JP4456073B2 - 植物栽培基体およびその製造方法 - Google Patents
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Description
また、保水性充填材とウレタンプレポリマーとを予め混合しておいて、その混合物に少量の水を加えて反応、硬化させて製造する方法も知られている(例えば、特許文献3参照)。
すなわち、植物栽培基体には、取り扱いやすさの観点から保形性が要求され、また、植物の根腐されを防止して良好な育成を達成するために適度な吸水性と、さらに適度に空気の保持をするために適度な柔軟性(復元性)も必要とされる。さらに、植物の根が十分に伸長するのに適した硬さも必要である。従来の製造方法では、これら全ての要求を満たす植物栽培基体を製造することは困難であった。
例えば、上記特許文献1〜3に記載の方法では、保水性充填材に対するウレタンプレポリマーの量に上限があるため、得られる栽培基体の保水性充填材の割合が、90〜99重量%(特許文献1)、70〜99重量%(特許文献2)、50〜85重量%(特許文献3)等と、多くなっている。
上記特許文献の一つには、ウレタンプレポリマーの含有量に上限値が設定されている理由として、植物栽培基体自体が硬くなりすぎることが挙げてあり、それによって「植物の根の伸長抵抗が大きくなり生育に悪影響をおよぼす」と記載されている。他方、逆にウレタンプレポリマーが少なすぎると、植物栽培基体に必要な保形性を維持することができず、手で持ったときにボロボロと充填材が落ちたり、崩れてしまうという問題があり、この点にも改良の余地が残されていた。
そして、その新知見に基づいて種々の実験をさらに重ねたところ、例えば、植物栽培基体に必要な保形性を維持するために、保水性充填材に対するウレタンプレポリマーの量を従来の方法に比べて極端に多くしても、適当量のポリオールを入れておけば、硬くなり過ぎて根の伸長が阻害されることもなく、また、吸水性も復元性も確保することができ、その結果、吸水性、保形性、柔軟性(復元性)、および、植物の根の伸長に適した硬さを兼ね備えた植物栽培基体を得ることができるに至ったのである。
そして、次の第2工程において、第1懸濁液にウレタンプレポリマーとポリオールを添加し、攪拌混合して第2懸濁液を作製し、その後、その第2懸濁液を反応、硬化させるので、保水性充填材の周りにある水が硬化に寄与し、その結果、植物栽培基体の組織が均一化されて、植物の栽培に必要な吸水性や保形性、さらには、柔軟性(復元性)、硬さを全体にわたってほぼ均一に備えた植物栽培基体を製造することができる。
て適宜の割合で混合して用いることによって、栽培対象となる植物に必要な吸水性を維持しながら、且つ、製造費のコストダウンをも図ることができる。
この植物栽培基体は、例えば、植栽容器を水に浮揚させながら植栽する植栽装置に使用することができ、その浮揚式植栽装置は、図1および図2に示すように、植物栽培基体1を収容する植栽容器2、植栽用の水Wを貯留する貯水容器3、ならびに、植栽容器2の浮揚姿勢を維持する植栽具4などを備え、植物栽培基体1に植えた植物Pを育成するように構成されている。
植栽具4は、植物Pが成長して重心が上方へ移動しても、図1、2に示された植栽容器2の姿勢を維持するためのもの、言い換えれば、植物Pの転倒を防止するためのものである。植栽具4の上端縁からは、合計4つの姿勢維持用の係止部4aが、外向き上方へ向かって斜めに突設されている。植栽具4を貯水容器3の中に収納するように載置すると、これらの係止部4aが貯水容器3の開口縁に係止され、これによって、植栽具4はその上縁部がほぼ水平になるように位置保持され、同時に、植栽具4の底面と貯水容器3の底面との間に水Wを受け入れる空間が形成される。そして、植栽具4の周部と底部には、水Wの通流を許容する通水孔4bが設けられている。また、係止部4aのひとつには、植物Pの品種名などを表示する表示具6が、チェン5を介して取り付けられている。
