WO2013014811A1

WO2013014811A1 - 種子被覆用鉄粉及び鉄粉被覆種子

Info

Publication number: WO2013014811A1
Application number: PCT/JP2011/073274
Authority: WO
Inventors: 河野　貴史; 政志藤長
Original assignee: Ｊｆｅスチール株式会社
Priority date: 2011-07-27
Filing date: 2011-10-04
Publication date: 2013-01-31
Also published as: JP2013212120A; JP5403031B2; JP2013046599A

Abstract

種子被覆用鉄粉において、粒子径が４５μm以下の鉄粉の質量比率を８５％超とすることにより、播種工程のみならず輸送工程においても鉄粉の脱落が少ない被覆が実現できる種子被覆用鉄粉及び該稲種子被覆用鉄粉を被覆した鉄粉被覆稲種子を得ることができる。

Description

種子被覆用鉄粉及び鉄粉被覆種子

　本発明は、稲種子被覆に好適な鉄粉および鉄粉を被覆した種子（鉄粉被覆種子）に関するものである。

　農業従事者の高齢化、農産物流通のグローバル化に伴い、農作業の省力化や農産物生産コストの低減が解決すべき課題となっている。これらの課題を解決するために、例えば、水稲栽培においては、育苗と移植の手間を省くことを目的として、種子を圃場に直接播く直播法が普及しつつある。その中でも、種子の比重を高めるために、鉄粉を被覆した種子を用いる手法は、水田における種子の浮遊や流出を防止し、かつ鳥害を防止するというメリットがあることで注目されている。
　また、鉄粉被覆により、副次的に殺菌効果が得られることも注目されている。

　鉄粉を被覆した種子を用いて直播栽培法を活用するためには、輸送や播種の工程において被覆した鉄粉被膜が剥離しにくいことが求められる。鉄粉被膜が剥離すると、種子の比重が低下して前記のメリットが得られなくなるのみならず、剥離した被膜は輸送や播種の工程において、配管の目詰まりや回転機構部への噛み込みの原因となり、剥離した細かい鉄粉が粉塵を生じる原因にもなるからである。このようなことから、鉄粉被膜の剥離は極力抑制しなくてはならない。

　稲種子表面に鉄粉を付着、固化させる技術としては、特許文献１に鉄粉被覆稲種子の製造法として以下のような技術が提案されている。
　「稲種子に、鉄粉、並びに鉄粉に対する質量比で０．５~２％の硫酸塩（但し、硫酸カルシウムは除く）及び／又は塩化物を加え、さらに水を添加して造粒し、水と酸素を供給して金属鉄粉の酸化反応によって生成した錆により、鉄粉を稲種子に付着、固化させた後、乾燥させることを特徴とする鉄粉被覆稲種子の製造法。」（特許文献１の請求項１参照）

　特許文献１に記載の発明においては、稲種子が動力散布機や播種機を用いて播種されるため、機械的衝撃によって崩壊しない程度の強度特性が必要であることから、製造されたコーティング稲種子について、コーティングの崩壊程度の測定法（以下、コーティングの崩壊試験という）、すなわち１．３ｍの高さから厚さ３ｍｍの鋼板に５回落下させ、機械的衝撃を与える方法で測定して、コーティングに実用的な強度が得られていることを確認している。

　なお、特許文献１においては、特に鉄粉粒度分布に着目はされていないが、以下の表１に示す粒度分布を有する鉄粉をコーティングに使用した場合には、上記の鉄粉被覆稲種子の崩壊試験において、いずれも実用的な衝撃強度を維持できるとしている。

特許第４４４１６４５号公報

「お米の微視的構造を見る」（目崎孝昌　著、美味技術研究会、２００６年、ｐ．２０~２１）「鉄コーティング湛水直播マニュアル２０１０」（山内稔　執筆、独立行攻法人　農業・食品産業技術総合研究機構　近畿中国四国農業研究センター　編、２０１０年３月）ＪＰＭＡ　Ｐ　１１−１９９２　「金属圧粉体のラトラ値測定方法」（日本粉末冶金工業会規格、１９９２年）

