JP4637538B2 - 人工藻場 - Google Patents

Description

本発明は、海や河川や池や湖沼等に設置され、漁礁となり、あるいは水環境浄化に寄与する人工藻場に関する。

藻場には、一般に多数の海草や藻が繁茂しており、これらには無数の微生物が定着し、この微生物を餌とする小生物が藻場に自然と集まる。さらに小生物を餌にする小魚が集まると、小魚を餌にする大型の魚が集まる。そして小生物や大小の魚類の死骸は微生物にとっての栄養分となる。この様に、藻場は生物連鎖の場を提供している。

しかし、近年、種々の理由により藻場は減少する傾向にあり、生物連鎖上における重大な問題を提起している。そこでこれまでにも、人工的な藻場や漁礁を提供して、生物連鎖の適正化を図ろうとする試みが成されており、帯状に形成した木綿，麻，パルプ等の天然セルローズやレーヨン等の再生セルローズを浮遊体に取り付けた構造（例えば、特許文献1参照）、合成樹脂，合成繊維あるいは天然繊維を所定長さの紐状、糸状あるいは帯状に形成して、ロープやネット等の係止体に取付けた構造（例えば、特許文献2参照）、炭素繊維フィラメントを結束し圧縮し編んだり織ったりして成形した成形体によって構成した構造（例えば、特許文献3参照）等の人工藻場が提案されている。
特開昭５７−１２５６２４号公報 実開平２−１０５３４６号公報 特許第３０８０５６７号公報

しかし従来の人工藻場には、それぞれに問題点がある。まず、天然繊維を用いたものは、腐敗し易く耐久性が悪いという問題がある。また、合成繊維を用いたものは生物親和性が低く、藻類等を繁殖させる効果の点で劣る。炭素繊維を用いたものは、この点の解決を狙ったものであると思われるが、炭素繊維は剛性が高く柔軟性に劣るので、天然繊維や合成繊維に比して織編や切断の加工が難しく、水中で揺らめく揺動性も低い。何より、炭素繊維は極めて高価である。

また、合成繊維を用いたものでは、大量に放置されると産業廃棄物ともなり、公害問題を引き起こしかねないし、地球環境上においても好ましくないという問題もある。炭素繊維を用いたものでは、その強靭さゆえ、なおさら廃棄が難しい。

そこで、本発明の課題は、生物親和性が良く微生物が定着しやすい、耐久性に優れた合成繊維製の人工藻場を提供し、さらには、廃棄による環境負荷の低い人工藻場を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、藻草等の微生物付着担体が変性ポリビニルアルコール樹脂を含有する合成繊維によって構成され、前記変性ポリビニルアルコール樹脂がオキシアルキレン基含有ポリビニルアルコール樹脂であることを特徴とする人工藻場を要旨とするものである。

本発明の、藻草等の微生物付着担体が変性ポリビニルアルコール樹脂を含有する合成繊維によって構成されたことを特徴とする人工藻場は、合成繊維製でありながら生物親和性が高いので、自然環境に合致して藻類等の微生物が付着、定着しやすく、また、合成繊維特有の柔軟性、可撓性により、水中下では天然の海草や藻のように揺動して小生物や魚類が好む場所となり、集魚効果にも優れた人工藻場である。

また、本発明の、藻草等の微生物付着担体が変性ポリビニルアルコール樹脂を含有するポリ乳酸系繊維によって構成されたことを特徴とする人工藻場は、上記の効果に加え、生分解性を有するために、使用後の廃棄が容易であり、微生物の作用により無害な水と二酸化炭素とに分解させることができると同時に、原料を石油資源に頼らなくとも製造できるので、地球環境保護の面でも優れた人工藻場である。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明の人工藻場においては、藻草等の微生物付着担体が、オキシアルキレン基含有ポリビニルアルコール樹脂である変性ポリビニルアルコール樹脂を含有する合成繊維によって構成されている。合成繊維中に前記変性ポリビニルアルコール樹脂を含有することにより、変性ポリビニルアルコール樹脂の水酸基に由来する親水性により生物親和性が良くなり、藻類等の微生物が付着しやすくなっている。これにより微生物が小生物を、小生物が小魚を、小魚が大型の魚を呼び込む、つまり、集魚効果が高くなる。

