JPH0249517A - 人工水苔 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は人工水苔に関し、その目的とする所は優れた吸
水性、保水性、外観および手触りを有する人工水苔を提
供することである。

〔従来の技術〕

従来、一般家庭および産業上の利用分野、および農業分
野において使用される天然水苔は、最近その需要が大き
くなり国内生産だけでは、需要に追い付かず、価格の高
騰に伴い、供給量の増大を各方面から強く要望されてい
る。

しかし、天然に産するものであり、その供給に制限があ
る。

このような状況から、最近各種の人工水苔が開発され、
市販されているが、水苔としては、優れた嵩高性、吸水
性、保水性、通気性などをバランスよく具備したものが
要求される。更に望ましくは、吸水速度が大きく、触感
に優れることも要求される。

この水苔の特性について、鉢植用水苔を例にとって更に
若干説明すると以下の通りである。

鉢植用植込材料として要求される基本的性能は、優れた
吸水性、保水性はもとより、特に鉢植用としては、鉢内
の上・下層間における保有水分量の均一性と通気性、特
に鉢の下層部における通気性が極めて重要である。

鉢の上部から潅水した場合、水は上層から下層へ順次流
下するため、通常、鉢上層部の保有水は少なく、下層部
が多くなる。従って、保水比の大きい材料が望ましい。

さらに下層部での通気性が必要であり、上・下層間の保
水差が少なくても通気性が不十分であれば根への酸素供
給が阻害され、植物に悪影響を及ぼす。

この際、通気性が少ない場合は、酸素量の不足が発生す
る。

而して、従来の人工水苔は、主として親水性且つ水不溶
性のポリマー、例えばポリエチレンオキサイド、ポリア
クリル酸ソーダ、ポリビニルアルコール等の架橋物から
調製されている。

このような従来の人工水苔は、吸水性および保水性が不
十分であり、またその外観および手触も満足出来るもの
ではない。加えてその吸水速度も特に大きいとは言い難
い。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明が解決しようとする課題は上記従来の人工水苔の
有する各難点を解決することであり、更に詳しくは吸水
性、保水性、通気性、外観、吸水速度いずれに於いても
優れた特性を有する水苔を開発することである。

〔課題を解決するための手段〕

この課題はポリスチレン発泡体を発煙硫酸、クロロまた
はフルオロスルホン酸及び三酸化硫黄（ＳＯ８）の少な
くとも１種によりスルホン化し、更に必要に応じ塩とな
したものを水苔として使用することにより解決される。

即ち本発明はポリスチレン発泡体を積極的に内部までス
ルホン化剤でスルホン化し、必要に応じ更に塩となした
スルホン化ポリスチレン発泡体を主成分として成る人工
水苔に係るものである。

〔発明の構成並びに作用〕

本発明の人工水苔は次の２つの点で特徴ずけられる。即
ち （１）ポリスチレン発泡体を上記スルホン化剤の少なく
とも１種で、発泡体内部まで積極的にスルホン化するこ
と （２）更に必要に応じて有機塩または無機塩とすること である。

ポリスチレン発泡体に、上記の如く発煙硫酸、クロロま
たはフルオロスルホン酸、及び二酸化硫黄の少なくとも
１種で処理してスルホン化を行うことは従来殆ど知られ
ておらず、わずかに三酸化硫黄を用いてポリスチレン発
泡体の表面だけをスルホン化したものが、土壌改良剤と
して使用出来ることが知られているにすぎない。元来ポ
リスチレン発泡体は殆ど独立気孔から成る発泡体であり
、この発泡体をスルホン化してもその表面だけしかスル
ホン化出来ないであろうというのがこの種業界での通説
となっている。

しかるに本発明者の研究に依れば、スルホン化剤でポリ
スチレン発泡体を積極的に内部までスルホン化してみる
と、実に驚くべきことにポリスチレン発泡体の個々のセ
ル構造を何等損傷することなく殆ど内部までスルホン化
出来ることが見出され、しかも内部までスルホン化され
たポリスチレン発泡体は、表面だけスルホン化されたも
のに比し、水苔として著しく優れた特性を有することが
見出された。

またスルホン化ポリスチレン発泡体を塩となしてもスル
ホン化ポリスチレン発泡体とほぼ同等の特性を発揮する
ことも併せ見出され、これ等の新しい事実に基づいて本
発明が完成されたものである。

本発明に用いられるポリスチレンは単独重合体をはじめ
、ブタジェン、アクリロニトリルなどとの共重合体も用
いることもできるが、スチレン含量の多いもの程本発明
の効果が発揮されやすい。

