JP3754755B2 - 土壌保水剤 - Google Patents
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- Soil Conditioners And Soil-Stabilizing Materials (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、植生土壌の改質に用いられる土壌保水剤に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
法面緑化用土壌、都市空間緑化用土壌、プランタ、鉢もの等、水の不足しがちな土壌で植物を育成する場合、土壌に保水剤を添加することは有効である。保水剤の一つに感温吸水性ポリマーがある。感温吸水性ポリマーは特定の設定温度（以下、感温点と称する）以下の温度では水を吸収膨潤し、感温点以上の温度になると収縮、排水する為、地温の変化によって水を給排水する土壌保水剤となり植生土壌用の保水剤として優れた機能を有する。
【０００３】
しかしながら感温吸水成ポリマーの原粉末で土壌に混合すると膨潤時にゲルが土壌空間を閉塞したり、膨潤にともない土面が盛り上がる等の問題がある。又、粉末での土壌への混合は作業性にも難がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記課題を解決しようとするものであり、作業性に優れかつ土壌に混合吸水した場合、土壌空間を閉塞することがなく、土壌の容積変化をきたすことの少ない、温度の変化によって水を給排水する土壌保水剤を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、かかる課題を解決すべく鋭意検討の結果、感温吸水性ポリマーを多孔材と複合化することによって課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、収縮時の粒径が多孔材の空孔の径より小さい感温吸水性ポリマー粉末を、感温吸水性ポリマーの感温点以上の温度で多孔材と水に混合し、次いで温度を感温点以下に下げて感温吸水性ポリマーを膨潤させた後、余剰水を除去することにより得られる感温性吸水性ポリマーと多孔材の複合材料からなる土壌保水剤である。
【０００６】
本発明に用いられる感温吸水性ポリマーは水中で下限臨界共溶温度を有するポリマーを架橋することによって得られる。具体的にはＮ−イソプロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−ｎ−プロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ、Ｎージエチルアクリルアミド、アクリロイルピペリジン、アクリロイルピロリジン等のＮーアルキル置換アクリルアミドモノマーを主成分としこれに架橋性の多官能モノマーを加えて重合することによって得られる。感温点のコントロール、吸水倍率の向上率等必要に応じて他のビニルモノマーを共重合することもできる。共重合するビニルモノマーとしては、（メタ）アクリル酸及びその塩、（メタ）アクリルアミド、オーブチルアクリルアミド、ダイアセトンアクリルアミド等があげられる。
【０００７】
本発明に利用される多孔材は、耐圧強度を有する硬質材料であること、孔が連続孔であることが必要であり、具体的にはパーライト、軽石、バーミキュライト等の無機多孔体、ソバガラ、モニガラ等の植物由来の天然有機物多孔体、連続気泡型発泡スチール等の合成樹脂多孔体が利用できる。
【０００８】
感温吸水性ポリマーの粒径は非膨潤状態で多孔材の孔径より小さいことが必要である。感温吸水性ポリマーの非膨潤状態での粒径が多孔材の孔径より大きいと多孔材の孔の中に入らず複合化の意味をなさないのみならず、多孔材の孔を塞いで土壌にとって無意味な空間を生ずることになる。実際には多孔材、感温吸水性ポリマーとも孔径分布、粒径分布を有するため厳密な定量的定義は難しいがおおむね感温吸水性ポリマー非膨潤時の平均粒径が多孔材の平均孔径の１／３以下が適当である。例えば、多孔体として平均孔径１００μｍの真珠岩パーライトを用いる場合は３３μｍ以下の粒径の感温吸水性ポリマーを用いる。
【０００９】
