(57)【要約】【課題】土壌としての基本性能を維持しながら、高い耐久性を有し、且つ取り扱いが容易な人工土壌粒子を提供する。【解決手段】繊維１０と、フィラー２０と、バインダー３０と、ノニオン系界面活性剤４０とを含み、（ａ）繊維１０及び／又はフィラー２０、並びに（ｂ）バインダー３０は、（ａ）及び（ｂ）の一方が親水性であるとともに他方が非親水性である。繊維１０及びフィラー２０の合計量１００重量部に対して、ノニオン系界面活性剤４０を０．０５〜０．５重量部含む。ノニオン系界面活性剤４０は、ＨＬＢ値が１０〜２０である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維と、フィラーと、バインダーと、ノニオン系界面活性剤とを含み、
（ａ）前記繊維及び／又は前記フィラー、並びに（ｂ）前記バインダーは、（ａ）及び（ｂ）の一方が親水性であるとともに他方が非親水性である人工土壌粒子。
【請求項２】
前記繊維及び前記フィラーの合計量１００重量部に対して、前記ノニオン系界面活性剤を０．０５〜０．５重量部含む請求項１に記載の人工土壌粒子。
【請求項３】
前記ノニオン系界面活性剤は、ＨＬＢ値が１０〜２０である請求項１又は２に記載の人工土壌粒子。
【請求項４】
繊維と、フィラーと、バインダーとを混合する混合工程と、
前記混合工程で得られた混合物にノニオン系界面活性剤を含む造粒液を添加して造粒する造粒工程と、
前記造粒工程で得られた造粒物を熱処理する熱処理工程と、
を包含し、
前記混合工程において混合される（ａ）前記繊維及び／又は前記フィラー、並びに（ｂ）前記バインダーは、（ａ）及び（ｂ）の一方が親水性であるとともに他方が非親水性である人工土壌粒子の製造方法。
【請求項５】
前記繊維及び前記フィラーの合計量１００重量部に対して、前記ノニオン系界面活性剤が０．０５〜０．５重量部添加されるように、前記混合物及び前記造粒液が調製される請求項４に記載の人工土壌粒子の製造方法。
【請求項６】
前記バインダーは、粒径が２０〜１８０μｍの固形ないし半固形バインダーである請求項４又は５に記載の人工土壌粒子の製造方法。
【請求項７】
前記混合工程の前に、前記バインダーの粒径を調整する準備工程をさらに実行する請求項６に記載の人工土壌粒子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、野菜や観葉植物等の育成培地として使用する人工土壌粒子、及び人工土壌粒子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人工土壌は、これまで植物工場での野菜の栽培等に利用されてきたが、近年、人工土壌に対するニーズが多様化し、例えば、人工土壌を使用して観葉植物や花卉等の様々な植物が栽培されるようになってきている。人工土壌には、土壌としての基本性能（保水性、保肥性等）が優れていることは勿論のこと、耐久性があり、且つ取り扱いが容易であること等が求められる。例えば、人工土壌を用いて観葉植物や花卉を室内で栽培する鉢植え商品が市販されている。このような室内用の鉢植え商品は、一旦使用を開始すると基本的に土壌を交換することが想定されていない。このため、潅水による水分環境の変化や、温度環境の変化等によって人工土壌の構造が徐々に崩壊し、保水性、保肥性、及び耐久性等の性能を長期に亘って維持することが困難となることがある。
【０００３】
これまでに開発された人工土壌として、有機物、無機物、及び土壌のうち少なくとも一種の成分、並びに石こう等の固形物を水溶性ウレタンポリマーの硬化物によって結合した多孔性人工土壌体があった（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１の多孔性人工土壌体は、固形物を部分的に結合させて水を保持可能な空孔を形成することにより、人工土壌体の保水性を向上させたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２４４８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、観葉植物や花卉等の栽培に利用される人工土壌は、保水性や保肥性等の基本性能を備えていることは当然のこと、高い耐久性を備え、且つ取り扱いが容易であることが望まれる。この点、特許文献１の人工土壌体は、水溶性ウレタンポリマーの硬化物による結合形態が部分的であることから、十分な強度を有しているとは言えない。このため、水分環境や温度環境の変化によって人工土壌体の構造が破壊され、その結果、土壌としての基本性能が低下したり、微粉等が発生して取り扱い難くなる可能性がある。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、土壌としての基本性能を維持しながら、高い耐久性を有し、且つ取り扱いが容易な人工土壌粒子、及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明に係る人工土壌粒子の特徴構成は、
繊維と、フィラーと、バインダーと、ノニオン系界面活性剤とを含み、
（ａ）前記繊維及び／又は前記フィラー、並びに（ｂ）前記バインダーは、（ａ）及び（ｂ）の一方が親水性であるとともに他方が非親水性であることにある。
