JP2017099341A - Manufacturing method of artificial soil grains, and artificial soil grains - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、繊維とバインダーとを含む人工土壌粒子の製造方法、及び繊維を集合してなる繊維塊状体を備えた人工土壌粒子に関する。 The present invention relates to a method for producing artificial soil particles containing fibers and a binder, and artificial soil particles provided with a fiber mass formed by collecting fibers.
人工土壌は、これまで屋内緑化や植物工場での野菜の栽培等に利用されてきたが、近年、人工土壌に対するニーズが多様化し、例えば、人工土壌を使用して観葉植物や花卉等の様々な植物が栽培されるようになってきている。 Artificial soil has been used for indoor greening and vegetable cultivation in plant factories, but in recent years, the need for artificial soil has diversified. For example, artificial soil is used to produce various types of ornamental plants and flower buds. Plants are being cultivated.
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、人工土壌培地に適切な量の水分を吸収、保持させることは、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 for an artificial soil medium to absorb and retain an appropriate amount of water in order to realize an optimal cultivation schedule according to the type of plant.
機能性を付与した人工土壌の例として、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。
As an example of artificial soil imparted with functionality,
特許文献1の人工団粒体は、繊維状の有機物質材と無機物質材からなる粒体とを混合して得られた中間材に結合剤を加え、撹拌造粒法により人工団粒体を形成している。このように、特許文献1を始めとする従来の人工土壌粒子では、原材料を造粒する工程として撹拌造粒法が用いられている。撹拌造粒法においては、造粒装置を回転させることにより、原料の繊維等からなる粒子を撹拌させながら、他の材料を添加することにより粒子を成長させる。これにより、所望の粒子径の人工土壌粒子が得られる。しかし、撹拌造粒法を用いて形成された人工土壌粒子では、粒子に含まれる繊維は夫々、ランダムに配向した状態で概ね元の形状を維持したまま存在する。そして、繊維間に形成される空隙は、繊維の形状がそのまま反映されるため、繊維が元の形状を維持している場合(例えば、繊維の縮れが少ない場合)、空隙は比較的単純な構造となる。ここで、人工土壌においては、例えば、水遣り回数を減らす等の天然土壌にはない利便性を実現するため、高い保水性が求められる。ところが、入り組んだ複雑な空隙を有していない従来の人工土壌粒子は、一旦水分が空隙に取り込まれても、当該空隙から外部へと通じる連通孔を通じて水分が外部へ漏れ出し易い。このように、従来の人工土壌粒子は、保水性の点で改善の余地があった。
In 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、保水性が改善された人工土壌粒子の製造方法を提供し、さらに、保水性が改善された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 provides a method for producing artificial soil particles with improved water retention, and further provides artificial soil particles with improved water retention. To do.
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製造方法の特徴構成は、
少なくとも繊維とバインダーとを混ぜ合わせる混練工程と、
前記混練工程で得られた混練物を押し出して造粒する押出造粒工程と、
を包含することにある。
The characteristic configuration of the method for producing artificial soil particles according to the present invention for solving the above problems is as follows.
A kneading step of mixing at least fibers and a binder;
An extrusion granulation step of extruding and granulating the kneaded product obtained in the kneading step;
It is to include.
本構成の人工土壌粒子の製造方法によれば、混練工程において繊維とバインダーとが混ぜ合わされることにより、繊維は夫々、混練物中でランダムに配向された状態となる。続いて、押出造粒工程において、混練物に圧力が加えられ、混練物中の繊維は圧縮されて縮んだ状態となる。そして、混練物中の繊維どうしは、縮れて絡み合った状態でバインダーにより結合され、繊維塊状体が形成される。繊維塊状体中の繊維は複雑に絡み合っているため、繊維間に形成される空隙は、緻密で複雑に入り組んだ構造となる。このため、空隙から外部へと通じる連通孔も複雑な構造となる。従って、人工土壌粒子に水分が取り込まれると、その水分は空隙及び連通孔に付着又は吸着されて人工土壌粒子内に留まり、重力によって漏出する水(重力水)が低減される。その結果、人工土壌粒子の保水性が向上する。また、保水性が向上することにより、人工土壌粒子は長期に亘り植物に水分を持続的に補給することができるため、水遣りの回数を大幅に低減することが可能となる。 According to the method for producing artificial soil particles of this configuration, the fibers and the binder are mixed in the kneading step, so that the fibers are randomly oriented in the kneaded product. Subsequently, in the extrusion granulation step, pressure is applied to the kneaded product, and the fibers in the kneaded product are compressed and contracted. Then, the fibers in the kneaded product are bound by a binder in a state where they are shrunk and entangled to form a fiber lump. Since the fibers in the fiber lump are intertwined in a complicated manner, the voids formed between the fibers have a dense and complicated structure. For this reason, the communication hole leading from the gap to the outside also has a complicated structure. Therefore, when moisture is taken into the artificial soil particles, the moisture is attached or adsorbed to the voids and the communication holes and stays in the artificial soil particles, and water leaked by gravity (gravity water) is reduced. As a result, the water retention of artificial soil particles is improved. Further, since the water retention improves, the artificial soil particles can continuously supply water to the plant over a long period of time, so that the number of watering operations can be greatly reduced.