この様な粒径の感温吸水性ポリマーを感温点以上の温度（非膨潤状態）で水の存在下、多孔材と混合すると感温吸水性ポリマーは水と共に多孔材の孔中に侵入する。この際に使用する水の量は特に限定しないが感温吸水性ポリマーの５０〜５００倍で多孔材の全孔容積の１〜２倍が好ましい。混合後、温度を感温吸水性ポリマーの感温点以下に下げることにより感温吸水性ポリマーは膨潤し、粒径が４〜６倍となると同時に接粘着性を生じ多孔材からの脱着しにくくなる。この様にして得られた複合体から濾過等により物理的に余剰水を除去することで目的とする土壌保水剤が得られる。
【００１０】
本発明の土壌保水剤は低温度時に高い保水量を示し、感温点以上ではその大半を植物の利用可能な水として排出する。別の表現をすると土中に混合した場合、ほぼ感温吸水性ポリマーの理論吸水量の保水量増加を示す。又、土壌の空間部を閉塞したり土壌の容積変化を起こすこともない。さらにこの土壌保水剤は水に溶けた肥料成分も保持排水する為、肥料の有効利用率も向上する。以下実施例をもって本発明を具体的に説明する。
【００１１】
【実施例】
実施例１ 土壌保水剤（感温吸水性ポリマー／パーライト複合材料）の製法
粒径２０μｍ以下の感温吸水性ポリマー（Ｎ−イソプロピルアクリルアミドを主成分とする重合架橋体；感温点３０℃）１０ｇを４０℃の温水２ιに分散させた。これを真珠岩パーライト（平均孔径１００μｍ）を１ι入れた容器中に攪拌しながら注ぎ込み、その後系の温度を２０℃まで冷却し２時間放置した。固形分を濾過分取乾燥し、感温吸水性ポリマー／パーライト複合材料を１ι得た。
【００１２】
実施例２ 保水量の測定
底抜きコックのついた円筒容器に実施例１で製造した感温吸水性ポリマー／パーライト複合材料を３００ｃｃ（６５ｇ）まで満たし、これに２０℃の水５００ｃｃを加え１時間放置した。この間、複合材料の表面の上昇はなく容積の増加はほとんど認められなかった。次いで底抜きコックを開け水を排水し一夜放置した後重量を測定したところ２４０ｇであった。保水量は１７５ｇ／３００ｃｃ（５８０ｇ／ι）であった。
【００１３】
比較例１
感温吸水性ポリマー／パーライト複合材料に代え、パーライト単体を用いた以外は実施例２と同様なテストを行った。その結果、保水量は１８０ｇ／３００ｃｃ（３８３ｇ／ι）であった。
【００１４】
比較例２
感温吸水性ポリマーとして粒径１００〜５００μｍのＮ−イソプロピルアクリルアミドを主成分とする重合架橋体（感温点３０℃）３ｇ、多孔材として真珠岩パーライト（平均孔径１００μｍ）３００ｃｃとした以外は、実施例１と同様の方法で感温吸水性ポリマー／パーライト複合材料を得た。得られた複合材料を用い実施例２と同様のテストを行ったところ、２０℃の水５００ｃｃ中で吸水させたところで複合材料の表面が上昇し容積が８０ｃｃ増加したことが確認された。また排水後一夜放置した後の重量増加は２２０ｇであった（保水量５１７ｇ／ι）。
【００１５】
実施例３ 土壌への混合試験
乾燥した黒土５００ｃｃ（３５０ｇ）に実施例１で得られた感温吸水性ポリマー／パーライト複合材料５００ｃｃ（１０５ｇ）を混合した。これを底抜きコックのついた容器に入れ、水１ιを加え２時間放置した後、底抜きコックを開け余剰水を排水した。この段階での土壌全重量は８８０ｇで含水量は４２５ｇ／ιであった。この時容器は１０００ｃｃで変化しなかった。次に環境温度を３５℃に上げ５時間底抜きより排出される水を補足し、その重量を求めた。排出された水の重量は１６５ｇであった。
【００１６】
比較例３
実施例３の黒土と感温吸水性ポリマー／パーライト複合材料を混合したものの代わりに、黒土１ι（７００ｇ）に実施例１で用いた感温吸水性ポリマー５ｇを入れ混合したものを用いる以外は、実施例３と同様の試験を行った。全土壌重量は１０５０ｇで保水量は３５０ｇ／ιであった。この時点で土壌の容積は１１２０ｃｃに増加した。昇温度の排水量は９０ｇであった。
【００１７】
比較例４
実施例３の黒土と感温吸水性ポリマー／パーライト複合材料を混合したものの代わりに、黒土１ι（７００ｇ）を単独で用いた以外は、実施例３と同様の試験を行った。保水量は２６０ｇ／ιで昇温度の排水は認められなかった。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の土壌保水剤は、大きな保水力を有し、かつ、温度変化に対応して水を給排水するすぐれた特性を持ちながら、給排水時の容積変化がほとんどなく、湿潤時土壌を閉塞したり、乾燥時ひび割れを生じたりする欠点のない優れた土壌保水剤であり、植生分野の土壌の水管理を大幅に省力できる。
【産業上の利用分野】
本発明は、植生土壌の改質に用いられる土壌保水剤に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