【０００８】
本構成の人工土壌粒子によれば、（ａ）前記繊維及び／又は前記フィラー、並びに（ｂ）前記バインダーは、（ａ）及び（ｂ）の一方が親水性であるとともに他方が非親水性であるため、繊維間、フィラー間、又は繊維−フィラー間の隙間にノニオン系界面活性剤が馴染んで入り易くなる。その結果、上記の各隙間にノニオン系界面活性剤を介してバインダーが入り込み、繊維間、フィラー間、又は繊維−フィラー間の結合箇所が増加し、人工土壌粒子の強度を高めることができる。また、人工土壌粒子にノニオン系界面活性剤を含有させたことで、バインダーが人工土壌粒子内に均等に拡がるため、比較的少量のバインダーであっても、繊維間、フィラー間、又は繊維−フィラー間を十分に結合することができる。その結果、繊維間、フィラー間、又は繊維−フィラー間の隙間がバインダーによって閉塞される虞がなく、人工土壌粒子の保水性の低下を極力抑えながら、高い耐久性を実現することができる。
【０００９】
本発明に係る人工土壌粒子において、
前記繊維及び前記フィラーの合計量１００重量部に対して、前記ノニオン系界面活性剤を０．０５〜０．５重量部含むことが好ましい。
【００１０】
本構成の人工土壌粒子によれば、繊維及びフィラーの合計量に対してノニオン系界面活性剤が適切な比率で含まれているため、ノニオン系界面活性剤が過不足なく人工土壌粒子内に均一に行き亘る。その結果、バインダーは、人工土壌粒子内に略均一に分散した状態で存在し、人工土壌粒子の保水性を維持しながら、高い強度を発揮することができる。
【００１１】
本発明に係る人工土壌粒子において、
前記ノニオン系界面活性剤は、ＨＬＢ値が１０〜２０であることが好ましい。
【００１２】
本構成の人工土壌粒子によれば、ノニオン系界面活性剤が親水性側であるため、水に溶かすことでノニオン系界面活性剤が人工土壌粒子内に均一に分散し易くなる。その結果、人工土壌粒子の保水性を維持しながら、高い強度を発揮することができる。
【００１３】
上記課題を解決するための本発明に係る人工土壌粒子の製造方法の特徴構成は、
繊維と、フィラーと、バインダーとを混合する混合工程と、
前記混合工程で得られた混合物にノニオン系界面活性剤を含む造粒液を添加して造粒する造粒工程と、
前記造粒工程で得られた造粒物を熱処理する熱処理工程と、
を包含し、
前記混合工程において混合される（ａ）前記繊維及び／又は前記フィラー、並びに（ｂ）前記バインダーは、（ａ）及び（ｂ）の一方が親水性であるとともに他方が非親水性であることにある。
【００１４】
本構成の人工土壌粒子の製造方法によれば、混合工程において混合される（ａ）前記繊維及び／又は前記フィラー、並びに（ｂ）前記バインダーは、（ａ）及び（ｂ）の一方が親水性であるとともに他方が非親水性であるため、次の造粒工程においてノニオン系界面活性剤を含む造粒液を添加すると、繊維間、フィラー間、又は繊維−フィラー間の隙間にノニオン系界面活性剤が馴染んで入り易くなる。その結果、上記の各隙間にノニオン系界面活性剤を介してバインダーが入り込み、繊維間、フィラー間、又は繊維−フィラー間の結合箇所が増加し、人工土壌粒子の強度を高めることができる。また、ノニオン系界面活性剤を含む造粒液を添加することで、造粒中にバインダーが人工土壌粒子内に均等に拡がるため、比較的少量のバインダーであっても、繊維間、フィラー間、又は繊維−フィラー間を十分に結合することができる。その結果、熱処理工程を経て得られた人工土壌粒子は、繊維間、フィラー間、又は繊維−フィラー間の隙間がバインダーによって閉塞される虞がなく、人工土壌粒子の保水性の低下を極力抑えながら、高い耐久性を実現することができる。
【００１５】
本発明に係る人工土壌粒子の製造方法において、
前記繊維及び前記フィラーの合計量１００重量部に対して、前記ノニオン系界面活性剤が０．０５〜０．５重量部添加されるように、前記混合物及び前記造粒液が調製されることが好ましい。
【００１６】
本構成の人工土壌粒子の製造方法によれば、造粒工程において繊維及びフィラーの合計量に対してノニオン系界面活性剤が適切な比率で添加されるため、ノニオン系界面活性剤が過不足なく造粒物内に均一に行き亘る。その結果、バインダーは、人工土壌粒子内に略均一に分散した状態で存在し、熱処理工程を経て得られた人工土壌粒子は、保水性を維持しながら、高い強度を発揮することができる。
【００１７】
本発明に係る人工土壌粒子の製造方法において、
前記バインダーは、粒径が２０〜１８０μｍの固形ないし半固形バインダーであることが好ましい。
【００１８】
本構成の人工土壌粒子の製造方法によれば、原料の一つであるバインダーの粒径が比較的小さなものであるため、バインダーの比表面積が大きくなる。これにより、バインダーがノニオン系界面活性剤と接触する面積が増加し、ノニオン系界面活性剤と馴染み易くなり、さらに均一に分散できる。その結果、略均一に分散したバインダーにより結合された強度の高い人工土壌粒子を製造することができる。
【００１９】
本発明に係る人工土壌粒子の製造方法において、
前記混合工程の前に、前記バインダーの粒径を調整する準備工程をさらに実行することが好ましい。
【００２０】
