KR20150043477A

KR20150043477A - 인공 토양 입자, 인공 토양 단립체, 인공 토양 성형체, 및 상기 인공 토양 성형체를 사용한 녹화용 시트, 벽면 녹화 패널, 및 원예용 블록

Info

Publication number: KR20150043477A
Application number: KR1020157006604A
Authority: KR
Inventors: 노부요시 이시자카; 마사유키 쓰보이; 신야 가와무라
Original assignee: 도요 고무 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2013-09-20
Publication date: 2015-04-22
Also published as: EP2901849A4; CN104735968A; WO2014050765A1; US20150230419A1; EP2901849A1

Abstract

토양으로서의 기본 성능을 양호한 밸런스로 발휘할 수 있는, 고품질이며 취급하기 쉬운 인공 토양 입자를 제공한다. 서브 ㎚ 오더 내지 서브 ㎛ 오더의 세공(細孔)(2)을 가지는 필러(filler)(1)가 복수 집합되어 이루어지는 인공 토양 입자(10)로서, 필러(1)의 사이에 서브 ㎛ 오더 내지 서브 ㎜ 오더의 연통공(連通孔)(3)이 형성되고, 연통공(3)이 외부로부터 수분 W, 및 양분 K, N, P를 받아들이고, 또한 세공(2)이 연통공(3)으로부터 양분 K, N, P를 받을 수 있도록, 세공(2)이 연통공(3)의 주위에 분산 배치되어 있다. 연통공(3)의 전체 용적이 세공(2)의 전체 용적보다 크게 되도록, 필러(1)는 3차원 네트워크형으로 결합되어 있다.

Description

인공 토양 입자, 인공 토양 단립체, 인공 토양 성형체, 및 상기 인공 토양 성형체를 사용한 녹화용 시트, 벽면 녹화 패널, 및 원예용 블록{ARTIFICIAL SOIL PARTICLES, ARTIFICIAL SOIL AGGREGATES, ARTIFICIAL SOIL MOLDED BODY, GREENING SHEET, WALL GREENING PANEL AND GARDENING BLOCKS USING ARTIFICIAL SOIL MOLDED BODY}

본 발명은, 필러(filler)가 복수 집합되어 이루어지는 인공 토양 입자, 및 상기 인공 토양 입자를 단립화(團粒化)한 인공 토양 단립체(團粒體)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 인공 토양 입자를 성형하여 이루어지는 인공 토양 성형체, 및 상기 인공 토양 성형체를 사용한 녹화용(綠化用) 시트, 벽면 녹화 패널, 및 원예용 블록에 관한 것이다

최근, 생육 조건이 콘트롤된 환경 하에서 야채 등의 식물을 재배하는 식물 공장이 증가하고 있다. 종래의 식물 공장은, 양상추 등의 잎 야채의 수경 재배가 중심이었지만, 최근에는 수경 재배에는 적합하지 않은 근채류에 대해서도 식물 공장에서의 재배를 시도하고자 하는 움직임이 있다. 근채류를 식물 공장에서 재배하기 위해서는, 토양으로서의 기본 성능이 우수하고, 품질이 높으며, 또한 취급이 용이한 인공 토양을 개발할 필요가 있다.

또한, 인공 토양은, 빌딩이나 주택 등의 옥상이나 발코니에서의 도시의 녹화에도 이용되고 있다. 도시의 녹화는, 대기의 정화나 열섬(heat island) 현상의 완화 등으로의 기여가 크며, 쾌적한 주거 환경의 형성에도 도움이 되고 있다. 건물의 옥상 등을 녹화하기 위해서는, 배토(培土)로서 사용하는 토양이 경량이며 또한 보수성(保水性)을 가지고 있는 것과, 및 건물의 바닥면이나 벽면에 시공할 때의 작업성이 양호한 것이 중요하게 된다. 이에, 중량이 크고, 작업성이 좋지 못한 천연 토양 대신, 경량이며 또한 보수성이 우수하고, 작업성도 뛰어난 인공 토양을 사용한 식생(植生) 매트 등의 개발이 행해지고 있다.

지금까지 개발된 인공 토양으로서, 분상(粉狀)의 제올라이트를 수용성 고분자로 이루어지는 결합재로 결합하여 단립화한 단립 구조 제올라이트가 있었다(예를 들면, 특허 문헌 1을 참조). 특허 문헌 1의 단립 구조 제올라이트는, 보수성이 부족한 제올라이트의 다공질 구조 및 양이온 교환능을 인공 토양으로서 이용하기 위해, 제올라이트를 단립화하여 보수성을 향상시킨 것이다.

또한, 유기 고분자 재료를 베이스로 한 연속 기포 구조를 가지는 다공질체도 개발되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 2를 참조). 특허 문헌 2의 연속 기포 다공질체는, 분체(粉體)로 만든 열가소성 수지, 바인더 성분, 및 계면활성제의 혼합물을 열융착시켜 제조되는 것이며, 저밀도이며 연속 기포 구조를 가지고 있으므로, 양호한 액체 흡수성을 나타내기 쉬운 것으로 되어 있다. 상기 문헌에는, 이 연속 기포 다공질체를 식물의 배지로서 이용 가능한 것에 대하여 기재되어 있다.

한편, 녹화에 사용되는 식생 매트로서, 예를 들면, 섬유를 부직포형으로 퇴적하여 형성한 기반(基盤) 매트의 섬유 간극(間隙)에 식재(植栽) 토양을 문질러서 스며들게 하여 충전하여 일체화하고, 최하층은 조밀하게, 최상층은 성기게 되도록 밀도 구배를 설정하고, 최하층을 보수층으로 한 식생 매트가 있었다(예를 들면, 특허 문헌 3 참조). 특허 문헌 3의 식생 매트는, 기반 매트의 최상층의 섬유 간극에 입도(粒度)가 미세한 식재 토양을 충전하고, 최하층의 섬유 간극에 입도가 거친 식재 토양을 충전함으로써, 식생 매트의 물의 보지력(保持力)을 향상시킬 뿐만 아니라, 비바람에 의한 토양의 유출을 방지하고 있다.

일본공개특허 제2000-336356호 공보(특히, 청구항 1을 참조) 일본공개특허 제2011-241262호 공보(특히, 제0050 단락∼제0052 단락을 참조) 일본공개특허 제2000-144749호 공보(특히, 제0015 단락을 참조)

인공 토양의 개발에 있어서는, 천연 토양과 동등한 식물 육성력을 달성하면서, 예를 들면, 재배 대상 식물에 대하여 수분이나 양분을 적절하게 공급할 수 있는 콘트롤 기능이 요구된다. 즉, 인공 토양에는, 토양으로서의 기본 성능을 양호한 밸런스로 발휘하는 것이 요구된다.

이 점에 있어서, 특허 문헌 1의 단립 구조 제올라이트는, 물의 존재 하에서 분말의 제올라이트와 결합재를 혼합하여 건조시켰을 뿐이므로, 단립체 중의 제올라이트의 미시적인 구조가 유효하게 작용하고 있다고 말할 수 없으며, 제올라이트의 성능이 충분히 높은 것은 아니다. 또한, 단립체의 제조 중에 제올라이트가 뭉치기 쉽고, 보수성이 충분히 높아진다고는 할 수 없다. 토양의 기본 성능의 하나인 보수성은 보비성(保肥性)에 영향을 주므로, 단립체의 보수성을 충분히 높일 수 없다면, 보비성에 관한 제올라이트의 다공질 구조나 양이온 교환능을 인공 토양으로서 유효하게 이용하는 것도 곤란하게 된다.

특허 문헌 2의 연속 기포 다공질체는, 열가소성 수지의 발포체를 분쇄하여 원료의 분체를 얻고 있으며, 이 분체를 열융착함으로써 흡수성을 가지는 다공질체를 구성하고 있다. 그러나, 특허 문헌 2에서 사용되는 열가소성 수지는, 그 자체는 보비성을 가지고 있지 않으므로, 생성한 연속 기포 다공질체를 인공 토양으로서 이용하는 경우, 토양으로서의 기본 성능을 양호한 밸런스로 발휘할 수 있다고는 말할 수 없다.

한편, 녹화에 사용되는 특허 문헌 3의 식생 매트는, 최하층의 섬유 간극을 조밀하게 형성함으로써 보수성을 향상시키고, 또한 상기 최하층의 섬유 간극에 입도가 거친 식재 토양을 충전함으로써 식재 토양의 비바람에 의한 유출을 방지하고 있다. 그러나, 특허 문헌 3의 식생 매트는, 외부 환경이 습윤 상태로 되면, 식생 매트의 최하층에 물이 과잉으로 보지되는 것에 의해 배수성이 악화된다. 이와 같은 경우, 식물의 성장이 저해될 뿐만 아니라, 건물에 악영향을 미칠 우려가 있다. 또한, 특허 문헌 3의 식생 매트는, 조밀하게 형성한 섬유 간극과 입도가 거친 식재 토양의 사이에 있어서 보수성을 유지하고 있다. 이와 같은 경우, 외부 환경이 건조 상태로 되면, 섬유 간극과 입도가 거친 식재 토양의 사이로부터 물이 외부로 누출하므로, 식물에 필요한 물을 식생 매트에 충분히 보지할 수 없게 된다. 또한, 특허 문헌 3의 식생 매트에서는, 보비성을 얻기 위하여 식재 토양으로서 나무껍질(bark)와 코코피트(palm peat)를 포함하는 인공 토양을 사용하고 있지만, 이 인공 토양은 충분히 경량이라고 말하기 어렵고, 작업성에 문제가 있다.

본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 토양으로서의 기본 성능을 양호한 밸런스로 발휘할 수 있는, 고품질이며 취급하기 쉬운 인공 토양, 즉 인공 토양 입자 및 그것을 단립화한 인공 토양 단립체를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 경량이며 취급이 용이한 인공 토양 입자를 성형하여 이루어지는 인공 토양 성형체, 및 상기 인공 토양 성형체를 사용한 녹화용 시트, 벽면 녹화 패널, 및 원예용 블록을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 인공 토양 입자의 특징적 구성은,

서브 ㎚ 오더 내지 서브 ㎛ 오더의 세공(細孔)을 가지는 필러(filler)가 복수 집합되어 이루어지는 인공 토양 입자로서,

상기 필러의 사이에 서브 ㎛ 오더 내지 서브 ㎜ 오더의 연통공(連通孔)이 형성되고,

상기 연통공이 외부로부터 수분 및 양분을 받아들이고, 또한, 상기 세공이 상기 연통공으로부터 상기 양분을 받을 수 있도록, 상기 세공이 상기 연통공의 주위에 분산 배치되어 있는 것에 있다.

