JP2014113086A - Artificial soil particle and artificial soil culture medium - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フィラーが複数集合してなる人工土壌粒子、及び当該人工土壌粒子を使用した人工土壌培地に関する。 The present invention relates to an artificial soil particle in which a plurality of fillers are aggregated, and an artificial soil medium using the artificial soil particle.
近年、生育条件がコントロールされた環境下で野菜等の植物を栽培する植物工場が増加している。従来の植物工場は、レタス等の葉物野菜の水耕栽培が中心であったが、最近では水耕栽培には向かない根菜類についても植物工場での栽培を試みる動きがある。根菜類を植物工場で栽培するためには、土壌としての基本性能に優れ、品質が高く、且つ取り扱いが容易な人工土壌を開発する必要がある。 In recent years, plant factories that grow plants such as vegetables in an environment where growth conditions are controlled are increasing. Conventional plant factories mainly focused on hydroponic cultivation of leafy vegetables such as lettuce, but recently there is a movement to try cultivation of root vegetables that are not suitable for hydroponic cultivation in plant factories. In order to cultivate root vegetables in a plant factory, it is necessary to develop artificial soil that is excellent in basic performance as a soil, high in quality, and easy to handle.
これまでに開発された人工土壌として、有機物、無機物及び土壌のうち少なくとも1種類の構造成分、並びに石こう等の固形物を水溶性ウレタンポリマーの硬化物によって部分的に結合した多孔性人工土壌体があった(例えば、特許文献1を参照)。特許文献1の多孔性人工土壌体は、固形物を部分的に結合させて人工土壌体内に水を保持可能な空孔を形成することにより、保水性を向上させたものである。
As an artificial soil developed so far, there is a porous artificial soil body in which at least one structural component of organic matter, inorganic matter and soil, and solid matter such as gypsum are partially combined with a cured product of water-soluble urethane polymer. (For example, see Patent Document 1). The porous artificial soil body of
また、粉状のゼオライトを水溶性高分子からなる結合材で結合して団粒化した団粒構造ゼオライトがあった(例えば、特許文献2を参照)。特許文献2の団粒構造ゼオライトは、ゼオライトを団粒構造化して団粒体内に水を保持可能な孔隙を形成することにより、保水性を高めたものである。
Further, there has been aggregated structure zeolite obtained by combining powdery zeolite with a binding material made of a water-soluble polymer to aggregate (for example, see Patent Document 2). The aggregated structure zeolite of
人工土壌粒子の開発に当たっては、天然土壌と同等の植物育成力を達成しながら、その能力を維持するために高い強度を有し、且つ作業性が良好となるものが望まれる。この点、特許文献1の人工土壌は、水溶性ウレタンポリマーの硬化物による固形物の結合形態が部分的であることから、十分な強度を有しているとはいえない。このため、植栽等の作業中に人工土壌粒子の構造が破壊され、保水性が低下する虞がある。また、人工土壌粒子が破壊されると、作業の支障となる微粉が発生する上、人工土壌粒子どうしの凝集力が弱まるため、作業性が低下する虞がある。
In the development of artificial soil particles, it is desired to have a high strength and good workability in order to maintain the ability while achieving plant growth ability equivalent to that of natural soil. In this respect, the artificial soil of
特許文献2の団粒構造ゼオライトは、水の存在下で粉末のゼオライトと結合材とを混合して乾燥させただけのものであるため、ゼオライトの粒子間の結合力が十分でない虞がある。この団粒構造ゼオライトを用いて植栽等の作業を行うと、外的な圧力等により団粒構造が破壊され、土壌の基本性能が低下したり、作業性が低下する虞がある。
The aggregated structure zeolite of
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、外的な圧力等を受けても土壌としての基本性能を維持することができ、且つ作業性の良好な人工土壌粒子を提供することを目的とする。また、そのような人工土壌粒子を使用した人工土壌培地を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and can provide artificial soil particles that can maintain basic performance as soil even when subjected to external pressure or the like and have good workability. With the goal. Another object of the present invention is to provide an artificial soil medium using such artificial soil particles.
上記課題を解決するための本発明に係る人工土壌粒子の特徴構成は、
細孔を有するフィラーが複数集合してなる基部を備え、前記基部の少なくとも内部が補強材で補強されていることにある。
The characteristic configuration of the artificial soil particles according to the present invention for solving the above problems is as follows:
A base portion formed by a plurality of fillers having pores is provided, and at least the inside of the base portion is reinforced with a reinforcing material.
本構成の人工土壌粒子は、細孔を有するフィラーを複数集合して基部を構成していることから、フィラーの間に水分を吸収させるとともに、フィラーの細孔に植物に必要な養分を取り込ませることが可能となり、土壌としての基本性能が備わったものとなる。人工土壌粒子の基本性能を維持するためには、その構造を安定させることが求められるが、本構成の人工土壌粒子は、基部の少なくとも内部が補強材で補強されているので、人工土壌粒子の構造を安定化している。このため、例えば、植栽等の作業時において外的な圧力が加わった場合でも、人工土壌粒子の構造は破壊され難いものとなる。また、人工土壌粒子の破壊に由来する微粉等が発生しないため、植栽等における作業性も低下しない。 Since the artificial soil particle of this structure comprises a plurality of fillers having pores to form a base, moisture is absorbed between the fillers and nutrients necessary for plants are taken into the filler pores. It becomes possible to have basic performance as soil. In order to maintain the basic performance of the artificial soil particles, it is required to stabilize the structure. However, since the artificial soil particles of this configuration are reinforced with a reinforcing material at least inside the base, The structure is stabilized. For this reason, for example, even when an external pressure is applied at the time of work such as planting, the structure of the artificial soil particles is difficult to be destroyed. Moreover, since the fine powder etc. which originate in destruction of the artificial soil particle do not generate | occur | produce, workability | operativity in planting etc. does not fall.
本発明に係る人工土壌粒子において、
前記細孔はサブnmオーダー乃至サブμmオーダーのサイズを有し、前記フィラーの間にサブμmオーダー乃至サブmmオーダーの連通孔が形成されていることが好ましい。
In the artificial soil particles according to the present invention,
The pores preferably have a size in the order of sub-nm to sub-μm, and communication holes in the order of sub-μm to sub-mm are preferably formed between the fillers.
本構成の人工土壌粒子によれば、フィラーの細孔の孔径がサブnmオーダー乃至サブμmオーダーであるため、当該細孔に植物の品質を向上させるために必要な養分を効果的に取り込むことができる。また、集合したフィラーの間に形成される連通孔の孔径がサブμmオーダー乃至サブmmオーダーであるため、当該連通孔に植物の生育に不可欠な水分を効果的に吸収することができる。 According to the artificial soil particle of this configuration, since the pore diameter of the pores of the filler is on the order of sub-nm to sub-μm, it is possible to effectively incorporate nutrients necessary for improving the quality of plants into the pores. it can. Moreover, since the hole diameter of the communicating hole formed between the aggregated fillers is on the order of sub-μm to sub-mm, moisture essential for the growth of plants can be effectively absorbed into the communicating hole.
