JP2012196184A - 種子被覆用鉄粉、鉄粉被覆種子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る種子被覆用鉄粉は、種子を被覆するのに用いる鉄粉であって、
比表面積が0.1m2/g以上、5m2/g未満であり、かつ粒度分布が以下の条件を満たすことを特徴とするものである。
粒子径が63μm以下の鉄粉の質量比率が0%以上70%以下、かつ、粒子径が63μmを越え150μm以下の鉄粉の質量比率が30%以上100%以下、かつ粒子径が150μmを越える鉄粉の質量比率が0%以上50%以下
【選択図】 図1
Description
「稲種子に、鉄粉、並びに鉄粉に対する質量比で0.5〜2%の硫酸塩(但し、硫酸カルシウムは除く)及び/又は塩化物を加え、さらに水を添加して造粒し、水と酸素を供給して金属鉄粉の酸化反応によって生成した錆により、鉄粉を稲種子に付着、固化させた後、乾燥させることを特徴とする鉄粉被覆稲種子の製造法。」(特許文献1の請求項1参照)
しかしながら、稲種子は播種工程のみならず、輸送工程においても機械的な外力を受けることは前述の通りである。そして、輸送工程において稲種子が受ける機械的外力は、落下による衝撃の他、種子間もしくは種子と容器間で生じる滑りや転がりの摩擦力である。
したがって、鉄粉被覆を播種工程のみならず輸送工程での鉄粉被膜の剥離を防止するには、摩擦力に対する強度を有する被覆が必要となる。
しかしながら、種子の滑りや転がり摩擦応力に対して十分な強度で稲種子を被覆できる鉄粉や、鉄粉を被覆した種子を実現する技術はなかった。
しかし、微細な鉄粉を使用した場合には、鉄粉が空気中の酸素と急激に反応し、発熱によって鉄粉を被覆した種子がダメージを受ける可能性や、大量取扱時には火災を引き起こしたりする懸念もある。加えて、微細な鉄粉は粉塵を生じやすいため、清浄な作業環境を維持しにくいという問題もある。
特許文献1においては、鉄粉は、石膏とともに、かつ電解質溶液と混ぜて籾に被覆されるとしているが、錆びの進行を速くするための手段については何らの開示もなく、被覆に使用する鉄粉に関しても、鉄粉の粒度分布、粒子の形状や断面組織についても特に制限はないが、粒度が小さいものが稲種子に付着しやすく、造粒機を用いた作業は短時間で完了できる、とされている。
しかしながら、特許文献1に開示の方法では、錆びの発現には、時間がかかり、最低24hr程度、さらに均一に錆びさせるためには、水を散布した後に、数日間放置する必要がある。
したがって、安定したコーティング強度を得るためには、時間を要するという問題もある。
発明者が着目したのは、稲種子の表面の状態である。稲の種籾1の最外殻である籾殻3の表面には、図1に示すように、毛5が生えており、種籾1に鉄粉をコーティングする際には、毛5の弾性的作用によって毛5と毛5の間に配置された鉄粉が毛5に保持されることを通じて、付着力が高まると推察される。
「お米の微視的構造を見る(目崎孝昌 著)」の21ページにも示されているように、前記の毛5の生え方にも粗密がある。特に、毛5が密集した部位において鉄粉が毛5に保持されることによって付着力が高まると考えられるが、この部位における毛5の間隔は50〜150μmである。
このことから、発明者は、毛5による保持作用によって稲種子に強固に付着できる鉄粉の粒子径には適切な範囲があると考え、この保持作用を有効に発揮させるための鉄粉粒子径について検討したところ、粒子径が63μmを越え150μm以下のものが好ましいことを見出した。
このことから、粒子径が63μmを越え150μm以下のものをある程度含むことで、毛5による保持を期待でき、種子の転がりや滑りに伴う、被覆膜の剥離量を小さくできるとの知見を得た。
一般に粉体は、粒径が小さいほど被付着物に対する付着力が高い。したがって、稲種子表面に直接付着させるという意味では鉄粉の粒径は小さいことが好ましい。
稲種子の毛5の間をすり抜けて稲種子表面への直接付着が期待できる鉄粉粒径について検討したところ、45μm以下の鉄粉を所定の量含むことが好ましいとの知見を得た。
そして、毛5によって保持される鉄粉に加えて上記微粒径の鉄粉を含有することで、稲種子の表面には微粒径の鉄粉が付着し、その上方には毛5によって鉄粉が保持され、鉄粉が二重コーティングされることになり、種子の転がりや滑りに伴う、被覆膜の剥離量を小さくできるとの知見を得た。
