JP6961478B2

JP6961478B2 - 土壌改質剤、土壌改質方法

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Publication number: JP6961478B2
Application number: JP2017237967A
Authority: JP
Inventors: 宏典小西; 皓一福田; 大輔四宮
Original assignee: Denka Co Ltd; Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2017-12-12
Filing date: 2017-12-12
Publication date: 2021-11-05
Anticipated expiration: 2037-12-12
Also published as: JP2019104823A

Description

本発明は、農地などの土壌の透水性を改善させることができる土壌改質剤及び土壌改質方法に関する。

農地などの土壌が粒子径の小さい粒子で構成されている場合、水を散布しても、水が十分に土壌内に浸透せずに、多くが表層から流れ出してしまう場合がある。このような土壌では、貴重な水資源を有効に使うことができなかったり、降雨の際に雨水が土壌内に十分に浸透しないので、下流域に水害を引き起こしたりする場合があるので、土壌の透水性を改善させることが重要である。

特許文献１には、土壌団粒化剤や固化剤を土と混合することによって透水性を高める技術が開示されている。

特開平１１−２５６１５４号公報

特許文献１の技術によっても、透水性がある程度改善するが、透水性をさらに改善させることが望まれている。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、透水性の改善効果に優れた土壌改質剤を提供するものである。

水性樹脂エマルジョンと水溶性高分子を含む土壌改質剤を土壌に散布した後に土壌を乾燥させることによって、土壌の透水性を大幅に高めることができることを見出し、本発明の完成に到った。

すなわち、本発明は以下の通りである。
（１）水性樹脂エマルジョンと、水溶性高分子を含む、土壌改質剤。
（２）前記土壌改質剤中の前記水溶性高分子の含有量が、固形分換算で、１〜２０質量％である、（１）に記載の土壌改質剤。
（３）前記水性樹脂エマルジョンが、酢酸ビニルに由来する構造単位を含む、（１）又は（２）に記載の土壌改質剤。
（４）前記水性樹脂エマルジョンが、エチレン−酢酸ビニル共重合体エマルジョンである、（１）〜（３）の何れか１つに記載の土壌改質剤。
（５）（１）〜（４）の何れか１つに記載の土壌改質剤を土壌に散布し、前記土壌を乾燥させる工程を備える、土壌改質方法。
（６）前記土壌改質剤は、固形分質量が１００〜１０００ｇ／ｍ^２となるように散布する、（５）に記載の土壌改質方法。
（７）前記土壌改質剤は、散布液量が１．５〜８Ｌ／ｍ^２となるように散布する、（５）又は（６）に記載の土壌改質方法。

本発明によれば、土壌の透水性を大幅に高めることができる。

以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。

１．土壌改質剤の組成
本発明の土壌改質剤は、水性樹脂エマルジョンと、水溶性高分子を含む。

＜水性樹脂エマルジョン＞
水性樹脂エマルジョンの種類は、水を分散媒、樹脂を分散質としたものであれば特に限定されず、主モノマーとして、酢酸ビニル、アクリル酸エステル、スチレン、エチレン、ブタジエン等の、種々のオレフィン系化合物を単独または複数用いて重合し調製した水性樹脂エマルジョンが使用できる。具体的には、酢酸ビニル樹脂エマルジョン、酢酸ビニル共重合体エマルジョン、アクリル酸エステル樹脂エマルジョン、スチレンアクリル酸エステル共重合体エマルジョン、エチレン−酢酸ビニル共重合体エマルジョン、スチレン−ブタジエン共重合体エマルジョン、ビニリデン樹脂エマルジョン、ポリブテン樹脂エマルジョン、アクリルニトリル−ブタジエン樹脂エマルジョン、メタアクリレート−ブタジエン樹脂エマルジョン、アスファルトエマルジョン、エポキシ樹脂エマルジョン、ウレタン樹脂エマルジョン、シリコン樹脂エマルジョンなどが例示され、このうち、酢酸ビニルに由来する構造単位を含む樹脂のエマルジョン（酢酸ビニル樹脂エマルジョン、酢酸ビニル共重合体エマルジョン、エチレン−酢酸ビニル共重合体エマルジョン等）が好ましく、エチレン−酢酸ビニル共重合体エマルジョンがさらに好ましい。