　しかしながら本発明者らは、従来技術における以下の問題点を新たに見出した。
　鉄粉被膜の付着強度に関し、特許文献１においては、特に播種工程における落下による衝撃に起因した鉄粉被覆の崩壊について検討されている。そのため、強度試験として、１．３ｍの高さから厚さ３ｍｍの鋼板に５回落下させて機械的衝撃を与えるという崩壊試験が行われている。
　しかしながら、稲種子は播種工程のみならず、輸送工程においても機械的な外力を受けることは前述の通りである。そして、輸送工程において稲種子が受ける機械的外力は、落下による衝撃の他、種子間もしくは種子と容器間で生じる滑りや転がりの摩擦力である。
　落下による衝撃を受けた場合、鉄粉被覆は割れによって剥離するが、摩擦力を受けた場合には、磨り減りにより徐々に剥離するという形態をとる。
　したがって、鉄粉被覆を播種工程のみならず輸送工程での鉄粉被膜の剥離を防止するには、摩擦力に対する強度を有する被覆が必要となる。
　しかしながら、種子の滑りや転がり摩擦応力に対して十分な強度で稲種子を被覆できる鉄粉や、鉄粉を被覆した種子を実現する技術はなかった。

　また、特許文献１に記載の鉄粉の粒度分布は、表１に示されるように、４５μｍ以下の粒径の割合が８５％以下であり、微粒鉄粉の割合が過少である。このように、微粒鉄粉の割合が過少で、粗粒鉄粉が過多な場合には、鉄粉表面を被覆するための粒子数が不足し、均一な被膜形成が不可能になり、結果的に被膜強度が低下するおそれがある。

　本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、播種工程のみならず輸送工程においても鉄粉の脱落が少ない被覆が実現できる種子被覆用鉄粉及び該種子被覆用鉄粉を被覆した鉄粉被覆種子を得ることを目的としている。

　発明者は稲種子の表面を観察して、如何なる鉄粉を用いることが剥離防止に効果的であるかについて検討した。
　発明者が着目したのは、稲種子の表面構造である。図１は稲の種籾の走査型電子顕微鏡による二次電子像であり、図１（ａ）が全体像、図１（ｂ）が一部の拡大写真、図１（ｃ）がさらに拡大した写真を示している。
　図１の写真から分かるように、稲の種籾の最外殻である籾殻の表面には、微細な凹凸がある。この凹凸における凹部に鉄粉が入り込んで付着することによって、より強固な被膜を形成することができるのではないかと考えた。
　種籾の表面構造は「お米の微視的構造を見る（目崎孝昌　著）」（非特許文献１）の２１ページに詳しく示されている。前記の凹凸の間隔は約５０μｍである。従って、粒径が約５０μｍを下回る微細な鉄粉は、凹部に付着することで、種子の表面と被膜間の空隙をなくし、強固な被膜を形成することができるのである。

　さらに微視的には、図１（ｃ）図に示されるように、種籾表面には凹凸構造を分割する、幅１０μｍ程度以下の微細な縦溝が多数存在する。これらの微細な縦溝に鉄粉を充填することで、鉄粉の腐食によって膜状に形成される鉄粉被膜が、微細な縦溝に充填された鉄粉による「くさび効果」を発揮して種籾と強固に接合され、よって被膜強度を更に高めることができると考えられる。

　以上の検討から、発明者は、このような凹凸や溝がある種子に対して強固に付着できる鉄粉の粒子径には適切な範囲があると考え、上記のような付着形態を有効に発揮させるための鉄粉粒子径について検討した。その結果、粒子径が４５μｍ以下の鉄粉をある程度多量に含むことで、凹部への付着と微細な溝への充填が促進され被膜強度を高め、種子の転がりや滑りに伴う、被覆膜の剥離量を小さくできるとの知見を得た。
　一方、粒子径が４５μｍを超える鉄粉は、この凹部や溝の内部に入ることができないので、種子の表面と鉄粉被膜間には空隙が残留して被膜の付着力が低下するため、被膜強度が低下すると推定される。