もっとも、微粒径の鉄粉を多量に含むと前述の問題を生ずることから所定の量以下であることも必要である。
比表面積が0.1m2/g以上、5m2/g未満であり、かつ粒度分布が以下の条件を満たすことを特徴とするものである。
粒子径が63μm以下の鉄粉の質量比率が0%以上70%以下、かつ、粒子径が63μmを越え150μm以下の鉄粉の質量比率が30%以上100%以下、かつ粒子径が150μmを越える鉄粉の質量比率が0%以上50%以下
本発明の一実施の形態に係る種子被覆用鉄粉は、比表面積が0.1m2/g以上、5m2/g未満であり、かつ粒度分布が、粒子径が63μm以下の鉄粉の質量比率が0%以上70%以下、かつ、粒子径が63μmを越え150μm以下の鉄粉の質量比率が30%以上100%以下、かつ粒子径が150μmを越える鉄粉の質量比率が0%以上50%以下である
ことを特徴とするものである。
以下、鉄粉の比表面積と粒度分布を上記のように規定した理由を説明する。
本実施の形態の種子被覆用鉄粉の比表面積は、0.1m2/g以上である。種子被覆用鉄粉の比表面積を0.1m2/g以上としたのは、0.1m2/g未満では、錆び発生速度が遅く、早期に被覆を確実に安定させることができないからである。
また、本実施の形態の種子被覆用鉄粉の比表面積は、5m2/g未満である。種子被覆用鉄粉の比表面積を5m2/g未満としたのは、5m2/g以上では、鉄粉を放置しておくと、自然発熱・発火の危険性が高くなるので好ましくないからである。
まず、アトマイズ法について説明する。
アトマイズ法は、溶鋼をノズルから流下し、そこに水ジェットもしくは、不活性ガスのジェットをぶつけ、細粒化し、鉄粉とするものである。水ジェットを用いるものを水アトマイズ法、ガスジェットによるものをガスアトマイズ法と呼ぶ。
また、表面性状も異なり、水アトマイズ鉄粉の場合には、水と接触するため、酸化は避けられず、ウスタイトのような酸化被膜で覆われている。
還元法は、酸化鉄を炭材と混合、もしくは、層状に接触させて、1000℃以上の温度で長時間熱処理し、COガス還元する方法である。この際、原料となる酸化鉄は、鉄鉱石や圧延工程で発生するミルスケールが使用される。この方法では、高温で、長時間かけて鉄の結晶を成長させるため、ヒゲ状に伸びた結晶が絡まるような形で鉄粉粒子ができる。従って、ここでできる還元鉄粉は、アトマイズ鉄粉と比べ、さらに比表面積が大きいと言われている。実際に鉄粉の断面を見てみると、アトマイズ鉄粉は、中実であるのに対し、還元鉄粉は、空隙が多く、その多くは、開気孔となっている。このため、還元鉄粉は比表面積も大きくなっている。
一般には、粒子径が小さくなればなるほど、比表面積は大きくなるが、上記のように製造方法、製造条件によって、ある程度、自在に粒度分布と、比表面積の異なる鉄粉を作り分けることが可能である。
粒子径が63μmを越え150μm以下の鉄粉の質量比率を30%以上としたのは、粒子径が63μmを越え150μm以下の鉄粉は種子表面の毛によって保持される確率が高く、このような粒子径のものを30%以上含むことで、毛による保持が期待でき、播種工程のみならず輸送工程においても鉄粉の脱落が少ない被覆が実現できるからである。
粒子径が45μm以下の鉄粉は、種子の表面にある毛の間をすり抜け、種子の表面に直接付着する付着力が強いことから、所定の量を含有することで、前述した二重被覆が実現される。
例えば「鉄コーティング炭水直播マニュアル2010(独立行政法人 農業・食品産業技術総合研究機構 近畿中国四国農業研究センター 編)」に示されているように、手作業での被覆(コーティング)をはじめ、従来から公知の混合機を用いる方法等いずれを使用してもよい。
混合機としては、例えば、攪拌翼型ミキサー(たとえばヘンシェルミキサー等)や容器回転型ミキサー(たとえばV型ミキサー,ダブルコーンミキサー、傾斜回転型パン型混合機、回転クワ型混合機等)が使用できる。
また、上記の鉄コーティング炭水直播マニュアル2010に示されているように、鉄粉コーティングに際しては焼石膏などのコーティング強化剤を使用することもできる。
本実施の形態に係る種子被覆用鉄粉は、実施の形態1のものに、イオウ(S)を0.05質量%以上含有することを特徴とするものである。
イオウ(S)を0.05質量%以上含有させるのは、これによって錆びの進行を促進できるからである。
