JP2016106629A - Artificial soil particle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、繊維を造粒してなる繊維塊状体を有する人工土壌粒子に関する。 The present invention relates to artificial soil particles having a fiber mass formed by granulating fibers.
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。これまでの植物工場は、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。人工土壌を用いて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粒子を開発する必要がある。また、人工土壌には、植物に対する水遣りの回数を低減でき、水分量の管理が容易になる等、天然土壌では実現が困難な独自の機能が求められるようになっている。 In recent years, plant factories that grow plants such as vegetables in an environment where growth conditions are controlled are increasing. The plant factories so far have 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 using artificial soil, it is necessary to develop artificial soil particles that are excellent in basic performance as soil, high in quality, and easy to handle. Artificial soils are required to have unique functions that are difficult to realize in natural soils, such as reducing the number of watering of plants and facilitating the management of water content.
特許文献1には、無機物質材からなる粒体を、有機植物繊維等からなる有機物質材に絡ませるとともに、結合剤によって粒状に固結した人工団粒体が提案されている。この人工団粒体は、有機物質材として有機植物繊維等を用いることにより、保水性を向上させようとするものである。
人工土壌の開発にあたっては、天然土壌と同等の植物育成力を達成しながら、保水性を適切に維持、管理できる機能が求められる。特に、人工土壌培地内に水分を効率的に吸収、保持させることは、植物に対する水遣り回数の低減や、植物の種類に応じた最適な栽培スケジュールを実現するために必要なことである。 In the development of artificial soil, a function capable of appropriately maintaining and managing water retention is required while achieving the same plant growth ability as natural soil. In particular, it is necessary to efficiently absorb and retain moisture in the artificial soil medium in order to reduce the number of watering times for plants and to realize an optimal cultivation schedule according to the type of plant.
この点、特許文献1の人工団粒体は、無機物質材を有機植物繊維等に絡ませて結合剤によって粒状化したものであり、親水性の高い有機植物繊維を使用しているため、水分を団粒体内に吸収して、団粒体内の多孔質構造の隙間に水分を保持することができると考えられる。しかし、有機植物繊維を造粒した団粒体は、一旦乾燥状態になると団粒体内の隙間に多量の空気が侵入するため、改めて灌水しようとしても空気が邪魔をして団粒体の隙間に水が染み込み難くなり、その結果、人工土壌に水分が十分に保持されないまま、排出されてしまう虞があった。つまり、従来の人工土壌では、灌水の初期段階から効率よく水分を吸収することができない場合があった。
In this respect, the artificial aggregate of
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、植物の生育に必要な水分を効率的に吸収し、保持することができる人工土壌粒子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 an object of the present invention is to provide artificial soil particles that can efficiently absorb and retain moisture necessary for plant growth.
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、
繊維を造粒してなる繊維塊状体を有する人工土壌粒子であって、
前記繊維塊状体の初期の吸水性を高める吸水促進材を含むことにある。
The characteristic configuration of the artificial soil particles according to the present invention for solving the above problems is as follows:
Artificial soil particles having a fiber mass formed by granulating fibers,
The object is to include a water absorption promoting material that enhances the initial water absorption of the fiber mass.
本構成の人工土壌粒子によれば、繊維塊状体の初期の吸水性を高める吸水促進材を含んでいるため、灌水等によって供給された水分を繊維塊状体内に速やかに吸収し、保持することができる。その結果、灌水の初期段階や灌水が少量の場合でも、植物の生育に必要な水分を植物が利用することができるようになり、水遣り等の回数を減らして作業者の労力を低減することができる。 According to the artificial soil particle of this configuration, since the water absorption promoting material that enhances the initial water absorption of the fiber lump is included, the water supplied by irrigation or the like can be quickly absorbed and retained in the fiber lump. it can. As a result, even in the initial stage of irrigation and even when the amount of irrigation is small, the plant can use the water necessary for the growth of the plant, reducing the number of watering and reducing the labor of the operator. it can.
本発明に係る人工土壌粒子において、
前記吸水促進材は、有機高分子材及び/又は親水化材、並びに無機多孔質材からなる群から選択される少なくとも一つを含むことが好ましい。
In the artificial soil particles according to the present invention,
The water absorption promoting material preferably includes at least one selected from the group consisting of an organic polymer material and / or a hydrophilizing material, and an inorganic porous material.
有機高分子材、親水化材、及び無機多孔質材は、外部環境の水分を吸収し易い吸水促進材として適切な材料である。従って、本構成の人工土壌粒子によれば、灌水等によって供給された水分を繊維塊状体内に速やかに吸収し、確実に保持することができる。 Organic polymer materials, hydrophilizing materials, and inorganic porous materials are suitable materials as water absorption promoting materials that easily absorb moisture from the external environment. Therefore, according to the artificial soil particle of this structure, the water | moisture content supplied by irrigation etc. can be rapidly absorbed into a fiber lump body, and can be hold | maintained reliably.
本発明に係る人工土壌粒子において、
前記有機高分子材は、寒天、ポリエチレングリコール、カラギーナン、ゼラチン、ペクチン、アルギン酸、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、及びその塩又は誘導体、ポリアクリルアミド系吸水性樹脂、ポリビニルアルコール系吸水性樹脂、並びにポリアルキレンオキサイド系吸水性樹脂からなる群から選択される少なくとも一つの親水性物質を含むことが好ましい。
In the artificial soil particles according to the present invention,
The organic polymer material includes agar, polyethylene glycol, carrageenan, gelatin, pectin, alginic acid, methylcellulose, carboxymethylcellulose, and salts or derivatives thereof, polyacrylamide-based water absorbent resin, polyvinyl alcohol-based water absorbent resin, and polyalkylene oxide-based materials. It is preferable to include at least one hydrophilic substance selected from the group consisting of water-absorbing resins.
本構成の人工土壌粒子によれば、有機高分子材として適切な親水性物質を選択しているので、繊維塊状体の初期の吸水性をさらに高めることが可能となる。また、有機高分子材が繊維塊状体内に侵入すると、有機高分子材は繊維に絡み付き、繊維に対して結合又は接触した状態となる。このため、灌水等によって供給された水分は、有機高分子材を介して繊維塊状体を構成する繊維に確実に受け渡される。 According to the artificial soil particle of this configuration, since an appropriate hydrophilic substance is selected as the organic polymer material, it is possible to further increase the initial water absorption of the fiber block. Further, when the organic polymer material enters the fiber mass, the organic polymer material is entangled with the fiber and is in a state of being bonded or in contact with the fiber. For this reason, the water | moisture content supplied by irrigation etc. is reliably delivered to the fiber which comprises a fiber lump through an organic polymer material.
本発明に係る人工土壌粒子において、
前記親水化材は、親水性ラテックス、界面活性剤、及び湿潤剤からなる群から選択される少なくとも一つであることが好ましい。
In the artificial soil particles according to the present invention,
The hydrophilizing material is preferably at least one selected from the group consisting of a hydrophilic latex, a surfactant, and a wetting agent.
本構成の人工土壌粒子によれば、親水化材として適切な材料を選択しているので、繊維塊状体の初期の吸水性をさらに高めることが可能となる。また、親水化材が繊維塊状体と接触すると繊維の親水性が向上し、繊維塊状体はより多くの水分を吸収することができるようになる。このため、灌水等によって供給された水分は繊維塊状体の内部に蓄積され、その結果、人工土壌粒子の保水性が飛躍的に向上する。 According to the artificial soil particle of this configuration, since an appropriate material is selected as the hydrophilizing material, it is possible to further increase the initial water absorption of the fiber block. Further, when the hydrophilizing material comes into contact with the fiber lump, the hydrophilicity of the fiber is improved, and the fiber lump can absorb more water. For this reason, the water | moisture content supplied by irrigation etc. accumulates in the inside of a fiber lump, As a result, the water retention of artificial soil particle improves dramatically.
本発明に係る人工土壌粒子において、
前記無機多孔質材は、珪藻土、パーライト、バーミキュライト、ゼオライト、ベントナイト、クレー、及び多孔質ガラスビーズからなる群から選択される少なくとも一つであることが好ましい。
In the artificial soil particles according to the present invention,
The inorganic porous material is preferably at least one selected from the group consisting of diatomaceous earth, pearlite, vermiculite, zeolite, bentonite, clay, and porous glass beads.
