(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
膨積性粒子を含む人工土壌資材と、融点１８０℃以下の熱可塑性樹脂少なくとも１種とを含有する、パネル型に成形された緑化用人工土壌成形体であって、前記熱可塑性樹脂が前記人工土壌成形体の全重量に対して２０〜６０重量％含有されている、緑化用人工土壌成形体。
【請求項２】
前記熱可塑性樹脂が、炭素数２〜４のオレフィンモノマーもしくはジオレフィンモノマーまたはそれらのハロゲン置換体の重合体および共重合体、前記重合体または共重合体と酢酸ビニルとの共重合体、および前記重合体および共重合体のうち２種以上の混合物から選択される請求項１記載の緑化用人工土壌成形体。
【請求項３】
前記熱可塑性樹脂が、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブタジエン、ポリ塩化ビニル、エチレン／酢酸ビニル共重合体、またはそれら２種以上の混合物である請求項２記載の緑化用人工土壌成形体。
【請求項４】
前記熱可塑性樹脂において、低密度ポリエチレンおよびエチレン／酢酸ビニル共重合体からなる少なくとも１種が、前記熱可塑性樹脂の総量に対して５０重量％以上の量で含有される、請求項３記載の緑化用人工土壌成形体。
【請求項５】
熱可塑性樹脂が粒状である請求項２〜４のいずれかに記載の緑化用人工土壌成形体。
【請求項６】
膨積性粒子が、バーミキュライトである請求項１記載の緑化用人工土壌成形体。
【請求項７】
気層率が、８５〜５０％である請求項１記載の緑化用人工土壌成形体。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の緑化用人工土壌成形体を含む土壌成形物品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建造物の屋上、屋根、ベランダ、アトリウム、または擁壁、橋脚のような構造物の表面などに人工土壌を設けて植栽する場合に用いられる人工土壌成形体であって、特に、機械的強度および湿潤時の成形保持性に優れた人工土壌成形体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、住宅および商業施設の建設や都市開発において、生活環境の改善や「癒し」効果を得るために、建築物自体およびその周囲に植物を定植させて人工的に緑化する試みがなされている。特に建築物の表面（すなわち建造物の屋上、屋根、ベランダ、アトリウム、または擁壁、橋脚などの構造物など）を緑化する際には、それらの本来の機能を損なったり、汚染しないことが要求されるため、天然の土壌ではなく、成形保持性に優れた人工土壌が使用されている。
【０００３】
天然の土壌は、通気性や水分の保持性が低いため、土壌層をかなり厚く形成する必要があるが、土壌は比重が大きいため、これをコンクリート枡に入れたり、袋などの容器に入れて適用すると建物に大きな荷重がかかるという欠点があった。人工土壌は、天然の土壌の前記欠点を改良したものであり、薄い層に成形された場合でも植物を育成できるのに十分な水分の保持性を有し、根の成長を妨げない柔らかさや通気性などを特徴とする。
【０００４】
人工土壌を構成する原料（以降、人工土壌資材という）としては、多孔質のバーミキュライトやパーライトが周知であり、必要に応じてピートモスなどの肥料、水苔、ロックウールなどの比較的軽量の土壌資材を混ぜて使用されることもある。これらの人工土壌資材は、粒状もしくは粉状またはこれらの混合物状（以下、粉粒体状という。）であり、これを樹脂で固めて成形したものが、例えば、育苗床用土壌成形物品に利用されいる。
【０００５】
