(57)【要約】      （修正有）【課題】保水性が改善された人工土壌粒子の製造方法を提供する。【解決手段】少なくとも繊維とバインダーとを混ぜ合わせる混練工程と、混練工程で得られた混練物４０を押し出して造粒する押出造粒工程と、を包含する。押出造粒工程において、混練物４０を５〜３０ｋｇ／ｃｍ２の圧力でスクリーンダイ３３から押し出し、スクリーンダイ３３から押し出された混練物４０を切断して１秒あたり１〜３８０個の人工土壌粒子５０を生成する。混練工程において、繊維とバインダーとの混合比率は、重量比で５５：４５〜９５：５である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも繊維とバインダーとを混ぜ合わせる混練工程と、
前記混練工程で得られた混練物を押し出して造粒する押出造粒工程と、
を包含する人工土壌粒子の製造方法。
【請求項２】
前記押出造粒工程において、前記混練物を５〜３０ｋｇ／ｃｍ２の圧力でスクリーンダイから押し出し、前記スクリーンダイから押し出された混練物を切断して１秒あたり１〜３８０個の人工土壌粒子を生成する請求項１に記載の人工土壌粒子の製造方法。
【請求項３】
前記混練工程において、前記繊維と前記バインダーとの混合比率は、重量比で５５：４５〜９５：５である請求項１又は２に記載の人工土壌粒子の製造方法。
【請求項４】
前記混練工程において、さらに無機フィラーを添加する請求項１〜３の何れか一項に記載の人工土壌粒子の製造方法。
【請求項５】
前記混練工程において、前記無機フィラーを添加する際に、前記無機フィラー１００重量部に対して１〜３０重量部の増粘剤をさらに添加する請求項４に記載の人工土壌粒子の製造方法。
【請求項６】
前記繊維と前記無機フィラーとの混合比率は、重量比で１０：９０〜９０：１０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】
繊維を集合してなる繊維塊状体を備えた人工土壌粒子であって、
前記繊維塊状体を構成する前記繊維は、縮れて絡み合った状態でバインダーにより結合されており、
空隙率は６０〜７０％であり、
細孔体積は０．９〜１．４ｍＬ／ｇである人工土壌粒子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維とバインダーとを含む人工土壌粒子の製造方法、及び繊維を集合してなる繊維塊状体を備えた人工土壌粒子に関する。
【背景技術】
【０００２】
人工土壌は、これまで屋内緑化や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。
【０００３】
人工土壌の開発にあたっては、天然土壌と同等の植物育成力を達成しながら、保水性を適切に維持、管理できる機能が求められる。特に、人工土壌培地に適切な量の水分を吸収、保持させることは、植物の種類に応じた最適な栽培スケジュールを実現するために必要なことである。
【０００４】
機能性を付与した人工土壌の例として、特許文献１には、無機物質材からなる粒体を有機植物繊維等からなる有機物質材に絡ませるとともに結合剤によって粒状に固結した人工団粒体が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２０４２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の人工団粒体は、繊維状の有機物質材と無機物質材からなる粒体とを混合して得られた中間材に結合剤を加え、撹拌造粒法により人工団粒体を形成している。このように、特許文献１を始めとする従来の人工土壌粒子では、原材料を造粒する工程として撹拌造粒法が用いられている。撹拌造粒法においては、造粒装置を回転させることにより、原料の繊維等からなる粒子を撹拌させながら、他の材料を添加することにより粒子を成長させる。これにより、所望の粒子径の人工土壌粒子が得られる。しかし、撹拌造粒法を用いて形成された人工土壌粒子では、粒子に含まれる繊維は夫々、ランダムに配向した状態で概ね元の形状を維持したまま存在する。そして、繊維間に形成される空隙は、繊維の形状がそのまま反映されるため、繊維が元の形状を維持している場合（例えば、繊維の縮れが少ない場合）、空隙は比較的単純な構造となる。ここで、人工土壌においては、例えば、水遣り回数を減らす等の天然土壌にはない利便性を実現するため、高い保水性が求められる。ところが、入り組んだ複雑な空隙を有していない従来の人工土壌粒子は、一旦水分が空隙に取り込まれても、当該空隙から外部へと通じる連通孔を通じて水分が外部へ漏れ出し易い。このように、従来の人工土壌粒子は、保水性の点で改善の余地があった。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、保水性が改善された人工土壌粒子の製造方法を提供し、さらに、保水性が改善された人工土壌粒子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】