本構成の人工土壌粒子の製造方法によれば、原料の一つであるバインダーの粒径が比較的大きいものであっても、準備工程によって粒径の小さなバインダーに調整することができる。これにより、後の製造工程が容易なものとなり、かつ強度の高い人工土壌粒子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の人工土壌粒子の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図１に基づいて説明する。ただし、本発明は、以下の説明や図面に記載される構成に限定されることを意図しない。
【００２３】
＜人工土壌粒子＞
図１は、本発明の人工土壌粒子１００の模式図である。人工土壌粒子１００は、図１中の拡大領域に示すように、繊維１０と、フィラー２０と、バインダー３０と、ノニオン系界面活性剤４０とを含む。繊維１０及びフィラー２０は、バインダー３０により結合されている。ノニオン系界面活性剤４０は、繊維１０、フィラー２０、及びバインダー３０の間に略均一に分散している。なお、図１の人工土壌粒子１００は、繊維１０及びフィラー２０の両方を含むものを例示しているが、繊維１０又はフィラー２０のいずれか一方のみを含むものであってもよい。
【００２４】
繊維１０は、有機繊維が好適に使用され、天然由来繊維、再生繊維、半合成繊維、及び合成繊維のいずれも使用可能である。繊維１０は、親水性又は非親水性のいずれでもよいが、人工土壌粒子１００が一定以上の保水性を維持できるように、親水性繊維を使用することが好ましい。好ましい親水性繊維は、天然由来繊維ではセルロース、綿、羊毛等が挙げられ、再生繊維ではレーヨン等が挙げられ、半合成繊維ではアセテート等が挙げられ、合成繊維ではビニロン、ウレタン、ナイロン等が挙げられる。これらの親水性繊維うち、セルロース、綿、ビニロンは、外観が白色を呈していて見栄えがよく、着色性も良好であり、さらには価格的にも安価であるため、大量に使用する人工土壌用材料として特に好ましく使用される。繊維１０は、複数種の繊維を混繊したものでも構わない。
【００２５】
フィラー２０は、親水性又は非親水性のいずれでもよいが、人工土壌粒子１００が一定以上の保水性を維持できるように、親水性のものを使用することが好ましい。フィラー２０としては、無機フィラーが好適に使用され、多孔質鉱物、無機発泡体、無機多孔質骨材等の無機多孔質体が好ましい。多孔質鉱物としては、珪藻土、パーライト、バーミキュライト、パミス等が挙げられる。無機発泡体としては、ガラス発泡体、頁岩発泡体、シラスバルーン等が挙げられる。無機多孔質骨材としては、発泡コンクリート、発泡レンガ等が挙げられる。これらの無機多孔質体のうち、多孔質鉱物である珪藻土及びパーライトは、保水性に優れており、外観が白色を呈しているため見栄えがよく、着色性も良好であり、さらには価格的にも安価であるため、大量に使用する人工土壌用材料として特に好ましく使用される。人工土壌粒子１００の保肥性を高めたい場合は、フィラー２０としてイオン交換能を有する鉱物が使用される。イオン交換能を有する鉱物としては、陽イオン交換性鉱物（例えば、モンモリロナイト、ベントナイト、バイデライト、ヘクトライト、サポナイト、スチブンサイト等のスメクタイト系鉱物、雲母系鉱物、バーミキュライト、ゼオライトなど）、陰イオン交換性鉱物（例えば、ハイドロタルサイト、マナセアイト、パイロオーライト、シェーグレン石、緑青等の主骨格として複水酸化物を有する天然層状複水酸化物、合成ハイドロタルサイト及びハイドロタルサイト様物質、アロフェン、イモゴライト、カオリン等の粘土鉱物など）が挙げられる。フィラー２０は、二種以上を混合したものでも構わない。例えば、フィラー２０として珪藻土とゼオライトとを選択し、両者を適切な配合比で混合したものを使用すれば、比較的安価でありながら、保水性及び保肥性の両方を兼ね備えた人工土壌粒子１００を設計することができる。
【００２６】
バインダー３０は、粒径が２０〜１８０μｍ、好ましくは２０〜１００μｍの固形ないし半固形のものが好適に使用される。人工土壌粒子１００におけるバインダー３０の含有量は、繊維１０及びフィラー２０の合計量１００重量部に対して、１０〜２０重量部とすることが好ましく、１５〜１８重量部がより好ましい。本発明の人工土壌粒子１００は、後述するノニオン系界面活性剤４０を使用することでバインダー３０が人工土壌粒子１００内に均等に拡がるため、比較的少量のバインダー３０であっても、繊維１０間、フィラー２０間、又は繊維１０−フィラー２０間を十分に結合することができる。バインダー３０の特性は、親水性又は非親水性のいずれでもよいが、上述のとおり繊維１０として親水性繊維を使用することが好ましいため、バインダー３０が繊維１０に過剰に浸み込んで繊維３０の吸収力を低下させないように、非親水性の樹脂バインダーが好適に使用される。非親水性の樹脂バインダーとしては、例えば、ポリオレフィン系樹脂バインダーが挙げられる。
【００２７】