向上記共重合体に於けるスチレンと他のモノマーとの割
合は通常他のモノマーが４０モル％以下好ましくは１０
〜２０モル％程度である。共重合体の形態としてもブロ
ック共重合、グラフト共重合をはじめその他ランダム共
重合等特に制限はない。

本発明に於いてはこれ等ポリスチレンを発泡せしめたも
のを使用することを必須とする。発泡しているかぎり各
種のポリスチレン発泡体が使用出来、特にポリスチレン
発泡体そのものを使用することが好ましく、ポリスチレ
ン発泡体を粉砕したものは避けることが好ましい。ポリ
スチレン発泡体としては安価で容易に入手できる梱包用
材料のシート状、リボン状、塊状などのいわゆる緩衝材
をはじめ、断熱材用の板状やケース、画体、容器などの
成形体やあるいは使用済みのポリスチレン発泡体を利用
することも可能である。

本発明に於いてはスルホン化処理を施すものはポリスチ
レン発泡体であり、スチレンモノマーに該処理を施して
から重合（共重合も含む）せしめても、所期の目的は達
成されない。またポリスチレンをスルホン化してから発
泡せしめても充分なる発泡体とすることは出来ない。た
とえばスチレンスルホン酸ソーダーを重合したものは水
溶性である。

特に本発明に於いてはポリスチレン発泡体を使用するた
め、断熱材や緩衝材として使用されて来た従来の廃物を
も使用出来、廃物利用の新しい用途を開発した点でも大
きな意味がある。

本発明に用いられる発煙硫酸は２０〜３０％発煙硫酸で
市販品をそのまま使用することが出来る。

またクロロスルホン酸が一般的であるが、フルオロスル
ホン酸を使用することもできる。三酸化硫黄としては液
体二酸化硫黄を用いるが、気体状態で反応させることも
可能である。ポリスチレン発泡体とこれらの酸との反応
条件は該発泡体の内部まで積極的にスルホン化出来る条
件が採用される。

内部までスルホン化出来るかぎり特に限定されないが、
たとえば、通常ば９０〜１００°Ｃ好ましくは９５〜１
００°Ｃでは３〜８時間程度、常温では７２時間以上好
ましくは７２〜２４０時間程度反応させると、生成物の
硫黄含量はいずれのスルホン化剤の場合でも１６〜２１
％とほぼ内部までスルホン化された範囲に到達する。

スルホン化剤で処理したポリスチレン発泡体は硫酸イオ
ンが検出されなくなるまで水洗し必要に応じ中和して塩
として、常法に従って乾燥し、更に必要に応じ適宜な大
きさ並びに形状に調整して本発明の水苔となすものであ
る。

中和して塩となす方法自体は何等限定されず、常法に従
って行えば良い。この際の中和剤は通常アルカリが使用
され、中和に使用されるアルカリとしては、一般のアル
カリおよびアルカリ土類金属の水酸化物あるいはアンモ
ニアやアルキルアミンたとえばエタノールアミンの如き
有機アミン類が好ましく使用される。

本発明によるスルホン化ポリスチレン発泡体、またはそ
の塩は原料のポリスチレン発泡体と同じくセル構造を有
する固体である。例えば参考図１に原料ポリスチレン発
泡体と、これを内部までスルホン化した本発明のスルホ
ン化ポリスチレン発泡体の夫々の顕微鏡写真（倍率１０
０倍）を示す。

但し参考図１（Ａ）は原料を同図（Ｂ）は本発明の発泡
体を示し、参考図１　（Ａ）のポリスチレン発泡体は旭
化成■製「アスバック」である。また参考図２も同じこ
とを意味し、同図（Ａ）は市販ビーズ状ポリスチレン発
泡体であり、同図（Ｂ）はこれの内部までのスルホン化
物である。

この参考図１〜２から明らかな通り、セル構造はいずれ
も殆ど変化がなく、もとのセル構造を有したままで内部
までスルホン化されていることが明らかに判明する。

また本発明のスルホン化ポリスチレン発泡体及びその塩
は親水性ではあるが水不溶性である。

また原料のポリスチレン発泡体が疏水性であるのに対し
て、スルホン化ポリスチレン発泡体、またはその塩（以
下単にスルホン化ポリスチレン発泡体という）は親水性
であり、しかもこれを構成するセル構造のセル自体が親
水性となるために速やかに水を吸水保持でき、その吸水
量は自重の２０〜８０倍程度にも達する。このように吸
水量が大きく、セル構造を有し、吸収した水が放出され
やすいために、本発明によるスルホン化ポリスチレン発
泡体は保水性に優れ、吸収保持された水は植物により容
易に利用されるに至るのである。

