JP2006204206A - 粉粒状マルチ資材及びマルチ敷設方法 - Google Patents

Abstract

【課題】もみ殻燻炭、炭化バガス等のバイオマス炭化物を有効利用し、安全性が高く、マルチ敷設が容易、使用後の撤去が不要なマルチ資材、簡便なマルチ敷設方法を提供する。【解決手段】粉末ないし小粒のバイオマス炭化物１００重量部と、ゲル化性を有する水溶性高分子３〜３０重量部を含有する粉粒状マルチ資材。水溶性高分子は天然高分子、半合成高分子又は生分解性合成高分子から選ばれ、バイオマス炭化物は撥水剤で疎水性が付与されたものがよい。撥水剤によって疎水性が付与された粉末ないし小粒のバイオマス炭化物１００重量部と、天然高分子、半合成高分子又は生分解性合成高分子から選ばれたゲル化性を有する水溶性高分子５〜２０重量部を含有する水田用粉粒状マルチ資材。粉粒状マルチ資材を圃場の表面に散布し、バイオマス炭化物をフィラーとし、ゲル化した水溶性高分子をマトリックスとする黒色マルチ皮膜を形成するマルチ敷設方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、粉粒状マルチ資材及びマルチ敷設方法に関し、さらに詳しくは、農林水産業などから排出される有機性廃物を炭化して得られるバイオマス炭化物を有効利用した、生育促進効果、抑草効果、土壌改良効果などを有する粉粒状マルチ資材、及びこの粉粒状マルチ資材を用いるマルチ敷設方法に関する。

バイオマスとは、生物資源の量を表す概念であり、わら、もみ殻、バガス、ぬか、雑草等の農業系、製材廃材、間伐材、剪定材、製紙廃棄物等の林業系、家畜糞尿、食肉加工残滓等の畜産系、水産加工残滓等の水産系、生ゴミ、庭木、建設廃材、下水汚泥等の廃棄物系などが挙げられる。バイオマスの有効利用としては、ゴミ固形化燃料（ＲＤＦ）や林業系廃棄物を用いた植物栽培材料のほか、これを炭化したバイオマス炭化物などが実用化されている。

輸送費軽減の観点から、発生現場におけるバイオマスの炭化処理が好ましい。しかしながら、バイオマス炭化物は、木炭、燃料原料、土壌改良材、床下吸湿材、消臭材などの利用が一部でなされているにすぎず、軽くて嵩張るので流通効率や生産性に難点がある。また、バイオマス炭化物をそのまま耕作地に散布すると、風雨による飛散や流出を招くのみならず、河川汚染の原因ともなる。したがって、バイオマス炭化物の新たな用途開発が要望されている。

一方、寒冷地や気温の低い春先の農作では、ポリエチレンフィルム等のマルチシートで圃場の表面を被覆し、地温低下を防止するマルチングが行われている。また、雑草繁殖防止や土壌水分保持を目的として行われることもある。しかしながら、従来のマルチは、敷設と撤去労力が必要であり、回収されたマルチシートは、野焼きが禁止されており、リサイクルも経済性の面から容易ではなかった。また、一般プラスチックフィルムに代わるものとして、生分解性プラスチックフィルムが注目されているが、経済性や分解コントロールに難があり、敷設に手間がかかる点は改善されていない。さらに、特許文献１には、紙が土中で腐食分解する性質を利用した紙マルチシートが開示されているが、敷設に手間がかかる点は生分解性プラスチックフィルムと同様である。

従来のマルチ資材がフィルムやシート状であるのに対し、液状マルチ資材を土壌表面に散布し、固化皮膜を形成する方法が開発されている。特許文献２には、石油アスファルトをエマルジョン化したアスファルト乳剤よりなる液状マルチ資材、特許文献３には、高分子エマルジョンと顔料とフミン酸塩類よりなる液状マルチ資材を用いるマルチ敷設方法が開示されている。これらの方法によると、液状マルチ資材を散布するだけでよく、従来のマルチシートに比べて著しく省力化ができる。また、土壌表面の凹凸に関係なく皮膜を形成でき、散布量を調整することによって、任意の厚さの皮膜を形成することが可能となった。しかしながら、圃場に石油系資材を散布することで、作物や土壌に対する悪影響を懸念して、普及してないのが現状である。