本構成の人工土壌粒子によれば、無機多孔質材として適切な材料を選択しているので、繊維塊状体の初期の吸水性をさらに高めることが可能となる。また、無機多孔質材は吸湿性が高いため、灌水等によって供給された水分は、無機多孔質材により効率よく吸収され、無機多孔質材を介して繊維塊状体を構成する繊維に確実に受け渡される。 According to the artificial soil particle of this configuration, since an appropriate material is selected as the inorganic porous material, it is possible to further increase the initial water absorption of the fiber block. In addition, since the inorganic porous material has high hygroscopicity, moisture supplied by irrigation or the like is efficiently absorbed by the inorganic porous material and is reliably received by the fibers constituting the fiber lump through the inorganic porous material. Passed.
本発明に係る人工土壌粒子において、
前記繊維は、有機繊維であることが好ましい。
In the artificial soil particles according to the present invention,
The fiber is preferably an organic fiber.
本構成の人工土壌粒子によれば、繊維塊状体に使用する繊維として、比較的柔軟な有機繊維を使用しているので、繊維塊状体を形成すると繊維どうしが複雑に絡み合って多数の空隙が形成され、その結果、繊維塊状体内に吸収した水分を植物が容易に利用可能な水、いわゆる易効水として保持することができる。従って、水遣り等の回数を減らしても、植物の成長を促すことができる。 According to the artificial soil particles of this configuration, since relatively soft organic fibers are used as the fibers used for the fiber mass, when the fiber mass is formed, the fibers are intertwined in a complex manner and a large number of voids are formed. As a result, the moisture absorbed in the fiber mass can be retained as water that can be easily used by plants, so-called easy-to-use water. Therefore, plant growth can be promoted even if the number of times of watering or the like is reduced.
本発明に係る人工土壌粒子において、
前記吸水促進材は、前記繊維の表面の少なくとも一部を被覆し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 water absorption promoting material covers at least a part of the surface of the fiber.
本構成の人工土壌粒子によれば、吸水促進材は、繊維塊状体を構成する繊維の表面の少なくとも一部を被覆していることから、繊維の表面に吸水促進材が直接作用することができる。その結果、繊維塊状体の初期の吸水性を確実に高め、灌水等によって供給された水分を繊維塊状体内に速やかに吸収させることができる。 According to the artificial soil particle of this configuration, since the water absorption promoting material covers at least a part of the surface of the fiber constituting the fiber mass, the water absorption promoting material can directly act on the surface of the fiber. . As a result, the initial water absorption of the fiber lump can be reliably increased, and the water supplied by irrigation or the like can be quickly absorbed into the fiber lump.
本発明に係る人工土壌粒子において、
pF値1.5における体積含水率が20%以上であることが好ましい。
In the artificial soil particles according to the present invention,
The volumetric water content at a pF value of 1.5 is preferably 20% or more.
本構成の人工土壌粒子によれば、pF値1.5における体積含水率が20%以上であるため、植物の栽培に必要な水分を人工土壌粒子内に十分に保持することができる。 According to the artificial soil particle of this structure, since the volumetric water content in pF value 1.5 is 20% or more, the water | moisture content required for plant cultivation can fully be hold | maintained in artificial soil particle.
本発明に係る人工土壌粒子において、
前記繊維の繊維長は、0.1〜2000μmであることが好ましい。
In the artificial soil particles according to the present invention,
The fiber length of the fiber is preferably 0.1 to 2000 μm.
本構成の人工土壌粒子によれば、繊維塊状体を構成する繊維が最適な繊維長を有しているため、植物が容易に利用可能な水、いわゆる易効水を繊維塊状体内に確実に保持することができる。 According to the artificial soil particles of this configuration, the fibers constituting the fiber lump have the optimum fiber length, so that water that can be easily used by plants, so-called easy-to-use water, is reliably retained in the fiber lump. can do.
本発明に係る人工土壌粒子において、
前記繊維塊状体の表面の少なくとも一部が通水性膜で被覆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 at least a part of the surface of the fiber mass is coated with a water-permeable film.
本構成の人工土壌粒子によれば、繊維塊状体の表面の少なくとも一部が通水性膜で被覆されていることから、繊維塊状体と外部環境との通水性を確保しつつ、一定の遮蔽性及び剛性を確立することができる。 According to the artificial soil particle of this configuration, since at least a part of the surface of the fiber lump is covered with the water permeable membrane, it has a certain shielding property while ensuring water permeability between the fiber lump and the external environment. And rigidity can be established.
以下、本発明に係る人工土壌粒子に関する実施形態を図1〜図10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。ここで、本明細書中に記載される「外部環境」とは、人工土壌粒子の外側の環境を意図する。複数の人工土壌粒子の間に形成される外部環境には水分が存在し得る。 Hereinafter, the embodiment regarding the artificial soil particle which concerns on this invention is described based on FIGS. However, the present invention is not intended to be limited to the configurations described in the embodiments and drawings described below. Here, the “external environment” described in the present specification intends an environment outside the artificial soil particles. Moisture may be present in the external environment formed between the plurality of artificial soil particles.
<人工土壌粒子>
(第一実施形態)
