JP2004313159A - 木屑を基材とした植物緑化用多孔性複合材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】剪定材を中心とした木質類を緑化や植物栽培用として軽量化を図り、肥料成分も予め固定化し、流失しにくく除放効果を兼ねる代替土壌の開発を課題とした。
【解決手段】粉砕機で粉砕した剪定屑を固めて肥料性に富む数十種類のアミノ酸から構成される蛋白質を結合主剤として選び、これを特許（特公報１，９６６，５５６）に示すような可塑化物として希釈することで大量の剪定材に結合剤が均一に塗布で木屑を固め易くする。さらに、この可塑化物は加工温度が低く粘接着性に富む自然分解型であり、この加工性の良さを利用して有機肥料をこの中に含ませ固めると肥料成分に富む緑化用多孔性木質代替土壌が得られる。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、剪定材をはじめとした草・木類の屑などの表面に、たんぱく質を主体とした粘接着性高分子を塗布し、その木質相互間を固め易い複合体とし、環境循環型地域社会に貢献する素材提供を可能にする技術である。上記請求項で言う粘接着性高分子とは粘着性または接着性を有する高分子で、また融着性高分子とは熱または水で溶かして接着機能を有する結合剤と便宜上定義しておく。この結合剤を用いて比較的粗く繊維状、もしくは棒状に粉砕した木屑を固めることができ、有機肥料成分や好気性土壌菌も含ませた結合剤とすることもできる。これらで固めたものを農、園芸や屋上緑化用資材として提供を図り、新たな地域環境創りのあり方を提言するものである。まず、使用する主な高分子は動物、ならびに植物性由来の蛋白質を主体としている。蛋白質はアミノ酸から構成され、これらを特許（特公報１，９６６，５５６）に示すような手法で可塑化すると、通常の汎用プラスチック（以下、高分子物質と総称する）と比べてより低温加工性に富む性質となる。このため完熟肥料中の好気性土壌菌も損なうことなく多数この結合剤の中へ均一分散でき、さらには得られた結合剤はその種類や可塑剤の添加量で分解期間の制御も可能である。この結合剤は単独でも十分な肥料効果がある。またこの中に微生物群を多数含有させればこの結合剤自体が好気性土壌菌にとって最適の基質（栄養源）となり、微生物群の増殖を促して植物育成に顕著な効果を持っている。さらに土中での肥料成分の流出防止と徐放効果が期待できるなど、これら複数の効果はすでに実証済みである。また結合剤の完全生分解に要する期間は置かれた環境によって多少異なるが、おおよそ４週間である。したがって、このように微生物とその最適基質を組み合わせた複合材から複数の効果が期待できる特性を、本特許では機能または機能性と呼ぶこととしておく。そこで、この機能の一つである肥料特性を生かすべく、これを結合剤に含ませて基材と機械的に混合すれば木質系複合材となる。この内部構造は土壌化を促進する土壌細菌などに適した空気層を適度に保つ構造であるため植物の生育に最適な農・園芸、もしくは屋上緑化用、あるいはベランダ用資材としての提供が可能となる。
【０００２】
【従来の技術】従来、木屑や木粉は十分な強度保持の必要性から、樹脂で硬く固めて建材や家具、雑貨として、あるいはケミカルシューズ用のパルプボードなどに利用されてきた。最近になっては、ポリエチレンやポリプロピレンなどに木粉やチップ類を混ぜて複合材とし、有効利用が図られている。これらの処方は耐久性が必要とされるため木質含有量が８０ｗｔ％を超えることはほとんどなく、木質間は緻密に固められ、通気性もない構造となっているのが一般的である。園芸用資材としてはピートモスの名で知られている水苔を固めたものや、最近 椰子殻を粉状に粉砕して固めた育種用資材などが商品として市場でみられる。