JPH0940410A - 土壌改良用炭素質粒状体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低密度で高度の吸水性能を備え、かつ優れた
粒強度ならびに粒性状を兼備する土壌改良用炭素質粒状
体の製造方法を提供する。 【解決手段】 直径0.1mm 以下、長さ100mm 以下の有機
質短繊維を、この有機質短繊維 100重量部に対し５〜20
重量部のフィブリル化繊維および20〜60重量部の有機質
バインダーと共に転動造粒し、造粒体を乾燥したのち、
非酸化雰囲気中で500 ℃以上の温度域により焼成炭化処
理する。有機質短繊維は、木材パルプ繊維、綿パルプ繊
維またはレーヨン繊維から選択使用され、フィブリル化
繊維は木材パルプ、綿、麻、ビニロン、レーヨンまたは
アラミド繊維を叩解処理したものを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、農作物の栽培土壌
を改良して作物の生育促進を図るために有効な土壌改良
用炭素質粒状体の製造方法に関する。

【０００２】農業分野においては生産性の向上が最重視
された関係で、これまで農薬の乱用や化学肥料の過剰使
用が行われてきた。これに連作の繰り返し等も重なり、
現状では地力の低下や土壌微生物相の偏りが生じ、作物
収量の減退、連作障害、その他健康問題を含めた環境汚
染などの問題が表面化している。

【０００３】このような背景の下で、近時、土壌中の微
生物の働きが再び注目を集めており、その活動作用によ
り土壌環境を改善して作物の生育促進を図る試みが研究
されている。しかし、土壌中の微生物には植物にとって
有用なものばかりでなく有害なものも存在するため、植
物の生育にはこのうちの有用な微生物を選択的に増加さ
せる必要がある。この土壌改良状態を作るには、木炭、
樹皮炭、籾殻炭、鋸屑炭、椰子殻炭などの植物系炭材が
有効とされており、その最も典型的な作業が古来から行
われている焼き畑農業である。植物系炭材が土壌改良材
として適している理由は、植物の組織や細胞が完全に炭
化した均質な微細孔を備える無菌状の多孔質構造となっ
ており、炭水化物や窒素化合物などの有機物は殆ど存在
せず、生物の生長を阻害する揮発成分は多少残留するも
のの重金属やミネラル等の含有が極めて少ないからであ
る。

【０００４】

【従来の技術】一般にこの種の土壌改良材に要求される
性能要素は、土壌の通気性、透水性を改良する機能が
あること、適度の吸水性を備えること、土壌中の保
肥力があること、土壌中の酸素（空気）の保有性が高
いこと、等である。これを炭素材としての特性・性状に
置き換えてみると、組織的に平均気孔径が適度の範囲に
ある空隙率の高い低嵩密度の多孔質構造を有し、かつ容
易に破粒しない粒状体であって、ハンドリングの面から
粒性状が球状でダストが生じない形態が理想的なものと
なる。

【０００５】このような観点から、上記の要求項目を満
足する土壌改良目的に好適な低嵩密度多孔質炭素粒の製
造方法として、植物系粉末をリグニン、澱粉もしくはこ
れらの混合物からなるバインダー成分の水溶液で造粒化
したのち乾燥処理し、ついで造粒物を焼成炭化する方法
（特開平３−28116 号公報) 、および植物系粉末を造粒
媒体として水を用いて粒状化し、乾燥処理したのち加熱
式回転ドラム中で液状の有機高分子物質を噴霧しながら
転動加熱して前記有機高分子物質を粒表層部で硬化さ
せ、ついで粒状体を焼成炭化する方法（特願平４−2651
1 号) が本出願人によって開発されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の先行技術によれ
ば土壌改良材として優れた粒状組織を備える多孔質炭素
粒を得ることができるが、嵩密度が十分に低くならない
上に、組織的に高い吸水量を保持させることができない
難点があった。

【０００７】本発明が目的とする課題は、低嵩密度で高
度の吸水性能を有し、かつ優れた粒強度ならびに粒性状
を備える土壌改良用炭素質粒状体の製造方法を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明による土壌改良用炭素質粒状体の製造方法
は、直径０．１mm以下、長さ１００mm以下の有機質短繊
維を、該有機質短繊維１００重量部に対し５〜２０重量
部のフィブリル化繊維および２０〜６０重量部の有機質
バインダーと共に転動造粒し、造粒体を乾燥したのち、
非酸化雰囲気中で５００℃以上の温度域により焼成炭化
処理することを構成上の特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】有機質短繊維は最終的に炭素質粒
状体の骨格部分となる成分で、各種の木材パルプ、藁パ
ルプ、綿パルプ、再生セルロース、レーヨンなどの植物
系繊維のうち、直径０．１mm以下、長さ１００mm以下の
短繊維状のものが選択使用される。直径が０．１mmを上
回り、長さが１００mmを越えると、造粒工程において円
滑な絡み合い作用に基づく造粒体の形成化が困難となる
か、粒強度の高い炭素質粒状体を得ることができなくな
る。

