JP4449432B2 - 人工土壌形成用組成物および人工土壌 - Google Patents
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Description
本発明は、人工土壌形成用組成物および人工土壌に関し、更に詳しくは、ポリウレタンフォームにより粒子状物質が結着されてなる植栽用の人工土壌を形成するための組成物、およびそのような組成物によって得られる、保水性、透水性（通気性）、結着性が良好で高い強度を有する軽量の人工土壌に関する。
従来、植物栽培用土壌として、自然土壌に代わって、設置環境、植物の特性、植栽場所の地形などの条件に適した人工土壌の開発が盛んに行われている。特に近年、温暖化などの環境問題の解決策として環境緑化システムが広く展開されている中で、ビルや家屋などの建築物の屋上やベランダ、壁面などに植物を植栽する緑化システムが導入されつつある。かかる緑化システムに適用される人工土壌には、（ａ）軽量であること、（ｂ）保水性、透水性（通気性）が良好である（植物栽培に適している）こと、（ｃ）人工土壌を構成する粒子状物質の結着性が良好である（風雨などにより粒子状物質が飛散・流出しない）こと、（ｄ）成形体として、ある程度の強度を有することなどが要求される。
上記のような緑化システムに適用される人工土壌として、多孔質発泡体と改質材とからなる粒子状物質が接着成型材によって結着されてなるものが紹介されている（特許文献１参照）。
この特許文献１によれば、接着成型材として、ポリウレタン発泡体（ウレタンフォーム）が最適であると記載され、このポリウレタン発泡体は、ポリオール成分に触媒、発泡剤を加えたものとイソシアネート成分とを混合し、攪拌することにより発泡、硬化させて得られると記載されている。
この特許文献１によれば、接着成型材として、ポリウレタン発泡体（ウレタンフォーム）が最適であると記載され、このポリウレタン発泡体は、ポリオール成分に触媒、発泡剤を加えたものとイソシアネート成分とを混合し、攪拌することにより発泡、硬化させて得られると記載されている。
しかしながら、特許文献１に記載のようにして得られるポリウレタン発泡体によって、粒子状物質（多孔質発泡体および改質材）が結着されてなる人工土壌は、緑化システムに適用するために要求される性能を十分に満足することができない。
例えば、ある種の硬質フォーム形成用組成物（ポリオール成分・ウレタン化触媒・発泡剤およびイソシアネート成分を含む組成物）を粒子状物質に添加し、粒子状物質の存在下に当該組成物を発泡・硬化させたところ、形成される硬質フォームによって粒子状物質の表面が被覆されるとともに、隣接する粒子状物質の間隙に当該硬質フォームが充填され、この結果、得られる人工土壌は、硬質フォームを海、粒子状物質を島とする海島構造となり、保水性、透水性（通気性）などを発現することができず、植栽の用途に適用することはできないものとなった。そして、このような問題は、粒子状物質に対する硬質フォーム形成用組成物の使用割合を小さくしても同様に発生するものであった。
また、別の種類の硬質フォーム形成用組成物（ポリオール成分・ウレタン化触媒・発泡剤およびイソシアネート成分を含む組成物）を粒子状物質に添加し、粒子状物質の存在下に当該組成物を発泡・硬化させたところ、形成される硬質フォームによっては隣接する粒子状物質を十分に結着させることができず、得られる人工土壌において、粒子状物質が容易に脱落するとともに、シート状に成形したときの強度（例えば曲げ強度）にも劣るものとなり、植栽の用途に適用することはできないものとなった。そして、このような問題は、粒子状物質に対する硬質フォーム形成用組成物の使用割合を大きくしても同様に発生するものであった。
上記のように、単に、通常の硬質フォーム（ポリウレタンフォーム）形成用の組成物を粒子状物質に添加し、粒子状物質の存在下に当該組成物を発泡・硬化させても、良好な保水性、透水性（通気性）と、粒子状物質の結着性、成形体としての強度とを共に満足する人工土壌を得ることはできないのが現状である。
特開２００２−３６９６２０号公報
本発明は以上のような事情に基いてなされたものである。
本発明の第１の目的は、保水性、透水性（通気性）が良好であるとともに、これを構成する粒子状物質の結着性が良好で、成形体としての強度も高い軽量の人工土壌を形成することのできる人工土壌形成用組成物を提供することにある。
本発明の第２の目的は、保水性、透水性（通気性）が良好であって植物栽培に適しているとともに、これを構成する粒子状物質の結着性が良好で、風雨などによる粒子状物質の飛散・流出が殆どなく、成形体としても高い強度を有する軽量の人工土壌を提供することにある。
本発明の第１の目的は、保水性、透水性（通気性）が良好であるとともに、これを構成する粒子状物質の結着性が良好で、成形体としての強度も高い軽量の人工土壌を形成することのできる人工土壌形成用組成物を提供することにある。
本発明の第２の目的は、保水性、透水性（通気性）が良好であって植物栽培に適しているとともに、これを構成する粒子状物質の結着性が良好で、風雨などによる粒子状物質の飛散・流出が殆どなく、成形体としても高い強度を有する軽量の人工土壌を提供することにある。