【０００８】
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、
少なくとも繊維とバインダーとを混ぜ合わせる混練工程と、
前記混練工程で得られた混練物を押し出して造粒する押出造粒工程と、
を包含することにある。
【０００９】
本構成の人工土壌粒子の製造方法によれば、混練工程において繊維とバインダーとが混ぜ合わされることにより、繊維は夫々、混練物中でランダムに配向された状態となる。続いて、押出造粒工程において、混練物に圧力が加えられ、混練物中の繊維は圧縮されて縮んだ状態となる。そして、混練物中の繊維どうしは、縮れて絡み合った状態でバインダーにより結合され、繊維塊状体が形成される。繊維塊状体中の繊維は複雑に絡み合っているため、繊維間に形成される空隙は、緻密で複雑に入り組んだ構造となる。このため、空隙から外部へと通じる連通孔も複雑な構造となる。従って、人工土壌粒子に水分が取り込まれると、その水分は空隙及び連通孔に付着又は吸着されて人工土壌粒子内に留まり、重力によって漏出する水（重力水）が低減される。その結果、人工土壌粒子の保水性が向上する。また、保水性が向上することにより、人工土壌粒子は長期に亘り植物に水分を持続的に補給することができるため、水遣りの回数を大幅に低減することが可能となる。
【００１０】
本発明に係る人工土壌粒子の製造方法において、
前記押出造粒工程で、前記混練物を５〜３０ｋｇ／ｃｍ２の圧力でスクリーンダイから押し出し、前記スクリーンダイから押し出された混練物を切断して１秒あたり１〜３８０個の人工土壌粒子を生成することが好ましい。
【００１１】
本構成の人工土壌粒子の製造方法によれば、押出造粒工程において、混練物に付与する圧力が適切な範囲に設定されているため、混練物中の繊維は適切な曲がり具合で圧縮される。これにより、繊維どうしが複雑に絡み合うことができ、人工土壌粒子の保水性を向上することができる。また、１秒あたりに混練物が切断される個数が適切な範囲に設定されているため、観葉植物や花卉の栽培に適した大きさ及び形状を有する保水性の高い人工土壌粒子を製造することができる。
【００１２】
本発明に係る人工土壌粒子の製造方法において、
前記混練工程で、前記繊維と前記バインダーとの混合比率は、重量比で５５：４５〜９５：５であることが好ましい。
【００１３】
本構成の人工土壌粒子の製造方法によれば、混練工程において、繊維とバインダーとの混合比率が適切な範囲に設定されているため、人工土壌粒子中に含まれる繊維の密度が一定の範囲となる。このため、繊維間に形成される空隙も一定範囲のサイズとなる。その結果、緻密な空隙が人工土壌粒子内に一様に形成され、人工土壌粒子の保水性を向上することができる。
【００１４】
本発明に係る人工土壌粒子の製造方法において、
前記混練工程で、さらに無機フィラーを添加することが好ましい。
【００１５】
本構成の人工土壌粒子の製造方法によれば、混練工程において、繊維及びバインダーの他に無機フィラーを添加することで、無機フィラーの特性を備えた人工土壌粒子を製造することができる。例えば、無機フィラーとして、吸湿性を有するものを使用する場合、人工土壌粒子の原材料に水を添加して混練すると、繊維の表面に無機フィラーが付着した状態で無機フィラーが水分を吸収し、混練物が粘性を示すようになる。その結果、繊維どうしが縮れながらまとまり易くなり、繊維塊状体を容易に形成することができる。
【００１６】
本発明に係る人工土壌粒子の製造方法において、
前記混練工程で、前記無機フィラーを添加する際に、前記無機フィラー１００重量部に対して１〜３０重量部の増粘剤をさらに添加することが好ましい。
【００１７】
本構成の人工土壌粒子の製造方法によれば、無機フィラーに加えて適量の増粘剤をさらに添加することにより、混練物の粘性を向上することができる。その結果、混練物中の繊維どうしが縮れながらさらにまとまり易くなる。
【００１８】
本発明に係る人工土壌粒子の製造方法において、