本発明に係る人工土壌粒子の製造方法において、
前記押出造粒工程で、前記混練物を5〜30kg/cm2の圧力でスクリーンダイから押し出し、前記スクリーンダイから押し出された混練物を切断して1秒あたり1〜380個の人工土壌粒子を生成することが好ましい。
In the method for producing artificial soil particles according to the present invention,
In the extrusion granulation step, the kneaded product is extruded from a screen die at a pressure of 5 to 30 kg / cm 2 , and the kneaded product extruded from the screen die is cut to obtain 1 to 380 artificial soil particles per second. It is preferable to produce.
本構成の人工土壌粒子の製造方法によれば、押出造粒工程において、混練物に付与する圧力が適切な範囲に設定されているため、混練物中の繊維は適切な曲がり具合で圧縮される。これにより、繊維どうしが複雑に絡み合うことができ、人工土壌粒子の保水性を向上することができる。また、1秒あたりに混練物が切断される個数が適切な範囲に設定されているため、観葉植物や花卉の栽培に適した大きさ及び形状を有する保水性の高い人工土壌粒子を製造することができる。 According to the method for producing artificial soil particles of this configuration, in the extrusion granulation step, the pressure applied to the kneaded product is set to an appropriate range, so the fibers in the kneaded product are compressed with an appropriate bending condition. . Thereby, fibers can be intertwined in a complicated manner, and the water retention of artificial soil particles can be improved. In addition, since the number of kneaded materials to be cut per second is set within an appropriate range, the production of artificial soil particles with high water retention having a size and shape suitable for cultivation of foliage plants and flower buds Can do.
本発明に係る人工土壌粒子の製造方法において、
前記混練工程で、前記繊維と前記バインダーとの混合比率は、重量比で55:45〜95:5であることが好ましい。
In the method for producing artificial soil particles according to the present invention,
In the kneading step, the mixing ratio of the fiber and the binder is preferably 55:45 to 95: 5 by weight.
本構成の人工土壌粒子の製造方法によれば、混練工程において、繊維とバインダーとの混合比率が適切な範囲に設定されているため、人工土壌粒子中に含まれる繊維の密度が一定の範囲となる。このため、繊維間に形成される空隙も一定範囲のサイズとなる。その結果、緻密な空隙が人工土壌粒子内に一様に形成され、人工土壌粒子の保水性を向上することができる。 According to the method for producing artificial soil particles of this configuration, in the kneading step, since the mixing ratio of the fiber and the binder is set to an appropriate range, the density of the fibers contained in the artificial soil particles is within a certain range. Become. For this reason, the space | gap formed between fibers also becomes a size of a fixed range. As a result, dense voids are uniformly formed in the artificial soil particles, and the water retention of the artificial soil particles can be improved.
本発明に係る人工土壌粒子の製造方法において、
前記混練工程で、さらに無機フィラーを添加することが好ましい。
In the method for producing artificial soil particles according to the present invention,
In the kneading step, it is preferable to further add an inorganic filler.
本構成の人工土壌粒子の製造方法によれば、混練工程において、繊維及びバインダーの他に無機フィラーを添加することで、無機フィラーの特性を備えた人工土壌粒子を製造することができる。例えば、無機フィラーとして、吸湿性を有するものを使用する場合、人工土壌粒子の原材料に水を添加して混練すると、繊維の表面に無機フィラーが付着した状態で無機フィラーが水分を吸収し、混練物が粘性を示すようになる。その結果、繊維どうしが縮れながらまとまり易くなり、繊維塊状体を容易に形成することができる。 According to the method for producing artificial soil particles of this configuration, artificial soil particles having the properties of an inorganic filler can be produced by adding an inorganic filler in addition to fibers and a binder in the kneading step. For example, when using a hygroscopic material as an inorganic filler, when water is added to the raw material of artificial soil particles and kneaded, the inorganic filler absorbs moisture with the inorganic filler adhering to the fiber surface, and kneaded. Things become viscous. As a result, the fibers tend to be bundled together while shrinking, and a fiber lump can be easily formed.
本発明に係る人工土壌粒子の製造方法において、
前記混練工程で、前記無機フィラーを添加する際に、前記無機フィラー100重量部に対して1〜30重量部の増粘剤をさらに添加することが好ましい。
In the method for producing artificial soil particles according to the present invention,
In the kneading step, when the inorganic filler is added, it is preferable to further add 1 to 30 parts by weight of a thickener with respect to 100 parts by weight of the inorganic filler.