本発明に係る人工土壌粒子において、
前記連通孔が外部から水分及び養分を取り込むとともに、前記細孔が前記連通孔から前記養分を受け取り可能なように、前記細孔が前記連通孔の周囲に分散配置されていることが好ましい。
In the artificial soil particles according to the present invention,
It is preferable that the pores are distributed around the communication holes so that the communication holes take in moisture and nutrients from the outside and the pores can receive the nutrients from the communication holes.
本構成の人工土壌粒子によれば、細孔と連通孔との位置関係について、連通孔が外部から水分及び養分を取り込むとともに、細孔が連通孔から養分を受け取り可能なように、細孔が連通孔の周囲に分散配置されているため、主に細孔に保肥性を担わせ、連通孔に保水性を担わせることができる。このように、本構成の人工土壌粒子は、一つの粒子内において、細孔と連通孔との間に特定の関係を持たせており、細孔と連通孔とで異なる機能を分担させているため、土壌としての基本性能をバランスよく発揮し得る(すなわち、保水性と保肥性とのバランスに優れた)、高品質で機能的な人工土壌粒子を実現することができる。 According to the artificial soil particles of this configuration, with respect to the positional relationship between the pores and the communicating holes, the communicating holes take in moisture and nutrients from the outside, and the pores can receive nutrients from the communicating holes. Since it is dispersedly arranged around the communication holes, the pores can be mainly provided with fertilizer and the communication holes can be provided with water retention. As described above, the artificial soil particles of this configuration have a specific relationship between the pores and the communication holes in one particle, and share different functions between the pores and the communication holes. Therefore, it is possible to realize high-quality and functional artificial soil particles that can exhibit the basic performance of the soil in a well-balanced manner (that is, excellent balance between water retention and fertilizer retention).
本発明に係る人工土壌粒子において、
前記連通孔の全容積が前記細孔の全容積より大きくなるように、前記フィラーは三次元ネットワーク状に結合されていることが好ましい。
In the artificial soil particles according to the present invention,
The filler is preferably combined in a three-dimensional network so that the total volume of the communication hole is larger than the total volume of the pore.
本構成の人工土壌粒子によれば、連通孔の全容積が細孔の全容積より大きくなるように、フィラーを三次元ネットワーク状に結合しているため、人工土壌粒子を軽量化することができる。 According to the artificial soil particle of this configuration, since the filler is combined in a three-dimensional network so that the total volume of the communication hole is larger than the total volume of the pore, the artificial soil particle can be reduced in weight. .
本発明に係る人工土壌粒子において、
前記補強材は、天然多糖類、天然樹脂類、合成樹脂類、樹脂架橋剤類、無機バインダー類、及び繊維からなる群から選択される少なくとも一つの物質であることが好ましい。
In the artificial soil particles according to the present invention,
The reinforcing material is preferably at least one substance selected from the group consisting of natural polysaccharides, natural resins, synthetic resins, resin crosslinking agents, inorganic binders, and fibers.
本構成の人工土壌粒子によれば、補強材として、天然多糖類、天然樹脂類、合成樹脂類、樹脂架橋剤類、無機バインダー類、及び繊維からなる群から選択される少なくとも一つの物質を使用することで、人工土壌粒子に十分な強度を与えることができる。 According to the artificial soil particles of this configuration, at least one substance selected from the group consisting of natural polysaccharides, natural resins, synthetic resins, resin cross-linking agents, inorganic binders, and fibers is used as the reinforcing material. By doing so, sufficient strength can be given to the artificial soil particles.
本構成の人工土壌粒子において、
前記細孔にイオン交換能を付与してあることが好ましい。
In the artificial soil particles of this configuration,
It is preferable that ion exchange capacity is imparted to the pores.
本構成の人工土壌粒子によれば、細孔にイオン交換能を付与してあるため、外部環境から基部に取り込んだ水分に含まれる養分を細孔に吸着することができる。これにより、長期の使用にも耐え得る保肥性を高めた人工土壌粒子を実現することができる。 According to the artificial soil particle of this configuration, since the ion exchange ability is imparted to the pores, nutrients contained in moisture taken into the base from the external environment can be adsorbed to the pores. Thereby, the artificial soil particle which improved the fertilizer retention which can endure long-term use is realizable.
本発明に係る人工土壌粒子において、
0.2〜10mmの粒径を有することが好ましい。
In the artificial soil particles according to the present invention,
It preferably has a particle size of 0.2 to 10 mm.
本構成の人工土壌粒子によれば、粒径を0.2〜10mmとすることで、特に根菜類の栽培に適した取り扱いの容易な人工土壌とすることができる。 According to the artificial soil particle of this structure, it can be set as the artificial soil which is easy to handle especially suitable for cultivation of root vegetables by making a particle size into 0.2-10 mm.
上記課題を解決するための本発明に係る人工土壌培地の特徴構成は、
前記何れか一つに記載の人工土壌粒子を使用したことにある。
The characteristic configuration of the artificial soil culture medium according to the present invention for solving the above problems is as follows.
The use of the artificial soil particles according to any one of the above.
本構成の人工土壌培地によれば、本発明の人工土壌粒子を使用しているため、土壌としての基本性能を維持しながら、強度に優れた人工土壌培地を実現することができる。また、このような人工土壌培地は、栽培対象の植物に対して水分や養分を適切に供給できるので、メンテナンスに手間が掛からず、取り扱いが容易なものとなる。 According to the artificial soil culture medium of this configuration, since the artificial soil particles of the present invention are used, an artificial soil culture medium having excellent strength can be realized while maintaining the basic performance as soil. Moreover, since such an artificial soil culture medium can supply a water | moisture content and nutrients appropriately with respect to the plant of cultivation object, it does not take a maintenance effort and becomes what is easy to handle.
以下、本発明に係る人工土壌粒子及び人工土壌培地に関する実施形態を、図1及び図2に基づいて説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施形態や図面に記載される構成に限定されることを意図しない。 Hereinafter, the embodiment regarding the artificial soil particle and artificial soil culture medium which concern on this invention is described based on FIG.1 and FIG.2. However, the present invention is not intended to be limited to the configurations described in the embodiments and drawings described below.