前記繊維と前記無機フィラーとの混合比率は、重量比で１０：９０〜９０：１０であることが好ましい。
【００１９】
本構成の人工土壌粒子の製造方法によれば、繊維と無機フィラーとの混合比率が適切な範囲に設定されているため、適切な量の無機フィラーが繊維の表面に付着して繊維どうしを離間させ、適切な密度（すなわち、空隙）を維持した状態で繊維塊状体が形成される。その結果、観葉植物や花卉の栽培に適した空隙率及び細孔体積を備えた人工土壌粒子を製造することができる。
【００２０】
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、
繊維を集合してなる繊維塊状体を備えた人工土壌粒子であって、
前記繊維塊状体を構成する前記繊維は、縮れて絡み合った状態でバインダーにより結合されており、
空隙率は６０〜７０％であり、
細孔体積は０．９〜１．４ｍＬ／ｇであることにある。
【００２１】
本構成の人工土壌粒子によれば、繊維塊状体を構成する繊維は、縮れて絡み合った状態でバインダーにより結合されているため、繊維塊状体の繊維間には、緻密で複雑に入り組んだ空隙が形成される。その結果、空隙から外部へと通じる連通孔も複雑な構造となる。このような繊維塊状体を備えた人工土壌粒子に水分が取り込まれると、その水分は空隙及び連通孔に付着又は吸着されて人工土壌粒子内に留まり、重力によって漏出する水（重力水）が低減される。その結果、人工土壌粒子の保水性が向上する。また、保水性が向上することにより、人工土壌粒子は長期に亘り植物に水分を補給することができるため、水遣りの回数を大幅に低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明に係る人工土壌粒子の模式図である。
【図２】図２は、押出造粒機を用いて行われる人工土壌粒子の押出造粒工程の説明図である。
【図３】図３は、実施例に係る人工土壌粒子、及び比較例に係る人工土壌粒子の拡大図（写真）である。
【図４】図４は、Ｘ線ＣＴ解析により得られた実施例に係る人工土壌粒子、及び比較例に係る人工土壌粒子の断面の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る人工土壌粒子の製造方法、及び人工土壌粒子に関する実施形態について図面を参照して説明する。なお、説明の便宜上、始めに本発明の人工土壌粒子について説明し、引き続いて人工土壌粒子の製造方法について説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施形態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。
【００２４】
＜人工土壌粒子＞
図１は、本発明に係る人工土壌粒子５０の模式図である。図１（ａ）は人工土壌粒子５０全体の模式図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の人工土壌粒子５０において、破線円で囲ってある領域Ａ１の拡大図である。図１（ａ）に示すように、人工土壌粒子５０は、繊維１を造粒してなる繊維塊状体１０を有する。繊維塊状体１０は、繊維１が縮れて絡み合った状態でバインダーにより結合された粒状物として形成されている。なお、図１では、バインダーは図示を省略してあるが、繊維１どうしの接触部分がバインダーを介して固結されているか、あるいは繊維１どうしが絡まった状態で繊維１の全体がバインダーにより固結されている。
【００２５】
繊維１の間には空隙２が存在し、当該空隙２に水分を吸収、保持することができる。図１（ａ）に示すように、繊維塊状体１０の繊維１は複雑に絡み合っているため、繊維１どうしの間に形成される空隙２は、緻密で複雑に入り組んだ構造となる。このため、空隙２から外部（粒子外）へと通じる連通孔も複雑に構成される。なお、連通孔は、空隙２が連なって構成されるものであり、一つの空隙２の周囲に存在する別の空隙２が連通孔となる。従って、空隙２は、連通孔を兼ねている。このような構造のため、人工土壌粒子５０に水分が取り込まれると、その水分は空隙２及び連通孔に付着又は吸着されて人工土壌粒子５０内に留まり、重力によって漏出する水（重力水）が低減される。その結果、人工土壌粒子５０の保水性を向上することができる。また、保水性の向上により、人工土壌粒子は長期に亘り植物に水分を持続的に補給することができ、水遣りの回数を大幅に低減することが可能となる。
【００２６】