본 구성의 인공 토양 입자에 의하면, 필러의 세공의 공경(孔徑)이 서브 ㎚ 오더 내지 서브 ㎛ 오더이므로, 상기 세공에 식물의 품질을 향상시키기 위해 필요한 양분을 효과적으로 받아들일 수 있다. 또한, 집합된 필러의 사이에 형성되는 연통공의 공경이 서브 ㎛ 오더 내지 서브 ㎜ 오더이므로, 상기 연통공에 식물의 생육에 불가결한 수분을 효과적으로 흡수시킬 수 있다. 또한, 세공과 연통공의 위치 관계에 대하여, 연통공이 외부로부터 수분 및 양분을 받아들이고, 또한, 세공이 연통공으로부터 양분을 받을 수 있도록, 세공이 연통공의 주위에 분산 배치되어 있으므로, 주로 세공에게 보비성을 담당시키고 연통공에게 보수성을 담당시킬 수 있다.

이와 같이, 본 구성의 인공 토양 입자는, 1개의 입자 내에 있어서, 세공과 연통공의 사이에 특정한 관계를 가지게 하고 있고, 세공과 연통공에서 상이한 기능을 분담시키고 있으므로, 토양으로서의 기본 성능을 양호한 밸런스로 발휘할 수 있는(즉, 보수성과 보비성의 밸런스가 우수한), 고품질이며 기능적인 인공 토양 입자를 실현할 수 있다. 또한, 이와 같은 인공 토양 입자는, 재배 대상 식물에 대하여 수분이나 양분을 적절하게 공급할 수 있으므로, 유지 보수에 품이 들지 않고, 취급이 용이하게 된다.

본 발명에 따른 인공 토양 입자에 있어서,

상기 연통공의 전체 용적이 상기 세공의 전체 용적보다 크게 되도록, 상기 필러는 3차원 네트워크형으로 결합되어 있는 것이 바람직하다.

본 구성의 인공 토양 입자에 의하면, 필러를 3차원 네트워크형으로 결합시키고 있으므로, 인공 토양 입자의 구조가 안정된다. 또한, 결합 상태에 있어서 연통공의 전체 용적이 세공의 전체 용적보다 크게 되도록 되어 있으므로, 인공 토양 입자를 경량화할 수 있고, 취급이 용이하게 된다.

본 발명에 따른 인공 토양 입자에 있어서,

상기 연통공 중 적어도 일부에 보수성 재료가 도입되고, 또한 상기 세공에 이온 교환능을 부여하고 있는 것이 바람직하다.

본 구성의 인공 토양 입자에 의하면, 연통공 중 적어도 일부에 보수성 재료를 도입함으로써, 연통공의 보수성이 더욱 높아진다. 또한, 세공에 이온 교환능을 부여함으로써, 세공의 보비성이 더욱 높아진다. 그 결과, 장기간의 사용에도 견딜 수 있는 인공 토양 입자를 실현할 수 있다.

본 발명에 따른 인공 토양 입자에 있어서,

상기 세공의 공경이 0.2∼800 ㎚이며, 상기 연통공의 공경이 0.1∼500 ㎛인 것이 바람직하다.

본 구성의 인공 토양 입자에 의하면, 세공의 공경이 0.2∼800 ㎚이며, 연통공의 공경이 0.1∼500 ㎛이므로, 세공에 다양한 양분을 받아들이고, 또한, 연통공에 충분한 수분을 보지시킬 수 있다. 그 결과, 장기간의 사용에도 견딜 수 있는 인공 토양 입자를 실현할 수 있다.

본 발명에 따른 인공 토양 입자에 있어서,

0.2∼10 ㎜의 입경(粒徑)을 가지는 것이 바람직하다.

본 구성의 인공 토양 입자에 의하면, 입경을 0.2∼10 ㎜로 함으로써, 특히 근채류의 재배에 적합한, 취급이 용이한 인공 토양으로 만들 수 있다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 인공 토양 단립체의 특징적 구성은,

상기 어느 한 항에 기재된 인공 토양 입자를 단립화한 점에 있다.

본 구성의 인공 토양 단립체에 의하면, 본 발명의 인공 토양 입자를 단립화하고 있으므로, 토양으로서의 기본 성능을 양호한 밸런스로 발휘할 수 있는(즉, 보수성과 보비성의 밸런스가 우수한), 고품질이며 기능적인 인공 토양 단립체를 실현할 수 있다. 또한, 이와 같은 인공 토양 단립체는, 재배 대상 식물에 대하여 수분이나 양분을 적절하게 공급할 수 있으므로, 유지 보수에 품이 들 지 않고, 취급이 용이하게 된다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 인공 토양 성형체의 특징적 구성은,

상기 어느 한 항에 기재된 인공 토양 입자를 성형하여 이루어지는 점에 있다.

본 구성의 인공 토양 성형체에 의하면, 본 발명의 인공 토양 입자를 성형하여 이루어지는 것이므로, 인공 토양으로서의 기본 성능(보수성과 보비성의 밸런스)이 우수하고, 또한 유지 보수에 품이 들지 않는다. 또한, 경량이며, 또한 양호한 배수성을 실현하고 있으므로, 취급이 용이하다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 녹화용 시트의 특징적 구성은,

전술한 인공 토양 성형체를 시트형으로 부설(敷設)한 점에 있다.

본 구성의 녹화용 시트에 의하면, 본 발명의 인공 토양 성형체를 시트형으로 부설한 것이므로, 경량이며 취급이 용이하다. 이와 같은 녹화용 시트는, 건물의 옥상이나 발코니에 있어서, 바닥면 및 벽면에 용이하게 시공 가능하다. 또한, 녹화용 시트를 구성하는 인공 토양 성형체가 보수성 및 보비성을 구비하므로, 재배 대상 식물에 대하여 수분이나 양분을 적절하게 공급할 수 있고, 유지 보수에 품이 들지 않는다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 벽면 녹화 패널의 특징적 구성은,

전술한 인공 토양 성형체를 프레임체로 보지한 점에 있다.

본 구성의 벽면 녹화 패널에 의하면, 본 발명의 인공 토양 성형체를 프레임체로 보지한 것이므로, 경량이며 취급이 용이하다. 이와 같은 벽면 녹화 패널은, 건물의 옥상이나 발코니에 있어서, 바닥면 및 벽면에 용이하게 시공 가능하다. 또한, 벽면 녹화 패널을 구성하는 인공 토양 성형체가 보수성 및 보비성을 구비하므로, 재배 대상 식물에 대하여 수분이나 양분을 적절하게 공급할 수 있고, 유지 보수에 품이 들지 않는다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 원예용 블록의 특징적 구성은,

전술한 인공 토양 성형체를 블록형으로 적층한 점에 있다.

본 구성의 원예용 블록에 의하면, 본 발명의 인공 토양 성형체를 블록형으로 적층한 것이므로, 경량이며 취급이 용이하다. 이와 같은 원예용 블록은, 건물의 옥상이나 발코니에 있어서, 바닥면 및 벽면에 용이하게 시공 가능하다. 또한, 원예용 블록을 구성하는 인공 토양 성형체가 보수성 및 보비성을 구비하므로, 재배 대상 식물에 대하여 수분이나 양분을 적절하게 공급할 수 있고, 유지 보수에 품이 들지 않는다.

도 1은, 본 발명의 인공 토양 입자를 개념적으로 나타낸 설명도이다.
도 2는, 본 발명의 인공 토양 입자의 세공과 연통공의 위치 관계를 개념적으로 나타낸 모델도이다.
도 3은, 본 발명의 인공 토양 단립체의 설명도이다.
도 4는, 본 발명의 인공 토양 성형체의 설명도이다.
도 5는, 본 발명의 녹화용 시트의 설명도이다.
도 6은, 본 발명의 녹화용 시트에 식물을 심은 상태를 나타낸 일부 단면도이다.
도 7은 , 본 발명의 벽면 녹화 패널의 설명도이다.
도 8은, 본 발명의 원예용 블록의 설명도이다.
도 9는, 수은 압입법(壓入法)에 의한 본 발명의 인공 토양 입자 또는 인공 토양 단립체의 공경 분포의 측정 결과를 나타낸 그래프이다.

이하에서, 본 발명에 따른 인공 토양 입자, 인공 토양 단립체, 인공 토양 성형체, 녹화용 시트, 벽면 녹화 패널, 및 원예용 블록에 관한 실시형태를 도 1∼도 9에 기초하여 설명한다. 다만, 본 발명은, 이하에서 설명하는 실시형태나 도면에 기재되는 구성으로 한정되는 것을 의도하지 않는다.

<인공 토양 입자의 구성>

도 1은, 본 발명의 인공 토양 입자(10)를 개념적으로 나타낸 설명도이다. 도 1의 (a)는, 필러(1)로서, 다공질 천연 광물인 제올라이트(1a)를 사용한 인공 토양 입자(10)를 예시한 것이다. 도 1의 (b)는, 필러(1)로서, 층상(層狀) 천연 광물인 하이드로탈사이트(1b)를 사용한 인공 토양 입자(10)를 예시한 것이다. 그리고, 도 1 중에 나타내는 기호 x, y 및 z는, 후술하는 세공(2), 연통공(3) 및 인공 토양 입자(10)의 사이즈를 각각 나타내고 있지만, 도면 상에서의 x, y 및 z의 크기는 실제 사이즈를 반영한 것은 아니다.

인공 토양 입자(10)는, 복수의 필러(1)가 집합되어 입상(粒狀)으로 구성된 것이다. 인공 토양 입자(10) 중의 복수의 필러(1)는, 이들이 서로 접촉되고 있는 것은 필수적인 것은 아니며, 1입자 내에서 바인더 등을 통하여 일정 범위 내의 상대적인 위치 관계를 유지하고 있으면, 복수의 필러(1)가 집합되어 입상으로 구성된 것으로 생각할 수 있다. 인공 토양 입자(10)를 구성하는 필러(1)는, 표면으로부터 내부에 걸쳐 다수의 세공(2)을 가진다. 세공(2)은, 각종 형태를 포함한다. 예를 들면, 필러(1)가, 도 1의 (a)에 나타낸 제올라이트(1a)인 경우, 상기 제올라이트(1a)의 결정 구조 중에 존재하는 공극(2a)이 세공(2)이며, 도 1의 (b)에 나타낸 하이드로탈사이트(1b)인 경우, 상기 하이드로탈사이트(1b)의 층 구조 중에 존재하는 층간(2b)이 세공(2)이다. 즉, 본 발명에 있어서 「세공」이란, 필러(1)의 구조 중에 존재하는 공극부, 층간부, 공간부 등을 의도하며, 이들은 「구멍 형상」의 형태로 한정되는 것은 아니다.