図1は、第一実施形態に係る人工土壌粒子50の模式図である。人工土壌粒子50は、繊維1を造粒してなる繊維塊状体10を有する。繊維塊状体10は、繊維1が絡み合った粒状物に形成され、繊維1の間には空隙2が存在している。人工土壌粒子50は、繊維塊状体10の空隙2に水分を吸収し、保持することができる。人工土壌粒子50のベースとなる繊維塊状体10が保水性を有するため、外部環境が湿潤状態となった場合は、外部環境に存在する水分を人工土壌粒子50内に吸収し、保持することができる。このように、人工土壌粒子50は、土壌として求められる保水性を維持しながら、外部環境との通気性を一定以上に確保することができる。その結果、植物の根腐れ等を防止することができる。他方、外部環境が乾燥状態となった場合は、繊維塊状体10の空隙2に保持された水分が外部環境に放出される。これにより、植物は、水分を容易に利用することができる。このように、人工土壌粒子50は、繊維塊状体10を形成する繊維1の間に存在する空隙2によって、優れた保水性と通気性との良好なバランスを実現している。
<Artificial soil particles>
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram of
繊維塊状体10を構成する繊維1は、繊維塊状体10内の空隙2に十分な水分を保持できるよう、有機繊維を使用することが好ましい。有機繊維は比較的柔軟であるため、繊維塊状体10を構成する繊維1どうしが複雑に絡み合って多数の空隙2を形成する。その結果、繊維塊状体10の保水性が高まり、人工土壌粒子50に吸収された水分を植物が容易に利用可能な水、いわゆる易効水として保持することができる。そのため、水遣り等の回数を減らしても、植物の成長を促すことができる。有機繊維は、天然有機繊維、又は合成有機繊維の何れも使用可能である。天然有機繊維としては、例えば、絹、羊毛、綿、セルロース繊維を挙げることができ、合成有機繊維としては、例えば、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、ビニロン繊維、アラミド繊維、レーヨン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、ポリウレタン繊維を挙げることができる。これらの有機繊維のうち、天然有機繊維であるセルロース繊維が好ましく使用される。なお、繊維塊状体10に使用する繊維1として、天然有機繊維と合成有機繊維とを混繊したものを使用することも可能である。
The
繊維塊状体10を構成する繊維1の繊維長は、人工土壌粒子50の保水性と関係する。従って、繊維1の繊維長を調節することにより、繊維1と水との吸着性を制御することができる。繊維1の繊維長は、0.1〜2000μmが好ましい。繊維1の繊維長が0.1μmより短いと、十分な保水性が得られない虞がある。一方、繊維1の繊維長が2000μmより長いと、水分と繊維との吸着性が強くなり過ぎて、植物が利用できる水が少なくなる虞がある。
The fiber length of the
ここで、人工土壌粒子は、一旦乾燥状態になると、繊維塊状体10内の空隙2に多量の空気が侵入するため、改めて灌水しようとしても空気が邪魔をして繊維塊状体10内の空隙2に水が染み込み難くなり、その結果、水分が繊維塊状体10内に十分保持されないまま、排出されてしまう虞がある。つまり、人工土壌粒子は、灌水の初期段階から効率よく水分を吸収することが困難となる場合がある。そこで、本発明では、灌水時における繊維1の初期の吸水性を高めるため、人工土壌粒子に吸水促進材を含有させている。吸水促進材は、有機高分子材及び/又は親水化材、並びに無機多孔質材からなる群から選択される少なくとも一つを含む。すなわち、吸水促進材は、有機高分子材、親水化材、及び無機多孔質材のうちの少なくとも一つを含むように構成される。これにより、人工土壌粒子50は、吸水促進材の作用により繊維塊状体10内への吸水が促進される。以下、吸水促進材を含有する人工土壌粒子50について、詳細に説明する。
Here, once the artificial soil particles are in a dry state, a large amount of air enters the
〔吸水促進材として有機高分子材及び/又は親水化材を含有する人工土壌粒子〕
図2は、図1に示した人工土壌粒子50を部分的に拡大したものであり、吸水促進材3として有機高分子材3aを使用した場合の人工土壌粒子の空隙2と吸収される水分Wとの関係を概念的に示したモデル図である。なお、本実施形態では、吸水促進材3として有機高分子材3aのみを使用している場合を例に挙げて説明するが、親水化材のみを使用してもよく、有機高分子材3a及び親水化材の両方を使用してもよい。これら3通りの使用パターンは、人工土壌粒子の使用環境や栽培対象となる植物の種類等に応じて適宜選択可能である。図2(a)は灌水などにより水分が供給された直後の水分Wと繊維塊状体10を構成する繊維1との関係を示し、図2(b)は供給された水分Wが有機高分子材3aから繊維1に受け渡される段階を示し、図2(c)は供給された水分Wが空隙2を満たした段階を示している。繊維1に吸水促進材3として有機高分子材3aを添加すると、有機高分子材3aが繊維塊状体10内に侵入して繊維1に絡み付き、繊維1に対して結合又は接触した状態となる。ここで、有機高分子材3aは、高い親水性を有するものが選択される。これにより、図2(a)に示すように、灌水などによって供給された水分Wを速やかに吸着する。次いで、有機高分子材3aに吸着した水分Wは、図2(b)に示すように、有機高分子材3aを介して、繊維1に速やかに受け渡され、さらに、図2(c)に示すように、空隙2内に速やかに吸収、保持される。従って、灌水の初期段階や灌水が少量の場合でも、植物の生育に必要な水分を植物が利用することができるようになる。その結果、栽培植物への水遣りの回数を減らすことができ、作業者の労力を低減することが可能となる。なお、吸水促進材3として親水化材を使用した場合は、繊維1が親水化材によって親水化され、その結果、繊維塊状体10はより多くの水分を吸収することができるようになり、人工土壌粒子の保水性を飛躍的に向上させることができる。
[Artificial soil particles containing organic polymer material and / or hydrophilizing material as water absorption promoting material]
FIG. 2 is a partially enlarged view of the
有機高分子材3aは、高い親水性に加えて、繊維塊状体10を構成する繊維1との親和性が高いものが使用される。そのような有機高分子材3aとして、例えば、寒天、ポリエチレングリコール、カラギーナン、ゼラチン、ペクチン、アルギン酸、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、及びその塩又は誘導体、ポリアクリルアミド系吸水性樹脂、ポリビニルアルコール系吸水性樹脂、ポリアルキレンオキサイド系吸水性樹脂等の親水性物質が挙げられる。これらの親水性物質のうち、寒天、ポリエチレングリコール、アルギン酸、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、及びその塩又は誘導体が好ましく使用される。ポリエチレングリコールについては、分子量2000〜20000のものが好ましい。また、アルギン酸、及びその塩又は誘導体としては、例えば、アルギン酸、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸カリウム、アルギン酸カルシウム、アルギン酸アンモニウム、アルギン酸エステルを挙げることができる。上掲の有機高分子材3aは、二種以上を混合した状態で使用することも可能である。
As the
親水化材も有機高分子材3aと同様に、高い親水性に加えて、繊維塊状体10を構成する繊維1との親和性が高いものが使用される。そのような親水化材として、例えば、親水性ラテックス、界面活性剤、湿潤剤が挙げられる。親水性ラテックスを例示すると、天然ラテックス、ポリクロロプレンラテックス、スチレン−ブタジエンラテックス、スチレン−ブタジエン−ビニルピリジンラテックス、アクリロニトリル−ブタジエンラテックス、カルボキシル変性スチレン−ブタジエンラテックス、カルボキシル変性スチレン−ブタジエン−ビニルピリジンラテックス、カルボキシル変性アクリロニトリル−ブタジエンラテックス、カルボキシル変性メチルメタクリレート−ブタジエンラテックス、アクリレート系ラテックス、水系ポリウレタン樹脂等が挙げられる。これらの親水性ラテックスのうち、アクリレート系ラテックスが好ましく使用される。界面活性剤は、例えば、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤を使用することができる。湿潤剤は、例えば、アルキルアリルスルホン酸塩、アルキルスルホコハク酸塩を使用することができる。上掲の親水化材は、二種以上を混合した状態で使用することも可能である。
As in the case of the
有機高分子材3aの使用量は、灌水初期の繊維塊状体10の吸水性と関係する。従って、有機高分子材3aの使用量を調節することにより、繊維塊状体10の吸水性を制御することができる。本発明では、繊維塊状体10の造粒を行う際に、100gの繊維1に対して0.3〜20gの有機高分子材3aを添加することが好ましい。有機高分子材3aの添加量が、100gの繊維1に対して0.3gを下回ると、繊維1の吸水性を十分に高めることができない虞がある。一方、有機高分子材3aの添加量が、100gの繊維1に対して20gを上回ると、有機高分子材3aが繊維塊状体10内の空隙2を狭めることになり、人工土壌粒子50の保水性が低下する虞がある。
The amount of the
造粒時に繊維1に添加した有機高分子材3aは、繊維塊状体10を形成したときに、繊維塊状体10を構成する繊維1の表面の少なくとも一部を被覆している状態となっていることが望ましい。これにより、有機高分子材3aを繊維1の表面に直接作用させることができ、有機高分子材3aに吸着した水分を繊維1に確実に受け渡すことができる。その結果、人工土壌粒子50の初期の吸水性を確実に高め、灌水などによって供給された水分を繊維塊状体10内に速やかに吸収させることができる。
The
〔吸水促進材として無機多孔質材を含有する人工土壌粒子〕