このように、人工土壌粒子５０は、外部環境が湿潤状態になると、外部の水分を人工土壌粒子５０内に吸収、保持し、土壌として求められる保水性を一定以上に確保することができる。他方、外部環境が乾燥状態となった場合は、繊維塊状体１０の空隙２に保持された水分が外部に放出される。これにより、植物は、水分を容易に利用することができる。このように、人工土壌粒子５０は、繊維塊状体１０を形成する繊維１の間に存在する空隙２によって、優れた保水性を実現している。
【００２７】
ここで、繊維塊状体１０の内部に形成される空隙２の大きさ、数、形状等は、例えば、人工土壌粒子５０が保持できる水分量、いわゆる保水性に関係する。空隙２の状態は、繊維塊状体１０を造粒する際の繊維１の使用量（密度）、繊維１の種類、太さ、長さ等を変更することにより調整可能である。なお、繊維１のサイズは、太さが５〜１００μｍのものが好ましく、長さが０．３〜１０ｍｍのものが好ましい。また、繊維１は、縮れて絡み合った状態が維持できるように、柔軟性のある繊維を使用することが好ましい。これにより、人工土壌粒子５０の空隙２を一層緻密で複雑に入り組んだ構造とすることができる。
【００２８】
繊維塊状体１０を構成する繊維１は、繊維塊状体１０内の空隙２に十分な水分を保持できるよう、有機繊維を使用することが好ましい。有機繊維は比較的柔軟であるため、繊維塊状体１０を構成する繊維１どうしが複雑に絡み合って多数の空隙２を形成することができる。これにより、繊維塊状体１０の保水性が高まり、人工土壌粒子５０に吸収された水分を植物が容易に利用可能な水、いわゆる易効水として保持することができる。その結果、植物の成長を促すことができる。有機繊維は、天然有機繊維、又は合成有機繊維の何れも使用可能である。天然有機繊維としては、例えば、絹、羊毛、綿、セルロース繊維等を挙げることができる。合成有機繊維としては、例えば、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、ビニロン繊維、アラミド繊維、レーヨン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、ポリウレタン繊維等を挙げることができる。これらの有機繊維のうち、天然有機繊維ではセルロース繊維が好ましく使用され、合成有機繊維ではビニロン繊維が好ましく使用される。繊維１として、天然有機繊維と合成有機繊維とを混繊したものを使用することも可能である。
【００２９】
繊維塊状体１０を構成する繊維１の繊維長は、人工土壌粒子５０の保水性と関係する。繊維１の繊維長を調節することにより、繊維１と水との吸着力を制御することができる。繊維１の繊維長は、０．５〜２０００μｍが好ましい。繊維長が０．５μｍより短いと、十分な保水性が得られなくなる。一方、繊維長が２０００μｍより長いと、水分と繊維との吸着力が強くなり過ぎて、植物が利用できる易効水が少なくなる。
【００３０】
繊維１どうしを結合するバインダーは、有機バインダー又は無機バインダーの何れも使用可能である。有機バインダーは、例えば、ポリオレフィン系バインダー、ポリビニルアルコール系バインダー、ポリウレタン系バインダー、ポリ塩化ビニル系バインダー、ポリエステル系バインダー、スチロール系バインダー、及びポリ酢酸ビニル系バインダー等の合成樹脂系バインダー、デンプン、カラギーナン、キサンタンガム、ジェランガム、及びアルギン酸などの多糖類、膠などの動物性たんぱく質等の天然物系バインダーが挙げられる。無機バインダーは、例えば、水ガラス等のケイ酸系バインダー、リン酸アルミニウム等のリン酸塩系バインダー、ホウ酸アルミニウム等のホウ酸塩系バインダー、セメント等の水硬性バインダーが挙げられる。有機バインダー及び無機バインダーは、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。
【００３１】
バインダーは、水不溶性のバインダーを用いることが好ましい。これにより、灌水等により、人工土壌粒子５０の構造が崩壊するのを防ぐことができる。水不溶性のバインダーとしては、例えば、樹脂材料が挙げられる。そのような樹脂材料として、例えば、ポリエチレン、及びポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニル、及びポリ塩化ビニリデン等の塩化ビニル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリスチレン等のスチロール系樹脂、酢酸ビニル、及びエチレン酢酸ビニル等の酢酸ビニル系樹脂、ポリウレタン、及びビニルウレタン等のウレタン系樹脂等が挙げられる。これらのうち、ポリエチレンが好ましい。また、樹脂材料に代えて、アクリルアミド等の高分子ゲル化剤、アルギン酸塩やカラギーナン等の天然多糖類系ゲル化剤、天然ゴムやシリコーンゴム等のゴム系コーティング剤等を使用することも可能である。さらに、樹脂架橋剤を使用することもできる。そのような樹脂架橋剤としては、例えば、イソシアネート、ビニルスルホン化合物、アジリジン、ジヒドラジド、メチル化アミン、ジグリシジルエーテル、カルボジイミド、ホルムアルデヒド、チタンカップリング剤、シランカップリング剤等が挙げられる。