本発明において、微生物付着担体を構成する合成繊維は、変性ポリビニルアルコール樹脂を含有する合成繊維である。このような合成繊維は、繊維形成性ポリマーを主成分とし、変性ポリビニルアルコール樹脂を含有する組成物から形成され得るものであるが、繊維形成性ポリマーとしては、特に限定されるものではなく、ポリアミド、ポリエステル等、公知の繊維形成性ポリマーを用いることができる。
本発明において、変性ポリビニルアルコール樹脂は、繊維形成性ポリマーとブレンドされて含有されていることが好ましい。すなわち、合成繊維を形成する組成物中に変性ポリビニルアルコール樹脂からなる層が独立して存在するのではなく、繊維形成性ポリマーに対して略均一に変性ポリビニルアルコール樹脂が混合されていることが好ましく、そのようにブレンドされたものからなる組成物を紡糸して得られた合成繊維を本発明に用いることが好ましい。これにより、変性ポリビニルアルコール樹脂が合成繊維中から剥落、溶出することを防止される。

そして、変性ポリビニルアルコール樹脂を含有する合成繊維における変性ポリビニルアルコール樹脂の含有量としては、当該合成繊維の質量のうちの３〜４０質量％、さらには５〜３０質量％とすることが好ましい。３質量％未満であると、微生物付着担体としての生物親和性が不足する傾向にあり、一方、４０質量％を超えると、製糸性に劣ったり、強伸度等の物性値が低下しやすくなり、好ましくない。
本発明に用いられる変性ポリビニルアルコール樹脂は、オキシアルキレン基含有ポリビニルアルコールである。オキシアルキレン基含有ポリビニルアルコールは、具体的には、酢酸ビニルと、ポリオキシエチレン（メタ）アリルエーテル、ポリオキシプロピレン（メタ）アリルエーテルなどのポリオキシアルキレン（メタ）アリルエーテルとを共重合し、ついでケン化することにより得られる。この場合、ポリオキシアルキレン（メタ）アリルエーテルの共重合割合（含有量）は０．１〜２０モル％、中でも０．１〜５モル％とすることが好ましく、ポリオキシアルキレン（メタ）アリルエーテルにおけるポリオキシアルキレンの縮合度は１〜３００、中でも３〜５０とすることが好ましく、オキシアルキレン基含有ポリビニルアルコール全体に占めるオキシアルキレン単位の割合が３〜４０質量％であることが好ましい。このことは、共重合体におけるオキシアルキレン単位の局在−非局在の程度およびオキシアルキレン単位の長さに最適範囲があることを示している。
オキシアルキレン基含有ポリビニルアルコールにおける酢酸ビニル単位のケン化度は５０〜１００モル％、さらには７０〜９９モル％が好ましく、ポリビニルアルコールの平均重合度は１５０〜１５００、さらには２００〜１０００が好ましい。なお、共重合成分としてポリオキシアルキレン（メタ）アリルエーテル以外の成分が本発明の目的を損なわない範囲で含有されていてもよく、例えばα−オレフィン（エチレン、プロピレン、長鎖α−オレフィン等）、エチレン性不飽和カルボン酸系モノマー、（アクリレート、メタクリレート、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、塩化ビニル、ビニルエーテル等）等を３０モル％以下程度であれば含有してもよい。

オキシアルキレン基含有ポリビニルアルコールを得るときの重合方法としては通常、溶液重合法が採用され、場合により懸濁重合法、エマルジョン重合法などを採用することもできる。ケン化反応としては、アルカリケン化法、酸ケン化法などが採用される。

オキシアルキレン基含有ポリビニルアルコールは上記のほか、酢酸ビニルと、ポリオキシエチレン（メタ）アクリレート、ポリオキシプロピレン（メタ）アクリレート、ポリオキシエチレン（メタ）アクリルアミド、ポリオキシプロピレン（メタ）アクリルアミド、ポリオキシエチレン（１−（メタ）アクリルアミド−１，１−ジメチルプロピル）エステル、ポリオキシエチレンビニルエーテル、ポリオキシプロピレンビニルエーテル、ポリオキシエチレンアリルアミド、ポリオキシプロピレンアリルアミド、ポリオキシエチレンビニルアミド、ポリオキシプロピレンビニルアミドなどを共重合し、ついでケン化することによっても得ることができる。

この他、オキシアルキレン基含有ポリビニルアルコールは、ポリビニルアルコールに対するアルキレンオキシドの反応、あるいはポリオキシアルキレングリコールに対する酢酸ビニルの重合およびそれに引き続くケン化によっても得ることができる。

