天然接着剤を理解する：グローバルな視点

接着剤は現代生活の至る所に存在し、包装や建設から医療機器、輸送に至るまで、数え切れないほどの用途で材料を接合しています。石油由来の原料から作られる合成接着剤が数十年にわたり市場を独占してきましたが、天然接着剤に対する世界的な関心が高まっています。本記事では、天然接着剤の多様な世界、その起源、特性、用途、持続可能性、そして将来の動向を、グローバルな視点から探求します。

天然接着剤とは？

天然接着剤は、バイオベース接着剤や再生可能接着剤としても知られ、合成化学物質ではなく天然由来の原料から作られます。これらの原料は、大きく次のように分類できます：

植物由来接着剤：デンプン、セルロース、タンパク質、樹脂など、植物の様々な部分から得られます。
動物由来接着剤：コラーゲン、カゼイン、血清アルブミンなど、動物の組織から得られます。
微生物由来接着剤：細菌や真菌などの微生物によって生成されます（商業的にはあまり使用されていません）。

再生不可能な化石燃料に依存し、揮発性有機化合物（VOC）を放出する可能性がある合成接着剤とは異なり、天然接着剤は再生可能な起源と低い毒性のため、一般的に環境に優しいと考えられています。

天然接着剤の種類と原料

植物由来接着剤

植物由来接着剤は、植物資源の豊富さと再生可能性から、おそらく最も広く使用されている天然接着剤の種類です。

デンプン系接着剤

トウモロコシ、ジャガイモ、米、小麦などの植物に含まれる多糖類であるデンプンは、費用対効果が高く、容易に入手できる接着剤の原料です。デンプン系接着剤は、一般的に以下の用途で使用されます：

紙・包装：段ボール、紙袋、ラベル、封筒。世界的に、デンプン系接着剤は急成長するEコマース包装分野で広く使用されています。
壁紙用のり：現在も使われ続けている伝統的な用途です。
繊維のサイジング：織布工程で生地に硬さと強度を与えます。

デンプンの種類によって、接着特性は異なります。例えば、タピオカデンプン（東南アジアやアフリカで広く栽培されているキャッサバの根から採れる）は、風味がなく透明度が高いため、食品包装によく使用されます。

セルロース系接着剤

植物細胞壁の主成分であるセルロースは、加工してセルロース系接着剤を作ることができます。一般的な形態には以下のようなものがあります：

セルロースエーテル（例：カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース）：壁紙用のり、建設用接着剤、捺染に使用されます。中国はセルロースエーテルの主要生産国です。
ニトロセルロース接着剤：歴史的にはラッカーや塗料に使用されていましたが、可燃性の懸念から現在ではあまり一般的ではありません。

タンパク質系接着剤

大豆タンパク質や小麦グルテンなどの植物性タンパク質は、加工して接着剤にすることができます。特に大豆ベースの接着剤は、ホルムアルデヒド系木材用接着剤の代替品として注目を集めています。

大豆系木材用接着剤：合板、パーティクルボード、ファイバーボードの製造に使用されます。米国とブラジルは、大豆の主要生産国であり、大豆系接着剤の主要消費国でもあります。
小麦グルテン接着剤：包装や一部の特殊な用途で使用されます。

樹脂系接着剤

ロジン（松の木から採れる）やシェラック（ラックカイガラムシの分泌物から採れる）などの天然樹脂は、接着剤の製造に使用できます。

ロジン接着剤：感圧接着剤（テープやラベル）、ゴム配合、塗料に使用されます。スカンジナビア、北米、アジアの一部の松林がロジンの主要な供給源です。
シェラック接着剤：塗料、封蝋、一部の特殊用途に使用されます。インドとタイがシェラックの主要生産国です。

動物由来接着剤

動物由来接着剤には古代文明にまで遡る長い使用の歴史があります。合成接着剤の出現によりその使用は減少しましたが、特定のニッチな分野で今もなお用途が見出されています。

コラーゲン系接着剤（膠・骨膠）

動物の皮、骨、結合組織に含まれるタンパク質であるコラーゲンは、膠（にかわ）や骨膠（ほねにかわ）の主成分です。これらの接着剤は優れた粘着力と強度を発揮します。

膠（Hide glue）：動物の皮から作られ、伝統的に木工、製本、楽器製作に使用されてきました。その可逆性から、今でも職人や修復家によって重宝されています。
骨膠（Bone glue）：動物の骨から作られ、膠と同様の用途がありますが、一般的に強度はやや劣ると考えられています。