そして、植栽具4が水Wに浮揚する植栽容器2の姿勢を正しく維持しているので、植物Pが成長して重心が上方または側方へ移動しても、植栽容器2の浮揚姿勢は安定よく維持されて、植物Pの転倒が防止されるのである。
本発明の植物栽培基体は、保水性充填材、水、および、ウレタンプレポリマーと、ポリオールを少なくとも反応させてなり、乾燥状態の保水性充填材の割合が15〜60重量%である植物栽培基体である。
尚、上記の保水性充填材の割合は、添加する水の重量を分母に含まない次式(式中の添加量はいずれも重量部)によって算出された値である。また、本実施例中では、自然に含水した状態の保水性充填材を基準にした含水状態の保水性充填材の割合と、強制的に脱水した後の保水性充填材を基準にした乾燥状態の保水性充填材の割合との両方を算出している。実際の植物栽培基体1の製造時には、業者より納入された自然に含水した状態の保水性充填材が用いられる。
尚、植物栽培基体の保水性充填材の割合を、乾燥状態の保水性充填材を基に算出して、15〜60重量%にすることにより、本願がその目的とする、適度な柔軟性(復元性)、硬さ、保形性、吸水性を兼ね備えた植物栽培基体とすることができる。
すなわち、乾燥状態の保水性充填材の割合が15重量%に満たない場合は、相対的に保水性充填材が少な過ぎて、吸水性を上げるために多量のポリオールが必要となったり、ポリウレタンフォーム特有の弾力性(復元力)の強いものとなってしまうからである。また、60重量%を越えると、保形性が悪くなり本願の目的を果たし難くなる。
これら充填材のなかでも、特に、優れた保水性を備え、嵩密度が比較的小さく、分散性が良いために発泡させた際に均一な組織を得やすく、しかも、入手容易な点から考慮して、ピートモス、ココピート、オガクズ、ヤシガラ、モミガラ、モミガラ堆肥、バーク堆肥、パーライト、バーミキュライト、親水性発泡樹脂粉砕物の中から選ばれたひとつまたは複数の充填材を使用するのが好ましい。
イソシアネート化合物としては、粘度による取り扱いの観点から、トルエンジイソシアネートが好ましい。
ポリオールとしては、ウレタンプレポリマーの水との反応性を高めるために、比較的エチレンオキサイドの含有量の多いものが好ましい。また、分子量や官能基数、あるいはエチレンオキサイドの含有量の異なる2種以上のポリオールを選択し混合して使用することもできる。ただし、植物栽培基体の吸水性が低下するおそれがあるため、疎水性基を有するポリオールは好ましくない。
(第1の方法)
ウレタンプレポリマーを水に分散させた後、保水性充填材とポリオールを混合して硬化させる方法。
(第2の方法)
保水性充填材とウレタンプレポリマーとを攪拌混合した後、水とポリオールを混合して硬化させる方法。
(第3の方法)
保水性充填材と水とを混合攪拌して懸濁液を作製し、その懸濁液にウレタンプレポリマーとポリオールを混合して硬化させる方法。
第2の方法は、保水性充填材とウレタンプレポリマーとを混合するのに特殊な攪拌機が必要となり、また、保水性充填材の周りが全て樹脂で覆われて、植物の根が伸長できないほど硬くなる可能性がある。
第3の方法は、第1や第2の方法における不都合がなく、その点から最も好ましい方法と言える。
この第3の方法によれば、第1工程において、保水性充填材が水で濡らされて十分な量の水を保水することになる。そして、次の第2工程では、第1工程で得られた第1懸濁液にウレタンプレポリマーとポリオールを添加し、攪拌混合するので、保水性充填材の周りにある水とウレタンプレポリマーとが反応して、植物栽培基体の組織が均一化されるのみならず、ポリオールの添加によって、植物の栽培に必要な吸水性や保形性、さらには、柔軟性(復元性)、硬さを備えた植物栽培基体を製造することができる。