本構成の人工土壌粒子の製造方法によれば、無機フィラーに加えて適量の増粘剤をさらに添加することにより、混練物の粘性を向上することができる。その結果、混練物中の繊維どうしが縮れながらさらにまとまり易くなる。 According to the method for producing artificial soil particles of this configuration, the viscosity of the kneaded product can be improved by further adding an appropriate amount of a thickener in addition to the inorganic filler. As a result, the fibers in the kneaded product are more easily united while shrinking.
本発明に係る人工土壌粒子の製造方法において、
前記繊維と前記無機フィラーとの混合比率は、重量比で10:90〜90:10であることが好ましい。
In the method for producing artificial soil particles according to the present invention,
The mixing ratio of the fiber and the inorganic filler is preferably 10:90 to 90:10 by weight.
本構成の人工土壌粒子の製造方法によれば、繊維と無機フィラーとの混合比率が適切な範囲に設定されているため、適切な量の無機フィラーが繊維の表面に付着して繊維どうしを離間させ、適切な密度(すなわち、空隙)を維持した状態で繊維塊状体が形成される。その結果、観葉植物や花卉の栽培に適した空隙率及び細孔体積を備えた人工土壌粒子を製造することができる。 According to the method for producing artificial soil particles of this configuration, since the mixing ratio of the fiber and the inorganic filler is set to an appropriate range, an appropriate amount of the inorganic filler adheres to the surface of the fiber and separates the fibers from each other. Thus, a fiber lump is formed while maintaining an appropriate density (that is, voids). As a result, artificial soil particles having a porosity and pore volume suitable for the cultivation of foliage plants and flower buds can be produced.
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、
繊維を集合してなる繊維塊状体を備えた人工土壌粒子であって、
前記繊維塊状体を構成する前記繊維は、縮れて絡み合った状態でバインダーにより結合されており、
空隙率は60〜70%であり、
細孔体積は0.9〜1.4mL/gであることにある。
The characteristic configuration of the artificial soil particles according to the present invention for solving the above problems is as follows:
Artificial soil particles having a fiber mass formed by collecting fibers,
The fibers constituting the fiber lump are bound by a binder in a state of being entangled and entangled,
The porosity is 60-70%,
The pore volume is in the range of 0.9 to 1.4 mL / g.
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は、縮れて絡み合った状態でバインダーにより結合されているため、繊維塊状体の繊維間には、緻密で複雑に入り組んだ空隙が形成される。その結果、空隙から外部へと通じる連通孔も複雑な構造となる。このような繊維塊状体を備えた人工土壌粒子に水分が取り込まれると、その水分は空隙及び連通孔に付着又は吸着されて人工土壌粒子内に留まり、重力によって漏出する水(重力水)が低減される。その結果、人工土壌粒子の保水性が向上する。また、保水性が向上することにより、人工土壌粒子は長期に亘り植物に水分を補給することができるため、水遣りの回数を大幅に低減することが可能となる。 According to the artificial soil particles of this configuration, the fibers constituting the fiber lump are bound by the binder in a tangled state, so that there are dense and complicated interstices between the fibers of the fiber lump. It is formed. As a result, the communication hole leading from the gap to the outside also has a complicated structure. When moisture is taken into artificial soil particles having such a fiber lump, the water is attached or adsorbed to the voids and communication holes and stays in the artificial soil particles, reducing the water leaked by gravity (gravity water). Is done. As a result, the water retention of artificial soil particles is improved. Further, since the water retention improves, the artificial soil particles can replenish water to the plant over a long period of time, so that the number of watering operations can be greatly reduced.