水性樹脂エマルジョンの製造方法は、特に限定されないが、例えば、水を主成分とする分散媒中に乳化剤とモノマーを添加し、撹拌させながらモノマーを乳化重合させることによって製造することができる。この製造時に使用するモノマーの種類や添加速度によって、得られるエマルジョンのトルエン不溶分を変化させることができる。乳化剤としては、イオン性（カチオン性・アニオン性・双性）界面活性剤や非イオン性（ノニオン性）界面活性剤が挙げられる。非イオン性界面活性剤としては、アルキルグリコシドのような低分子系界面活性剤、あるいはポリエチレングリコールやポリビニルアルコールのような高分子系界面活性剤が挙げられ、高分子系界面活性剤が好ましい。高分子系界面活性剤は、ポリビニルアルコールからなるものが特に好ましく、その平均重合度は例えば２００〜２５００であり、４００〜２２００が好ましく、５００〜２０００がさらに好ましい。ポリビニルアルコールは、平均重合度が大きいほど乳化分散力が高まるので、所望の分散度のエマルジョンが得られるように、適切な平均重合度を有するポリビニルアルコールを使用すればよい。また、ポリビニルアルコールは、平均重合度が互いに異なる複数種類のものを組み合わせて使用してもよい。ポリビニルアルコールのケン化度は、特に限定されないが、例えば、７０％以上であり、８０〜９５％が好ましい。ケン化度が低すぎると極端に水への溶解性が低下し、特殊な溶解方法を用いなければ溶解できず、工業的には使用し難いからである。ポリビニルアルコールは、ケン化度が低いほど乳化分散力が高まるので、所望の分散度のエマルジョンが得られるように、適切なケン化度を有するポリビニルアルコールを使用すればよい。乳化剤は異なる複数種類のものを組み合わせて使用してもよい。乳化剤の添加量は、特に限定されないが、例えば、分散媒１００質量部に対して０．５〜２０質量部であり、１から１０質量部が好ましい。乳化剤は添加量が多いほど乳化分散力が高まるので、乳化剤の添加量は、所望の分散度のエマルジョンが得られるように、適宜調整される。

＜水溶性高分子＞
水溶性高分子の種類は、特に限定されず、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシブチルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、アミノメチルヒドロキシプロピルセルロース、アミノエチルヒドロキシプロピルセルロース等のセルロース誘導体類；デンプン、カラギーナン、マンナン、アガロース、デキストラン、トラガント、ペクチン、グルー、アルギン酸又はその塩；ゼラチン；ポリビニルピロリドン；ポリアクリル酸又はその塩ポリメタクリル酸又はその塩；ポリアクリルアミド、ポリメタクリルアミド等のアクリルアミド類；ヒアルロン酸及びその塩、コンドロイチン硫酸及びその塩、ポリビニルアルコール、ポリエチレンイミン、ポリエチレンオキシド、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセリンが例示され、複数種を組み合わせて使用することもできる。また、水と混和するノニオン性界面活性剤も用いることができ、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンスチレン化フェニルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル類又はポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリエチレングリコールモノラウレート、ポリエチレングリコールモノステアレート、ポリエチレングリコールモノオレエート等のポリオキシエチレン脂肪酸エステル類、オキシエチレン／オキシプロピレンブロックコポリマー等が例示される。

水溶性高分子は、水性樹脂エマルジョンの製造の際に乳化剤として添加してもよいし、水性樹脂エマルジョンの製造後に添加してもよい。

土壌改質剤中の水溶性高分子の含有量は、固形分換算で、１〜２５質量％であることが好ましく、１〜２０質量％であることがさらに好ましく、１〜１２質量％であることがさらに好ましく、１〜１０質量％であることがさらに好ましく、１〜７質量％であることがさらに好ましく、２〜６質量％であることがさらに好ましい。水溶性高分子が適量含まれることによって透水性の向上がより顕著になるからである。

＜固形分率＞
土壌改質剤の固形分率は、２０〜８０質量％であることが好ましく、４５〜６５質量％であることがさらに好ましい。この固形分率が低すぎると、土壌改質剤のポリマー量が少なすぎて透水性改善効果が弱く、固形分率が高すぎると粘度が高くなりすぎて散布が困難になる場合があるからである。