<人工土壌粒子及び人工土壌培地>
図1は、本発明の人工土壌粒子10を使用した人工土壌培地100を概念的に示した説明図である。図1中に示す点線円は、人工土壌培地100を構成する人工土壌粒子10の一部拡大図であり、人工土壌粒子10の断面を表している。人工土壌培地100は、人工土壌粒子10により構成されており、隣接する人工土壌粒子10の間に一定の隙間11を有している。この隙間11は、空気及び水が通過することができるため、植物に必要な水分を保持しながら余分な水分を排出することができる。人工土壌培地100が湿潤状態となった場合、隙間11から余分な水分を排出し、人工土壌培地100が乾燥状態となった場合には、隙間11の毛細管現象により、周囲に存在する水分を吸い上げることができる。このように、人工土壌培地100は、隣接する人工土壌粒子10の間に形成される隙間11によって、優れた通気性及び排水性を実現している。また、隙間11は、植物の根が成長するための空間を提供するため、植物の根が張り易く、ひいては植物の成長を促すことができる。上述のように、人工土壌培地100としての機能(通気性及び排水性)を維持するためには、人工土壌粒子10の土壌としての基本性能以外に、その構造を安定させることが必要となる。そこで、本発明の人工土壌粒子10は、その構造を安定化させるための工夫がなされている。以下、人工土壌培地100を構成する人工土壌粒子10について詳細に説明する。
<Artificial soil particles and artificial soil medium>
FIG. 1 is an explanatory view conceptually showing an
図1中の人工土壌粒子10の断面図は、多孔質天然鉱物であるゼオライト様のフィラー1を使用して形成した人工土壌粒子10の断面を例示している。人工土壌粒子10の主構造をなす基部は、細孔2を有する複数のフィラー1が集合して粒状に構成されたものであり、複数のフィラー1の間に連通孔3が形成されている。人工土壌粒子10の基部については、後で詳細に説明する。
The cross-sectional view of the
人工土壌粒子10の内部に形成されている連通孔3は、人工土壌粒子10の外部環境と接続しており、人工土壌粒子10の内部と外部環境との間の通水性を確保し、水分及び養分を取り込むとともに、連通孔3からフィラー1の細孔2に養分を受け渡している。ここで、「外部環境」とは、人工土壌粒子10の外側の環境を意図する。図1に示す複数の人工土壌粒子10が集合した状態の人工土壌培地100においては、複数の人工土壌粒子10の間に形成される隙間11が外部環境に相当する。外部環境には植物の育成に必要な水分が存在し得る。
The
人工土壌粒子10中の複数のフィラー1は、それらが互いに接触していることは必須ではなく、例えば、一粒子内でバインダーやゲル化剤等による網目構造4を介して一定範囲内の相対的な位置関係を維持していれば、複数のフィラー1が集合して粒状の人工土壌粒子10の基部を構成したものと考えることができる。人工土壌粒子10の基部は、図1に示すように、細孔2を有する複数のフィラー1を網目構造4で結合することにより、フィラー1の間に連通孔3を形成した多孔質構造となっている。なお、図1では、紙面の都合上、細孔2と連通孔3との位置関係を二次元的に示しているが、実際の人工土壌粒子10では三次元的にフィラー1が結合した構造となっている。
It is not essential that the
連通孔3は、複数のフィラー1で取り囲むように構成されており、このフィラー1どうしが網目構造4で結合されて、連通孔3の構造が維持されている。連通孔3は、外部環境から与えられた水を保持する能力があり、連通孔3のサイズを変えることにより、人工土壌粒子10の保水性を調整することができる。連通孔3のサイズは、網目構造4のサイズを変更することで調整可能であるが、網目構造4のサイズを大きくすると、隣接するフィラー1の間、及び網目構造4とフィラー1との間に隙間等が生じ、人工土壌粒子10全体としての強度が弱まることがある。この場合、植栽等の作業時において人工土壌培地100に外力が加わると、人工土壌粒子10の基部の構造が破壊され、土壌としての基本性能が維持できなくなることがある。また、長期にわたって人工土壌培地100を使用する場合、植物の産生する根酸(クエン酸等)、養分として添加するリン酸、常在微生物、紫外線等により、バインダーやゲル化剤が劣化して、人工土壌粒子全体としての強度が低下し、土壌としての基本性能が維持できなくなることがある。さらに、人工土壌粒子10の内部にカリウム、リン酸、窒素等の養分を坦持させる場合、これら成分と化学反応を起こし易い、又は結合し易いバインダーやゲル化剤を使用している場合には、バインダーやゲル化剤が分解され易くなるため、人工土壌粒子全体としての強度が低下し、土壌としての基本性能が維持できなくなることがある。これら人工土壌粒子10の基部の構造の破壊や劣化に起因して、作業の支障となる微粉が発生する上、人工土壌粒子10どうしの凝集力が弱まるため、作業性が低下する虞がある。そこで、本発明の人工土壌粒子10では、基部の内部に補強材5を導入し、基部の構造を少なくとも内側から補強している。この基部の構造の補強は、全ての人工土壌粒子10を対象としてもよいが、特定の種類の人工土壌粒子のみを対象とすることも可能である。補強材5は、図1に示すように、隣接するフィラー1どうし、網目構造4どうし、網目構造4と隣接するフィラー1を夫々結合、被覆したり、あるいは網目構造4どうしや、網目構造4の架橋部分をさらに架橋する等して補強している。これにより、人工土壌粒子10の基部の構造が補強され、人工土壌粒子10の強度が向上する。また、図1には示していないが、網目構造4は、フィラー1どうしを部分的に結合させるだけでなく、複数のフィラー1間を覆うように広がって、フィラー1どうしを連結させている。補強材5は、この複数のフィラー1間に広がった網目構造4どうしを結合したり、網目構造4の表面(基部の外表部を含む)を広範囲に被覆したりしている。これら構造により、人工土壌粒子10の網目構造4が補強されていることから、例えば、人工土壌粒子10の外部環境に養分として添加されたリン酸や植物が分泌する根酸が存在しても、網目構造4を補強材5が保護するため、網目構造4の劣化を防止することができ、耐久性が向上する。
The
人工土壌粒子10は、連通孔3が外部から水分及び養分を取り込むとともに、細孔2が連通孔3から養分を受け取り可能なように、細孔2が連通孔3の周囲に分散配置されていることが好ましい。この場合、フィラー1の細孔2と連通孔3との位置関係を安定させる必要がある。細孔2と連通孔3との位置関係を維持するためには、連通孔3の周囲を構成するフィラー1の表面に補強材5を付着させて補強する。これにより、細孔2と連通孔3との位置関係が維持され、人工土壌粒子10の基部の構造が安定なものとなる。
In the
人工土壌粒子10は、連通孔3の全容積が細孔2の全容積より大きくなるように、フィラー1が三次元ネットワーク状に結合されていることが好ましい。これは、連通孔3の保水性を十分に確保するとともに、連通孔3から保肥性を有する細孔2への養分の移動がスムーズに行われるようにするためである。また、連通孔3の全容積が細孔2の全容積より大きくなれば、人工土壌粒子10が軽量となるため、嵩密度が小さくなり、人工土壌培地100としての取り扱いも容易となる。ところが、人工土壌粒子10を上記のような構造とすると、人工土壌粒子10の基部に含まれるフィラー1や網目構造4が疎な状態となり、基部の強度が低下し易くなる。そこで、このような強度低下を防止するため、フィラー1及び網目構造4の表面に補強材5を付着させて基部の構造を補強する。これにより、フィラー1が三次元ネットワーク状に結合された構造が安定化し、連通孔3による保水性、及び細孔2による保肥性が両立した状態を維持することができる。
In the
<人工土壌粒子の粒状化方法>
フィラー1がゼオライトやハイドロタルサイトのような無機天然鉱物である場合、複数のフィラー1を集合して人工土壌粒子10の基部(粒状物)を構成するために、例えば、ゲル化剤を用いて複数のフィラー1が粒状化される。この場合、人工土壌粒子10は、フィラー1が三次元ネットワーク状に結合されることにより連通孔3が形成し、さらに、ゲル化剤がゲル化して形成した網目構造4、及び補強材5により、人工土壌粒子10の基部の構造が維持される。人工土壌粒子10の粒状化方法としては、先ず、フィラー1とゲル化剤と補強材5とを混合した混合溶液を調製し、この混合溶液を、ゲル化を引き起こすための架橋剤又は開始剤を含む溶液に滴下してゲル化物を生成させる。生成したゲル化物を溶液から回収し、洗浄した後、十分乾燥させて粒状物を作製する。このとき、フィラー1の間に含まれていた水分が蒸発し、粒状物の中に多孔質構造が形成される。補強材5はゲル化物中では均一に分散しているが、ゲル化物を乾燥させると、水分が蒸発するにつれて多孔質構造内の隣接するフィラー1どうし、網目構造4どうし、網目構造4と隣接するフィラー1とを夫々結合、被覆したり、あるいは網目構造4どうし、網目構造4の架橋部分をさらに架橋する等して補強する。この状態で粒状物を適切に加熱・冷却したり、脱水・脱溶剤化することにより、補強材5が粒状物内に生じる脆弱な個所に密着し、固化する。これにより、基部はその内部(内側)から補強され、安定した構造を有する人工土壌粒子10が形成される。
<Granulation method of artificial soil particles>
In the case where the