以下、本発明に係る人工土壌粒子の製造方法、及び人工土壌粒子に関する実施形態について図面を参照して説明する。なお、説明の便宜上、始めに本発明の人工土壌粒子について説明し、引き続いて人工土壌粒子の製造方法について説明する。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, an embodiment relating to a method for producing artificial soil particles and an artificial soil particle according to the present invention will be described with reference to the drawings. For convenience of explanation, the artificial soil particles of the present invention will be described first, and then the method for producing the artificial soil particles will be described. 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>
図1は、本発明に係る人工土壌粒子50の模式図である。図1(a)は人工土壌粒子50全体の模式図であり、図1(b)は、図1(a)の人工土壌粒子50において、破線円で囲ってある領域A1の拡大図である。図1(a)に示すように、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が縮れて絡み合った状態でバインダーにより結合された粒状物として形成されている。なお、図1では、バインダーは図示を省略してあるが、繊維1どうしの接触部分がバインダーを介して固結されているか、あるいは繊維1どうしが絡まった状態で繊維1の全体がバインダーにより固結されている。
<Artificial soil particles>
FIG. 1 is a schematic diagram of
繊維1の間には空隙2が存在し、当該空隙2に水分を吸収、保持することができる。図1(a)に示すように、繊維塊状体10の繊維1は複雑に絡み合っているため、繊維1どうしの間に形成される空隙2は、緻密で複雑に入り組んだ構造となる。このため、空隙2から外部(粒子外)へと通じる連通孔も複雑に構成される。なお、連通孔は、空隙2が連なって構成されるものであり、一つの空隙2の周囲に存在する別の空隙2が連通孔となる。従って、空隙2は、連通孔を兼ねている。このような構造のため、人工土壌粒子50に水分が取り込まれると、その水分は空隙2及び連通孔に付着又は吸着されて人工土壌粒子50内に留まり、重力によって漏出する水(重力水)が低減される。その結果、人工土壌粒子50の保水性を向上することができる。また、保水性の向上により、人工土壌粒子は長期に亘り植物に水分を持続的に補給することができ、水遣りの回数を大幅に低減することが可能となる。
There are
このように、人工土壌粒子50は、外部環境が湿潤状態になると、外部の水分を人工土壌粒子50内に吸収、保持し、土壌として求められる保水性を一定以上に確保することができる。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、優れた保水性を実現している。
Thus, when the external environment becomes wet, the
ここで、繊維塊状体10の内部に形成される空隙2の大きさ、数、形状等は、例えば、人工土壌粒子50が保持できる水分量、いわゆる保水性に関係する。空隙2の状態は、繊維塊状体10を造粒する際の繊維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。なお、繊維1のサイズは、太さが5〜100μmのものが好ましく、長さが0.3〜10mmのものが好ましい。また、繊維1は、縮れて絡み合った状態が維持できるように、柔軟性のある繊維を使用することが好ましい。これにより、人工土壌粒子50の空隙2を一層緻密で複雑に入り組んだ構造とすることができる。
Here, the size, number, shape, and the like of the
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を形成することができる。これにより、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。その結果、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、セルロース繊維等を挙げることができる。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、ポリウレタン繊維等を挙げることができる。これらの有機繊維のうち、天然有機繊維ではセルロース繊維が好ましく使用され、合成有機繊維ではビニロン繊維が好ましく使用される。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。繊維1の繊維長を調節することにより、繊維1と水との吸着力を制御することができる。繊維1の繊維長は、0.5〜2000μmが好ましい。繊維長が0.5μmより短いと、十分な保水性が得られなくなる。一方、繊維長が2000μmより長いと、水分と繊維との吸着力が強くなり過ぎて、植物が利用できる易効水が少なくなる。
The fiber length of the
繊維1どうしを結合するバインダーは、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、ポリ塩化ビニル系バインダー、ポリエステル系バインダー、スチロール系バインダー、及び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、及びアルギン酸などの多糖類、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。
As the binder for binding the
バインダーは、水不溶性のバインダーを用いることが好ましい。これにより、灌水等により、人工土壌粒子50の構造が崩壊するのを防ぐことができる。水不溶性のバインダーとしては、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、及び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、及び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、酢酸ビニル、及びエチレン酢酸ビニル等の酢酸ビニル系樹脂、ポリウレタン、及びビニルウレタン等のウレタン系樹脂等が挙げられる。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、アクリルアミド等の高分子ゲル化剤、アルギン酸塩やカラギーナン等の天然多糖類系ゲル化剤、天然ゴムやシリコーンゴム等のゴム系コーティング剤等を使用することも可能である。さらに、樹脂架橋剤を使用することもできる。そのような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。