本発明の組成物は、ポリウレタンフォームにより粒子状物質が結着されてなる植栽用の人工土壌を形成するための組成物であって、（Ａ）ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートを主体とするポリイソシアネート成分；（Ｂ−１）平均官能基数が１〜４、平均分子量が２，０００〜６，０００であるポリオキシアルキレンポリオールからなる第１のポリオール成分；（Ｂ−２）平均官能基数が２〜８、平均分子量が２５０〜８００であるポリオキシアルキレンポリオールからなる第２のポリオール成分；（Ｂ−３）平均分子量が５０〜２１０のジオールからなる第３のポリオール成分；（Ｃ）水からなる発泡剤；（Ｄ）シリコーン系の整泡剤；（Ｅ）ウレタン化触媒；および（Ｆ）粒子状物質を含有し、第１のポリオール成分と、第２のポリオール成分と、第３のポリオール成分との質量比〔（Ｂ−１）：（Ｂ−２）：（Ｂ−３）〕が、２０〜６５：１５〜７０：５〜２０であることを特徴とする。
本発明の組成物においては、下記の形態が好ましい。
（１）前記（Ａ）成分、（Ｂ−１）乃至（Ｂ−３）成分、（Ｃ）成分、（Ｄ）成分および（Ｅ）成分の含有量（質量）が、式（ｉ）：（Ａ）／〔（Ｂ−１）＋（Ｂ−２）＋（Ｂ−３）＋（Ｃ）＋（Ｄ）＋（Ｅ）〕＝１．０〜２．０で示される条件を具備すること。
（１）前記（Ａ）成分、（Ｂ−１）乃至（Ｂ−３）成分、（Ｃ）成分、（Ｄ）成分および（Ｅ）成分の含有量（質量）が、式（ｉ）：（Ａ）／〔（Ｂ−１）＋（Ｂ−２）＋（Ｂ−３）＋（Ｃ）＋（Ｄ）＋（Ｅ）〕＝１．０〜２．０で示される条件を具備すること。
（２）前記粒子状物質が、多孔質発泡体と、動植物系有機質土壌、親水性無機質土壌改良材、および天然土壌から選ばれた少なくとも１種の改質材とからなること。
本発明の人工土壌は、本発明の組成物により形成されることを特徴とする。
（１）本発明の組成物によれば、保水性、透水性（通気性）が良好であるとともに、これを構成する粒子状物質の結着性が良好で、成形体としての強度も高い軽量の人工土壌を形成することができる。
（２）本発明の人工土壌は、保水性、透水性（通気性）が良好であって植物の栽培に適しているものでありながら、これを構成する粒子状物質の結着性が良好で、風雨などによる粒子状物質の飛散・流出が殆どなく、成形体としても高い強度を有し、軽量である。
（３）本発明の人工土壌は、耐紫外線劣化性にも優れ、また、水と接触させても、有害な成分などが水に溶出されることもない。
（２）本発明の人工土壌は、保水性、透水性（通気性）が良好であって植物の栽培に適しているものでありながら、これを構成する粒子状物質の結着性が良好で、風雨などによる粒子状物質の飛散・流出が殆どなく、成形体としても高い強度を有し、軽量である。
（３）本発明の人工土壌は、耐紫外線劣化性にも優れ、また、水と接触させても、有害な成分などが水に溶出されることもない。
本発明の組成物は、ポリウレタンフォームにより粒子状物質が結着されてなる植栽用の人工土壌を形成するための組成物であって、ポリイソシアネート成分、ポリオール成分（第１のポリオール成分、第２のポリオール成分および第３のポリオール成分）、水からなる発泡剤、シリコーン系の整泡剤、ウレタン化触媒並びに粒子状物質を必須の成分として含有してなる。
＜ポリイソシアネート成分＞
本発明の組成物を構成するポリイソシアネート成分は、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート（ポリメリックＭＤＩ）を主体とするもの、具体的には、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートを３０質量％以上の割合で含有する成分である。
本発明の組成物を構成するポリイソシアネート成分は、粒子状物質との混和性を向上させる観点から、低粘度のものであることが好ましく、具体的には１５０ｍＰａ・ｓ（２５℃）以下であることが好ましい。
本発明の組成物を構成するポリイソシアネート成分は、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート（ポリメリックＭＤＩ）を主体とするもの、具体的には、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートを３０質量％以上の割合で含有する成分である。
本発明の組成物を構成するポリイソシアネート成分は、粒子状物質との混和性を向上させる観点から、低粘度のものであることが好ましく、具体的には１５０ｍＰａ・ｓ（２５℃）以下であることが好ましい。
＜ポリオール成分＞
本発明の組成物は、粒子状物質の存在下における好適な発泡・硬化（延いては人工土壌に要求される諸性能の発現）を企図して、３種類のポリオール成分を特定の質量比で併用する点に特徴を有する。以下、ポリオール成分の各々について詳述する。
本発明の組成物は、粒子状物質の存在下における好適な発泡・硬化（延いては人工土壌に要求される諸性能の発現）を企図して、３種類のポリオール成分を特定の質量比で併用する点に特徴を有する。以下、ポリオール成分の各々について詳述する。
＜第１のポリオール成分＞
本発明の組成物を構成する第１のポリオール成分は、平均官能基数が１〜４であり、平均分子量が２，０００〜６，０００である高分子量のポリオキシアルキレンポリオールからなる。
このような高分子量のポリオール成分が含有されてなる組成物は、その発泡・硬化過程（粒子状物質の存在下におけるポリウレタンの発泡・硬化過程）において、粒子状物質の表面を完全に被覆することなくスポンジ状に発泡し、この結果、形成されるポリウレタンフォームは、隣接する複数の粒子状物質を、これらの間の空隙（通水路・通気路）を確保した状態で、確実に結着させることができる。
本発明の組成物を構成する第１のポリオール成分は、平均官能基数が１〜４であり、平均分子量が２，０００〜６，０００である高分子量のポリオキシアルキレンポリオールからなる。