【００３２】
繊維１とバインダーとの混合比率は、重量比で５５：４５〜９５：５が好ましく、７０：３０〜９０：１０がより好ましい。繊維１とバインダーとの混合比率が５５：４５より小さくなると（すなわち、バインダーが繊維１に対して過剰に混合されると）、繊維１間に形成される空隙２がバインダーによって閉塞され、人工土壌粒子５０の保水性が低下する虞がある。一方、繊維１とバインダーとの混合比率が９５：５より大きくなると（すなわち、バインダーが繊維１に対して不足していると）、繊維１どうしの結合力が不足し、人工土壌粒子５０の強度が低下する虞がある。
【００３３】
人工土壌粒子５０を造粒する際には、図１に示すように、無機フィラー３を含有してもよい。この場合、繊維及びバインダーの他に無機フィラー３を添加することで、無機フィラー３の特性を備えた人工土壌粒子を製造することができる。例えば、図１（ｂ）に示すように、添加する無機フィラー３が細孔４を有するものである場合、人工土壌粒子５０の原材料に水を添加して混練すると、繊維１の表面に無機フィラー３が付着した状態で無機フィラー３の細孔４が水分を吸収し、混練物が粘性を示すようになる。その結果、繊維１どうしがまとまり易くなり、繊維塊状体１０を容易に形成できる。無機フィラー３としては、例えば、珪藻土、パーライト、バーミキュライト、ゼオライト、ベントナイト、クレー、多孔質ガラスビーズ等が挙げられる。これらの無機フィラー３は、単独で使用してもよいし、二種以上を混合して使用してもよい。好ましい無機フィラー３は、珪藻土である。人工土壌粒子５０のベースとなる繊維塊状体１０を造粒する際、繊維１に珪藻土を添加すると、珪藻土が水分を吸収して粘性を示すため、繊維１どうしを容易に接着させることができる。
【００３４】
人工土壌粒子５０を造粒する際には、無機フィラー３に加えて、増粘剤をさらに添加してもよい。増粘剤の添加量は、無機フィラー３（１００重量部）に対して１〜３０重量部であり、好ましくは３〜２０重量部である。増粘剤の添加量が無機フィラー３（１００重量部）に対して１重量部未満の場合、増粘剤の効果が十分に発揮されない虞がある。一方、増粘剤の添加量が無機フィラー３（１００重量部）に対して３０重量部を超えても、効果は大きく増大せず、経済的ではない。
【００３５】
繊維１と無機フィラー３との混合比率は、重量比で１０：９０〜９０：１０が好ましく、３０：７０〜７０：３０がより好ましい。繊維１と無機フィラー３との混合比率が１０：９０より小さくなると（すなわち、無機フィラー３が繊維１に対して過剰に混合されると）、繊維１間に形成される空隙２が無機フィラー３により埋め尽くされ、バインダーによる繊維どうしの固結が妨げられるため、人工土壌粒子５０の耐久性及び強度が低下する虞がある。一方、繊維１と無機フィラー３との混合比率が９０：１０より大きくなると（すなわち、無機フィラー３が繊維１に対して不足していると）、人工土壌粒子５０において無機フィラー３の特性が十分に発揮されない虞がある。
【００３６】
人工土壌粒子５０の粒径は、栽培対象の植物により適宜選択されるが、観葉植物又は花卉を対象とする場合、１〜１０ｍｍが好ましく、２〜８ｍｍがより好ましく、２〜５ｍｍがさらに好ましい。人工土壌粒子５０の粒径が１ｍｍ未満の場合、人工土壌粒子間に形成される間隙のサイズが小さくなり、間隙の毛管力により水分が過剰に保持されることになる。その結果、排水性が低下することにより植物の根から酸素を吸収し難くなり、根腐れが発生する虞がある。一方、人工土壌粒子５０の粒径が１０ｍｍを超えると、間隙のサイズが大きくなって排水性が過剰になり過ぎることにより植物が水分を吸収し難くなったり、人工土壌が疎になって植物が横倒れする虞がある。人工土壌粒子５０の粒径は、篩掛けにより調整することができる。
【００３７】