【００１０】フィブリル化繊維は造粒時に前記有機質短
繊維の絡み合いを助長し、炭化後は粒強度を高めるため
に機能する成分で、木材パルプ、綿、麻、レーヨン、ビ
ニロン、アラミド等の繊維類をビーター等の叩解機によ
り叩解処理を施して数μm 以下にフィブリル化したもの
が適用される。該フィブリル化繊維の添加量は、有機質
短繊維１００重量部に対し５〜２０重量部、好ましくは
５〜１０重量部の範囲に設定する。この添加量が５重量
部を下回ると造粒工程における有機質短繊維の絡み合い
助長機能が減退して炭素質粒状体が脆弱化する傾向を招
き、また２０重量％を越えると造粒時にフィブリル化繊
維自体の塊が生じ易くなるうえ、得られる炭素質粒状体
の気孔径が小さくなり過ぎる不都合を招く。

【００１１】有機質バインダーは造粒媒体として機能す
る成分で、澱粉、ポリビニルアルコール、リグニン、フ
ェノール樹脂などの溶液が使用できる。しかし、炭化後
の粒体強度を維持するため炭化残留率の高いリグニンや
フェノール樹脂の溶液を用いることが好ましい。該有機
質バインダーは、有機質短繊維１００重量部に対し２０
〜６０重量部、好ましくは３０〜４５重量部の範囲で使
用される。この量が２０重量％未満では結合力が弱化し
て十分な材質強度が付与されず、６０重量部を越えると
組織を緻密化して気孔率が低下する。

【００１２】上記の有機質短繊維は、フィブリル化繊維
および有機質バインダーと共に転動造粒される。造粒装
置としては、カーボンブラックの湿式造粒に常用されて
いるピン型タイプのものが好適に使用される。造粒装置
へのフィブリル化繊維と有機質バインダーの添加手段
は、これらを分散液および水溶液の状態で個別に噴霧す
るか、予めフィブリル化繊維を有機質バインダー溶液中
に分散させた造粒液を噴霧する方法のいずれでもよい。
但し、この場合の造粒液は粘度を１００〜３０００ｃＰ
の範囲に調整する必要がある。１００ｃＰ未満では造粒
時における繊維間の結合が不十分となり、３０００ｃＰ
を越えると噴霧化が困難となり、粒形状が悪化するから
である。

【００１３】造粒処理後の造粒体は、ロータリーキルン
形式の回転ドラム乾燥器を用いて乾燥する。乾燥温度は
適用する有機質短繊維が分解または溶融する温度以下に
設定する必要があり、例えば木材パルプ繊維を用いる場
合には１２０℃以下で乾燥する。乾燥後の造粒体は、引
き続き非酸化性雰囲気中で焼成炭化処理する。焼成炭化
の手段は、静置炭化法、流動炭化法のいずれの方法を適
用してもよく、特に厳密な昇温速度の制御は必要ない。
焼成炭化温度は５００℃以上の温度域、通常、７００〜
８００℃に設定される。

【００１４】上記した本発明の製造方法によれば、主原
料となる有機質短繊維が造粒工程で転動しながら相互に
絡み合って毛玉状に粒状化が進行するが、この過程で添
加される細繊状のフィブリル化繊維が前記の絡み合いを
助長して組織の強化に寄与し、同時に噴霧される有機質
バインダーの結合作用によって強固な球状体に転化す
る。この粒状体を焼成炭化処理すると、有機質短繊維お
よびフィブリル化繊維の組織はそのまま炭化して骨格を
形成し、この炭素繊維骨格を有機質バインダーの残留炭
素成分が一体に結合した複合組織となる。したがって、
得られる炭素質粒状体の組織形態は、軟質の多孔繊維組
織の内部骨格部分が硬質の炭素により結合した強固で均
一な粒構造を備えている。この独特な組織性状は土壌を
改良するために有効機能し、その高い比表面積ならびに
適度の平均気孔径を備えた多孔質骨格組織が、酸素（空
気）の保持および吸水機能を支え、微生物の担持育成と
土壌改良に有効な生物の吸着化に寄与する。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して具
体的に説明する。しかし、本発明の範囲はこれらの実施
例に限られるものではない。

【００１６】実施例１〜６、比較例１〜３ 有機質短繊維として直径０．１mm以下、長さ１００mm以
下の木材パルプ(NBKP)繊維、フィブリル化繊維に木材パ
ルプの叩解処理物、有機質バインダーにリグニンスルホ
ン酸カルシウム〔山陽国策パルプ（株）製“サンエキス
Ｃ”〕の３０重量％水溶液を用い、これら成分の配合は
表１に示した割合（重量部）とした。フィブリル化繊維
は、予め有機質バインダー溶液に分散させて造粒液（粘
度：300cP ）とした。