このような高分子量のポリオール成分が含有されてなる組成物は、その発泡・硬化過程（粒子状物質の存在下におけるポリウレタンの発泡・硬化過程）において、粒子状物質の表面を完全に被覆することなくスポンジ状に発泡し、この結果、形成されるポリウレタンフォームは、隣接する複数の粒子状物質を、これらの間の空隙（通水路・通気路）を確保した状態で、確実に結着させることができる。
第１のポリオール成分の平均官能基数は１〜４とされ、好ましくは２〜４、更に好ましくは２〜３とされる。
第１のポリオール成分の分子量は２，０００〜６，０００とされ、好ましくは３，０００〜６，０００、更に好ましくは３，０００〜４，０００とされる。
第１のポリオール成分の水酸基価は１６〜１２０ｍｇＫＯＨ／ｇであることが好ましく、更に好ましくは２０〜７０ｍｇＫＯＨ／ｇとされる。
第１のポリオール成分の分子量は２，０００〜６，０００とされ、好ましくは３，０００〜６，０００、更に好ましくは３，０００〜４，０００とされる。
第１のポリオール成分の水酸基価は１６〜１２０ｍｇＫＯＨ／ｇであることが好ましく、更に好ましくは２０〜７０ｍｇＫＯＨ／ｇとされる。
第１のポリオール成分としては、多価アルコールを開始剤とするアルキレンオキサイド（エチレンオキサイド、プロピレンオキサイドまたはブチレンオキサイド）付加物であることが好ましく、これらは単独でまたは２種以上を組み合わせて使用することができる。中でも、多価アルコールを開始剤とするエチレンオキサイド及び／又はプロピレンオキサイド付加物、とりわけ、プロピレンオキサイド付加物（ポリオキシプロピレンポリオール）であることが好ましい。
第１のポリオール成分の具体例としては、ＧＰ−３０００（ＯＨＶ＝５６．１）、ＰＰ−４０００（ＯＨＶ＝２８．０５）（以上、三洋化成工業（株）製）、ＥＬ−３０３０（ＯＨＶ＝５６．１）、ＥＬ−４０３０（ＯＨＶ＝４２．０）、ＥＬ−５０３０（ＯＨＶ＝３３．０）（以上、旭硝子（株）製）などを挙げることができる。
＜第２のポリオール成分＞
本発明の組成物を構成する第２のポリオール成分は、平均官能基数が２〜８、平均分子量が２５０〜８００であるポリオキシアルキレンポリオールからなり、かかるポリオキシアルキレンポリオールは、通常のポリウレタン硬質フォームの形成に広く使用されているポリオールである。
第２のポリオール成分が含有されていることにより、ウレタン樹脂骨格の強度を保持することができる。また、第１のポリオール成分による効果を十分に発揮させることができる。
本発明の組成物を構成する第２のポリオール成分は、平均官能基数が２〜８、平均分子量が２５０〜８００であるポリオキシアルキレンポリオールからなり、かかるポリオキシアルキレンポリオールは、通常のポリウレタン硬質フォームの形成に広く使用されているポリオールである。
第２のポリオール成分が含有されていることにより、ウレタン樹脂骨格の強度を保持することができる。また、第１のポリオール成分による効果を十分に発揮させることができる。
第２のポリオール成分の平均官能基数は２〜８とされ、好ましくは３〜８、更に好ましくは４〜８とされる。
第２のポリオール成分の分子量は２５０〜８００とされ、好ましくは５００〜８００、更に好ましくは５００〜６００とされる。
第２のポリオール成分の水酸基価は２００〜９００ｍｇＫＯＨ／ｇであることが好ましく、更に好ましくは３５０〜９００ｍｇＫＯＨ／ｇとされる。
第２のポリオール成分の分子量は２５０〜８００とされ、好ましくは５００〜８００、更に好ましくは５００〜６００とされる。
第２のポリオール成分の水酸基価は２００〜９００ｍｇＫＯＨ／ｇであることが好ましく、更に好ましくは３５０〜９００ｍｇＫＯＨ／ｇとされる。
第２のポリオール成分としては、平均官能基数が４〜８の化合物を開始剤とするアルキレンオキサイド（エチレンオキサイド、プロピレンオキサイドまたはブチレンオキサイド）付加物であることが好ましく、これらは単独でまたは２種以上を組み合わせて使用することができる。中でも、平均官能基数が４〜８の化合物を開始剤とするエチレンオキサイド及び／又はプロピレンオキサイド付加物、とりわけ、プロピレンオキサイド付加物（ポリオキシプロピレンポリオール）であることが好ましい。
第２のポリオール成分を得るための開始剤としては、ペンタエリスリトール、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、メタフェニレンジアミン、トリレンジアミン、キシリレンジアミン、ジフェニルメタンジアミン、テトラメチロールシクロヘキサン、メチルグルコシド、２，２，６，６−テトラキス（ヒドロキシルメチル）シクロヘキサノール、ソルビトール（グルシトール）、マンニトール、ズルシトール（ガラクチトール）、スークロースなどを例示すことができる。
＜第３のポリオール成分＞
本発明の組成物を構成する第３のポリオール成分は、平均分子量が５０〜２１０である低分子量のジオールからなる。
第３のポリオール成分が含有されていることにより、第１のポリオール成分と、第２のポリオール成分との相溶性（ポリオール成分、延いては組成物としての均一性）を向上させることができ、この結果、形成されるポリウレタンフォームは、均一な樹脂骨格を有し、且つ、得られる人工土壌において、強度や透水性にむらを生じさせない。また、原液としての貯蔵安定性も良好となる。さらに、第１のポリオールによってもたらされる良好な透水性を十分に発揮させることができる。
本発明の組成物を構成する第３のポリオール成分は、平均分子量が５０〜２１０である低分子量のジオールからなる。
