人工土壤粒子、及人工土壤粒子的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及由具有細(xì)孔的多個(gè)填料通過結(jié)合材料結(jié)合而成的人工土壤粒子、及人工土壤粒子的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，在控制生長(zhǎng)條件的環(huán)境下栽培蔬菜等植物的植物工廠不斷增加。以前的植物工廠以萵苣等葉菜類蔬菜的水耕栽培為中心，但最近，對(duì)于不適于水耕栽培的根菜類，也有嘗試在植物工廠栽培的動(dòng)向。為了在植物工廠栽培根菜類，需要開發(fā)作為土壤的基本性能優(yōu)異、品質(zhì)高、并且容易處理的人工土壤。
[0003]此處，土壤的基本性能或品質(zhì)會(huì)受到構(gòu)成該土壤的土壤粒子的結(jié)構(gòu)的很大影響。這對(duì)于人工土壤也同樣，例如，保水性或保肥性等特性根據(jù)構(gòu)成人工土壤的人工土壤粒子的多孔質(zhì)結(jié)構(gòu)的形態(tài)而變化。即，在人工土壤粒子的結(jié)構(gòu)與其特性之間存在密切的關(guān)系。因此，如果可以自由地控制人工土壤粒子的結(jié)構(gòu)，則可以開發(fā)出具有各種特性的人工土壤。
[0004]然而，在至今為止所開發(fā)出來的人工土壤中，幾乎未對(duì)人工土壤粒子的結(jié)構(gòu)控制進(jìn)行研究，對(duì)于人工土壤粒子的結(jié)構(gòu)與特性的關(guān)系，也未充分明確。至今為止所開發(fā)的以前的人工土壤例如有:如專利文獻(xiàn)I所示的用包含水溶性高分子的結(jié)合材料將粉狀沸石結(jié)合從而將其團(tuán)?；膱F(tuán)粒結(jié)構(gòu)沸石，該團(tuán)粒結(jié)構(gòu)沸石是通過利用干燥時(shí)的熱使附著在沸石表面的水分氣化而使粒子多孔質(zhì)化而成。專利文獻(xiàn)I的人工土壤由于粒子結(jié)構(gòu)依賴水分的氣化速度而確定，因此不容易精密地控制人工土壤粒子的結(jié)構(gòu)。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn):
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:日本國(guó)特開2000-336356號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明要解決的課題
[0009]在開發(fā)人工土壤時(shí)，在達(dá)成與天然土壤相同的植物培養(yǎng)能力的同時(shí)，例如，需要可以對(duì)栽培對(duì)象植物恰當(dāng)?shù)毓┙o水分和養(yǎng)分的控制功能。即，對(duì)于人工土壤需要平衡良好地發(fā)揮出作為土壤的基本性能。因此，在今后開發(fā)人工土壤時(shí)，期待弄清人工土壤粒子的結(jié)構(gòu)與特性的關(guān)系，接著根據(jù)此種見解，進(jìn)行人工土壤粒子的結(jié)構(gòu)控制。
[0010]本發(fā)明鑒于所述問題點(diǎn)而作成，目的是著眼于至今為止不太研究的人工土壤粒子的結(jié)構(gòu)與特性的關(guān)系，確定具有各種可能性的新型的人工土壤粒子、及其制造技術(shù)。
[0011]解決課題的方法
[0012]用以解決上述課題的本發(fā)明的人工土壤粒子的特征結(jié)構(gòu)在于:
[0013]人工土壤粒子，其由具有細(xì)孔的多個(gè)填料通過結(jié)合材料結(jié)合而成，并且
[0014]具有通過所述填料與所述結(jié)合材料的競(jìng)爭(zhēng)而形成的自組織化結(jié)構(gòu)。