カゼイン系接着剤

牛乳に含まれるタンパク質であるカゼインは、加工してカゼイン系接着剤にすることができます。優れた耐水性と強度で知られています。

カゼイン木材用接着剤：木工、特にラミネート加工や化粧板貼りに使用されます。
ラベル用接着剤：歴史的には瓶や缶のラベリングに使用されていましたが、大部分は合成代替品に取って代わられています。

血清アルブミン接着剤

動物の血液に含まれるタンパク質である血清アルブミンは、優れた耐水性を持つ接着剤を作るのに使用できます。

木材用接着剤：合板製造、特に高い耐湿性が要求される用途に使用されます。

天然接着剤の特性

天然接着剤は、様々な用途に適した幅広い特性を示します。主な特性は以下の通りです：

接着強度：接合された材料を引き離すのに必要な力。天然接着剤の種類や接着される基材によって異なります。
タック（粘着性）：接着剤のべたつきや初期接着力。即時接着が求められる用途で重要です。
粘度：接着剤の流れにくさ。塗布性や広がりやすさに影響します。
オープンタイム：接着剤を塗布してから接着が可能である時間。
硬化時間：接着剤が完全に硬化し、最終的な強度を発現するまでに必要な時間。
耐水性：接着強度を失うことなく水にさらされることに耐える能力。
耐熱性：異なる温度で接着強度を維持する能力。
生分解性：環境中で自然に分解される能力。多くの天然接着剤の重要な利点です。
毒性：天然接着剤は一般的に合成接着剤よりも毒性が低いと考えられていますが、中には有害な可能性のある添加物を含んでいる場合もあります。

天然接着剤の用途

天然接着剤は、様々な産業で用途が見出されており、特定の分野では合成接着剤と競合しています。

包装

包装業界は、特にデンプン系接着剤の主要な消費者です。用途には以下のようなものがあります：

段ボール：段ボールの層を接着します。
紙袋：食料品、小売、産業用の紙袋の封緘。
ラベル：瓶、缶、その他の容器へのラベル貼り。
封筒：郵送用封筒の封緘。

持続可能な包装への需要の高まりが、この分野での天然接着剤の採用を促進しています。世界中の消費者が、企業に対してより環境に優しい包装ソリューションの採用を求めています。

木工・建設

膠、骨膠、カゼインのり、大豆系接着剤などの天然接着剤は、木工や建設の用途で使用されます：

家具製作：木製家具の部品の組み立て。
合板製造：木材の単板を接着して合板を作成します。
ラミネート加工：木材や他の材料を接着して積層構造を作成します。
化粧板貼り：基材に薄い木材の単板を貼り付けます。

特に膠は、その可逆性から木工職人に重宝されており、家具の簡単な分解や修理を可能にします。

製紙・印刷

天然接着剤は、製紙および印刷用途で使用されます：

壁紙用のり：壁に壁紙を貼り付けます。
製本：本のページを綴じ合わせます。
紙のコーティング：印刷適性や外観を向上させるために紙にコーティングを施します。

医療用途

天然接着剤は、その生体適合性と生分解性から、医療用途での注目が高まっています：

創傷閉鎖：傷口や切開部を塞ぎます。この目的のためのタンパク質系接着剤の開発研究が進行中です。
ドラッグデリバリー：体内の特定の標的に薬剤をカプセル化して送達します。
組織工学：組織再生のための足場を作成します。

世界の医療用接着剤市場は、低侵襲で生体適合性の高い材料への需要に牽引され、今後数年間で大幅に成長すると予想されています。

繊維

デンプンやセルロース誘導体などの天然接着剤は、繊維産業で使用されます：

繊維のサイジング：織布工程で生地に硬さと強度を与えます。
捺染：染料や顔料を生地に固着させます。

その他の用途

天然接着剤は、以下のような他の分野でも用途があります：

楽器製作：膠は伝統的に木製楽器の組み立てに使用されます。
美術・工芸：様々な美術・工芸プロジェクトで使用されます。
皮革加工：革製品の部品を接着するために使用されます。

天然接着剤の持続可能性

天然接着剤への関心が高まっている主な要因の一つは、合成接着剤よりも持続可能である可能性があることです。主な持続可能性の側面は以下の通りです：

再生可能資源：天然接着剤は植物や動物などの再生可能資源から得られるため、再生不可能な化石燃料への依存を減らします。
低い毒性：天然接着剤は一般的に合成接着剤よりも毒性が低く、作業者や消費者の健康リスクを低減します。
生分解性：多くの天然接着剤は生分解性であり、環境中で自然に分解されるため、廃棄物や汚染を削減します。
VOC排出量の削減：天然接着剤は通常、合成接着剤よりも揮発性有機化合物（VOC）の排出が少なく、大気質を改善します。
カーボンフットプリント：使用される特定の原材料や製造プロセスによっては、天然接着剤の生産は合成接着剤の生産よりもカーボンフットプリントが低くなる可能性があります。