これらはいずれも膨潤性のバインダーを用いて硬く固められてあり、使用直前に多量のを含ませて使う仕組みとなっているのが特徴である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】近年、リサイクル化が国を挙げて取り組まれている。不用、あるいは使用済みの木質材料、間伐材、植木剪定屑等の処理問題、ヒートアイランド現象の解決や省エネ、大気浄化、ＣＯ_２などの諸問題の解決、さらには景観の改善等地球温暖化防止に寄与する環境配慮など、資源循環型社会の構築は今や地球規模で急務の課題である。
【０００４】
本特許では、不用、あるいは使用済みの木質材料、間伐材、植木剪定屑等を有効活用して代替土壌とするもので、従来の使用方法とは異なり多孔性で分解しやすい構造が特徴となる。特に、従来法と異なる点は、古くから接着剤や粘結剤として多用される天然高分子（結合剤）に木屑類（基材）を順次加え、最終的に大過剰状態に練り込むことで結果的に結合剤が基材間の固定化剤として機能を果たし、空気層の多い多孔質体の形成が実現できる。したがって、この結合剤としては強力な接着特性が要求される。またこの多孔質体には適度の機械的強度と土壌化への分解速度、さらには従来品と比較して１／３〜１／４の軽さと肥料成分も兼ね備えた性質も必要である。
【課題を解決するための手段】
前記第１及び第２、第３の課題を解決するための第一の手段として、剪定屑は粉砕機で粉砕する。この粉砕屑を固めて肥料性に富む緑化用資材とする。そのため、数十種類のアミノ酸から構成される蛋白質を主成分とした結合剤として選ぶ。結合剤の希釈手段としては特許（特公報１，９６６，５５６）に示すような可塑化物として必要な粘度に低下させればよい。この可塑化物は通常の汎用プラスチックと比べてより加工温度が低く粘接着性に富む自然分解型である。また、結合剤の肥料性を高める手段は、この低温加工性の良さを生かして特許（出願番号平６−３２９６６２）に示すような好気性土壌菌も多数含有する有機肥料をこの中に含ませることが可能となる。このよう機能付与処理を施した結合剤を用いて廃棄木質材の複合化を図れば新規な形態となり、これを自然循環型の緑化資材として有効利用を目指すものである。ただし、この廃棄木質材の新規な形態は用途の目的に応じて形状保持性や自然分解性の制御の必要性が生じる場合には結合剤に合成系の粘着高分子、あるいは接着性の高分子を併用するのもよい。軽量化は結合剤と基材との量的関係と固着時の圧力のかけ方で調整可能となる。
【０００５】即ち、本発明にかかる上記第１、および２項の課題を解決するための手段は、ゼラチンやグルテンを単独、またはでん粉やその他の粘着性高分子を一部加えて混合物としてロールやミキサー等の混合機で撹拌しながら木質粉砕屑を順次加えてその表面に粘接着性の成分を付着せしめる。結合剤に対して５倍〜２０倍量の基材を加えるためにはその混合過程で水やグリセリンなどの可塑剤を加えて結合剤の粘度を落とすことで可能となる。続いて、混合機からこれらを取り出し、定形、または不定形に固めれば目的物質が得られる。また、木質粉砕屑表面に粘接着性の成分を付着せしめる方法として、上記の方法以外にゼラチン溶液、ゼラチン／エマルジョン混合液、あるいはゼラチン／ラテックス混合液に木質粉砕屑を浸漬したのち、乾燥して固めるのも製造法の一つである。固め方は植物育成や取り扱い上、あるいは腐葉土化し易い程度の圧でよい。
【０００６】さらに、本発明者らは、第２、および第３の課題を解決するための可塑剤として、グリセリン・エチレングリコール・ジエチレングリコール、パラフィン等の３０〜４０重量部を結合剤に加えて機械的混合法により、温度５０℃±５℃にて約５分〜１０分間混合撹拌しながら可塑化物とする。この可塑化物となった結合剤に大過剰の基材を加える過程では水を用いて希釈しながらその表面に結合剤を付着させるのが最も効果的である。