人工土壌を固めて成形体とするためには、主に、水溶性樹脂であるポリビニルアルコールが添加される。ポリビニルアルコールを用いて固めた土壌成形体は、地表へ敷き詰めた場合にも、生分解して土に戻るという利点を有する。しかし、ポリビニルアルコールは、水を含むと膨潤するため、乾燥時と湿潤時との体積変化が大きい。そのため、ポリビニルアルコールを用いた土壌成形体は、潅水後、乾燥し始めると、表面と内部との間の寸法変化によって「そり」が発生する。
このような従来の人工土壌成形体は、柔軟性を残しているが、成形保持性に劣るため、取り換え時および人などによって踏まれると、歪んだり、跡が付いたり、場合によっては崩壊することもあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、従来使用されているポリビニルアルコールで固めた人工土壌成形体と同様に取り扱うことができ、保水性や透水性に優れ、さらには取り換え時に破壊されず、かつ踏んでも跡が付いたり崩壊しない、改良された成形保持性を特徴とする、緑化用人工土壌成形体を提供することである。
このような目的を達成するにあたり、本発明者らは、鋭意努力を重ねた結果、土壌資材を固めるための樹脂として、ポリビニルアルコール以外の熱可塑性樹脂を使用して、人工土壌成形体の含水保持性やみずはけの良さ（すなわち保水性や透水性）を損なうことなく、優れた成形保持性が付与できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、膨積性粒子を含む人工土壌資材と、融点１８０℃以下の熱可塑性樹脂少なくとも１種とを含有する、パネル型に成形された緑化用人工土壌成形体であって、前記熱可塑性樹脂が前記人工土壌成形体の全重量に対して２０〜６０重量％含有されている、緑化用人工土壌成形体である。
さらに、本発明は、建築物の表面への適用や取り換えが容易な、人工土壌成形体を含む土壌成形物品も提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
建築物の緑化用人工土壌成形体
（膨積性粒子）
本発明では、膨積性粒子としてバーミキュライト原石を使用する。
バーミキュライト原石は、結晶構造内に水酸基や結晶水を保有し、これらが熱処理または化学的処理によって通常約１０〜３０倍程度まで膨積することによって空隙が発生する。空隙内には水を保持できることから、こうして膨積された膨積性粒子を含有する人工土壌資材に保水性が付与される。
【０００９】
膨積性粒子は、原料バーミキュライトに先ず高濃度の酸と鉄化合物が混合され、攪拌混合された後、約４０〜約８０℃で一定時間保持された後、周囲温度まで冷却され、以降に説明する人工土壌資材および熱可塑性樹脂と混合される。その後、過酸化水素水を混合すると、９０℃以上、より好ましくは９５℃以上の反応熱が生じて、膨積性粒子の膨積が開始する。
【００１０】
ここで、前記酸としては、市販されている約９５％以上の濃硫酸または約３５％以上の濃塩酸が好ましく使用される。
最も好ましくは約９８％の濃硫酸を酸として使用する。
【００１１】
鉄化合物としては、塩化第一鉄、塩化第二鉄、硫酸第一鉄および硫酸第二鉄から選択されてよい。最も好ましくは硫酸第二鉄を使用する。
【００１２】
過酸化水素水は、市販されている濃度、すなわち約２５％〜約３５％程度のものを好ましく使用する。
【００１３】
膨積性粒子の膨積率が高いほど、本発明の人工土壌成形体の気層率（すなわち、成形体の全体積に対する空隙の総体積の割合）は大きくなり、保水性も向上する。
【００１４】
人工土壌資材中に含有される膨積性粒子の配合量（膨積処理後）は、好ましくは本発明の人工土壌成形体の全容積の２０〜５５％、より好ましくは３５〜４５％であってよい。
【００１５】
（人工土壌資材）