The binder is preferably a water-insoluble binder. Thereby, it can prevent that the structure of the
繊維1とバインダーとの混合比率は、重量比で55:45〜95:5が好ましく、70:30〜90:10がより好ましい。繊維1とバインダーとの混合比率が55:45より小さくなると(すなわち、バインダーが繊維1に対して過剰に混合されると)、繊維1間に形成される空隙2がバインダーによって閉塞され、人工土壌粒子50の保水性が低下する虞がある。一方、繊維1とバインダーとの混合比率が95:5より大きくなると(すなわち、バインダーが繊維1に対して不足していると)、繊維1どうしの結合力が不足し、人工土壌粒子50の強度が低下する虞がある。
The mixing ratio of the
人工土壌粒子50を造粒する際には、図1に示すように、無機フィラー3を含有してもよい。この場合、繊維及びバインダーの他に無機フィラー3を添加することで、無機フィラー3の特性を備えた人工土壌粒子を製造することができる。例えば、図1(b)に示すように、添加する無機フィラー3が細孔4を有するものである場合、人工土壌粒子50の原材料に水を添加して混練すると、繊維1の表面に無機フィラー3が付着した状態で無機フィラー3の細孔4が水分を吸収し、混練物が粘性を示すようになる。その結果、繊維1どうしがまとまり易くなり、繊維塊状体10を容易に形成できる。無機フィラー3としては、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が挙げられる。これらの無機フィラー3は、単独で使用してもよいし、二種以上を混合して使用してもよい。好ましい無機フィラー3は、珪藻土である。人工土壌粒子50のベースとなる繊維塊状体10を造粒する際、繊維1に珪藻土を添加すると、珪藻土が水分を吸収して粘性を示すため、繊維1どうしを容易に接着させることができる。
When granulating the
人工土壌粒子50を造粒する際には、無機フィラー3に加えて、増粘剤をさらに添加してもよい。増粘剤の添加量は、無機フィラー3(100重量部)に対して1〜30重量部であり、好ましくは3〜20重量部である。増粘剤の添加量が無機フィラー3(100重量部)に対して1重量部未満の場合、増粘剤の効果が十分に発揮されない虞がある。一方、増粘剤の添加量が無機フィラー3(100重量部)に対して30重量部を超えても、効果は大きく増大せず、経済的ではない。
When granulating the
繊維1と無機フィラー3との混合比率は、重量比で10:90〜90:10が好ましく、30:70〜70:30がより好ましい。繊維1と無機フィラー3との混合比率が10:90より小さくなると(すなわち、無機フィラー3が繊維1に対して過剰に混合されると)、繊維1間に形成される空隙2が無機フィラー3により埋め尽くされ、バインダーによる繊維どうしの固結が妨げられるため、人工土壌粒子50の耐久性及び強度が低下する虞がある。一方、繊維1と無機フィラー3との混合比率が90:10より大きくなると(すなわち、無機フィラー3が繊維1に対して不足していると)、人工土壌粒子50において無機フィラー3の特性が十分に発揮されない虞がある。
The mixing ratio of 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、観葉植物又は花卉を対象とする場合、1〜10mmが好ましく、2〜8mmがより好ましく、2〜5mmがさらに好ましい。人工土壌粒子50の粒径が1mm未満の場合、人工土壌粒子間に形成される間隙のサイズが小さくなり、間隙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、間隙のサイズ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
人工土壌粒子50の粒径は、以下の測定法により求められる。先ず、測定対象の人工土壌粒子50をスケールとともにカメラ又は顕微鏡で観察し、その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50を選択し、人工土壌粒子50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。夫々の人工土壌粒子50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、人工土壌粒子50の粒径を算出する。ちなみに、人工土壌粒子50を構成する繊維1のサイズについても、画像処理を用いた測定法により求められる。求められた人工土壌粒子50の粒径から人工土壌粒子50のメディアン径を算出する。
The particle size of the
人工土壌粒子50には、上述のように水分を保持可能な空隙2が複数形成されているが、空隙2の形成状態は空隙率及び細孔体積によって評価することができる。観葉植物又は花卉用の人工土壌培地として使用する場合、人工土壌粒子50の空隙率は、60〜70%が好ましく、65〜70%がより好ましい。人工土壌粒子50の細孔体積は、0.9〜1.4mL/gが好ましく、1.1〜1.4mL/gがより好ましい。空隙率が60%より小さい場合、又は細孔体積が0.9mL/gより小さい場合、人工土壌粒子50に保持できる水分が少なくなり、また、人工土壌粒子50と水分との吸着力が強くなり過ぎて植物が利用できる易効水が減少する。空隙率が70%より大きい場合、又は細孔体積が1.4mL/gより大きい場合、人工土壌粒子50が脆弱になり、また、人工土壌粒子50が水分を十分に吸着できなくなって重力水として漏出する水分が増加する。人工土壌粒子50の細孔体積及び気孔率は、フィラー2やバインダーの種類、組成、造粒条件により変化し得る。細孔体積及び気孔率は、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することができる。
As described above, a plurality of
<人工土壌粒子の製造方法>
本発明に係る人工土壌粒子50は、少なくとも繊維1とバインダーとを混ぜ合わせる混練工程と、混練工程で得られた混練物を押し出して造粒する押出造粒工程と、を実行することにより製造される。なお、混練工程の前に、予め所定の長さに引き揃えた繊維1を用意しておく。例えば、セルロース又はビニロン等の繊維1をカーディング装置等で引き揃え、3〜10mm程度の長さに切断する。