【０００７】さらに、本発明者らは、第３の課題を解決するために、第一の工程としてまず、グルテンやゼラチンなどにグリセリン・エチレングリコール・ジエチレングリコール等を加えてロール上で可塑化物とする。次に第二の工程として、この得られた可塑化物にサンバース（商品名）のような完熟肥料を混練機で５０℃±５℃、約５分〜１０分間攪拌しながら加えることにより微生物群や有機、あるいは無機肥料成分を含んだ複合体とする。引き続きこの複合体の攪拌を続け、体積部で２０倍量以上の剪定屑を加えて複合体が剪定屑間へ十分に分散するまでよく混合した後、無定形、又は定形の機能性多孔質体を得る。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明に係る実施の形態について以下に説明する。
樹木の剪定屑、もしくは木屑を粉砕機により約１〜１００ｍｍ長、好ましくは１０〜５０ｍｍが最適である。木質の種別は関係なく繊維状もしくは棒状に粉砕したものであればよい。棒状の径は堆肥化促進の観点からは小さい方がよい。
【０００９】本発明で水系として用いる天然高分子としては肥料性と接着性、および生分解性を兼ね備えるゼラチンが最も適しているが、他に澱粉や寒天などの多糖類でもよい。これを水に溶解して使うなど、分解性を遅らせたい場合にはラテックスやエマルジョンなども併用できる。この溶液に木屑表面が十分濡れるだけの量で浸漬しこれらを水切りした後、加熱圧着して乾燥させ成形体とする。水系以外の方法で行う場合にはゼラチンやグルテンや澱粉なども適したバインダーの一つである。これらは粉末のままで可塑剤を用いて混練機で可塑化物とし、そのまま混練を続けながら大量の木屑を加えてその表面に十分付着せしめる。最後にこれらを固めれば、空気層の多い、且つ代替土壌としての取り扱いに適した形状とすることができる。
【００１０】
【実施例１】まず約５０ｍｍ以下に粉砕した木屑を２０リッターのヘンシル型ミキサーに約５リッターを入れ攪拌しながら、別に調整したゼラチン／でん粉（７／３：重量比）２００ｇを１０００ｇの水に溶解した混合溶液を徐々に加えて木屑表面が十分濡れるまで攪拌した後、取り出し、３７０ｘ３００ｘ４０ｍｍの枠に入れ１００℃の温度で５分間プレス成形した後、これを取り出し風乾して約２．５ｋｇの緑化用多孔性木質複合材を得た。これに同じ表面積の市販芝生を乗せると、全量が約４ｋｇとなった。一日１回施水し、一週間後に根付いた（写真１上部参照）。
【００１１】
【実施例２】グルテン５００ｇの粉末を１リッターのポリ容器に入れ、これにジエチレングリコール１５０ｇを加えてよくかき混ぜた後、４０℃に設定した樹脂用ロールで２〜３分練り可塑化物とする。続いて、これに約５０ｍｍ以下に粉砕した基材である木屑を順次加えてゆく。加える量が一定量を超えると基材相互間の粘着性が低下するので、可塑剤として水２５０ｇを徐々に加えながら１分程度混練すると再び可塑性が戻り、再度粘着性を帯びた結合剤が基材表面に順次均一分散されてゆく。このように水を希釈剤（可塑剤）としてさらに２５０ｇを加え、合計５００ｇの水で希釈することで、最終的に結合剤に対してその２０倍量の基材の表面に結合材を均一付着した木質複合材を得た。
【００１２】
【実施例３】この実施例２で得た木質複合材からポリ容器で約４リッターの量を採取し、これを所定の型枠に充填し油圧プレスで常温、５分間接触圧をかけ固めて写真２に示すような緑化用多孔性木質複合材１．７ｋｇを得た。これをポリスチレンの発砲台に乗せ写真２の下部に示すような花苗施工をおこなった結果、通常の土壌と何ら変わりのない観賞期間を維持できた。