第３のポリオール成分が含有されていることにより、第１のポリオール成分と、第２のポリオール成分との相溶性（ポリオール成分、延いては組成物としての均一性）を向上させることができ、この結果、形成されるポリウレタンフォームは、均一な樹脂骨格を有し、且つ、得られる人工土壌において、強度や透水性にむらを生じさせない。また、原液としての貯蔵安定性も良好となる。さらに、第１のポリオールによってもたらされる良好な透水性を十分に発揮させることができる。
第３のポリオール成分の分子量は５０〜２１０とされ、好ましくは５０〜２００、更に好ましくは１００〜２００とされる。
第３のポリオール成分の水酸基価は２６０〜２２５０ｍｇＫＯＨ／ｇであることが好ましく、更に好ましくは５００〜１５００ｍｇＫＯＨ／ｇとされる。
第３のポリオール成分の水酸基価は２６０〜２２５０ｍｇＫＯＨ／ｇであることが好ましく、更に好ましくは５００〜１５００ｍｇＫＯＨ／ｇとされる。
第３のポリオール成分の具体例としては、ジプロピレングリコール（分子量＝１３４．１７・水酸基価＝８３６）、エチレングリコール（分子量＝６２．０７・水酸基価＝１８０８）、ＰＰ−２００（水酸基価＝５６１）（三洋化成工業（株）製）などを挙げることができる。
＜各ポリオール成分の質量比＞
本発明の組成物において、第１のポリオール成分と、第２のポリオール成分と、第３のポリオール成分との質量比〔（Ｂ−１）：（Ｂ−２）：（Ｂ−３）〕は、２０〜６５：１５〜７０：５〜２０であることが必要とされ、好ましくは３０〜６０：３０〜６０：１０〜２０、更に好ましくは３０〜４０：４０〜６０：１０〜２０とされる。
本発明の組成物において、第１のポリオール成分と、第２のポリオール成分と、第３のポリオール成分との質量比〔（Ｂ−１）：（Ｂ−２）：（Ｂ−３）〕は、２０〜６５：１５〜７０：５〜２０であることが必要とされ、好ましくは３０〜６０：３０〜６０：１０〜２０、更に好ましくは３０〜４０：４０〜６０：１０〜２０とされる。
ポリオール成分全体に対して、第１のポリオール成分の割合が２０質量％未満である場合、または第２のポリオール成分の割合が７０質量％を超える場合には、樹脂骨格としては硬くなる反面、粒子状物質と接触した場合、空間が開きにくくなり（空隙を確保しにくくなり）、人工土壌に要求される良好な保水性を有するものとならない。また、粒子状物質の結着性が劣り、最終的に得られる人工土壌自体が脆いものとなってしまう（後述する比較例３〜４参照）。
一方、ポリオール成分全体に対して、第１のポリオール成分の割合が６５質量％を超える場合、または第２のポリオール成分の割合が１５質量％未満である場合には、粒子状物質との親和性が高まり、得られる人工土壌が樹脂化し易くなって、粒子状物質の結着性が向上するものの、粒子状物質表面への皮膜効果も同時に高くなるため、結果として透水性および植栽性に劣るものとなる（後述する比較例１〜２参照）。
ポリオール成分全体に対する第３のポリオール成分の割合が５質量％未満である場合には、ポリオール成分の均一性、延いては組成物の均一性が損なわれる。この結果、最終的に得られる人工土壌が不均一に脆くなったり（強度のムラ）、平坦性が失われたりする。また、当該人工土壌は透水性についても不均一性（透水性のムラ）を生じ、結果的に透水性が悪化する（後述する比較例５参照）。
一方、第３のポリオール成分の割合が２０質量％を超える場合には、第１のポリオールと第２のポリオールにより各々得られる効果（本発明の効果）を発揮させることができない。また、樹脂としても脆くなる。この結果、最終的に得られる人工土壌が透水性に劣るものとなり、強度としても曲げ強度が低くなる。
＜ＮＣＯインデックス＞
本発明の組成物におけるＮＣＯインデックスとしては、８０〜１５０であることが好ましく、更に好ましくは８０〜１４０とされる。
ＮＣＯインデックスが過小である場合には、最終的に得られる人工土壌が柔らかくなる反面、粒子状物質の表面への皮膜性が高くなり過ぎて、透水性の低下を招く。一方、ＮＣＯインデックスが過大である場合には、最終的に得られる人工土壌が脆くなり、また、表面が硬くなってしまう。さらに、軽量化を図ることができない。
本発明の組成物におけるＮＣＯインデックスとしては、８０〜１５０であることが好ましく、更に好ましくは８０〜１４０とされる。
ＮＣＯインデックスが過小である場合には、最終的に得られる人工土壌が柔らかくなる反面、粒子状物質の表面への皮膜性が高くなり過ぎて、透水性の低下を招く。一方、ＮＣＯインデックスが過大である場合には、最終的に得られる人工土壌が脆くなり、また、表面が硬くなってしまう。さらに、軽量化を図ることができない。
＜水からなる発泡剤＞
本発明においては、前記ポリイソシアネート成分と、前記ポリオール成分（第１のポリオール成分・第２のポリオール成分・第３のポリオール成分）とを水を発泡剤として用いて反応させる。
発泡剤として使用する水の量としては、ポリオール成分１００質量部に対して３〜１０質量部であることが好ましく、更に好ましくは４〜８質量部とされる。
本発明においては、前記ポリイソシアネート成分と、前記ポリオール成分（第１のポリオール成分・第２のポリオール成分・第３のポリオール成分）とを水を発泡剤として用いて反応させる。
発泡剤として使用する水の量としては、ポリオール成分１００質量部に対して３〜１０質量部であることが好ましく、更に好ましくは４〜８質量部とされる。
＜シリコーン系の整泡剤＞
本発明の組成物を構成するシリコーン系の整泡剤としては、例えば、「Ｌ−５４２０」、「Ｌ−５３４０」、「ＳＺ−１６４２」、「ＳＺ−１６４９」（以上、日本ユニカー（株）製）、「ＳＦ−２９３６Ｆ」、「ＳＦ−２９３７Ｆ」、「ＳＦ−２９３８Ｆ」（以上、東レダウシリコーン（株）製）、「Ｂ−８４４４」、「Ｂ−８４６５」、「Ｂ−８８７０」、（以上、ゴールドシュミット社製）などを挙げることができる。