필러(1)의 세공(2)의 사이즈(도 1에 나타낸 공극(2a) 또는 층간(2b)의 사이즈 x의 평균값)는, 서브 ㎚ 오더 내지 서브 ㎛ 오더가 된다. 예를 들면, 세공(2)의 사이즈는, 0.2∼800 ㎚ 정도로 설정 가능하지만, 필러(1)가, 도 1의 (a)에 나타낸 제올라이트(1a)인 경우, 상기 제올라이트(1a)의 결정 구조 중에 존재하는 공극(2a)의 사이즈(직경)는, 0.3∼1.3 ㎚ 정도이다. 필러(1)가, 도 1의 (b)에 나타낸 하이드로탈사이트(1b)인 경우, 상기 하이드로탈사이트(1b)의 층 구조 중에 존재하는 층간(2b)의 사이즈(거리)는, 0.3∼3.0 ㎚ 정도이다. 이 외에, 필러(1)로서, 후술하는 유기 다공질 재료를 사용할 수도 있으며, 그러한 경우의 세공(2)의 직경 x는, 0.1∼0.8 ㎛ 정도로 된다. 필러(1)의 세공(2)의 사이즈는, 측정 대상의 상태에 따라, 가스 흡착법, 수은 압입법, 소각 X선 산란법, 화상 처리법 등을 사용하거나, 또는 이들 방법을 조합하여, 최적인 방법에 의해 측정된다.

필러(1)는, 인공 토양 입자(10)가 충분한 보비력을 가지도록, 세공(2)에 이온 교환능이 부여된 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우에, 이온 교환능이 부여된 재료로서, 양이온 교환능이 부여된 재료, 음이온 교환능이 부여된 재료, 또는 양자(兩者)의 혼합물을 사용할 수 있다. 또한, 이온 교환능을 가지지 않는 다공질 재료(예를 들면, 고분자 발포체, 유리 발포체 등)를 별도로 준비하고, 상기 다공질 재료의 세공에 상기한 이온 교환능이 부여된 재료를 압입이나 함침(含浸) 등에 의해 도입하고, 이것을 필러(1)로서 사용하는 것도 가능하다. 양이온 교환능이 부여된 재료로서, 양이온 교환성 광물, 부식(腐植), 및 양이온 교환 수지를 예로 들 수 있다. 음이온 교환능이 부여된 재료로서, 음이온 교환성 광물, 및 음이온 교환 수지를 예로 들 수 있다.

양이온 교환성 광물은, 예를 들면, 몬모리로나이트, 벤토나이트, 바이델라이트, 헥토라이트, 사포나이트, 스티븐사이트 등의 스멕타이트계 광물, 운모계 광물, 버미큘라이트, 제올라이트 등이 있다. 양이온 교환 수지는, 예를 들면, 약산성 양이온 교환 수지, 강산성 양이온 교환 수지가 있다. 이들 중, 본 실시형태에 있어서 사용하는 제올라이트, 또는 벤토나이트가 바람직하다. 양이온 교환성 광물 및 양이온 교환 수지는, 2종 이상을 조합하여 사용하는 것도 가능하다. 양이온 교환성 광물 및 양이온 교환 수지에서의 양이온 교환 용량은, 10∼700 meq/100 cc로 설정되고, 바람직하게는 20∼700 meq/100 cc로 설정되고, 더욱 바람직하게는 30∼700 meq/100 cc로 설정된다. 양이온 교환 용량이 10 meq/100 cc 미만인 경우, 양분을 충분히 받아들이지 못하고, 받아들여진 양분도 관수(灌水) 등에 의해 조기에 유실될 우려가 있다. 한편, 양이온 교환 용량이 700 meq/100 cc를 초과하도록 보비력을 과잉으로 크게 해도, 효과는 크게 향상되지 않아, 경제적이지 않다.

음이온 교환성 광물은, 예를 들면, 하이드로탈사이트, 마나세아이트, 파이로오라이트, 쉐그렌석(sjogrenite), 녹청(綠靑) 등의 주골격으로서 복수산화물(複水酸化物)을 가지는 천연 층상 복수산화물, 합성 하이드로탈사이트 및 하이드로탈사이트 유사 물질, 알로페인(allophane), 이모골라이트, 카올린 등의 점토 광물이 있다. 음이온 교환 수지는, 예를 들면, 약염기성 음이온 교환 수지, 강염기성 음이온 교환 수지가 있다. 이들 중, 본 실시형태에 있어서 사용하는 하이드로탈사이트가 바람직하다. 음이온 교환성 광물 및 음이온 교환 수지는, 2종 이상을 조합하여 사용하는 것도 가능하다. 음이온 교환성 광물 및 음이온 교환 수지에서의 음이온 교환 용량은, 5∼500 meq/100 cc로 설정되고, 바람직하게는 20∼500 meq/100 cc로 설정되고, 더욱 바람직하게는 30∼500 meq/100 cc로 설정된다. 음이온 교환 용량이 5 meq/100 cc 미만인 경우, 충분히 양분을 받아들이지 못하고, 받아들여진 양분도 관수 등에 의해 조기에 유실될 우려가 있다. 한편, 음이온 교환 용량이 500 meq/100 cc를 초과하도록 보비력을 과잉으로 크게 해도, 효과는 크게 향상되지 않아, 경제적이지 않다.

<필러의 입상화법>

필러(1)가 본 실시형태에 나타낸 제올라이트(1a)나 하이드로탈사이트(1b)와 같은 무기 천연 광물인 경우, 복수의 필러(1)를 집합하여 입상물(粒狀物)(인공 토양 입자(10))을 구성하기 위하여, 바인더를 사용하여 입상화를 행할 수 있다. 바인더를 사용한 인공 토양 입자(10)의 형성은, 필러(1)에 바인더나 용매 등을 부가하여 혼합하고, 혼합물을 조립기(造粒機)에 도입하고, 전동(轉動) 조립, 유동층 조립, 교반 조립, 압축 조립, 압출 조립, 파쇄 조립, 용융 조립, 분무 조립 등의 공지의 조립법에 의해 행할 수 있다. 얻어진 조립체는, 필요에 따라 건조 및 분급(分級)이 행해져서, 인공 토양 입자(10)가 완성된다. 또한, 필러(1)에 바인더를 가하고, 나아가서는 필요에 따라 용매 등을 가하여 혼련하고, 이것을 건조하여 블록형으로 만든 것을, 유발(乳鉢) 및 유봉(乳棒), 해머밀, 롤 크러셔 등의 분쇄 수단에 의해 적절하게 분쇄하여 입상물로 만들 수도 있다. 이 입상물은, 그대로 인공 토양 입자(10)로서 사용할 수도 있지만, 체거름(sieving)에 의해 원하는 입경으로 조정하는 것이 바람직하다.

바인더는, 유기 바인더 또는 무기 바인더의 어느 쪽도 사용 가능하다. 유기 바인더는, 예를 들면, 폴리올레핀계 바인더, 폴리비닐알코올계 바인더, 폴리우레탄계 바인더, 폴리아세트산 비닐계 바인더 등의 합성 수지계 바인더, 전분, 카라기난, 잔탄검(xanthan gum), 젤란검(gellan gum), 알긴산 등의 다당류, 아교 등의 동물성 단백질 등의 천연물계 바인더가 있다. 무기 바인더는, 예를 들면, 물유리(liquid glass) 등의 규산계 바인더, 인산 알루미늄 등의 인산염계 바인더, 붕산 알루미늄 등의 붕산염계 바인더, 시멘트 등의 수경성(水硬性) 바인더가 있다. 유기 바인더 및 무기 바인더는, 2종 이상을 조합하여 사용하는 것도 가능하다.

필러(1)가 유기 다공질 재료인 경우, 인공 토양 입자(10)의 형성은, 바인더를 사용한 전술한 필러의 입상화법과 동일한 방법으로 행할 수도 있지만, 필러(1)를, 상기 필러(1)를 구성하는 유기 다공질 재료(고분자 재료 등)의 융점 이상의 온도에서 가열하고, 복수의 필러(1)의 표면끼리를 열융착시켜 입상화함으로써, 인공 토양 입자(10)를 형성하는 것도 가능하다. 이 경우에, 바인더를 사용하지 않아도, 복수의 필러(1)가 집합된 입상물을 얻을 수 있다. 이와 같은 유기 다공질 재료로서, 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 폴리비닐알코올, 셀룰로오스 등의 유기 고분자 재료를 발포시킨 유기 고분자 발포체, 상기 유기 고분자 재료의 분체를 가열 용융하여 연속 기포 구조를 형성한 유기 고분자 다공질체가 있다.

인공 토양 입자(10)의 형성에 있어서는, 고분자 겔화제의 겔화 반응을 이용할 수도 있다. 고분자 겔화제의 겔화 반응으로서, 예를 들면, 알긴산염, 알긴산 프로필렌글리콜에스테르, 젤란검, 글루코만난(glucomannan), 펙틴, 또는 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)와 다가 금속 이온과의 겔화 반응, 카라기난, 한천, 잔탄검(xanthan gum), 로카스트빈검(locust bean gum), 타라검(tara gum) 등의 다당류의 이중 나선 구조화 반응에 의한 겔화 반응이 있다. 이 중, 알긴산염과 다가 금속 이온과의 겔화 반응에 대하여 설명한다. 알긴산염의 하나인 알긴산 나트륨은, 알긴산의 카르복실기가 Na 이온과 결합한 형태의 중성염이다. 알긴산은 물에 불용이지만, 알긴산 나트륨은 수용성이다. 알긴산 나트륨 수용액을 다가 금속 이온(예를 들면, Ca 이온)의 수용액 중에 첨가하면, 알긴산 나트륨의 분자 사이에서 이온 가교가 일어나 겔화한다. 본 실시형태의 경우, 겔화 반응은, 이하의 공정에 의해 행할 수 있다. 처음에, 알긴산 염을 물에 용해시켜 알긴산염 수용액을 조제하고, 알긴산염 수용액에 필러(1)를 첨가하고, 이것을 충분히 교반하여, 알긴산염 수용액 중에 필러(1)가 분산된 혼합액을 형성한다. 다음으로, 혼합액을 다가 금속 이온 수용액 중에 적하(滴下)하고, 혼합액에 포함되는 알긴산염을 입상으로 겔화시킨다. 그 후, 겔화된 입자를 회수하여 수세(水洗)하고, 충분히 건조시킨다. 이로써, 알긴산염 및 다가 금속 이온으로 형성되는 알긴산염 겔 중에 필러(1)가 분산된 입상물로서의 인공 토양 입자(10)를 얻을 수 있다.

