JP2021158936A - 光を利用した虫除け - Google Patents

Abstract

【課題】田畑、フィールドに於いても一昼夜、無電力でその効果が継続し殺虫剤、抗生物質に依存しなくても、害虫忌避効果を発揮し、田畑や河川や地下水の水質を汚染せずに、環境に優しい昆虫忌避材の提供。【解決手段】アルカリ土類のアルミン酸塩を使用したブルーグリーンの蓄光材と変成シリコーン系接着剤と、沈降防止剤、セラミックス分散剤、白色蛍光顔料を混練した、第一のゴムシート状蓄光蛍光発光材と、青色染料を混練した発色を受け持つ第二のゴムシート状蓄光蛍光発光材を積層した長時間発光、発色を実現した害虫忌避材。【選択図】図１

Description

本発明はアルカリ土類のアルミン酸塩を基材に賦活剤としてユーロピウム（Eu２＋）、賦活助剤としてジスプロシウム(Dy3+)等を添加した蓄光剤(以降は単に蓄光剤と記述することもある)と蛍光染料または蛍光顔料を使用してカラー発光を実現させた技術の内、昆虫の嫌いな色、殺傷効果のある色、田畑、フィールドに於いても一昼夜、無電力でその効果が継続し殺虫剤、抗生物質に依存しなくても、害虫忌避効果を発揮し、田畑や河川や地下水の水質を汚染せずに、環境に優しい昆虫忌避材の開発を目的とする物である。

従来蓄光剤と蛍光剤、又は染料、顔料を組み合わせたカラー発色物には、基材とする蓄光剤にカラー塗料を微量混ぜた物、下地層を透過して発色を実現した物が有った

しかるに、昆虫が忌避する昼間での体色と夜間使用する発光色との違いが大きく、残光時間が短い、発光輝度が低い、耐候性、耐水性に劣るなどフィールド用途・農業・漁業など自然環境で使用するための実用性に向かないいと言う欠点があった。

アルカリ土類金属ののアルミン酸塩を基材とした蓄光剤に蛍光剤を含むカラー塗料を微量混入した物は、蓄光粒子の周囲を覆い或いは、励起光を吸収するものであり、また、アルカリ土類のアルミン酸塩を基材とした蓄光剤は比重が３．６と重く、ペイント、バインダーが硬化する時間内に分離を起こし、軽い染料が上側、重い蓄光剤が沈殿により下側に集積し、均一な発色効果が得られなかった。この様な材料特性は長残光時間及び高輝度な性能を著しく損ね、本来蓄光剤が持つ長時間発光の高性能を引き出すことは不可能であった。

また、下地を透過する方式は、下地色を彩度の低い淡いカラーを採択する必要があり、濃い下地では励起光を吸収するため、著しく残光時間が阻害される欠点があった。

また弊社特願2016-136374のカラー発光体は昼間での体色と暗闇での発光色をほぼ同一色調にする事に成功した。しかし赤色で２時間程度と硫化系蓄光剤やペイント混入方式の技術に比べれば長時間な結果を得られたが、田畑やフィールドでの実用を考えると、さらなる開発を行い、アルカリ土類のアルミン酸塩を基材としたグリーン発光、グリーンブルー発光と同規模、或いはそれ以上の発色時間を実現する必要があった。そうすることにより、昆虫の棲息する草場の陰、樹木の下などでの簡単な活用、利用が期待される。

青色光の殺虫効果、害虫忌避効果に付いては、古代エジプトのクレオパトラのアイラインに使用されたラピスラズリが知られている。またモロッコのシャウエン市を始めとする青壁の街、アメリカカーボーイの穿いた藍染めのブルージーンズ、江戸時代日本の阿波藍、飲食店の青暖簾、茶摘み時に用いられた紺絣など、歴史的に見ても虫除け、感染症予防方法として多用されてきたことが見て取れる。

日本に於いては、東北大学堀准教授が２０１４年１２月に可視光の青を昆虫に照射すると
昆虫が死ぬ事を発見し、成果発表が同月英国のネイチャーに、掲載された。

堀准教授の害虫殺傷のメカニズム推論は、皮脂を透過した青色光による活性酸素発生によるとの事である。一方で堀准教授の使用した光源はLED光で有り、波長幅が狭い、スポットライトのごとくで広い空間に効果を及ぼすことは、コスト的に難しいとの評価も散見される。すなわち、どの様に使用するかの用法、解決策が呈示されないと、田畑での実用性を謳うことが出来ないとの指摘である。