上述のゲル化剤を用いた粒状化方法において、人工土壌粒子10の連通孔3の全容積をさらに大きくするためには、以下の手順を実施する。先ず、フィラー1とゲル化剤と補強材5とを混合して混合溶液を調製し、この混合溶液に空気を含ませた後、ゲル化を引き起こすための架橋剤又は開始剤を含む溶液に滴下して空気を含んだゲル化物を生成させる。生成したゲル化物を溶液から回収し、洗浄した後、十分乾燥させて粒状物を作製する。このとき、ゲル化物に含まれていた水分が蒸発し、ゲル化物の空気を含んでいた部分及びゲル化物の水分が蒸発した部分に空隙(連通孔3)が形成し、連通孔3の全容量を大きくした粒状物が形成される。連通孔3の全容積は、ゲル化物に含ませる空気の量を変化させることにより調整することができる。
In the granulation method using the above-mentioned gelling agent, the following procedure is performed in order to further increase the total volume of the communication holes 3 of the
補強材5は、人工土壌粒子10の構造を少なくとも内部(内側)から補強できるものであればよいが、水溶性、又は水に分散可能なものが好ましく、例えば、天然多糖類、天然樹脂類、合成樹脂類、樹脂架橋剤、無機バインダー類等が挙げられる。これらの物質は、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。
The reinforcing
補強材5に使用可能な物質の例として、以下が挙げられる。天然多糖類としては、例えば、セルロース、でんぷん、カラギーナン、寒天、アルギン酸塩、アラビアガム、ペクチン、ローカストビーンガム、キサンタンガム、タラガム、グアーガム、タマリンドシードガム、サイリウムシードガム、ヒアルロン酸、キチン、キトサン、膠等が挙げられる。天然樹脂類としては、例えば、松脂、漆、べっこう、天然ゴム、ガゼイン、シェラック等が挙げられる。合成樹脂類としては、例えば、オレフィン樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、酢酸ビニル樹脂、エチレン酢酸ビニル樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、メチルセルロース樹脂、カルボキシメチルセルロース樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、エチレン樹脂、プロピレン樹脂、スチレン樹脂、アミド樹脂、イミド樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂等が挙げられる。樹脂架橋剤としては、例えば、イソシアネート、ビニルスルホン化合物、アジリジン、ジヒドラジド、メチル化アミン、ジグリシジルエーテル、カルボジイミド、ホルムアルデヒド、チタンカップリング剤、シランカップリング剤等が挙げられる。無機バインダー類としては、例えば、水ガラス、リン酸塩、ホウ酸塩、セメント等が挙げられる。
Examples of substances that can be used for the reinforcing
網目構造4を形成するために使用するゲル化剤やバインダーとしては、セルロース、でんぷん、カラギーナン、寒天、アルギン酸塩、アラビアガム、ペクチン、ローカストビーンガム、キサンタンガム、タラガム、グアーガム、タマリンドシードガム、サイリウムシードガム、キチン、キトサン、膠等の天然高分子系のものや、オレフィン樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、酢酸ビニル樹脂、エチレン酢酸ビニル樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、メチルセルロース樹脂、カルボキシメチルセルロース樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、エチレン樹脂、プロピレン樹脂、スチレン樹脂、アミド樹脂、イミド樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等の合成高分子系のものが挙げられるが、好ましくはアルギン酸塩である。アルギン酸塩や架橋剤等を用いてフィラー1の粒状化物を形成した後、乾燥させることにより、フィラー1が三次元ネットワーク状に結合した多孔質構造を有する人工土壌粒子10を形成することができる。
Gelling agents and binders used to form
ここで、天然高分子系のゲル化剤であるアルギン酸塩と、多価金属イオン(架橋剤)とのゲル化反応について説明する。アルギン酸塩の一つであるアルギン酸ナトリウムは、アルギン酸のカルボキシル基がNaイオンと結合した形態の中性塩である。アルギン酸は水に不溶であるが、アルギン酸ナトリウムは水溶性である。アルギン酸ナトリウム水溶液を多価金属イオン(例えば、Caイオン)の水溶液中に添加すると、アルギン酸ナトリウムの分子間でイオン架橋が起こりゲル化する。アルギン酸のゲル化反応による人工土壌粒子10の作製は、以下の工程により行うことができる。初めに、アルギン酸塩を水に溶解させてアルギン酸塩水溶液を調製し、アルギン酸塩水溶液にフィラー1と補強材5とを添加し、これを十分攪拌して、アルギン酸塩水溶液中にフィラー1と補強材5とが均一に分散した混合液を形成する。次に、混合液を多価金属イオン水溶液中に滴下し、混合液に含まれるアルギン酸塩を粒状にゲル化させたアルギン酸ゲル化物を生成させる。その後、アルギン酸ゲル化物を回収して水洗し、十分に乾燥させて粒状物を形成する。この状態で、粒状物を適切な温度で加熱・冷却したり、脱水・脱溶剤化することにより、粒状物内の補強材5がフィラー1や網目構造4に密着し、固化する。これにより、アルギン酸塩及び多価金属イオンから形成されるアルギン酸ゲルの網目構造4中にフィラー1が分散し、基部の内部が補強材5により補強された人工土壌粒子10が得られる。
Here, the gelation reaction between alginate, which is a natural polymer gelling agent, and a polyvalent metal ion (crosslinking agent) will be described. Sodium alginate, which is one of alginates, is a neutral salt in which the carboxyl group of alginic acid is bonded to Na ions. Alginic acid is insoluble in water, but sodium alginate is water soluble. When an aqueous sodium alginate solution is added to an aqueous solution of polyvalent metal ions (for example, Ca ions), ionic crosslinking occurs between the molecules of sodium alginate and gelation occurs. Manufacture of the
ゲル化反応に使用可能なアルギン酸塩は、上述したアルギン酸ナトリウムの他に、アルギン酸カリウム、アルギン酸アンモニウム等が挙げられる。これらのアルギン酸塩は、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。アルギン酸塩水溶液の濃度は、0.1〜5重量%とし、好ましくは0.2〜5重量%とし、より好ましくは0.2〜3重量%とする。アルギン酸塩水溶液の濃度が0.1重量%未満の場合、ゲル化反応が起こり難くなり、5重量%を超えると、アルギン酸塩水溶液の粘度が大きくなり過ぎるため、フィラー1を添加した混合液の攪拌や、混合液を多価金属イオン水溶液中に滴下することが困難になる。 Examples of alginates that can be used in the gelation reaction include potassium alginate and ammonium alginate in addition to the above-mentioned sodium alginate. These alginate can be used in combination of two or more. The concentration of the alginate aqueous solution is 0.1 to 5% by weight, preferably 0.2 to 5% by weight, and more preferably 0.2 to 3% by weight. When the concentration of the alginate aqueous solution is less than 0.1% by weight, the gelation reaction hardly occurs. When the concentration exceeds 5% by weight, the viscosity of the alginate aqueous solution becomes too large. In addition, it is difficult to drop the mixed solution into the aqueous solution of the polyvalent metal ion.