２．土壌改質剤の使用方法
上記の土壌改質剤を土壌に散布し、前記土壌を乾燥させることによって、土壌を改質させることができる。

土壌改質剤は、固形分質量が１００〜１０００（好ましくは、２５０〜１０００）ｇ／ｍ^２となるように散布することが好ましい。散布量が少なすぎると透水性改善効果が十分でなく、散布量が多すぎても、透水性のさらなる改善がほとんどないからである。

土壌改質剤は、散布液量が１．５〜８Ｌ／ｍ^２となるように散布する。散布液量が少なすぎる場合、十分な樹脂を散布するためには土壌改質剤中の固形分率が高くなりすぎるという問題がある。散布液量が多すぎると、散布に手間がかかるので好ましくない。

土壌の乾燥は、自然乾燥であってもよく、加熱又は送風などによる強制乾燥であってもよい。土壌を乾燥させることによって土壌改質剤中の樹脂が土壌と強固に結合して透水性向上効果を発揮しやすくなる。

以下、本発明の実施例を説明する。以下の説明中で特に断りがない限り、「部」、「％」、「割合」は、それぞれ、「質量部」、「質量％」、「質量割合」を意味する。

１．土壌改質剤の製造例
表１に示す乳化剤の存在下で、純水中で表１示すモノマーを表１に示す割合で乳化重合させることによって、水性樹脂エマルジョンを含む土壌改質剤Ｍ１〜Ｍ５を作製した。Ｍ１〜Ｍ４は、乳化剤としてポリビニルアルコールを用いた。ポリビニルアルコールは水溶性高分子であるので、土壌改質剤Ｍ１〜Ｍ４には、水溶性高分子が含まれている。

＜Ｍ１＞
攪拌機付きの高圧重合缶に、予め１００部の純水に乳化剤としてポリビニルアルコール（デンカポバールＢ−０５（鹸化度８８ｍｏｌ％、平均重合度６００、デンカ株式会社製））４．１部及びデンカポバールＢ−１７（鹸化度８８ｍｏｌ％、平均重合度１７００、デンカ株式会社製）１．５部、助剤としてホルムアミジンスルフィン酸０．１部、酢酸ソーダ０．２部、硫酸第一鉄七水和物０．００５部、エチレンジアミン四酢酸四ナトリウム０．０１部を溶解したものを投入後、攪拌下酢酸ビニルモノマー及びエチレンを充填し内液温度を５５℃とした後、過硫酸アンモニウム水溶液を連続添加し重合を行った。酢酸ビニルモノマーは１０９部、エチレンは２０部を仕込んだ。重合末期にｔ−ブチルハイドロパーオキサイド水溶液を添加し、未反応の酢酸ビニルモノマー量が２％未満になるまで重合を継続した。
重合後に残存するエチレンをパージし、生成したエマルジョン中の未反応の酢酸ビニルモノマーを減圧除去した結果、未反応の酢酸ビニルモノマーが０．５％以下の水性樹脂エマルジョンを得た。
得られた水性樹脂エマルジョンの固形分率をＪＩＳＫ６８２８に準じて測定した。乾燥条件は、１０５℃で３時間とした。固形分率は５５％であった。トルエン不溶分は４８％であった。

＜Ｍ２〜Ｍ３＞
予めデンカポバールＢ−２０（鹸化度８８ｍｏｌ％、平均重合度２０００、デンカ株式会社製）の１２％水溶液を作成し、土壌改質剤Ｍ１に表１に示す濃度となるようそれぞれ添加して土壌改質剤Ｍ２及び土壌改質剤Ｍ３を得た。

＜Ｍ５＞
攪拌機付きの重合缶に、アクリル酸ブチル７８部、メタクリル酸メチル２０部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム２部、水１００部を加え、過硫酸アンモニウム０．２部により８０℃で６時間重合させた。重合転化率は９９％であった。１０％水酸化カリウム水溶液でｐＨ７に中和し、固形分５０質量％のポリマーエマルジョンを得た。トルエン不溶分は０％であった。

＜Ｍ４＞
予めデンカポバールＢ−２０（鹸化度８８ｍｏｌ％、平均重合度２０００、デンカ株式会社製）の１４％水溶液を作成し、土壌改質剤Ｍ５に表１に示す濃度となるよう添加して土壌改質剤Ｍ４を得た。

