JP2015019652A - 人工土壌粒子 - Google Patents

Abstract

【課題】アオコ等の藻類の発生を有効に抑制することが可能な人工土壌粒子を提供する。【解決手段】細孔２を有するフィラー１が複数集合してなる人工土壌粒子５１であって、フィラー１の間に連通孔３が形成され、少なくとも連通孔３の開口部３ａから粒子表面５１ａに亘る領域に、防藻防黴剤として機能する酸化チタン６を担持させてある。細孔２はサブｎｍオーダー乃至サブμｍオーダーのサイズを有し、連通孔３はサブμｍオーダー乃至サブｍｍオーダーのサイズを有する。酸化チタン６は、連通孔３のサイズより小さい粒径を有する酸化チタン微粒子６ａである。【選択図】図２

Description

本発明は、天然土壌に代替される人工土壌として利用可能な人工土壌粒子に関する。

近年、生育条件がコントロールされた環境下で、野菜や花卉等の植物を栽培する植物工場が増加している。従来の植物工場は、レタス等の葉物野菜の水耕栽培が中心であったが、最近では人工土壌を使用し、花卉や根菜類等の様々な植物が栽培されるようになってきている。植物工場等で使用される人工土壌は、土壌としての基本性能に優れていることは勿論のこと、清潔感があり、且つ取り扱いが容易であることが求められる。例えば、透明ないし半透明のポットに人工土壌を入れ、室内で観葉植物を栽培する商品が開発されているが、このようなインテリア性の高い商品は、見た目の美しさや清潔感が特に要求される。ところが、人工土壌は湿度の高い環境に長期間曝されるため、植物の栽培中に人工土壌に細菌類や黴類が繁殖し、その結果、栽培植物が根腐れを起こし、観葉植物としての美観や衛生を損ねることがあった。

そこで、植物の根腐れを防止するため、生分解性プラスチックと抗菌剤とを組み合わせた人工土壌が開発されている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照）。特許文献１の人工土壌は、生分解性プラスチック中に抗菌剤を分散させたものである。特許文献２の人工土壌は、生分解性プラスチックの表面に抗菌剤をコーティングしたものである。特許文献１及び特許文献２の人工土壌によれば、人工土壌粒子に含まれる抗菌剤の効果により細菌類や黴類等の微生物が死滅して栽培中に植物が根腐れを起こすことが防止され、抗菌効果が無くなると人工土壌を構成する生分解性プラスチックは、土壌中のバクテリアによって分解されるようになっている。

特開平９−１８３９７０号公報 特開平９−１８３９７１号公報

室内で栽培される植物においては、衛生的であることは勿論のこと、人工土壌の美観についても重要視される傾向にある。本発明者らは、人工土壌による植物栽培商品を開発する段階において、植物を太陽光や照明光に当てると、同時に人工土壌も光に曝されるため、人工土壌の表面に細菌類や黴類に加えてアオコ等の藻類が大量に発生するという新たな問題に遭遇した。藻類は細菌類や黴類と比べてバイオフィルムの発生量が多いため、衛生面において問題となる。また、藻類は濃い緑色を呈しているため、外観上敬遠されるという問題もある。藻類が増殖し易い環境下では、特許文献１や特許文献２の抗菌剤を含む人工土壌によって藻類の発生を完全に防止することは困難と考えられる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、特に、アオコ等の藻類の発生を有効に抑制することが可能な人工土壌粒子を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明にかかる人工土壌粒子の特徴構成は、
細孔を有するフィラーが複数集合してなる人工土壌粒子であって、
前記フィラーの間に連通孔が形成され、少なくとも前記連通孔の開口部から粒子表面に亘る領域に、防藻防黴剤として機能する酸化チタンを担持させてあることにある。

酸化チタンの光触媒機能は、これまで主に抗菌や防汚等を目的として利用されてきたが、本発明者らは、酸化チタンがアオコ等の藻類の発生の抑制にも効果があることに着目し、衛生面や美観が要求される人工土壌に適用することを思い立った。
すなわち、本構成の人工土壌粒子は、細孔を有するフィラーが複数集合したものであり、これに防藻防黴剤として機能する酸化チタンを担持させている。ここで、酸化チタンは、少なくともフィラーの間に形成される連通孔の開口部から粒子表面に亘る領域に担持させてある。このような担持形態であるため、栽培植物に太陽光や照明光を当てた場合、人工土壌粒子にも光が当たり易く、酸化チタンの光触媒機能を効果的に発揮させることができる。
従って、本構成の人工土壌粒子を使用して観葉植物等の栽培を行うと、アオコ等の藻類の発生による人工土壌の汚染や着色が防止され、使用当初の衛生的な状態や美観が長期間維持された商品価値の高い人工土壌として利用することができる。

本発明にかかる人工土壌粒子において、
前記細孔はサブｎｍオーダー乃至サブμｍオーダーのサイズを有し、前記連通孔はサブμｍオーダー乃至サブｍｍオーダーのサイズを有することが好ましい。

本構成の人工土壌粒子によれば、フィラーの細孔の孔径がサブｎｍオーダー乃至サブμｍオーダーであるため、当該細孔に植物の品質を向上させるために必要な養分を効果的に取り込むことができる。また、集合したフィラーの間に形成される連通孔の孔径がサブμｍオーダー乃至サブｍｍオーダーであるため、当該連通孔に植物の生育に不可欠な水分を効果的に吸収することができる。このように、本構成の人工土壌粒子は、土壌としての基本性能をバランスよく発揮し得る（すなわち、保水性と保肥性とのバランスに優れた）、高品質で機能的な人工土壌を実現することができる。また、本構成の人工土壌粒子は、栽培対象の植物に対して水分や養分を適切に供給できるので、メンテナンスに手間が掛からず、取り扱いが容易なものとなる。