アルギン酸塩水溶液を滴下する多価金属イオン水溶液は、アルギン酸塩と反応してゲル化が起きる2価以上の金属イオン水溶液であればよい。そのような多価金属イオン水溶液の例として、塩化カルシウム、塩化バリウム、塩化ストロンチウム、塩化ニッケル、塩化アルミニウム、塩化鉄、塩化コバルト等の多価金属の塩化物水溶液、硝酸カルシウム、硝酸バリウム、硝酸アルミニウム、硝酸鉄、硝酸銅、硝酸コバルト等の多価金属の硝酸塩水溶液、乳酸カルシウム、乳酸バリウム、乳酸アルミニウム、乳酸亜鉛等の多価金属の乳酸塩水溶液、硫酸アルミニウム、硫酸亜鉛、硫酸コバルト等の多価金属の硫酸塩水溶液が挙げられる。これらの多価金属イオン水溶液は、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。多価金属イオン水溶液の濃度は、1〜20重量%とし、好ましくは2〜15重量%とし、より好ましくは3〜10重量%とする。多価金属イオン水溶液の濃度が1重量%未満の場合、ゲル化反応が起こり難くなり、20重量%を超えると、金属塩の溶解に時間が掛かるとともに、過剰の材料を使用することになるため、経済的でない。 The polyvalent metal ion aqueous solution to which the alginate aqueous solution is dropped may be a divalent or higher metal ion aqueous solution that reacts with the alginate and causes gelation. Examples of such polyvalent metal ion aqueous solutions include aqueous chloride solutions of polyvalent metals such as calcium chloride, barium chloride, strontium chloride, nickel chloride, aluminum chloride, iron chloride, cobalt chloride, calcium nitrate, barium nitrate, aluminum nitrate. Nitrate aqueous solutions of polyvalent metals such as iron nitrate, copper nitrate and cobalt nitrate, lactate aqueous solutions of polyvalent metals such as calcium lactate, barium lactate, aluminum lactate and zinc lactate, aluminum sulfate, zinc sulfate, cobalt sulfate etc. An aqueous solution of a valent metal sulfate is mentioned. These polyvalent metal ion aqueous solutions can be used in combination of two or more. The concentration of the polyvalent metal ion aqueous solution is 1 to 20% by weight, preferably 2 to 15% by weight, and more preferably 3 to 10% by weight. When the concentration of the polyvalent metal ion aqueous solution is less than 1% by weight, the gelation reaction hardly occurs. When the concentration exceeds 20% by weight, it takes time to dissolve the metal salt and excessive materials are used. Not economical.
<人工土壌粒子の強度>
補強材5によって補強された人工土壌粒子10の強度は、繰り返し圧縮荷重の付加による容積変化率で評価することができる。容積変化率は、以下の方法で求めることができる。土壌評価用の試料円筒(内径:約5cm、高さ:約5cm、容積:100mL)にサンプルとして人工土壌100mLを充填し、試料円筒よりも径が僅かに小さい円筒状の錘(重量:5kg)をゆっくりとサンプルの上に載置する。その状態で60秒間放置し、錘を取り除く。これらの操作を10回繰り返す(繰り返し圧縮荷重25KPa)。繰り返し圧縮荷重の付与が完了したら、サンプルをそのまま60秒間放置し、メスシリンダー等を用いてサンプルの容積Vを測定し、容積変化率ΔVを以下の式[1]から求める。
ΔV(%) = (100−V)/100 × 100 ・・・ [1]
<Strength of artificial soil particles>
The strength of the
ΔV (%) = (100−V) / 100 × 100 (1)
本発明の人工土壌粒子10は、繰り返し圧縮荷重25KPaの付加後の容積変化率が20%以下になるように設計され、好ましい容積変化率は15%以下である。容積変化率が20%を超えると、プランター等に人工土壌を充填したり、苗を移植する際に、人工土壌粒子10が粉砕され易くなり、人工土壌粒子10の構造(フィラー1の細孔2が複数のフィラー1間の連通孔3の周囲に分散配置され、さらに、フィラー1が三次元ネットワーク状に結合した構造)が失われることになる。その結果、土壌としての基本性能が維持できなくなったり、作業性も低下する。また、人工土壌粒子10の構造が失われると、人工土壌の締め固めが起こり易くなるため、根菜類の栽培に悪影響を及ぼし得る。本発明の人工土壌粒子10は、上記の人工土壌粒子の粒状化方法を用いて上記容積変化率の範囲に容易に調整することができる。
The
<人工土壌粒子の構造>
本発明の人工土壌粒子10は、連通孔3が外部から水分及び養分を取り込むとともに、細孔2が連通孔3から養分を受け取り可能なように、細孔2が連通孔3の周囲に分散配置された独特の構造を備えている。この人工土壌粒子10の独特の構造について説明する。図2は、本発明の人工土壌粒子10の細孔2及び連通孔3を概念的に示した説明図である。図2(a)は、フィラー1として、多孔質天然鉱物であるゼオライト1aを使用した人工土壌粒子10の基部を例示したものである。図2(b)は、フィラー1として、層状天然鉱物であるハイドロタルサイト1bを使用した人工土壌粒子10の基部を例示したものである。なお、図2は、人工土壌粒子10の細孔2と連通孔3との関係をわかり易く示すために、網目構造4及び補強材5を省略している。また、図2中に示す記号x、y及びzは、細孔2、連通孔3及び人工土壌粒子10のサイズを夫々表しているが、図面上でのx、y及びzの大きさは実際のサイズ関係を反映したものではない。
<Structure of artificial soil particles>
The
人工土壌粒子10の基部を構成するフィラー1は、表面から内部にかけて多数の細孔2を有する。細孔2は、種々の形態を含む。例えば、フィラー1が、図2(a)に示すゼオライト1aの場合、当該ゼオライト1aの結晶構造中に存在する空隙2aが細孔2であり、図2(b)に示すハイドロタルサイト1bの場合、当該ハイドロタルサイト1bの層構造中に存在する層間2bが細孔2である。つまり、本発明において「細孔」とは、フィラー1の構造中に存在する空隙部、層間部、空間部等を意図し、これらは「孔状」の形態に限定されるものではない。
The
フィラー1の細孔2のサイズ(図2に示す空隙2a又は層間2bのサイズxの平均値)は、サブnmオーダー乃至サブμmオーダーとなる。例えば、フィラー1が、図2(a)に示すゼオライト1aの場合、当該ゼオライト1aの結晶構造中に存在する空隙2aのサイズ(径)は、0.3〜1.3nm程度である。フィラー1が、図2(b)に示すハイドロタルサイト1bの場合、当該ハイドロタルサイト1bの層構造中に存在する層間2bのサイズ(距離)は、0.3〜3.0nm程度である。この他に、フィラー1として、有機多孔質材料を使用することもでき、その場合の細孔2の径xは、0.1〜0.8μm程度となる。フィラー1の細孔2のサイズは、測定対象の状態に応じて、ガス吸着法、水銀圧入法、小角X線散乱法、画像処理法等を用いて、又はこれらの方法を組み合わせて、最適な方法により測定される。
The size of the
