JP2016136854A - 抗菌性人工土壌粒子、及び抗菌性人工土壌培地 - Google Patents

Abstract

【課題】人工土壌粒子とそれに使用する抗菌剤との関係を考慮し、抗菌剤の抗菌作用が効果的に発揮される抗菌性人工土壌粒子を提供する。【解決手段】複数の繊維１を集合してなる繊維塊状体１１を備えた抗菌性人工土壌粒子５０（５１，５２，５３）であって、第四級アンモニウム塩６を有効成分として含有する。あるいは、細孔４を有する複数のフィラー３を集合してなるフィラー集合体１２を備えた抗菌性人工土壌粒子５０（５４）であって、第四級アンモニウム塩６を有効成分として含有する。第四級アンモニウム塩は、塩化ジデシルジメチルアンモニウム、及び塩化ベンザルコニウムからなる群から選択される少なくとも一種である。【選択図】図２

Description

本発明は、人工土壌粒子に抗菌性を持たせた抗菌性人工土壌粒子、及び当該抗菌性人工土壌粒子を使用した抗菌性人工土壌培地に関する。

近年、生育条件がコントロールされた環境下で、野菜や花卉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、最近では人工土壌を使用し、花卉や根菜類等の様々な植物が栽培されるようになってきている。植物工場等で使用される人工土壌は、土壌としての基本性能に優れていることは勿論のこと、清潔感があり、且つ取り扱いが容易であることが求められる。例えば、透明ないし半透明のポットに人工土壌を入れ、室内で観葉植物を栽培する商品が開発されているが、このようなインテリア性の高い商品は、見た目の美しさや清潔感が特に要求される。ところが、人工土壌は湿度の高い環境に長期間曝されるため、植物の栽培中に人工土壌に細菌類やカビ類が繁殖し、その結果、栽培植物が根腐れを起こし、観葉植物としての美観や衛生を損ねることがあった。また、人工土壌そのものも細菌類やカビ類によって変色し、見栄えが悪化する原因にもなっていた。

そこで、植物の根腐れを防止するため、生分解性プラスチックと抗菌剤とを組み合わせた人工土壌が開発されている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照）。特許文献１は、生分解性プラスチック中に抗菌剤を分散させた人工土壌粒子を開示している。特許文献２は、生分解性プラスチックの表面に抗菌剤をコーティングした人工土壌粒子を開示している。特許文献１及び特許文献２によれば、人工土壌粒子に含まれる抗菌剤の効果により細菌類やカビ類等の微生物が死滅して栽培中に植物が根腐れを起こすことが防止され、抗菌効果が無くなると人工土壌粒子を構成する生分解性プラスチックは土壌中のバクテリアによって分解されるとされている。

特開平９−１８３９７０号公報 特開平９−１８３９７１号公報

抗菌性を持たせた人工土壌粒子（以下、「抗菌性人工土壌粒子」と称する。）において、抗菌作用を効果的に発揮させるためには、人工土壌粒子の構造を十分に考慮し、適切な抗菌剤を選択する必要がある。この点に関し、特許文献１及び特許文献２の人工土壌粒子は、押し出し成形法によって押し出した樹脂（生分解性プラスチック）を冷却し、裁断してペレット状にしたものである。すなわち、特許文献１及び特許文献２の人工土壌粒子は、一粒一粒が細かい樹脂の塊であり、空隙や細孔がほとんど存在しないものとなる。このため、特許文献１のように樹脂中に抗菌剤を分散させると、抗菌剤が樹脂中に埋没することになり、その結果、抗菌作用が十分に発揮されない可能性がある。また、特許文献２のように樹脂の表面に抗菌剤をコーティングした場合は、抗菌剤が脱落し易くなり、抗菌作用を持続的に発揮させることが困難となる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、人工土壌粒子とそれに使用する抗菌剤との関係を考慮し、抗菌剤の抗菌作用が効果的に発揮される抗菌性人工土壌粒子、及び当該抗菌性人工土壌粒子を使用した抗菌性人工土壌培地を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明にかかる抗菌性人工土壌粒子の特徴構成は、
複数の繊維を集合してなる繊維塊状体を備えた抗菌性人工土壌粒子であって、
第四級アンモニウム塩を有効成分として含有することにある。

本構成の抗菌性人工土壌粒子によれば、複数の繊維を集合してなる繊維塊状体に第四級アンモニウム塩を有効成分として含有させている。このように構成した抗菌性人工土壌粒子は、繊維塊状体の繊維間に第四級アンモニウム塩が入り込むため、抗菌作用を効果的に発揮しつつ、持続性にも優れたものとなる。