ポリオレフィン系樹脂バインダーは、後述する「人工土壌粒子の製造方法」の混合工程において添加したポリオレフィン系樹脂粉末が熱処理工程により溶融し、その後冷却されて硬化したものである。ポリオレフィン系樹脂粉末としては、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）、低密度ポリエチレン樹脂（ＬＤＰＥ）等のポリオレフィン樹脂からなる樹脂粉末が挙げられる。ポリオレフィン樹脂からなる樹脂粉末は、強度に優れているため、人工土壌粒子１００の用途には好適である。
【００２８】
ノニオン系界面活性剤４０としては、エステル型、エーテル型、エステル・エーテル型等のノニオン系界面活性剤が好ましい。エステル型のノニオン系界面活性剤としては、ポリエチレングリコールアルキルエステル、ポリオキシアルキレングリコールロジン酸エステル、グリセリン脂肪酸エステルホウ酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル、ポリエチレングリコール脂肪酸ジエステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油などが挙げられる。エーテル型のノニオン系界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコールなどが挙げられる。エステル・エーテル型のノニオン系界面活性剤としては、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エステルホウ酸エステルなどが挙げられる。
【００２９】
ここで、（ａ）繊維１０及び／又はフィラー２０、並びに（ｂ）バインダー３０は、（ａ）及び（ｂ）の一方が親水性であるとともに他方が非親水性であるように選択される。すなわち、繊維１０及び／又はフィラー２０が親水性の場合、バインダー３０は非親水性であり、繊維１０及び／又はフィラー２０が非親水性の場合、バインダー３０は親水性である。これにより、繊維１０間、フィラー２０間、又は繊維１０−フィラー２０間の隙間にノニオン系界面活性剤４０が馴染んで入り易くなる。その結果、上記の各隙間にノニオン系界面活性剤４０を介してバインダー３０が入り込み、繊維１０間、フィラー２０間、又は繊維１０−フィラー２０間の結合箇所が増加し、人工土壌粒子１００の強度を高めることができる。また、人工土壌粒子１００にノニオン系界面活性剤４０を含有させたことで、バインダー３０が人工土壌粒子１００内に均等に拡がるため、比較的少量のバインダー３０であっても、繊維１０間、フィラー２０間、又は繊維１０−フィラー２０間を十分に結合することができる。その結果、繊維１０間、フィラー２０間、又は繊維１０−フィラー２０間の隙間がバインダー３０によって閉塞される虞がなく、人工土壌粒子１００の保水性の低下を極力抑えながら、高い耐久性を実現することができる。
【００３０】
人工土壌粒子１００において、ノニオン系界面活性剤４０は、繊維１０及びフィラー２０の合計量１００重量部に対して、０．０５〜０．５重量部含まれることが好ましい。この場合、繊維１０及びフィラー２０の合計量とノニオン系界面活性剤４０との比率が適切な範囲となるため、ノニオン系界面活性剤４０が過不足なく人工土壌粒子１００内に均一に行き亘る。その結果、バインダー３０は、人工土壌粒子１００内に略均一に分散した状態で存在し、人工土壌粒子１００の保水性を維持しながら、高い強度を発揮することができる。ノニオン系界面活性剤４０の含有比率が、繊維１０及びフィラー２０の合計量１００重量部に対して、０．０５重量部未満の場合、人工土壌粒子１００全体にノニオン系界面活性剤４０が行き亘らず、バインダー３０などの原料の偏りが生じ、人工土壌粒子１００の強度が低くなる虞がある。一方、ノニオン系界面活性剤４０の含有比率が、繊維１０及びフィラー２０の合計量１００重量部に対して、０．５重量部を超える場合、バインダー３０の周囲をノニオン系界面活性剤４０が取り囲んでバインダー３０の露出面積が低下するため、繊維１０間、フィラー２０間、又は繊維１０−フィラー２０間の隙間に入り込んだバインダー３０の結合力が低下し、その結果、人工土壌粒子１００の強度が低くなる虞がある。
【００３１】
ノニオン系界面活性剤４０は、ＨＬＢ値が１０〜２０であることが好ましい。ＨＬＢ値は、親油性と親水性のバランスを示す数値であり、親水基を持たない物質を０とし、親水基のみを持つ物質を２０として両者間を２０等分したものである。ＨＬＢ値１０〜２０は、ノニオン系界面活性剤４０が親水性側であることを意味する。このようなＨＬＢ値を有するノニオン系界面活性剤４０は、水に溶かすことで人工土壌粒子１００内に均一に分散し易くなる。その結果、人工土壌粒子１００の保水性を維持しながら、高い強度を発揮することができる。ＨＬＢ値が１０未満の場合、ノニオン系界面活性剤４０は親油性側であるため、水と分離し易い。このため、ノニオン系界面活性剤４０は均一に分散されず、人工土壌粒子１００内でバインダー３０が偏って存在し、強度が低くなる虞がある。
【００３２】
繊維１０及びフィラー２０がバインダー３０により結合された状態の人工土壌粒子１００は、本発明の人工土壌粒子１００としてそのまま使用することができるが、人工土壌粒子１００の表面に膜を設けたり、人工土壌粒子１００の表面をコーティングしたりすることも可能である。例えば、粒状物の表面に水分が通過可能な多孔質膜（図示せず）を設けると、周囲の水分環境に応じて水分吸放出特性をコントロール可能な人工土壌粒子を設計することができる。また、粒状物の表面を変色防止剤でコーティングすれば、水分、紫外線、摩擦等による劣化を防止することができ、人工土壌粒子が着色剤で着色されたものである場合は、変色、色落ち、色褪せ等を防止することができる。