図3は、図1に示した人工土壌粒子50を部分的に拡大したものであり、吸水促進材3として無機多孔質材3bを使用した場合の人工土壌粒子50の空隙2と吸収される水分Wとの関係を概念的に示したモデル図である。図3(a)は灌水などにより水分が供給された直後の水分Wと繊維塊状体10を構成する繊維1との関係を示し、図3(b)は供給された水分Wが無機多孔質材3bから繊維1に受け渡される段階を示し、図3(c)は供給された水分Wが空隙2を満たした段階を示している。繊維1に吸水促進材3として無機多孔質材3bを添加すると、無機多孔質材3bは、繊維1の表面に付着し、繊維1に結合又は接触した状態となる。ここで、無機多孔質材3bは、高い吸湿性を有するものが選択される。これにより、図3(a)に示すように、灌水などによって供給された水分Wを速やかに吸収する。次いで、吸収された水分Wは、図3(b)に示すように、無機多孔質材3bを介して、繊維1に速やかに受け渡され、さらに、図3(c)に示すように、空隙2内に速やかに保持される。従って、灌水の初期段階や灌水が少量の場合でも、植物の生育に必要な水分を植物が利用することができるようになる。その結果、栽培植物への水遣りの回数を減らすことができ、作業者の労力を低減することが可能となる。
[Artificial soil particles containing an inorganic porous material as a water absorption promoting material]
FIG. 3 is a partially enlarged view of the
無機多孔質材3bは、高い吸湿性を備えるものが使用され、例えば、珪藻土、パーライト、バーミキュライト、ゼオライト、ベントナイト、クレー、多孔質ガラスビーズ等の多孔質材が使用される。これらの多孔質材のうち、珪藻土が好ましく使用される。無機多孔質材3bとして珪藻土を使用すると、繊維塊状体10を造粒する際に、珪藻土が水分を吸収して粘性を示すようになるため、接着し難い繊維1どうしを容易に接合させることが可能になる。また、上掲の無機多孔質材3bは、二種以上を混合した状態で使用することも可能である。
As the inorganic
無機多孔質材3bの使用量は、灌水初期の繊維塊状体10の吸水性と関係する。従って、無機多孔質材3bの使用量を調節することにより、繊維塊状体10の吸水性を制御することができる。本発明では、繊維塊状体10の造粒を行う際に、100gの繊維1に対して20〜500gの無機多孔質材3bを添加することが好ましい。無機多孔質材3bの添加量が、100gの繊維1に対して20gを下回ると、繊維1の吸水性を十分に高めることができない虞がある。一方、無機多孔質材3bの添加量が、100gの繊維1に対して500gを上回ると、無機多孔質材3bが繊維塊状体10内の空隙2を狭めることになり、人工土壌粒子50の保水性が低下する虞がある。
The amount of the inorganic
造粒時に繊維1に添加した無機多孔質材3bは、繊維塊状体10を形成したときに、繊維1の表面の少なくとも一部を被覆している状態となっていることが望ましい。これにより、無機多孔質材3bを繊維1の表面に直接作用させることができ、無機多孔質材3bに吸着した水分を繊維1に確実に受け渡すことができる。その結果、人工土壌粒子50の初期の吸水性を確実に高め、灌水などによって供給された水分を繊維塊状体10内に速やかに吸収させることができる。
The inorganic
〔吸水促進材として有機高分子材及び/又は親水化材、並びに無機多孔質材を含有する人工土壌粒子〕
人工土壌粒子50を設計するに際し、吸水促進材3として有機高分子材3a及び/又は親水化材、並びに無機多孔質材3bを繊維塊状体10に含有させることが有効である。図4は、図1に示した人工土壌粒子50を部分的に拡大したものであり、吸水促進材3として有機高分子材3a及び無機多孔質材3bを使用した場合の人工土壌粒子50の空隙2と吸収される水分Wとの関係を概念的に示したモデル図である。なお、本実施形態では、吸水促進材3として有機高分子材3a及び無機多孔質材3bを使用している場合を例に挙げて説明するが、親水化材及び無機多孔質材3bを使用してもよく、有機高分子材3a、親水化材、及び無機多孔質材3bを使用してもよい。これら3通りの使用パターンは、人工土壌粒子の使用環境や栽培対象となる植物の種類等に応じて適宜選択可能である。図4(a)は灌水などにより水分が供給された直後の水分Wと繊維塊状体10を構成する繊維1との関係を示し、図4(b)は供給された水分Wが有機高分子材3a及び無機多孔質材3bから繊維1に受け渡される段階を示し、図4(c)は供給された水分Wが空隙2を満たした段階を示している。繊維1に有機高分子材3a及び無機多孔質材3bを添加すると、図4に示すように、無機多孔質材3bと繊維1とが有機高分子材3aを介して繋がったような状態となるため、両者は、協働して相乗的な吸水促進効果を発揮することが可能となる。無機多孔質材3bは、繊維1に結合又は接触している有機高分子材3aとの高い親和性を有しているため、図4(a)に示すように、灌水などによって供給された水分Wを有機高分子材3aと協働して速やかに吸着する。次いで、有機高分子材3a及び無機多孔質材3bに吸着した水分Wは、図4(b)に示すように、有機高分子材3a及び無機多孔質材3bを介して、繊維1に迅速且つ確実に受け渡され、さらに、図4(c)に示すように、空隙2内に迅速且つ確実に保持される。従って、灌水の初期段階や灌水が少量の場合でも、植物の生育に必要な水分を植物がより容易に利用することができるようになる。その結果、栽培植物への水遣りの回数を減らすことができ、作業者の労力を低減することが可能となる。
[Artificial soil particles containing organic polymer material and / or hydrophilizing material and inorganic porous material as water absorption promoting material]
When designing the
有機高分子材3a及び無機多孔質材3bの使用量(使用比率)は、灌水初期の繊維塊状体10の吸水性に大きく影響する。従って、有機高分子材3a及び無機多孔質材3bのそれぞれの使用量を調節することにより、繊維1の吸水性の効果を大幅に増強させることができる。無機多孔質材3bの使用量は、重量比で有機高分子材3aの使用量に対して0.9〜1800倍とすることが好ましい。無機多孔質材3bの使用量が、有機高分子材3aに対して0.9倍を下回ると、有機高分子材3aと無機多孔質材3bとの相乗効果を十分に高めることができない虞がある。一方、無機多孔質材3bの使用量が、有機高分子材3aに対して1800倍を上回っても、有機高分子材3aとの相乗効果はそれ以上向上せず、むしろ粉落ち等の問題が発生する虞がある。
The usage amount (usage ratio) of the
植物が成長するためには、灌水後、土壌が一定以上の水分量を保持する必要がある。土壌が水分を保持する力はpF値として表され、pF値1.5における体積含水率を一定以上に設定する必要がある。ここで、体積含水率は、1日あたり30〜50mm以上灌水後、通常24時間後に土壌中に残っている(重力による排水が略終了した状態)の水分量を示している。土壌に植栽した植物を十分に生育させるためには、pF値1.5における体積含水率を20%以上、好ましくは30%以上に設定する。人工土壌培地の体積含水率をこのような範囲に設定すれば、植物の栽培に必要な水分を人工土壌粒子50内に十分に保持することができるため、植物の成長を促進させることができる。
In order for plants to grow, the soil needs to retain a certain amount of water after irrigation. The force with which the soil retains moisture is expressed as a pF value, and it is necessary to set the volumetric water content at a pF value of 1.5 to a certain level or more. Here, the volumetric water content indicates the amount of water that remains in the
人工土壌粒子50の粒径は、栽培対象の植物により適宜選択されるが、好ましくは1〜10mmであり、より好ましくは2〜8mmであり、さらに好ましくは2〜5mmである。人工土壌粒子50の粒径が1mm未満の場合、人工土壌粒子50間の隙間が小さくなり、隙間の毛管力により水分が過剰に保持されることになる。その結果、排水性が低下することにより植物の根から酸素を吸収し難くなり、根腐れが発生する虞がある。一方、人工土壌粒子50の粒径が10mmを超えると、人工土壌粒子50間の隙間が大きくなって排水性が過剰になり過ぎることにより、植物が十分な水分を吸収し難しくなったり、人工土壌粒子50から構成される人工土壌培地が疎になって植物が横倒れする虞がある。人工土壌粒子50の粒径は、篩掛けにより調整することができる。
The particle size of the
(第二実施形態)
図5は、第二実施形態に係る人工土壌粒子51の模式図である。人工土壌粒子51は、第一実施形態の人工土壌粒子50を構成する繊維塊状体10の外表面の少なくとも一部を通水性膜20で被覆したものである。通水性膜20は、水分が通過可能な微細孔を有する膜である。あるいは、水分が一方側から浸透して他方側に移動可能な浸透性膜とすることもできる。通水性膜20は、繊維塊状体10と外部環境との通水性を確保しつつ、一定の遮蔽性及び剛性を確立するよう機能する。このため、通水性膜20の膜厚や材質を変更することによっても、人工土壌粒子51の保水性及び吸水性を調整することが可能となる。通水性膜20は、外部環境からの水分の取り込み、及び外部環境への水分の放出が可能であるため、通水性膜20を備えた人工土壌粒子51は、人工土壌等の水分の移動を伴う用途において、優れた適応性を示すことができる。
(Second embodiment)
FIG. 5 is a schematic diagram of
また、繊維塊状体10を通水性膜20で覆うことにより、人工土壌粒子51の強度が維持され、耐久性も向上する。従って、繊維塊状体10の外表部を通水性膜20で被覆することにより、保水性と強度とを両立させることができる。通水性膜20は、繊維塊状体10を構成する繊維の絡み合い部分(繊維同士が接触する部分)を補強するように、繊維塊状体10の外表部から若干内側に浸透した状態にまで厚みを形成してもよい。これにより、人工土壌粒子51の強度及び耐久性をさらに向上させることができる。通水性膜20の膜厚は、1〜200μmに設定され、好ましくは10〜100μmに設定され、より好ましくは20〜60μmに設定される。