　また、発明者は、種子表面の凹部への種子付着挙動や、溝部への充填挙動の他、稲種子においては毛５の保持力によって保持される鉄粉粒径についても検討した。
　稲の種籾１の最外殻である籾殻３の表面には、図２に示すように、毛５が生えている。種籾１に鉄粉をコーティングする際には、毛５の弾性的作用によって毛５と毛５の間に配置された鉄粉が毛５に保持されることを通じて、付着力が高まると推察される。
　前記「お米の微視的構造を見る（目崎孝昌　著）」の２１ページにも示されているように、前記の毛５の生え方にも粗密がある。特に、毛５が密集した部位において鉄粉が毛５に保持されることによって付着力が高まると考えられるが、この部位における毛５の間隔は５０~１５０μｍである。
　したがって、鉄粉の粒子径が大きすぎると毛５の間隙に入りにくくなるのみならず、粒子に作用する重力が大きく、毛５が粒子を保持できなくなるので、付着効果が小さくなると推定される。そこで、毛５による保持が期待できない粒子径が１５０μｍ以上の鉄粉の割合は所定の量以下にするのが好ましいとの知見も得た。

　なお、上記の検討は稲種子を例に挙げて説明したが、他の種子であっても稲種子と同様に、種子表面の全体もしくは部分的に凹凸および／または毛を有する種子であって、凹凸の形態や毛の生え方（間隔等）が稲種子に類似する場合は、本発明の効果が見込まれる。表面に毛を有する種子としては、例えば、麦、ニンジン、トマトなどの種子が例示される。

　本発明は上記の知見を基になされたものであり、具体的には以下の構成からなるものである。

　（１）本発明に係る種子被覆用鉄粉は、粒子径が４５μｍ以下の鉄粉の質量比率が８５％超であるものである。

　（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、粒子径が１５０μｍ超の鉄粉の質量比率が、１０％未満であるものである。

　（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、鉄粉が還元法もしくはアトマイズ法で製造されたものである。

　（４）また、本発明に係る鉄粉被覆種子は、上記（１）乃至（３）いずれか一項に記載の種子被覆用鉄粉を種子に被覆してなるものである。

　（５）また、上記（４）に記載のものにおいて、種子が稲種子であるものである。
　なお、本発明に係る鉄粉被覆種子種子は、微細な（好ましくは粒径が４５μｍ以下、さらに好ましくは平均粒径１~４０μｍ）鉄粉が種子表面の凹部に付着しおよび／または溝に充填されてなる層を形成することが好ましい。

　本発明に係る種子被覆用鉄粉は、粒子径が４５μｍ以下の鉄粉の質量比率が８５％超であることから、種子表面に凹凸や溝や毛を有する例えば稲種子のような種子に対して、溝内部や凹部への付着や毛による保持が期待でき、播種工程のみならず輸送工程においても鉄粉の脱落が少ない被覆が実現できる。
　これによって、農作業の省力化や農産物生産コストの低減が可能となる。

図１は、稲種子の表面の二次電子像であって、図１（ａ）は全体像、図１（ｂ）は一部の拡大写真、図１（ｃ）はさらに拡大した写真である。図２は、稲種子の表面の状態を説明する説明図である。

　本発明の一実施の形態に係る種子被覆用鉄粉は、粒子径が４５μｍ以下の鉄粉の質量比率が８５％超であることを特徴とするものである。
　また、本実施の形態においては、好ましくは粒子径が１５０μｍを超える鉄粉の質量比率を１０％未満としている。なお、質量比率は鉄粉全量に対する比率である。