このようにして得られたオキシアルキレン基含有ポリビニルアルコールは、さらに、(1)融点が５０〜２５０℃のフェノール系化合物、(2)チオエーテル系化合物、(3)ホスファ
イト系化合物のうちの１種以上を、オキシアルキレン基含有ポリビニルアルコールに対して０．０１〜５．０質量％、中でも０．１〜０．５質量％添加することが好ましい。これにより、熱安定性を向上させることができる。これらの添加量が０．０１質量％未満では熱安定性の向上が期待できず、５．０質量％を超える場合は親水性ひいては生物親和性の低下を招きやすい。

上記(1)の融点が５０〜２５０℃のフェノール系化合物としては、２，５−ジ−ｔ−ブチルハイドロキノン、２，６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール、４，４′−チオビス−（６−ｔ−ブチルフェノール）、２，２′−メチレン−ビス（４−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、テトラキス−［メチレン−３−（３′，５′−ジ−ｔ−ブチル−４′−ヒドロキシフェニルプロピオネート）メタン、オクタデシル−３−（３′，５′−ジ−ｔ−ブチル−４′−ヒドロキシフェニル）プロピオネート、４，４′−チオビス−（６−ｔ−ブチルフェノール）、Ｎ，Ｎ′−ヘキサメチレン−ビス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４′−ヒドロキシ−ヒドロシンナマミド）、１，３，５−トリメチル−２，４，６−トリス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンジル）ベンゼン、ペンタエリスチル−テトラキス［３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート］、１，１，３−トリス（２−メチル−４−ヒドロキシ−５−ｔ−ブチルフェニル）ブタン等が挙げられる。

上記(2)のチオエーテル系化合物としては、ペンタエリスリトール−テトラキス−（β−ラウリルチオプロピオネート）、テトラキス［メチレン−３−（ドデシルチオ）プロピオネート］メタン、ビス［２−メチル−４−｛３−ｎ−アルキルチオプロピオニルオキシ｝−５−ｔ−ブチルフェニル］スルフィド等が挙げられる。

上記(3)のホスファイト系化合物としては、トリフェニルホスファイト、トリス（ｐ−ノニルフェニル）ホスファイト、トリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ホスファイト、ジフェニルイソオクチルホスファイト、ジフェニルイソデシルホスファイトやフェニルジイソオクチルホスファイト、フェニルジイソデシルホスファイト、トリイソオクチルホスファイト、トリステアリルホスファイト、その他のテトラキス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）−４，４′−ビフェニレンホスホナイト、ジ（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ペンタエリスリトールジホスファイト等が挙げられる。

さらには、本発明におけるオキシアルキレン基含有ポリビニルアルコールには、(4)炭
素数が１０以上の脂肪酸あるいはその塩、脂肪酸アミド系化合物、脂肪酸エステル系化合物の少なくとも１種を、オキシアルキレン基含有ポリビニルアルコールに対して０．０１〜３．０質量％、中でも０．１〜０．５質量％添加することが好ましく、これにより熱安定性がさらに向上する。

上記(4)の炭素数１０以上の脂肪酸あるいはその塩とは、ラウリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リシノール酸、アラキジニン酸、ベヘニン酸、エルカ酸等の高級脂肪酸または、ヒドロキシステアリン酸、ヒドロキシリシノール酸等のヒドロキシ脂肪酸、あるいはこれらのマグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、亜鉛等の金属塩等が挙げられ、中でもステアリン酸、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、ベヘニン酸マグネシウムが実用的である。また、(4)の脂肪酸アミド系化合物とは、ステアリン酸アミド、パルミチン酸アミド、オレイン酸アミド、ベヘニン酸アミド、エルカ酸アミド等の脂肪酸アミドあるいはメチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド等のアルキレンビス脂肪酸アミドが挙げられる。さらに、脂肪酸エステル系化合物とは、ブチルステアレート、ブチルパルミチレート等の１価アルコールの脂肪酸エステル、エチレングリコールモノステアレート等の多価アルコールの脂肪酸エステル等が挙げられる。

オキシアルキレン基含有ポリビニルアルコールに上記(1)〜(4)の化合物を添加する方法としては、常用の方法、すなわち、撹拌機付き溶融缶、押出機、ロール混練機等を用いて溶融混合し、ペレット化することが好ましい。溶融混合温度は１６０〜２５０℃、中でも１８０〜２３０℃とすることが好ましい。