Moreover, the strength of the
通水性膜20の材質は、水に不溶性で酸化され難いものが好ましく、例えば、樹脂材料が挙げられる。そのような樹脂材料として、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等の塩化ビニル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリスチレン等のスチロール系樹脂が挙げられる。これらのうち、ポリエチレンが好ましい。また、樹脂材料に代えて、ポリエチレングリコール等の合成高分子系のゲル化剤、又はアルギン酸ナトリウム等の天然ゲル化剤を使用することも可能である。
The material of the water-
<人工土壌粒子の製造方法>
第一実施形態の人工土壌粒子50の製造方法について説明する。吸水促進材3として有機高分子材3aを使用する場合、先ず、所定量の繊維1を撹拌混合造粒装置で撹拌しながら、バインダーに有機高分子材3aを添加した造粒液を少量ずつ投入して造粒する。これにより、繊維1の表面に有機高分子材3aが付着する。なお、吸水促進材3として親水化材を使用する場合、あるいは有機高分子材3a及び親水化材の両方を使用する場合も同様の操作を行う。使用可能なバインダーとしては、例えば、ポリオレフィン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂、ラテックス等を挙げることができる。吸水促進材3として無機多孔質材3bを使用する場合、無機多孔質材3bを繊維1と一緒に撹拌混合造粒装置に投入し、均一になるまで撹拌混合した後、撹拌しながら、造粒液を少量ずつ投入して造粒する。有機高分子材3a及び無機多孔質材3bを使用する場合は、繊維1の表面に有機高分子材3a及び無機多孔質材3bが付着した造粒物を得ることができる。繊維1の造粒物を乾燥機で乾燥させると、繊維1の表面の少なくとも一部が有機高分子材3a及び/又は無機多孔質材3bで被覆された状態となる。次いで、乾燥機を昇温し、造粒物内に分散しているバインダーを溶融させることにより、繊維1どうしを固着させる。これにより、繊維塊状体10が完成し、図1に示した人工土壌粒子50として使用することができる。なお、固体(粉体)のバインダーを繊維1と一緒に撹拌混合造粒装置に投入し、均一になるまで撹拌混合した後、吸水促進材3を含有する液を少量ずつ添加して、繊維塊状体10を仕上げることも可能である。人工土壌粒子50は、必要に応じて、乾燥及び分級が行われ、粒径が調整される。
<Method for producing artificial soil particles>
The manufacturing method of the
繊維塊状体10を造粒する際に、無機多孔質材3bとして珪藻土を使用すると、造粒する繊維塊状体10の粒度分布等を容易に調整することが可能になる。珪藻土は、水分を吸収することで粘性を示すようになるため、造粒の際に添加する水分により、接着し難い繊維1どうしを容易に接着させることができる。この珪藻土の特性を利用し、さらに、撹拌混合造粒装置の撹拌羽根の回転速度やバインダーの滴下量を調整することで、所望の粒度分布を有する繊維塊状体10を容易に製造することが可能になる。
When granulating the
第二実施形態の人工土壌粒子51は、第一実施形態の人工土壌粒子50を構成する繊維塊状体10の表面に通水性膜20を形成したものである。例えば、樹脂材料としてポリエチレンエマルジョンを使用する場合を例に挙げて説明する。繊維塊状体10を適切な容器に投入し、繊維塊状体10の体積(占有容積)の半分程度の水を加え、繊維塊状体10の空隙2に水を浸み込ませる。次に、水を浸み込ませた繊維塊状体10に、繊維塊状体10の体積の1/3〜1/2のポリエチレンエマルジョンを添加する。ポリエチレンエマルジョンには、顔料、香料、殺菌剤、抗菌剤、消臭剤、殺虫剤等の添加物を混合しておくことも可能である。次に、繊維塊状体10の外表部にポリエチレンエマルジョンが均一に付着するように転動させながら、繊維塊状体10の外表部からポリエチレンエマルジョンを含浸させる。このとき、繊維塊状体10の中心部には水が浸み込んでいるため、ポリエチレンエマルジョンは繊維塊状体10の外表部付近で留まる。その後、ポリエチレンエマルジョンが付着した繊維塊状体10を乾燥機で乾燥させ、次いで、乾燥機を昇温してポリエチレンを溶融させ、繊維塊状体10の外表部付近の繊維1にポリエチレンを融着させて通水性膜20を形成する。これにより、繊維塊状体10は外表部がポリエチレンの通水性膜20で被覆され、一定の遮蔽性及び剛性が確立された人工土壌粒子51が完成する。通水性膜20においては、ポリエチレンが溶融する際にポリエチレンエマルジョンに含まれていた溶媒が蒸発し、多孔質構造が形成される。多孔質構造は、繊維塊状体10と外部環境とを連通する連通孔として機能する。従って、繊維塊状体10と外部環境との通水性が確保される。得られた人工土壌粒子51は、必要に応じて、乾燥及び分級が行われ、粒径が調整される。
The
本発明の人工土壌粒子を使用して人工土壌培地を調製し、水分保持特性を評価した。本実施例では、灌水回数による人工土壌培地の三相分布の変化から、人工土壌培地の水分保持特性を評価した。 An artificial soil medium was prepared using the artificial soil particles of the present invention, and water retention characteristics were evaluated. In this example, the water retention characteristics of the artificial soil medium were evaluated from the change in the three-phase distribution of the artificial soil medium depending on the number of irrigations.
〔人工土壌培地の調製〕
表1に記載される配合量(g)に従って、人工土壌粒子を作製した。
<実施例1>
有機繊維としてセルロース繊維(BWW40、平均繊維長0.2mm、平均繊維径0.02mm レッテンマイヤー社製)600gを使用し、これを撹拌混合造粒装置(有限会社G−Labo製)により撹拌、転動させながら、造粒液1200gを加えて造粒し、内部に造粒液を含浸させた繊維塊状体を形成した。造粒液は、表1に示す配合量に従って、(1)バインダーであるポリオレフィン系樹脂エマルジョン(住友精化株式会社製、セポルジョンG315、濃度40重量%)と、(2)吸水促進材(有機高分子材)である寒天水溶液(ナカライテスク株式会社製、造粒液の最終濃度:0.5重量%)とを混合したものとした。次いで、当該繊維塊状体にポリオレフィン系樹脂エマルジョン25gを加えて、繊維塊状体の外表部にエマルジョンが均一に付着するように転がしながら含浸させた。乾燥機を用いて当該繊維塊状体を60℃で乾燥し、セルロース繊維の表面を寒天で被覆した後、乾燥機を100℃に昇温してポリオレフィン系樹脂を溶融させ、セルロース繊維どうしを固着させて通水性膜を有する人工土壌粒子を作製した。
[Preparation of artificial soil medium]
Artificial soil particles were prepared according to the blending amount (g) described in Table 1.
<Example 1>
As organic fiber, 600 g of cellulose fiber (
<実施例2>
有機繊維であるセルロース繊維300gと吸水促進材(無機多孔質材)である珪藻土(ラヂオライト(登録商標)300、昭和化学工業株式会社製)300gとを撹拌混合造粒装置に投入し、均一になるまで撹拌、転動させながら、造粒液820gを加えて造粒し、内部に造粒液を含浸させた繊維塊状体を形成した。造粒液は、表1に示す配合量に従って、(1)ポリオレフィン系樹脂エマルジョンと、(2)水とを混合したものとした。乾燥機を用いて当該繊維塊状体を60℃で乾燥し、セルロース繊維の表面を寒天で被覆した後、乾燥機を100℃に昇温してポリオレフィン系樹脂を溶融させ、セルロース繊維どうしを固着させて人工土壌粒子を作製した。
<Example 2>
Cellulose fiber 300g which is an organic fiber and diatomaceous earth (Radiolite (registered trademark) 300, manufactured by Showa Chemical Industry Co., Ltd.) 300g which is a water absorption promoting material (inorganic porous material) are put into a stirring and mixing granulator, and uniformly While stirring and rolling until it becomes, 820 g of granulation liquid was added and granulated to form a fiber mass impregnated with the granulation liquid. The granulating liquid was prepared by mixing (1) a polyolefin resin emulsion and (2) water in accordance with the blending amounts shown in Table 1. The fiber lump is dried at 60 ° C. using a dryer, and the surface of the cellulose fiber is coated with agar, and then the dryer is heated to 100 ° C. to melt the polyolefin resin to fix the cellulose fibers together. Artificial soil particles were prepared.