【００１３】
【実施例４】約１００ｍｍに調整した木屑約４リッターを採取し、１０リッターのヘンシル型ミキサーに入れ、さらにホットメルト型の繊維状バインダー１００ｇを加え２分間高速撹拌を行った後、３７０ｘ３００ｘ４０ｍｍの木枠に入れ、これを１２０℃のプレスで１０ｋｇ／ｃｍ２、５分間熱圧着させ、固めて緑化用多孔性木質複合材を得た。重さは約２．３ｇであった。
【００１４】
【実施例５】５ｗｔ％のゼラチン溶液状とし、これに市販完熟肥料・サンバース（商品名）をゼラチンに対して４０ｗｔ％を加えて、剪定材に添加、続いて混合攪拌し、乾燥仕上げを行ったものをそのまま（無定形状態で）人工土壌床とし、レモンバームを植えた。この結果、天然の土壌植えのものは９月末には枯れたが、本人工床のものは葉を１１月１５日に刈り取り、そのまま越年させて翌年に成長させることができた。
【００１５】
【実施例６】グルテン５００ｇの粉末を１リッターのポリ容器に入れ、これにジエチレングリコール１５０ｇを加えてよくかき混ぜた後、４０℃に設定した樹脂用ロールで２〜３分練り可塑化物とした後、これに市販完熟肥料・サンバース（商品名）をグルテンに対して４０ｗｔ％を加えてさらに混合攪拌することにより、肥料成分の富んだ結合剤とした。続いて、この結合剤に約５０ｍｍ以下に粉砕した基材である木屑を順次加えてゆく。加える量が一定量を超えると基材表面の粘着性が低下するので、可塑剤として水２５０ｇを徐々に加えながら１分程度混練すると再び可塑性が戻り、再度粘着性を帯びた結合剤が基材表面に順次均一分散されてゆく。このように水を希釈剤（可塑剤）としてさらに２５０ｇを加え、合計５００ｇの水で希釈することで、最終的に結合剤に対してその２０倍量の基材の表面に結合材を均一付着した木質複合材を得た。
【００１６】
【実施例７】実施例６で作製した木質複合材を用いて実施例１や３と同様の緑化用多孔性木質複合材を作成し、写真３および４に示すようなガーデン用ベース施工を試みた。
【００１７】
【発明の効果】本発明の多孔質体は土壌と同じように取り扱いが出来、土の１／３〜１／４に軽量化を実現した。ビル屋上の緑化、住宅の屋上、ベランダ等の建設コストの低減化、法面緑化には流亡し難く、代替土壌として、あるいは土壌改善などにも利用できる人工床である。さらに有機肥料や化学肥料を予め固着せしめているために、発育に当たっては水のみ与えておけばよく、地球環境保全技術の一躍を担う効果がある。

Claims (3)

1. 融着性や粘接着性を有する高分子（以下、結合剤と呼ぶ）の少量を常温〜１２０℃に保った混合機内で可塑剤を用いて希釈しながらこれに体積比で５倍〜２０倍量の剪定材その他木質類の粉砕屑（以下、基材と呼ぶ）を混合して、その表面に付着させこれらを定形または不定形に固めた緑化用多孔性木質複合材とその製造方法。
2. 結合剤としてグルテン、ゼラチン、小麦粉、海藻類などの天然高分子あるいは分解ゴム、オリゴマー状、もしくは熱融着性の合成高分子を、一方基材としては約１００ｍｍ以下に粉砕した剪定材、あるいはその他の木質粉砕屑を、好ましくは棒状あるいはパルプ状とした後、請求項１の方法に従って、これらの基材を結合剤に対して５倍〜２０倍量加え、固めて得られる緑化用多孔性木質複合材とその製造方法。
3. 好気性土壌菌から醗酵せしめた完熟肥料や化学肥料等を予め混合して肥料効果を高めた結合剤に変性した後、これに基材として約１００ｍｍ以下に粉砕した剪定木材、もしくは木質粉砕屑、好ましくは繊維又は棒状の木屑を請求項１の方法に従って常温〜１２０℃下で機械的混合しながら、最終的に体積比で５〜２０倍量の大過剰で均一分散体とした後、これらを定形、または不定形の状態に固めて得られる緑化用多孔性木質複合材とその製造方法。