[0015]在人工土壤粒子的形成過程中，作為人工土壤粒子的主要原料的填料，根據(jù)熵增大的定律，通常隨著時(shí)間的經(jīng)過而向無秩序的狀態(tài)變化，結(jié)果，就本結(jié)構(gòu)的人工土壤粒子而言，在使用結(jié)合材料將填料粒子化的過程中，由于填料與結(jié)合材料競(jìng)爭(zhēng)，因此形成具有一定秩序的自組織化結(jié)構(gòu)。該自組織化結(jié)構(gòu)是某種特異性結(jié)構(gòu)，并會(huì)對(duì)人工土壤粒子的特性造成影響。并且，人工土壤粒子的自組織化結(jié)構(gòu)可以通過將填料粒子化時(shí)的條件進(jìn)行控制。
[0016]因此，本結(jié)構(gòu)的人工土壤粒子可以用作與以前的人工土壤的概念不同的新型的人工土壤，并期待作為具有各種可能性的附加值高的人工土壤。
[0017]在本發(fā)明的人工土壤粒子中，
[0018]優(yōu)選所述自組織化結(jié)構(gòu)為多個(gè)填料進(jìn)行三維結(jié)合而成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
[0019]根據(jù)本結(jié)構(gòu)的人工土壤粒子，作為自組織化結(jié)構(gòu)形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，由于其三維骨架具有高的強(qiáng)度，因此可以有助于使人工土壤粒子的結(jié)構(gòu)變得穩(wěn)定。另外，由于在三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的三維骨架之間形成的間隙可以負(fù)載各種物質(zhì)，因此可以實(shí)現(xiàn)最大限度地發(fā)揮出負(fù)載物質(zhì)的特性的人工土壤。
[0020]在本發(fā)明的人工土壤粒子中，
[0021 ] 優(yōu)選所述自組織化結(jié)構(gòu)為多個(gè)填料在特定方向排列而成的層狀結(jié)構(gòu)。
[0022]根據(jù)本結(jié)構(gòu)的人工土壤粒子，作為自組織化結(jié)構(gòu)形成的層狀結(jié)構(gòu)，由于在特定方向具有各向異性，因此可以實(shí)現(xiàn)能夠?qū)μ囟l件發(fā)揮出顯著的特性的人工土壤。
[0023]在本發(fā)明的人工土壤粒子中，
[0024]優(yōu)選在所述填料之間形成連通孔。
[0025]根據(jù)本結(jié)構(gòu)的人工土壤粒子，由于可以使在填料之間形成的連通孔具有與填料的細(xì)孔不同的功能，因此可以實(shí)現(xiàn)多功能的人工土壤。
[0026]在本發(fā)明的人工土壤粒子中，
[0027]優(yōu)選所述細(xì)孔具有亞納米級(jí)至亞微米級(jí)的尺寸，所述連通孔具有亞微米級(jí)至亞毫米級(jí)的尺寸。
[0028]根據(jù)本結(jié)構(gòu)的人工土壤粒子，由于填料的細(xì)孔的尺寸為亞納米級(jí)至亞微米級(jí)，因此在該細(xì)孔中可以有效地吸收用以提高植物的品質(zhì)所必需的養(yǎng)分。另外，由于連通孔的尺寸為亞微米級(jí)至亞毫米級(jí)，因此在該連通孔中可以有效地吸收植物的生長(zhǎng)中所不可缺少的水分。如此，由于細(xì)孔與連通孔以不同的尺寸構(gòu)成，因此可以實(shí)現(xiàn)作為土壤的基本性能的平衡優(yōu)異的多功能的人工土壤。
[0029]在本發(fā)明的人工土壤粒子中，
[0030]優(yōu)選所述細(xì)孔具有離子交換能力。
[0031]根據(jù)本結(jié)構(gòu)的人工土壤粒子，可以利用離子交換能力在細(xì)孔中負(fù)載肥料成分，并且可以實(shí)現(xiàn)能夠長(zhǎng)期發(fā)揮出保肥力的人工土壤。
[0032]在本發(fā)明的人工土壤粒子中，
[0033]優(yōu)選具有0.2mm-1Omm的平均粒徑。
[0034]根據(jù)本結(jié)構(gòu)的人工土壤粒子，通過將平均粒徑設(shè)為0.2mm-10mm，可以實(shí)現(xiàn)特別適合于根菜類的栽培且容易處理的人工土壤。
[0035]用以解決上述課題的本發(fā)明的人工土壤粒子的制造方法的特征構(gòu)成在于:
