人工土壤粒子、及人工土壤粒子的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及由具有细孔的多个填料通过结合材料结合而成的人工土壤粒子、及人工土壤粒子的制造方法。
【背景技术】
[0002]近年来，在控制生长条件的环境下栽培蔬菜等植物的植物工厂不断增加。以前的植物工厂以莴苣等叶菜类蔬菜的水耕栽培为中心，但最近，对于不适于水耕栽培的根菜类，也有尝试在植物工厂栽培的动向。为了在植物工厂栽培根菜类，需要开发作为土壤的基本性能优异、品质高、并且容易处理的人工土壤。
[0003]此处，土壤的基本性能或品质会受到构成该土壤的土壤粒子的结构的很大影响。这对于人工土壤也同样，例如，保水性或保肥性等特性根据构成人工土壤的人工土壤粒子的多孔质结构的形态而变化。即，在人工土壤粒子的结构与其特性之间存在密切的关系。因此，如果可以自由地控制人工土壤粒子的结构，则可以开发出具有各种特性的人工土壤。
[0004]然而，在至今为止所开发出来的人工土壤中，几乎未对人工土壤粒子的结构控制进行研究，对于人工土壤粒子的结构与特性的关系，也未充分明确。至今为止所开发的以前的人工土壤例如有:如专利文献I所示的用包含水溶性高分子的结合材料将粉状沸石结合从而将其团粒化的团粒结构沸石，该团粒结构沸石是通过利用干燥时的热使附着在沸石表面的水分气化而使粒子多孔质化而成。专利文献I的人工土壤由于粒子结构依赖水分的气化速度而确定，因此不容易精密地控制人工土壤粒子的结构。
[0005]现有技术文献:
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本国特开2000-336356号公报
【发明内容】
[0008]发明要解决的课题
[0009]在开发人工土壤时，在达成与天然土壤相同的植物培养能力的同时，例如，需要可以对栽培对象植物恰当地供给水分和养分的控制功能。即，对于人工土壤需要平衡良好地发挥出作为土壤的基本性能。因此，在今后开发人工土壤时，期待弄清人工土壤粒子的结构与特性的关系，接着根据此种见解，进行人工土壤粒子的结构控制。
[0010]本发明鉴于所述问题点而作成，目的是着眼于至今为止不太研究的人工土壤粒子的结构与特性的关系，确定具有各种可能性的新型的人工土壤粒子、及其制造技术。
[0011]解决课题的方法
[0012]用以解决上述课题的本发明的人工土壤粒子的特征结构在于:
[0013]人工土壤粒子，其由具有细孔的多个填料通过结合材料结合而成，并且
[0014]具有通过所述填料与所述结合材料的竞争而形成的自组织化结构。
[0015]在人工土壤粒子的形成过程中，作为人工土壤粒子的主要原料的填料，根据熵增大的定律，通常随着时间的经过而向无秩序的状态变化，结果，就本结构的人工土壤粒子而言，在使用结合材料将填料粒子化的过程中，由于填料与结合材料竞争，因此形成具有一定秩序的自组织化结构。该自组织化结构是某种特异性结构，并会对人工土壤粒子的特性造成影响。并且，人工土壤粒子的自组织化结构可以通过将填料粒子化时的条件进行控制。
[0016]因此，本结构的人工土壤粒子可以用作与以前的人工土壤的概念不同的新型的人工土壤，并期待作为具有各种可能性的附加值高的人工土壤。
[0017]在本发明的人工土壤粒子中，
[0018]优选所述自组织化结构为多个填料进行三维结合而成的三维网状结构。
[0019]根据本结构的人工土壤粒子，作为自组织化结构形成的三维网状结构，由于其三维骨架具有高的强度，因此可以有助于使人工土壤粒子的结构变得稳定。另外，由于在三维网状结构的三维骨架之间形成的间隙可以负载各种物质，因此可以实现最大限度地发挥出负载物质的特性的人工土壤。
[0020]在本发明的人工土壤粒子中，
[0021 ] 优选所述自组织化结构为多个填料在特定方向排列而成的层状结构。
[0022]根据本结构的人工土壤粒子，作为自组织化结构形成的层状结构，由于在特定方向具有各向异性，因此可以实现能够对特定条件发挥出显著的特性的人工土壤。
[0023]在本发明的人工土壤粒子中，
[0024]优选在所述填料之间形成连通孔。
[0025]根据本结构的人工土壤粒子，由于可以使在填料之间形成的连通孔具有与填料的细孔不同的功能，因此可以实现多功能的人工土壤。