人工土壌粒子５０の粒径は、以下の測定法により求められる。先ず、測定対象の人工土壌粒子５０をスケールとともにカメラ又は顕微鏡で観察し、その画像を画像処理ソフト（二次元画像解析処理ソフトウェア「ＷｉｎＲＯＯＦ」、三谷商事株式会社製）を使用して取得する。画像から１００個の人工土壌粒子５０を選択し、人工土壌粒子５０の輪郭をトレースする。トレースした図形の周長から、相当円の直径を算出する。夫々の人工土壌粒子５０から求めた相当円の直径（１００個）の平均を平均サイズ（単位：ピクセル）とする。そして、平均サイズを画像中のスケールと比較し、単位長さ（μｍオーダー乃至ｍｍオーダー）に変換して、人工土壌粒子５０の粒径を算出する。ちなみに、人工土壌粒子５０を構成する繊維１のサイズについても、画像処理を用いた測定法により求められる。求められた人工土壌粒子５０の粒径から人工土壌粒子５０のメディアン径を算出する。
【００３８】
人工土壌粒子５０には、上述のように水分を保持可能な空隙２が複数形成されているが、空隙２の形成状態は空隙率及び細孔体積によって評価することができる。観葉植物又は花卉用の人工土壌培地として使用する場合、人工土壌粒子５０の空隙率は、６０〜７０％が好ましく、６５〜７０％がより好ましい。人工土壌粒子５０の細孔体積は、０．９〜１．４ｍＬ／ｇが好ましく、１．１〜１．４ｍＬ／ｇがより好ましい。空隙率が６０％より小さい場合、又は細孔体積が０．９ｍＬ／ｇより小さい場合、人工土壌粒子５０に保持できる水分が少なくなり、また、人工土壌粒子５０と水分との吸着力が強くなり過ぎて植物が利用できる易効水が減少する。空隙率が７０％より大きい場合、又は細孔体積が１．４ｍＬ／ｇより大きい場合、人工土壌粒子５０が脆弱になり、また、人工土壌粒子５０が水分を十分に吸着できなくなって重力水として漏出する水分が増加する。人工土壌粒子５０の細孔体積及び気孔率は、フィラー２やバインダーの種類、組成、造粒条件により変化し得る。細孔体積及び気孔率は、測定対象の状態に応じて、ガス吸着法、水銀圧入法、小角Ｘ線散乱法、画像処理法等を用いて、又はこれらの方法を組み合わせて、最適な方法により測定することができる。
【００３９】
＜人工土壌粒子の製造方法＞
本発明に係る人工土壌粒子５０は、少なくとも繊維１とバインダーとを混ぜ合わせる混練工程と、混練工程で得られた混練物を押し出して造粒する押出造粒工程と、を実行することにより製造される。なお、混練工程の前に、予め所定の長さに引き揃えた繊維１を用意しておく。例えば、セルロース又はビニロン等の繊維１をカーディング装置等で引き揃え、３〜１０ｍｍ程度の長さに切断する。
【００４０】
〔混練工程〕
原材料を混練する混練工程では、適切な長さに切断した繊維１及びバインダーを混合し、水を加えて混練する。これにより、繊維１がランダムに配向された状態の混練物が得られる。混練工程において、繊維１及びバインダーに無機フィラー３を添加することも可能である。これにより、混練物に無機フィラー３の特性が追加される。無機フィラー３を添加する際に、増粘剤をさらに添加することが可能である。これにより、混練物の粘性を高めることができ、混練物中の繊維どうしがまとまり易くなる。
【００４１】
〔押出造粒工程〕
図２は、押出造粒機２０を用いて行われる人工土壌粒子５０の押出造粒工程の説明図である。押出造粒工程では、押出造粒機２０を用いて混練物４０を押し出しながら造粒を行い、人工土壌粒子５０を形成する。図２（ａ）は、押出造粒機２０の一部が断面として示されている。図２（ｂ）は、図２（ａ）の押出造粒機２０において、破線円で囲ってある領域Ａ２の拡大図であり、混練物４０が造粒されながら切断される様子を模式的に示したものである。図２（ａ）に示すように、押出造粒機２０は、主にケース３１、押出スクリュー３２、スクリーンダイ３３、及びローラ３４，３５を備える。ケース３１は、内部空間を有し、当該内部空間に押出スクリュー３２が嵌合される。ケース３１の先端側には、孔部３３ａを備えるスクリーンダイ３３が装着される。スクリーンダイ３３の孔部３３ａの径は、１〜１０ｍｍが好ましく、１〜５ｍｍがより好ましい。スクリーンダイ３３の孔部３３ａの径が１ｍｍ未満の場合、生成される人工土壌粒子５０の粒径が小さくなり過ぎるため、人工土壌培地を調製したときに人工土壌粒子５０が密になり保水性や通気性が低下する虞がある。一方、スクリーンダイ３３の孔部３３ａの径が１０ｍｍを超える場合、生成される人工土壌粒子５０の粒径が大きくなり過ぎるため、人工土壌培地を調製したときに人工土壌粒子５０が疎になり植物を安定して支持することが難しくなる。ローラ３４，３５は、図２（ｂ）に示すように、夫々の外周に切断用の歯３４ａ，３５ａが設けられ、ローラ３４，３５を回転させたときに歯３４ａ，３５ａが混練物４０を巻き込みながら当接することで、混練物４０の切断が行われる。なお、ローラ３４，３５は、それらの回転軸に平行な方向（すなわち、図２の紙面の前後方向）に振動させることができる。この場合、歯３４ａ，３５ａはローラの回転軸方向に対してねじれながら移動する。このため、混練物４０の切断面を滑らかにすることができる。なお、図２に示した押出造粒機２０は、押出造粒工程を実施する手段の一例であり、混練物に圧力を付加して押し出しながら切断できるものであれば、他のタイプの押出造粒機を使用してもよい。
