纸质杯具及纸质包装容器等虽作为环保材料制品流通于市场，但由于内装物不可见，因此尚未能够取代塑料制品。日本国立研究开发法人海洋研究开发机构（JAMSTEC，简称海洋机构）海洋功能利用部门副主任研究员矶部纪之、东京大学研究生院农学生命科学研究科教授岩田忠久和东京理科大学工学部工业化学科副教授上谷幸治郎等人的研究团队成功地实现了使纸板透明化。透明纸板可以用废纸和衣服等纤维素生产（升级再造），也可以制成透明杯子和吸管等三维形状，且具备优异的防水性能。矶部副主任研究员解释道：“普通纸张的纤维素纤维为微米级结构，而透明纸因具有纳米级纤维素纤维紧密排列的结构，光线不会发生散射，因此能够透明。但要实现社会应用还需经历多种挑战。我们计划下一步将完善连续化生产工艺的原型开发。”
海洋机构海洋功能利用部门矶部纪之副主任研究员（供图：科学新闻社）
图1.此次研发的“透明纸板”（供图：JAMSTEC）
目前深海底部已堆积了大量塑料垃圾（主要为一次性包装容器）。尽管回收利用工作已取得进展，但台风等风暴会导致大量塑料垃圾意外流入海洋，完全阻止其流入海洋极为困难。因此，市场所需的材料应来自不含石油的生物质，以便回收再利用，即使流入海洋也能进行生物降解。符合这一条件的材料是纸，但纸作为包装材料存在无法透视内容物的重大缺点。
研究团队成功开发出了使用与普通纸板相同成分的植物来源纤维素制成的“透明纸板”。
透明的纤维素以赛璐玢的形式存在。然而，赛璐玢是通过在凝固浴中凝固纤维素溶液制成的，因此只能生产厚度为0.03毫米的极薄产品。于是，研究团队设想将纤维素溶解在溴化锂溶液中，或许可以不需要凝固浴。
在实验中，研究团队将纤维素放入60%的溴化锂溶液中，加热至115℃使其溶解，冷却后凝固成凝胶。洗涤凝胶除去溴化锂，之后烘干，得到透明纸板。清洗废液经过浓缩，回收溴化锂，剩余的水可再次用于清洗，从而实现一个不向外部排放废液的封闭式循环回收系统。
这种透明纸板的厚度为0.3～1.5毫米，与普通纸板厚度相当或达到其5倍以上，但仍能保持高透明度。特别是作为包装材料使用的厚度约为0.3～0.7毫米的纸板，其透明度很高，雾度值小于30%，即使透过透明纸板，也能清晰地看到100米远处的物体。在硬度和强度方面，这种透明纸板超过了代表性的硬质塑料聚碳酸酯，可以模塑成吸管和杯子等立体形状。它在潮湿时的强度高于普通纸板，因此可以作为杯子盛装液体，通过天然存在的脂肪酸盐，还可以在保持透明性的同时赋予其防水性。
垃圾最终堆积的深海底水温较低，微生物较少。于是，研究团队在静冈县热海市的初岛近海（水深855米）、神奈川县三浦市的三崎近海（水深757米）以及小笠原群岛的南鸟岛近海（水深5552米）三个海域，分别将普通纸杯、透明纸板杯和塑料杯进行沉海实验，经过4～9个月的生物降解观测，最终确认透明纸板杯的降解程度与普通纸杯相当。尤其是在水深相对较浅的三崎近海，它几乎在4个月内就消失了。转录组分析表明，聚集在这些杯子上的微生物能够产生纤维素酶和β-葡萄糖苷酶等参与纤维素分解的酶。
据矶部副主任研究员介绍，以目前实验室水平的手工操作，1个透明纸杯的成本约为3000～5000日元，但如果能建立包括逆流清洗在内的连续生产流程，透明纸的成本可以控制在普通厚纸的3倍左右。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Science Advances
论文：Fully-circular shapeable transparent paperboard with closed-loop recyclability and marine biodegradability across shallow to deep sea
DOI：10.1126/sciadv.ads2426
