JPH02259447A - 紙の薄片切断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、紙層構造を光学顕微鏡及び電子顕微鏡にて観
察する際の試料作成手法（包埋手法）に関する。

〔従来の技術〕

従来は、紙試料をエポキシ樹脂、パラフィンあるいは、
接着剤により硬化・固定する包理法がとられ、主に室温
において、ミクロトームを用いてガラスナイフ等により
厚み５μｍ以下の紙切片な得ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述のような従来技術によると、（イ）紙試料の固定が
難しい、（ロ）脱泡が難しく、真空中での脱泡が必要と
なる。（ハ）包埋にかなりの時間を要する、等の間頂点
があった。

特にエポキシ樹脂包埋の場合は、エポキシ樹脂の調合あ
るいは硬化条件が決まっており、完全硬化して切断が可
能な状態となるまでには、２日〜３日程度を要する場合
もある。

また、従来技術により得られる切片は、長さが限られ、
長（ても５１程度であるため５紙質の全体的な評価をす
る場合は、数多くのサンプルが必要となる。

本発明は１紙試料の包埋時間を短縮し、且つ大形の切片
を得ることの可能な紙試料の切断方法を提供することを
目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

紙試料をセルロース主成分の凍結包埋材忙包埋し、−２
０’Ｃ以下に冷却後、冷凍固化した状態ですイフを用い
薄片に切断する。

なお、上記の凍結包埋に先立ち、紙試料を水分を含まな
い油性物質に浸漬してもよい。

〔作　用〕

セルロース主成分の凍結包埋剤は、室温においては透明
なゲル状の物質で、冷凍（−２０’Ｃ以下）すると、白
色固化する。この白色固化した状態では、比較的硬（，
１〜２μｍ程度の薄片を切断した場合でも、紙試料の繊
維構造が破壊しないよう紙試料の組織をしっかりと保持
することが可能となる。

このように凍結包埋剤により凍結固定された紙試料をミ
クロトームにより切断し、１μｍ〜５μｍ厚さの切片を
作り、微分干渉顕微鏡、走査型電子顕微鏡等により観察
する。

〔第１実施例〕 第１実施例を第１図のフローチャートについて説明する
。

抄紙及びコート紙の切断用紙試料１（縦約１０ｍ＋横約
１５ｍ）を、アルミホイルで作った容器２（直径的２０
■、高さ約１５Ｗ）内に固定し、その周囲にセルロース
主成分の凍結包埋剤３を、流し込む。

このとき、凍結包埋剤３の中に気泡が入らないように注
意して流し込むのがポイントであるが、真空包埋すると
さらによい包埋ができる。

次に、これを−２０’Ｃ以下に保冷された冷凍槽４内に
配し、凍結固化させる（約９〜（９）分程度で充分凍結
する）、凍結固化後１周囲のアルミホイル容器２を除去
し、あらかじめ冷凍槽内で、　−２０’Ｃ以下に冷却さ
れた凍結ミクロトーム（切断装置）の試料ホルダーに固
定する。

ここまでの作業で、紙薄片切断の準備は終了である。

薄片の切断は、ガラスナイフ、スチールナイフ及びダイ
ヤモンド９ナイフのいずれでも可能である。

スチールナイフは、刃巾が１５０〜２００嘔とかなり広
いため、長い薄片の試料採取が可能であるとともに厚み
１μｍまでは、充分にシャープな切断面が得られる。ダ
イヤモンドナイフは、コート紙あるいは、厚めの紙等の
切断に有効に使用でき、スチールナイフよりもさらにシ
ャープな切断面が得られる。ただし、刃先が非常に鋭く
、もろいため、切断厚みは、１μｍ以下に、切断速度は
、充分遅（して１．刃の欠損を防ぐ必要がある。

本実施例のテストでは、スチールナイフを用いて、１μ
ｍ〜５μｍの厚みの紙断面切片を採取し、これを、微分
干渉顕微鏡あるいは、走査型電子顕微鏡で観察した結果
、切断面は、非常にシャープで１本、１本の紙繊維の状
況が明確に認められた。