シリコーン系の整泡剤の含有量としては、ポリオール成分１００質量部に対して０．５〜４質量部であることが好ましく、更に好ましくは１〜３質量部とされる。
本発明の組成物を構成するシリコーン系の整泡剤は、その末端に水酸基を有するものであることが好ましく、これにより、最終的に得られる人工土壌において、整泡剤に由来の物質の水への溶出を回避することができる。
本発明の組成物を構成するシリコーン系の整泡剤としては、例えば、「Ｌ−５４２０」、「Ｌ−５３４０」、「ＳＺ−１６４２」、「ＳＺ−１６４９」（以上、日本ユニカー（株）製）、「ＳＦ−２９３６Ｆ」、「ＳＦ−２９３７Ｆ」、「ＳＦ−２９３８Ｆ」（以上、東レダウシリコーン（株）製）、「Ｂ−８４４４」、「Ｂ−８４６５」、「Ｂ−８８７０」、（以上、ゴールドシュミット社製）などを挙げることができる。
シリコーン系の整泡剤の含有量としては、ポリオール成分１００質量部に対して０．５〜４質量部であることが好ましく、更に好ましくは１〜３質量部とされる。
本発明の組成物を構成するシリコーン系の整泡剤は、その末端に水酸基を有するものであることが好ましく、これにより、最終的に得られる人工土壌において、整泡剤に由来の物質の水への溶出を回避することができる。
＜ウレタン化触媒＞
本発明の組成物を構成するウレタン化触媒としては、トリエチレンジアミン（ＴＥＤＡ）、テトラメチルヘキサメチレンジアミン（ＴＭＨＭＤＡ）、ペンタメチルジエチレントリアミン（ＰＭＤＥＴＡ）、ジメチルシクロヘキシルアミン（ＤＭＣＨＡ）、ビスジメチルアミノエチルエーテル（ＢＤＭＡＥＡ）、Ｎ−メチルイミダゾール、トリメチルアミノエチルピペラジン、トリプロピルアミン、トリエチルアミン、Ｎ−メチルモルホリン、ジブチルチンジアセテート、ジブチルチンジラウレートなどのスズ化合物、アセチルアセトン金属塩などの金属錯化合物、反応型アミン触媒〔例えば、ジメチルエタノールアミン（ＤＭＥＡ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’−トリメチルアミノエチルエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエトキシエタノール〕などを挙げることができる。
ウレタン化触媒の含有量としては、ポリオール成分１００質量部に対して０．１〜５質量部であることが好ましく、更に好ましくは０．５〜３質量部とされる。
本発明の組成物を構成するウレタン化触媒は、その末端に水酸基を有するものであることが好ましく、これにより、最終的に得られる人工土壌において、ウレタン化触媒に由来の物質の水への溶出を回避することができる。
本発明の組成物を構成するウレタン化触媒としては、トリエチレンジアミン（ＴＥＤＡ）、テトラメチルヘキサメチレンジアミン（ＴＭＨＭＤＡ）、ペンタメチルジエチレントリアミン（ＰＭＤＥＴＡ）、ジメチルシクロヘキシルアミン（ＤＭＣＨＡ）、ビスジメチルアミノエチルエーテル（ＢＤＭＡＥＡ）、Ｎ−メチルイミダゾール、トリメチルアミノエチルピペラジン、トリプロピルアミン、トリエチルアミン、Ｎ−メチルモルホリン、ジブチルチンジアセテート、ジブチルチンジラウレートなどのスズ化合物、アセチルアセトン金属塩などの金属錯化合物、反応型アミン触媒〔例えば、ジメチルエタノールアミン（ＤＭＥＡ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’−トリメチルアミノエチルエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエトキシエタノール〕などを挙げることができる。
ウレタン化触媒の含有量としては、ポリオール成分１００質量部に対して０．１〜５質量部であることが好ましく、更に好ましくは０．５〜３質量部とされる。
本発明の組成物を構成するウレタン化触媒は、その末端に水酸基を有するものであることが好ましく、これにより、最終的に得られる人工土壌において、ウレタン化触媒に由来の物質の水への溶出を回避することができる。
＜粒子状物質＞
本発明の組成物を構成する粒子状物質としては、多孔質発泡体と、改質材とからなることが好ましい。
粒子状物質として使用する「多孔質ガラス発泡体」は、廃ガラスを粉砕して生成したもので、空きビンなどの廃ガラスを粉砕して微粒子とし、添加剤を加えて混合した後、焼成炉でガラスの軟化点以上に加熱、冷却することにより微細な気泡を有する多孔質構造を持たせたもので、略２〜７０ｍｍの大きさの不定形塊状の物質である。
本発明の組成物を構成する粒子状物質としては、多孔質発泡体と、改質材とからなることが好ましい。
粒子状物質として使用する「多孔質ガラス発泡体」は、廃ガラスを粉砕して生成したもので、空きビンなどの廃ガラスを粉砕して微粒子とし、添加剤を加えて混合した後、焼成炉でガラスの軟化点以上に加熱、冷却することにより微細な気泡を有する多孔質構造を持たせたもので、略２〜７０ｍｍの大きさの不定形塊状の物質である。
粒子状物質として、多孔質ガラス発泡体とともに使用する「改良材」は、動植物系有機質土壌、親水性無機質土壌改良材および天然土壌から選ばれた少なくとも１種である。
「動植物系有機質土壌」には、ピートモス、ココピート、植物および藻類の発酵肥料、微生物肥料、腐植酸肥料、おが屑堆肥、バーク堆肥、コーヒー豆粕、家畜糞尿堆肥などを使用することができ、特に、カブトムシやミミズなどの土壌小動物の排泄物からなる耐水性団粒はその中に微細な気泡を含有しているため、通気性、耐水性、保水性が良好で非常に適している。これらの動植物系有機質土壌は、植物の新陳代謝を促進したり、養分の吸収率を向上させたりする効果を有する。