本発明にかかる抗菌性人工土壌粒子において、
前記繊維塊状体を被覆する被覆層を備え、少なくとも前記被覆層に前記第四級アンモニウム塩が保持されていることが好ましい。

本構成の抗菌性人工土壌粒子によれば、少なくとも繊維塊状体を被覆する被覆層に第四級アンモニウム塩が存在するため、効率よく抗菌作用が発揮され、変色等を防止することができる。また、被覆層が設けられる繊維塊状体の表面は繊維によって凹凸状態となっている。このため、第四級アンモニウム塩が含まれる被覆層は、繊維塊状体に対して強固に結合し、剥離して脱落する虞はない。

上記課題を解決するための本発明にかかる抗菌性人工土壌粒子の特徴構成は、
細孔を有する複数のフィラーを集合してなるフィラー集合体を備えた抗菌性人工土壌粒子であって、
第四級アンモニウム塩を有効成分として含有することにある。

本構成の抗菌性人工土壌粒子によれば、細孔を有する複数のフィラーを集合してなるフィラー集合体に第四級アンモニウム塩を有効成分として含有させている。このように構成した抗菌性人工土壌粒子は、フィラー集合体中において第四級アンモニウム塩がフィラーに取り囲まれているため、抗菌作用を効果的に発揮しつつ、持続性にも優れたものとなる。

本発明にかかる抗菌性人工土壌粒子において、
前記フィラーの細孔の内部に、イオン交換又はインターカレーションにより前記第四級アンモニウム塩が保持されていることが好ましい。

本構成の抗菌性人工土壌粒子によれば、フィラーの細孔の内部に第四級アンモニウム塩が保持されるため、フィラー集合体中において第四級アンモニウム塩を略均一に分散させることができる。また、第四級アンモニウム塩はイオン交換又はインターカレーションにより保持されているため、湿潤状態になると第四級アンモニウム塩はフィラーの細孔から徐々に放出され、持続的に抗菌作用を発揮することができる。

本発明にかかる抗菌性人工土壌粒子において、
前記第四級アンモニウム塩は、塩化ジデシルジメチルアンモニウム、及び塩化ベンザルコニウムからなる群から選択される少なくとも一種であることが好ましい。

本構成の抗菌性人工土壌粒子によれば、ベースとなる繊維塊状体又はフィラー集合体に適切な第四級アンモニウム塩を含有させているため、抗菌作用を効果的に発揮しつつ、持続性にも優れた抗菌性人工土壌粒子を設計することができる。

本発明にかかる抗菌性人工土壌粒子において、
防カビ成分として、カビ用ＤＮＡ合成阻害剤、及びカビ用キチン合成阻害剤からなる群から選択される少なくとも一種のカビ用阻害剤をさらに含有することが好ましい。

本構成の抗菌性人工土壌粒子によれば、第四級アンモニウム塩に加えて、防カビ成分として、適切なカビ用阻害剤を含有するため、細菌類だけでなくカビ類の繁殖も抑制することができる。

上記課題を解決するための本発明にかかる抗菌性人工土壌培地の特徴構成は、
前記何れか一つに記載の抗菌性人工土壌粒子を使用したことにある。

本構成の抗菌性人工土壌培地によれば、本発明の抗菌性人工土壌粒子を使用しているため、抗菌作用を効果的に発揮しつつ、持続性にも優れた抗菌性人工土壌培地を提供することができる。

本発明にかかる抗菌性人工土壌培地において、
前記第四級アンモニウム塩の含有量が０．０５〜２．０ｇ／Ｌに調整されていることが好ましい。

本構成の抗菌性人工土壌培地によれば、第四級アンモニウム塩が適切な含有量となるように調整されているため、通常の人工土壌培地であれば発生する可能性がある細菌類に対して必要且つ十分に抗菌作用を発揮させることができる。また、上記の範囲であれば、第四級アンモニウム塩によって植物の成長が阻害されることがないため、長期に亘って植物を健全な状態で栽培し続けることができる。

本発明にかかる抗菌性人工土壌培地において、
花卉又は観葉植物用の育成培地であることが好ましい。

本構成の抗菌性人工土壌培地によれば、細菌類やカビ類の繁殖を効果的に抑制できるため、特に、高度な衛生状態や美観を維持することが重視される花卉又は観葉植物用の育成培地として好適に利用することができる。

図１は、本発明の抗菌性人工土壌粒子の概略構成図である。 図２は、第四級アンモニウム塩が保持された抗菌性人工土壌粒子の一部拡大図である。

以下、本発明に係る抗菌性人工土壌粒子（抗菌性人工土壌培地）に関する実施形態を図１〜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。

〔人工土壌粒子の構成〕
図１は、本発明の抗菌性人工土壌粒子の概略構成図である。以下、抗菌性人工土壌粒子を単に「人工土壌粒子」と称する場合がある。図１（ａ）〜（ｄ）は、４つのタイプの人工土壌粒子５１，５２，５３，５４を例示するものである。これらの人工土壌粒子は、ベース材料として、繊維及び／又はフィラーを含む。