また、電子顕微鏡観察の場合は、低倍（Ｘ１５）から高
倍（Ｘ　１０，０００倍）の観察も充分可能であった。

即ち、第１実施例によると、（イ）（９）〜加分種変の
短時間で１つのサンプルが切断できる、（ロ）２０ｗｌ
〜３０＋ｌＩＩ＋長さの薄片作成も可能である、（ハ）
最小１μｍ厚みまでの切片作成が可能で、切断面は非常
にシャープである。

〔第２実施例〕 前述した第１実施例で使用するセルロース主成分の凍結
包埋剤は、セルロースの他に５〜１５％程度の水分を含
んでいるため、紙繊維の膨潤の問題がある。

セルロース主成分の凍結包埋剤を用いて紙試料を包埋処
理後、５μｍ以下の薄片に切断して組織を観察する場合
、繊維の配向性あるいは紙表面の凹凸等の観察に関して
は、非常に有効な像が得られる。しかし、繊維間の結合
状態等の微細（ミクロ）な観察の場合には、繊維に膨潤
等の影響があると、正確な情報が得られない可能性があ
る。

そこで、第２実施例では、繊維の膨潤防止と、作業性の
両方の観点から、油性物質とセルロース主成分の凍結包
埋剤とを組み合わせる。すなわち、紙試料を水分を含ま
ない油性物質に一度浸漬後、セルロース主成分の凍結包
埋剤に包埋する。

第２実施例を抄紙及びコート紙の断面切断について説明
する。

上記２種の供試紙の切断用試料（寸法１（ｈａ　Ｘ　１
５−１）を、油性物質（動植物油、機械油等、テストで
は食用油を使用）に１０分間浸漬後、取り出し。

表層に付着した余分な油分を取りのぞいた。次に、その
試料を第１実施例と同様に、アルミホイルで作った容器
（直径約２０譚、高さ１５Ｉ）内に固定し。

その周囲にセルロース主成分の凍結包埋剤を流し込んだ
。これを、−２０’Ｃ以下に保冷された冷凍槽内に配し
凍結固化させる。凍結固化後、周囲のアルミホイルを除
去し、あらかじめ冷凍槽内で−２０℃以下に冷却された
ミクロトームの試料ホルダーに固定し、スチールナイフ
を用いて３μｍの厚みの紙断面切片を採取した。得られ
た切片を微分干渉顕微鏡あるいは、走査型電子顕微鏡で
観察した結果、切断面が非常にシャープで、１本１本の
紙繊維の状況が明確に認められた。また、繊維の膨潤に
よる、ふ（れ及びはく離等は認められず、繊維間結合等
の微細観察の場合でも、切断面のつぶれ及び繊維の膨潤
の影響のない正確な情報が得られた。

〔第３実施例〕 セルロース主成分の凍結包埋剤は、それ自身が充分な接
着の効果をもたないため、コート紙および印刷紙を包埋
し切断する場合、紙の表層、特にコート層印刷層との密
着性が悪く、薄片切断時に紙層表面とはく離する現象が
多（認められる。

第３実施例では、紙試料（特にコート紙、印刷紙）と凍
結包埋剤との密着性及び、薄片切断時の保形性を改善す
る目的で１紙試料の表層を接着剤（たとえばでんぷんの
り、樹脂系接着剤等）で覆い固着後、凍結包埋剤で包埋
し、凍結切断する。

第３実施例をコート紙の包埋、切断について説明する。

コート紙の断面切断用試料（縦１０ＭＲ＋横１５で）に
京阪のスプレーのりを均一に塗布し、充分に乾燥させる
。次に、その試料を第１実施例と同様に、アルミホイル
を作りた容器（直径的２０　ｒａｎ、高さ１５■）内に
固定し、その周囲はセルロース主成分の凍結包埋剤を流
し込む。

次に、これを−（９）℃以下に保冷された冷凍槽内に配
し、凍結固化させる。凍結固化後１周囲のアルミホイル
を除去し、あらかじめ冷凍槽内で、−２０’Ｃ以下に冷
却された、ミクロトームの試料ホルダーに固定し、スチ
ールナイフを用いて３μｍの厚みの紙断面切片を採取し
た。