「親水性無機質土壌改良剤」としては、カリウム、カルシウム、マグネシウム、ナトリウム、ケイ素、リン、ホウ素、硫黄、マンガン、鉄、亜鉛、ゲルマニウムなどを複合した化学肥料、若しくは、ゼオライト、モンモリナイト、リン酸カルシウム、パーライト、バーミキュライトなどを使用することができる。
「天然土壌」としては、例えば肥沃土、黒土、赤土、珪藻土、客土類などの天然土から選択して使用することができる。
「動植物系有機質土壌」には、ピートモス、ココピート、植物および藻類の発酵肥料、微生物肥料、腐植酸肥料、おが屑堆肥、バーク堆肥、コーヒー豆粕、家畜糞尿堆肥などを使用することができ、特に、カブトムシやミミズなどの土壌小動物の排泄物からなる耐水性団粒はその中に微細な気泡を含有しているため、通気性、耐水性、保水性が良好で非常に適している。これらの動植物系有機質土壌は、植物の新陳代謝を促進したり、養分の吸収率を向上させたりする効果を有する。
「親水性無機質土壌改良剤」としては、カリウム、カルシウム、マグネシウム、ナトリウム、ケイ素、リン、ホウ素、硫黄、マンガン、鉄、亜鉛、ゲルマニウムなどを複合した化学肥料、若しくは、ゼオライト、モンモリナイト、リン酸カルシウム、パーライト、バーミキュライトなどを使用することができる。
「天然土壌」としては、例えば肥沃土、黒土、赤土、珪藻土、客土類などの天然土から選択して使用することができる。
粒子状物質として、多孔質ガラス発泡体と、改良材とを併用する場合において、多孔質ガラス発泡体と；改良材と；フォーム形成成分（ポリイソシアネート成分・第１のポリオール成分・第２のポリオール成分・第３のポリオール成分・水からなる発泡剤・シリコーン系の整泡剤・ウレタン化触媒）の含有割合（質量比）としては、２０〜６０：２０〜４０：２０〜４０であることが好ましい。
＜好適な含有割合＞
本発明の組成物において、第１のポリオール成分、第２のポリオール成分、第３のポリオール成分、水からなる発泡剤、シリコーン系の整泡剤及びウレタン化触媒からなるポリオール混合物（ＯＨプレミックス）に対する、ポリイソシアネート成分の割合（質量比）が１．０〜２．０であること、すなわち、上記の式（ｉ）で示される条件を具備することが好ましい。これにより、保水性、透水性（通気性）、粒子状物質の結着性などの性能をバランスよく満足し、かつ、高強度で軽量の人工土壌を確実に形成することができる。
本発明の組成物において、第１のポリオール成分、第２のポリオール成分、第３のポリオール成分、水からなる発泡剤、シリコーン系の整泡剤及びウレタン化触媒からなるポリオール混合物（ＯＨプレミックス）に対する、ポリイソシアネート成分の割合（質量比）が１．０〜２．０であること、すなわち、上記の式（ｉ）で示される条件を具備することが好ましい。これにより、保水性、透水性（通気性）、粒子状物質の結着性などの性能をバランスよく満足し、かつ、高強度で軽量の人工土壌を確実に形成することができる。
ポリオール混合物（ＯＨプレミックス）に対するポリイソシアネート成分の割合が過小である場合には、最終的に得られる人工土壌が柔らかくなる反面、粒子状物質の表面への皮膜性が高くなり過ぎて、透水性の低下を招く傾向があり、この割合が過大である場合には、最終的に得られる人工土壌が脆くなり、また、表面が硬くなる傾向がある。さらに、十分な軽量化を図ることができない。
＜人工土壌＞
本発明の人工土壌は、本発明の組成物により形成される。
ここに、人工土壌を形成する方法の一例を示せば、先ず、粒子状物質を構成する多孔質ガラス発泡体と改質材とを混合し、この混合物に対して略２０〜５０体積％に相当する量の水を添加してさらに攪拌して予備混合物を得る。
一方、第１のポリオール成分、第２のポリオール成分、第３のポリオール成分、水からなる発泡剤、シリコーン系の整泡剤およびウレタン化触媒からなるポリオール混合物（ＯＨプレミックス）と、ポリイソシアネート成分とを、スプレー機またはメカニカルミキサーなどを用いて混合してフォーム形成成分を調製し、このフォーム形成成分を、前記予備混合物に添加し攪拌することにより、本発明の組成物を調製し、これを、型枠などに充填してシート状に成形する。
ここに、ポリオール混合物にポリイソシアネート成分を添加混合してから、本発明の組成物を型枠などに充填するまでの時間は、当該組成物のゲルタイム（例えば６０〜３００秒間）より短い時間であることが必要であり、当該組成物のクリームタイム（例えば６０〜１２０秒間）より短い時間であることが好ましい。
型枠に充填された本発明の組成物は発泡・硬化し、ポリウレタンフォームにより粒子状物質が結着されてなる人工土壌が形成される。
発泡・硬化過程における発泡倍率（厚み方向）としては、１５０〜３００％であることが好ましい。
本発明の人工土壌の比重は０．１〜０．５であることが好ましく、更に好ましくは０．２〜０．４とされる。
本発明の人工土壌は、本発明の組成物により形成される。
ここに、人工土壌を形成する方法の一例を示せば、先ず、粒子状物質を構成する多孔質ガラス発泡体と改質材とを混合し、この混合物に対して略２０〜５０体積％に相当する量の水を添加してさらに攪拌して予備混合物を得る。
一方、第１のポリオール成分、第２のポリオール成分、第３のポリオール成分、水からなる発泡剤、シリコーン系の整泡剤およびウレタン化触媒からなるポリオール混合物（ＯＨプレミックス）と、ポリイソシアネート成分とを、スプレー機またはメカニカルミキサーなどを用いて混合してフォーム形成成分を調製し、このフォーム形成成分を、前記予備混合物に添加し攪拌することにより、本発明の組成物を調製し、これを、型枠などに充填してシート状に成形する。