【００３３】
＜人工土壌粒子の製造方法＞
本発明の人工土壌粒子は、繊維と、フィラーと、ノニオン系界面活性剤とが略均等に混ざり合った状態で存在し、その混合状態を維持したままバインダーによって結合され、粒子としての形状が維持されている。かかる人工土壌粒子を得るため、本発明の人工土壌粒子の製造方法では、混合工程、造粒工程、及び熱処理工程を実行する。これら一連の工程により、土壌としての基本性能を維持しながら、強度及び保水性に優れる人工土壌粒子を製造することができる。以下、本発明の人工土壌粒子の製造方法について説明する。
【００３４】
〔混合工程〕
初めに、混合工程では、繊維と、フィラーと、バインダーとを混合する。ここで、（ａ）繊維及び／又はフィラー、並びに（ｂ）バインダーは、（ａ）及び（ｂ）の一方が親水性であるとともに他方が非親水性であるように選択される。混合工程では、繊維と、フィラーと、バインダーとを攪拌機（造粒機）に投入し、原材料を攪拌する。すなわち、混合工程では、人工土壌粒子の原材料のうち固体原材料を混合する。攪拌機への固体原材料の投入順序は、すべて同時でもよいし、別々であってもよい。例えば、繊維及びフィラーを投入して攪拌し、両者が十分に馴染んでからバインダーを投入してもよい。繊維、フィラー、及びバインダーは、夫々上述の「人工土壌粒子」の項目で説明した有機繊維、無機フィラー、及びポリオレフィン系樹脂粉末を使用することができる。本実施形態における人工土壌粒子の製造方法では、繊維及びフィラーの両方を使用するものを例示しているが、繊維又はフィラーのいずれか一方のみを使用するものであってもよい。
【００３５】
バインダーは、上述したとおり、粒径が２０〜１８０μｍ、好ましくは２０〜１００μｍの固形ないし半固形のポリオレフィン系樹脂粉末が好適に使用される。このようなバインダーは、粒径が比較的小さなものであるため、バインダー比表面積が大きくなる。これにより、バインダーがノニオン系界面活性剤と接触する面積が増加し、ノニオン系界面活性剤と馴染み易くなり、さらに均一に分散できる。その結果、略均一に分散したバインダーにより結合された強度の高い人工土壌粒子を製造することができる。バインダーの粒径が２０μｍ未満の場合、繊維間、フィラー間、又は繊維−フィラー間の隙間がバインダーによって過剰に充填されるため、人工土壌粒子の空隙が少なくなって、保水性が低下する虞がある。一方、バインダーの粒径が１８０μｍを超える場合、繊維間、フィラー間、又は繊維−フィラー間の隙間がバインダーによって十分に充填されないため、人工土壌粒子の空隙が多くなり、且つ、人工土壌粒子の内部にバインダーが偏って存在するため、人工土壌粒子の強度が低くなる虞がある。バインダーの特性としては、ＪＩＳ  Ｋ７２１０に準拠して測定されるメルトフローレート（温度：１９０℃、荷重：２．１６ｋｇｆ）が５０ｇ／１０分以上、好ましくは５８ｇ／１０分以上とする。このようなメルトフローレートを有するバインダーを使用すれば、繊維やフィラーの結合力を効果的に高めることができ、最終的に得られる人工土壌粒子の基本性能を維持しながら、耐久性を向上させることができる。なお、混合工程の前に、バインダーの粒径を調整する準備工程をさらに実行することが好ましい。準備工程は、例えば、バルク状態のバインダーをボールミルやハンマーミル等の粉砕機で粉砕し、得られた粉砕物を篩がけすることにより行われる。これにより、原料のバインダーの粒径が比較的大きいものであっても、準備工程によって粒径の小さなバインダーを調整することができる。その結果、後の製造工程が容易なものとなり、かつ強度の高い人工土壌粒子を製造することができる。
【００３６】
〔造粒工程〕
次に、造粒工程では、混合工程により得られた繊維と、フィラーと、バインダーとの混合物に、造粒液を添加して造粒する。造粒液には、ノニオン系界面活性剤が含まれる。このように、造粒工程では、人工土壌粒子の原材料のうち、残りの原材料を混合する。ノニオン系界面活性剤は、上述の「人工土壌粒子」の項目で説明したエステル型、エーテル型、エステル・エーテル型等のノニオン系界面活性剤を使用することが好ましい。これにより、ノニオン系界面活性剤が、繊維と、フィラーと、バインダーとの混合物により馴染み易くなるため、ノニオン系界面活性剤を混合物中に均等に分散させることができる。ノニオン系界面活性剤は、適切な溶媒に分散させた分散液の状態で添加される。前述のように、（ａ）繊維及び／又はフィラー、並びに（ｂ）バインダーは、（ａ）及び（ｂ）の一方が親水性であるとともに他方が非親水性である。このため、ノニオン系界面活性剤を含む造粒液を添加すると、繊維間、フィラー間、又は繊維−フィラー間の隙間にノニオン系界面活性剤が馴染んで入り易くなる。そして、上記の各隙間にノニオン系界面活性剤を介してバインダーが入り込み、繊維間、フィラー間、又は繊維−フィラー間の結合箇所が増加し、人工土壌粒子の強度を高めることができる。また、ノニオン系界面活性剤を含む造粒液を添加することで、造粒中にバインダーが人工土壌粒子内に均等に拡がるため、比較的少量のバインダーであっても、繊維間、フィラー間、又は繊維−フィラー間を十分に結合することができる。その結果、後述の熱処理工程を経て得られた人工土壌粒子は、繊維間、フィラー間、又は繊維−フィラー間の隙間がバインダーによって閉塞される虞がなく、人工土壌粒子の保水性の低下を極力抑えながら、高い耐久性を実現することができる。
