以上)的情况。

这种透明纸板是通过以下工序制作的:①高温溶解纤维素，在室温下静置凝固，②水洗，③干燥(图1 )图5)。在溶解纤维素的工序①中，使用溴化锂水溶液作为溶剂。工序②的水洗产生的废液是用水稀释后的溴化锂水溶液，通过将其浓缩，可以作为工序①中使用的溶剂再次利用(步骤②)图6)。此外，浓缩后产生的水可以用于工序②的水洗工序。这表明环境负荷非常低，可以实现不向外部排放任何废液的封闭式制造工序。此外，还可以将制作好的透明纸板碎片，再次成型为透明纸板，进行材料回收利用(请参阅)图6）。

在本研究中，作为透明纸板的原料，使用了采集棉绒这种棉花后残留在种子表面的短纤维，但只要是纤维素，什么样的东西都可以作为原料使用。例如，也可以使用无纺布或复印纸作为原料来制作透明的纸板(例如，)图6)。这意味着以旧衣服和废纸等纤维素类废弃物为原料制造透明纸板，可以进行所谓的上循环。

图5 .透明纸板的制造工序包括回收工序分解过程在内的生命周期总体情况

图6 .回收示例。使用从新品、废液中回收利用的溶剂，材料回收利用品，使用回收利用的溶剂进行材料回收利用，以滤纸为原料，以复印纸为原料。如果只是纤维素的话，可以由各种各样的原料调制透明的纸板。

最后，为了防备暴风雨等自然灾害导致透明纸板意外流出海洋的情况，确认了其在海洋中的生物降解性。特别是最终垃圾堆积的深海底水温低，微生物量也少，因此有必要通过长期设置在实际的深海中，正确评价生物降解性。因此，它运用了海洋研究开发机构所有的有人潜水调查船“深海6500”、无人探测器“超级鳍”和“KM-ROV”、自由落体探测器“江户子1号”等各种各样的设施，对透明纸板的设置和回收在进行这次试验的所有深海底，透明的纸板都显示出重量减少(图1 )图7a)。为了明确这种重量减少是微生物引起的，进行了电子显微镜观察和元基因组分析。在从深海回收的透明纸板的表面，观察到了附着的微生物进行穿孔的情况(例如图7b)。转位子分析的结果显示，聚集的微生物产生了纤维素酶和β-葡萄糖苷酶等参与纤维素分解的酶。由此可知，在深海中，分解纤维素的微生物也会促进透明纸板的生物分解。可以看出，虽然深海中的生物分解速度随着水深的加深而变慢，但在进行此次试验的所有深海底，透明纸板都被生物分解了(图1 )图7a)。根据得到的生物降解速度计算，在水深约700-1，000 m的深海底，用透明纸板制成的杯子估计在6个月到1年内会完全生物降解。实际上，在相模湾三崎海域深757米处，通过缩时观察摄影观察分解过程时，确认了透明纸板制成的杯子在4个月内基本消失。

图7. (a )各个地点的分解速度的比较。深度越大，分解速度越慢，但分解会进行。 ( b )用电子显微镜观察在深海进行分解试验的透明纸板表面。可以看出在透明的纸板表面形成了生物膜，微生物聚集在透明的纸板表面打孔的样子。放大图中粉红色的部分相当于微生物。转位子分析的结果表明，聚集在透明纸板上的微生物表达了与纤维素分解相关的酶。

用语解说

※3

雾度值

阴天度。是表示材料透明性的指标，值越低材料越透明。

五.今后展望

根据本研究的成果，成功开发出了一种海洋友好型材料——“透明纸板”，满足以下三个条件:①来源于生物量，②可回收利用，③海洋生物降解性材料。透明纸板有望成为替代现有塑料的王牌，但为了实用化还存在很多必须跨越的障碍。特别是从制造所需的能量计算结果可知，为了实现生产规模的大型化和生产成本的削减，“确立连续制造工序”和“使使用过的溶剂的回收再利用高效化”是不可缺少的。今后将克服这些课题，目标是用透明的纸板置换需要透明性的用途中使用的塑料。

论文

文献1

G. Simmonds，A. T. Woods，C. Spence，’show me the goods’: assessing the effectiveness of transparent packaging vs.product imimeFood Qual. Prefer. 63, 18–27 (2018).

文献2

L. Girard，PepsiCo passe du carton au plastique pour emballer ses jus tropicana，Le Monde (2019). https://www.le monde.fr/economie/article/2019/06/12/PepsiCo-passe-du-carton-au-plastique-pour

本研究的咨询方式

国立研究开发法人海洋研究开发机构

海洋功能利用部门生物地球化学中心

副主任研究员矶部纪之

国立大学法人东京大学

研究生农学生命科学研究科生物材料科学专业高分子材料学研究室

教授岩田忠久

东京理科大学

工学部工业化学科

副教授上谷幸治郎

新闻发言人

国立研究开发法人海洋研究开发机构

海洋科学技术和战略部新闻办公室

国立大学法人东京大学

研究生院农学生命科学研究科农学院事务部总务科总务组宣传信息担当

东京理科大学

经营企划部宣传科

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