겔화 반응에 사용 가능한 알긴산염은, 예를 들면, 알긴산 나트륨, 알긴산 칼륨, 알긴산 암모늄이 있다. 이들 알긴산염은, 2종 이상을 조합하여 사용하는 것도 가능하다. 알긴산염 수용액의 농도는, 0.1∼5 중량%로 하고, 바람직하게는 0.2∼5 중량%로 하고, 더욱 바람직하게는 0.2∼3 중량%로 한다. 알긴산염 수용액의 농도가 0.1 중량% 미만인 경우, 겔화 반응이 일어나기 어려워지고, 5 중량%를 초과하면, 알긴산염 수용액의 점도가 지나치게 커지기 때문에, 필러(1)를 첨가한 혼합액의 교반이나, 혼합액을 다가 금속 이온 수용액 중에 적하하는 것이 곤란하게 된다.

알긴산염 수용액을 적하하는 다가 금속 이온 수용액은, 알긴산염과 반응하여 겔화가 일어나는 2가 이상의 금속 이온 수용액이면 된다. 이와 같은 다가 금속 이온 수용액의 예로서, 염화 칼슘, 염화 바륨, 염화 스트론튬, 염화 니켈, 염화 알루미늄, 염화 철, 염화 코발트 등의 다가 금속의 염화물 수용액, 질산 칼슘, 질산 바륨, 질산 알루미늄, 질산 철, 질산 동, 질산 코발트 등의 다가 금속의 질산염 수용액, 락트산 칼슘, 락트산 바륨, 락트산 알루미늄, 락트산 아연 등의 다가 금속의 락트산염 수용액, 황산 알루미늄, 황산 아연, 황산 코발트 등의 다가 금속의 황산염 수용액을 들 수 있다. 이들 다가 금속 이온 수용액은, 2종 이상을 조합하여 사용하는 것도 가능하다. 다가 금속 이온 수용액의 농도는, 1∼20 중량%로 하고, 바람직하게는 2∼15 중량%로 하고, 더욱 바람직하게는 3∼10 중량%로 한다. 다가 금속 이온 수용액의 농도가 1 중량% 미만인 경우, 겔화 반응이 일어나기 어려워지고, 20 중량%를 초과하면, 금속염의 용해에 시간이 걸릴 뿐만 아니라, 과잉의 재료를 사용하는 것이 되기 때문에, 경제적이지 않다.

<인공 토양 입자의 다공 구조>

위에서 예시한 각각의 방법에 의해 얻어진 입상물은, 서브 ㎚ 오더 내지 서브 ㎛ 오더의 세공(2)을 가지는 필러(1)가 복수 집합되어 이루어지는 본 발명의 인공 토양 입자(10)를 구성한다. 인공 토양 입자(10)의 입경(도 1에 나타낸 인공 토양 입자(10)의 사이즈 z의 평균값)은, 0.2∼10 ㎜이며, 바람직하게는 0.5∼5 ㎜이며, 더욱 바람직하게는 1∼5 ㎜이다. 인공 토양 입자(10)의 입경의 조정은, 예를 들면, 체(sieve)에 의한 분급으로 행할 수 있다. 인공 토양 입자(10)를 구성하는 복수의 필러(1)의 사이에는 연통공(3)이 형성된다. 인공 토양 입자(10)의 입경이 0.2 ㎜ 미만인 경우, 인공 토양 입자(10) 사이의 간극이 작아지게 되어 배수성이 저하되는 것에 의해, 재배하는 식물이 뿌리로부터 산소를 흡수하기 어려워질 우려가 있다. 한편, 인공 토양 입자(10)의 입경이 10 ㎜를 초과하면, 인공 토양 입자(10) 사이의 간극이 커져서 배수성이 지나치게 과잉으로 됨으로써, 식물이 수분을 흡수하기 어려워지거나 인공 토양 입자(10)가 성기게 되어 식물이 옆으로 쓰러질 우려가 있다. 연통공(3)의 사이즈(도 1에 나타낸 인접하는 필러(1) 사이의 거리 y의 평균값)는, 필러(1)나 바인더의 종류, 조성(組成), 조립 조건에 따라 변화할 수 있지만, 서브 ㎛ 오더 내지 서브 ㎜ 오더가 된다. 예를 들면, 연통공(3)의 사이즈는, 0.1∼500 ㎛ 정도로 설정 가능하지만, 필러(1)가, 도 1의 (a)에 나타낸 제올라이트(1a), 또는 도 1의 (b)에 나타낸 하이드로탈사이트(1b)이며, 고분자 겔화제를 사용한 경우, 연통공(3)의 사이즈는, 0.1∼20 ㎛로 된다. 연통공(3)의 사이즈는, 측정 대상의 상태에 따라, 가스 흡착법, 수은 압입법, 소각 X선 산란법, 화상 처리법 등을 사용하거나, 또는 이들 방법을 조합하여, 최적인 방법에 의해 측정할 수 있다. 인공 토양 입자(10)의 입경은, 예를 들면, 광학 현미경 관찰 및 화상 처리법을 이용하여 측정할 수 있다. 본 실시형태에서는, 이하의 측정법에 의해, 연통공(3)의 사이즈, 및 인공 토양 입자(10)의 입경을 측정하였다. 먼저, 측정 대상의 인공 토양 입자를 스케일과 함께 현미경으로 관찰하고, 그 현미경 화상을 화상 처리 소프트웨어(2차원 화상 해석 처리 소프트웨어 「WinROOF」, 미타니 상사 주식회사 제조)를 사용하여 취득한다. 화상으로부터 100개의 인공 토양 입자를 선택하고, 연통공 또는 인공 토양 입자의 윤곽을 트레이싱한다. 트레이싱한 도형의 주 길이로부터, 상당원의 직경을 산출한다. 각각의 연통공 또는 인공 토양 입자로부터 구한 상당원의 직경(100개)의 평균을 평균 사이즈(단위: 픽셀)로 한다. 그리고, 평균 사이즈를 현미경 화상 중의 스케일과 비교하여, 단위 길이(㎛ 오더 내지 ㎜ 오더)로 변환하여, 연통공의 사이즈 또는 인공 토양 입자의 입경을 산출한다.

본 발명의 인공 토양 입자(10)는, 1개의 입자 내에 있어서, 필러(1)의 세공(2)과 필러(1)의 사이에 형성되는 연통공(3)과의 사이에 특정한 관계를 가지게 하고 있는 것에 독특한 특징을 가진다. 즉, 인공 토양 입자(10)에 존재하는 세공(2) 및 연통공(3)은, 연통공(3)이 외부로부터 수분 및 양분을 받아들이고, 또한, 세공(2)이 연통공(3)으로부터 양분을 받을 수 있도록, 세공(2)이 연통공(3)의 주위에 분산 배치되어 있다.

도 2는, 본 발명의 인공 토양 입자(10)의 세공(2)과 연통공(3)의 위치 관계를 개념적으로 나타낸 모델도이다. 그리고, 도 2는, 도 1에 나타낸 인공 토양 입자(10)의 내부 구조를 모델화한 것이지만, 실제 인공 토양 입자(10)의 내부 구조가 그대로 반영된 것은 아니다. 본 발명의 인공 토양 입자(10)에 있어서, 세공(2)이 연통공(3)의 주위에 분산 배치되어 있다는 것은, 세공(2)이 연통공(3)에 접속하고 있고, 또한 연통공(3)에 접속하는 세공(2)이 실질적으로 연통공(3)의 주위 전체에 존재하고 있는 것을 의미한다. 예를 들면, 도 2의 (a)를 보면, 사이즈 x의 다수의 세공(2)이 사이즈 y의 연통공(3)에 접속하고 있고, 또한 다수의 세공(2)이 연통공(3)의 길이 전체를 따라 존재하고 있는 상태가 표시되어 있다. 이와 같은 세공(2)과 연통공(3)의 특정한 위치 관계는, 본 발명의 큰 특징이다. 이 특정한 위치 관계는, 세공(2) 및 연통공(3)의 대략 반수 이상 있으면 된다. 그리고, 도 2의 (a)에서는, 지면 관계로, 세공(2)과 연통공(3)의 특정한 위치 관계를 2차원적으로 나타내고 있지만, 실제 인공 토양 입자(10)에는 3차원적으로 확장되어 전술한 특정한 위치 관계가 형성되어 있다. 세공(2)과 연통공(3)의 특정한 위치 관계를 출현시키기 위한 조건은, 현재로서는 아직 충분히 밝혀져 있지는 않지만, 예를 들면, 필러(1)로서 결정성이 높은 재료를 선택하거나, 필러(1)로서 특이한 결정 구조를 가지는 재료를 선택하거나, 필러(1)로서 복수 종류를 특정한 조합으로 사용하거나, 필러(1)가 가지는 결정 구조나 층 구조를 제어하거나, 필러(1)에 배향성을 부여하는 처리를 하거나, 필러(1)를 입상화할 때 특정한 첨가제를 첨가하거나, 필러(1)의 조립법(입상화 조건)을 최적화함으로써, 보다 강하게 출현시킬 수 있는 가능성이 있는 것으로 여겨진다.