本発明にかかる人工土壌粒子において、
前記酸化チタンは、前記連通孔のサイズより小さい粒径を有する酸化チタン微粒子であることが好ましい。

本構成の人工土壌粒子によれば、連通孔のサイズより小さい粒径を有する酸化チタン微粒子を用いることで、連通孔の内部に酸化チタン微粒子を担持させることができる。連通孔は水分が多く存在し、特に藻類や黴類が発生し易い環境にあるが、連通孔の内部に担持させた酸化チタン微粒子の光触媒効果によって藻類や黴類の発生が効果的に抑制され、人工土壌の汚染や着色を防止することができる。

本発明にかかる人工土壌粒子において、
前記酸化チタンを０．１〜７０重量％担持させてあることが好ましい。

本構成の人工土壌粒子によれば、上記の有効量の酸化チタンを担持させてあるため、藻類や黴類による人工土壌の汚染や着色を効果的に防止することができる。

本発明にかかる人工土壌粒子において、
前記酸化チタンとは異なる物質を有効成分とする抗菌剤をさらに含有することが好ましい。

本構成の人工土壌粒子によれば、防藻防黴剤として機能する酸化チタンとは別に、酸化チタンとは異なる物質を有効成分とする抗菌剤を含有するため、酸化チタンによる防藻防黴効果が十分に発揮されない部位（すなわち、光が届かない部位）について、抗菌効果を発揮することができる。また、酸化チタンと抗菌剤との相乗効果も期待できるため、薬剤の使用量を低減することができる。

本発明にかかる人工土壌粒子において、
前記細孔にイオン交換能を付与してあることが好ましい。

本構成の人工土壌粒子によれば、細孔にイオン交換能を付与することで、人工土壌粒子の保肥性が向上し、栽培植物への養分補給の手間を低減することができる。

本発明にかかる人工土壌粒子において、
０．２〜１０ｍｍの粒径を有することが好ましい。

本構成の人工土壌粒子によれば、粒径を０．２〜１０ｍｍとすることで、特に根菜類の栽培に適した取り扱いの容易な人工土壌を実現することができる。

上記課題を解決するための本発明にかかる人工土壌粒子の特徴構成は、
繊維が塊状に集合してなる基部と、
前記基部を被覆する被覆層と、
を備えた人工土壌粒子であって、
少なくとも前記被覆層に、防藻防黴剤として機能する酸化チタンを担持させてあることにある。

本構成の人工土壌粒子は、基部と被覆層とを備えるものであるが、少なくとも被覆層に、防藻防黴剤として機能する酸化チタンを担持させているため、栽培植物に太陽光や照明光を当てた場合、人工土壌粒子にも光が当たり易く、酸化チタンの光触媒機能を効果的に発揮させることができる。
本構成の人工土壌粒子を使用して観葉植物等の栽培を行うと、アオコ等の藻類の発生による人工土壌の汚染や着色が防止され、使用当初の衛生的な状態や美観が長期間維持された商品価値の高い人工土壌として利用することができる。

図１は、人工土壌粒子の概念図である。 図２は、酸化チタンが担持された人工土壌粒子の一部拡大図である。

以下、本発明に係る人工土壌粒子に関する実施形態を図１〜図２に基づいて説明する。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。

図１は、本発明の人工土壌粒子５０の概念図であり、基部１０の構成が異なる２つのタイプの人工土壌粒子５１，５２を例示したものである。

〔フィラーをベースとする人工土壌粒子〕
図１（ａ）の人工土壌粒子５１は、第一のタイプの人工土壌粒子であり、基部１０としての多孔質体１１を備えている。多孔質体１１は、複数のフィラー１が集合して粒状に構成されたものである。多孔質体１１中において、複数のフィラー１は、それらが互いに接触していることは必須ではなく、一粒子内でバインダー等を介して一定範囲内の相対的な位置関係を維持していれば、複数のフィラー１が集合して粒状になったものと考えることができる。

人工土壌粒子５１の粒径は、０．２〜１０ｍｍであり、好ましくは０．５〜５ｍｍであり、より好ましくは１〜５ｍｍである。人工土壌粒子５１の粒径の調整は、例えば、篩による分級で行うことができる。人工土壌粒子５１の粒径が０．２ｍｍ未満の場合、人工土壌粒子５１間の間隙が小さくなって排水性が低下することにより、栽培する植物が根から酸素を吸収し難くなる虞がある。一方、人工土壌粒子５１の粒径が１０ｍｍを超えると、人工土壌粒子５１間の間隙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、人工土壌粒子５１が疎になって植物が横倒れする虞がある。人工土壌粒子５１の粒径は、例えば、光学顕微鏡観察及び画像処理法を用いて測定することができる。

人工土壌粒子５１の多孔質体１１を構成するフィラー１は、表面から内部にかけて多数の細孔２を有する。細孔２は、種々の形態を含む。例えば、フィラー１が図１に示すゼオライトの場合、当該ゼオライトの結晶構造中に存在する空隙が細孔２である。また、フィラー１がハイドロタルサイト（図示せず）の場合、当該ハイドロタルサイトの層構造中に存在する層間が細孔である。つまり、本発明において「細孔」とは、フィラー１の構造中に存在する空隙部、層間部、空間部等を意図し、これらは「孔状」の形態に限定されるものではない。