<Method for producing artificial soil particles>
The
〔混練工程〕
原材料を混練する混練工程では、適切な長さに切断した繊維1及びバインダーを混合し、水を加えて混練する。これにより、繊維1がランダムに配向された状態の混練物が得られる。混練工程において、繊維1及びバインダーに無機フィラー3を添加することも可能である。これにより、混練物に無機フィラー3の特性が追加される。無機フィラー3を添加する際に、増粘剤をさらに添加することが可能である。これにより、混練物の粘性を高めることができ、混練物中の繊維どうしがまとまり易くなる。
[Kneading process]
In the kneading step of kneading the raw materials, the
〔押出造粒工程〕
図2は、押出造粒機20を用いて行われる人工土壌粒子50の押出造粒工程の説明図である。押出造粒工程では、押出造粒機20を用いて混練物40を押し出しながら造粒を行い、人工土壌粒子50を形成する。図2(a)は、押出造粒機20の一部が断面として示されている。図2(b)は、図2(a)の押出造粒機20において、破線円で囲ってある領域A2の拡大図であり、混練物40が造粒されながら切断される様子を模式的に示したものである。図2(a)に示すように、押出造粒機20は、主にケース31、押出スクリュー32、スクリーンダイ33、及びローラ34,35を備える。ケース31は、内部空間を有し、当該内部空間に押出スクリュー32が嵌合される。ケース31の先端側には、孔部33aを備えるスクリーンダイ33が装着される。スクリーンダイ33の孔部33aの径は、1〜10mmが好ましく、1〜5mmがより好ましい。スクリーンダイ33の孔部33aの径が1mm未満の場合、生成される人工土壌粒子50の粒径が小さくなり過ぎるため、人工土壌培地を調製したときに人工土壌粒子50が密になり保水性や通気性が低下する虞がある。一方、スクリーンダイ33の孔部33aの径が10mmを超える場合、生成される人工土壌粒子50の粒径が大きくなり過ぎるため、人工土壌培地を調製したときに人工土壌粒子50が疎になり植物を安定して支持することが難しくなる。ローラ34,35は、図2(b)に示すように、夫々の外周に切断用の歯34a,35aが設けられ、ローラ34,35を回転させたときに歯34a,35aが混練物40を巻き込みながら当接することで、混練物40の切断が行われる。なお、ローラ34,35は、それらの回転軸に平行な方向(すなわち、図2の紙面の前後方向)に振動させることができる。この場合、歯34a,35aはローラの回転軸方向に対してねじれながら移動する。このため、混練物40の切断面を滑らかにすることができる。なお、図2に示した押出造粒機20は、押出造粒工程を実施する手段の一例であり、混練物に圧力を付加して押し出しながら切断できるものであれば、他のタイプの押出造粒機を使用してもよい。
[Extrusion granulation process]
FIG. 2 is an explanatory diagram of the extrusion granulation step of the
押出造粒工程を実施するにあたっては、先ず、混練物40を押出造粒機20のケース31に投入する。次に、押出スクリュー32をケース31の後部から挿入し、回転させながらケース31の先端側に移動させることで、ケース31中の混錬物40に圧力を付加する。混練物40に付加する圧力は、5〜30kg/cm2であり、10〜20kg/cm2が好ましい。混練物40に付加する圧力が5kg/cm2未満であると、繊維が十分に湾曲されずに人工土壌粒子50中で繊維が元の形状(例えば、直線形状)を保ったまま存在することとなり、保水率が低下する虞がある。一方、混練物40に付加する圧力が30kg/cm2を超えると、過度な圧力が繊維に付加されるため、繊維間の空隙が圧縮されて小さくなり、保水率が低下する虞がある。適切な圧力で押出造粒工程が行われると、混練物40中においてランダムに配向された繊維は、圧縮されて縮められる。混練物40中の縮められた繊維は、互いに複雑に絡み合った状態となる。混練物40は、スクリーンダイ33に押し付けられ、スクリーンダイ33に設けられた孔部33aから押し出される。押し出された混練物40は歯34a,35aで切断されながら造粒され、人工土壌粒子50が生成される。ここで、歯34a,35aによる混練物40の切断速度は、1秒あたり1〜380個の人工土壌粒子50を生成する速度に設定され、好ましくは1秒あたり5〜150個を生成する速度に設定される。例えば、所定量の混練物40から人工土壌粒子50を造粒する場合、混練物40の切断速度が1秒あたり1個未満であると、人工土壌粒子50の粒径が大きくなり過ぎるため人工土壌粒子間に形成される間隙のサイズが大きくなり、その結果、排水性が過剰になって植物が水分を吸収し難くなったり、人工土壌が疎になって植物が横倒れする虞がある。一方、混練物40の切断が1秒あたり380個を超えると、人工土壌粒子50の粒径が小さくなり過ぎるため人工土壌粒子間に形成される間隙のサイズが小さくなり、その結果、間隙の毛管力により水分が強く保持されることになる。この場合、植物が利用可能な易効水が少なくなるとともに、植物の根から酸素を吸収し難くなり、立ち枯れが発生する虞がある。混練物40の切断速度、すなわち、人工土壌粒子50を生成する速度は、例えば、ローラ34,35の径や回転速度を変更することによって調整可能である。
In carrying out the extrusion granulation step, first, the kneaded
押出造粒工程の後、人工土壌粒子50を所定の水分含量になるまで乾燥させる。その後、必要に応じて、分級が行われる。
After the extrusion granulation step, the
本発明に係る人工土壌粒子の水分保持特性を評価した。本実施例では、1回の灌水により人工土壌粒子に保持される保水量を測定し、得られた測定値から人工土壌粒子の水分保持特性を評価した。 The moisture retention characteristics of the artificial soil particles according to the present invention were evaluated. In this example, the amount of water retained in the artificial soil particles by one irrigation was measured, and the water retention characteristics of the artificial soil particles were evaluated from the obtained measured values.