図１（ａ）の人工土壌粒子５１は、基部１０として繊維塊状体１１を備えている。繊維塊状体１１は、複数本の繊維１の集合体である。繊維塊状体１１を構成する繊維１の間には、空隙２が形成されている。繊維塊状体１１は、空隙２に水分を保持することができる。従って、繊維塊状体１１の空隙２の状態は、繊維塊状体１１の保水性に関係する。空隙２の状態は、基部１０を形成する際の繊維１の使用量（密度）、繊維１の種類、太さ、長さ等を変更することにより調整可能である。繊維１のサイズは、太さが５〜１００μｍのものが好ましく、長さが０．５〜１０ｍｍのものが好ましい。

繊維塊状体１１を構成する繊維１は、天然繊維又は合成繊維が適宜選択されるが、親水性の繊維であることが好ましい。好ましい親水性の繊維は、例えば、天然繊維としてセルロース、綿、羊毛、レーヨンが挙げられ、合成繊維として、例えば、ビニロン、ウレタン、ナイロン、アセテートが挙げられる。これらのうち、セルロース、綿、ビニロンがより好ましく使用される。繊維１は、天然繊維と合成繊維とを混繊したものでも構わない。

繊維塊状体１１を構成するに際し、繊維１間の空隙２に吸水促進材を導入することも可能である。吸水促進材を含む人工土壌粒子５１は、周囲に水分が存在すると、当該水分は吸水促進材を介して速やかに繊維塊状体１１内の空隙２に吸収され、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。吸水促進材を繊維塊状体１１に導入する方法としては、例えば、繊維１と吸水促進剤との混合物を直接造粒する方法、繊維１の造粒中に吸水促進材を含む造粒液を添加する方法、繊維１の表面を吸水促進材でコーティングした後に繊維１を造粒する方法等が挙げられる。

吸水促進材としては、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、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、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。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が挙げられる。上掲の各吸水促進材は、二種以上を混合した状態で使用してもよい。

繊維塊状体１１は、公知の造粒法により形成される。例えば、長繊維をカーディング装置等で引揃え、３〜１０ｍｍ程度の長さに切断し、生成した繊維を転動造粒、流動層造粒、攪拌造粒、圧縮造粒、押出造粒等により造粒する。このとき、繊維１は互いに絡まり合って塊状化する。この造粒工程では、繊維１にバインダー（樹脂エマルジョン等）を混合することが好ましい。ただし、繊維１に吸水促進材を添加する場合は、吸水促進材がバインダーとしての機能も兼ねるため、新たにバインダーを添加しなくても構わない。バインダーは、熱溶融可能な材料（熱可塑性樹脂等）を含むことが好ましい。この場合、造粒工程後に生成したバインダーを含む繊維塊状体を適切な温度で加熱すると、バインダーが溶融して繊維１どうしが固着し、粒子構造が安定なものとなる。繊維塊状体１１を造粒するにあたり、繊維１として短繊維を使用することも可能である。この場合、短繊維を撹拌混合造粒装置で撹拌しながら樹脂エマルジョンを少量ずつ投入して造粒する。これにより、繊維塊状体１１を形成する短繊維同士が一部で固定化され、強固な基部１０を形成することができる。

図１（ｂ）の人工土壌粒子５２は、基部１０として構成される繊維塊状体１１の外表部に被覆層２０を設けたものである。このような被覆層２０を設けることにより、繊維塊状体１１の急激な乾燥を防止することができる。また、被覆層２０を水が通過可能な多孔質膜、又は水分が浸透可能な浸透性膜として構成した場合、人工土壌粒子５２の水分吸放出特性をコントロールすることができる。

被覆層２０は、例えば、以下の方法により繊維塊状体１１の外表部に形成される。先ず、造粒した繊維塊状体１１を適切な容器に移し、繊維塊状体１１の体積（占有容積）の半分程度の水を加え、繊維塊状体１１の繊維１間の空隙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１１に、繊維塊状体１１の体積の１／３〜１／２の樹脂エマルジョンを添加する。そして、繊維塊状体１１の外表部に樹脂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１１の外表部から樹脂エマルジョンを含浸させる。このとき、繊維塊状体１１の中心部には水が浸み込んでいるため、樹脂エマルジョンは繊維塊状体１１の外表部付近で留まる。その後、樹脂エマルジョンが付着した繊維塊状体１１を乾燥機で乾燥させながら樹脂を溶融させ、繊維塊状体１１の外表部付近の繊維１に樹脂を融着させて被覆層２０としての樹脂被膜を形成する。これにより、繊維塊状体１１は、その外表部が被覆層２０で被覆される。被覆層２０には、樹脂が溶融する際に樹脂エマルジョンに含まれていた溶媒が蒸発することで多孔質構造が形成される。被覆層２０は、繊維塊状体１１を構成する繊維１の絡み合い部分（繊維１同士が接触する部分）を補強するように、繊維塊状体１１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５２の強度及び耐久性を向上させることができる。被覆層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。得られた人工土壌粒子５２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。