連通孔3のサイズ(図2に示す隣接するフィラー1間の距離yの平均値)は、フィラー1、ゲル化剤、補強材5の種類、組成、造粒条件により変化し得るが、サブμmオーダー乃至サブmmオーダーとなる。例えば、フィラー1を図2(a)に示すゼオライト1a、又は図2(b)に示すハイドロタルサイト1bを使用し、ゲル化剤として高分子系のゲル化剤を使用し、補強材5としてポリオレフィン系樹脂を使用した場合、連通孔3のサイズは、0.1〜20μmである。連通孔3のサイズは、測定対象の状態に応じて、ガス吸着法、水銀圧入法、小角X線散乱法、画像処理法等を用いて、又はこれらの方法を組み合わせて、最適な方法により測定される。例えば、以下の測定法により、連通孔3のサイズを測定することができる。先ず、測定対象の人工土壌粒子10をスケールとともに顕微鏡で観察し、その顕微鏡画像を画像処理ソフト(二次元画像解析処理ソフトウェア「WinROOF」、三谷商事株式会社製)を使用して取得する。画像から100個の人工土壌粒子10を選択し、連通孔3の輪郭をトレースする。トレースした図形の周長から、相当円の直径を算出する。夫々の連通孔3から求めた相当円の直径(100個)の平均を平均サイズ(単位:ピクセル)とする。そして、平均サイズを顕微鏡画像中のスケールと比較し、単位長さ(μmオーダー乃至mmオーダー)に変換して、連通孔3のサイズを算出する。
The size of the communication hole 3 (the average value of the distance y between
人工土壌粒子10の粒径(図2に示す人工土壌粒子10のサイズzの平均値)は、0.2〜10mmであり、好ましくは0.5〜5mmであり、より好ましくは1〜5mmである。人工土壌粒子10の粒径の調整は、例えば、篩による分級で行うことができる。人工土壌粒子10の粒径が0.2mm未満の場合、人工土壌粒子10間の間隙が小さくなって排水性が低下することにより、栽培する植物が根から酸素を吸収し難くなる虞がある。一方、人工土壌粒子10の粒径が10mmを超えると、人工土壌粒子10間の間隙が大きくなって排水性が過剰になり過ぎることにより、植物が水分を吸収し難くなったり、人工土壌粒子10が疎になって植物が横倒れする虞がある。人工土壌粒子10の粒径は、例えば、連通孔3と同じ方法である光学顕微鏡観察及び画像処理法を用いて測定され、例えば、前述の画像処理を用いた測定法により、人工土壌粒子10の粒径を測定することができる。
The particle size of the artificial soil particles 10 (average value of the size z of the
人工土壌粒子10を設計するに際し、連通孔3の保水性をさらに高めることも可能である。連通孔3の保水性を向上させる一つの方法として、人工土壌粒子10の連通孔3に保水性材料を導入することが挙げられる。保水性材料は、例えば、連通孔3の全体に保水性材料を充填したり、連通孔3の表面を保水性材料の膜でコーティングしたりすることで導入可能である。このとき、連通孔3の少なくとも一部に保水性材料が存在していればよい。保水性材料の導入は、例えば、保水性のある高分子材料を溶媒に溶解して高分子溶液を調製し、当該高分子溶液を人工土壌粒子10に含浸させることによって行われる。あるいは、人工土壌粒子10を粒状化する際、原材料に保水性のある繊維を混合しておいても構わない。この場合、保水性材料である繊維は、人工土壌粒子10の連通孔3だけでなく、人工土壌粒子10の全体に導入することも可能である。そして、繊維が導入された人工土壌粒子10は、保水性が向上することは当然であるが、人工土壌粒子10の強度や耐久性も向上する。従って、保水性材料として導入される繊維は、補強材としても機能する。人工土壌粒子10に導入可能な繊維としては、例えば、ビニロン、ウレタン、ナイロン、アセテート等の合成繊維や、綿、羊毛、レーヨン等の天然繊維が挙げられる。これらの繊維のうち、ビニロン及び綿が好ましい。さらに、繊維の形態としては、短繊維であることが好ましい。保水性材料を導入した人工土壌粒子10は、保水力が大きく向上するため、例えば、乾燥状態の外部環境で使用した場合でも長期間水を与えなくとも植物の枯れや育成不良を防止することができる。さらに、保水性材料の導入により、人工土壌粒子10の強度及び耐久性も向上するため、長期に亘って保水性を維持する相乗効果も期待できる。
In designing the
フィラー1は、人工土壌粒子10が十分な保肥力を有するように、細孔2にイオン交換能が付与された材料を使用することが好ましい。この場合、イオン交換能が付与された材料として、陽イオン交換能が付与された材料、陰イオン交換能が付与された材料、又は両者の混合物を使用することができる。また、イオン交換能を有さない多孔質材料(例えば、高分子発泡体、ガラス発泡体等)を別に用意し、当該多孔質材料の細孔2に上記のイオン交換能が付与された材料を圧入や含浸等によって導入し、これをフィラー1として使用することも可能である。陽イオン交換能が付与された材料として、陽イオン交換性鉱物、腐植、及び陽イオン交換樹脂が挙げられる。陰イオン交換能が付与された材料として、陰イオン交換性鉱物、又は陰イオン交換樹脂が挙げられる。
As the
陽イオン交換性鉱物は、例えば、ゼオライト、モンモリロナイト、ベントナイト、バイデライト、ヘクトライト、サポナイト、スチブンサイト等のスメクタイト系鉱物、雲母系鉱物、バーミキュライトが挙げられる。陽イオン交換樹脂は、例えば、弱酸性陽イオン交換樹脂、強酸性陽イオン交換樹脂が挙げられる。これらのうち、ゼオライト、又はベントナイトが好ましい。陽イオン交換性鉱物及び陽イオン交換樹脂は、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。陽イオン交換性鉱物及び陽イオン交換樹脂における陽イオン交換容量は、10〜700meq/100gに設定され、好ましくは20〜700meq/100gに設定され、より好ましくは30〜700meq/100gに設定される。陽イオン交換容量が10meq/100g未満の場合、十分に養分を取り込むことができず、取り込まれた養分も灌水等により早期に流失する虞がある。一方、陽イオン交換容量が700meq/100gを超えるように保肥力を過剰にしても、効果は大きく向上せず、経済的ではない。 Examples of the cation exchange mineral include zeolite, montmorillonite, bentonite, beidellite, hectorite, saponite, stevensite, and other smectite minerals, mica minerals, and vermiculite. Examples of the cation exchange resin include a weak acid cation exchange resin and a strong acid cation exchange resin. Of these, zeolite or bentonite is preferable. The cation exchange mineral and the cation exchange resin can be used in combination of two or more. The cation exchange capacity in the cation exchange mineral and the cation exchange resin is set to 10 to 700 meq / 100 g, preferably 20 to 700 meq / 100 g, and more preferably 30 to 700 meq / 100 g. When the cation exchange capacity is less than 10 meq / 100 g, the nutrients cannot be taken in sufficiently, and the taken-up nutrients may be lost early due to irrigation or the like. On the other hand, even if the fertilizer is excessive so that the cation exchange capacity exceeds 700 meq / 100 g, the effect is not greatly improved, and it is not economical.