得られた切片は、紙層表面と包埋剤との間には（離は認
められず、しつかり固着した状態で、透過型の光学顕微
鋼によりコート層及び紙繊維の状態がシャープに観察で
きた。

また、スプレーのりの替わりに瞬間接着剤を用いても充
分な効果が認められることを確認した。

〔第４実施例〕 紙の構造欠陥の１つに、抄紙機乾燥時あるいは印刷時な
どに発生するブリスター（ふくれ）がある。ブリスター
の発生原因を究明する場合、ブリスター発生部の繊維構
造を明確にする必要がある。

そのためには、ブリスター（ふくれ）部の繊維構造を破
壊せず、しかもブリスター自体をつぶさずに、その断面
薄片を作成する必要がある。

ブリスター（ふ（れ）の発生したコート紙のブリスタ一
部を断面切断する第４実施例を第２図のフローチャート
について説明する。

まず、ブリスター１ａの内部に、注射器５を用いセルロ
ース主成分の凍結包埋剤３を注入、充填する。このとき
、凍結包埋剤３と同時に気泡が混入しないように注意す
るとともに、ブリスター形状をくずさないように慎重に
行う。

次に、この試料を第１実施例と同様に、アルミホイルで
作った容器２内に固定し、その周囲に凍結包埋剤３を流
し込み、−（９）℃以下に保冷された冷凍槽４内に配し
、凍結固化させる。（約加〜凹分程度で充分凍結する） 凍結固化後１周囲のアルミホイル容器２を除去し、あら
かじめ冷凍槽内で一２０’Ｃ以下に冷却された。凍結ミ
クロトーム（切断鋏ｆｔ）の試料ホルダーに固定する。

薄片の切断は、ガラスナイフ、スチールナイフおよびダ
イヤモンドナイフのいずれでも可能である。スチールナ
イフは、丙申が１５０〜２００ｍとかなり広いため、長
い薄片の試料採取が可能であるとともに厚み１μｍまで
は充分にシャープな切断面が得られる。ダイヤモンドナ
イフは、スチールナイフ、ガラスナイフよりもさらにシ
ャープな切断面が得られる。ただし、刃先が非常に鋭く
もろいため、切断厚みは１μｍ以下に、切断速度は充分
遅くし、刃の欠損を防ぐ必要がある。

本実施例のテストでは、スチールナイフを用いて３μｍ
〜５μｍの厚みのブリスタ一部１ａの断面薄片を採取し
たが、これを微分干渉顕微鏡あるいは、走査電子顕微鏡
で観察した結果、ブリスタ一部の断面の繊維組織が明確
に観察できた。また。

電子顕微鏡の場合、低倍（Ｘ　１５　）から高倍（Ｘ　
１００００）の観察も充分可能であった。

〔第５実施例〕 紙層の平面構造を観察する場合、組織を特に紙面に平行
な方向で固定し、ミクロトームにより紙の平面スライス
を作成する必要がある。特に、紙の平面スライスに関し
ては、ミクロトームのナイフとの平行度が問題となる。

抄紙の平面スライス（寸法１（ｈｗ　Ｘ　１０濯）切断
方法に関する第５実施例を第３図のフローチャートによ
り説明する。

■　まず、アルミホイルで作った容器２（直径的２０　
ｒｒｃｍ　＋高さ１５ｍ）にセルロース主成分の凍結包
埋剤３を流し込み一２０’Ｃ以下の冷凍槽４内で凍結固
化させる。

■　次に、あらかじめ冷凍槽内で一２０’Ｃ以下に冷却
された凍結ミクロトームの試料ホルダー６に、上記凍結
固化した凍結包埋剤３ａを固定し、スチールナイフ７で
、その表面を切断してナイフ７に平行に面出しを行う。

■　１１０ｍＸ１０の切断用紙試料１は、あらかじめ凍
結包埋剤３にひたし、室温で２枚のガラス平板（透明な
平板ならよい。たとえばプラスチック平板等）８．８の
間にサンドイッチしてお（。