<인공 토양 입자의 보수성 및 보비성의 메커니즘>

본 발명의 인공 토양 입자(10)는, 세공(2)과 연통공(3)이 특정한 위치 관계를 가지므로, 토양으로서의 기본 성능(보수성 및 보비성)의 밸런스가 우수한 고품질이며 기능적인 인공 토양으로 만들 수 있다. 여기서, 인공 토양 입자(10)가 가지는 보수성 및 보비성의 메커니즘을, 도 2의 (a)∼(c)를 참조하면서 상세하게 설명한다. 도 2의 (a)∼(c)는, 인공 토양 입자(10)에 외부로부터 수분 W, 및 양분 K, N, P가 받아들여지는 모습을 단계적으로 나타낸 것이다. 여기서, 양분 K는 칼륨 분, 양분 N은 질소 분, 양분 P는 인 분을 나타내고 있다.

인공 토양 입자(10)에 외부로부터 아직 수분 N, 및 양분 K, N, P가 받아들여져 있지 않은 상태에서는, 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 인공 토양 입자(10)의 연통공(3) 및 상기 연통공(3)에 접속하는 세공(2)은 공극으로 되어 있다. 인공 토양 입자(10)가 양분 K, N, P를 포함한 수분 W에 접촉하면, 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, 먼저 연통공(3)에 수분 W, 및 양분 K, N, P가 받아들여진다. 연통공(3)이 충분히 습윤 상태로 되면, 도 2의 (c)에 나타낸 바와 같이, 연통공(3)에 받아들여진 수분 W, 및 양분 K, N, P 중, 양분 K, N, P가 연통공(3)으로부터 세공(2)으로 이동한다. 본 발명의 인공 토양 입자(10)에서는, 주로 세공(2)에 양분 K, N, P가 받아들여지고, 또한 연통공(3)에 수분 W가 보지되므로, 주로 세공(2)에게 보비성을 담당시키고, 연통공(3)에게 보수성을 담당시키고 있다. 이와 같이, 세공(2)과 연통공(3)에게 상이한 기능을 분담시킴으로써, 보수성과 보비성의 밸런스가 우수한 기능적인 인공 토양 입자(10)로 만들 수 있다. 또한, 이와 같은 인공 토양 입자(10)를 사용한 인공 토양은, 재배 대상 식물에 대하여 수분 W나 양분 K, N, P를 적절하게 공급할 수 있으므로, 유지 보수에 품이 들지 않고, 취급이 용이하게 된다.

<인공 토양 입자의 물성>

인공 토양 입자(10)의 세공(2) 및 연통공(3)은, 연통공(3)의 전체 용적이 세공(2)의 전체 용적보다 크게 되도록 구성되는 것이 바람직하다. 이는, 연통공(3)의 보수성을 충분히 확보할 뿐만 아니라, 연통공(3)으로부터 세공(2)으로의 양분의 이동이 원활하게 행해지도록 하기 위해서이다. 또한, 연통공(3)의 전체 용적이 세공(2)의 전체 용적보다 크게 되면, 인공 토양 입자(10)가 경량으로 되므로, 부피 밀도(bulk density)가 작아져, 인공 토양으로서의 취급도 용이하게 된다. 연통공(3)의 전체 용적을 세공(2)의 전체 용적보다 크게 하기 위해서는, 필러(1)를 3차원 네트워크형으로 결합한다. 이는, 예를 들면, 필러(1)를 입상화할 때, 예를 들면, 다공성의 바인더를 사용하거나, 동결건조법 등으로 건조시키거나, 필러(1)와 바인더의 혼합물에 공기를 포함시키면서 필러(1)를 서로 결합시키는 것에 의해 행할 수 있다. 이 경우에, 복수의 필러(1)는 다수의 공극을 형성하면서 3차원적으로 결합하고, 3차원 네트워크형 구조를 가지는 필러 집합체(인공 토양 입자(10))가 형성된다. 3차원 네트워크형으로 결합한 필러 집합체는, 부피 밀도가 낮고 경량이면서 구조적으로도 안정되어 있으므로, 근채류의 재배에 필요한 강도가 확보된 인공 토양 입자(10)로서 바람직하게 이용할 수 있다. 또한, 내부에 가지는 다수의 공극 때문에, 보수성, 보비성, 배수성, 통기성 등의 토양으로서의 기본 성능이 양호한 것이 되어, 부가 가치가 높은 인공 토양으로 만들 수 있다.

인공 토양 입자(10)의 강도는, 반복 압축 하중의 부가에 의한 용적 변화율로 평가할 수 있다. 본 발명의 인공 토양 입자(10)는, 반복 압축 하중 25 KPa의 부가 후의 용적 변화율이 20% 이하로 되도록 설계된다. 바람직한 용적 변화율은 15% 이하이다. 용적 변화율이 20%를 초과하면, 플랜터 등에 인공 토양을 충전하거나, 모종을 이식할 때, 인공 토양 입자(10)가 쉽게 분쇄되어, 인공 토양 입자(10)의 구조(필러(1)의 세공(2)이 복수의 필러(1) 사이의 연통공(3)의 주위에 분산 배치되고, 또한 필러(1)가 3차원 네트워크형으로 결합한 구조)가 없어질 우려가 있다. 그 결과, 보수성과 보비성의 밸런스가 무너진다. 또한, 인공 토양 입자(10)의 구조가 없어지면, 인공 토양이 다져져서 굳어지기 쉬워지기 때문에, 근채류의 재배에 악영향을 미칠 수 있다.

본 발명의 인공 토양 입자(10)는 근채류의 재배에 적합한 것이지만, 인공 토양으로서 우수한 보수성을 가지고 있으므로, 지금까지 주로 수경 재배되고 있던 잎 야채의 육성에 적용할 수도 있다. 여기서, 인공 토양의 보수성은, 통수(通水) 보수량(保水量)에 의해 평가할 수 있다. 통수 보수량은, 인공 토양 입자 100 mL 당의 보수량(%)으로서 구해진다. 본 발명의 인공 토양 입자(10)는, 필러(1)의 세공(2)이 복수의 필러(1) 사이의 연통공(3)의 주위에 분산 배치되고, 또한 필러(1)가 3차원 네트워크형으로 결합한 독특한 구성을 가지므로, 통수 보수량을 20∼70 %로 설정할 수 있다. 통수 보수량이 20%보다 낮으면 식물이 성장하는 데 충분한 수분을 보지하는 것이 곤란하게 되고, 70%를 초과하면 인공 토양의 통기성이 악화되어, 식물의 생육에 악영향을 미칠 가능성이 있다. 통기성에 관해서는, 건조 상태에서의 인공 토양의 기상율(氣相率)로 나타내는 것이 가능하다. 본 발명의 인공 토양 입자(10)를 사용한 인공 토양의 기상율은, 20∼80 %로 되도록 설정할 수 있다. 바람직한 기상율은 30∼80 %이며, 더욱 바람직한 기상율은 30∼70 %이다. 기상율이 20% 미만인 경우, 식물의 뿌리로의 공기의 공급량이 부족하고, 80%를 초과하면, 보수성을 충분히 확보할 수 없게 될 우려가 있다.

인공 토양 입자(10)를 설계하는 데 있어서, 연통공(3)의 보수성을 더욱 높이는 것도 가능하다. 연통공(3)의 보수성을 향상시키는 하나의 방법으로서, 인공 토양 입자(10)의 연통공(3)에 보수성 재료를 도입하는 것을 예로 들 수 있다. 보수성 재료는, 예를 들면, 연통공(3) 전체에 보수성 재료를 충전하거나, 연통공(3)의 표면을 보수성 재료의 막으로 코팅함으로써 도입 가능하다. 이 때, 연통공(3) 중 적어도 일부에 보수성 재료가 존재하고 있으면 된다. 보수성 재료의 도입은, 예를 들면, 보수성이 있는 고분자 재료를 혼합하여 조립하거나, 보수성이 있는 고분자 재료를 용매에 용해하여 고분자 용액을 조제하고, 상기 고분자 용액을 인공 토양 입자(10)에 함침시키는 것에 의해 행해진다.

보수성 재료로서 사용 가능한 고분자 재료는, 예를 들면, 폴리아크릴산염계 폴리머, 폴리술폰산염계 폴리머, 폴리아크릴아미드계 폴리머, 폴리비닐알코올계 폴리머, 폴리알킬렌옥사이드계 폴리머 등의 합성 고분자계 보수성 재료, 폴리아스파라긴산염계 폴리머, 폴리글루타민산염계 폴리머, 폴리알긴산염계 폴리머, 셀룰로오스계 폴리머, 전분 등의 천연 고분자계 보수성 재료가 있다. 이들 보수성 재료는, 2종 이상을 조합하여 사용하는 것도 가능하다.

보수성 재료인 상기 고분자 재료를 용해시키는 용매는, 사용하는 고분자 재료에 따라, 용해성이 높은 것, 즉 고분자 재료와 용매에서 용해도 파라미터(SP값)이 근접하는 조합이 적절하게 선택된다. 예를 들면, 고분자 재료의 SP값과 용매의 SP값의 차이가 5 이하로 되도록 한 조합(예: SP값이 약 10인 니트로셀룰로오스와 SP값이 약 14.5인 메탄올의 조합)이 선택된다. 이와 같은 용매의 예로서, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 아세트산 에틸, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤을 들 수 있다. 이들 용매는, 2종 이상을 조합하여 사용하는 것도 가능하다.

연통공(3)의 보수성을 향상시키는 다른 방법으로서, 인공 토양 입자(10)를 조제할 때에 있어서, 원료인 필러(1)의 일부 또는 전부에 보수성 필러를 사용하는 것을 예로 들 수 있다. 이 경우에, 생성한 인공 토양 입자(10)는, 그 자체가 보수성을 가지는 것이 되므로, 보수성을 향상시키기 위한 특별한 후처리는 불필요하게 된다. 보수성 필러에는 친수성 필러나 다공질 입상물을 사용할 수 있고, 친수성 필러의 예로서는, 제올라이트, 스멕타이트계 광물, 운모계 광물, 탈크, 실리카, 복 수산화물 등을 들 수 있고, 다공질 입상물의 예로서는, 발포 유리, 다공질 금속, 다공질 세라믹, 고분자 다공체, 친수성 섬유 등을 들 수 있다.

<인공 토양 단립체>

본 발명의 인공 토양 입자(10)는, 또한 단립화하여 인공 토양 단립체의 형태로 인공 토양으로 만들어 이용하는 것도 가능하다. 도 3은, 본 발명의 인공 토양 단립체(100)의 설명도이다. 여기서는, 도 1의 (a)에 나타낸 제올라이트(1a)를 사용한 인공 토양 입자(10)를 단립화한 인공 토양 단립체(100)를 예시한다.