[0036]—種人工土壤粒子的制造方法，其是由具有細(xì)孔的多個(gè)填料通過結(jié)合材料結(jié)合而成的人工土壤粒子的制造方法，并且
[0037]其包括通過所述填料與所述結(jié)合材料的競(jìng)爭(zhēng)而使所述填料自組織化的形成步驟。
[0038]根據(jù)本構(gòu)成的人工土壤粒子的制造方法，產(chǎn)生與上述人工土壤粒子同樣優(yōu)異的作用效果。即，在本構(gòu)成的人工土壤粒子的制造方法中，在使用結(jié)合材料將填料粒子化的過程中，由于填料與結(jié)合材料競(jìng)爭(zhēng)，因此形成具有一定秩序的自組織化結(jié)構(gòu)。該自組織化結(jié)構(gòu)為某種特異性結(jié)構(gòu)，并會(huì)對(duì)人工土壤粒子的特性造成影響。并且，人工土壤粒子的自組織化結(jié)構(gòu)可以通過將填料粒子化時(shí)的條件進(jìn)行控制。
[0039]因此，通過本構(gòu)成的人工土壤粒子的制造方法而制造的人工土壤粒子，可以用作與以前的人工土壤的概念不同的新型的人工土壤，并期待作為具有各種可能性的附加值高的人工土壤。
【附圖說明】
[0040]圖1是概念性地表示本發(fā)明的人工土壤粒子的說明圖。
[0041]圖2是例示通過填料與作為粘合劑的海藻酸鹽的競(jìng)爭(zhēng)而形成人工土壤粒子的自組織化結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0042]圖3是概念性表示人工土壤粒子的細(xì)孔與連通孔的位置關(guān)系的模型圖。
[0043]圖4是人工土壤團(tuán)粒體的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044]以下，根據(jù)圖1-圖4對(duì)本發(fā)明的人工土壤粒子、及人工土壤粒子的制造方法相關(guān)的實(shí)施方案進(jìn)行說明。另外，關(guān)于人工土壤粒子的制造方法，在人工土壤粒子的說明中提及。但本發(fā)明并非旨在限定于以下所說明的實(shí)施方案或附圖所記載的結(jié)構(gòu)。
[0045]<人工土壤粒子的構(gòu)成>
[0046]圖1是概念性地表示本發(fā)明的人工土壤粒子10的說明圖。圖1 (a)是例示使用作為多孔質(zhì)天然礦物沸石Ia的人工土壤粒子10作為填料I的圖。圖1 (b)是例示使用作為層狀天然礦物水滑石Ib的人工土壤粒子10作為填料I的圖。另外，圖1中所示的符號(hào)X、Y及z分別表示后述的細(xì)孔2、連通孔3及人工土壤粒子10的尺寸，附圖上的x、y及z的大小并不反映實(shí)際的尺寸關(guān)系。
[0047]人工土壤粒子10由多個(gè)填料I通過粘合劑(結(jié)合材料)結(jié)合而成。圖1中，為了容易理解填料I的結(jié)構(gòu)而省略粘合劑的圖示。人工土壤粒子10中的多個(gè)填料I并非必須彼此接觸，只要在一個(gè)粒子內(nèi)藉由粘合劑維持一定范圍內(nèi)的相對(duì)位置關(guān)系即可。構(gòu)成人工土壤粒子10的填料I從表面至內(nèi)部具有多個(gè)細(xì)孔2。細(xì)孔2包括各種形態(tài)。例如，在填料I為圖1 (a)所示的沸石Ia時(shí)，該沸石Ia的結(jié)晶結(jié)構(gòu)中所存在的空隙2a為細(xì)孔2，在填料I為圖1(b)所示的水滑石Ib時(shí)，該水滑石Ib的層結(jié)構(gòu)中所存在的層間隔2b為細(xì)孔2。即，本發(fā)明中的“細(xì)孔”意指在填料I的結(jié)構(gòu)中存在的空隙部、層間隔部、空間部等，其不限定于“孔狀”形態(tài)。
[0048]填料I的細(xì)孔2的尺寸(圖1所示的空隙2a或?qū)娱g隔2b的尺寸x的平均值)為亞納米級(jí)至亞微米級(jí)。例如，在填料I為圖1 (a)所示的沸石Ia時(shí)，該沸石Ia的結(jié)晶結(jié)構(gòu)中所存在的空隙2a的尺寸(直徑)為0.3nm-l.3nm左右。在填料I為圖1 (b)所示的水滑石Ib時(shí)，該水滑石Ib的層結(jié)構(gòu)中所存在的層間隔2b的尺寸(距離)為0.3n