[0026]在本发明的人工土壤粒子中，
[0027]优选所述细孔具有亚纳米级至亚微米级的尺寸，所述连通孔具有亚微米级至亚毫米级的尺寸。
[0028]根据本结构的人工土壤粒子，由于填料的细孔的尺寸为亚纳米级至亚微米级，因此在该细孔中可以有效地吸收用以提高植物的品质所必需的养分。另外，由于连通孔的尺寸为亚微米级至亚毫米级，因此在该连通孔中可以有效地吸收植物的生长中所不可缺少的水分。如此，由于细孔与连通孔以不同的尺寸构成，因此可以实现作为土壤的基本性能的平衡优异的多功能的人工土壤。
[0029]在本发明的人工土壤粒子中，
[0030]优选所述细孔具有离子交换能力。
[0031]根据本结构的人工土壤粒子，可以利用离子交换能力在细孔中负载肥料成分，并且可以实现能够长期发挥出保肥力的人工土壤。
[0032]在本发明的人工土壤粒子中，
[0033]优选具有0.2mm-1Omm的平均粒径。
[0034]根据本结构的人工土壤粒子，通过将平均粒径设为0.2mm-10mm，可以实现特别适合于根菜类的栽培且容易处理的人工土壤。
[0035]用以解决上述课题的本发明的人工土壤粒子的制造方法的特征构成在于:
[0036]—种人工土壤粒子的制造方法，其是由具有细孔的多个填料通过结合材料结合而成的人工土壤粒子的制造方法，并且
[0037]其包括通过所述填料与所述结合材料的竞争而使所述填料自组织化的形成步骤。
[0038]根据本构成的人工土壤粒子的制造方法，产生与上述人工土壤粒子同样优异的作用效果。即，在本构成的人工土壤粒子的制造方法中，在使用结合材料将填料粒子化的过程中，由于填料与结合材料竞争，因此形成具有一定秩序的自组织化结构。该自组织化结构为某种特异性结构，并会对人工土壤粒子的特性造成影响。并且，人工土壤粒子的自组织化结构可以通过将填料粒子化时的条件进行控制。
[0039]因此，通过本构成的人工土壤粒子的制造方法而制造的人工土壤粒子，可以用作与以前的人工土壤的概念不同的新型的人工土壤，并期待作为具有各种可能性的附加值高的人工土壤。
【附图说明】
[0040]图1是概念性地表示本发明的人工土壤粒子的说明图。
[0041]图2是例示通过填料与作为粘合剂的海藻酸盐的竞争而形成人工土壤粒子的自组织化结构的示意图。
[0042]图3是概念性表示人工土壤粒子的细孔与连通孔的位置关系的模型图。
[0043]图4是人工土壤团粒体的示意图。
【具体实施方式】
[0044]以下，根据图1-图4对本发明的人工土壤粒子、及人工土壤粒子的制造方法相关的实施方案进行说明。另外，关于人工土壤粒子的制造方法，在人工土壤粒子的说明中提及。但本发明并非旨在限定于以下所说明的实施方案或附图所记载的结构。
[0045]<人工土壤粒子的构成>
[0046]图1是概念性地表示本发明的人工土壤粒子10的说明图。图1 (a)是例示使用作为多孔质天然矿物沸石Ia的人工土壤粒子10作为填料I的图。图1 (b)是例示使用作为层状天然矿物水滑石Ib的人工土壤粒子10作为填料I的图。另外，图1中所示的符号X、Y及z分别表示后述的细孔2、连通孔3及人工土壤粒子10的尺寸，附图上的x、y及z的大小并不反映实际的尺寸关系。
[0047]人工土壤粒子10由多个填料I通过粘合剂(结合材料)结合而成。图1中，为了容易理解填料I的结构而省略粘合剂的图示。人工土壤粒子10中的多个填料I并非必须彼此接触，只要在一个粒子内藉由粘合剂维持一定范围内的相对位置关系即可。构成人工土壤粒子10的填料I从表面至内部具有多个细孔2。细孔2包括各种形态。例如，在填料I为图1 (a)所示的沸石Ia时，该沸石Ia的结晶结构中所存在的空隙2a为细孔2，在填料I为图1(b)所示的水滑石Ib时，该水滑石Ib的层结构中所存在的层间隔2b为细孔2。即，本发明中的“细孔”意指在填料I的结构中存在的空隙部、层间隔部、空间部等，其不限定于“孔状”形态。
[0048]填料I的细孔2的尺寸(图1所示的空隙2a或层间隔2b的尺寸x的平均值)为亚纳米级至亚微米级。例如，在填料I为图1 (a)所示的沸石Ia时，该沸石Ia的结晶结构中所存在的空隙2a的尺寸(直径)为0.3nm-l.3nm左右。在填料I为图1 (b)所示的水滑石Ib时，该水滑石Ib的层结构中所存在的层间隔2b的尺寸(距离)为0.3n