弊社では２０１１年にフランス・パリの展示会に於いて、微生物学者の来訪を受け、 ４４２−４９５nmの青色光の作成が可能であるか否か尋ねられた。氏はフランスの大手水処理企業の研究員であったが、水処理フィルターの効率を高める方策を思案していた模様であった。

その後弊社では青色光の製作を心がけたが、長残光、高耐水性・耐光性、広範囲に拡散影響力を持つ青色プレート作成には至らなかった。長残光の機能だけでも難しいが、その他二律背反の組み合わせが多く、種々の組み合わせによる評価を行わねばならなかった。

２０１７年６月、白井市の北総線駅構内のコンコースにあるショーケースを借りて、蓄光剤を使用した省エネルギー製品を展示した。この時、高輝度、長残光な蓄光剤製品だけでは無く、赤、グリーン、ブルーの発光する製品も展示した。約１０日程経過して、展示品回収に行ったところが、グリーンプレートには紙シラミ、小蠅、蚊の集りが多数見られ、アブ、蜘蛛、蜂の死骸も小数見られた。赤は少し、ブルーは皆無であった。この時点では害虫忌避の製品作成に対するインセンティブが少なかったので、このまま通り過ぎた。

２０１９年５月、白井市復に中古住宅を購入し玄関にブルー発光のチップ、フレークを設置した。隣接する農地や近隣の庭より、夜間になると小蠅、蚊、羽アリ、が玄関ポーチのLEDライトに集まってきたが、ポリスチレン製のポーチカバーへブルー発光のカバーをしたところ散乱する光により小蠅の飛来が少なくなった。この同時期、蟻の巣から出てくる隊列に、ブルーチップを置いたところ、蟻が２週刊ほどして居なくなった。同時にダンゴムシも居なくなった。

ブルー光照射で死ぬのは皮膚の透明度が高い蛹、子虫と理解していたが、蟻や、ダンゴムシなど大きな虫にも効果を及ぼすのは何故なのか、疑問が湧いた。

２０１８年は年初にモロッコへ行き、９月は琵琶湖環境メッセ、１１月に沖縄ベンチャーメッセへ行き、また同年１２月オマーンへ行き、暑い国の環境課題解決について多くの知見を得た。関東と違い、滋賀県は温暖のため田畑には害虫が多い。沖縄もその風向明媚な景観に似合わず、多くの害虫がおり、少しでも環境改善に役立てれば、住民の皆さんに喜ばれると感じた。台湾からの来訪者も多く、デング熱削減に対する取り組みに多くの関心、注目を集めた。

沖縄の展示会で羽アリや大きい虫の駆除について、来場者の関心が高く、意見交換している内に、一つのアイデアが生まれた。それは昔読んだファーブル昆虫記の中で、太陽を目印に行動している昆虫の物語であった。体内時計、概日リズムというキーワードで検索すると、2017年のノーベル生理学・医学賞は，サーカディアン・リズム（体内時計）を生み出す遺伝子とそのメカニズムを発見した米ブランダイス大学のホール（Jeffrey C. Hall）博士とロスバシュ（Michael Rosbash）博士，ロックフェラー大学のヤング（Michael W. Young）博士の3氏に授与されたことが判った。
ウィキペディアでは光受容蛋白質であるメラノプシンは青色光（420 - 440nm）で最も効率よく励起される。また、 光遺伝学、 常松 友美、山中 章弘、名古屋大学 環境医学研究所DOI：10.14931/bsd.3984 ２014年05月20によるとメラノプシンは480 nmの青色光照射によって最も強く活性化される。と記述されている。昆虫は変態を繰り返し、その受容タンパク質や神経系が変わるのかも知れない。哺乳類でも受容タンパク質の種類は多数見つかっており、今後も研究が進めば、多数見つかる可能性が高い。

特開２０２０−２７１８４号公報

昆虫の体内時計(概日リズム)は青色光の照射を受けて夜間、光受容タンパク質が活性化しDNA書き換えが夜間行わ行われる。

発光時間の長い青色光を作ることにより害虫忌避効果を発揮させ防除に寄与する。

また、昆虫には夜行性のものも多く、明るいだけで出現しない昆虫も多い。耐候性、耐水性に優れた原材料を選択し、山野、河川、地下水、を汚染しない、農業にあっては、田畑、原野でも利用出来るコストパホーマンスに優れた製品を作ること。光の拡散が立体的で空間に広く広がるり活動する昆虫に広く照射されること。（４２０−４４０nm、480 nm、４４０−４６０nmの帯域を意識して作成すること 。