　粒子径が４５μｍ以下の鉄粉の質量比率を８５％超とすることにより、鉄粉が種子表面の微細溝部や凹部の内部に入り込んで付着する。特に微細な溝に鉄粉が充填されることで、鉄粉の腐食によって形成される被膜は、溝に充填された鉄粉のくさび効果によって種籾と強固に接合される。その結果、鉄粉は強固な被膜を形成する。
　粒子径が４５μｍ以下の鉄粉の質量比率は９０％以上が好ましい。９５％以上とするとさらに好ましい。
　なお、４５μｍ以下の鉄粉の平均粒径は１~４０μｍ程度が好ましい。

　粒子径が１５０μｍを超える鉄粉の質量比率を１０％未満とすることが好ましいのは、粒子径が１５０μｍを超える鉄粉は毛による保持及び種子表面への直接の付着共に期待ができないので、この粒子径のものを少なくする趣旨である。
　粒子径が１５０μｍを超える鉄粉は事実上含有されなくても（すなわち０％でも）よい。

　なお、鉄粉の粒度分布は、ＪＩＳ　Ｚ２５１０−２００４に定められた方法を用いてふるい分けすることによって評価できる。

　本実施の形態における鉄粉の製造方法としては公知の方法がいずれも適合するが、ミルスケールを還元して製造する還元法（得られる鉄粉を還元鉄粉と呼ぶ）や溶鋼を水等でアトマイズして製造するアトマイズ法（得られる鉄粉をアトマイズ鉄粉と呼ぶ）などが例示される。鉄粉は鉄以外に合金成分や不純物を含んでいてもよいが、１０質量％以下程度とすることが好ましい。とくにＦｅを９０質量％以上含有する、いわゆる純鉄粉が好ましい。

　種子被覆用鉄粉を用いて種子被覆する方法に制限はない。
　例えば「鉄コーティング炭水直播マニュアル２０１０（独立行政法人　農業・食品産業技術総合研究機構　近畿中国四国農業研究センター　編）」（非特許文献２）ｐ．６~１４に示されているように、手作業での被覆（コーティング）をはじめ、従来から公知の混合機を用いる方法等いずれを使用してもよい。
　混合機としては、例えば、攪拌翼型ミキサー（たとえばヘンシェルミキサー等）や容器回転型ミキサー（たとえばＶ型ミキサー，ダブルコーンミキサー、傾斜回転型パン型混合機、回転クワ型混合機等）が使用できる。
　また、上記の「鉄コーティング炭水直播マニュアル２０１０」に示されているように、鉄粉
コーティングに際しては焼石膏などのコーティング強化剤を使用することもできる。

　本発明に係る種子被覆用鉄粉の効果を確認するために、本発明の発明例として種々の粒度分布の鉄粉（いわゆる純鉄粉）である発明例１~５を用いて稲種子の被覆を行った。また、比較例として、本発明の粒度分布の範囲を外れる粒度分布の鉄粉である比較例１~３を用いて稲種子の被覆を行った。
　鉄粉の被覆（コーティング）は、前述した「鉄コーティング炭水直播マニュアル２０１０」に記載された方法に準じて行った。具体的には以下の通りである。

　はじめに種籾と焼石膏と数種の鉄粉を準備した。次に、コンクリートミキサー型混合機を用いて、適量の水を噴霧しながら種子（種籾）６０ｋｇに対して鉄粉３０ｋｇと３ｋｇの焼石膏をコーティングし、さらに１．５ｋｇの焼石膏を仕上げにコーティングした。
　鉄粉を被覆（コーティング）された種子の転がり摩擦や滑り摩擦に対するコーティング被膜の強度評価方法は確立されていない。
　そこで、ＪＰＭＡ　Ｐ　１１−１１９２　「金属圧粉体のラトラ値測定方法」（非特許文献３）に記載された試験方法に準じて被膜強度を調査した。なお、本試験方法をラトラ試験と称することとする。