フィラー１の細孔２のサイズは、サブｎｍオーダー乃至サブμｍオーダーとなる。フィラー１が図１（ａ）に示すゼオライトの場合、ゼオライトの結晶構造中に存在する空隙のサイズ（径）は、０．３〜１．３ｎｍ程度である。フィラー１がハイドロタルサイトの場合、当該ハイドロタルサイトの層構造中に存在する層間のサイズ（距離）は、０．３〜３．０ｎｍ程度である。この他に、フィラー１として有機多孔質材料を使用することもでき、その場合の細孔径は、０．１〜０．８μｍ程度となる。フィラー１の細孔２のサイズは、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される。

複数のフィラー１の間には、水分を保持可能なサブμｍオーダー乃至サブｍｍオーダーの連通孔３が形成されている。連通孔３の周囲には細孔２が分散配置されている。連通孔３には主に水分が保持されるため、人工土壌粒子５１に一定の保水性を持たせることができる。連通孔３のサイズ（フィラー１間の距離の平均値）は、フィラー１やバインダーの種類、組成、造粒条件により変化し得るが、サブμｍオーダー乃至サブｍｍオーダーとなる。フィラー１が図１（ａ）に示すゼオライトである場合、連通孔３のサイズは、０．１〜２０μｍである。連通孔３のサイズは、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。

フィラー１は、人工土壌粒子５１が十分な保肥力を有するように、細孔２にイオン交換能が付与された材料を使用することが好ましい。この場合、イオン交換能が付与された材料として、陽イオン交換能が付与された材料、陰イオン交換能が付与された材料、又は両者の混合物を使用することができる。また、イオン交換能を有さない多孔質材料（例えば、高分子発泡体、ガラス発泡体等）を別に用意し、当該多孔質材料の細孔２に上記のイオン交換能が付与された材料を圧入や含浸等によって導入し、これをフィラー１として使用することも可能である。陽イオン交換能が付与された材料として、陽イオン交換性鉱物、腐植、及び陽イオン交換樹脂が挙げられる。陰イオン交換能が付与された材料として、陰イオン交換性鉱物、及び陰イオン交換樹脂が挙げられる。

陽イオン交換性鉱物は、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、ゼオライトなどが挙げられる。陽イオン交換樹脂は、例えば、弱酸性陽イオン交換樹脂、強酸性陽イオン交換樹脂が挙げられる。これらのうち、ゼオライト、又はベントナイトが好ましい。陽イオン交換性鉱物及び陽イオン交換樹脂は、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。陽イオン交換性鉱物及び陽イオン交換樹脂における陽イオン交換容量は、１０〜７００ｍｅｑ／１００ｇに設定され、好ましくは２０〜７００ｍｅｑ／１００ｇに設定され、より好ましくは３０〜７００ｍｅｑ／１００ｇに設定される。陽イオン交換容量が１０ｍｅｑ／１００ｇ未満の場合、十分に養分を取り込むことができず、取り込まれた養分も灌水等により早期に流失する虞がある。一方、陽イオン交換容量が７００ｍｅｑ／１００ｇを超えるように保肥力を過剰に大きくしても、効果は大きく向上せず、経済的ではない。

陰イオン交換性鉱物は、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が挙げられる。陰イオン交換樹脂は、例えば、弱塩基性陰イオン交換樹脂、強塩基性陰イオン交換樹脂が挙げられる。これらのうち、ハイドロタルサイトが好ましい。陰イオン交換性鉱物及び陰イオン交換樹脂は、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。陰イオン交換性鉱物及び陰イオン交換樹脂における陰イオン交換容量は、５〜５００ｍｅｑ／１００ｇに設定され、好ましくは２０〜５００ｍｅｑ／１００ｇに設定され、より好ましくは３０〜５００ｍｅｑ／１００ｇに設定される。陰イオン交換容量が５ｍｅｑ／１００ｇ未満の場合、十分に養分を取り込むことができず、取り込まれた養分も灌水等により早期に流失する虞がある。一方、陰イオン交換容量が５００ｍｅｑ／１００ｇを超えるように保肥力を過剰に大きくしても、効果は大きく向上せず、経済的ではない。

フィラー１がゼオライトやハイドロタルサイトのような無機鉱物である場合、複数のフィラー１を集合して粒状物（人工土壌粒子５１）を構成するために、高分子ゲル化剤のゲル化反応が好適に利用される。高分子ゲル化剤のゲル化反応として、例えば、アルギン酸塩と多価金属イオンとのゲル化反応、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）のゲル化反応、カラギーナンなどの多糖類の二重らせん構造化反応によるゲル化反応が挙げられる。このうち、アルギン酸塩と多価金属イオンとのゲル化反応について説明する。アルギン酸塩の一つであるアルギン酸ナトリウムは、アルギン酸のカルボキシル基がＮａイオンと結合した形態の中性塩である。アルギン酸は水に不要であるが、アルギン酸ナトリウムは水溶性である。アルギン酸ナトリウム水溶液を多価金属イオン（例えば、Ｃａイオン）の水溶液中に添加すると、アルギン酸ナトリウムの分子間でイオン架橋が起こりゲル化する。本実施形態の場合、ゲル化反応は、以下の工程により行うことができる。初めに、アルギン酸塩を水に溶解させてアルギン酸塩水溶液を調製し、アルギン酸塩水溶液にフィラー１を添加し、これを十分攪拌して、アルギン酸塩水溶液中にフィラー１が分散した混合液を形成する。次に、混合液を多価金属イオン水溶液中に滴下し、混合液に含まれるアルギン酸塩を粒状にゲル化させる。その後、ゲル化した粒子を回収して水洗し、十分に乾燥させる。これにより、アルギン酸塩及び多価金属イオンから形成されるアルギン酸ゲル中にフィラー１が分散した粒状物としての人工土壌粒子５１が得られる。

