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持ち帰りのコーヒーの紙コップは、紙だけでできているわけではない。内側に薄いプラスチックの膜が貼ってあり、そのおかげで熱い飲み物を入れても紙がふやけない。カナダのウォータールー大学のチームは、この膜を植物由来のセルロースだけで置き換えるコーティングを作り、熱湯や油、酸やアルカリに耐えることを確かめた。おもしろいのは、表面をこする試験で傷みが目立ったのが、比べる相手にした市販の紙コップのほうだったことだ。論文は2026年7月25日に学術誌 ACS Sustainable Chemistry & Engineering に載り、大学は11月5日に発表した。
紙コップの内側に貼られた、薄いプラスチック
紙は細い繊維がからみ合ったもので、繊維のすき間には無数の小さな穴がある。そのままでは水がしみ込み、熱い飲み物ならなおさら早く形が崩れる。そこで使い捨ての紙コップや紙の容器の内側には、ポリエチレンの膜が貼られている。
この膜は石油からつくられ、捨てられたあとは何百年も環境に残る。紙と膜がぴったり貼り合わさっているので、リサイクルするには両者を分ける手間がかかる。ウォータールー大学の発表は、コップも膜もどちらもセルロースでできていれば、この分ける工程を減らせる可能性がある、と書いている。
植物由来の2つの材料で膜をつくる
研究したのは、ウォータールー大学化学科の Xiaowu (Shirley) Tang さんの研究室の Sayan Ganguly さん、Pei Li さんと Tang さんの3人だ。セルロースは植物の細胞壁の主な成分で、紙の繊維もこれでできている。チームはコーティングの材料も、このセルロースから選んだ。
膜の大部分を占めるのは酢酸セルロース。セルロースに酢酸の一部を結びつけた素材で、眼鏡のフレームやたばこのフィルターにも使われている。そこに、セルロースの繊維から取り出した、ごく細い針のような結晶（セルロースナノクリスタル）を混ぜて補強した。この液を、紙の上に刃で薄く均一に塗り広げる。
塗った膜は、紙の表面の大きな穴をふさぐようにつながった層になり、上のほうの繊維とは一部が入り組んで一体になっていた。分光法で調べると、膜と紙は水素結合という弱い引き合いでつながっていた。どちらもセルロースなので相性がよく、接着剤を使わずに貼りつく。
研究のきっかけは、紙コップではなかった。チームはもともと、航空機向けの軽くて持続可能な材料を探していて、その途中でこの材料が紙や包装のコーティングに向いていることに気づいたという。
熱湯にも油にも、酸やアルカリにも耐えた
結晶の量を変えて性能を比べると、引っ張ったときの強さと硬さは、結晶を膜の重さの5%入れたときにいちばん高くなった。粘り強さ（壊れるまでにどれだけ力を受け止められるか）は3%まで増えた。加熱して重さの変化を見る試験では、結晶を入れた膜のほうが分解の始まりが遅かった。
液体にも強かった。コーティングした紙を、ジクロロメタンのような有機溶剤や、水酸化ナトリウム、塩酸などに5日間浸しても、膜がはがれたり、液の通り道ができたりしなかった。発表によると、熱湯や食用油に長く触れさせても安定していた。酸素の通りにくさも調べていて、酢酸セルロースだけを塗った紙でも、何も塗っていない紙と比べて酸素の通る量が10分の1より少なくなり、結晶を加えるとさらに通りにくくなった。
チームは、薄くて水をすぐ吸う茶色のペーパータオルにもこの膜を塗ってみた。それでも水をはじく丈夫な紙になった。Ganguly さんは、ずっと薄い紙でも飲み物の容器に必要な耐久性が出せたので、コップをつくる材料を減らし、費用も下げられるかもしれない、と話している。
こすって傷んだのは、市販の紙コップのほうだった
チームは、ポリエチレンの膜を貼った市販の紙コップを比べる相手にして、表面を長くこすり続ける試験も行った。石油由来の膜と植物由来の膜で、先に傷んだのは石油由来の膜だった。
市販のコップの内側には、こするうちに小さなくぼみができ、膜の境目が開き、表面が薄片のようにはがれていった。セルロースの膜は、同じ条件でもまとまりを保ち、紙に貼りついたまま、傷もほとんど増えなかった。大学の発表は、市販のコップで表面の劣化と粒子の放出が見られたことから、マイクロプラスチックが中身に入り、体に取り込まれるおそれがあると書いている。
Tang さんは、一部のプラスチックの膜がこれほど簡単に粒子を落とすと分かったのは驚きだったという。ただ、論文の要旨と発表から分かるのは、こする試験で表面がどう壊れたかまでだ。ふだんコーヒーを飲むときに、どれだけの粒子が飲み物に入るのかは、ここからは読み取れない。
まだ研究段階の結果
セルロースは木材や草など、さまざまな植物から取り出せる。Tang さんは、熱湯や食用油、いろいろな溶剤に耐えたことから、コーヒーカップ以外にも使い道があると見ていて、チームはプラスチックを置き換えたい食品の包装などへの応用も考えている。
一方で、食品に触れる容器として使うには、食品安全の試験や規制当局の評価を済ませる必要がある、と研究者たちは断っている。Tang さんは ScienceAlert に、これはまだ研究段階の結果で、いつ製品になるかは分からないと話している。
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出典
- Ganguly, S., Li, P., Tang, X. (S.) (2026) A High-Temperature-Resilient All-Cellulose Barrier for Next-Generation Beverage Packaging. ACS Sustainable Chemistry & Engineering 14(31): 13924–13939. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.6c03064
- University of Waterloo（2026年11月5日）Black coffee, hold the plastic https://uwaterloo.ca/news/science/black-coffee-hold-plastic
- ScienceAlert（2026年11月13日）Scientists Developed a Plant-Based Alternative to The Plastic Inside Your Coffee Cup https://www.sciencealert.com/scientists-developed-a-plant-based-alternative-to-the-plastic-inside-your-coffee-cup
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