被覆層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。

図１（ｃ）の人工土壌粒子５３は、基部１０として構成される繊維塊状体１１にイオン交換能を有するフィラー３を含有させたものである。フィラー３は、後述する人工土壌粒子５４の作製に使用するフィラー３と同様のものを使用することができる。人工土壌粒子５３は、繊維塊状体１１内のフィラー３に植物の育成に必要な肥料成分を担持できるため、保水性だけでなく保肥性にも優れたものとなる。

フィラー３は、後述する第四級アンモニウム塩をイオン交換又はインターカレーションにより保持できるように、少なくとも陽イオン交換能が付与された材料であることが好ましい。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。陽イオン交換性鉱物は、例えば、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、ゼオライトなどが挙げられる。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。

図１（ｄ）の人工土壌粒子５４は、基部１０としてのフィラー集合体１２を備えたものである。フィラー集合体１２は、複数のフィラー３が集合して粒状に構成された多孔質体である。フィラー集合体１２において、複数のフィラー３は、それらが互いに接触していることは必須ではなく、一粒子内でバインダー等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３が集合して粒状になったものと考えることができる。

フィラー集合体１２を構成するフィラー３は、多数の細孔（図１では省略）を有する多孔質フィラーが使用される。細孔は、種々の形態を含む。例えば、フィラー３がゼオライトの場合、当該ゼオライトの結晶構造中に存在する空隙が細孔である。また、フィラー３がハイドロタルサイトの場合、当該ハイドロタルサイトの層構造中に存在する層間が細孔である。つまり、本発明において「細孔」とは、フィラー３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。

フィラー３の細孔のサイズは、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３がゼオライトの場合、ゼオライトの結晶構造中に存在する空隙のサイズ（径）は、０．３〜１．３ｎｍ程度である。フィラー３がハイドロタルサイトの場合、当該ハイドロタルサイトの層構造中に存在する層間のサイズ（距離）は、０．３〜３．０ｎｍ程度である。この他に、フィラー３として有機多孔質材料を使用することもでき、その場合の細孔径は、０．１〜０．８μｍ程度となる。フィラー３の細孔のサイズは、測定対象物の状態に応じて、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。

複数のフィラー３の間には、水分を保持可能なサブμｍオーダー乃至サブｍｍオーダーの連通孔５が形成されている。連通孔５の周囲には細孔が分散配置されている。連通孔５には主に水分が保持されるため、人工土壌粒子５４に一定の保水性を持たせることができる。連通孔５のサイズ（フィラー３間の距離の平均値）は、フィラー３やバインダーの種類、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３がゼオライトである場合、連通孔５のサイズは、０．１〜２０μｍである。連通孔５のサイズは、測定対象物の状態に応じて、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することができる。

フィラー３は、人工土壌粒子５４が十分な保肥力を有するように、細孔にイオン交換能が付与された材料であることが好ましい。この場合、上述の人工土壌粒子５３と同様に、少なくとも陽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。すなわち、フィラー３は、陽イオン交換能が付与された材料、又は陽イオン交換能が付与された材料と陰イオン交換能が付与された材料と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、当該多孔質材料の孔内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３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、及び陰イオン交換樹脂が挙げられる。

陽イオン交換性鉱物は、例えば、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、ゼオライトなどが挙げられる。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。また、第四級アンモニウム塩の保持量も不十分なものとなる。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大きくしても、効果は大きく向上せず、経済的ではない。

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大きくしても、効果は大きく向上せず、経済的ではない。

フィラー３がゼオライトやハイドロタルサイトのような無機鉱物である場合、複数のフィラー３を集合させてフィラー集合体１２を構成するため、高分子ゲル化剤のゲル化反応を利用することができる。高分子ゲル化剤のゲル化反応として、例えば、アルギン酸塩と多価金属イオンとのゲル化反応、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）のゲル化反応、カラギーナンなどの多糖類の二重らせん構造化反応によるゲル化反応が挙げられる。このうち、アルギン酸塩と多価金属イオンとのゲル化反応について説明する。例えば、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要であるが、アルギン酸ナトリウムは水溶性である。初めに、アルギン酸ナトリウムを水に溶解させてアルギン酸ナトリウム水溶液を調製し、これにフィラー３を添加して十分攪拌し、アルギン酸ナトリウム水溶液中にフィラー３が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（例えば、Ｃａイオン）水溶液中に滴下する。そうすると、アルギン酸ナトリウムの分子間でイオン架橋が起こってゲル化する。そして、ゲル化した粒子を回収して水洗し、十分に乾燥させる。これにより、アルギン酸ゲル中にフィラー３が分散した粒状物としての人工土壌粒子５４が得られる。