特開昭５５−９２６２５号公報 特開２０００−４６８７号公報 特開２００４−３１３０４８号公報

したがって、本発明の目的は、もみ殻燻炭、炭化バガス等のバイオマス炭化物を有効利用し、しかも安全性が高く、マルチ敷設が容易で、使用後の撤去が不要なマルチ資材を提供することにある。また、本発明の別の目的は、このマルチ資材を用いる簡便なマルチ敷設方法を提供することにある。

すなわち、本発明は、粉末ないし小粒のバイオマス炭化物１００重量部と、ゲル化性を有する水溶性高分子３〜３０重量部を含有することを特徴とする粉粒状マルチ資材である。

本発明の粉粒状マルチ資材において、ゲル化性を有する水溶性高分子が、天然高分子、半合成高分子又は生分解性合成高分子から選ばれた少なくとも一種であることがよく、バイオマス炭化物は、撥水剤によって疎水性が付与されたものであることがよい。

また、本発明は、撥水剤によって疎水性が付与された粉末ないし小粒のバイオマス炭化物１００重量部と、天然高分子、半合成高分子又は生分解性合成高分子から選ばれた少なくとも一種のゲル化性を有する水溶性高分子５〜２０重量部を含有することを特徴とする水田用粉粒状マルチ資材である。

さらに、本発明は、上記の粉粒状マルチ資材を圃場の表面に散布し、バイオマス炭化物をフィラーとしゲル化した水溶性高分子をマトリックスとする黒色マルチ皮膜を形成することを特徴とするマルチ敷設方法である。

本発明によれば、農業資材としてバイオマス炭化物の新たな用途を開拓し、バイオマス発生地又はその近傍での再利用を実現した。本発明の粉粒状マルチ資材は、安全で環境汚染のおそれがなく、圃場の表面に散布するだけで黒色マルチが敷設できる。この黒色マルチは、太陽熱を吸収して地温や水温を上げるので栽培植物の生育を促進する一方、日光を遮るので雑草繁茂を防止することができる。さらに、使用済みマルチは、撤去の必要がなく、そのまま土壌にすき込むと土壌改良材にもなる。特に、水に浮かび且つゲル化する本発明の粉粒状マルチ資材は、水田用マルチ資材として好適である。

以下、本発明の粉粒状マルチ資材について詳細に説明する。
本発明において、炭化原料に用いられるバイオマスとしては、加熱により炭化することの可能な植物質成分、例えば、セルロース、ヘミセルロース、リグニン等を主成分とするものであることが好ましい。このようなバイオマスとしては、農業系バイオマス、林業系バイオマス、木質系バイオマス及び廃棄物系材料の一部が挙げられる。

農業系バイオマスを具体的に例示すると、もみ殻、麦殻、そば殻等の脱殻類、稲わら、麦わら等のわら類、ヤシ殻、クルミ殻、アイボリーナッツ殻等の果実殻類、桃の種等の果実種子、米糠、バガス、トウモロコシの芯、草木などが挙げられる。林業系バイオマスを具体的に例示すると、伐採材、間伐材、伐根材、枯死樹木、公園樹や街路樹の伐採屑、樹木剪定屑、薪炭材などが挙げられる。木質系バイオマスを具体的に例示すると、樹皮、おが屑、木片、木質系建設廃材、流木などが挙げられる。その他、コーヒー滓、茶殻、おから、酒粕、焼酎粕、ビール粕、大豆滓等の食品工業廃棄物などが挙げられる。また、家畜糞尿、食肉加工残滓等の畜産系、水産加工残滓等の水産系、生ゴミ、庭木などの他に、古紙、パルプかす等の製紙廃棄物、建設廃材、下水汚泥等の廃棄物系などが挙げられる。これらのバイオマスのうち、大量に発生しその処理に困っているもみ殻は、地域循環型農業資材になるので好ましい。

これらのバイオマスは、もみ殻等の小粒状のものはそのまま炭化すればよく、木片等の粗大寸法の材料は、適当な大きさに切断、破砕したものを炭化することが好ましい。バイオマスの炭化は、空気を遮断して加熱する乾留炉などを用い、低温乾留又は高温乾留することによって行うことができる。得られたバイオマス炭化物は、多孔質の炭素質からなり嵩比重が低く、太陽熱を吸収するとともに、有害成分を吸着する効能を有する。バイオマス炭化物がもみ殻燻炭等の小粒状のものであればそのまま原料としてよいが、粗大寸法であれば粉砕して粉末ないしは数mm程度の小粒やフレーク状とすることが好ましい。これらのバイオマス炭化物は、一種のみを用いてもよいし、二種以上を混合して用いてもよい。必要に応じて、バイオマス炭化物に、木炭粉や活性炭などを混合することもできる。