【００３７】
造粒液には、さらに増粘剤を添加してもよい。増粘剤は、ポリアクリル酸カリウム、ポリアクリル酸ナトリウム等のポリアクリル酸塩類、カルボキシメチルセルロース等の多糖類、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル等の水溶性高分子を水に溶解又は分散させたものが好適である。造粒液には、その他、抗菌剤、防カビ剤、消臭剤、酸化防止剤、染料、顔料、香料等の添加剤や、粘度調整のための水、アルコール等の溶媒を添加することもできる。
【００３８】
ノニオン系界面活性剤の配合量は、混合工程における繊維及びフィラーの使用量を考慮して設定される。ノニオン系界面活性剤は、繊維及びフィラーの合計量１００重量部に対して、０．０５〜０．５重量部、好ましくは０．０７〜０．３重量部添加されるように調整される。この場合、造粒工程において繊維及びフィラーの合計量に対してノニオン系界面活性剤が適切な比率で添加されるため、ノニオン系界面活性剤が過不足なく造粒物内に均一に行き亘る。その結果、バインダーは、人工土壌粒子内に略均一に分散した状態で存在し、後述する熱処理工程を経て得られた人工土壌粒子は、保水性を維持しながら、高い強度を発揮することができる。ノニオン系界面活性剤の添加量が、繊維及びフィラーの合計量１００重量部に対して、０．０５重量部未満の場合、人工土壌粒子全体にノニオン系界面活性剤が行き亘らず、バインダーなどの原料の偏りが生じ、人工土壌粒子の強度が低くなる虞がある。一方、ノニオン系界面活性剤の添加量が、繊維及びフィラーの合計量１００重量部に対して、０．５重量部を超える場合、バインダーの周囲をノニオン系界面活性剤が取り囲んでバインダーの露出面積が低下するため、繊維間、フィラー間、又は繊維−フィラー間の隙間に入り込んだバインダーの結合力が低下し、その結果、人工土壌粒子の強度が低くなる虞がある。
【００３９】
続いて、混合物を粒状に成形する。粒状物の形成は、例えば、混合物を造粒機に導入して、転動造粒、流動層造粒、攪拌造粒、圧縮造粒、押出造粒、破砕造粒、溶融造粒、噴霧造粒等の公知の造粒法により行うことができる。また、混合物に必要に応じて溶媒等を加えて混練し、これを乾燥してブロック状にしたものを、乳鉢及び乳棒、ハンマーミル、ロールクラッシャー等の粉砕手段で適宜粉砕して粒状物とすることも可能である。
【００４０】
人工土壌粒子に肥料成分を担持させる場合は、肥料成分を含む造粒液を用いて造粒工程を実施する。この場合、造粒工程で使用する造粒液に肥料成分を添加しておけばよい。肥料成分を含む造粒液を用いて造粒工程を行うと、肥料成分が繊維及びフィラーに付着し、最終的に得られる人工土壌粒子は表面から内部にかけて肥料成分が保持されたものとなる。この肥料成分が保持された人工土壌粒子を用いて植物を栽培すると、初めに灌水や植物の根酸等によって粒状体の表面から肥料成分が溶出し、次いで粒状体の内部に保持された肥料成分が徐々に溶出する。このような肥料の徐放性を備えた人工土壌粒子は、長期に亘って栽培がなされる観葉植物や鉢植えの花卉等の育成培地として好適である。なお、フィラーとしてイオン交換能を有する材料を使用すると、肥料成分は繊維及びフィラーに付着するだけでなく、フィラーにイオン交換によって担持されるため、肥料の徐放期間をさらに延長することができる。
【００４１】
〔熱処理工程〕
次に、造粒工程により得られた造粒物を熱処理する。熱処理工程は、乾燥工程及び溶融工程を含む。
【００４２】
初めに、乾燥工程では、造粒工程で得られた造粒物を低温で熱処理する。乾燥工程における造粒物の乾燥温度は、バインダーの溶融温度より低温であることが好ましい。例えば、乾燥時に発生した水分を外部に送りながら乾燥を行う送風式の棚式乾燥器を用いて乾燥工程を実施する場合、乾燥温度は４０〜９０℃、好ましくは６０〜８０℃に設定され、乾燥時間は５〜３０時間、好ましくは６〜１６時間に設定される。乾燥温度が４０℃より低い場合、あるいは乾燥時間が５時間より短い場合、造粒物中に水分が過剰に残留するため、次の溶融工程において造粒物を１００℃以上で熱処理しても、バインダーが繊維間、フィラー間、又は繊維−フィラー間を十分に結合することができなくなり、その結果、人工土壌粒子に必要な耐久性や強度等の性能が得られ難くなる。一方、乾燥温度が９０℃より高い場合、あるいは乾燥時間が３０時間より長い場合、バインダーが溶融して流れ出し、人工土壌粒子内の空隙を閉塞する虞がある。空隙が閉塞された人工土壌粒子は、内部に水が侵入し難いため、良好な保水性が得られない。
【００４３】