ゲル化反応に使用可能なアルギン酸塩は、上述のアルギン酸ナトリウムの他、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る。一方、アルギン酸塩水溶液の濃度が５重量％を超えると、溶液の粘度が大きくなり過ぎるため、フィラー３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。

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る。一方、多価金属イオン水溶液の濃度が２０重量％を超えると、金属塩の溶解に時間がかかるとともに、過剰の材料を使用することになるため、経済的でない。

人工土壌粒子５４を形成するためのフィラー３の粒状化は、上述のゲル化反応の他、バインダーを用いた造粒法によって行うこともできる。例えば、フィラー３にバインダーや溶媒等を加えて混合し、混合物を造粒機に導入し、転動造粒、流動層造粒、攪拌造粒、圧縮造粒、押出造粒、破砕造粒、溶融造粒、噴霧造粒等の公知の造粒法により行われる。得られた造粒体は、必要に応じて乾燥及び分級が行われる。また、フィラー３にバインダーを加え、さらに必要に応じて溶媒等を加えて混練し、これを乾燥してブロック状にしたものを、乳鉢及び乳棒、ハンマーミル、ロールクラッシャー等の粉砕手段で適宜粉砕して粒状物とすることも可能である。

バインダーは、有機バインダー又は無機バインダーの何れも使用可能である。有機バインダーは、例えば、ポリオレフィン系バインダー、ポリビニルアルコール系バインダー、ポリウレタン系バインダー、ポリ酢酸ビニル系バインダー等の合成樹脂系バインダー、デンプン、カラギーナン、キサンタンガム、ジェランガム、アルギン酸などの多糖類、寒天、膠などの動物性たんぱく質等の天然物系バインダーが挙げられる。無機バインダーは、例えば、水ガラス等のケイ酸系バインダー、リン酸アルミニウム等のリン酸塩系バインダー、ホウ酸アルミニウム等のホウ酸塩系バインダー、セメント等の水硬性バインダーが挙げられる。有機バインダー及び無機バインダーは、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。

フィラー３が有機多孔質材料である場合、人工土壌粒子５４の形成は、バインダーを用いた上述のフィラーの粒状化法と同様の方法で行ってもよいが、フィラー３を、当該フィラー３を構成する有機多孔質材料（高分子材料等）の融点以上の温度に加熱し、複数のフィラー３の表面同士を熱融着させて粒状化することも可能である。この場合、バインダーを使用しなくても、複数のフィラー３が集合したフィラー集合体１２を得ることができる。そのような有機多孔質材料として、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリビニルアルコール、セルロール等の有機高分子材料を発泡させた有機高分子発泡体、前記有機高分子材料の粉体を加熱溶融して連続気泡構造を形成した有機高分子多孔質体が挙げられる。

なお、図示しないが、人工土壌粒子５４の基部１０（フィラー集合体１２）の外表部に、前述した人工土壌粒子５２と同様の被覆層２０を設けることも可能である。この場合、人工土壌粒子５４の水分吸放出特性をより精密にコントロールすることが可能となる。

以上のように作製した人工土壌粒子５１〜５４は、篩等によって分級することにより所望の粒径に調整される。植物を育成するための人工土壌培地に適した人工土壌粒子の粒径は、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。人工土壌粒子の粒径が０．２ｍｍ未満の場合、粒子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、人工土壌粒子の粒径が１０ｍｍを超えると、粒子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、人工土壌粒子が疎になって植物が横倒れする虞がある。人工土壌粒子の粒径は、例えば、光学顕微鏡観察及び画像処理法を用いて測定することができる。

〔人工土壌粒子への抗菌剤の保持〕
第四級アンモニウム塩は、陽イオン界面活性剤の一種であり、抗菌作用を有する物質として知られている。第四級アンモニウム塩の抗菌メカニズムは、細菌の細胞膜に結合することにより、細胞膜を破壊又は不活性化させるというものである。また、第四級アンモニウム塩は、界面活性剤が有するタンパク質変性作用により、細菌を細胞死に至らしめる作用も有する。第四級アンモニウム塩は、比較的低濃度で殺菌効果又は抗菌効果が得られるため、従来、医療産業や食品産業において利用されていたが、本発明者らは、第四級アンモニウム塩の新たな用途として、人工土壌への適用を検討した。特に、花卉又は観葉植物用の人工土壌粒子（人工土壌培地）については、土壌としての植物育成能力だけでなく、高度な衛生状態や美観が要求されるため、菌が繁殖しやすい環境で使用される人工土壌に抗菌剤として第四級アンモニウム塩を使用することは極めて有用であると考えた。