また、変性ポリビニルアルコール樹脂を含有する合成繊維中には、発明の効果を損なわない範囲で、必要に応じて、例えば酸化チタン、酸化ケイ素、炭酸カルシウム、チッ化ケイ素、クレー、タルクなどの各種無機粒子や架橋高分子粒子、各種金属粒子などの粒子類のほか従来公知の安定剤、酸化防止剤、抗酸化剤、着色防止剤、耐光剤、包接化合物、帯電防止剤、着色剤、界面活性剤、可塑剤等の種々の添加剤が配合されていてもよい。

さらに、変性ポリビニルアルコール樹脂を含有する合成繊維としては、芯鞘型の複合繊維であってもよく、この場合、芯部又は鞘部のいずれかに変性ポリビニルアルコール樹脂を含有させ、他方の芯部又は鞘部には変性ポリビニルアルコール樹脂を含有させないものとすることができる。

複合繊維の芯部又は鞘部に変性ポリビニルアルコール樹脂を含有するものである場合、芯部又は鞘部の質量中、３〜５０質量％の変性ポリビニルアルコール樹脂を含有するものであることが好ましい。また、芯鞘複合比（質量比）としては、芯／鞘＝８０／２０〜２０／８０であることが好ましい。芯部又は鞘部における変性ポリビニルアルコール樹脂含有量や芯鞘複合比を上記範囲内とすることにより、生物親和性に優れ、製糸性及び強伸度等の実用性も十分に兼ね備えた複合繊維とすることができる。

本発明の人工藻場において、微生物付着担体が変性ポリビニルアルコール樹脂を含有するポリ乳酸系繊維によって構成されたものであることは、好ましい態様である。すなわち、上記した変性ポリビニルアルコール樹脂を含有する合成繊維において、繊維形成性ポリマーとしてポリ乳酸系樹脂を用いることができ、それにより、石油資源を節約することができるとともに生分解性を有する合成繊維とすることができるので、地球環境保護の点で好ましいのである。なお、ポリ乳酸のみならず上記した変性ポリビニルアルコール樹脂も生分解性を有しており、ポリ乳酸に比べて変性ポリビニルアルコール樹脂の生分解速度は若干遅いが、微生物が存在する環境に放置しておけば一定期間後には完全に分解される合成繊維とすることができる。

ポリ乳酸系繊維を得るためのポリ乳酸系樹脂としては、ポリＬ−乳酸、ポリＤ−乳酸、Ｌ−乳酸とＤ−乳酸の共重合体であるポリＤＬ−乳酸、あるいはこれらの混合体が好適に使用でき、数平均分子量が３万〜１５万であるものが好ましく、９万〜１１万の範囲にあるものがより好ましい。数平均分子量が３万未満であると、溶融押出による繊維化が困難となるだけでなく、繊維の機械的強力が低下する傾向にある。一方、数平均分子量が１５万を超えると、溶融押出が困難となることがある。

また、本発明におけるポリ乳酸樹脂には、分子量の増大を目的として、少量の鎖延長剤、例えば、有機過酸化物、ビスオキサゾリン化合物、ジイソシアネート化合物、エポキシ化合物、酸無水物などが配合されていてもよい。

さらに、ポリ乳酸系繊維に柔軟性を付与するために、ポリ乳酸に脂肪族−芳香族共重合ポリエステルをブレンドして用いてもよい。ポリ乳酸は室温では硬くて脆いという性質を有するが、脂肪族―芳香族共重合ポリエステルとともに用いることで柔軟性を付与することができる。このとき、脂肪族―芳香族共重合ポリエステルをブレンドすることにより柔軟性の付与と強度の低下を考慮して、質量比で、（ポリ乳酸）／（脂肪族−芳香族共重合ポリエステル）＝９５／６〜５０／５０（質量％）の割合でブレンドすることが好ましい。脂肪族−芳香族共重合ポリエステルとしては、少なくとも構成成分として脂肪族ジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸、及び脂肪族ジオールを有する共重合ポリエステルであり、そのガラス転移温度としては、０℃以下であることが好ましく、より好ましくは−２０℃以下である。

このような脂肪族−芳香族共重合ポリエステルを構成する脂肪族ジカルボン酸としては、コハク酸、アジピン酸、スベリン酸、セバシン酸、ドデカン二酸等が挙げられる。また、芳香族ジカルボン酸としては、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸等が挙げられる。さらに、脂肪族ジオールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，４―ブタンジオール、１，４―シクロヘキサンジメタノールなどが挙げられる。そして、これらから少なくとも１種以上選択して重縮合することにより、目的とする脂肪族−芳香族共重合ポリエステルが得られ、必要に応じて、イソシアネートや酸無水物、エポキシ化合物、有機過酸化物などを用いてジャンプアップ及び長鎖分岐を構造上もたせることもできる。また、生分解性に影響を与えない範囲で、ウレタン結合、アミド結合、エーテル結合などを導入してもよい。