次に、溶融工程では、乾燥工程が完了した造粒物に対して高温で熱処理する。溶融工程における造粒物の熱処理温度は、繊維及びフィラーをバインダーで確実に結合するため、バインダーの溶融温度（融点）より高い温度に調整される。例えば、バインダーとして用いられるポリオレフィン系樹脂（ポリエチレン樹脂、又は低密度ポリエチレン樹脂）は、融点が１００〜１１０℃である。従って、例えば、バインダーとしてポリエチレン樹脂を使用する場合、熱処理温度は、１００〜１５０℃が好ましい。熱処理によりバインダーで繊維間、フィラー間、又は繊維−フィラー間を融着させた後、造粒物を冷却し、バインダーを固化させて繊維及びフィラーを固定する。これにより、繊維と、フィラーと、バインダーと、ノニオン系界面活性剤とを含む造粒物が硬化される。
【００４４】
熱処理工程により得られた粒状体は、必要に応じて分級が行われ、人工土壌粒子とされる。得られた人工土壌粒子は、バインダーが均一に分散された状態で繊維及びフィラーなどを結合している。これにより、強度が高く耐久性に優れた人工土壌粒子を製造することができる。また、繊維やフィラーなどの間の空隙も略均一に形成されるため、保水性の低下が抑制された人工土壌粒子を製造することができる。その結果、例えば、灌水時に人工土壌粒子が水分を吸収して膨潤したり、植栽時に人工土壌粒子が締め固められても、人工土壌粒子の構造が崩壊したり、破壊されることがなく、長期に亘って保水性や保肥性等の基本性能を維持し続けることができる。そして、人工土壌粒子の構造が維持されることにより微粉等が発生しないため、取り扱いも容易なものとなる。
【実施例】
【００４５】
本発明の人工土壌粒子の製造方法に従って、繊維及びフィラーの間にノニオン系界面活性剤が分散され、繊維及びフィラーがバインダーにより結合された人工土壌粒子（実施例１〜９）を作製した。また、比較のため、ノニオン系界面活性剤を含まない人工土壌粒子（比較例１，３〜５）、及びノニオン系界面活性剤を含むが、ノニオン系界面活性剤の添加量が、繊維及びフィラーの合計量１００重量部に対して、０．５重量部を超える人工土壌粒子（比較例２）を作製した。そして、実施例及び比較例にかかる各人工土壌粒子の特性を評価した。
【００４６】
人工土壌粒子の原材料を以下に示す。バインダーとして使用したポリエチレン樹脂粉末の粒径は、粒子径分布のピークが含まれるモード径である。
・繊維：セルロース繊維（ＫＣフロック（登録商標）Ｗ−１００ＧＫ、日本製紙株式会社製）
・フィラー：珪藻土（ラヂオライト（登録商標）♯３００、昭和化学工業株式会社製）
・バインダー１：ポリエチレン樹脂粉末（フローセン（登録商標）ＵＦ８０、住友精化株式会社製、粒径：２０μｍ）
・バインダー２：ポリエチレン樹脂粉末（ＰＲ１０５０Ｓ−Ｐ、東京インキ株式会社製、粒径：４０μｍ）
・バインダー３：ポリエチレン樹脂粉末（ＰＲ１０３０Ｃ、東京インキ株式会社製、粒径：１００μｍ）
・バインダー４：ポリエチレン樹脂粉末（ＰＲ１０５５Ｍ、東京インキ株式会社製、粒径：１８０μｍ）
・ノニオン系界面活性剤（エーテル型）：（界面活性剤Ｓ−２２０、日油株式会社製、ＨＬＢ値＝１５．３）
・ノニオン系界面活性剤（エステル型）：（界面活性剤Ｓ−４０、日油株式会社製、ＨＬＢ値＝１８．３）
・増粘剤：メチルセルロース（マーポローズ（登録商標）９０ＭＰ、松本油脂製薬株式会社、濃度１重量％）
【００４７】
〔実施例１〕
表１に示す原材料の配合（単位：重量部）に従って、人工土壌粒子の固体原材料（繊維、フィラー、及びバインダー）を攪拌混合造粒装置（有限会社Ｇ−Ｌａｂｏ製ＭＧＳ１２型）に投入し、数分間攪拌及び転動した後、ノニオン系界面活性剤及び増粘剤を含む造粒液を加えてさらに約１０分間攪拌及び転動し、造粒体を形成した。造粒体を６０〜８０℃の温風で乾燥し、さらに１４０℃で３時間熱処理を行うことによりポリエチレン樹脂粉末を溶融させてセルロース繊維及び珪藻土を結合させ、これを冷却して実施例１の人工土壌粒子とした。
【００４８】
〔実施例２〜９〕
表１に示す原材料の配合（単位：重量部）に従って、固体原材料、及び造粒液を調製し、実施例１と同様の撹拌造粒により、造粒体を形成した。この造粒体を実施例１と同様の乾燥条件及び熱処理条件で処理し、これを冷却して実施例２〜９の人工土壌粒子とした。
【００４９】
〔比較例１，３〜５〕
表１に示す原材料の配合（単位：重量部）に従って、固体原材料、及び造粒液を調製し、実施例１と同様の撹拌造粒により、造粒体を形成した。この造粒体を実施例１と同様の乾燥条件及び熱処理条件で処理し、これを冷却して比較例１，３〜５の人工土壌粒子とした。比較例１，３〜５の人工土壌粒子は、ノニオン系界面活性剤を使用しないものである。
【００５０】
〔比較例２〕
表１に示す原材料の配合（単位：重量部）に従って、固体原材料、及び造粒液を調製し、実施例１と同様の撹拌造粒により、造粒体を形成した。この造粒体を実施例１と同様の乾燥条件及び熱処理条件で処理し、これを冷却して比較例２の人工土壌粒子とした。比較例２の人工土壌粒子は、ノニオン系界面活性剤の添加量（含有量）が、繊維及びフィラーの合計量１００重量部に対して、０．７重量部に調整されたものである。
【００５１】
【表１】
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【００５２】
＜人工土壌粒子の特性評価＞