図２は、第四級アンモニウム塩６が保持された本発明の抗菌性人工土壌粒子５０の一部拡大図である。図２（ａ）〜（ｄ）は、図１（ａ）〜（ｄ）の人工土壌粒子５１〜５４において、夫々破線円で囲ってある領域Ａ１〜Ａ４の拡大図であり、第四級アンモニウム塩６が保持されている状態を模式的に示したものである。本発明において、第四級アンモニウム塩６は、抗菌性人工土壌粒子５０における有効成分（すなわち、抗菌成分）となる。好ましい第四級アンモニウム塩６として、塩化ジデシルジメチルアンモニウム、及び塩化ベンザルコニウムが挙げられる。これらの第四級アンモニウム塩は、単独で使用してもよいし、二種以上の混合物として使用してもよい。

図２（ａ）の人工土壌粒子５１は、繊維１が塊状に集合してなる基部１０（繊維塊状体１１）を備えたものである。第四級アンモニウム塩６は、主に繊維塊状体１１を構成する繊維１間の空隙２に保持される。このとき、第四級アンモニウム塩６は、人工土壌粒子５１の全体に亘って保持されることが好ましいが、少なくとも表面近傍に保持されていれば、細菌の繁殖による人工土壌粒子５１の表面の変色を防止することができる。図２（ｂ）の人工土壌粒子５２は、繊維１が塊状に集合してなる基部１０（繊維塊状体１１）と、基部１０を被覆する被覆層２０とを備えたものである。第四級アンモニウム塩６は、人工土壌粒子５２の全体に亘って保持されることが好ましいが、少なくとも被覆層２０に保持されていればよく、この場合、細菌の繁殖による人工土壌粒子５２の表面の変色を防止することができる。被覆層２０と基部１０との境界面は、繊維１によって凹凸状態となっているため、第四級アンモニウム塩６が含まれる被覆層２０は、基部１０に対して強固に結合し、剥離して脱落する虞はない。図２（ｃ）の人工土壌粒子５３は、繊維１が塊状に集合してなる基部１０（繊維塊状体１１）にイオン交換能を有するフィラー３を含有させたものである。第四級アンモニウム塩６は、繊維塊状体１１を構成する繊維１間の空隙２に保持されるとともに、フィラー３が陽イオン交換能を有するものである場合には当該フィラー３にもイオン交換又はインターカレーションによって保持される。空隙２に保持されている第四級アンモニウム塩６は、湿潤状態になると比較的早期に人工土壌粒子５３の外部に放出され得るが、フィラー３に保持されている第四級アンモニウム塩６は持続的に放出されるため、人工土壌粒子５３は長期に亘って抗菌作用を発揮することができる。図２（ｄ）の人工土壌粒子５４は、細孔４を有するフィラー３が複数集合してなる基部１０（フィラー集合体１２）を備えており、フィラー集合体１２において、各フィラー３の間に連通孔５が形成されている。第四級アンモニウム塩６は、主にフィラー３の細孔４の内部にイオン交換又はインターカレーションにより保持される。ここで、フィラー集合体１２がフィラー３の略均一な集合体であれば、第四級アンモニウム塩６は、フィラー集合体１２中において略均一に分散したものとなる。第四級アンモニウム塩６は、湿潤状態になるとフィラー３の細孔４から連通孔５に徐々に放出され、さらに人工土壌粒子５４の外部へと放出され、持続的に抗菌作用を発揮する。

人工土壌粒子５１〜５４に第四級アンモニウム塩６を保持させる方法について説明する。繊維１を含む人工土壌粒子５１〜５３の場合、繊維集合体１１を第四級アンモニウム塩６の水溶液又は分散液に含浸させる。これにより、繊維塊状体１１を構成している繊維１間の空隙２に第四級アンモニウム塩６が取り込まれ、第四級アンモニウム塩６が保持された人工土壌粒子５１〜５３が得られる。あるいは、繊維塊状体１１の造粒工程において、バインダー又は吸水促進材に第四級アンモニウム塩６を添加する。これにより、繊維塊状体１１を構成している繊維１どうしが第四級アンモニウム塩６を含むバインダーによって結合され、あるいは繊維１間の空隙２に吸水促進材とともに保持され、第四級アンモニウム塩６を含む人工土壌粒子５１〜５３が得られる。なお、被覆層２０を備える人工土壌粒子５２に関しては、被覆層２０を形成するための樹脂エマルジョンに第四級アンモニウム塩６を添加しておいてもよい。この場合、第四級アンモニウム塩６が粒子表面に高濃度で存在することになるため、効率よく抗菌効果を発揮させることができる。