また、本発明の粉粒状マルチ資材は、前記バイオマス炭化物と、ゲル化性を有する水溶性高分子を含有する。これは、水田等の水分が多量に存在する圃場表面に、粉粒状マルチ資材を散布したとき、ゲル化性を有する水溶性高分子が水を吸収してゲル化し、生成したゲル膜がバイオマス炭化物を包み込むとともに水面や土壌表面を覆って、マルチ皮膜を形成させるためである。すなわち、バイオマス炭化物をフィラーとし、ゲル化した水溶性高分子をマトリックスとする黒色マルチ皮膜が形成される。なお、本発明において、ゲル化性を有する水溶性高分子とは、水でゲル化する性質を有する水溶性高分子を意味する。

ゲル化性を有する水溶性高分子としては、天然高分子、半合成高分子、合成高分子から選ばれた少なくとも一種が挙げられる。これらの水溶性高分子のうち、天然高分子、半合成高分子、生分解性合成高分子を用いると、使用後に短期間で生分解され、土壌や周辺環境を汚染することがないので好ましい。必要に応じて、ゲル化性を有する水溶性高分子に、ベントナイト、水ガラス、マグネシウム・アルミニウム・シリケート等の無機系高分子などを増粘剤として併用してもよい。

天然高分子を具体的に例示すると、グアーガム、デンプン、ペプチン、アラビアゴム、トラントガム、カレガリン、コンニャクマンナン、カンテン等の植物系や、デキストリン等の微生物系や、ゼラチン、カゼイン、コラーゲン、キチン・キトサン類等の動物系などの一種又は二種以上が挙げられる。また、半合成高分子を具体的に例示すると、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロース等のセルロース系や、可溶性デンプン、カルボキシメチルデンプン、メチルデンプン等のデンプン系や、アルギン酸塩類などの一種又は二種以上が挙げられる。

合成高分子を具体的に例示すると、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、ポリカプロラクトン・ブチレンサクシネ−ト、ポリブチレンサクシネ−ト、ポリブチレンサクシネ−ト・アジペ−ト、ポリブチレンサクシネ−ト・カ−ボネ−ト、ポリエチレンテレフタレ−ト・サクシネ−ト、ポリブチレンアジペ−ト・テレフタレ−ト、ポリテトラメチレンアジペ−ト・テレフタレ−ト、ポリブチレンアジペ−ト・テレフタレ−ト、ポリエチレンサクシネ−ト、ポリビニルアルコール−エチレン・ビニルアルコールコポリマー、ポリグリコ−ル酸ポリビニルアルコ−ル等の生分解性合成高分子類のほか、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸塩等の合成高分子類などの一種又は二種以上が挙げられる。

ゲル化性を有する水溶性高分子の配合割合は、バイオマス炭化物１００重量部に対し３〜３０重量部程度、好ましくは、５〜２０重量部程度である。水溶性高分子が３重量部より少ないと、これがゲル化して形成されたマルチ皮膜の強度が弱く、風雨でマルチ皮膜が壊れるおそれがある。また、３０重量部を超えても皮膜強度の向上は少なく、経済性が損なわれる。バイオマス炭化物とゲル化性を有する水溶性高分子は、ミキサー等を用いて混合することがよい。本発明の粉粒状マルチ資材は、軽量の粉粒状であって吸水性が高いので、ポリ袋等の湿気を通さない容器に包装することが好ましい。

バイオマス炭化物は、多孔質で吸水性に富むので、これをそのまま水田用マルチ資材に用いると、水を吸収して水底に沈み、マルチ皮膜を形成することができない。本発明は、バイオマス炭化物に撥水剤を添加し、疎水性を付与することによって、これを解決した。疎水性が付与されたバイオマス炭化物は、吸水性が低下してかなり長期間水面に浮かび、ゲル化性を有する水溶性高分子とともにマルチ皮膜を形成する。なお、土壌表面にマルチ皮膜を形成するための粉粒状マルチ資材にあっては、疎水性を付与しなくてもよいが、ごく少量の撥水剤を添加しておくと、保存安定性が改善されるので好ましい。

撥水剤（防水剤とも称される）としては、例えば、シラン系、シリコン系、アクリル系、フッ素系、ウレタン系、アクリル−シリコン系、シラン−シリコン系、シリカ系等の市販撥水剤の一種又は二種以上が挙げられる。撥水剤の添加割合は、バイオマス炭化物１００重量部に対し０.１〜５重量部程度、好ましくは、０.５〜２重量部程度である。撥水剤の添加量が０.１重量部より少ないと吸水性が改善されず、５重量部より多いと経済性が損なわれる。撥水剤を散布、噴霧、含浸等の手段で添加したバイオマス炭化物は、１００〜４００℃程度の温度に加熱乾燥することが好ましい。