なお、ポリオールの添加量が多い場合は、第1懸濁液に先ずポリオールを添加し、攪拌混合して第2懸濁液として、その後、ウレタンプレポリマーを添加し、攪拌混合しても良い。
スラブ方式は、幅広で厚板状に長く連続した大きなブロック(スラブ)状に、反応、硬化させる方法で、硬化して得られたこのブロックを所定の形状に裁断して植物栽培基体を作製することになる。
モールド方式は、下型のみの基体成形用型、または、下型と上型からなる基体成形用型を使用してその型内で反応、硬化させる方法である。モールド方式は、硬化後に裁断する必要がほとんどなく、また、裁断時にその裁断面から保水性充填材が崩れ落ちるおそれもないため、スラブ方式に比べて有利である。
すなわち、下型のみの基体成形用型を使用する場合には、硬化によって得られる植物栽培基体の上方にスキンと呼ばれる膜状の硬化層ができ、また、下型と上型からなる基体成形用型を使用する場合には、上型に設けたガス抜き孔から反応ガスと共に原料の一部が流出して硬化する。従って、いずれのタイプの型を用いた場合も、上面側は美麗で円滑な面に仕上がり難い。
それに対して、底面側は、いずれのタイプの型(モールド)を用いた場合でも、美麗で円滑な面に仕上がるので、植物栽培基体の上面側が下型の底面側に位置するようにして硬化させることにより、植物栽培基体の上面を美麗に仕上げて商品価値の向上を図ることができる。また、植物栽培基体の上面側が下型の底面側に位置するように硬化させると、出来上がった植物栽培基体の上面に植物移植用の切れ目を入れる場合にも、植物栽培基体の上面にスキンが形成されていないので、切れ目を容易かつ良好に入れることができる。
各種の実験を行った結果、ウレタンプレポリマーの添加量としては、乾燥状態の保水性充填材の割合が15〜60重量%となる範囲で、乾燥状態の保水性充填材100重量部に対して、50〜300重量部程度に添加することが好ましいことが判った。特に、添加後30分以内に反応、硬化が完了するような反応性を有するウレタンプレポリマーを選択し、これを乾燥状態の保水性充填材100重量部に対して120〜200重量部程度の添加量で用いることが好ましいことが判明した。
尚、ウレタンプレポリマーが50重量部未満であると、植物栽培基体が、ボロボロと崩れ易くて保形性が不良となる。次に、ウレタンプレポリマーが300重量部を越えると、相対的に保水性充填材の割合が減ることにより、得られる栽培基体の吸水性が不良となる。また、ウレタンプレポリマーが300重量部を越えると、樹脂強度が強くなったり、弾性の高い、高反発弾性のウレタンフォームのようになってしまい、その弾性ゆえに植物の根が伸びにくく良好な生育結果を得られなくなる。
次に、ポリオールの添加量に関しては、乾燥状態の保水性充填材100重量部に対して、0.1〜300重量部の範囲が好ましい。この範囲内であれば、植物栽培基体の吸水率を自由にコントロールすることができる。尚、ポリオールの添加量が0.1重量部未満であると、吸水率の上昇は期待できず、300重量部を越えると、仮にそれ以上添加しても吸水率はほとんど変化しないことが判明した。
また、水の添加量は、特に制限されないが、乾燥状態の保水性充填材100重量部に対して、80〜2000重量部の範囲が好ましく、特に好ましくは、300〜1500重量部である。
また、本発明の製造方法を利用して、保水性充填材以外の充填剤、例えば、肥料、抗菌剤、顔料、整泡剤、界面活性剤など、ウレタンフォーム製造に使用される従来公知の添加物を用いることもできる。
前述したように、本発明の植物栽培基体の吸水率は、ポリオールの添加量に比例して高くなる。すなわち、他の原材料添加量を一定にしてポリオールの添加量だけを変化させると、吸水率の値を自由に調節することができる。この吸水率の値を選択することにより、通常の栽培方法のための植物栽培基体から、水栽培のような特殊な栽培方法のための植物栽培基体などまで、簡単に対応可能となる。