これらの遺伝子書き換えは夜間行われるので、日没夕刻から日の出まで長時間発光すること。現実的に夕方4時から明け方の6時頃まで14時間、ヨーロッパ等夜の長い地域では、18時間から24時間以上の長時間発光が求められる。 ブルーグリーンの発光時間は長残光の物でも１２時間程度であり、２４時間、３６時間に発光時間を引き延ばす必要がある。
青の帯域幅が広いこと。昆虫は変態を繰り返し、その受容光波長も様々であり、全てに対応出来るよう青の帯域幅が広いことが求められる。

蓄光剤を使用して発色を実現するための最大の障害は、蓄光剤の輝度が１５時間の長残光としても、５時間〜７時間後には殆どの蓄光剤が無彩色になってしまうことである。殆どのメーカーカタログデータでは蓄光励起直後の数値を掲載しているが、数時間経過後のピーク波長を発表しているカタログは皆無であった。弊社測定でも、５時間後のカラー励起は不可能であった(特許文献１)。励起波長にピークを持つ蓄光剤も５時間経過後にはピーク波長が移動して、蛍光剤を励起出来なくなるからであろう。２０時間〜３０時間の彩色を維持できる仕組みを開発せねば、一昼夜にわたる害虫忌避効果を維持できない。

概日リズムを書き換えるには、夜間を通した発光が必要である。何故ならそれが何時起こるのか明らかにされていないからである。また、堀准教授の活性酸素説によればチカイエカの蛹は４１７nm、小蠅は４４０、４６７nmの光で特に４６７nmで１００パーセント近くの致死率を示している。また微生物学者の説では４４２−４９５nmが微生物忌避の帯域であった。

また、２０１３年Nature Chemical Biology,9,630-635 羽鳥 恵氏の論文に寄れば、網膜神経節細胞にはメラノプシンという光受容タンパク質が発現しており、吸収極大波長は ４６０−４８０nm付近の青色光であると記されている。

また、ウィキペディア日本語版には４２０−４４０nmの青色光によりメラノプシンが発現されると記されている。

哺乳類のような視覚細胞をもつもの、昆虫の蛹の様に目の機能が発達しておらず、皮膚から光を感知している物等、生物種、発生段階によりさまざまで有るため、青色光の幅広い波長を放出する方が、ウイルス、バクテリア、微生物、昆虫など全ての生物に効果が及ぶと考えられる。

ここで、蓄光剤ブルーグリーンのピーク発光波長は４５０−５６０nm近辺であり、ブルーの蛍光剤と組み合わせても濃いブルー波長では４１０−４４０nmを作成することは出来ない。

染料の青は株式会社ペパレス製作所ＰＰＬＳ顔料粉末青を使用した。昼間に於いては濃い青を示し、蓄光剤ブルーグリーンのピーク発光色４９０nmを透過してフィルターとして利用すると様々な青色を作ることが出来た。
使用したブルーグリーン夜光は、有限会社ケイエスケイのOPM-BG-1は平均粒径１００ミクロン、残高輝度２０００mcd/平米で６０分後８０mcd/平米ある。(キセノン光源１０００Lx５分励起)

この蓄光剤に変成シリコーン系接着剤を混ぜ、微量のセラミックス分散剤、揺変剤のアマイド系製品として、静置時粘度が上がり、流動時に粘度が下がる特性を持つ沈降防止剤を使用した。また、変成シリコーン系接着剤の混練塗布時の粘度調整のためプロパノールを２５パーセント程度混入した。また微量の白色蛍光剤として日本蛍光化学株式会社ＮＫＰ‐８３２９ホワイトを蓄光材に対して２−３パーセント混入し光の転送効果を高めた。

発光体は２層として、発色を受け持つ第一層を受光側(視認側)に設け、濃度実現の為、厚みを１ミリから２ミリとした。

発光を受け持つ下層部はほぼ上層部と同じである(蓄光剤に変成シリコーン系接着剤を混ぜ、微量のセラミックス分散剤、揺変剤のアマイド系製品として、沈降防止剤を使用した。
(共栄社化学株式会社の沈降防止剤、セラミックス分散剤を使用)
また、変成シリコーン系接着剤の粘度調整のためプロパノール２５パーセント程度混入した。また微量の白色蛍光剤として日本蛍光化学株式会社ＮＫＰ‐８３２９ホワイトを混入した)。この層には青の染料は入れないが極微量にして発光輝度の妨げにならないようにすれば問題は起こらない。