인공 토양 단립체(100)는, 복수의 인공 토양 입자(10)가 중첩되는 클러스터 구조를 가지고 있다. 클러스터 구조는, 복수의 인공 토양 입자(10)를 2차 바인더로 접착함으로써 얻어진다. 단립화에 사용하는 2차 바인더는, 인공 토양 입자(10)의 형성에서 사용한 바인더(1차 바인더)와 동일한 것을 사용할 수 있지만, 상이한 종류의 바인더라도 상관없다. 인공 토양 단립체(100)의 사이즈(도 3에 나타낸 인공 토양 단립체(100)의 사이즈 w의 평균값)는, 0.4∼20 ㎜이며, 바람직하게는 0.5∼18 ㎜이며, 더욱 바람직하게는 1∼15 ㎜이다. 인공 토양 단립체(100)의 사이즈가 0.4 ㎜ 미만인 경우, 인공 토양 단립체(100)를 구성하는 인공 토양 입자(10) 사이의 간극이 작아지게 되어 배수성이 저하되는 것에 의해, 재배하는 식물이 뿌리로부터 산소를 흡수하기 어려워질 우려가 있다. 한편, 인공 토양 단립체(100)의 사이즈가 20 ㎜를 초과하면, 배수성이 지나치게 과잉으로 되는 것에 의해 식물이 수분을 흡수하기 어려워지거나 인공 토양 단립체(100)가 성기게 되어 식물이 옆으로 쓰러질 우려가 있다. 인공 토양 단립체(100)의 사이즈는, 예를 들면, 광학 현미경 관찰 및 화상 처리법을 사용하여 측정된다. 본 실시형태에서는, 연통공(3)의 사이즈, 및 인공 토양 입자(10)의 입경과 마찬가지로, 전술한 화상 처리를 사용한 측정법에 의해, 인공 토양 단립체(100)의 사이즈를 측정하였다.

본 발명의 인공 토양 입자(10)를 단립화하여 얻어진 인공 토양 단립체(100)는, 보수성과 보비성의 밸런스가 우수하고, 재배 대상 식물에 대하여 수분이나 양분을 적절하게 공급할 수 있다. 따라서, 본 발명의 인공 토양 단립체(100)는, 유지 보수에 품이 들지 않고, 취급이 용이한 인공 토양으로서 유용하다.

<인공 토양 성형체>

본 발명의 인공 토양 입자(10)는, 임의의 형상으로 성형한 인공 토양 성형체로 만들어 이용할 수 있다. 도 4는, 본 발명의 인공 토양 성형체(150)의 설명도이다. 도 4 중에 나타내는 점선 원은, 인공 토양 성형체(150)를 구성하는 인공 토양 입자(10)의 일부 확대도이며, 인공 토양 입자(10)의 단면(斷面)을 나타내고 있다. 인공 토양 성형체(150)는, 복수의 인공 토양 입자(10)를 소정의 형상으로 성형한 것이다. 인공 토양 성형체(150)는, 용도에 따라, 시트형, 블록형, 판형, 밴드형, 구형(球形), 봉형(棒形), 부정 형상 등, 각종 형상으로 가공할 수 있다. 인공 토양 성형체(150)는, 인접하는 인공 토양 입자(10)의 사이에 일정한 극간(隙間)(11)을 가지고 있다. 이 극간(11)은, 공기 및 물이 통과할 수 있으므로, 식물에 필요한 수분을 보지하면서 여분의 수분을 배출할 수 있다. 인공 토양 성형체(150)가 습윤 상태로 된 경우, 극간(11)으로부터 여분의 수분을 배출하고, 인공 토양 성형체(150)가 건조 상태로 된 경우에는, 극간(11)의 모세관 현상에 의해, 주위에 존재하는 수분을 빨아올릴 수 있다. 이와 같이, 인공 토양 성형체(150)는, 인접하는 인공 토양 입자(10)의 사이에 형성되는 극간(11)에 의해, 우수한 통기성 및 배수성을 실현하고 있다. 또한, 극간(11)은, 식물의 뿌리가 성장하기 위한 공간을 제공하므로 식물의 뿌리가 뻗어나가기 용이하며, 나아가서는 식물의 성장을 촉진시킬 수 있다.

인공 토양 성형체(150)의 성형 방법으로서는, 예를 들면, 인공 토양 입자(10)에 2차 바인더를 첨가하여 혼련하고, 혼합물을 소정 형상으로 다듬어 건조시키는 방법이 있다. 2차 바인더는, 인공 토양 입자(10)의 형성에서 사용한 바인더(1차 바인더)와 동일한 것을 사용할 수 있지만, 상이한 종류의 바인더라도 상관없다. 2차 바인더의 첨가량은, 예를 들면, 1∼30 중량%로 할 수 있다. 2차 바인더의 첨가량이 1 중량%보다 적으면, 인공 토양 입자(10)끼리의 결합력이 부족할 우려가 있고, 2차 바인더의 첨가량이 30 중량%를 초과하면, 인공 토양 입자(10) 사이의 극간(11)이 작아져, 인공 토양 성형체(150)의 배수성이 저하될 우려가 있다. 성형 시에, 2차 바인더에 유연한 입상체(예를 들면, 폴리우레탄 폼의 파쇄품 등)를 혼합할 수도 있다. 이 경우에, 식물의 뿌리의 신장을 방해하지 않고, 뿌리의 신장에 맞추어 인공 토양 성형체(150)를 구성하는 인공 토양 입자(10)의 간극을 확장시킬 수 있다. 그리고, 2차 바인더를 사용하지 않고, 인공 토양 성형체(150)를 생성할 수도 있다. 예를 들면, 원하는 형상의 형틀에 인공 토양 입자(10)를 충전하고, 이것을 가압하면, 인공 토양 입자(10)가 서로 고착하여, 인공 토양 성형체(150)를 얻을 수 있다. 가압 시에, 적절한 온도로 가열을 행하면, 인공 토양 입자(10)의 표면이 점착성을 나타내므로, 인공 토양 입자(10)끼리의 결합력을 높일 수 있다.

<녹화용 시트>

도 5는, 본 발명의 녹화용 시트(200)의 설명도이다. 도 6은, 도 5에 나타낸 녹화용 시트(200)에 식물(24)을 심은 상태를 나타낸 일부 단면도이다. 녹화용 시트(200)는, 전술한 인공 토양 성형체(150)를 시트형으로 부설한 것이며, 본 실시형태에서는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 관수 시의 물을 적절하게 투과시키면서, 인공 토양 입자(10)를 지지하는 투수성 시트(20)와, 투수성 시트(20) 상에 형성되는 인공 토양 입자(10)를 적층한 식재 기반층(21)을 구비한 구성을 가진다. 식재 기반층(21)은, 도 5에 나타낸 바와 같이, 2층으로 형성되어 있다. 식재 기반층(21)에는, 하층에 입도가 큰 인공 토양 입자(10)를 적층한 배수층(22)이 형성되고, 상층에 입도가 작은 인공 토양 입자(10)를 적층한 보수층(23)이 형성되어 있다. 식재 기반층(21)의 성형 방법으로서는, 상기 인공 토양 성형체(150)의 성형 방법이 사용된다. 투수성 시트(20)는, 식재 기반층(21)으로부터 배수되는 수분을 투과할 수 있는 재질로 구성되며, 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 합성 섬유로 이루어지는 부직포가 있다.

식물(24)은, 상층의 보수층(23)에 저장된 물을 이용할 수 있다. 보수층(23)은, 인공 토양 입자(10)의 연통공(3)에 수분을 보지하고, 또한 인공 토양 입자(10)가 조밀하게 형성된 극간(11)에도 수분을 보지하고 있으므로, 식물(24)에 대하여 충분한 물을 공급하는 것이 가능하게 된다. 하층의 배수층(22)에서는, 인공 토양 입자(10) 내에 식물(24)에 필요한 물을 보지하면서, 극간(11)에 포함되는 여분의 물을 배출할 수 있으므로 식물(24)의 뿌리에 대하여 통기성이 확보되고, 식물(24)의 뿌리 썩음을 방지할 수 있다. 또한, 배수층(22)은, 인공 토양 입자(10)를 성기게 충전하고 있으므로, 식물(24)의 뿌리가 뻗어나가기 쉽고, 식물(24)의 옆으로 쓰러지는 것 등을 방지할 수 있다.

녹화용 시트(200)에 사용되는 인공 토양 입자(10)는, 경량이며, 또한 안정적인 구조체이므로, 녹화용 시트(200)의 두께를 조정하고 쉽고, 취급이 용이하다. 그러므로, 건물의 바닥면이나 벽면에 시공할 때의 작업성이 양호하게 된다. 녹화용 시트(200)의 두께를 적절하게 조정함으로써, 많은 종류의 식물(24)을 재배하는 것이 가능하게 된다. 또한, 녹화용 시트(200)는, 보수성 재료를 첨가한 인공 토양 입자(10)를 사용함으로써, 시트의 두께를 더욱 폭 넓게 조정하는 것이 가능하게 된다. 녹화용 시트(200)의 두께는, 빌딩이나 주택 등의 옥상이나 발코니의 바닥면에 사용하는 경우, 식물의 종류, 즉 뿌리의 깊이에 따라 최적값은 상이하지만, 예를 들면, 잔디나 키가 낮은 풀에서는 10∼200 ㎜가 바람직하고, 30∼100 ㎜가 더욱 바람직하다.

본 실시형태에서는, 식재 기반층(21)을 2층으로 나눈 예를 나타냈으나, 식재 기반층(21)의 구조는, 녹화용 시트(200)의 사용 장소, 사용 형태에 따라 적절하게 변경할 수 있다. 예를 들면, 식재 기반층(21)을 3층 이상으로 나누어 인공 토양 입자(10)의 밀도를 변경할 수도 있고, 또한 식재 기반층(21)이 상층으로부터 하층으로 두께 방향에서 연속적인 밀도 구배를 가지도록 형성할 수도 있다. 또는, 식재 기반층(21)이 두께 방향에서 동일한 밀도로 되도록 형성할 수도 있다.