【００４２】
押出造粒工程を実施するにあたっては、先ず、混練物４０を押出造粒機２０のケース３１に投入する。次に、押出スクリュー３２をケース３１の後部から挿入し、回転させながらケース３１の先端側に移動させることで、ケース３１中の混錬物４０に圧力を付加する。混練物４０に付加する圧力は、５〜３０ｋｇ／ｃｍ２であり、１０〜２０ｋｇ／ｃｍ２が好ましい。混練物４０に付加する圧力が５ｋｇ／ｃｍ２未満であると、繊維が十分に湾曲されずに人工土壌粒子５０中で繊維が元の形状（例えば、直線形状）を保ったまま存在することとなり、保水率が低下する虞がある。一方、混練物４０に付加する圧力が３０ｋｇ／ｃｍ２を超えると、過度な圧力が繊維に付加されるため、繊維間の空隙が圧縮されて小さくなり、保水率が低下する虞がある。適切な圧力で押出造粒工程が行われると、混練物４０中においてランダムに配向された繊維は、圧縮されて縮められる。混練物４０中の縮められた繊維は、互いに複雑に絡み合った状態となる。混練物４０は、スクリーンダイ３３に押し付けられ、スクリーンダイ３３に設けられた孔部３３ａから押し出される。押し出された混練物４０は歯３４ａ，３５ａで切断されながら造粒され、人工土壌粒子５０が生成される。ここで、歯３４ａ，３５ａによる混練物４０の切断速度は、１秒あたり１〜３８０個の人工土壌粒子５０を生成する速度に設定され、好ましくは１秒あたり５〜１５０個を生成する速度に設定される。例えば、所定量の混練物４０から人工土壌粒子５０を造粒する場合、混練物４０の切断速度が１秒あたり１個未満であると、人工土壌粒子５０の粒径が大きくなり過ぎるため人工土壌粒子間に形成される間隙のサイズが大きくなり、その結果、排水性が過剰になって植物が水分を吸収し難くなったり、人工土壌が疎になって植物が横倒れする虞がある。一方、混練物４０の切断が１秒あたり３８０個を超えると、人工土壌粒子５０の粒径が小さくなり過ぎるため人工土壌粒子間に形成される間隙のサイズが小さくなり、その結果、間隙の毛管力により水分が強く保持されることになる。この場合、植物が利用可能な易効水が少なくなるとともに、植物の根から酸素を吸収し難くなり、立ち枯れが発生する虞がある。混練物４０の切断速度、すなわち、人工土壌粒子５０を生成する速度は、例えば、ローラ３４，３５の径や回転速度を変更することによって調整可能である。
【００４３】
押出造粒工程の後、人工土壌粒子５０を所定の水分含量になるまで乾燥させる。その後、必要に応じて、分級が行われる。
【実施例】
【００４４】
本発明に係る人工土壌粒子の水分保持特性を評価した。本実施例では、１回の灌水により人工土壌粒子に保持される保水量を測定し、得られた測定値から人工土壌粒子の水分保持特性を評価した。
【００４５】
〔人工土壌粒子の調製〕
＜実施例＞
有機繊維であるセルロース繊維（ＫＣフロック（登録商標）Ｗ−１００ＧＫ、日本製紙株式会社製）３３８ｇと、無機フィラーである珪藻土（ラヂオライト（登録商標）１５００Ｈ、昭和化学工業株式会社製）３３８ｇと、バインダーであるポリオレフィン系樹脂エマルジョン（住友精化株式会社製、セポルジョン（登録商標）Ｇ３１５、濃度４０重量％）３１１ｇと、増粘剤であるメチルセルロース（マーポローズ（登録商標）９０ＭＰ、松本油脂製薬株式会社）１４ｇと、水８９２ｇとを各材料が十分に混ざり合うまで常温で４分間攪拌し、混練物を得た。次いで、混練物を押出造粒装置（高性能自動ローラタイプシステム  ＰＴ６０２５、アキラ機工株式会社製）に投入し、混練物に圧力１０ｋｇ／ｃｍ２を付加してスクリーンダイの孔部から押し出し、押し出した混練物をローラ（直径：１２２ｍｍ、回転速度：６〜１０ｒｐｍ）によって切断し、１秒あたり７〜６０個の人工土壌粒子を生成した。切断された人工土壌粒子を８０℃で１６時間加熱し、１２０℃で３時間加熱して乾燥させ、これを冷却して実施例の人工土壌粒子とした。
【００４６】
＜比較例＞