吸水率の目安としては、通常の栽培方法では、吸水率が50%〜75%のものを用いるのが良く、水栽培のような特殊な栽培方法では、25%〜55%のものを用いるのが良い。
すなわち、本発明によれば、ポリオールの添加量を変えるだけで、植物栽培基体の吸水率を自由にコントロールすることができるので、栽培対象となる植物に応じて、適切な吸水率を有する植物栽培基体を容易に製造することができるのである。
すなわち、植物はその成長につれて根が張ってゆき、遂には鉢などの容器内が根でいっぱいになる。その際、いわゆるフライアビリティー(friability)の大きい、言い換えれば、不可逆圧縮特性の高い、植物栽培基体であると、根が栽培基体そのものを押しつぶしてしまって、空気供給の源である多孔質空間が消失することになる。
したがって、植物栽培基体はある程度の復元力(4N以上)を持つ方がよく、しかし、10Nを越えると、根が巻き付こうとしても、根の巻き付き力を撥ね退けてしまって良好な成長を妨げるので、復元力については、4〜10Nの範囲内が適切である。
図3の表は、従来公知の方法を含めて、ポリオールを添加せずに製造した植物栽培基体の試料(比較例1〜7)の評価結果を示し、図4の表は、本発明による方法で製造した植物栽培基体の試料(実施例1〜10)の評価結果を示す。
なお、実施例および比較例の試料の製造には、下記の原料を使用した。
保水性充填材としては、ピートモス(三省物産(株)製の商品名:ツールブソン(細粒)、電子水分計(株式会社長計量器製作所製の型番:MC−30MB)によって測定された含水率は約40重量%)を使用。
ウレタンプレポリマーとしては、グリセリンにエチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとを60/40の割合でランダム付加重合させた分子量約3400のポリオール((株)三井武田ケミカル製の商品名:アクトコールEP−505S)1000gと、イソシアネート(日本ポリウレタン工業(株)製の商品名:コロネートT−80)525gとを、4つ口フラスコ内にて窒素気流下、80±2℃で2時間反応させて得た、イソシアネート基(NCO)が11〜13%のウレタンプレポリマーを使用。
ポリエステル系ポリオールとしては、ポリエステル変性ポリエーテルポリオールとポリエーテルポリオールとの混合物((株)三井武田ケミカル製の商品名:アクトコール3p56b)を使用。
ポリエーテル系ポリオールとしては、(株)三井武田ケミカル製の商品名:アクトコールMN3050Sを使用。
適当な容器に水と保水性充填材とを入れて攪拌混合することにより第1懸濁液を調整し、つぎに、この第1懸濁液に、ウレタンプレポリマーとポリオールとを加えて更に攪拌混合したものを第2懸濁液とし、これを、下型のみの基体成形用型内に流し込んだ。第2懸濁液が基体成形用型内で、反応、硬化した後、型の上縁を超える部分は裁断し、均一な植物栽培基体の試料を得た。
基体成形用型としては互いに形状や寸法の異なる、以下の第1型、第2型、第3型の3種類の型を用意した。
第1型の内面形状は、截頭四角錐形状(四角錐台、すなわち、四角錐の頂点側を水平に切り落とした形状)を呈しており、その上端面は4.5cm角の矩形形状で、下端面は3cm角の矩形形状で、高さは5cmである。
第2型の内面形状は、同様に截頭四角錐形状を呈しており、その上端面は3.5cm角の矩形形状で、下端面は2.5cm角の矩形形状で、高さは4cmである。
第3型の内面形状は、下端部ほど小径となる截頭錐体形状を呈しており、その上端面は7cm角の矩形形状、下端面は直径6cmの円形形状、高さは6.5cmである。