本発明で使用される人工土壌資材は、比較的軽量の土壌（例えば、赤玉土、鹿沼土など）と前述の膨積性粒子とを必須成分として含有すること以外は、特に限定されない。人工土壌資材には、必要に応じて、肥料、パーライトなどの透水性を改善するための資材、および植物繊維を細かく裁断した繊維状の補強材などが好ましく配合されていてよい。
【００１６】
肥料は、例えば、バーク堆肥やピートモスなどが挙げられるが、その組成は、本発明の人工土壌成形体の緑化目的や、それに植栽する植物の種類に応じて適宜変更してよい。例えば、植物の成育に充分な施用効果（例えば約５年の間は施肥管理を必要としないことなど）を本発明の人工土壌成形体に付与しようとする場合、各種有効期間の緩行性肥料、速効性肥料、特殊肥料などをブレンドして添加することで達成され得る。
【００１７】
（熱可塑性樹脂）
本発明の緑化用人工土壌成形体は、前記人工土壌資材に、融点１８０℃以下の熱可塑性樹脂を添加することにより得られる。融点が１８０℃を超える樹脂の場合、後述する成形工程でこの樹脂を溶融させる際に、前記人工土壌資材に含まれる肥料や繊維状補強材などが燃え出すことがあるため、好ましくない。
【００１８】
本発明のおいて好ましく使用される熱可塑性樹脂は、ポリビニルアルコール以外のものであって、例えば、炭素数２〜４のオレフィンモノマーもしくはジオレフィンモノマーまたはそれらのハロゲン置換体の重合体および共重合体、前記重合体または共重合体と酢酸ビニルとの共重合体、および前記重合体および共重合体のうち２種以上の混合物から選択されてよく、具体的には、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブタジエン、ポリ塩化ビニル、エチレン／酢酸ビニル共重合体、またはそれら２種以上の混合物が挙げられる。
このうち、低密度ポリエチレンおよびエチレン／酢酸ビニル共重合体はそれぞれ単独で使用できるが、ポリプロピレンやポリエチレンテレフタレートなどのように融点がポリエチレンより高い樹脂は、２種以上を組み合わせて使用される。
より好ましくは、熱可塑性樹脂として、低密度ポリエチレンまたはエチレン／酢酸ビニル共重合体を、これら以外の前記熱可塑性樹脂との混合物として使用する。この場合、低密度ポリエチレンおよびエチレン／酢酸ビニル共重合体は混合物中に５０重量％以上、好ましくは７０重量％以上の量で含有される。
【００１９】
より好ましくは、熱可塑性樹脂の融点は、１８０℃以下、最も好ましくは１０５℃以下である。このような融点を有する熱可塑性樹脂を使用することで、人工土壌成形体に耐久性や強度が付与される。
【００２０】
後述する方法で本発明の人工土壌成形体を得るために、前記熱可塑性樹脂は、人工土壌資材や膨積性粒子と十分に混合でき、以降で説明する１次粗成形工程において外形が十分に確立でき、さらには最終成形体の機械的強度や圧潰強度耐性が高いことから、最も好ましくは粒状で使用される。ただし、前記熱可塑性樹脂は、上記要件を満たすのであれば、ペレット形態で使用されてもよい。
【００２１】
本発明において、前記熱可塑性樹脂は、本発明の人工土壌成形体の全重量に対して２０〜６０重量％の量で、より好ましくは３０〜４０重量％の量で含有されてよい。熱可塑性樹脂の含有量が２０重量％に満たないと、得られる成形体の機械的強度や圧潰強度耐性が低いため、踏んだときに跡が付き易い。熱可塑性樹脂含有量が６０重量％を超えると、成形体中の土壌資材が占める割合が低くなり、膨積性粒子含量も低下するため、結果として成形体の透水性や保水性が低下する。
【００２２】
（人工土壌成形体の製造）
人工土壌形成体の製造方法は、一般に、成形体の外形を概ね形作るための１次粗成形工程と、得られた１次粗成形物を所望の成形体に成形する工程を含んで成る。しかし、本発明では、所望の成形体の外形を１次粗成形工程で十分に確立することができる。