ここに、ポリオール混合物にポリイソシアネート成分を添加混合してから、本発明の組成物を型枠などに充填するまでの時間は、当該組成物のゲルタイム（例えば６０〜３００秒間）より短い時間であることが必要であり、当該組成物のクリームタイム（例えば６０〜１２０秒間）より短い時間であることが好ましい。
型枠に充填された本発明の組成物は発泡・硬化し、ポリウレタンフォームにより粒子状物質が結着されてなる人工土壌が形成される。
発泡・硬化過程における発泡倍率（厚み方向）としては、１５０〜３００％であることが好ましい。
本発明の人工土壌の比重は０．１〜０．５であることが好ましく、更に好ましくは０．２〜０．４とされる。
＜実施例１〜３および比較例１〜５＞
下記表１に示す処方に従って、多孔質ガラス発泡体と培養土（改質材）とを混合後、水（粒子状物質への添加用）を添加してさらに攪拌して予備混合物を得た。
一方、「ＯＨ−１」（第１のポリオール成分）と、「ＯＨ−２」（第２のポリオール成分）と、「ＯＨ−３」（第３のポリオール成分）と、水（発泡剤）と、シリコーン系の整泡剤と、ウレタン化触媒とからなるポリオール混合物（ＯＨプレミックス）に、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートを主体とするポリイソシアネート成分である「ＮＣＯ−１」を添加し、攪拌機を用いて混合してフォーム形成成分を調製した。
このフォーム形成成分を、前記予備混合物に添加し攪拌することにより、人工土壌形成用組成物（本発明の組成物および比較用の組成物）を調製し、これを型枠（１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍ）に充填し（充填厚さ約１５ｍｍ）、型枠内において発泡・硬化させて、シート状の人工土壌を得た。
ここに、本発明の組成物を型枠に充填する操作は、ポリオール混合物にポリイソシアネート成分を添加混合してから６０秒以内に行った。
下記表１に示す処方に従って、多孔質ガラス発泡体と培養土（改質材）とを混合後、水（粒子状物質への添加用）を添加してさらに攪拌して予備混合物を得た。
一方、「ＯＨ−１」（第１のポリオール成分）と、「ＯＨ−２」（第２のポリオール成分）と、「ＯＨ−３」（第３のポリオール成分）と、水（発泡剤）と、シリコーン系の整泡剤と、ウレタン化触媒とからなるポリオール混合物（ＯＨプレミックス）に、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートを主体とするポリイソシアネート成分である「ＮＣＯ−１」を添加し、攪拌機を用いて混合してフォーム形成成分を調製した。
このフォーム形成成分を、前記予備混合物に添加し攪拌することにより、人工土壌形成用組成物（本発明の組成物および比較用の組成物）を調製し、これを型枠（１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍ）に充填し（充填厚さ約１５ｍｍ）、型枠内において発泡・硬化させて、シート状の人工土壌を得た。
ここに、本発明の組成物を型枠に充填する操作は、ポリオール混合物にポリイソシアネート成分を添加混合してから６０秒以内に行った。
上記のようにして得られたシート状の人工土壌の各々について、発泡倍率、比重および曲げ強度を測定するとともに、透水性、保水性、植栽性（表面における樹脂化・空隙の充填状態）、結着性を評価した。評価方法は下記のとおりある。結果を併せて表１に示す。
〔評価方法〕
（１）透水性：
シート状（１００ｍｍ×１００ｍｍ）の人工土壌の表面に対して、２０ｃｃ／ｓｅｃの流量で水を供給したときの状態を観察し、供給した水が溜まることなく完全に表面から吸収され、直ちに裏面から排出された場合を「○」、供給した水の一部または殆どが表面から吸収されなかった場合を「×」と評価した。
（１）透水性：
シート状（１００ｍｍ×１００ｍｍ）の人工土壌の表面に対して、２０ｃｃ／ｓｅｃの流量で水を供給したときの状態を観察し、供給した水が溜まることなく完全に表面から吸収され、直ちに裏面から排出された場合を「○」、供給した水の一部または殆どが表面から吸収されなかった場合を「×」と評価した。
（２）保水性：
シート状（１００ｍｍ×１００ｍｍ）の人工土壌の重量（ｗ0 ）を精秤した。この人工土壌を６時間にわたり水中に浸漬した後、水中から取出して金網の上に載置し、温度２５℃、相対湿度５０％の雰囲気下に２４時間放置した後、この人工土壌の重量（ｗ）を精秤した。浸漬前後で精秤した重量（ｗ0 ，ｗ）を、式：〔（ｗ−ｗ0 ）／ｗ0 〕×１００に代入して求められる保水率が２５％以上である場合を「○」、２５％未満である場合を「×」と評価した。
シート状（１００ｍｍ×１００ｍｍ）の人工土壌の重量（ｗ0 ）を精秤した。この人工土壌を６時間にわたり水中に浸漬した後、水中から取出して金網の上に載置し、温度２５℃、相対湿度５０％の雰囲気下に２４時間放置した後、この人工土壌の重量（ｗ）を精秤した。浸漬前後で精秤した重量（ｗ0 ，ｗ）を、式：〔（ｗ−ｗ0 ）／ｗ0 〕×１００に代入して求められる保水率が２５％以上である場合を「○」、２５％未満である場合を「×」と評価した。
（３）植栽性：
シート状の人工土壌の表面および裏面を目視により観察し、隣接する粒子状物質（多孔質ガラス発泡体・改質材）間における空隙（通水路・通気路）が確実に確保されている場合を「○」、隣接する粒子状物質間における空隙にフォームが充填され、当該フォームを海、粒子状物質を島とする海島構造となっている場合を「×」と評価した。
シート状の人工土壌の表面および裏面を目視により観察し、隣接する粒子状物質（多孔質ガラス発泡体・改質材）間における空隙（通水路・通気路）が確実に確保されている場合を「○」、隣接する粒子状物質間における空隙にフォームが充填され、当該フォームを海、粒子状物質を島とする海島構造となっている場合を「×」と評価した。
