不透明度変化に基づく紙の変形過程の解析（光学測定から見える紙構造の変化）

摘要

薬包紙やグラシン紙のような半透明な紙を引張すると，白濁して不透明になる。実はいずれの紙でも引張すると不透明性が増大するが，元来多くの紙は相当に不透明な材料であり，さらに少しの変化だから気付かないだけなのである。より不透明になることとは（可視）光の散乱が増大することを意味する。 この光散乱能を表す値として，一般に紙を含む光散乱物体についてのKubelka-Munk理論による散乱係数が古くから知られており，紙の場合ではその1枚を反射率が0％である黒色（ベルベット）布及び標準白板で裏当てした時の2つの光反射率（完全散乱体からの反射率を100％とする）および坪量（単位面積あたりの質量，平均的な新聞紙で42g/m{sup}2）の値から計算できる。 ちなみに新聞や書籍をはじめ情報媒体として紙が優れる最大の点は紙が不透明で裏側の文字が見えないことであり，散乱係数はこの不透明性と直接関連する。 光散乱は屈折率の異なる物質間界面で生じるので，紙における散乱係数（例えばリサイクルされた広葉樹クラフトパルプから造られたゼロックスコピー用紙で49.2m{sup}2/kg）は光学的特性値ではあるが，繊維と空気の界面である紙内部比表面積，すなわち繊維同士が結合していない部分の繊維の比表面積をも意味する。 ところで紙の強度はそれを構成するパルプ繊維同士の結合程度，主に繊維間結合面積の大小で決まるので，散乱係数を測定すれば結合していない繊維の比表面積，裏返せば繊維間結合の発達状況からさらには強度まで推定できる。 このように簡単な光学量としての反射率測定から，構造量である内部比表面積が，さらに関連して強度的性質が類推できることは大変興味深い。