<実施例3>
有機繊維であるセルロース繊維300gと吸水促進材(無機多孔質材)である珪藻土300gとを撹拌混合造粒装置に投入し、均一になるまで撹拌、転動させながら、造粒液844gを加えて造粒し、内部に造粒液を含浸させた繊維塊状体を形成した。造粒液は、表1に示す配合量に従って、(1)ポリオレフィン系樹脂エマルジョンと、(2)吸水促進材(有機高分子材)である寒天水溶液とを混合したものとした。乾燥機を用いて当該繊維塊状体を60℃で乾燥し、セルロース繊維の表面を寒天で被覆した後、100℃に昇温してポリオレフィン系樹脂を溶融させ、セルロース繊維どうしを固着させて人工土壌粒子を作製した。
<Example 3>
Cellulose fiber 300g which is organic fiber and diatomaceous earth 300g which is water absorption promoting material (inorganic porous material) are put into a stirring and mixing granulator, and 844g of granulating liquid is added while stirring and rolling until uniform. Granulated and formed into a fiber lump with the granulation liquid impregnated inside. The granulation liquid was prepared by mixing (1) a polyolefin resin emulsion and (2) an agar aqueous solution which is a water absorption promoting material (organic polymer material) according to the blending amount shown in Table 1. The fiber lump is dried at 60 ° C. using a dryer, and the surface of the cellulose fiber is coated with agar, then heated to 100 ° C. to melt the polyolefin resin, and the cellulose fibers are fixed together to artificial soil. Particles were made.
<実施例4>
有機繊維であるセルロース繊維300gと吸水促進材(無機多孔質材)である珪藻土300gとを撹拌混合造粒装置に投入し、均一になるまで撹拌、転動させながら、造粒液844gを加えて造粒し、内部に造粒液を含浸させた繊維塊状体を形成した。造粒液は、表1に示す配合量に従って、(1)ポリオレフィン系樹脂エマルジョンと、(2)吸水促進材(有機高分子材)である寒天水溶液とを混合したものとした。乾燥機を用いて当該繊維塊状体を60℃で乾燥し、セルロース繊維の表面を寒天で被覆した後、100℃に昇温してポリオレフィン系樹脂を溶融させ、セルロース繊維どうしを固着させて人工土壌粒子を作製した。
<Example 4>
Cellulose fiber 300g which is organic fiber and diatomaceous earth 300g which is water absorption promoting material (inorganic porous material) are put into a stirring and mixing granulator, and 844g of granulating liquid is added while stirring and rolling until uniform. Granulated and formed into a fiber lump with the granulation liquid impregnated inside. The granulation liquid was prepared by mixing (1) a polyolefin resin emulsion and (2) an agar aqueous solution which is a water absorption promoting material (organic polymer material) according to the blending amount shown in Table 1. The fiber lump is dried at 60 ° C. using a dryer, and the surface of the cellulose fiber is coated with agar, then heated to 100 ° C. to melt the polyolefin resin, and the cellulose fibers are fixed together to artificial soil. Particles were made.
<実施例5>
有機繊維であるセルロース繊維400gと、吸水促進材(無機多孔質材)である珪藻土200g及び発泡ガラス(スーパーソル(登録商標)、株式会社トリム社製)100gとを撹拌混合造粒装置に投入し、均一になるまで撹拌、転動させながら、造粒液1170gを加えて造粒し、内部に造粒液を含浸させた繊維塊状体を形成した。造粒液は、表1に示す配合量に従って、(1)ポリオレフィン系樹脂エマルジョンと、(2)吸水促進材(有機高分子材)である寒天水溶液とを混合したものとした。次いで、当該繊維塊状体にポリオレフィン系樹脂エマルジョン25gを加えて、繊維塊状体の外表部にエマルジョンが均一に付着するように転がしながら含浸させた。乾燥機を用いて当該繊維塊状体を60℃で乾燥し、セルロース繊維の表面を寒天で被覆した後、乾燥機を100℃に昇温してポリオレフィン系樹脂を溶融させ、セルロース繊維どうしを固着させて通水性膜を有する人工土壌粒子を作製した。
<Example 5>
Cellulose fiber 400g which is an organic fiber, diatomaceous earth 200g which is a water absorption promoting material (inorganic porous material), and foamed glass (Supersol (registered trademark), manufactured by Trim Co., Ltd.) 100g are put into a stirring and mixing granulator. While stirring and rolling until uniform, 1170 g of granulation liquid was added and granulated to form a fiber lump body impregnated with the granulation liquid. The granulation liquid was prepared by mixing (1) a polyolefin resin emulsion and (2) an agar aqueous solution which is a water absorption promoting material (organic polymer material) according to the blending amount shown in Table 1. Next, 25 g of polyolefin resin emulsion was added to the fiber mass, and impregnated while rolling so that the emulsion adhered uniformly to the outer surface of the fiber mass. The fiber lump is dried at 60 ° C. using a dryer, and the surface of the cellulose fiber is coated with agar, and then the dryer is heated to 100 ° C. to melt the polyolefin resin to fix the cellulose fibers together. Artificial soil particles with a water permeable membrane were prepared.
<実施例6>
有機繊維であるセルロース繊維150gと吸水促進材(無機多孔質材)である珪藻土550gとを撹拌混合造粒装置に投入し、均一になるまで撹拌、転動させながら、造粒液1045gを加えて造粒し、内部に造粒液を含浸させた繊維塊状体を形成した。造粒液は、表1に示す配合量に従って、(1)ポリオレフィン系樹脂エマルジョンと、(2)吸水促進材(有機高分子材)である寒天及びポリエチレングリコール(分子量:2000、ナカライテスク株式会社製)を含む水溶液とを混合したものとした。乾燥機を用いて当該繊維塊状体を60℃で乾燥し、セルロース繊維の表面を寒天及びポリエチレングリコールで被覆した後、100℃に昇温してポリオレフィン系樹脂を溶融させ、セルロース繊維どうしを固着させて人工土壌粒子を作製した。
<Example 6>
Cellulose fiber 150g which is organic fiber and diatomaceous earth 550g which is water absorption promoting material (inorganic porous material) are put into a stirring and mixing granulator, and 1045g of granulating liquid is added while stirring and rolling until uniform. Granulated and formed into a fiber lump with the granulation liquid impregnated inside. The granulation liquid was prepared according to the blending amounts shown in Table 1, (1) polyolefin resin emulsion, (2) agar and polyethylene glycol (molecular weight: 2000, manufactured by Nacalai Tesque Co., Ltd.) as a water absorption promoting material (organic polymer material). ) Containing aqueous solution. The fiber mass is dried at 60 ° C. using a dryer, and the surface of the cellulose fiber is coated with agar and polyethylene glycol, and then heated to 100 ° C. to melt the polyolefin-based resin, thereby fixing the cellulose fibers together. Artificial soil particles were prepared.
<実施例7>
有機繊維であるセルロース繊維300gと吸水促進材(無機多孔質材)である珪藻土180gとを撹拌混合造粒装置に投入し、均一になるまで撹拌、転動させながら、造粒液834gを加えて造粒し、内部に造粒液を含浸させた繊維塊状体を形成した。造粒液は、表1に示す配合量に従って、(1)ポリオレフィン系樹脂エマルジョンと、(2)吸水促進材(有機高分子材)であるアルギン酸カリウム水溶液(株式会社キミカ社製)とを混合したものとした。乾燥機を用いて当該繊維塊状体を60℃で乾燥し、セルロース繊維の表面をアルギン酸カリウムで被覆した後、100℃に昇温してポリオレフィン系樹脂を溶融させ、セルロース繊維どうしを固着させて人工土壌粒子を作製した。
<Example 7>
Cellulose fiber 300g which is organic fiber and 180g of diatomaceous earth which is water absorption promoting material (inorganic porous material) are put into a stirring and mixing granulator, and 834g of granulating liquid is added while stirring and rolling until uniform. Granulated and formed into a fiber lump with the granulation liquid impregnated inside. In accordance with the blending amount shown in Table 1, the granulation liquid was prepared by mixing (1) a polyolefin resin emulsion and (2) a potassium alginate aqueous solution (made by Kimika Co., Ltd.), which is a water absorption promoting material (organic polymer material). It was supposed to be. The fiber lump is dried at 60 ° C. using a dryer, and the surface of the cellulose fiber is coated with potassium alginate, and then heated to 100 ° C. to melt the polyolefin-based resin, thereby fixing the cellulose fibers together to artificially Soil particles were made.