保形性について:一般的に想定される取り扱いによって、植物栽培基体の試料(以下、単に試料と称す)が崩れたり試料から保水性充填材が多く脱落するものは(×)、試料が崩れはしないが、試料から保水性充填材が少々脱落するものは(△)、試料が崩れもせず、保水性充填材の脱落がほとんど見られないものは(○)とし、目視により確認した。
以下、硬さと復元力の測定には、吸水率測定の方法で十分に吸水させた状態の試料を用いた。
最も植物体の生育が良かった試料、すなわち、所定の栽培期間経過後における植物体の新鮮重が最も大きかった試料を◎と評価し、この◎を付された試料で得られた新鮮重を100とした場合に、80〜100に相当する新鮮重が得られた試料を○と評価し、同様に、50〜80に相当する新鮮重が得られた試料を△、50未満に相当する新鮮重しか得られなかった試料を×と評価した。
その結果、通常栽培方法では、実施例1および7が最も生育が良く、つぎに、実施例2および8の生育が良好であった。水栽培では、実施例4および5が最も生育が良く、つぎに、実施例2、3および6の生育が良好であった。
さらに、第3型を用いて所定の截頭錐体形状に成形した実施例4の試料に植栽されたペチュニアを1ケ月間水栽培を行った結果、均一な発根が認められ、良好な生育を示した。
尚、含水状態の保水性充填材を基に算出した保水性充填材割合も、図3及び図4に参考のために付け加えておく。
[図2]植物栽培基体を使用する浮揚式植栽装置の断面図である。
[図3]植物栽培基体の実験結果を示す図表である。
[図4]植物栽培基体の実験結果を示す図表である。
2 植栽容器
3 貯水容器
4 植栽具
P 植物
W 貯留水
Claims (10)
- 保水性充填材、水、および、ウレタンプレポリマーと、ポリオールを少なくとも反応させて成る植物栽培基体。
- 乾燥状態の前記保水性充填材の割合が15〜60重量%である請求項1に記載の植物栽培基体。
- 前記ポリオールが、エステル基を含有するポリオールである請求項1又は2に記載の植物栽培基体。
- 保水性充填材、水、および、ウレタンプレポリマーを含む懸濁液を反応、硬化させて植物栽培基体を製造する植物栽培基体の製造方法であって、
前記懸濁液がポリオールを含み、乾燥状態の保水性充填材の割合が15〜60重量%であるように調整して、そのポリオールを含む懸濁液を反応、硬化させて製造する植物栽培基体の製造方法。 - 乾燥状態の保水性充填材100重量部に対して、ポリオール量が0.1〜300重量部の範囲である請求項4に記載の植物栽培基体の製造方法。
- 前記保水性充填材と水とを攪拌混合して第1懸濁液を作製する第1工程と、その第1工程により作製した第1懸濁液に前記ウレタンプレポリマーとポリオールを添加し攪拌混合して第2懸濁液を作製する第2工程とからなり、前記第2工程により作製した第2懸濁液を反応、硬化させて製造する請求項4又は5に記載の植物栽培基体の製造方法。
- 前記懸濁液を基体成形用型内で反応、硬化させて製造する請求項4から6のいずれか一項に記載の植物栽培基体の製造方法。
- 前記植物栽培基体の上面側が、前記基体成形用型の底面側に位置するように反応、硬化させて製造する請求項4から7のいずれか一項に記載の植物栽培基体の製造方法。
- 前記保水性充填材が、ピートモス、ココピート、オガクズ、ヤシガラ、モミガラ、モミガラ堆肥、バーク堆肥、パーライト、バーミキュライト、親水性発泡樹脂粉砕物の中から選ばれた少なくともひとつの充填材を含んでいる請求項4から8のいずれか一項に記載の植物栽培基体の製造方法。
- 請求項4から9のいずれか一項に記載の製造方法により製造された植物栽培基体であって、
吸水率が25〜75%、硬さが20〜40N、復元力が4〜10Nである植物栽培基体。
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