しかし、天然接着剤の持続可能性は、原材料の調達、製造プロセス、接着された製品の最終的な廃棄方法などの要因によって変動する可能性があることに注意することが重要です。持続可能な林業、責任ある畜産業、効率的な製造プロセスは、天然接着剤の全体的な持続可能性を確保するために不可欠です。また、接着剤用の作物を生産するための土地利用が、一部の地域では懸念事項となる可能性があります。

天然接着剤の課題と限界

天然接着剤には多くの利点がありますが、特定の課題や限界にも直面しています：

性能の限界：一部の天然接着剤は、強度、耐水性、耐熱性の点で合成接着剤と同等の性能を提供できない場合があります。
保存期間：天然接着剤は微生物による分解を受けやすいため、合成接着剤よりも保存期間が短い場合があります。
一貫性：天然接着剤の特性は、原材料の供給源や製造プロセスによって変動する可能性があり、性能にばらつきが生じることがあります。
コスト：原材料の入手可能性やコストによっては、一部の天然接着剤は合成接着剤よりも高価になることがあります。
拡張性：世界の需要を満たすために天然接着剤の生産をスケールアップすることは、特に希少な、あるいは地理的に限定された原料から作られる接着剤の場合、困難な場合があります。

天然接着剤の将来の動向

天然接着剤の将来は有望であり、その限界を克服し、応用分野を拡大するための研究開発が継続的に行われています。主な動向は以下の通りです：

性能の向上：研究者たちは、化学的修飾、架橋、ナノテクノロジーなどの技術を用いて、天然接着剤の強度、耐水性、耐熱性を向上させることに取り組んでいます。
新しい原材料：農業廃棄物、藻類、菌類など、接着剤生産のための新規または未利用の天然資源の探求。
バイオミミクリー（生体模倣）：自然界独自の接着システム（例：ヤモリの足やイガイの足糸の接着特性）に触発され、科学者たちは優れた特性を持つ新しい生体模倣接着剤を開発しています。
持続可能な製造：天然接着剤のための、より持続可能でエネルギー効率の高い製造プロセスの開発。
バイオベースハイブリッド接着剤：天然成分と合成成分を組み合わせて、性能と持続可能性のバランスが取れたハイブリッド接着剤を開発。
採用の拡大：天然接着剤の環境上の利点に対する認識の高まりと、持続可能な製品への消費者需要の増加が、様々な産業での天然接着剤の採用拡大を後押ししています。

天然接着剤の世界市場

天然接着剤の世界市場は、環境意識の高まり、VOC排出に関する規制の強化、持続可能な製品への需要の増加に牽引され、着実な成長を遂げています。主要な地域市場は以下の通りです：

北米：米国とカナダは、特に包装および木工産業において、天然接着剤の主要な消費国です。
ヨーロッパ：ヨーロッパ諸国は持続可能な開発の最前線にあり、天然接着剤への強い需要を牽引しています。
アジア太平洋：アジア太平洋地域は、急速な工業化と都市化に牽引され、天然接着剤を含む接着剤の最大かつ最も急成長している市場です。中国、インド、日本が主要市場です。
ラテンアメリカ：ブラジルやその他のラテンアメリカ諸国は、大豆やデンプンなど、接着剤用の植物由来原料の重要な生産国です。

世界の天然接着剤市場の主要企業には、Ashland、Dow、Henkel、H.B. Fuller、Arkema、その他多数の中小専門企業が含まれます。市場への新規参入企業が増え、研究開発への投資が活発化するにつれて、競争は激化しています。

結論

天然接着剤は、広範な用途において、合成接着剤に代わる持続可能で環境に優しい選択肢を提供します。合成接着剤と比較していくつかの性能上の限界に直面する可能性はありますが、これらの課題を克服し、その応用を拡大するための研究開発努力が続けられています。環境意識が向上し続け、VOC排出に関する規制がより厳しくなるにつれて、天然接着剤の世界市場は今後も継続的な成長が期待されます。企業も消費者も同様に、持続可能な解決策をますます求めており、天然接着剤はより環境に責任ある未来の重要な構成要素となっています。