<벽면 녹화 패널>

도 7은, 본 발명의 벽면 녹화 패널(300)의 설명도이다. 벽면 녹화 패널(300)은, 전술한 인공 토양 성형체(150)를 프레임체(30)에 보지한 것이다. 본 실시형태에서는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 프레임체(30)에 형성한 오목부(31)에 인공 토양 성형체(150)가 배치되어 있다. 인공 토양 성형체(150)는, 프레임체(30)로부터 낙하하지 않도록, 예를 들면, 오목부(31)에 도시하지 않은 복수의 훅(hook)이 형성되어 있고, 이 훅에 인공 토양 성형체(150)가 걸려지는 것에 의해 보지되도록 되어 있다. 인공 토양 성형체(150)에는, 전체에 걸쳐 식물(24)이 심어져 있고, 식물(24)이 성장하면, 벽면 녹화 패널(300)의 전면(前面)이 식물(24)로 거의 덮혀서 녹화된다. 벽면 녹화 패널(300)에 사용하는 프레임체(30)는, 옥외에서의 사용에 견딜 수 있도록, 내수성 및 내부식성을 가지고, 또한 경량인 소재로 구성하는 것이 바람직하다. 프레임체(30)의 소재로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌 수지, 폴리스티렌 수지, PET 수지, ABS 수지 등의 합성 수지 재료, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 등의 경량 금속 재료, 삼나무, 노송나무, 대나무 등의 목재 등이 있다.

본 실시형태의 벽면 녹화 패널(300)에 사용하는 프레임체(30)는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 정면에서 볼 때 직사각형이 되도록 구성하고 있지만, 프레임체(30)의 형상이나 구조는, 벽면 녹화가 행해지는 장소의 상황에 따라 적절하게 변경할 수 있다. 또한, 인공 토양 성형체(150)는 구조가 안정되어 있으므로, 인공 토양 성형체(150)가 어느 정도 경량인 경우에는, 인공 토양 성형체(150)의 주위에 프레임체(30) 대신 보강 테이프를 권취함으로써 또는 그 외의 방법에 의해, 프레임체(30)의 구성을 간소화 또는 생략하는 것도 가능하다. 본 발명에 의하면, 다양한 형태의 벽면 녹화 패널(300)을 조합함으로써, 벽면 녹화 패널(300)을 설치하는 장소의 상황에 적절한 벽면 녹화를 행할 수 있다.

그런데, 벽면 녹화 패널(300)을 수직인 벽면에 장착한 경우, 벽면 녹화 패널(300)에 산수(散水)를 행하면, 인공 토양 성형체(150)에 보지된 물은 중력에 의해 하강하므로 인공 토양 성형체(150) 중, 벽면 녹화 패널(300)의 수직 방향 위쪽에 위치하는 부분이 건조하고 쉽고, 수직 방향 아래쪽에 위치하는 부분은 위쪽으로부터 하강하는 물에 의해 수분 과다하게 되는 경우가 있다. 이에, 벽면 녹화 패널(300)에 있어서, 수직 방향 위쪽에 위치하는 인공 토양 입자(10)의 밀도가 조밀하게, 수직 방향 아래쪽에 위치하는 인공 토양 입자(10)의 밀도가 성기게 되도록, 밀도 구배를 설치하여 인공 토양 성형체(150)를 구성하는 것도 가능하다. 이와 같은 인공 토양 성형체(150)를 사용하여 벽면 녹화 패널(300)을 구성하면, 벽면 녹화 패널(300)의 수직 방향 위쪽과 아래쪽에 보지되는 수분의 편향이 적어지게 되고, 벽면 전체에 식물을 균등하게 생육시키는 것이 가능하게 된다.

<원예용 블록>

도 8은, 본 발명의 원예용 블록(400)의 설명도이다. 원예용 블록(400)은, 전술한 인공 토양 성형체(150)를 블록형으로 적층한 것이며, 본 실시형태에서는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 인공 토양 성형체(150)를 식물 재배용의 용기의 형상으로 구성하고 있다. 원예용 블록(400)의 성형 방법으로서는, 상기 인공 토양 성형체(150)의 성형 방법을 이용할 수 있다. 원예용 블록(400)의 상부 중앙 부근에는, 식물을 심기 위한 오목형의 식재부(40)가 형성되어 있다. 이로써, 원예용 블록(400)은, 인공 토양과 식물을 일체화한 식물 포트로서 제품화할 수 있다. 원예용 블록(400)은, 관수한 물이 외부로 누출되지 않도록, 인공 토양 입자(10)를 성형할 때 보수성 재료로서 기능할 수 있는 합성 고분자 재료나 천연 고분자 재료를 첨가할 수 있다. 이 경우에, 보수성 재료는 인공 토양 입자(10)에 사용한 보수성 재료와 동일한 것을 사용할 수 있지만, 상이한 종류의 보수성 재료라도 상관없다. 원예용 블록(400)의 내(耐)누수성을 향상시킴으로써, 실내에 있어서도 바람직하게 이용하는 것이 가능하게 된다.

원예용 블록(400)은, 외측부와 내측부를 구비한 2층 구조로 구성하는 것도 가능하다. 예를 들면, 외측부에 보수성 재료를 첨가한 보수성이 높은 층을 형성하고, 내측부에 이온 교환능을 가지는 재료를 첨가한 보비성이 높은 층을 형성한다. 이 경우에, 내측부의 통수성 및 통기성을 확보하면서, 관수해도 원예용 블록(400)의 외부로 물이 누출되지 않는다. 또한, 원예용 블록(400)의 식재부(40)에 비료를 추가하면, 내측부는 보비성을 가지고 있으므로, 식물은 양분을 확실하게 흡수할 수 있다.

실시예

본 발명의 인공 토양 성형체, 녹화용 시트, 벽면 녹화 패널, 및 원예용 블록은, 본 발명의 인공 토양 입자, 및 인공 토양 단립체를 베이스로 하여 구성되는 것이다. 이에, 실시예에서는, 특히, 본 발명의 인공 토양 입자, 및 인공 토양 단립체를 예로 들어 설명한다.

실시예 1∼3으로서, 각각 상이한 입상화 방법(조립법, 분쇄법, 겔화법)에 의해 본 발명의 인공 토양 입자를 조제하였다. 또한, 실시예 4로서, 본 발명의 인공 토양 입자를 단립화하여 본 발명의 인공 토양 단립체를 조제하였다. 인공 토양 입자, 및 인공 토양 단립체의 특성에 대해서는, 이하의 (1)∼(6)에 나타낸 방법에 의해 평가했다.

(1) 입경

인공 토양 입자 또는 인공 토양 단립체를 체에 의해 사전에 소정의 입경으로 분급하고, 분급한 것에 대하여 상기 실시형태에서 설명한 화상 처리를 사용한 측정법으로 입경을 측정하고, 이것을 시료로서 사용하였다.

(2) 공경

인공 토양 입자를 구성하는 필러의 세공의 공경을 가스 흡착법에 의해 측정하였다. 복수의 필러의 사이에 형성되는 연통공의 공경(공경 분포)에 대해서는 수은 압입법에 의해 측정하였다. 공경 분포에 대해서는, 후술하는 「인공 토양 입자의 공경 분포」에서 상세하게 설명한다.

(3) 양이온 교환 용량

후지히라공업 주식회사에서 제조한 범용 추출·여과 장치 「CEC-10 Ver.2」를 사용하여 인공 토양 입자의 추출액을 제작하고, 이것을 양이온 교환 용량 측정용 시료로 하였다. 그리고, 후지히라공업 주식회사에서 제조한 토양·작물체 종합 분석 장치 「SFP-3」을 사용하여, 인공 토양 입자의 양이온 교환 용량(CEC)을 측정하였다.

(4) 음이온 교환 용량

인공 토양 입자 2 g에 0.05 M 질산 칼슘 용액 20 mL를 첨가하고, 1시간 교반했다. 용액을 실온에서 1분간 원심분리(10,000 rpm)하고, 상청액을 측정용 시료로 하였다. 측정용 시료에 대하여, 자외 가시 분광 광도계를 사용하여 파장 410 ㎚의 흡광도를 측정하고, 질산 칼슘 농도를 구하였다. 구한 질산 칼슘 농도와 블랭크의 질산 칼슘 농도의 차이로부터, 질산태 질소의 중량당의 흡착량을 산출하고, 이것을 비중으로 환산하고, 용적당의 음이온 교환 용량(AEC)으로 하였다.

(5) 강도

인공 토양 입자의 강도를, 반복 압축 하중의 부가에 의한 용적 변화율에 의해 평가했다. 용적 변화율은, 이하의 방법으로 구하였다. 토양 평가용의 시료 원통(내경(內徑): 약 5 cm, 높이: 약 5 cm, 용적: 100 mL)에 샘플로서 인공 토양 100 mL를 충전하고, 시료 원통보다 직경이 약간 작은 원통형의 추(중량: 5 kg)를 천천히 샘플 상에 탑재하였다. 그 상태에서 60초간 방치하고, 추를 제거하였다. 이러한 조작을 10회 반복하였다(반복 압축 하중 25 KPa). 반복 압축 하중의 부여가 완료되면, 샘플을 그대로 60초간 방치하고, 메스 실린더 등을 사용하여 샘플의 용적 V를 측정하고, 용적 변화율 ΔV를 이하의 식 [1]로부터 구하였다.

ΔV(%) = (100-V)/100×100 ···[1]

(6) 보수량

개방한 크로마토그래피 관에 인공 토양 입자 100 mL를 충전하고, 상부로부터 200 mL의 물을 천천히 주입했을 때의 인공 토양의 보수량을 통수 보수량으로 하였다.

(7) 기상율

인공 토양 입자로 이루어지는 인공 토양을 수도수(水道水)에 24시간 침지하여 포화 함수(含水) 상태로 한 시료를 작성하고, 이 시료를 또한 1시간 정치했다. 시료의 중량수를 흘러내리게 한 후, 형상을 가능한 한 유지하면서 100 mL 시료용 원통에 채취하고, 다이키 이화공업주식회사에서 제조한 디지털 실용적 측정 장치 「DIK-1150」에 세팅하여 기상율을 측정하였다.