２．実施例・比較例
＜試験土壌の準備＞
開口面積０．１１ｍ^２、容量２６Ｌのプランターに石垣島で採取した赤土１９ｋｇを仕込み、２ｋｇのハンドローラーを５回往復させて赤土表面を平らに均し、赤土表面が水平になるようにプランターを静置した。表２に示す土壌改質剤を、表２に示す散布液に調整して、静置したプランターの縁から散布液及び赤土が流出しない程度の流量で、霧吹きを用いて散布液を散布して２４時間自然乾燥させた。比較例３及び比較例４は、固形の土壌改質剤のため、それぞれ赤土１８ｋｇにセメント系固化剤１．３ｋｇを混合、赤土１９ｋｇにポリビニルアルコール１９ｇを混合した後、各実施例と同じ条件でプランターに仕込み、水のみを同様に霧吹きを用いて散布して２４時間自然乾燥させた。

＜透水率＞
試験土壌の赤土表面が１０度の傾斜角度になるようにプランターを固定し、高さ１．５ｍの位置から、水を赤土表面全体に１２０ｍｍ／ｈで４０分間散布した。水を散布している間にプランターの縁から流出した赤土を含む水を全量回収し、赤土と水を分離して表層流出水の質量を測定した。試験は１週間間隔を空けて１０回繰り返して行い、散布水量と表層流出水の質量の１０回分の積算量について、以下の式に基づいて透水率を算出した。
透水率（％）＝１００×（散布水量（ｋｇ）−表層流出水の質量（ｋｇ））／散布水量（ｋｇ）

＜表層流出土壌量＞
表層流出水の質量を測定する際に分離した赤土の質量を測定し、１０回分の積算量について、以下の式に基づいて表層流出土壌量を算出した。
表層流出土壌量（ｇ／ｍ^２）＝赤土の質量（ｇ）／プランターの開口面積（ｍ^２）

表２中のＭ６〜Ｍ８の詳細は、以下の通りである。
Ｍ６：水
Ｍ７：セメント系固化剤（フライアッシュセメント）
Ｍ８：ポリビニルアルコール（デンカポバールＢ−２０、デンカ株式会社製）

３．考察
表１及び表２に示すように、水性樹脂エマルジョンと水溶性高分子を含む土壌改質剤Ｍ１〜Ｍ４を用いた実施例１〜６では、比較例１〜４に比べて透水率が高く、表層流出土壌量が少なかった。
また、水性樹脂エマルジョンが酢酸ビニルに由来する構造単位を含む土壌改質剤Ｍ１〜Ｍ３では、透水率が特に高かった。
さらに、土壌改質剤中の水溶性高分子の含有量が固形分換算で１〜１２質量％である土壌改質剤Ｍ１〜Ｍ２では、表層流出土壌量が特に少なく、水溶性高分子の含有量が１〜７質量％である土壌改質剤Ｍ１では、表層流出土壌量がさらに少なかった。

Claims

水性樹脂エマルジョンと、水溶性高分子を含む土壌改質剤であって、
前記水溶性高分子は、平均重合度が互いに異なる複数種類のポリビニルアルコールを含み、
前記土壌改質剤を石垣島で採取した赤土に１００〜１０００ｇ／ｍ ^２となるように散布し乾燥させた後の透水率が７６〜８５％である、土壌改質剤。
前記土壌改質剤中の前記水溶性高分子の含有量が、固形分換算で、１〜２０質量％である、請求項１に記載の土壌改質剤。
前記水性樹脂エマルジョンが、酢酸ビニルに由来する構造単位を含む、請求項１又は請求項２に記載の土壌改質剤。
前記水性樹脂エマルジョンが、エチレン−酢酸ビニル共重合体エマルジョンである、請求項１〜請求項３の何れか１つに記載の土壌改質剤。
請求項１〜請求項４の何れか１つに記載の土壌改質剤を土壌に散布し、前記土壌を乾燥させる工程を備える、土壌改質方法。
前記土壌改質剤は、固形分質量が１００〜１０００ｇ／ｍ^２となるように散布する、請求項５に記載の土壌改質方法。
前記土壌改質剤は、散布液量が１．５〜８Ｌ／ｍ^２となるように散布する、請求項５又は請求項６に記載の土壌改質方法。