実施例１〜９、及び比較例１〜５の人工土壌粒子について、保水性、及び強度（圧縮強度）を評価した。
【００５３】
保水性については、底部に多数の孔を有する孔付きカップに、各人工土壌粒子１００ｃｃを充填し、これに水５０ｃｃを注入してカップの底から排出された水の量より保水量（単位：ｃｃ／１００ｃｃ）を測定した。保水量が多いと保水性が良く、逆に、保水量が少ないと保水性に劣ると評価できる。
【００５４】
圧縮強度については、各人工土壌粒子を水に浸漬して飽和状態とし、１時間経過後及び２４時間経過後の各人工土壌粒子の一粒を採取し、強度試験装置（株式会社島津製作所社製、小型卓上試験機  ＥＺ−ＳＸ）を使用して測定した。測定条件は、圧縮速度を５ｍｍ／分とした。圧縮強度は、以下のＪＩＳ  Ｒ１６３９−５（２００７）に示される式に基づいて算出し、人工土壌粒子５個の平均値を採用した。
圧縮強度［Ｎ／ｍｍ２］＝２．４８×Ｐ／（π×Ｄ２）］
Ｐ［Ｎ］：人工土壌粒子が破壊に至ったときの降伏点荷重
Ｄ［ｍｍ］：人工土壌粒子の平均直径
【００５５】
各人工土壌粒子の保水性及び圧縮強度の測定結果を表１に示す。ノニオン系界面活性剤を含む実施例１〜９の人工土壌粒子は、保水性及び強度のバランスに優れており、土壌としての基本性能を維持しながら、高い耐久性を有していることが示された。以下、本発明の人工土壌粒子の特性について、詳細に説明する。
【００５６】
ポリエチレン樹脂粉末の粒径が同じで、且つノニオン系界面活性剤の添加量が同じ場合において、エーテル型（ＨＬＢ値＝１５．３）のノニオン系界面活性剤を添加したもの（実施例１，３）は、エステル型（ＨＬＢ値＝１８．３）のノニオン系界面活性剤を添加したもの（実施例２，５）に比べて良好な圧縮強度を示し、エステル型のノニオン系界面活性剤を添加したものは、エーテル型のノニオン系界面活性剤を添加したものに比べて良好な保水性を示した。ノニオン系界面活性剤の種類及び添加量が同じ場合において、粒径が２０μｍのポリエチレン樹脂粉末を使用したもの（実施例１，２）は、粒径が１００μｍのポリエチレン樹脂粉末を使用したもの（実施例３，５）に比べて良好な圧縮強度を示した。同様に、粒径が４０μｍのポリエチレン樹脂粉末を使用したもの（実施例７）は、粒径が１８０μｍのポリエチレン樹脂粉末を使用したもの（実施例９）に比べて良好な圧縮強度を示した。また、同様に、粒径が１００μｍのポリエチレン樹脂粉末を使用したもの（実施例４）、粒径が４０μｍのポリエチレン樹脂粉末を使用したもの（実施例６）、及び粒径が１８０μｍのポリエチレン樹脂粉末を使用したもの（実施例８）を比較すると、ポリエチレン樹脂粉末の粒径が小さい程良好な圧縮強度を示した。これらの結果から、実施例１〜９の人工土壌粒子は、ノニオン系界面活性剤の種類及び添加量が同じ場合において、ポリエチレン樹脂粉末の粒径が小さい程良好な圧縮強度を示すことが確認された。ポリエチレン樹脂粉末の粒径が同じで、且つノニオン系界面活性剤の種類が同じ場合において、ノニオン系界面活性剤の添加量が、繊維及びフィラーの合計量１００重量部に対して、０．３重量部であるもの（実施例３）と０．１５重量部であるもの（実施例４）、及び０．１５重量部であるもの（実施例６，８）と０．０７重量部であるもの（実施例７，９）を夫々比較すると、粒径が４０μｍのポリエチレン樹脂粉末を使用したもの（実施例６，７）及び粒径が１００μｍのポリエチレン樹脂粉末を使用したもの（実施例３，４）においては、ノニオン系界面活性剤の添加量が多い方が良好な圧縮強度を示し、粒径が１８０μｍのポリエチレン樹脂粉末を使用したもの（実施例８，９）においては、ノニオン系界面活性剤の添加量が少ない方がやや良好な圧縮強度を示した。これらの結果から、粒径が比較的小さいポリエチレン樹脂粉末を使用したものにおいては、ノニオン系界面活性剤をある程度添加する方が良好な圧縮強度を示すことが確認された。粒径が比較的大きいポリエチレン樹脂粉末を使用したもの（実施例８，９）においては、ポリエチレン樹脂粉末の粒径による影響が大きいものと考えられる。
【００５７】
これに対し、ノニオン系界面活性剤を含まない比較例１，３〜５の人工土壌粒子は十分な性能が得られず、特に圧縮強度が劣っていた。ノニオン系界面活性剤の添加量が、繊維及びフィラーの合計量１００重量部に対して、０．７重量部である比較例２の人工土壌粒子についても十分な性能が得られず、特に保水性が劣っていた。このように、比較例１〜５の人工土壌粒子は、何れも長期に亘って使用される観葉植物や花卉の栽培用の人工土壌培地には不向きであった。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の人工土壌粒子、及び人工土壌粒子の製造方法は、室内用の観葉植物や鉢植えの花卉等の育成培地において好適に利用されるが、植物工場等で栽培される野菜等の育成培地において利用することも可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１０      繊維
２０      フィラー
３０      バインダー
４０      ノニオン系界面活性剤
１００    人工土壌粒子
【図１】
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