イネワラを原料としてパルプ生産を行う上で最も大きな問題となるのが,イネワラ中に著量に含まれるシリカである。イネワラの蒸解過程において,パルプ中にシリカをできる限り保持すべきなのか,あるいは,除くべきなのかは,イネワラパルプから作られる紙の使用目的によると考えられる。パルプにシリカを保持した場合,水浸透性,インクジェット記録性,不透明度,地合い,紙の剛性が向上することが知られている。一方,パルプに含まれる非繊維細胞のうち,シリカが富む表皮細胞は紙の強度を低下させる。いずれにせよ,蒸解条件によって脱シリカ反応がどのように影響されるのかをを詳細に検討することは重要な課題であると考えられる。

　本研究では,蒸解液の液性を酸性からアルカリ性まで幅広く変え,脱リグニン反応として酸化反応とイオン反応の両者を検討の対象として各蒸解条件を比較した。

　ソーダ蒸解及び酸素・アルカリ蒸解では脱リグニンの進行とともに脱シリカも進行するが,亜硫酸ソーダ蒸解及びアンモニア蒸解で高度の脱リグニンを達成したパルプには,比較的多くのシリカが保持されることが見出された。

　シリカをなるべく保持する蒸解法としては,亜硫酸塩蒸解とアンモニア蒸解,あるいは,酸性下での蒸解を挙げることができ,シリカを除去する蒸解法としては,ソーダ蒸解と酸素・アルカリ蒸解などを挙げることができる。

　蒸解後の各蒸解液のpHと脱シリカおよび脱リグニンとの関係の分析結果から,脱シリカが蒸解液のpHに依存していることは明らかである。アンモニアあるいは中性亜硫酸塩蒸解では,pHが低いことがシリカの脱離を抑えていると考えられる。脱シリカを進めるには,蒸解後pH11.5以上での蒸解を行い,脱シリカを抑えるにはそれ以下のpHでの蒸解を行えばよいことが示唆される。ここで注目したいのは,約30%までの脱シリカは,アルカリ性下でも,中性下でも,酸性下でも,脱リグニンに伴って進行するが,それ以上の脱シリカは反応系のアルカリの強さと温度に強く依存しているという点である。すなわち,脱リグニンの進行と強い相関を持って脱離するシリカと,脱リグニンとは無関係にアルカリの強さに依存して脱離するシリカが存在する。なお,酸素・アルカリ蒸解では,pHが比較的低くても高度の脱リグニンが達成できるため,同程度の脱リグニンを与えるアルカリ単独での蒸解よりも,シリカの保持率が高くなるが,同程度のpHの履歴で比較すると,酸素・アルカリ蒸解の方がアルカリ単独での蒸解よりもシリカの脱離が大きいことがわかった。

　イネワラのパルプ化の蒸解過程における脱リグニンと脱シリカの関係あるいは細胞壁の成分(炭水化物)間の反応速度論的関係をを明らかにすることは,イネワラのパルプ原料としての利用を促進する上で重要な課題であると考えられる。アルカリによる脱リグニン処理に焦点を当て,その過程での脱リグニン挙動と脱シリカ挙動を反応速度論的に解析し比較した。イネワラのアルカリ処理を第1段(初期から中期にかけての脱リグニン)及び第2段(後期の脱リグニン)に分けて,速度論的な解析を行った。なお,予備実験において,30℃,50℃,70℃,80℃では,チップと粉末でほとんど同様な脱リグニン度を与えたが,本実験においてはより均一な反応の進行が期待できる粉末試料を用いて脱リグニン速度を検討した。アルカリを消費する成分としてイネワラ中にはリグニン,多糖類など木材と共通する成分の他に,著量のシリカが存在する。本実験の測定範囲では,これらの成分によってアルカリが消費された場合アルカリ濃度の変化は最大で約30%に達すると見積られたが,70℃で30分蒸解した場合でもpHの変化はわずかであった(pH12.85→12.74)。したがって,取り扱いを容易にするために擬一次反応として計算した。まず,各温度における脱リグニンの擬一次反応速度定数を求め,それを用いて速度式から計算でえた曲線が実際の脱リグニンの進行とどの程度一致するかを確かめた。次いで,各温度における速度定数からアレニウスの式{K＝(A)exp(-Ea/RT)を用いることによって反応速度パラメーター(前指数因子と活性化エネルギー)を求め,さらに,これらの反応速度パラメーターを用いて計算した値が,速度定数の温度依存性についての実測値と一致するかどうかを確認した。イネワラの脱リグニンは異なった反応速度定数を持つ二つ以上のフェーズに分けられる。第一フェーズは,リグニン分解反応などが起こり得ない温和な条件であるが,少なくとも50%以上の脱リグニンが達成される。低温アルカリ処理でイネワラの各部位の脱リグニン反応速度定数は節間,葉鞘と葉身ではほぼ同一であるが,穂では反応速度が小さいことが分かった。全体としてイネワラの脱シリカは脱リグニンよりも反応速度が大きく,反応温度の上昇に伴う反応速度の増加も大きい。したがって,水酸化ナトリウムを用いる限りでは,脱シリカを抑えて脱リグニンを進めることは不可能であることがわかった。キシラナーゼ処理したホロセルロース等を用いた実験より,脱シリカ反応は単なるアルカリへの溶解反応であり,他の細胞壁成分の溶出挙動によってはほとんど影響されないことが示唆された。

　これまでの検討結果から,亜硫酸ソーダ単独,あるいは,アンモニア単独での蒸解では脱シリカを抑えることができるが,濃度,温度及び時間を増加させても効率的な脱リグニンを達成することは出来なかった。そこで,これらの試薬を酸素圧下で用いる酸素・弱アルカリ系蒸解法の可能性に着目して検討を行った。イネワラの脱シリカを極力抑制したパルプ化法として,酸素・弱アルカリ系蒸解法による脱リグニン,脱シリカ,炭水化物収率などについて詳しく検討した。アルカリ(NaOH)を用いる場合は,酸素圧下でもそうでない場合でも,シリカが除去された。これに対して,酸素-亜硫酸ソーダ蒸解と酸素-アンモニア蒸解では,脱リグニンが95%まで進行した場合でも,シリカの保持率は非常に高く,約70%程度であった。分子量分布測定結果から,酸素-亜硫酸ソーダ蒸解のパルプはヘミセルロース区分の割合が高いことが分かった。すなわち,ヘミセルロースが分解せずに保持されていることが炭水化物収率の高かった原因であると考えられた。このことは,中性糖分析の結果とよく一致した。一方,酸素・アンモニア蒸解では他の酸素・アルカリ系蒸解に比べ,ヘミセルロースの保持率が低くセルロースの低分子化も認められたが,その機構は不明である.

　従って,酸素・サルファイト法によるイネワラパルプ化では高度の脱リグニンができ,パルプ収率も高く(約70%),シリカ及び炭水化物の保持も良好であった。