（４）結着性：
シート状の人工土壌の表面を指により擦過したときに、粒子状物質が強固に結着されて脱落することがない場合を「○」、粒子状物質の結着力が弱く粒子状物質が脱落した場合を「×」と評価した。
シート状の人工土壌の表面を指により擦過したときに、粒子状物質が強固に結着されて脱落することがない場合を「○」、粒子状物質の結着力が弱く粒子状物質が脱落した場合を「×」と評価した。
＊１：「ミリオネート ＭＲ−２００」（日本ポリウレタン工業（株）製）
＊２：「サンニックス ＧＰ−３０００」（三洋化成工業（株）製）
＊３：「エクセノール ５００ＥＤ」（エチレンジアミンのプロピレンオキサイド付加物、平均分子量＝５００、旭硝子（株）製）
＊４：ジプロピレングリコール
＊５：シリコーン系の整泡剤「Ｌ−５４２０」（日本ユニカー（株）製）
＊６：ウレタン化触媒「ＴＯＹＯＣＡＴ ＲＸ−２０」（東ソー（株）製）
＊７：「ＮＥＷプリセラム（カルバイト）」（日本フネン（株）製）
＊８：「コンテナガーデン培養土」（大宮グリーンサービス製）
＊９：（Ａ）／〔（Ｂ−１）＋（Ｂ−２）＋（Ｂ−３）＋（Ｃ）＋（Ｄ）＋（Ｅ）〕
＊２：「サンニックス ＧＰ−３０００」（三洋化成工業（株）製）
＊３：「エクセノール ５００ＥＤ」（エチレンジアミンのプロピレンオキサイド付加物、平均分子量＝５００、旭硝子（株）製）
＊４：ジプロピレングリコール
＊５：シリコーン系の整泡剤「Ｌ−５４２０」（日本ユニカー（株）製）
＊６：ウレタン化触媒「ＴＯＹＯＣＡＴ ＲＸ−２０」（東ソー（株）製）
＊７：「ＮＥＷプリセラム（カルバイト）」（日本フネン（株）製）
＊８：「コンテナガーデン培養土」（大宮グリーンサービス製）
＊９：（Ａ）／〔（Ｂ−１）＋（Ｂ−２）＋（Ｂ−３）＋（Ｃ）＋（Ｄ）＋（Ｅ）〕
＜実施例４＞
第１のポリオール成分として、「ＰＰ−４０００」（三洋化成工業（株）製）１５質量部および「ＥＬ−３０３０」（旭硝子（株）製）１５質量部を使用し、第２のポリオール成分として、トリレンジアミンとペンタエリスリトールとスークロースとを開始剤とするアルキレンオキサイド（エチレンオキサイド／プロピレンオキサイド≒１０／９０）付加物からなる分子量約５００のポリオール３５質量部と、「ＧＰ−６００」（三洋化成工業（株）製）２５質量部を使用し、第３のポリオール成分として、ジプロピレングリコール１０質量部使用したこと以外は実施例１と同様にして、本発明の組成物を調製し、シート状の人工土壌（本発明の人工土壌）を得た。
このようにして得られた本発明の人工土壌の発泡倍率（厚み方向）は２００％、比重は０．３、曲げ強度は０．７ＭＰａであり、透水性、保水性、植栽性および結着性の評価はすべて「○」（良好）であった。
第１のポリオール成分として、「ＰＰ−４０００」（三洋化成工業（株）製）１５質量部および「ＥＬ−３０３０」（旭硝子（株）製）１５質量部を使用し、第２のポリオール成分として、トリレンジアミンとペンタエリスリトールとスークロースとを開始剤とするアルキレンオキサイド（エチレンオキサイド／プロピレンオキサイド≒１０／９０）付加物からなる分子量約５００のポリオール３５質量部と、「ＧＰ−６００」（三洋化成工業（株）製）２５質量部を使用し、第３のポリオール成分として、ジプロピレングリコール１０質量部使用したこと以外は実施例１と同様にして、本発明の組成物を調製し、シート状の人工土壌（本発明の人工土壌）を得た。
このようにして得られた本発明の人工土壌の発泡倍率（厚み方向）は２００％、比重は０．３、曲げ強度は０．７ＭＰａであり、透水性、保水性、植栽性および結着性の評価はすべて「○」（良好）であった。
本発明に係る人工土壌は、ビルや家屋などの建築物の屋上やベランダ、壁面などに植物を植栽する緑化システムに好適に利用される。
Claims (4)
- ポリウレタンフォームにより粒子状物質が結着されてなる植栽用の人工土壌を形成するための組成物であって、
（Ａ）ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートを主体とするポリイソシアネート成分；
（Ｂ−１）平均官能基数が１〜４、平均分子量が２，０００〜６，０００であるポリオキシアルキレンポリオールからなる第１のポリオール成分；
（Ｂ−２）平均官能基数が２〜８、平均分子量が２５０〜８００であるポリオキシアルキレンポリオールからなる第２のポリオール成分；
（Ｂ−３）平均分子量が５０〜２１０のジオールからなる第３のポリオール成分；
（Ｃ）水からなる発泡剤；
（Ｄ）シリコーン系の整泡剤；
（Ｅ）ウレタン化触媒；および
（Ｆ）粒子状物質
を含有し、
第１のポリオール成分と、第２のポリオール成分と、第３のポリオール成分との質量比〔（Ｂ−１）：（Ｂ−２）：（Ｂ−３）〕が、２０〜６５：１５〜７０：５〜２０である人工土壌形成用組成物。 - 前記（Ａ）成分、（Ｂ−１）乃至（Ｂ−３）成分、（Ｃ）成分、（Ｄ）成分および（Ｅ）成分の含有量（質量）が、下記の式（ｉ）で示される条件を具備する請求項１に記載の人工土壌形成用組成物。
式（ｉ）：（Ａ）／〔（Ｂ−１）＋（Ｂ−２）＋（Ｂ−３）＋（Ｃ）＋（Ｄ）＋（Ｅ）〕＝１．０〜２．０ - 前記粒子状物質が、多孔質発泡体と、動植物系有機質土壌、親水性無機質土壌改良材、および天然土壌から選ばれた少なくとも１種の改質材とからなる請求項１または請求項２に記載の人工土壌形成用組成物。
- 請求項１乃至請求項３の何れかに記載の組成物により形成される人工土壌。
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