[실시예 1]: 조립법

필러로서 제올라이트를 사용하였고, 바인더로서 폴리에틸렌 에멀젼을 사용하였다. 주식회사 에코웰에서 제조한 인공 제올라이트 「류큐 라이트 600」 100 중량부와 스미토모 세카 주식회사에서 제조한 폴리에틸렌 에멀젼 「세포르젼(등록상표) G」 5 중량부를 교반하면서 혼합·조립하고, 80℃에서 24시간에 걸쳐 1차 건조하고, 이어서, 120℃에서 24시간에 걸쳐 2차 건조한 것을 체거름하여 분급하고, 2 ㎜ 오버, 4 ㎜ 언더로 한 인공 토양 입자를 얻었다. 얻어진 인공 토양 입자는, 서브 ㎚ 오더 내지 서브 ㎛ 오더의 세공을 가지는 필러가 복수 집합되어 있고, 필러의 사이에 서브 ㎛ 오더 내지 서브 ㎜ 오더의 연통공이 형성된 것이었다. 또한, 세공은 연통공의 주위 전체에 걸쳐 분산 배치되어 있었다. 이 인공 토양 입자의 양이온 교환 용량은 18 meq/100 cc였다. 또한, 이 인공 토양 입자를 사용한 인공 토양의 강도(용적 변화율)는 15%이며, 보수량(통수 보수량)은 28%이며, 기상율은 35%였다.

[실시예 2]: 분쇄법

필러로서 하이드로탈사이트을 사용하였고, 바인더로서 폴리에틸렌 에멀젼을 사용하였다. 와코 순약공업 주식회사에서 제조한 시약 하이드로탈사이트 100 중량부와 스미토모 세카 주식회사에서 제조한 폴리에틸렌 에멀젼 「세포르젼(등록상표) G」 5 중량부를 교반하면서 혼합하고, 혼합물을 건조기에 도입하여 120℃에서 24시간에 걸쳐 건조하고, 블록형물을 얻었다. 이 블록형물을 유발 및 유봉을 사용하여 분쇄하고, 체거름하여 분급하고, 2 ㎜ 오버, 4 ㎜ 언더로 한 인공 토양 입자를 얻었다. 얻어진 인공 토양 입자는, 서브 ㎚ 오더 내지 서브 ㎛ 오더의 세공을 가지는 필러가 복수 집합되어 있고, 필러의 사이에 서브 ㎛ 오더 내지 서브 ㎜ 오더의 연통공이 형성된 것이었다. 또한, 세공은 연통공의 주위 전체에 걸쳐 분산 배치되어 있었다. 이 인공 토양 입자의 음이온 교환 용량은 15 meq/100 cc였다. 또한, 이 인공 토양 입자를 사용한 인공 토양의 강도(용적 변화율)는 12%이며, 보수량(통수 보수량)은 25%이며, 기상율은 37%였다.

[실시예 3]: 겔화법

필러로서 제올라이트 및 하이드로탈사이트을 사용하였고, 알긴산염으로서 알긴산 나트륨을 사용하였고, 다가 금속 이온 수용액으로서 5% 염화 칼슘 수용액을 사용하였다. 와코 순약공업 주식회사에서 제조한 시약 알긴산 나트륨을 물에 용해시켜 농도 0.5%의 수용액을 조제하고, 알긴산 나트륨 0.5% 수용액 100 중량부에 주식회사 에코웰에서 제조한 인공 제올라이트 「류큐 라이트 600」 10 중량부, 및 와코 순약공업 주식회사에서 제조한 시약 하이드로탈사이트 10 중량부를 첨가하여 혼합하였다. 혼합액을 5% 염화 칼슘 수용액 중에 1 방울/초의 속도로 적하하였다. 적하한 액적이 입자형으로 겔화한 후, 입자형 겔을 회수하여 수세하고, 55℃로 설정한 건조기로 24시간에 걸쳐 건조시켰다. 건조가 종료된 입자형 겔을 체거름하여 분급하고, 2 ㎜ 오버, 4 ㎜ 언더로 한 인공 토양 입자를 얻었다. 얻어진 인공 토양 입자는, 서브 ㎚ 오더 내지 서브 ㎛ 오더의 세공을 가지는 필러가 복수 집합되어 있고, 필러의 사이에 서브 ㎛ 오더 내지 서브 ㎜ 오더의 연통공이 형성된 것이었다. 또한, 세공은 연통공의 주위 전체에 걸쳐 분산 배치되어 있었다. 이 인공 토양 입자의 양이온 교환 용량은 14 meq/100 cc이며, 음이온 교환 용량은 15 meq/100 cc였다. 또한, 이 인공 토양 입자를 사용한 인공 토양의 강도(용적 변화율)는 13%이며, 보수량(통수 보수량)은 26%이며, 기상율은 33%였다.

[실시예 4]: 인공 토양 단립체

실시예 3에서 얻어진 인공 토양 입자의 분쇄물 100 중량부와, 2차 바인더로서 코니시 주식회사에서 제조한 아세트산 비닐 수지계 접착제 「본드(등록상표) 목공용」 5 중량부를 혼합하고, 혼합물을 조립기에 도입하고 단립화하여, 인공 토양 단립체를 얻었다. 얻어진 인공 토양 단립체는, 입경이 3∼18 ㎜이며, 복수의 인공 토양 입자가 중첩된 클러스터 구조를 가지는 것이었다.

[인공 토양 입자의 공경 분포]

본 발명의 인공 토양 입자가 다공질 구조를 구비하고 있는 것을 확인하기 위하여, 수은 압입법에 의한 공경 분포의 측정을 행하였다. 도 9는, 수은 압입법에 의한 본 발명의 인공 토양 입자 또는 인공 토양 단립체의 공경 분포의 측정 결과를 나타낸 그래프이다. 공경 분포의 측정은, (a) 인공 토양 입자를 동결 건조한 것(실시예 3에 있어서, 건조법을 동결 건조법으로 변경한 인공 토양 입자), (b) 인공 토양 입자(0.1∼0.25 ㎛의 단립체)를 아세트산 비닐 수지로 굳혀서 약 3φ(3 ㎜)로 단립화한 것(실시예 4에 상당하는 인공 토양 단립체), (c) 인공 토양 입자에 가교제(닛신보 케미컬 주식회사에서 제조한 가교제: 카르보디라이트(등록상표) 0.7%)를 적용하여 더욱 가교한 것(실시예 3의 인공 토양 입자를 베이스로 하여, 가교 밀도를 더욱 크게 조제한 인공 토양 입자)의 3종류의 인공 토양 입자 또는 인공 토양 단립체를 대상으로 하였다. 도 9로부터, (a)의 인공 토양 입자에 대해서는, 약 30 ㎚ 부근, 및 약 2㎛ 부근의 2개소에 피크가 확인되었다. 약 30 ㎚ 부근의 피크는 필러끼리의 사이에 형성되는 미소한 간극인 것으로 추측되며, 약 2㎛ 부근의 피크가 연통공인 것으로 추측된다. (b)의 인공 토양 단립체에 대해서는, 약 50 ㎚ 부근, 약 0.65㎛ 부근, 및 약 20㎛ 부근의 3개소(箇所)에서 피크가 확인되었다. 약 50 ㎚ 부근의 피크는 필러끼리의 사이에 형성되는 미소한 간극인 것으로 추측되고, 약 0.65㎛ 부근의 피크가 연통공인 것으로 추측된다. 또한, 약 20㎛ 부근의 피크는, 단립화에 의한 입자 사이의 극간에 상당하는 것으로 추측되며, 이 극간도 연통공의 일종으로 간주할 수 있다. (c)의 인공 토양 입자에 대하여는, 약 50 ㎚ 부근, 및 약 0.65㎛ 부근의 2개소에 피크가 확인되었다. 약 50 ㎚ 부근의 피크는 필러끼리의 사이에 형성되는 미소한 간극인 것으로 추측되고, 약 0.65㎛ 부근의 피크가 연통공인 것으로 추측된다. 이와 같이, 본 발명의 인공 토양 입자 또는 인공 토양 단립체는, 서브 ㎛ 오더 내지 서브 ㎜ 오더의 연통공을 가지고 있고, 필러가 가지는 서브 ㎚ 오더 내지 서브 ㎛ 오더의 세공과 더불어, 2종류의 사이즈 분포를 구비한 독특한 다공질 구조를 가지는 것이 확인되었다.

[산업상 이용가능성]

본 발명의 인공 토양 입자, 및 인공 토양 단립체는, 식물 공장 등에서 사용되는 인공 토양에 이용 가능하지만, 그 외의 용도로서, 시설 원예용 토양, 녹화용 토양, 성형 토양, 토양 개량제, 인테리어용 토양 등에도 이용 가능하다. 또한, 본 발명의 인공 토양 성형체, 녹화용 시트, 벽면 녹화 패널, 및 원예용 블록은, 빌딩이나 주택 등의 옥상이나 발코니에서의 녹화 및 식재에 이용 가능하다.

1: 필러
2: 세공
3: 연통공
10: 인공 토양 입자
100: 인공 토양 단립체
150: 인공 토양 성형체
200: 녹화용 시트
300: 벽면 녹화 패널
400: 원예용 블록

Claims

서브 ㎚ 오더 내지 서브 ㎛ 오더의 세공(細孔)을 가지는 필러(filler)가 복수 집합되어 이루어지는 인공 토양 입자로서,
상기 필러의 사이에 서브 ㎛ 오더 내지 서브 ㎜ 오더의 연통공(連通孔)이 형성되고,
상기 연통공이 외부로부터 수분 및 양분을 받아들이고, 또한 상기 세공이 상기 연통공으로부터 상기 양분을 받을 수 있도록, 상기 세공이 상기 연통공의 주위에 분산 배치되어 있는, 인공 토양 입자.
제1항에 있어서,
상기 연통공의 전체 용적이 상기 세공의 전체 용적보다 크게 되도록, 상기 필러는 3차원 네트워크형으로 결합되어 있는, 인공 토양 입자.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 연통공 중 적어도 일부에 보수성(保水性) 재료가 도입되고, 또한 상기 세공에 이온 교환능을 부여하고 있는, 인공 토양 입자.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세공의 공경(孔徑)이 0.2∼800 ㎚이며, 상기 연통공의 공경이 0.1∼500 ㎛인, 인공 토양 입자.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
0.2∼10 ㎜의 입경(粒徑)을 가지는 인공 토양 입자.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 인공 토양 입자를 단립화(團粒化)한 인공 토양 단립체(團粒體).
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 인공 토양 입자를 성형하여 이루어지는 인공 토양 성형체.
제7항에 기재된 인공 토양 성형체를 시트형으로 부설(敷設)한 녹화용(綠化用) 시트.
제7항에 기재된 인공 토양 성형체를 프레임체로 보지한 벽면 녹화 패널.
제7항에 기재된 인공 토양 성형체를 블록형으로 적층한 원예용 블록.