本発明の人工藻場においては、上記したような変性ポリビニルアルコール樹脂を含有する合成繊維（以下、構成繊維と略記することがある）によって微生物付着担体を構成する。すなわち、微生物付着担体としては、柔軟かつ可撓な構成繊維を結束したり、圧縮したり、編んだり、織ったりして構成されたものである。なお、構成繊維の繊度や繊維長等は、特に限定されるものではなく、必要に応じて適宜調整すればよい、
微生物付着担体としては、構成繊維を用いて、天然の海草のように水中下で揺動できる所定の形態に成形した成形体とすることが好ましい。すなわち、本発明の人工藻場としては、変性ポリビニルアルコール樹脂を含有する合成繊維で成形された人工海草を備えていることが好ましい。

本発明の人工藻場の具体的形態としては、特に限定されるものではなく、従来公知の人工藻場の形態に倣えばよい。例えば、特許第３０８０５６７号公報の図１において開示されている具体例の如く、直径７〜１５μmの多数本の繊維が束ねられて両端部が結束されたストランドからなる人工海草の一端部が海底に固定されたアンカーボルトに支持されたロープ等の紐状連結部材によって連結支持され、他端部がフロートにロープ等の紐状連結部材を介し連結されたパイプに連結支持され、人工海草が所定間隔に配列された構造の人工藻場とすることができる。

人工海草の具体的形態としても、上記したストランド状の人工海草同様に、特許第３０８０５６７号公報の図２において開示されているような、以下の（ａ）〜（ｇ）に示す様な種々の形態を採用することができる。
（ａ）繊維を編んで組紐状となし、長手方向所定間隔にフィラメントをふさ状に膨出させた組紐状ストランド成形体。
（ｂ）繊維のストランド基幹部から幾本にもストランドを枝分かれさせた樹枝状ストランド成形体。
（ｃ）繊維のストランド基幹部に複数本の繊維を連結一体化したほうき型ストランド成形体。
（ｄ）繊維のストランド基幹部の途中に複数本の円弧型のストランドを形成したちょうちん型ストランド成形体。
（ｅ）繊維のストランド基幹部に長手方向所定間隔に繊維を連結一体化した秋田のかんとう型ストランド成形体。
（ｆ）所定間隔にロープ等の紐状連結部材を配設し、繊維ストランドを捩じって各ロープ間にストランドがリング状となる様に連結一体化したもの。
（ｇ）繊維ストランドを亀甲状に編んだネット状ストランド成形体。

上記したような形態の人工海草においては、海中や水中で各フィラメントは互いにばらけ、潮や流れの動きに応じて海草の如く揺動できることが好ましい。それにより、海中や水中においては、微生物付着担体である構成繊維の微生物との接触表面積が増えて、それだけ微生物が構成繊維に付着し易く、微生物の定着速度及び定着量が向上する。

その他、ストランドをフェルト状に圧縮成形したもの、ストランドに巻きぐせをつけてコイル状にしたもの、撚り糸状にしたもの、平織あるいは朱子織等の各種様式で織った織物状成形体等も人工海草の形態として採用できる。なお、人工海草としては、構成繊維が海中や水中でばらけて揺動できるとともに、構成繊維の微生物との接触表面積が大きくなる形態の成形体であれば、前記した形態の成形体に限るものではない。

Claims (3)

1. 藻草等の微生物付着担体が変性ポリビニルアルコール樹脂を含有する合成繊維によって構成され、前記変性ポリビニルアルコール樹脂がオキシアルキレン基含有ポリビニルアルコール樹脂であることを特徴とする人工藻場。
2. 変性ポリビニルアルコール樹脂を含有する合成繊維が、芯鞘型の複合繊維であり、芯部又は鞘部の質量中に３〜５０質量％の変性ポリビニルアルコール樹脂を含有し、芯鞘複合比が芯／鞘＝８０／２０〜２０／８０であることを特徴とする請求項１記載の人工藻場。
3. 合成繊維がポリ乳酸系繊維であることを特徴とする請求項１または２記載の人工藻場。