このとき、凍結包埋剤３は、充分紙繊維間に浸透するよ
５に処理する（場合によりては真空含浸法を用いてもよ
い）ことと、２枚のガラス平板８゜８間にサンドイッチ
した試料１を、押つぶされないように注意する（場合に
よりてはスペーサーをする）ことが重要なポイントであ
る。

■　紙試料１の試料ホルダー６への固定は、２枚のガラ
ス板８，８にサンドイッチされた紙試料ｌのどちらか一
方の面のガラス板８を取りのぞき。

凍結包埋剤３が浸透した状態のままで、先に、面出しを
した凍結ミクロトームの試料ホルダー６上の凍結固化し
ている凍結包埋剤３ａ上に、平行に軽く押しあてる。そ
のままの状態で、しばら（すると、凍結包埋剤３の含浸
した紙試料１は、白色固化し、試料ホルダー６上の凍結
包埋剤３ａ（Ｉｌｌに。

固着される。そこで、ゆり（つとガラス板８を引き離す
と、紙試料１はしわのない状態で、試料ホルダー６面及
び、ナイフ７面に平行に固着される。

■　薄片の切断は、ガラスナイフ、スチールナイフ及び
ダイヤモンドナイフのいずれでも可能であるが、１０ｍ
　Ｘ　１０　ｍｍ程度の広い面積の平面スライス切断を
行う場合は、刃幅が広く、切れ味の鋭いスチールナイフ
が、有効である。ダイヤモンド９ナイフ及びガラスナイ
フは、スチールナイフよりも、切れ味は鋭いが、刃幅が
限られているため、面積の広いものは限界がある。

切片の厚みは、３μｍ〜１０μｍの間で採取可能である
が、ナイフの切れ味及びミクロトームの性１ｆｆｌＫよ
りて異なって（るため、この範囲に限られるものではな
い。

また、透過型の光学顕微鏡用のサンプルはなるべく薄い
ものが要求される。

■　本実施例のテストでは、スチールナイフを用いて１
０ｙ＋ｏ＋　Ｘ　１０＋ｗ　Ｘ　７μｍ厚みの平面スラ
イスサンプルを採取゛し、光学顕微鏡及び走査電子顕微
鏡で観察を行ったが、平面上での繊維のネットワーク状
態が明確に認められ１紙層の平面構造を知る上で、非常
に有効なサンプルであった。

また１本サンプルは、電子顕微鏡において低倍（Ｘ１５
）から高倍（Ｘ　１０，０００）の観察も充分可能であ
った。

〔発明の効果〕

本発明による紙の薄片切断方法は、セルロースを主成分
とする凍結包埋剤により紙試料を包埋する工程と、前記
工程を経た紙試料を一２０’Ｃ以下に冷却して冷凍固化
する工程と、冷凍固化した紙試料を冷凍固化状態で薄片
に切断する工程とよりなることにより、次の効果を有す
る。

（１）短時間でサンプルの切断、採取ができる。

（２）長い切片（２０ｍ〜３０醪）の採取が可能である
。

（３）最小１μｍ厚みまでの切片作成が可能で、切断面
トま、非常にシャープで、光学顕微鏡及び電子顕微鋼に
よる高倍率での観察を行５ことができる。

（４）試料切断の方向及びナイフの種類を変えることｋ
より、抄紙、コート紙及び印刷紙等の種々の紙の切断が
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例における作業手順のフロー
チャート、第２図は本発明の第４実施例における作業手
順のフローチャート、第２ａ図はブリスターの発生した
紙の斜視図、第３図は本発明の第５実施例における作業
手順のフローチャートである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. セルロースを主成分とする凍結包埋剤により紙試料を包
   埋する工程と、前記工程を経た紙試料を−２０℃以下に
   冷却して冷凍固化する工程と、冷凍固化した紙試料を冷
   凍固化状態で薄片に切断する工程とよりなることを特徴
   とする紙の薄片切断方法。