【００１７】有機質短繊維をピン型造粒装置に入れ、造
粒液を噴霧しながら転動造粒した。造粒体を回転ドラム
乾燥器により、温度１１０℃で転動乾燥を行ったのち、
窒素雰囲気に保持された焼成炉に移し、７００℃の温度
で焼成炭化して炭素質粒状体を製造した。得られた炭素
質粒状体は、多孔質組織を有する平均直径３mmの均一球
状を呈するものであり、各例の特性は表１に示すとおり
であった。

【００１８】

【表１】 〔表注〕(1) 配合割合は重量部である。

【００１９】表１の結果から、本発明の要件を満たす実
施例の炭素質粒状体は、いずれも嵩密度が０．１７g/cc
以下、平均気孔径が１８〜４０μm の範囲にあり、吸水
量が２．８cc/g以上で、かつ優れた粒強度と粒性状を備
えており、土壌改良材として好適であることが認められ
た。これに対し、フィブリル化繊維の配合量が２０重量
％を越える比較例１では平均気孔径が低くなり、この配
合量が５重量％未満の比較例２では炭素粒がダストを多
く発生するようになる。また、有機バインダー量が６０
重量部を上回る比較例３では嵩密度が高くなるうえ、平
均気孔径および吸水量が減少する結果を示した。

【００２０】実施例６ 実施例２の有機質バインダーを３０重量％濃度のフェノ
ール樹脂液に代え、その他は同一条件により炭素質粒状
体を製造した。得られた炭素質粒状体は、嵩密度０．１
３g/cc、平均気孔径３８μm 、吸水量３．６cc/g、粒強
度４５０g ／粒と土壌改良材として好適な特性範囲にあ
り、粒性状は均一な球状を呈するものであった。

【００２１】実施例７ 実施例２の有機質短繊維を直径０．１mm以下、長さ１０
０mm以下の綿パルプ繊維に代え、その他は同一条件によ
り炭素質粒状体を製造した。得られた炭素質粒状体は、
嵩密度０．０８g/cc、平均気孔径６０μm 、吸水量４．
６cc/g、粒強度２３０g ／粒の均一な球状形態を呈して
おり、特に嵩密度が低く吸水量の高いものが製造され
た。

【００２２】比較例４ 粒径５００μm 以下の木粉をピン型造粒装置に入れ、リ
グニンスルホン酸カルシウム〔山陽国策パルプ（株）製
“サンエキスＣ”〕の３０重量％水溶液を造粒液として
噴霧しながら転動造粒した。その後の条件は実施例と同
一として炭素質粒状体を製造した。得られた炭素質粒状
体は、嵩密度０．２５g/cc、平均気孔径１５μm 、吸水
量１．８cc/g、粒強度８５０g ／粒の特性であり、嵩密
度が高く吸水量が極端に低いため土壌改良材としては不
適であった。

【００２３】実施例８〜１０、比較例５〜７ 有機質短繊維として直径および長さの異なるレーヨン繊
維、フィブリル化繊維に木材パルプの叩解処理物、有機
質バインダーにリグニンスルホン酸カルシウム〔山陽国
策パルプ（株）製“サンエキスＣ”〕の３０重量％水溶
液を用い、表２に示した配合割合（重量部）とした。そ
の他は実施例２と同一条件により炭素質粒状体を製造し
た。得られた各炭素質粒状体の特性を、用いたレーヨン
繊維の直径および長さと対比させて表２に示した。

【００２４】

【表２】

【００２５】表２の結果から、有機質短繊維として直径
０．１mm以下、長さ１００mm以下のレーヨン繊維を用い
た実施例８〜１０の炭素質粒状体は土壌改良材として好
適な特性を示したが、前記の繊維性状を外れる比較例５
〜７では造粒時に粒形態にならないか、造粒されても粒
強度が極めて脆弱であり、ダストの発生が多いものであ
った。

【００２６】

【発明の効果】以上のとおり、本発明に従えば農作物の
栽培土壌を改良するために好適な低密度多孔質で、高吸
水量を備え、かつ容易に破粒しない粒強度と良好な粒性
状を兼備する炭素質粒状体を製造することが可能とな
る。なお、本発明に係る炭素質粒状体は、土壌改良材の
ほか、調湿材あるいはバイオリアクター用としても有用
性が期待される。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直径０．１mm以下、長さ１００mm以下の
   有機質短繊維を、該有機質短繊維１００重量部に対し５
   〜２０重量部のフィブリル化繊維および２０〜６０重量
   部の有機質バインダーと共に転動造粒し、造粒体を乾燥
   したのち、非酸化雰囲気中で５００℃以上の温度域によ
   り焼成炭化処理することを特徴とする土壌改良用炭素質
   粒状体の製造方法。
2. 【請求項２】 有機質短繊維が、木材パルプ繊維、綿パ
   ルプ繊維またはレーヨン繊維である請求項１記載の土壌
   改良用炭素質粒状体の製造方法。
3. 【請求項３】 フィブリル化繊維が、木材パルプ、綿、
   麻、ビニロン、レーヨンまたはアラミド繊維を叩解処理
   してフィブリル化したものである請求項１又は２記載の
   土壌改良用炭素質粒状体の製造方法。