錆びの発生は、水と酸素の存在下、鉄が酸化され、酸化鉄と水酸化鉄の不定比化合物が生成する反応で進行すると考えられる。このとき、鉄粉にSを含有させることにより、鉄粉表面にできたS含有率の高い部分と低い部分とで、局部電池を形成し、上記反応の促進に役立つと考えられる。
なお、S含有率に上限は設けないが、S含有率が多すぎると、H2Sの発生などが懸念されるため、1質量%以下程度含有するのが好ましい。
また、還元法で鉄粉を製造する場合、還元鉄粉は、通常、ミルスケールや鉄鉱石を炭材として、CaCO3を添加したコークスと層状に重ねたものを1000℃以上のトンネル炉で、還元して製造する。このとき、炭材としてCaCO3を入れないコークスを使用すれば、鉄粉中のS含有率が増えることが知られているので、CaCO3の添加量によってS含有率を制御できる。
実施例1では、主として錆びの進行による種子被覆の状態に関し、比表面積及びSの含有率と種子被覆の状態との関係を調査する実験を行い、実施例2では粒度分布の種子被覆に対する影響を調査する実験を行った。
試験結果、および鉄粉の仕様を表2に示す。
以上のように、いずれの比較例でも、目視によるコーティング状態、コーティング強度、発熱状況のいずれか又は複数に不具合を生じることがわかる。
本発明の実施例として種々の粒度分布の鉄粉である発明例12〜19を用いて稲種子の被覆を行った。また、比較例として、本発明の粒度分布の範囲を外れる粒度分布の鉄粉である比較例5〜8を用いて稲種子の被覆を行った。
鉄粉の被覆(コーティング)は、前述した「鉄コーティング炭水直播マニュアル2010」に記載された方法に準じて行った。具体的には以下の通りである。
鉄粉を被覆(コーティング)された種子の転がり摩擦や滑り摩擦に対するコーティング被膜の強度評価方法は確立されていない。
そこで、JPMA P 11−1992 「金属圧粉体のラトラ値測定方法」に記載された試験方法に準じて被膜強度を調査した。なお、本試験方法をラトラ試験と称することとする。
したがって、本方法を適用すれば、転がり摩擦力と滑り摩擦力が複合的に負荷された場合の、コーティング被膜の強度を評価することができる。
表4に鉄粉の粒度分布とラトラ試験での重量減少率を示す。なお、重量減少率は以下の計算式から求めた。
重量減少率=(ラトラ試験で剥離した被膜の質量)/(試験前の種子質量)×100(%)
したがって、重量減少率が小さいほど、被膜の強度が高いと判定することができる。
他方、上記の粒度分布の範囲を外れる比較例5〜8では、ラトラ試験での重量減少率が4%以上である。
このことから、鉄粉の粒度分布を本発明の範囲内にすることで重量減少率を大幅に抑制できることが実証された。
なお、表4において比較例5〜8における粒度分布が本発明の範囲を外れる数字には下線を付してある。
また、粒度分布とS含有率が本発明範囲外のものと(比較例9)、粒度分布、比表面積、及びS含有率の全てが本発明範囲外のもの(比較例10)についての確認実験も行った。
結果を表5に示す。
他方、比較例9においてはコーティング崩壊率が高く、比較例10では発熱の問題があった。
3 籾殻
5 毛
Claims (6)
- 種子を被覆するのに用いる鉄粉であって、
比表面積が0.1m2/g以上、5m2/g未満であり、かつ粒度分布が以下の条件を満たすことを特徴とする種子被覆用鉄粉。
粒子径が63μm以下の鉄粉の質量比率が0%以上70%以下、かつ、粒子径が63μmを越え150μm以下の鉄粉の質量比率が30%以上100%以下、かつ粒子径が150μmを越える鉄粉の質量比率が0%以上50%以下 - イオウ(S)を0.05質量%以上含有することを特徴とする請求項1記載の種子被覆用鉄粉。
- 粒子径が45μm以下の鉄粉の質量比率が、0%以上30%以下であることを特徴とする請求項1又は2記載の種子被覆用鉄粉。
- 鉄粉が還元法もしくはアトマイズ法で製造されたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の種子被覆用鉄粉。
- 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の種子被覆用鉄粉を種子に被覆してなることを特徴とする鉄粉被覆種子。
- 種子が稲種子であることを特徴とする請求項5記載の鉄粉被覆種子。
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