法面緑化用土壌、都市空間緑化用土壌、プランタ、鉢もの等、水の不足しがちな土壌で植物を育成する場合、土壌に保水剤を添加することは有効である。保水剤の一つに感温吸水性ポリマーがある。感温吸水性ポリマーは特定の設定温度（以下、感温点と称する）以下の温度では水を吸収膨潤し、感温点以上の温度になると収縮、排水する為、地温の変化によって水を給排水する土壌保水剤となり植生土壌用の保水剤として優れた機能を有する。
【０００３】
しかしながら感温吸水成ポリマーの原粉末で土壌に混合すると膨潤時にゲルが土壌空間を閉塞したり、膨潤にともない土面が盛り上がる等の問題がある。又、粉末での土壌への混合は作業性にも難がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記課題を解決しようとするものであり、作業性に優れかつ土壌に混合吸水した場合、土壌空間を閉塞することがなく、土壌の容積変化をきたすことの少ない、温度の変化によって水を給排水する土壌保水剤を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、かかる課題を解決すべく鋭意検討の結果、感温吸水性ポリマーを多孔材と複合化することによって課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、収縮時の粒径が多孔材の空孔の径より小さい感温吸水性ポリマー粉末を、感温吸水性ポリマーの感温点以上の温度で多孔材と水に混合し、次いで温度を感温点以下に下げて感温吸水性ポリマーを膨潤させた後、余剰水を除去することにより得られる感温性吸水性ポリマーと多孔材の複合材料からなる土壌保水剤である。
【０００６】
本発明に用いられる感温吸水性ポリマーは水中で下限臨界共溶温度を有するポリマーを架橋することによって得られる。具体的にはＮ−イソプロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−ｎ−プロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ、Ｎージエチルアクリルアミド、アクリロイルピペリジン、アクリロイルピロリジン等のＮーアルキル置換アクリルアミドモノマーを主成分としこれに架橋性の多官能モノマーを加えて重合することによって得られる。感温点のコントロール、吸水倍率の向上率等必要に応じて他のビニルモノマーを共重合することもできる。共重合するビニルモノマーとしては、（メタ）アクリル酸及びその塩、（メタ）アクリルアミド、オーブチルアクリルアミド、ダイアセトンアクリルアミド等があげられる。
【０００７】
本発明に利用される多孔材は、耐圧強度を有する硬質材料であること、孔が連続孔であることが必要であり、具体的にはパーライト、軽石、バーミキュライト等の無機多孔体、ソバガラ、モニガラ等の植物由来の天然有機物多孔体、連続気泡型発泡スチール等の合成樹脂多孔体が利用できる。
【０００８】
感温吸水性ポリマーの粒径は非膨潤状態で多孔材の孔径より小さいことが必要である。感温吸水性ポリマーの非膨潤状態での粒径が多孔材の孔径より大きいと多孔材の孔の中に入らず複合化の意味をなさないのみならず、多孔材の孔を塞いで土壌にとって無意味な空間を生ずることになる。実際には多孔材、感温吸水性ポリマーとも孔径分布、粒径分布を有するため厳密な定量的定義は難しいがおおむね感温吸水性ポリマー非膨潤時の平均粒径が多孔材の平均孔径の１／３以下が適当である。例えば、多孔体として平均孔径１００μｍの真珠岩パーライトを用いる場合は３３μｍ以下の粒径の感温吸水性ポリマーを用いる。
【０００９】
この様な粒径の感温吸水性ポリマーを感温点以上の温度（非膨潤状態）で水の存在下、多孔材と混合すると感温吸水性ポリマーは水と共に多孔材の孔中に侵入する。この際に使用する水の量は特に限定しないが感温吸水性ポリマーの５０〜５００倍で多孔材の全孔容積の１〜２倍が好ましい。混合後、温度を感温吸水性ポリマーの感温点以下に下げることにより感温吸水性ポリマーは膨潤し、粒径が４〜６倍となると同時に接粘着性を生じ多孔材からの脱着しにくくなる。この様にして得られた複合体から濾過等により物理的に余剰水を除去することで目的とする土壌保水剤が得られる。
【００１０】
本発明の土壌保水剤は低温度時に高い保水量を示し、感温点以上ではその大半を植物の利用可能な水として排出する。別の表現をすると土中に混合した場合、ほぼ感温吸水性ポリマーの理論吸水量の保水量増加を示す。又、土壌の空間部を閉塞したり土壌の容積変化を起こすこともない。さらにこの土壌保水剤は水に溶けた肥料成分も保持排水する為、肥料の有効利用率も向上する。以下実施例をもって本発明を具体的に説明する。