〔人工土壌粒子の調製〕
<実施例>
有機繊維であるセルロース繊維(KCフロック(登録商標)W−100GK、日本製紙株式会社製)338gと、無機フィラーである珪藻土(ラヂオライト(登録商標)1500H、昭和化学工業株式会社製)338gと、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(登録商標)G315、濃度40重量%)311gと、増粘剤であるメチルセルロース(マーポローズ(登録商標)90MP、松本油脂製薬株式会社)14gと、水892gとを各材料が十分に混ざり合うまで常温で4分間攪拌し、混練物を得た。次いで、混練物を押出造粒装置(高性能自動ローラタイプシステム PT6025、アキラ機工株式会社製)に投入し、混練物に圧力10kg/cm2を付加してスクリーンダイの孔部から押し出し、押し出した混練物をローラ(直径:122mm、回転速度:6〜10rpm)によって切断し、1秒あたり7〜60個の人工土壌粒子を生成した。切断された人工土壌粒子を80℃で16時間加熱し、120℃で3時間加熱して乾燥させ、これを冷却して実施例の人工土壌粒子とした。
[Preparation of artificial soil particles]
<Example>
338 g of organic fibers (KC Flock (registered trademark) W-100GK, manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.) and 338 g of diatomaceous earth (Radiolite (registered trademark) 1500 H, manufactured by Showa Chemical Industry Co., Ltd.), an inorganic filler, Polyolefin-based resin emulsion (Sumitomo Seika Co., Ltd., Sepoljon (registered trademark) G315,
<比較例>
有機繊維であるセルロース繊維(KCフロック(登録商標)W−100GK、日本製紙株式会社製)338gと、無機多孔質材である珪藻土(ラヂオライト(登録商標)1500H、昭和化学工業株式会社製)338gとを撹拌混合造粒装置(有限会社G−Labo製)に投入し、均一になるまで撹拌及び転動させながら、造粒液(結合材)1164gを加えて造粒し、内部に造粒液を含浸させた粒状物を形成した。造粒液は、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(登録商標)G315、濃度40重量%)347gと、増粘剤であるアルギン酸カリウム(和光純薬工業株式会社製試薬)6gと、水811gとを混合し、各材料が十分に混ざり合うまで常温で1時間攪拌したものを使用した。次いで、乾燥機を用いて粒状物を80℃で16時間加熱し、120℃で3時間加熱して乾燥させ、セルロース繊維及び珪藻土をバインダーで固着させ、これを冷却して比較例の人工土壌粒子とした。
<Comparative example>
Cellulose fibers, which are organic fibers (KC Flock (registered trademark) W-100GK, manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.) 338 g, and diatomaceous earth, which is an inorganic porous material (Radiolite (registered trademark) 1500H, manufactured by Showa Chemical Industry Co., Ltd.) 338 g Are added to a stirring and mixing granulator (manufactured by G-Labo Co., Ltd.), and while stirring and rolling until uniform, granulation liquid (binding material) 1164 g is added and granulated. A granular material impregnated with was formed. The granulation liquid consists of 347 g of a polyolefin resin emulsion (Sumitomo Seika Co., Ltd., Sepoljon (registered trademark) G315,
〔人工土壌粒子の保水性の評価〕
直径約1mmの排水口が約2mmの間隔で底面に複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)に試験対象の人工土壌粒子100ccを充填し、その上から水を50cc滴下し、カップの底面から水が排出されなくなった時点の重量を計測した。続けて、この人工土壌粒子に水を追加で50cc適下し、同様に、カップの底面から水が排出されなくなった時点の重量を計測した。この操作を繰り返し、水分を含む人工土壌粒子の重量が一定になったとき、そのときの人工土壌粒子の重量から、予め測定しておいた水を滴下する前の人工土壌粒子の重量を差し引き、これを人工土壌粒子の保水量とした。そして、この保水量から人工土壌粒子の保水性を評価した。
[Evaluation of water retention of artificial soil particles]
A stainless cup (
実施例及び比較例の人工土壌粒子の保水性の評価結果を、以下の表1に示す。 Table 1 below shows the evaluation results of water retention of the artificial soil particles of Examples and Comparative Examples.