有機繊維であるセルロース繊維（ＫＣフロック（登録商標）Ｗ−１００ＧＫ、日本製紙株式会社製）３３８ｇと、無機多孔質材である珪藻土（ラヂオライト（登録商標）１５００Ｈ、昭和化学工業株式会社製）３３８ｇとを撹拌混合造粒装置（有限会社Ｇ−Ｌａｂｏ製）に投入し、均一になるまで撹拌及び転動させながら、造粒液（結合材）１１６４ｇを加えて造粒し、内部に造粒液を含浸させた粒状物を形成した。造粒液は、バインダーであるポリオレフィン系樹脂エマルジョン（住友精化株式会社製、セポルジョン（登録商標）Ｇ３１５、濃度４０重量％）３４７ｇと、増粘剤であるアルギン酸カリウム（和光純薬工業株式会社製試薬）６ｇと、水８１１ｇとを混合し、各材料が十分に混ざり合うまで常温で１時間攪拌したものを使用した。次いで、乾燥機を用いて粒状物を８０℃で１６時間加熱し、１２０℃で３時間加熱して乾燥させ、セルロース繊維及び珪藻土をバインダーで固着させ、これを冷却して比較例の人工土壌粒子とした。
【００４７】
〔人工土壌粒子の保水性の評価〕
直径約１ｍｍの排水口が約２ｍｍの間隔で底面に複数設けられているステンレスカップ（直径５０ｍｍ×高さ５１ｍｍ、容量１００ｃｃ）に試験対象の人工土壌粒子１００ｃｃを充填し、その上から水を５０ｃｃ滴下し、カップの底面から水が排出されなくなった時点の重量を計測した。続けて、この人工土壌粒子に水を追加で５０ｃｃ適下し、同様に、カップの底面から水が排出されなくなった時点の重量を計測した。この操作を繰り返し、水分を含む人工土壌粒子の重量が一定になったとき、そのときの人工土壌粒子の重量から、予め測定しておいた水を滴下する前の人工土壌粒子の重量を差し引き、これを人工土壌粒子の保水量とした。そして、この保水量から人工土壌粒子の保水性を評価した。
【００４８】
実施例及び比較例の人工土壌粒子の保水性の評価結果を、以下の表１に示す。
【００４９】
【表１】
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【００５０】
実施例の人工土壌粒子は、比較例の人工土壌粒子と比べて、細孔体積、細孔表面積、メディアン径、及び空隙率が増加した。これらの結果、実施例の人工土壌粒子は、保水量が人工土壌粒子１００ｃｃあたり４８ｃｃとなり、比較例の人工土壌粒子の保水量（人工土壌粒子１００ｃｃあたり４０ｃｃ）に対して２０％程度増加したものとなった。このように、押出造粒法により製造される人工土壌粒子は、撹拌造粒法により製造される従来の人工土壌粒子と比較して、保水性が向上することが示唆された。空隙率の増加に伴い、人工土壌粒子において水分を保持可能な容量が増加したものと考えられる。
【００５１】
図３は、（ａ）実施例に係る人工土壌粒子、及び（ｂ）比較例に係る人工土壌粒子の拡大図（写真）である。図４は、Ｘ線ＣＴ解析により得られた（ａ）実施例に係る人工土壌粒子、及び（ｂ）比較例に係る人工土壌粒子の断面図である。各図の（ａ）と（ｂ）とを比較すると、実施例に係る人工土壌粒子は、繊維の形状があまり明確に確認されなかった。押出造粒法により製造された人工土壌粒子は、造粒時に圧力が付加されるため、繊維が圧縮されて縮められた状態で造粒されたものと考えられる。これに対し、比較例に係る人工土壌粒子は、繊維が概ね直線状で存在していることが確認された。撹拌造粒法では、造粒時に圧力が付加されないため、繊維が元の形状を維持したまま造粒されたものと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明に係る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使用する人工土壌粒子を製造するために好適に利用されるが、植物工場等において栽培される野菜等の育成培地として使用する人工土壌粒子を製造する目的においても利用可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１                        繊維
２                        空隙
１０                      繊維塊状体
３３                      スクリーンダイ
４０                      混練物
５０                      人工土壌粒子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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