ゲル化反応に使用可能なアルギン酸塩は、例えば、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸カリウム、アルギン酸アンモニウムが挙げられる。これらのアルギン酸塩は、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。アルギン酸塩水溶液の濃度は、０．１〜５重量％とし、好ましくは０．２〜５重量％とし、より好ましくは０．２〜３重量％とする。アルギン酸塩水溶液の濃度が０．１重量％未満の場合、ゲル化反応が起こり難くなり、５重量％を超えると、アルギン酸塩水溶液の粘度が大きくなり過ぎるため、フィラー１を添加した混合液の攪拌や、混合液を多価金属イオン水溶液中に滴下することが困難になる。

アルギン酸塩水溶液を滴下する多価金属イオン水溶液は、アルギン酸塩と反応してゲル化が起きる２価以上の金属イオン水溶液であればよい。そのような多価金属イオン水溶液の例として、塩化カルシウム、塩化バリウム、塩化ストロンチウム、塩化ニッケル、塩化アルミニウム、塩化鉄、塩化コバルト等の多価金属の塩化物水溶液、硝酸カルシウム、硝酸バリウム、硝酸アルミニウム、硝酸鉄、硝酸銅、硝酸コバルト等の多価金属の硝酸塩水溶液、乳酸カルシウム、乳酸バリウム、乳酸アルミニウム、乳酸亜鉛等の多価金属の乳酸塩水溶液、硫酸アルミニウム、硫酸亜鉛、硫酸コバルト等の多価金属の硫酸塩水溶液が挙げられる。これらの多価金属イオン水溶液は、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。多価金属イオン水溶液の濃度は、１〜２０重量％とし、好ましくは２〜１５重量％とし、より好ましくは３〜１０重量％とする。多価金属イオン水溶液の濃度が１重量％未満の場合、ゲル化反応が起こり難くなり、２０重量％を超えると、金属塩の溶解に時間が掛かるとともに、過剰の材料を使用することになるため、経済的でない。

人工土壌粒子５１を形成するためのフィラー１の粒状化は、上述のゲル化反応の他、バインダーを用いた造粒法によって行うこともできる。これは、例えば、フィラー１にバインダーや溶媒等を加えて混合し、混合物を造粒機に導入し、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。得られた造粒体は、必要に応じて乾燥及び分級が行われ、人工土壌粒子５１が完成する。また、フィラー１にバインダーを加え、さら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。この粒状物は、そのまま人工土壌粒子５１として用いることもできるが、篩にかけて所望の粒径に調整することが好ましい。

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、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。

フィラー１が有機多孔質材料である場合、人工土壌粒子５１の形成は、バインダーを用いた上述のフィラーの粒状化法と同様の方法で行ってもよいが、フィラー１を、当該フィラー１を構成する有機多孔質材料（高分子材料等）の融点以上の温度に加熱し、複数のフィラー１の表面同士を熱融着させて粒状化することにより、人工土壌粒子５１を形成することも可能である。この場合、バインダーを使用しなくても、複数のフィラー１が集合した粒状物を得ることができる。そのような有機多孔質材料として、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリビニルアルコール、セルロール等の有機高分子材料を発泡させた有機高分子発泡体、前記有機高分子材料の粉体を加熱溶融して連続気泡構造を形成した有機高分子多孔質体が挙げられる。

なお、図示しないが、人工土壌粒子５１の基部１０（多孔質体１１）の外表部に、後述する第二のタイプの人工土壌粒子５２と同様の被覆層を設けることも可能である。被覆層により、人工土壌粒子５１の水分吸放出特性をより精密にコントロールすることが可能となる。

〔繊維塊状体をベースとする人工土壌粒子〕
図１（ｂ）の人工土壌粒子５２は、第二のタイプの人工土壌粒子であり、基部１０としての繊維塊状体１２を備えている。繊維塊状体１２は、複数本の繊維４を集合させたものである。繊維塊状体１２を構成する繊維４の間には、空隙５が形成されている。繊維塊状体１２は、空隙５に水分を保持することができる。従って、繊維塊状体１２の空隙５の状態は、繊維塊状体１２の保水性に関係する。空隙５の状態は、基部１０を形成する際の繊維４の使用量（密度）、繊維４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４のサイズは、太さが５〜１００μｍのものが好ましく、長さが０．５〜１０ｍｍのものが好ましい。

繊維塊状体１２は、その内部に水分を保持できるように構成するため、繊維４として親水性の繊維を使用することが好ましい。繊維４の種類は、天然繊維又は合成繊維が適宜選択される。好ましい親水性の繊維として、例えば、天然繊維として綿、羊毛、レーヨンが挙げられ、合成繊維として、例えば、ビニロン、ウレタン、ナイロン、アセテートが挙げられ、これらのうち、綿及びビニロンがより好ましい。天然繊維と合成繊維とを混繊したものでも構わない。