本発明の粉粒状マルチ資材の製造は、バイオマス発生地に設置されるバイオマス炭化プラント内か、あるいはそれと併設したプラントで行うことが好ましい。例えば、米作地域のカントリーエレベーターの側に設置されるもみ殻炭化プラント内又は側に、原料タンク、計量設備、ミキサー等の装置を併設し、炭化プラントから出た高温のもみ殻炭化物に、水で希釈した撥水剤を噴霧して、冷却と同時に撥水処理を行い、常温に冷却した後、ミキサーでゲル化性を有する水溶性高分子と混合することによって、低コストの製造が実現できる。

本発明の粉粒状マルチ資材は、安全で環境汚染のおそれがなく、圃場の表面に散布するだけで、黒色マルチ皮膜を簡単に形成することができる。特に、水に浮かび且つゲル化する本発明の粉粒状マルチ資材は、水田用マルチ資材として好適である。また、黒色マルチ皮膜は、太陽熱を吸収して地温や水温を上げるので、栽培植物の生育を促進し（生育促進効果）、一方、日光を遮るので雑草の繁茂を防止する（抑草効果）。使用済みのマルチは撤去する必要がなく、そのまま土壌にすき込むと土壌改良材として効果的である（土壌改良効果）。そして、本発明の粉粒状マルチ資材は、農業資材としてバイオマス炭化物の新たな用途を開拓し、バイオマス発生地又はその近傍での再利用を実現した。

実施例１
６００℃で炭化したもみ殻燻炭（比表面積１２.８m^２/g）１kgを、シロキサンナトリウム塩水溶液（信越化学製）の１０倍希釈液２００ccに均一分散させ、４００℃で乾燥した後、水溶性高分子の多糖類であるグアーガム２００gを混合して、嵩比重０.１４、比表面積１２.９m^２/g、ｐＨ９.３の粒状マルチ資材を得た。
この粒状マルチ資材を、水を満たした水槽に散布密度が４００g/m^２になるように散布したところ、粒状マルチ資材は疎水性のため水面に浮遊し、グアーガムがゲル化して水面に約５mm厚さの黒色ゲル層が形成された。
この水槽を直射日光があたる野外で２４時間放置した後、その水温を測定したところ、１４.８℃であった。比較のため、粒状マルチ資材未散布の水槽の水温は１２.４℃であった。

実施例２
バガスを８００℃で炭化して得られた炭化バガスの粉砕物（比表面積２８０m^２/g）２００gと、実施例１のもみ殻燻炭８００gを２５０℃で加熱混合しながら、シロキサンナトリウム塩水溶液（信越化学製）の１０倍希釈液１００ccを噴霧した後、加温を止めて、グアーガムとポリアクリル酸ナトリウム塩（三菱レーヨン製）との１０：１混合物５０gを添加混合し、粒状マルチ資材を得た。
この粒状マルチ資材を用いて、実施例１と同じ試験を行ったところ、ほぼ同様な結果が得られた。この粉粒状マルチ資材の吸水性は３５０重量％ときわめて吸水性に富むものであった。

Claims (5)

1. 粉末ないし小粒のバイオマス炭化物１００重量部と、ゲル化性を有する水溶性高分子３〜３０重量部を含有することを特徴とする粉粒状マルチ資材。
2. ゲル化性を有する水溶性高分子が、天然高分子、半合成高分子又は生分解性合成高分子から選ばれた少なくとも一種である請求項１に記載の粉粒状マルチ資材。
3. バイオマス炭化物が、撥水剤によって疎水性が付与されたものである請求項１又は２に記載の粉粒状マルチ資材。
4. 撥水剤によって疎水性が付与された粉末ないし小粒のバイオマス炭化物１００重量部と、天然高分子、半合成高分子又は生分解性合成高分子から選ばれた少なくとも一種のゲル化性を有する水溶性高分子５〜２０重量部を含有することを特徴とする水田用粉粒状マルチ資材。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の粉粒状マルチ資材を圃場の表面に散布し、バイオマス炭化物をフィラーとしゲル化した水溶性高分子をマトリックスとする黒色マルチ皮膜を形成することを特徴とするマルチ敷設方法。