フィラー３を含む人工土壌粒子５４の場合、フィラー集合体１２を第四級アンモニウム塩６の水溶液又は分散液に含浸させる。これにより、フィラー集合体１２を構成している各フィラー３（この場合、陽イオン交換性フィラーとなる）の細孔４の内部、又はフィラー３の間の連通孔５に第四級アンモニウム塩６がイオン交換又はインターカレーションによって取り込まれ、第四級アンモニウム塩６を含む人工土壌粒子５４が得られる。あるいは、フィラー３を粒状化する工程において、フィラー３に第四級アンモニウム塩６を混合しておく。例えば、上述したアルギン酸塩と多価金属イオンとのゲル化反応を利用してフィラー３を粒状化する場合では、アルギン酸塩水溶液にフィラー３及び第四級アンモニウム塩６を分散させ、その分散液を多価金属イオン水溶液中に滴下する。そうすると、フィラー３と第四級アンモニウム塩６とが混合した状態でアルギン酸塩が粒状にゲル化し、第四級アンモニウム塩６を含む人工土壌粒子５４が生成する。また、バインダーを用いたフィラー３の造粒法では、バインダーに第四級アンモニウム塩６を混合しておく。この場合、フィラー３と第四級アンモニウム塩６とがバインダーを介して粒状化し、第四級アンモニウム塩６を含む人工土壌粒子５４が得られる。

抗菌性人工土壌粒子５０（人工土壌粒子５１〜５４）における第四級アンモニウム塩６の保持量（含有量）は、抗菌性人工土壌粒子５０を植物栽培容器等に充填して抗菌性人工土壌培地を構成したとき、培地１リットルあたりに含まれる第四級アンモニウム塩の重量として、０．０５〜２．０ｇ／Ｌに調整することが好ましい。この場合、通常の人工土壌培地であれば発生する可能性がある細菌類に対して必要且つ十分に抗菌作用を発揮させることができる。また、上記の範囲であれば、第四級アンモニウム塩によって植物の成長が阻害されることがないため、長期に亘って植物を健全な状態で栽培し続けることができる。

ところで、本発明の抗菌性人工土壌粒子５０は、抗菌成分として第四級アンモニウム塩６を含有させたものであるが、第四級アンモニウム塩に加えて、第四級アンモニウム塩とは異なる成分を含有させることも可能である。例えば、抗菌性人工土壌粒子５０に適切な防カビ成分をさらに含有させた場合、カビによる変色や悪臭の発生を予防することができる。本発明の抗菌性人工土壌粒子５０に有効な防カビ成分としては、例えば、カビ用ＤＮＡ合成阻害剤、及びカビ用キチン合成阻害剤が挙げられる。これらの防カビ成分は、単独で使用してもよいし、二種以上の混合物として使用してもよい。防カビ成分として上記カビ用阻害剤を使用した場合、第四級アンモニウム塩との相乗効果が期待できる。

〔人工土壌粒子の作製〕
表１に示す原材料の配合に従って、抗菌剤である第四級アンモニウム塩として塩化ジデシルジメチルアンモニウムを含有する実施例１〜２の人工土壌粒子を作製した。また、比較のため、第四級アンモニウム塩を含有しない比較例１〜２の人工土壌粒子を作製した。

＜実施例１＞
人工土壌粒子のベース材料として、セルロース繊維（ＡＲＢＯＣＥＬ ＢＷＷ４０、独レッテンマイヤー社製）５０重量部と、ビニロン繊維（株式会社クラレ製）７５重量部と、ゼオライト（琉球ライト、株式会社エコウエル製）２５重量部とを攪拌混合造粒装置（有限会社Ｇ−Ｌａｂｏ製ＭＧＳ１２型）に投入し、これを攪拌及び転動させながら造粒液を加えて造粒し、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に示す原材料の配合に従って、バインダーであるポリオレフィン系樹脂エマルジョン（セポルジョン（登録商標）、住友精化株式会社製、固形分２０重量％水分散液）１５０重量部と、抗菌剤である塩化ジデシルジメチルアンモニウム（試薬、０．２重量％水溶液）１００重量部とを混合したものとした。また、造粒液には、肥料成分を適量添加した。得られた繊維塊状体を乾燥機により８０℃で６時間乾燥し、その後１００℃に昇温して２時間熱処理し、繊維塊状体に含まれるポリオレフィン系樹脂を溶融させて繊維どうしを固着させた。得られた繊維塊状体を実施例１の人工土壌粒子とした。