陰イオン交換性鉱物は、例えば、ハイドロタルサイト、マナセアイト、パイロオーライト、シェーグレン石、緑青等の主骨格として複水酸化物を有する天然層状複水酸化物、合成ハイドロタルサイト及びハイドロタルサイト様物質、アロフェン、イモゴライト、カオリン等の粘土鉱物が挙げられる。陰イオン交換樹脂は、例えば、弱塩基性陰イオン交換樹脂、強塩基性陰イオン交換樹脂が挙げられる。これらのうち、ハイドロタルサイトが好ましい。陰イオン交換性鉱物及び陰イオン交換樹脂は、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。陰イオン交換性鉱物及び陰イオン交換樹脂における陰イオン交換容量は、5〜500meq/100gに設定され、好ましくは20〜500meq/100gに設定され、より好ましくは30〜500meq/100gに設定される。陰イオン交換容量が5meq/100g未満の場合、十分に養分を取り込むことができず、取り込まれた養分も灌水等により早期に流失する虞がある。一方、陰イオン交換容量が500meq/100gを超えるように保肥力を過剰にしても、効果は大きく向上せず、経済的ではない。 Anion-exchange minerals include, for example, natural layered double hydroxides that have double hydroxide as the main skeleton such as hydrotalcite, manaceite, pyroaulite, sjoglenite, patina, synthetic hydrotalcite and hydrotalcite-like Materials, clay minerals such as allophane, imogolite, kaolin and the like. Examples of the anion exchange resin include weakly basic anion exchange resins and strong basic anion exchange resins. Of these, hydrotalcite is preferred. An anion exchange mineral and an anion exchange resin can be used in combination of two or more. The anion exchange capacity of the anion exchange mineral and the anion exchange resin is set to 5 to 500 meq / 100 g, preferably 20 to 500 meq / 100 g, and more preferably 30 to 500 meq / 100 g. When the anion exchange capacity is less than 5 meq / 100 g, the nutrients cannot be taken in sufficiently, and the taken-up nutrients may be lost early due to irrigation or the like. On the other hand, even if the fertilizing power is excessive so that the anion exchange capacity exceeds 500 meq / 100 g, the effect is not greatly improved and it is not economical.
本発明の補強材で補強された人工土壌粒子について、補強後の強度を評価する試験を実施した。試験結果を実施例として以下に説明する。 The artificial soil particles reinforced with the reinforcing material of the present invention were subjected to a test for evaluating the strength after reinforcement. The test results will be described below as examples.
<人工土壌粒子の作製>
(1)粒状物の作製
下記の表1に記載される配合(重量%)に従って、フィラーとしての陽イオン交換性鉱物であるゼオライト、陰イオン交換性鉱物であるハイドロタルサイト、補強材(バインダー、樹脂架橋剤等)、保水性材料(ビニロン短繊維等)をアルギン酸ナトリウム0.5%水溶液に添加し、ミキサー(SM−L57:三洋電機(株)製)を用いて3分間撹拌し、混合液を作製した。得られた混合液を、多価金属イオン水溶液である5%塩化カルシウム水溶液に滴下してゲル化物を生成した。生成したゲル化物を溶液から回収し、洗浄した後、55℃の乾燥機中で24時間乾燥させて粒状物を作製した。なお、実施例15及び16の人工土壌粒子は、上記粒状物を表1に示す樹脂架橋剤中に80℃、3時間浸漬させて作製した。比較例1では、補強材を混合しない上記粒状物をそのまま人工土壌粒子として使用した。
(2)粒状物の補強(実施例1〜16)
表1に記載される配合(重量%)に従って、粒状物に補強材を導入した。
実施例1:補強材(バインダー、以下同様)として50%ポリオレフィンエマルジョン(住友精化株式会社製 セポルジョン(登録商標)G)を使用し、人工土壌粒子を作製した。
実施例2:補強材として50%ポリオレフィンエマルジョンを使用し、保水性材料としてビニロン短繊維を使用し、人工土壌粒子を作製した。
実施例3:補強材として20%酢酸ビニルエマルジョン(コニシ株式会社製 CH18)を使用し、人工土壌粒子を作製した。
実施例4:補強材として20%酢酸ビニルエマルジョンを使用し、保水性材料としてビニロン短繊維を使用し、人工土壌粒子を作製した。
実施例5:補強材として10%エチレン酢酸ビニルエマルジョン(河口株式会社製 布用手芸ボンド)を使用し、人工土壌粒子を作製した。
実施例6:補強材として10%エチレン酢酸ビニルエマルジョンを使用し、保水性材料としてビニロン短繊維を使用し、人工土壌粒子を作製した。
実施例7:補強材として10%ウレタン樹脂エマルジョン(ハマナカ株式会社製 布・フェルト用クラフトボンド)を使用し、人工土壌粒子を作製した。
実施例8:補強材として10%ウレタン樹脂エマルジョンを使用し、保水性材料としてビニロン短繊維を使用し、人工土壌粒子を作製した。
実施例9:補強材として1%寒天(和光純薬工業株式会社製)の80℃溶解液を使用し、人工土壌粒子を作製した。
実施例10:補強材として1%寒天の80℃溶解液を使用し、保水性材料としてビニロン短繊維を使用し、人工土壌粒子を作製した。
実施例11:補強材として0.5%ローカストビーンガム(MRCポリサッカライド株式会社製 ソアローカスト(登録商標)A120)及び0.5%キサンタンガム(MRCポリサッカライド株式会社製 ソアキサン(登録商標)XG550)の80℃溶解液を使用し、人工土壌粒子を作製した。
実施例12:補強材として0.5%ローカストビーンガム及び0.5%キサンタンガムの80℃溶解液を使用し、保水性材料としてビニロン短繊維を使用し、人工土壌粒子を作製した。
実施例13:補強材として1%カルボジイミド(日清紡ケミカル株式会社製 カルボジライト(登録商標))溶液を使用し、人工土壌粒子を作製した。
実施例14:補強材として1%カルボジイミド溶液を使用し、保水性材料としてビニロン短繊維を使用し、人工土壌粒子を作製した。
実施例15:補強材としてエチレングリコールジグリシジルエーテル(和光純薬工業株式会社製)の原液を使用し、エチレングリコールジグリシジルエーテルによる含浸架橋を行って人工土壌粒子を作製した。
実施例16:補強材としてエチレングリコールジグリシジルエーテルの原液を使用し、保水性材料としてビニロン短繊維を使用し、エチレングリコールジグリシジルエーテルによる含浸架橋を行って人工土壌粒子を作製した。
<Production of artificial soil particles>
(1) Preparation of granular material According to the composition (% by weight) described in Table 1 below, zeolite as a cation exchange mineral as a filler, hydrotalcite as an anion exchange mineral, reinforcing material (binder, Resin cross-linking agent, etc.) and water retention material (vinylon short fiber, etc.) are added to 0.5% sodium alginate aqueous solution and stirred for 3 minutes using a mixer (SM-L57: manufactured by Sanyo Electric Co., Ltd.). Was made. The obtained mixed solution was dropped into a 5% calcium chloride aqueous solution which is a polyvalent metal ion aqueous solution to produce a gelled product. The produced gelled product was recovered from the solution, washed, and then dried in a dryer at 55 ° C. for 24 hours to produce a granular material. In addition, the artificial soil particles of Examples 15 and 16 were prepared by immersing the above granular material in a resin crosslinking agent shown in Table 1 at 80 ° C. for 3 hours. In the comparative example 1, the said granular material which does not mix a reinforcing material was used as artificial soil particle as it is.