【００１１】
【実施例】
実施例１ 土壌保水剤（感温吸水性ポリマー／パーライト複合材料）の製法
粒径２０μｍ以下の感温吸水性ポリマー（Ｎ−イソプロピルアクリルアミドを主成分とする重合架橋体；感温点３０℃）１０ｇを４０℃の温水２ιに分散させた。これを真珠岩パーライト（平均孔径１００μｍ）を１ι入れた容器中に攪拌しながら注ぎ込み、その後系の温度を２０℃まで冷却し２時間放置した。固形分を濾過分取乾燥し、感温吸水性ポリマー／パーライト複合材料を１ι得た。
【００１２】
実施例２ 保水量の測定
底抜きコックのついた円筒容器に実施例１で製造した感温吸水性ポリマー／パーライト複合材料を３００ｃｃ（６５ｇ）まで満たし、これに２０℃の水５００ｃｃを加え１時間放置した。この間、複合材料の表面の上昇はなく容積の増加はほとんど認められなかった。次いで底抜きコックを開け水を排水し一夜放置した後重量を測定したところ２４０ｇであった。保水量は１７５ｇ／３００ｃｃ（５８０ｇ／ι）であった。
【００１３】
比較例１
感温吸水性ポリマー／パーライト複合材料に代え、パーライト単体を用いた以外は実施例２と同様なテストを行った。その結果、保水量は１８０ｇ／３００ｃｃ（３８３ｇ／ι）であった。
【００１４】
比較例２
感温吸水性ポリマーとして粒径１００〜５００μｍのＮ−イソプロピルアクリルアミドを主成分とする重合架橋体（感温点３０℃）３ｇ、多孔材として真珠岩パーライト（平均孔径１００μｍ）３００ｃｃとした以外は、実施例１と同様の方法で感温吸水性ポリマー／パーライト複合材料を得た。得られた複合材料を用い実施例２と同様のテストを行ったところ、２０℃の水５００ｃｃ中で吸水させたところで複合材料の表面が上昇し容積が８０ｃｃ増加したことが確認された。また排水後一夜放置した後の重量増加は２２０ｇであった（保水量５１７ｇ／ι）。
【００１５】
実施例３ 土壌への混合試験
乾燥した黒土５００ｃｃ（３５０ｇ）に実施例１で得られた感温吸水性ポリマー／パーライト複合材料５００ｃｃ（１０５ｇ）を混合した。これを底抜きコックのついた容器に入れ、水１ιを加え２時間放置した後、底抜きコックを開け余剰水を排水した。この段階での土壌全重量は８８０ｇで含水量は４２５ｇ／ιであった。この時容器は１０００ｃｃで変化しなかった。次に環境温度を３５℃に上げ５時間底抜きより排出される水を補足し、その重量を求めた。排出された水の重量は１６５ｇであった。
【００１６】
比較例３
実施例３の黒土と感温吸水性ポリマー／パーライト複合材料を混合したものの代わりに、黒土１ι（７００ｇ）に実施例１で用いた感温吸水性ポリマー５ｇを入れ混合したものを用いる以外は、実施例３と同様の試験を行った。全土壌重量は１０５０ｇで保水量は３５０ｇ／ιであった。この時点で土壌の容積は１１２０ｃｃに増加した。昇温度の排水量は９０ｇであった。
【００１７】
比較例４
実施例３の黒土と感温吸水性ポリマー／パーライト複合材料を混合したものの代わりに、黒土１ι（７００ｇ）を単独で用いた以外は、実施例３と同様の試験を行った。保水量は２６０ｇ／ιで昇温度の排水は認められなかった。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の土壌保水剤は、大きな保水力を有し、かつ、温度変化に対応して水を給排水するすぐれた特性を持ちながら、給排水時の容積変化がほとんどなく、湿潤時土壌を閉塞したり、乾燥時ひび割れを生じたりする欠点のない優れた土壌保水剤であり、植生分野の土壌の水管理を大幅に省力できる。
Claims (3)
- 収縮時の粒径が多孔材の空孔の径より小さい感温吸水性ポリマー粉末を、感温吸水性ポリマーの感温点以上の温度で多孔材と水に混合し、次いで温度を感温点以下に下げて感温吸水性ポリマーを膨潤させた後、余剰水を除去することにより得られる感温性吸水性ポリマーと多孔材の複合材料からなる土壌保水剤。
- 感温吸水性ポリマーがＮ−イソプロピルアクリルアミドを主成分とする重合架橋体である請求項１記載の土壌保水剤。
- 多孔材が真珠岩パーライトである請求項１記載の土壌保水剤。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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