繊維塊状体１２を構成するに際し、繊維４の間に別の保水性材料（保水性材料である繊維４と区別するため、以後、第二保水性材料とする）を導入することも可能である。この場合、繊維塊状体１２は、本来有する繊維４間の空隙５による保水性に加え、第二保水性材料による保水力を備えることができる。第二保水性材料を繊維塊状体１２に導入する方法として、例えば、繊維４を造粒によって基部１０となる繊維塊状体１２を形成し、造粒中に第二保水性材料を添加する。また、繊維４の表面を第二保水性材料でコーティングしても構わない。これらの方法により繊維塊状体１２に導入された第二保水性材料は、繊維４間の空隙５において露出していることが好ましい。この場合、繊維塊状体１２は空隙５の保水力が大きく向上する。

第二保水性材料は、吸水性を有する高分子保水材を使用することができる。例えば、ポリアクリル酸塩系ポリマー、ポリスルホン酸塩系ポリマー、ポリアクリルアミド系ポリマー、ポリビニルアルコール系ポリマー、ポリアルキレンオキサイド系ポリマー等の合成高分子系保水性材料、ポリアスパラギン酸塩系ポリマー、ポリグルタミン酸塩系ポリマー、ポリアルギン酸塩系ポリマー、セルロース系ポリマー、デンプン等の天然高分子系保水性材料が挙げられる。これらの第二保水性材料は、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。また、第二保水性材料として、セラミックス等の多孔質材を使用することも可能である。

繊維塊状体１２は、公知の造粒法により形成される。例えば、長繊維をカーディング装置等で引揃え、３〜１０ｍｍ程度の長さに切断し、生成した繊維を転動造粒、流動層造粒、攪拌造粒、圧縮造粒、押出造粒等の方法で造粒することにより形成する。造粒の際、繊維４に樹脂や糊等のバインダーを混合して造粒を行ってもよいが、繊維４は互いに絡まり合って固着化し易いため、バインダーを使用しない場合でも、繊維４を塊状に加工することが可能である。

基部１０として構成される繊維塊状体１２の外表部には、図１（ｂ）に示すように、被覆層２０が形成される。被覆層２０を設けることで、繊維塊状体１２の急激な乾燥を防止し、水分吸放出特性をコントロールすることができる。被覆層２０は、水分子が通過可能な超微細孔を有する膜である。あるいは、水分が一方側から浸透して他方側に移動可能な浸透性膜とすることもできる。被覆層２０は、例えば、以下の方法により繊維塊状体１２の外表部に形成される。先ず、造粒した繊維塊状体１２を容器に移し、繊維塊状体１２の体積（占有容積）の半分程度の水を加え、繊維塊状体１２の空隙５に水を浸み込ませる。次に、水を浸み込ませた繊維塊状体１２に、繊維塊状体１２の体積の１／３〜１／２の樹脂エマルジョンを添加する。樹脂エマルジョンには、顔料、香料、殺菌剤、抗菌剤、消臭剤、殺虫剤等の添加物を混合しておくことも可能である。次に、繊維塊状体１２の外表部に樹脂エマルジョンが均一に付着するように転動させながら、繊維塊状体１２の外表部から樹脂エマルジョンを含浸させる。このとき、繊維塊状体１２の中心部には水が浸み込んでいるため、樹脂エマルジョンは繊維塊状体１２の外表部付近で留まる。その後、樹脂エマルジョンが付着した繊維塊状体１２をオーブンで乾燥させ、次いで、樹脂を溶融させ、繊維塊状体１２の外表部付近の繊維４に樹脂を融着させて被覆層２０としての樹脂被膜を形成する。これにより、繊維塊状体１２は外表部が被覆層２０で被覆され、人工土壌粒子５２が完成する。被覆層２０は、樹脂が溶融する際に樹脂エマルジョンに含まれていた溶媒が蒸発し、多孔質構造が形成される。得られた人工土壌粒子５２は、必要に応じて、乾燥及び分級が行われ、粒径が調整される。被覆層２０は、繊維塊状体１２を構成する繊維４の絡み合い部分（繊維４同士が接触する部分）を補強するように、繊維塊状体１２の外表部から若干内側に浸透した状態にまで厚みを形成してもよい。これにより、人工土壌粒子５２の強度及び耐久性を向上させることができる。被覆層２０の膜厚は、１〜２００μｍに設定され、好ましくは１０〜１００μｍに設定され、より好ましくは２０〜６０μｍに設定される。なお、被覆層２０は必要に応じて設ければよく、被覆層２０が存在しない繊維塊状体１２をそのまま人工土壌粒子５２とすることも可能である。

繊維塊状体１２を造粒するにあたり、繊維４として短繊維を使用することも可能である。この場合、短繊維を撹拌混合造粒装置で撹拌しながら樹脂エマルジョンを少量ずつ投入して造粒する。これにより、繊維塊状体１２を形成する短繊維同士が一部で固定化され、強固な基部１０を形成することができる。なお、短繊維に先に水を加えて造粒し、その後、被覆層２０にエマルジョンを添加して繊維塊状体１２を仕上げることも可能である。

被覆層２０の材質は、水に不溶性で酸化され難いものが好ましく、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、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、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、ポリエチレングリコール等の合成高分子系のゲル化剤、又はアルギン酸ナトリウム等の天然ゲル化剤を使用することも可能である。