この様にして製造した蓄光蛍光体は発光時間３６時間以上、発色時間２４時間以上を呈する製品となった。発光時間は２ミリカンデラ程度を目指せば４８時間も視認出来るが発色効果は人間の網膜では確認出来ないほど微弱となっている。昆虫は人間と違う視覚を有するので、認識できる昆虫も存在するかも知れない。

A.引張強度(MPa) 2.1 粘度(mPa・s) 10〜40万(20℃)の変成シリコーン系接着剤と、B.アマイド系沈降防止剤フローノンＳＰ−１０００ＡＦ、C.フローレンＧ−７００（無機粒子の再凝集防止)の３種類による分散と沈降防止効果により、比重３．６のアルミン酸塩からなる蓄光材セラミックスの顔料との沈殿分離を防止出来、発色効果改善、蓄光励起環境の改善、電子遷移環境の改善を行うことができ、ブルーグリーン発光粒子(平均粒径１００ミクロン)の残高輝度を大幅に延長することが出来た。通常ブルーグリーン発光の残高輝度は２mcd/平米に達するまで１５時間程度が業界標準であるが、今回試作したゴムシート(２ミリ厚)一層からなる発光体は、３６時間以上４８時間以上の残光時間を確認出来た。発光時間並びに発色時間は、測定済み資料との暗箱無いでの比較による。

蓄光材の励起光はグリーン発光、ブルーグリーン発光共に、励起後４〜５時間経過後
12〜１５mcd/平米程度までその発光色を感知できるが、それ以上の時間経過後の低輝度領域では発光色を殆ど観察することは出来ない。それと同時に、蛍光剤を混入しても、蛍光剤を励起しなくなる。
従って、本願発明では、３６時間以上発光可能な蓄光層と主に透過した青色光発色に関与する彩色層を分けた構成にして、ブルー発光材を開発した。

この様に下層にメインの励起源を備えた青色光発色構造に於いては２４時間から３０時間以上の発色視認可能時間を実現し、フィールド、原野、田畑、などの電力網の薄い地域での微生物から小昆虫の蛹、甲殻類の小昆虫まで全てをカバーする帯域幅の広いオールマイティーな害虫忌避材として使用が可能となった。また光の散乱効果、拡散効果の為、動き回る昆虫を標的のように狙い撃ちする必要も無く、白壁などがあれば、そこで又反射して効果を広めることが判った。昼間時と夜間の発光時が同じ色彩のため、昼間でも草葉の陰に棲息する昆虫に効力を及ぼす。

変成シリコーン系接着剤の透明度はプラスチック透明樹脂に比べて、透明度が落ちる。
表面の平滑度により影響を受けるが８５−８７％の透過率と考えられる。
沈降防止剤の混入もヘイズ値が高まり、輝度、残光にはマイナス要素と考えられたが、
蓄光剤の沈殿を防ぎ、光が満遍なく蓄光材、蛍光剤に行き渡ることが判った。白色蛍光剤の混入は、一粒一粒の蓄光剤を四方から励起することになり、輝度を増す方向に作用する。

接着剤混入の効果は蓄光材セラミックスとの密着性が高い事である。発光輝度、残光時間の延長に役立っている。蛍光剤は微量浮遊しているため、発色効果が高くなり、彩度が高まり、発色が美しくなることが判った。

これらの発色効果により蟻や蛾、羽アリ、アブなど住宅環境を悪くする害虫を駆逐できる。
蝿や大きな昆虫は青色光を怖がらず餌の匂いで飛びこんでくるが、即効性は無くとも、蝿も青色光を浴びると寿命が３割ほど縮むとの調査報告がある。(October 16, 2019オレゴン州立大学理工学部、統合生物学)

近年温暖化により港湾内で赤潮が発生し、浸透膜厚による海水淡水化プラントの取水口が目詰まりを起こし、ランニングコストを引き揚げているが、クラゲ、微生物の駆除にも用途が開けた。ブルーグリーン系は単独使用の場合、グリーン発光系に比べて発光輝度が低く、残光時間も低いため用途が限られていたが、この蓄光材の耐水性の高さを活用する道が開けた。
メガーソーラーの配電盤内にゴキブリ、羽アリ、小蠅が入り込みショートを起こす事故が報告されているが、防止する道が開けた。

全ての生物は概日リズムを持って居るため、ウイルスや感染症防止にも活用が期待される。

本願発明の成果を適用すれば屋内、室内に於いて殺虫剤や抗生物質を使用しないで害虫駆除が出来る道が開けた。その他、ブルー光は微生物が忌避して逃げる色で有るため水処理工程に於いて、簡便かつ効率的な手法に道を開く物である。