　ラトラ試験においては、鉄粉をコーティングした種子２０±０．０５ｇをラトラ試験器のかごに封入し、そのかごを回転速度８７±１０ｒｐｍで回転させた。
　なお、回転数は上記試験方法に準ずると１０００回となるが、以下に示す理由から回転数は１５００回に設定した。
　近年では、コーティング種子の生産量、輸送量、貯蔵量が大量になるにつれて種子への負荷が増大する傾向にあり、より高い耐摩耗性が必要となってきた。そこで本発明では、この状況を反映し、より苛酷な条件で試験を実施するために、ラトラ試験におけるかごの回転数を１５００回に設定したものである。この方法によれば、かご内で種子が転がりながら流動することによって種子間および種子とかご容器内面との間で、転がりや滑りの摩擦力が負荷される。
　したがって、本方法を適用すれば、転がり摩擦力と滑り摩擦力が複合的に負荷された場合の、コーティング被膜の強度を評価することができる。
　表２に鉄粉の粒度分布とラトラ試験での重量減少率を示す。なお、重量減少率は以下の計算式から求めた。
　重量減少率＝（ラトラ試験で剥離した被膜の質量）／（試験前の種子質量）×１００（％）
　したがって、重量減少率が小さいほど、被膜の強度が高いと判定することができる。

　表２に示されるように、発明例１~５に記載のものは全て、「本発明に係る種子被覆用鉄粉は、粒子径が４５μｍ以下の鉄粉の質量比率が８５％超」という本発明の粒度分布の範囲内であり、ラトラ試験での重量減少率が４％未満となっている。
　他方、上記の粒度分布を外れる比較例１~３では、ラトラ試験での重量減少率が４％以上である。
　このことから、鉄粉の粒度分布を本発明の範囲内にすることで重量減少率を大幅に抑制できることが実証された。
　なお、表２において比較例１~３における粒度分布が本発明の範囲を外れる数字には下線を付してある。

　また、発明例５では粒子径が１５０μｍを超える鉄粉の質量比率が１２．２％と１０％超になっており、この場合のラトラ試験での重量減少率は３．８％である。これに対して、１５０μｍを超える鉄粉の質量比率が１０％未満の発明例１~４では、粒子径がラトラ試験での重量減少率は、３．５％未満と低くなっていることから、粒子径が４５μｍ未満の鉄粉の質量比率が８５％超かつ１５０μｍを超える鉄粉の質量比率が１０％未満とすることにより、より鉄粉の付着力を高めることができることが分かる。

　発明例１と発明例２を比較すると、発明例１における粒子径が４５μｍ未満の鉄粉の質量比率は９８．７％であり、発明例２における粒子径が４５μｍ未満の鉄粉の質量比率の９０．５％よりも高いにも関わらず、重量減少率は発明例１の方が高くなっている。この点は、発明例２においては、粒子径４５μｍ超、１５０μｍ以下の質量比率が９．５％程度と大きくなっているため、５０~１５０μｍの間隔で生えている種子表面の毛による保持の効果があったものと推察される。この意味で、粒子径４５μｍ以下の鉄粉を８５％超の質量比率で含有するという条件を前提として、粒子径４５μｍ超、１５０μｍ以下の鉄粉を２~１２％程度、好ましくは２~１０％程度の質量比率で含有することは特に好ましい。

　本発明に係る種子被覆用鉄粉は、播種工程のみならず輸送工程においても鉄粉の脱落が少ない被覆が実現できるため、農作業の省力化や農産物生産コストの低減が可能となる。

　１　種籾
　３　籾殻
　５　毛

Claims

　粒子径が４５μｍ以下の鉄粉の質量比率が８５％超である種子被覆用鉄粉。
　粒子径が１５０μｍ超の鉄粉の質量比率が、１０％未満である請求項１記載の種子被覆用鉄粉。
　鉄粉が還元法もしくはアトマイズ法で製造された鉄粉である請求項１又は２に記載の種子被覆用鉄粉。
　請求項１乃至３のいずれか一項に記載の種子被覆用鉄粉を種子に被覆してなる鉄粉被覆種子。
　種子が稲種子である請求項４記載の鉄粉被覆種子。