<実施例8>
有機繊維であるセルロース繊維200g及びポリエステル繊維(平均繊維長0.5mm、株式会社クラレ社製)100gを撹拌混合造粒装置に投入し、均一になるまで撹拌、転動させながら、造粒液1155gを加えて造粒し、内部に造粒液を含浸させた繊維塊状体を形成した。造粒液は、表1に示す配合量に従って、(1)ポリオレフィン系樹脂エマルジョンと、(2)吸水促進材(有機高分子材)である寒天水溶液とを混合したものとした。次いで、当該繊維塊状体にポリオレフィン系樹脂エマルジョン20gを加えて、繊維塊状体の外表部にエマルジョンが均一に付着するように転がしながら含浸させた。乾燥機を用いて当該繊維塊状体を60℃で乾燥し、セルロース繊維の表面を寒天で被覆した後、乾燥機を100℃に昇温してポリオレフィン系樹脂を溶融させ、セルロース繊維どうしを固着させて通水性膜を有する人工土壌粒子を作製した。
<Example 8>
200g of organic fibers and 100g of polyester fibers (average fiber length 0.5mm, manufactured by Kuraray Co., Ltd.) are put into a stirring and mixing granulator, and stirred and rolled until uniform, 1155g of granulating liquid. Was added and granulated to form a fiber mass in which the granulation liquid was impregnated. The granulation liquid was prepared by mixing (1) a polyolefin resin emulsion and (2) an agar aqueous solution which is a water absorption promoting material (organic polymer material) according to the blending amount shown in Table 1. Next, 20 g of a polyolefin resin emulsion was added to the fiber mass, and impregnated while rolling so that the emulsion adhered uniformly to the outer surface of the fiber mass. The fiber lump is dried at 60 ° C. using a dryer, and the surface of the cellulose fiber is coated with agar, and then the dryer is heated to 100 ° C. to melt the polyolefin resin to fix the cellulose fibers together. Artificial soil particles with a water permeable membrane were prepared.
<実施例9>
有機繊維であるポリエステル繊維200gと吸水促進材(無機多孔質材)である珪藻土350gとを撹拌混合造粒装置に投入し、均一になるまで撹拌、転動させながら、造粒液1655gを加えて造粒し、内部に造粒液を含浸させた繊維塊状体を形成した。造粒液は、表1に示す配合量に従って、(1)ポリオレフィン系樹脂エマルジョンと、(2)吸水促進材(有機高分子材)である寒天、ポリエチレングリコール(分子量:2000)、及びアルギン酸カリウムを含む水溶液とを混合したものとした。乾燥機を用いて当該繊維塊状体を60℃で乾燥し、セルロース繊維の表面を寒天、ポリエチレングリコール、及びアルギン酸カリウムで被覆した後、100℃に昇温してポリオレフィン系樹脂を溶融させ、セルロース繊維どうしを固着させて人工土壌粒子を作製した。
<Example 9>
200 g of polyester fibers as organic fibers and 350 g of diatomaceous earth as a water absorption promoting material (inorganic porous material) are put into a stirring and mixing granulator, and 1655 g of granulating liquid is added while stirring and rolling until uniform. Granulated and formed into a fiber lump with the granulation liquid impregnated inside. The granulating liquid comprises (1) a polyolefin resin emulsion, (2) agar as a water absorption promoting material (organic polymer material), polyethylene glycol (molecular weight: 2000), and potassium alginate according to the blending amounts shown in Table 1. The aqueous solution containing it was mixed. The fiber mass is dried at 60 ° C. using a dryer, and the surface of the cellulose fiber is coated with agar, polyethylene glycol, and potassium alginate, and then heated to 100 ° C. to melt the polyolefin-based resin. Artificial soil particles were prepared by fixing them together.
<実施例10>
吸水促進材(有機高分子材)として、実施例1の寒天水溶液の代わりに、ポリエチレングリコール水溶液(分子量:2000、ナカライテスク株式会社製、造粒液の最終濃度:0.5重量%)を使用した。それ以外は、実施例1と同様の方法で通水性膜を有する人工土壌粒子を作製した。
<Example 10>
As a water absorption promoting material (organic polymer material), an aqueous polyethylene glycol solution (molecular weight: 2000, manufactured by Nacalai Tesque, Inc., final concentration of granulation liquid: 0.5% by weight) is used instead of the agar aqueous solution of Example 1. did. Other than that, the artificial soil particle which has a water-permeable film by the method similar to Example 1 was produced.
<実施例11>
吸水促進材(有機高分子材)として、実施例1の寒天水溶液の代わりに、ポリエチレングリコール水溶液(分子量:6000、ナカライテスク株式会社製、造粒液の最終濃度:0.5重量%)を使用した。それ以外は、実施例1と同様の方法で通水性膜を有する人工土壌粒子を作製した。
<Example 11>
As a water absorption promoting material (organic polymer material), an aqueous polyethylene glycol solution (molecular weight: 6000, manufactured by Nacalai Tesque, Inc., final concentration of granulation liquid: 0.5% by weight) is used instead of the agar aqueous solution of Example 1. did. Other than that, the artificial soil particle which has a water-permeable film by the method similar to Example 1 was produced.
<実施例12>
吸水促進材(有機高分子材)として、実施例1の寒天水溶液の代わりに、ポリエチレングリコール水溶液(分子量:20000、ナカライテスク株式会社製、造粒液の最終濃度:0.5重量%)を使用した。それ以外は、実施例1と同様の方法で通水性膜を有する人工土壌粒子を作製した。
<Example 12>
As a water absorption promoting material (organic polymer material), an aqueous polyethylene glycol solution (molecular weight: 20000, manufactured by Nacalai Tesque, Inc., final concentration of granulation liquid: 0.5% by weight) is used instead of the agar aqueous solution of Example 1. did. Other than that, the artificial soil particle which has a water-permeable film by the method similar to Example 1 was produced.
<比較例1>
吸水促進材を含まない造粒液を使用し、実施例1と同様の方法で通水性膜を有する人工土壌粒子を作製した。
<Comparative Example 1>
Artificial soil particles having a water-permeable membrane were produced in the same manner as in Example 1 using a granulating liquid that did not contain a water absorption promoting material.
実施例1〜12、及び比較例1の各人工土壌粒子を篩掛けにより2〜4mmの粒径に調整し、これを水分保持特性の評価試験に供する人工土壌培地とした。 Each artificial soil particle of Examples 1 to 12 and Comparative Example 1 was adjusted to a particle size of 2 to 4 mm by sieving, and this was used as an artificial soil medium for use in an evaluation test of moisture retention characteristics.
〔人工土壌培地の水分保持特性の評価〕
底面に直径約1mmの排水口が約2mmの間隔で多数設けられているステンレスカップ(直径50mm×高さ51mm、容量100cc)に、水分率が5重量%以下の各人工土壌培地100ccを投入し、これを試験に供した。試験方法としては、各人工土壌培地に、水を50ml(比較例は100ml)滴下し、試料の重量変化を測定し、各人工土壌培地の固相率、液相率、及び気相率の三相分布を算出した。そして、各人工土壌培地の液相率の値が一定となるまで、上記水の滴下及び三相分布の算出を繰り返し実施した。水分率及び固相率については、以下の方法で測定した。
(1)水分率:赤外線加熱乾燥質量測定式の水分率計(型番:MOC−120H、株式会社島津製作所製)を用いて測定した。測定条件として、各人工土壌培地のサンプル量を約3〜6g、加熱温度を120℃に設定した。
(2)固相率:水を滴下する前の各人工土壌培地100ccについて、デジタル実容積測定装置(型番:DIK−1150、大起理化工業株式会社製)を用いて測定した。
[Evaluation of water retention characteristics of artificial soil medium]
100cc of each artificial soil medium with a moisture content of 5% by weight or less is put into a stainless steel cup (diameter 50mm x height 51mm, capacity 100cc) provided with a number of drain holes with a diameter of about 1mm on the bottom. This was subjected to the test. As a test method, 50 ml of water (100 ml in the comparative example) was dropped on each artificial soil medium, the change in the weight of the sample was measured, and the solid phase ratio, liquid phase ratio, and gas phase ratio of each artificial soil medium were measured. The phase distribution was calculated. And the said water dripping and calculation of three phase distribution were repeatedly implemented until the value of the liquid phase rate of each artificial soil culture medium became fixed. About a moisture content and a solid-phase rate, it measured with the following method.