近年ミツバチが激減しているニュースを見聞する。ミツバチは花粉の白からピンクを感じ取り、特にコントラストに敏感だそうである。生物の生存多様性をサポートし、ハウス栽培や自家栽培に於いて、殺虫剤を使用しない、バクテリアに耐性菌を作らない農業に道を開く物である。このことは人間にも薬剤汚染が伝播しない食物連鎖系を作ることに有効で有り、我々の健康維持に役立つ

本願発明の積層板を水平方向から見た正面図である。層５よりなるカラー発色層と層６よりなる発光を受け持つ謂わばエンジンを示している。１は積層板の周囲から射し込む自然光、照明光を表している。積層板はフィールドで種々の姿勢で設置されるため上面が太陽光方面、照明光方面で無くとも良いが、物体の陰にならない方が良い。８は蓄光材粒子を表している。層６内の小さな円２は白色蛍光剤を示している。層５内の小さな円２は白色蛍光剤、７は青の顔料を示している。３は蛍光剤より発した蛍光を表している。顔料を示している。

代表図１について構成を説明する。符号５，６は蓄光剤と蛍光剤の混合による発光層である。クリアの変成シリコーン系接着剤に混合し厚さは各２ミリ程度とする。厚いと乾燥硬化までの時間が１日以上必要となり生産性が悪くなる。蓄光剤は平均粒径１００ミクロンのブルーグリーン発光の物を使用した。白色蛍光剤の混合比は蓄光材に対して１．５パーセントを上限とする。多いとブルーが水色側にシフトし、又濃度消光を引き起こし逆効果となる。５の層は青色顔料を含み、顔料は重量比０．０７~１．５パーセント程度となるが、濃いと青の深い濃紺になり、輝度、残光時間が落ちる。積層は完全に硬化した二層を重ねても良いが、乾燥後の退けや収縮を考えると、貼り合わせた方が使い勝手が良い。

層５，６ともにゴム系接着剤の粘度と沈降防止剤の粘度、またセラミックス分散剤による弾性ゴム内での均一分散になっており、光が満遍なく蓄光材周囲に行き渡っている。蓄光材と変成シリコーン系接着剤の重量混合比は１対１である。ゴム系接着剤の粘度が高いので撹拌するときに蓄光材に対して１３パーセント程度のプロパノールを混入しても良い。型流れを考えて１５~１６パーセントに増やしてみたが、離型後の収縮が大きく、丸まってしまうこともあり、プロパノールは多用しない方が良い。

この位の厚みになると下地の色には影響を受けにくくなるが、軽量プロックに塗布する場合には、標識としての用途も兼ねるので下地として白色を使用すると、発光輝度が高まる。

変性シリコーン系接着剤(男前ものたろう「もっとくっつけ太郎」)、を使用した方が表面の光沢が高いが、材料費の安いシリコンシーラントクリアを使用しても、発光体は作成できる。重量比は変性シリコーン系接着剤と同じにしたいところであるが、シーラントガンの押し出しで細かな調節は出来ない。空気に触れて硬化するため、作業時間が短いのも欠点である。

大きな空間に光を満たすために、平紐状の細長い紐をつくり、ひねってポリエチレンなどの透明容器へ入れて、設置する。

ポリプロピレン容器などで型取りし、帽子、車、自転車に貼り付ける

屋外のメガソーラー配電盤内、ビニールハウス内、住宅内、に設置して虫除けとする。
水処理施設に於いて、微生物の事前除去を行いフィルターの効率を高める

漁業に於いても赤潮対策、クラゲ対策に利用出来るため、養殖などで活用できる

観光産業に於いても、庭園、露天風呂などから害虫を退散させることが出来る。

中東地域の海水淡水化プラントの取水口近辺が赤潮、クラゲ等の大発生により被害を受けている。浸透膜方式のフィルターは大変高価で一プラント辺り数百個使用しているが、数週間で目詰まりしてしまい、大変なコスト高に見舞われている。将来にもわたり水資源は大切なもので、水処理産業にとっては大切な部品となる。

１ 自然光、照明光
２ 蛍光剤粒子
３ 蛍光発光
４ 蓄光発光
５ 発色を受け持つ層
６ 発光を受け持つ層
７ 白色蛍光顔料
８ 蓄光材粒子

Claims (1)

1. 変成シリコーン系接着剤とブルーグリーン系蓄光剤、沈降防止剤、セラミックス分散剤、
   白色蛍光顔料を混練した、第一のゴムシート状蓄光蛍光発光材と、青色染料を混練した発色を受け持つ第二のゴムシート状蓄光蛍光発光材を積層した害虫忌避材
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

Images