繊維塊状体１２及び被覆層２０には、イオン交換能を付与することもできる。繊維塊状体１２及び被覆層２０の少なくとも何れか一方にイオン交換能を付与することで、人工土壌粒子５２に植物の育成に必要な肥料成分を担持させることができるので、天然土壌と同等の植物育成力を備えた人工土壌を実現することが可能となる。

〔人工土壌粒子への酸化チタンの担持〕
光触媒として知られている酸化チタンは、これまで主に抗菌や防汚等を目的として利用されてきたが、酸化チタンの光触媒機能は、黴類の発生の防止や、アオコ等の藻類の発生の抑制にも非常に有効である。そこで、本発明者らは、酸化チタンの新たな用途として、衛生面や美観が要求される人工土壌への適用を検討した。図２は、酸化チタン６を担持した本発明の人工土壌粒子５０の一部拡大図である。人工土壌粒子５０に担持された酸化チタン６は、防藻防黴剤として機能する。

図２（ａ）は、人工土壌粒子５０に酸化チタン６を担持したものであり、図１（ａ）の人工土壌粒子５１に相当する。図２（ａ）の点線円中に、人工土壌粒子５１の表面近傍を拡大した状態で示してある。酸化チタン６は、光触媒用として市販されているアナターゼ型の結晶構造を有する酸化チタン微粒子６ａを使用することができる。

上述のように、人工土壌粒子５１は、細孔２を有するフィラー１が複数集合してなる基部１０としての多孔質体１１を備えており、当該多孔質体１１において、各フィラー１の間に連通孔３が形成されている。ここで、酸化チタン微粒子６ａは、人工土壌粒子５１の全体に担持されていてもよいが、図２（ａ）に示すように、少なくとも連通孔３の開口部３ａから粒子表面５１ａに亘る領域に担持されていることが必要となる。このような担持形態とすれば、人工土壌で栽培する植物に太陽光や照明光に当てると、人工土壌を構成する人工土壌粒子５１に担持された酸化チタン微粒子６ａにも光が当たり易くなる。そうすると、酸化チタン微粒子６ａの光触媒機能が効果的に発揮され、黴類やアオコ等の藻類の発生が防止される。その結果、人工土壌の汚染や着色が防止され、使用当初の衛生的な状態や美観を長期間維持することができる。

酸化チタン微粒子６ａのサイズ（粒径）は、連通孔３のサイズ（孔径）より小さいものが好ましい。例えば、フィラー１がゼオライトの場合、連通孔３のサイズは０．１〜２０μｍ程度となるため、この場合、０．００５〜１０μｍの粒径を有する酸化チタン微粒子を使用することができる。このようなサイズ関係とすれば、連通孔３の内部に酸化チタン微粒子６ａを担持することができるので、多量の水分の存在により藻類や黴類が発生し易い環境にある連通孔３付近において、酸化チタン微粒子６ａによる光触媒効果（防藻防黴効果）が直接作用し、藻類や黴類による人工土壌の汚染や着色を効果的に防止することができる。

人工土壌粒子５１における酸化チタン微粒子６ａの担持量（含有量）は、０．１〜７０重量％、好ましくは０．１〜３０重量％、より好ましくは０．５〜２０重量％とする。この範囲であれば、藻類による人工土壌の汚染や着色を効果的に防止することができる。酸化チタン微粒子６ａの担持量が０．１重量％より少ないと、酸化チタン微粒子６ａの光触媒機能が十分に発揮できない虞がある。一方、酸化チタン微粒子６ａの担持量を７０重量％より多くすると、人工土壌の機能に影響することは無いが、光が当たり難い人工土壌粒子５１の内部に酸化チタン微粒子６ａが大量に含まれることになるため、防藻防黴剤として非効率的であり、コスト面でも不利となる。

人工土壌粒子５１への酸化チタン微粒子６ａの担持方法としては、フィラー１を粒状化する工程において、フィラー１に酸化チタン微粒子６ａを混合しておく。例えば、上述したアルギン酸塩と多価金属イオンとのゲル化反応を利用してフィラー１を粒状化する場合では、アルギン酸塩水溶液にフィラー１及び酸化チタン微粒子６ａを分散させ、その分散液を多価金属イオン水溶液中に滴下する。そうすると、フィラー１と酸化チタン微粒子６ａとが混合した状態でアルギン酸塩が粒状にゲル化し、酸化チタン微粒子６ａが担持された人工土壌粒子５１が生成する。また、バインダーを用いたフィラー１の造粒法では、フィラー１又はバインダーに酸化チタン微粒子６ａを混合しておけばよい。この場合、フィラー１と酸化チタン微粒子６ａとがバインダーを介して粒状化し、酸化チタン微粒子６ａが担持された人工土壌粒子が生成する。

図２（ｂ）は、人工土壌粒子５０に酸化チタン６を担持したものであり、図１（ｂ）の人工土壌粒子５２に相当する。図２（ｂ）の点線円中に、人工土壌粒子５２の表面近傍を拡大した状態で示してある。酸化チタン６は、光触媒用として市販されているアナターゼ型の結晶構造を有する酸化チタン微粒子６ａを使用することができ、図２（ａ）で説明したものと同様のものが使用される。