すなわち、１次粗成形工程において、先ず、前記熱可塑性樹脂を、前述の酸および鉄化合物を含む膨積性粒子と人工土壌資材との混合物に添加して、これらを十分に混合する。混合物に過酸化水素水を添加した後、金型に入れると、発熱により膨積性粒子の膨積が開始し、同時に熱可塑性樹脂が少なくとも部分的に（より好ましくは全部）溶融されて成形される。冷却後、内容物を金型から取り出すことで、所望の形状を有する人工土壌形成体が得られる。
【００２３】
前記工程において、熱可塑性樹脂は、過酸化水素水添加後に発生する９０℃以上、より好ましくは９５℃以上の反応熱によって、溶融される。
ただし、熱可塑性樹脂が低密度ポリエチレンまたはエチレン／酢酸ビニル共重合体とこれら以外の前記熱可塑性樹脂との混合物であって、混合される樹脂の融点が前記反応熱よりも高い場合には、混合される樹脂のみが前記反応熱によって溶融されないことがある。そのため、このような場合には、熱風乾燥機などを用いて金型を部分的または全体的に、混合される樹脂の融点まで加熱してよい。これにより、前記熱可塑性樹脂混合物を全て溶融することができる。
【００２４】
本発明の人工土壌成形体は、膨積性粒子の膨積により、気層率８５〜５０％（ただし、潅水直後は約３７％）を有する。このことは、通常、健全な天然の土壌の気層率が３０％以上であることから、本発明の成形体は、天然土壌よりも優れた水はけの良さ（すなわち、優れた透水性）を有する。
【００２５】
本発明によれば、前記熱可塑性樹脂を、本発明の人工土壌成形体の全重量に対して２０〜６０重量％、より好ましくは３０〜４０重量％の量で含有させることで、従来の人工土壌成形体に比べて高い機械的強度が得られる。そのため、本発明の成形体は、水平に設置される場合には踏んでも跡がつき難く、崩壊したりしないという利点（優れた圧潰強度耐性）を有する。
また、湿潤時の機械強度にも優れており、潅水しても成形体から土壌が流失しないので、建物を汚損したり、排水パイプなどを詰まらせることがなく、建築物本来の機能を損なわないという利点も有する。
【００２６】
本発明の人工土壌成形体は、その形状や大きさを、緑化の目的などに応じて適当に設計することができる。例えば、パネル型に成形すれば、壁面や急斜面など所望の場所に敷き詰めるだけで使用でき、設置および取り替えも可能であることから、工期の短期化が達成されかつ灌水も容易である。
【００２７】
こうしてパネル型に成形された人工土壌成形体は、必要に応じて、その一方の面に保水性シートや防水性シートを貼付して土壌成形物品として提供することも可能である。
【００２８】
保水性シートは、人工土壌成形体に水分を均等に供給するのに役立つ。保水性シートは、不織布や厚地の編織布であってよい。具体例としては、ポリエステルフェルトまたはコットンフェルトが挙げられ、シートの厚さは、０.５〜１０ｍｍ程度、より好ましくは３ｍｍ程度である。
【００２９】
また、防水性シートは、保水性シートや人工土壌成形体の乾燥を防止し、保水性シートにしみ込んだ水分を長時間保持するものである。このような防水性シートとしては、ゴム、プラスチックなどの材質からなるものが適当である。
【００３０】
【実施例】
以下の実施例により、本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。
実施例１
本発明のパネル型人工土壌成形体は、以下の手順の１次粗成形により得た。
先ず、下記の表に示す配合量の熱可塑性樹脂、人工土壌資材および膨積性粒子をリボンブレンダーを用いて十分に混合し、ここへ下記表中の配合量の過酸化物を添加して混合した後、混合物を金型に入れた。金型寸法は、３００ｍｍ×６００ｍｍ×厚み５０ｍｍであった。膨積製粒子と過酸化物との接触により発生する約９０℃以上の反応熱によって、熱可塑性樹脂が溶融して成形が行われた。金型を冷却した後、パネル型に成形された成形体を取り出した。得られたパネル型成形体の寸法は３００ｍｍ×６００ｍｍ×厚み５０ｍｍであった（気層率７８％（潅水直後３７％））。