実施例の人工土壌粒子は、比較例の人工土壌粒子と比べて、細孔体積、細孔表面積、メディアン径、及び空隙率が増加した。これらの結果、実施例の人工土壌粒子は、保水量が人工土壌粒子100ccあたり48ccとなり、比較例の人工土壌粒子の保水量(人工土壌粒子100ccあたり40cc)に対して20%程度増加したものとなった。このように、押出造粒法により製造される人工土壌粒子は、撹拌造粒法により製造される従来の人工土壌粒子と比較して、保水性が向上することが示唆された。空隙率の増加に伴い、人工土壌粒子において水分を保持可能な容量が増加したものと考えられる。 The artificial soil particles of the examples had increased pore volume, pore surface area, median diameter, and porosity compared to the artificial soil particles of the comparative example. As a result, the artificial soil particles of the example had a water retention amount of 48 cc per 100 cc of artificial soil particles, and increased by about 20% with respect to the water retention amount of the artificial soil particles of the comparative example (40 cc per 100 cc of artificial soil particles). became. Thus, it was suggested that the artificial soil particles produced by the extrusion granulation method have improved water retention as compared with the conventional artificial soil particles produced by the stirring granulation method. It is considered that the capacity to hold moisture in the artificial soil particles increased with the increase in porosity.
図3は、(a)実施例に係る人工土壌粒子、及び(b)比較例に係る人工土壌粒子の拡大図(写真)である。図4は、X線CT解析により得られた(a)実施例に係る人工土壌粒子、及び(b)比較例に係る人工土壌粒子の断面図である。各図の(a)と(b)とを比較すると、実施例に係る人工土壌粒子は、繊維の形状があまり明確に確認されなかった。押出造粒法により製造された人工土壌粒子は、造粒時に圧力が付加されるため、繊維が圧縮されて縮められた状態で造粒されたものと考えられる。これに対し、比較例に係る人工土壌粒子は、繊維が概ね直線状で存在していることが確認された。撹拌造粒法では、造粒時に圧力が付加されないため、繊維が元の形状を維持したまま造粒されたものと考えられる。 FIG. 3 is an enlarged view (photograph) of (a) artificial soil particles according to an example and (b) artificial soil particles according to a comparative example. FIG. 4 is a cross-sectional view of (a) artificial soil particles according to an example obtained by X-ray CT analysis, and (b) artificial soil particles according to a comparative example. When (a) and (b) of each figure are compared, the shape of the fiber of the artificial soil particles according to the example was not clearly confirmed. Artificial soil particles produced by the extrusion granulation method are considered to have been granulated in a state where the fibers are compressed and contracted because pressure is applied during granulation. On the other hand, it was confirmed that the artificial soil particles according to the comparative example have fibers substantially linear. In the agitation granulation method, pressure is not applied during granulation, so it is considered that the fibers were granulated while maintaining the original shape.
本発明に係る人工土壌粒子の製造方法は、室内用の観葉植物や鉢植えの花卉等の育成培地に使用する人工土壌粒子を製造するために好適に利用されるが、植物工場等において栽培される野菜等の育成培地として使用する人工土壌粒子を製造する目的においても利用可能である。 The method for producing artificial soil particles according to the present invention is preferably used for producing artificial soil particles used in a growth medium for indoor houseplants and potted flower buds, etc., but is cultivated in a plant factory or the like. It can also be used for the purpose of producing artificial soil particles used as a growth medium for vegetables and the like.
1 繊維
2 空隙
10 繊維塊状体
33 スクリーンダイ
40 混練物
50 人工土壌粒子
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記混練工程で得られた混練物を押し出して造粒する押出造粒工程と、
を包含する人工土壌粒子の製造方法。 A kneading step of mixing at least fibers and a binder;
An extrusion granulation step of extruding and granulating the kneaded product obtained in the kneading step;
For producing artificial soil particles.
前記繊維塊状体を構成する前記繊維は、縮れて絡み合った状態でバインダーにより結合されており、
空隙率は60〜70%であり、
細孔体積は0.9〜1.4mL/gである人工土壌粒子。 Artificial soil particles having a fiber mass formed by collecting fibers,
The fibers constituting the fiber lump are bound by a binder in a state of being entangled and entangled,
The porosity is 60-70%,
Artificial soil particles having a pore volume of 0.9 to 1.4 mL / g.
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---|---|---|---|
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- 2015-12-03 JP JP2015236316A patent/JP2017099341A/en active Pending
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