上述のように、人工土壌粒子５２は、繊維４が塊状に集合してなる基部１０と、基部１０を被覆する被覆層２０とを備えている。ここで、酸化チタン微粒子６ａは、基部１０及び被覆層２０の全体に亘って担持されていてもよいが、図２（ｂ）に示すように、少なくとも被覆層２０に担持されている必要がある。このとき、酸化チタン微粒子６ａの担持形態は、被覆層２０の表面に付着した状態でもよいし、被覆層２０が透光性を有するものである場合は、被覆層２０の内部に酸化チタン微粒子６ａが練り込まれた状態でも構わない。このような担持形態とすれば、人工土壌で栽培する植物に太陽光や照明光に当てると、人工土壌を構成する人工土壌粒子５２に担持された酸化チタン微粒子６ａにも光が当たり易くなる。そうすると、酸化チタン微粒子６ａの光触媒機能が効果的に発揮され、黴類やアオコ等の藻類の発生が防止される。その結果、人工土壌の汚染や着色が防止され、使用当初の衛生的な状態や美観を長期間維持することができる。

上記の人工土壌粒子５１及び５２は、防藻防黴剤として機能する酸化チタン微粒子６ａを担持させたものであるが、酸化チタンに加えて、酸化チタンとは異なる物質を有効成分とする他の抗菌剤を担持させることも可能である。例えば、人工土壌粒子５１においては、基部１０を構成する多孔質体１１の全体に抗菌剤を担持させることができる。人工土壌粒子５２においては、基部１０を構成する繊維４どうしの空隙５に抗菌剤を担持させることができる。酸化チタンと他の抗菌剤とを組み合わせると、光が当たり難い人工土壌粒子５１及び５２の内部においても黴の発生等を防止することができる。さらに、酸化チタンと抗菌剤との相乗効果も期待できるため、薬剤の使用量を低減することができる。酸化チタンと組み合わせ可能な抗菌剤としては、土壌中での安定性や栽培植物への安全性の点から、例えば、銀、銅、亜鉛、ニッケル等の金属イオンを含有する無機物、抗菌性を有するゼオライト、パラベン、ブタンジオール等の合成系抗菌剤、カテキン、キチン、キトサン等の天然系抗菌剤等を使用することができる。

防藻防黴剤として機能する酸化チタンを担持させた本発明の人工土壌粒子について、藻類及び黴類の抑制効果を検証した。人工土壌粒子として、図１（ａ）及び図２（ａ）に示した人工土壌粒子５１に相当する〔１〕基部に酸化チタンを担持させた混合系微粒子（実施例１〜２１、比較例１〜４）、並びに図１（ｂ）及び図２（ｂ）に示した人工土壌粒子５２に相当する〔２〕基部を被覆する被覆層に酸化チタンを担持させた被覆系微粒子（実施例２２〜４８、比較例５及び６）を調製した。

混合系微粒子（実施例１〜２１、比較例１〜４）について、夫々の人工土壌粒子を構成するにあたって使用した材料、及び調製した人工土壌粒子の特性を表１及び表２に示す。表１及び表２に示す配合に従って、フィラー及び防藻防黴剤をバインダーに混合して混合液を調製し、次いで混合液を５％塩化カルシウム水溶液中に滴下して粒状にゲル化させ、ゲル化物を回収し、乾燥して人工土壌粒子を得た。この人工土壌粒子において、連通孔のサイズは０．３μｍ、担持した酸化チタン微粒子のサイズは７０ｎｍであった。人工土壌粒子の形状については、顕微鏡観察と画像処理法とを組み合わせて測定した。人工土壌粒子の外観については、人工土壌粒子を透明なポットに充填し、植物としてラディッシュを植栽し、太陽光が差し込む屋内にて灌水を行いながら２４日間栽培し、目視にてアオコ及び黴の発生を確認した。保水性については、クロマト管に測定用の人工土壌を１４０ｃｃ入れ、管の上部から散水（１０ｍｌ×５回＋２０ｍｌ×３回）を行い、人工土壌が吸収できなかった水を管の下部から排水し、所定時間経過後の人工土壌の重量を測定することにより、保水量とした。

表１及び表２中の「材料」として使用した製品を以下に示す。
ゼオライト：株式会社エコウエル製の人工ゼオライト「琉球ライトＣＥＣ６００」
ハイドロタルサイト：和光純薬工業株式会社製の試薬ハイドロタルサイト
アルギン酸ナトリウム：和光純薬工業株式会社製の試薬アルギン酸ナトリウム
塩化カルシウム：和光純薬工業株式会社製の試薬塩化カルシウム
酸化チタン微粒子：和光純薬工業株式会社製の酸化チタン（アナターゼ型）
銀イオン含有無機物：東亜合成化学株式会社製の銀系無機抗菌剤「ノバロン（登録商標）ＡＧＺ」
抗菌ゼオライト：株式会社エコウエル製の抗菌ゼオライト「琉球ライト」
エチルパラベン：和光純薬工業株式会社製の試薬エチルパラベン
カテキン：和光純薬工業株式会社製の試薬カテキン

表１及び表２より、酸化チタン微粒子を担持した実施例１〜２１の本発明の人工土壌粒子は、いずれもアオコの発生が少なく、さらに黴の発生は全く確認されなかった。一方、酸化チタン微粒子を担持していない比較例１〜４の人工土壌粒子は、人工土壌全体に亘ってアオコが発生し、さらに黴の発生も確認された。なお、酸化チタン微粒子を担持した本発明の人工土壌粒子は、陽イオン交換容量（ＣＥＣ）及び保水性において、酸化チタン微粒子を担持していない人工土壌粒子と略同等のレベルを維持しており、酸化チタン微粒子の担持による人工土壌としての性能低下は見られなかった。従って、本発明の人工土壌粒子は、通常どおりに取り扱うことが可能であることが確認された。