＜実施例２＞
人工土壌粒子のベース材料として、セルロース繊維（ＡＲＢＯＣＥＬ ＢＷＷ４０、独レッテンマイヤー社製）５０重量部と、珪藻土（ラヂオライト（登録商標）１５００Ｈ、昭和化学工業株式会社製）５０重量部とを攪拌混合造粒装置（有限会社Ｇ−Ｌａｂｏ製ＭＧＳ１２型）に投入し、これを攪拌及び転動させながら造粒液を加えて造粒し、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に示す原材料の配合に従って、バインダーであるポリオレフィン系樹脂エマルジョン（セポルジョン（登録商標）、住友精化株式会社製、固形分２０重量％水分散液）１５０重量部と、吸水促進材である寒天（和光純薬工業株式会社製、０．５重量％水溶液）０．７５重量部と、吸水促進材であるアルギン酸カリウム（株式会社キミカ製、０．５重量％水溶液）０．７５重量部と、抗菌剤である塩化ジデシルジメチルアンモニウム（試薬、０．２重量％水溶液）１００重量部とを混合したものとした。得られた繊維塊状体を乾燥機により８０℃で６時間乾燥し、その後１００℃に昇温して２時間熱処理し、繊維塊状体に含まれるポリオレフィン系樹脂を溶融させて繊維どうしを固着させた。得られた繊維塊状体を実施例２の人工土壌粒子とした。

＜比較例１＞
実施例１の原材料の配合から塩化ジデシルジメチルアンモニウム（０．２重量％水溶液）１００重量部を除外し、抗菌剤を含まない造粒液を用いてベース材料の造粒を行った。それ以外は実施例１と同様の手順で繊維塊状体を作製し、これを比較例１の人工土壌粒子とした。

＜比較例２＞
実施例２の原材料の配合から塩化ジデシルジメチルアンモニウム（０．２重量％水溶液）１００重量部を除外し、抗菌剤を含まない造粒液を用いてベース材料の造粒を行った。それ以外は実施例２と同様の手順で繊維塊状体を作製し、これを比較例２の人工土壌粒子とした。

〔抗菌性評価試験〕
実施例１〜２及び比較例１〜２の各人工土壌粒子８０ｃｃを使用して人工土壌培地を調製し、一般細菌（好気性菌及び嫌気性菌が含まれる）を対象とした抗菌性評価試験を実施した。抗菌性評価試験は、実施例１〜２及び比較例１〜２の人工土壌培地を灌水して体積含水率が２０〜３０％となるように調整し、これを室温に維持した室内に１４日間放置した。そして、人工土壌培地１グラム当たりに発生した細菌数を衛生試験法に準拠した一般細菌及び嫌気性菌定量試験により計測した。抗菌性評価試験の結果を表２に示す。

実施例１の人工土壌培地は、対応する比較例１の人工土壌培地と比べて、総菌数が０．１倍程度となった。実施例２の人工土壌培地は、対応する比較例２の人工土壌培地と比べて、総菌数が０．０５倍以下となった。これらの結果から、本発明の人工土壌粒子（人工土壌培地）は、一般細菌に対して有意な抗菌効果が認められ、抗菌性人工土壌粒子（抗菌性人工土壌培地）として利用可能であることが示された。

本発明の抗菌性人工土壌粒子、及び抗菌性人工土壌培地は、花卉又は観葉植物用の育成培地として好適に利用されるが、野菜や果実等の栽培用土壌として利用することも当然に可能である。

１ 繊維
２ 空隙
３ フィラー
４ 細孔
５ 連通孔
６ 第四級アンモニウム塩
１０ 基部
１１ 繊維塊状体
１２ フィラー集合体
５０（５１，５２，５３，５４） 抗菌性人工土壌粒子

Claims (9)

1. 複数の繊維を集合してなる繊維塊状体を備えた抗菌性人工土壌粒子であって、
   第四級アンモニウム塩を有効成分として含有する抗菌性人工土壌粒子。
2. 前記繊維塊状体を被覆する被覆層を備え、少なくとも前記被覆層に前記第四級アンモニウム塩が保持されている請求項１に記載の抗菌性人工土壌粒子。
3. 細孔を有する複数のフィラーを集合してなるフィラー集合体を備えた抗菌性人工土壌粒子であって、
   第四級アンモニウム塩を有効成分として含有する抗菌性人工土壌粒子。
4. 前記フィラーの細孔の内部に、イオン交換又はインターカレーションにより前記第四級アンモニウム塩が保持されている請求項３に記載の抗菌性人工土壌粒子。
5. 前記第四級アンモニウム塩は、塩化ジデシルジメチルアンモニウム、及び塩化ベンザルコニウムからなる群から選択される少なくとも一種である請求項１〜４の何れか一項に記載の抗菌性人工土壌粒子。
6. 防カビ成分として、カビ用ＤＮＡ合成阻害剤、及びカビ用キチン合成阻害剤からなる群から選択される少なくとも一種のカビ用阻害剤をさらに含有する請求項１〜５の何れか一項に記載の抗菌性人工土壌粒子。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載の抗菌性人工土壌粒子を使用した抗菌性人工土壌培地。
8. 前記第四級アンモニウム塩の含有量が０．０５〜２．０ｇ／Ｌに調整されている請求項７に記載の抗菌性人工土壌培地。
9. 花卉又は観葉植物用の育成培地である請求項７又は８に記載の抗菌性人工土壌培地。

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