0004860074.tif 000002
注釈：
（１）：住友精化株式会社製エチレン／酢酸ビニル共重合体、商品名「フローバックＭ１６８５Ｎ」（融点９５℃）
（２）：バーミキュライト原石１．３ｋｇに、バーミキュライト重量の１．５重量％の９８％濃硫酸およびバーミキュライト重量の０．２重量％の硫酸第二鉄とを混合した後、約６０℃で１２時間に加熱し、再度冷却したもの。
【００３１】
比較例１
エチレン／酢酸ビニル共重合体の代わりにポリビニルアルコール３０重量部を用い、成形体の寸法を３００ｍｍ×６００ｍｍ×厚み５０ｍｍとしたこと以外は、実施例１と同様にしてパネル型人工土壌成形体を得た。
【００３２】
評価試験
実施例１および比較例１で得た人工土壌成形体について、以下の試験を行なった。
（ａ）乾燥時と湿潤時の寸法変化
各人工土壌成形体の乾燥時の寸法を先ず計測し、次いで含水率９０％となるまで潅水した後、再度寸法を計測した（湿潤時）。結果を表１に示す。
【表１】
0004860074.tif 000003
表１の結果より、実施例１で得た本発明の人工土壌成形体は、ポリビニルアルコールを用いた比較例１の成形体に比べて、乾燥時と湿潤時の寸法変化が少なく、形状保持性に優れていることが分かる。
【００３３】
（ｂ）土壌硬度
各人工土壌成形体の乾燥時と湿潤時（含水率９０％）の硬度をそれぞれ山中式土壌硬度計（フジワラ製作所製、モデル３５１−Ｂ）により測定した。結果を表２に示す。
【表２】
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表２の結果より、実施例１で得た本発明の成形体の硬度は、乾燥時および湿潤時のいずれにおいても比較例１の成形体よりも高く、更には乾燥時と湿潤時の硬度変化も少ないことが分かる。
【００３４】
（ｃ）湿潤時における圧潰強度耐性
各人工土壌成形体から寸法５ｃｍ×５ｃｍ×厚さ５ｃｍの試験用試料をそれぞれ切り出した（図１（ａ））。この試料について、足の裏の面積２５ｃｍ２（つま先立ち）、体重７５ｋｇの人が踏んだこと（耐荷重４４１ｋＰａ）を想定して以下の試験を行なった。
各試料を、図１（ｂ）に示すように、試験用試料10の対抗する両面に寸法５ｃｍ×５ｃｍ×厚さ２ｃｍの鉄板20を密着させ、さらにこれら２枚の鉄板の両側から加圧板30で挟みこんだ。これをオートグラフ（島津製作所製モデル５０００Ｂ）に設置し、加圧板上方から図１（ｂ）の矢印ｆの方向に１１３ｋｇの荷重を１分間加え、１分後の試料10の厚みの変化量（ｃｍ）を測定した。結果をそれぞれ表３に示す。
【表３】
0004860074.tif 000005
表３の結果より、実施例１で得た本発明の人工土壌成形体が、ポリビニルアルコールを用いた比較例１の成形体に比べて、湿潤時であるにも関わらず優れた圧潰強度耐性を示すことが分かる。
【００３５】
（ｄ）透水性
実施例１で得た人工土壌成形体の透水性は、定水位法により測定した。
実施例からの人工土壌成形体表面に垂直方向に、内壁にグリースを薄く塗布した容積１００ｍＬの採土円筒(図２中、101相当)（内径５．０ｃｍ、高さ５．１ｃｍ）を差込んで試料を採取した。次に、採土円筒と同じ寸法に切断された目の粗い濾紙102を採土円筒下面（すなわち試料の下面）に敷いて、更にその上に金網103のキャップをした。採土円筒上部にはゴムリング105を接続した。これを水を入れた水槽104に入れて、試料下方から一昼夜吸水させて、試料を水で飽和させた後、採土円筒を取り出した。採土円筒上部のゴムリング105の上部に定水位ホルダー106を接続した後、試料を含む採土円筒を再び水槽104に据えた。定水位ホルダー106の排水口からは余剰の水を排水させた。水槽の排水口の下にメスシリンダー110を置いた後、試料上部から給水を開始した。定水位ホルダー106内の水位が一定に保たれるように給水量を調節しながら、一定時間ｔ（秒）の間にメスシリンダー110に流入した水の体積Ｑ（ｃｍ３）を測定した。測定時の水温Ｔ（℃）も合わせて測定した。