被覆系微粒子（実施例２２〜４８、比較例５及び６）について、夫々の人工土壌粒子を構成するにあたって使用した材料、及び調製した人工土壌粒子の特性を表３〜表５に示す。表３〜表５に示す配合に従って、初めに上述の混合系微粒子と同様の方法で微粒子を調製し、次いで、表３〜表５に示す酸化チタンを含有する被覆用の液剤を微粒子の表面にコーティングした。コーティングした被覆用の液剤を夫々所定の方法で乾燥又は硬化させ、基部の表面に被覆層が形成された人工土壌粒子を得た。この人工土壌粒子において、連通孔のサイズは０．３μｍ、担持した酸化チタン微粒子のサイズは７０ｎｍであった。人工土壌粒子の形状、人工土壌粒子の外観、及び保水性の測定は、上記の混合系微粒子（実施例１〜２１、比較例１〜４）の場合と同様とした。

表３〜表５中の「材料」として使用した製品を以下に示す。
タルク：日本タルク株式会社製の汎用タルク「ＳＷ」
珪藻土：昭和化学工業株式会社製の珪藻土「ラジオライト（登録商標）＃３００」
セルロースファイバー：昭和化学工業株式会社製のセルロースファイバー「アボセルＢ８００」
ゼオライト：株式会社エコウエル製の人工ゼオライト「琉球ライトＣＥＣ６００」
ハイドロタルサイト：和光純薬工業株式会社製の試薬ハイドロタルサイト
アルギン酸ナトリウム：和光純薬工業株式会社製の試薬アルギン酸ナトリウム
塩化カルシウム：和光純薬工業株式会社製の試薬塩化カルシウム
酢酸ビニル：和光純薬工業株式会社製の酢酸ビニル
ポリエチレンエマルジョン：住友精化株式会社製のポリオレフィン系エマルジョン「セポルジョン（登録商標）Ｇ３１５」
寒天：和光純薬工業株式会社製の寒天
酸化チタン微粒子：和光純薬工業株式会社製の試薬酸化チタン（アナターゼ型）
銀イオン含有無機物：東亜合成化学株式会社製の銀系無機抗菌剤「ノバロン（登録商標）ＡＧＺ」
抗菌ゼオライト：株式会社エコウエル製の抗菌ゼオライト「琉球ライト」
エチルパラベン：和光純薬工業株式会社製の試薬エチルパラベン
カテキン：和光純薬工業株式会社製の試薬カテキン

表３〜表５より、被覆層に酸化チタン微粒子を担持した実施例２２〜４８の本発明の人工土壌粒子は、いずれもアオコの発生が少なく、さらに黴の発生は全く確認されなかった。一方、被覆層に酸化チタン微粒子を担持していない比較例５及び６の人工土壌粒子は、人工土壌全体に亘ってアオコが発生し、さらに黴の発生も確認された。なお、被覆層に酸化チタン微粒子を担持させた本発明の人工土壌粒子は、陽イオン交換容量（ＣＥＣ）及び保水性において、酸化チタンを担持していない人工土壌粒子と略同等のレベルを維持しており、酸化チタン微粒子の担持による人工土壌としての性能低下は見られなかった。従って、本発明の人工土壌粒子は、通常どおりに取り扱うことが可能であることが確認された。

本発明の人工土壌粒子は、植物工場等で使用される人工土壌やインテリア用土壌として好適に利用されるが、その他の用途として、施設園芸用土壌、緑化用土壌、成型土壌、土壌改良剤にも利用可能である。

１ フィラー
２ 細孔
３ 連通孔
３ａ 連通孔の開口部
４ 繊維
５ 空隙
６ 酸化チタン
６ａ 酸化チタン微粒子
１０ 基部
１１ 多孔質体
１２ 繊維塊状体
５０ 人工土壌粒子
５１ 人工土壌粒子
５１ａ 粒子表面
５２ 人工土壌粒子

Claims (8)

1. 細孔を有するフィラーが複数集合してなる人工土壌粒子であって、
   前記フィラーの間に連通孔が形成され、少なくとも前記連通孔の開口部から粒子表面に亘る領域に、防藻防黴剤として機能する酸化チタンを担持させてある人工土壌粒子。
2. 前記細孔はサブｎｍオーダー乃至サブμｍオーダーのサイズを有し、前記連通孔はサブμｍオーダー乃至サブｍｍオーダーのサイズを有する請求項１に記載の人工土壌粒子。
3. 前記酸化チタンは、前記連通孔のサイズより小さい粒径を有する酸化チタン微粒子である請求項２に記載の人工土壌粒子。
4. 前記酸化チタンを０．１〜７０重量％担持させてある請求項１〜３の何れか一項に記載の人工土壌粒子。
5. 前記酸化チタンとは異なる物質を有効成分とする抗菌剤をさらに含有する請求項１〜４の何れか一項に記載の人工土壌粒子。
6. 前記細孔にイオン交換能を付与してある請求項１〜５の何れか一項に記載の人工土壌粒子。
7. ０．２〜１０ｍｍの粒径を有する請求項１〜６の何れか一項に記載の人工土壌粒子。
8. 繊維が塊状に集合してなる基部と、
   前記基部を被覆する被覆層と、
   を備えた人工土壌粒子であって、
   少なくとも前記被覆層に、防藻防黴剤として機能する酸化チタンを担持させてある人工土壌粒子。

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