(2) Reinforcement of granular materials (Examples 1 to 16)
Reinforcing materials were introduced into the granules according to the formulation (% by weight) described in Table 1.
Example 1: Artificial soil particles were prepared using a 50% polyolefin emulsion (Sepoljon (registered trademark) G manufactured by Sumitomo Seika Co., Ltd.) as a reinforcing material (binder, the same applies hereinafter).
Example 2: Artificial soil particles were prepared using 50% polyolefin emulsion as a reinforcing material and vinylon short fibers as a water retention material.
Example 3: Artificial soil particles were prepared using 20% vinyl acetate emulsion (CH18 manufactured by Konishi Co., Ltd.) as a reinforcing material.
Example 4: Artificial soil particles were prepared using 20% vinyl acetate emulsion as a reinforcing material and vinylon short fibers as a water retention material.
Example 5: Artificial soil particles were prepared using a 10% ethylene vinyl acetate emulsion (a handicraft bond for cloth manufactured by Kawaguchi Co., Ltd.) as a reinforcing material.
Example 6: Artificial soil particles were prepared using 10% ethylene vinyl acetate emulsion as a reinforcing material and vinylon short fibers as a water retention material.
Example 7: Artificial soil particles were produced using a 10% urethane resin emulsion (cloth / felt craft bond, manufactured by Hamanaka Co., Ltd.) as a reinforcing material.
Example 8: Artificial soil particles were prepared using a 10% urethane resin emulsion as a reinforcing material and vinylon short fibers as a water retention material.
Example 9: An artificial soil particle was prepared using an 80 ° C. solution of 1% agar (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a reinforcing material.
Example 10: An artificial soil particle was prepared using a 1% agar 80 ° C. solution as a reinforcing material and vinylon short fibers as a water retention material.
Example 11: 0.5% locust bean gum (Soar Locust (registered trademark) A120 manufactured by MRC Polysaccharide Co., Ltd.) and 0.5% xanthan gum (Soxane (registered trademark) XG550 manufactured by MRC Polysaccharide Co., Ltd.) as reinforcing materials Artificial soil particles were prepared using an 80 ° C. solution.
Example 12: An artificial soil particle was prepared by using an 80 ° C. solution of 0.5% locust bean gum and 0.5% xanthan gum as a reinforcing material and vinylon short fibers as a water retention material.
Example 13: Artificial soil particles were prepared using a 1% carbodiimide (Carbodilite (registered trademark)) manufactured by Nisshinbo Chemical Co., Ltd. as a reinforcing material.
Example 14: Artificial soil particles were prepared using a 1% carbodiimide solution as a reinforcing material and vinylon short fibers as a water retention material.
Example 15: A stock solution of ethylene glycol diglycidyl ether (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used as a reinforcing material, and impregnated and crosslinked with ethylene glycol diglycidyl ether to produce artificial soil particles.
Example 16: A stock solution of ethylene glycol diglycidyl ether was used as a reinforcing material, vinylon short fibers were used as a water retention material, and impregnation and crosslinking with ethylene glycol diglycidyl ether was performed to produce artificial soil particles.
<試験内容>
上記作製した各人工土壌粒子(実施例1〜16、比較例1)を、10%クエン酸溶液及び5%リン酸溶液に夫々含浸した。各人工土壌粒子の崩壊の有無を目視で観察し、各人工土壌粒子のクエン酸及びリン酸に対する耐性について評価した。12時間経過後も人工土壌粒子に崩壊が認められないものを○、1〜12時間以内で崩壊した人工土壌粒子を△、1時間以内で崩壊した人工土壌粒子を×とした。結果を表2及び表3に示す。
<Test content>
Each of the artificial soil particles produced above (Examples 1 to 16, Comparative Example 1) was impregnated in a 10% citric acid solution and a 5% phosphoric acid solution, respectively. The presence or absence of decay of each artificial soil particle was visually observed, and the resistance of each artificial soil particle to citric acid and phosphoric acid was evaluated. The artificial soil particles that did not disintegrate after 12 hours were evaluated as “◯”, the artificial soil particles that were disintegrated within 1 to 12 hours were Δ, and the artificial soil particles that were disintegrated within 1 hour were marked as “X”. The results are shown in Tables 2 and 3.
表2及び表3の結果から、実施例1〜16の人工土壌粒子は、比較例1の人工土壌粒子と比較して、根酸の構成成分であるクエン酸、及び養分として使用されるリン酸に対して高い耐性を示した。本発明に係る人工土壌粒子は、土壌代替品として長期間の使用にも耐え得ることが確認された。 From the results of Table 2 and Table 3, the artificial soil particles of Examples 1 to 16 were compared with the artificial soil particles of Comparative Example 1 and citric acid, which is a component of root acid, and phosphoric acid used as a nutrient. High resistance to It was confirmed that the artificial soil particles according to the present invention can withstand long-term use as a soil substitute.
本発明の人工土壌粒子、及び人工土壌培地は、植物工場等で使用される人工土壌に利用可能であるが、その他の用途として、施設園芸用土壌、緑化用土壌、成型土壌、土壌改良剤、インテリア用土壌等にも利用可能である。 The artificial soil particles of the present invention and the artificial soil medium can be used for artificial soil used in plant factories, etc., but as other uses, facility horticultural soil, greening soil, molded soil, soil improver, It can also be used for interior soil.
1 フィラー
2 細孔
3 連通孔
5 補強材
10 人工土壌粒子
100 人工土壌培地
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