以下の式より、測定された時間ｔ、水の体積Ｑ、試料の長さＬ（ｃｍ）および断面積Ａ（ｃｍ２）、および水頭差（図２中の△Ｈ、ｃｍ）を用いて水温Ｔ（℃）における試料の飽和透水係数Ｋ（ｃｍ／秒）が得られる。
【数１】
0004860074.tif 000006
【００３６】
算出された実施例１から得られた本発明の人工土壌成形体の水温２３℃における飽和透水係数Ｋは１．２×１０−１ｃｍ／秒であった。
一般に、土壌の飽和透水係数Ｋは１×１０−３〜１×１０−５ｃｍ／秒の間であれば良好な透水性を有するとされていることから、本発明の人工土壌成形体は、非常に優れた透水性を示すことが分かる。
【００３７】
（ｅ）保水性
一般に、降雨や給水によって土壌に供給された水は、その後、給水が停まると、蒸発などによって減少していき、ついには植栽された植物が萎えるに至る。給水が停止されて土壌から外部への水の移動が停止した状態における土壌表層の水分量は、圃場容水量とよばれ、また、その後、水が不足して植物が萎えるに至った時の水分点は、萎凋点と呼ばれる。ここで、前記圃場容水量から萎凋点までの間における土壌中の水分が土壌粒子に吸着されている強さを水柱の高さの対数で表した値はＰＦ価と呼ばれ、通常１．５〜４．２が採用される。このＰＦ値の範囲に含まれる水分量が、土壌中から植物が利用できる有効水分保持量であり、一般には８０Ｌ／ｍ３以上は必要であるとされている。
これに対し、実施例１で得た人工土壌成形体の前記範囲のＰＦ価における有効水分保持量は４１２Ｌ／ｍ３であったことから、非常に保水性に優れていることが分かる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、人工土壌資材を固めるために従来使用されているポリビニルアルコールに換えて、融点１８０以下の熱可塑性樹脂を使用することにより、優れた機械強度と圧潰強度耐性を有する（すなわち、踏んでも跡が付き難くかつ崩壊しない）、成形保持性の良い緑化用人工土壌成形体を提供することができる。本発明の人工土壌成形体は、特に、湿潤時の成形保持性に優れていることから、潅水しても成形体から土壌が流失しないので、適用された建物を汚損したり、排水パイプなどを詰まらせることがなく、建築物本来の機能も損なわない。
また、本発明の人工土壌成形体は、気層率が高いことから、植物の育成に適した優れた水はけの良さ（優れた透水性）も有する。
【００３９】
本発明によれば、前記人工土壌成形体を含む土壌成形物品も提供できる。これは、前記人工土壌成形体の優れた機械強度と圧潰強度耐性を特徴とすることから、建築物の屋上、屋根、ベランダ、アトリウムなどの構造物の水平な表面に容易に適用でき、かつ取り換えも容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例において人工土壌成形体パネルの湿潤時における圧潰強度耐性を評価するための試験用試料およびそれを用いた試験手順を表す模式的な断面図である。
【図２】  実施例において人工土壌成形体パネルの透水性を測定するための土壌透水性測定装置の模式的な断面図である。
【符号の説明】
１０…人工土壌成形体試料、２０…鉄板、３０…加圧板、１０１…採土円筒およびその内部に保持される透水性試験用試料、１０２…濾紙、１０３…金網、１０４…水槽、１０５…ゴムリング、１０６…定水位ホルダー、１１０…メスシリンダー
【図１】
0004860074.tif 000007
【図２】
0004860074.tif 000008