(1) Moisture content: Measured using an infrared heating dry mass measurement type moisture content meter (model number: MOC-120H, manufactured by Shimadzu Corporation). As measurement conditions, the sample amount of each artificial soil medium was set to about 3 to 6 g, and the heating temperature was set to 120 ° C.
(2) Solid-phase ratio: About each artificial soil culture medium 100cc before dripping water, it measured using the digital real volume measuring apparatus (model number: DIK-1150, Dairika Kogyo Co., Ltd. make).
図6〜図8は、本発明の人工土壌培地の三相比率の変化を示したグラフである。図6は、実施例1、実施例2、及び実施例3の人工土壌培地を評価したものであり、図7は、実施例4、実施例5、及び実施例6の人工土壌培地を評価したものであり、図8は、実施例7、実施例8、及び実施例9の人工土壌培地を評価したものである。図9は、比較例の人工土壌培地の三相比率の変化を示したグラフである。吸水促進材として寒天を使用した実施例1の人工土壌培地は、2回目の水の滴下で略一定の液相率(pF値1.5における体積含水率に相当)に達し、初期段階から非常に高い吸水性を示した。吸水促進材として珪藻土を使用した実施例2の人工土壌培地は、3回目の水の滴下で略一定の液相率に達し、こちらも初期段階から高い吸水性を示した。吸水促進材として有機高分子材である寒天と無機多孔質材である珪藻土とを併用した実施例3の人工土壌培地は、1回目の水の滴下で略一定の液相率に達し、初期段階から極めて高い吸水性を示した。実施例3の結果は、実施例1及び2の人工土壌培地よりも初期段階における吸水性が明らかに優れており、有機高分子材である寒天と無機多孔質材である珪藻土との相乗効果が確認された。実施例4の人工土壌培地は、実施例3の人工土壌粒子に添加する寒天の量を半分以下に減らしたものであるが、初期段階から高い吸水性を示し、有機高分子材である寒天と無機多孔質材である珪藻土との相乗効果が確認された。無機多孔質材として発泡ガラスを添加した実施例5の人工土壌培地、有機高分子材としてポリエチレングリコールを添加した実施例6の人工土壌培地、及び有機高分子材としてアルギン酸カリウムを添加した実施例7の人工土壌培地は、何れも高い吸水性を示し、これらの吸水促進材が人工土壌培地の初期の吸水性の向上に有効であることが示された。また、実施例8及び実施例9の人工土壌培地は、繊維塊状体に使用する繊維の一部又は全部に合成有機繊維であるポリエステル繊維を用いたものであるが、いずれも3回目の水の滴下で略一定の液相率に達しており、繊維として合成有機繊維を使用した場合においても、初期段階から高い吸水性を発揮することが確認された。一方、吸水促進材を含まない比較例1の人工土壌培地は、1回の水の滴下量を100ml(実施例は50ml)に増やしているにも関わらず、略一定の液相率に達するまでに5回の水の滴下を要することとなり、初期段階における吸水性は不十分な結果であった。 6 to 8 are graphs showing changes in the three-phase ratio of the artificial soil medium of the present invention. 6 evaluated the artificial soil culture medium of Example 1, Example 2, and Example 3, and FIG. 7 evaluated the artificial soil culture medium of Example 4, Example 5, and Example 6. FIG. FIG. 8 shows an evaluation of the artificial soil culture media of Example 7, Example 8, and Example 9. FIG. 9 is a graph showing changes in the three-phase ratio of the artificial soil culture medium of the comparative example. The artificial soil medium of Example 1 using agar as the water absorption promoting material reached a substantially constant liquid phase ratio (corresponding to the volumetric water content at a pF value of 1.5) by the second drop of water, and was very Showed high water absorption. The artificial soil medium of Example 2 using diatomaceous earth as a water absorption promoting material reached a substantially constant liquid phase ratio by the third drop of water, and also showed high water absorption from the initial stage. The artificial soil culture medium of Example 3 using a combination of agar as an organic polymer material and diatomaceous earth as an inorganic porous material as a water absorption promoting material reaches a substantially constant liquid phase ratio by the first drop of water, and the initial stage. The water absorption was extremely high. The results of Example 3 are clearly superior in water absorption at the initial stage as compared with the artificial soil culture media of Examples 1 and 2, and the synergistic effect of the agar that is an organic polymer material and diatomaceous earth that is an inorganic porous material. confirmed. The artificial soil medium of Example 4 is obtained by reducing the amount of agar added to the artificial soil particles of Example 3 to half or less, and exhibits high water absorption from the initial stage, and is an organic polymer material agar. A synergistic effect with diatomaceous earth, which is an inorganic porous material, was confirmed. The artificial soil medium of Example 5 to which foamed glass was added as an inorganic porous material, the artificial soil medium of Example 6 to which polyethylene glycol was added as an organic polymer material, and Example 7 to which potassium alginate was added as an organic polymer material These artificial soil culture media showed high water absorption, indicating that these water absorption promoting materials are effective in improving the initial water absorption of the artificial soil culture media. Moreover, although the artificial soil culture medium of Example 8 and Example 9 uses the polyester fiber which is a synthetic organic fiber for some or all of the fiber used for a fiber lump, all are the water of the 3rd time. It was confirmed that a substantially constant liquid phase ratio was reached by dropping, and that even when synthetic organic fibers were used as the fibers, high water absorption was exhibited from the initial stage. On the other hand, the artificial soil culture medium of Comparative Example 1 that does not contain a water absorption promoting material, until the dripping amount of water is increased to 100 ml (50 ml in the example), reaches a substantially constant liquid phase rate. This required 5 drops of water, and the water absorption at the initial stage was insufficient.
図10は、吸水促進材として分子量が異なるポリエチレングリコールを使用した本発明の人工土壌培地の三相比率の変化を示したグラフであり、実施例10の人工土壌培地(PEGの分子量:2000)、実施例11の人工土壌培地(PEGの分子量:6000)、及び実施例12の人工土壌培地(PEGの分子量:20000)について、夫々評価したものである。実施例10〜12の人工土壌培地は、いずれも3回目の水の滴下で略一定の液相率に達した。吸水促進材として分子量が異なるポリエチレングリコールを使用した場合においても、初期段階から高い吸水性を発揮することが確認された。 FIG. 10 is a graph showing changes in the three-phase ratio of the artificial soil culture medium of the present invention using polyethylene glycol having different molecular weights as a water absorption promoting material. The artificial soil culture medium of Example 10 (molecular weight of PEG: 2000), The artificial soil culture medium of Example 11 (PEG molecular weight: 6000) and the artificial soil culture medium of Example 12 (PEG molecular weight: 20000) were evaluated. The artificial soil culture media of Examples 10 to 12 all reached a substantially constant liquid phase ratio by the third drop of water. Even when polyethylene glycol having a different molecular weight was used as the water absorption promoting material, it was confirmed that high water absorption was exhibited from the initial stage.
本発明に係る人工土壌粒子、及び当該人工土壌粒子を用いた人工土壌培地は、家庭菜園、植物工場、屋内緑化等における農業、園芸分野に利用することができる。 The artificial soil particles according to the present invention and the artificial soil medium using the artificial soil particles can be used in agriculture and horticulture in home gardens, plant factories, indoor greening, and the like.
1 繊維
2 空隙
3 吸水促進材
3a 有機高分子材
3b 無機多孔質材
10 繊維塊状体
20 通水性膜
50,51 人工土壌粒子
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記繊維塊状体の初期の吸水性を高める吸水促進材を含む人工土壌粒子。 Artificial soil particles having a fiber mass formed by granulating fibers,
Artificial soil particles containing a water absorption promoting material that enhances the initial water absorption of the fiber mass.
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