−船釣に、水苔としては植物の養分である窒素（アンモ
ニア）、カリウム、マグネシウム、カルシウム、マンガ
ン、鉄、銅、亜鉛等の吸着保持が良好であることが好ま
しいとされている。一方、本発明によるスルホン化ポリ
スチレン発泡体は４．５〜６ミリグラム当量／ｇの大き
なカチオン交換容量を持ち、容易にかつ速やかに吸水で
きるセル構造を有する故に、養分であるイオンが容易に
セル内部まで入り込んでイオン交換され吸着保持される
。またカチオン交換はスルホン酸基によるものであるた
めに、吸着保持された養分は容易に溶脱することなく充
分に利用される。このように本発明によるスルホン化ポ
リスチレン発泡体はこれ等養分の保持能力が著しく向上
したものとなっている。

また本発明水苔は吸水した時に乾燥時の体積の２．５〜
３倍程度まで膨張するので、水分を十分に保持している
にも拘らず空隙部分が多くなり、この空隙に基づく空気
量が多くなり、十分なる水分があるにも拘らず通気性が
良好となる。

本発明に於いては、このポリスチレン発泡体を用いて水
苔とするものであるが、この際の水苔の形状は特に限定
されない。たとえば具体的には、細紐状、小片状、シー
ト状、リング状、チューブ状、粒状、粉状等であり、特
に好ましいものは細紐状である。また粒状でも良く、ポ
リスチレン発泡体を粉砕して使用することも可能である
。

〔発明の効果〕

本発明によるスルホン化ポリスチレン発泡体は原則とし
て原料であるポリスチレン発泡体の形状に左右されるこ
となく広く各種のものが使用できる。特に廃品または工
場から排出されるポリスチレン発泡体の切端でも原料と
して利用出来るので非常に安価に製造でき、産業上極め
て有意義なものである。

〔実施例〕

次に実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本
発明は実施例に限定されるものでない。

実施例１ ５００ＩＩｄｌのフラスコに紐状ポリスチレン発泡体（
旭化成■製「アスパック」）３ｇと２５％発煙硫酸５０
ＩＩＩｌ！を入れ、ポリスチレンの表面が発煙硫酸でぬ
れるように振りまぜる。次いでフラスコに冷却管を付け
、外気を遮断し、沸騰水浴中で８時間反応させる。未反
応発煙硫酸を回収し、反応物を水中に投入する。濾過後
、洗浄液に硫酸イオンの認められなくなるまで水洗した
後、１０５°Ｃにて恒量まで乾燥させ、Ｓ含量２０．０
％のスルホン化ポリスチレン発泡体５．７７ｇを得た。

Ｓ含量より内部までスルホン化されていることが判明す
る。これはそのまま水苔として使用出来るものである。

第３図はこの際の反応時間と得られたスルホン化ポリス
チレン発泡体のＳ含量との関係を示したもので、数時間
の反応でスルホン化は一定値に達し、その値はポリスチ
レン発泡体のフェニル核のすべてにスルホン酸基が１個
は置換していることをよく示している。但しイオウの定
量は試料を無水炭酸ナトリウムおよび過酸化ナトリウム
でアルカリ溶融し、イオウを硫酸バリウムとして沈澱さ
せる方法に従って行った。

実施例２ ５Ｉ！、三角フラスコにＳ字形ポリスチレン発泡体（旭
化成■製「アスパック」）２０ｇと２５％発煙硫酸５０
０ｇを入れ外気を遮断する。ポリスチレンの表面がぬれ
るように振りまぜながら、７日間室温にて反応させた。

以下実施例１の未反応発煙硫酸の回収から同様の操作を
行う。Ｓ含量１７．８％のスルホン化ポリスチレン発泡
体３５．９ｇを得た。

尚第４図は室温でのスルホン化の場合のＳ含量と反応時
間との関係を示す。ここに得た発泡体は、そのまま水苔
として使用出来るものである。

実施例３ ２００　ｒｔｒｌｌフラスコに紐状ポリスチレン発泡体
（旭化成■製「アスパック」）３．０ｇと５０１ｄｌク
ロロスルホン酸を入れ、冷却器を付け、外気を遮断し、
沸騰水浴中にて８時間反応させた。反応後クロロスルホ
ン酸を回収し、反応物を水中に入れる。

反応物を約６０℃の温水で洗浄液が中性になるまで洗い
、１００〜１１０°Ｃにて恒量まで乾燥させる。Ｓ含量
１６．４％のスルホン化ポリスチレン発泡体４．８４ｇ
を得た。これはそのまま水苔として使用出来る。

実施例４ ５００　ｍＲ三角フラスコに市販ビーズ状ポリスチレン
発泡体２．２ｇと三酸化硫黄（３０３）　１０．９ｇを
入れ、外気を遮断し、室温にて１０日間反応させた。反
応後、反応物を水中に投入する。洗浄液に硫酸イオンが
検出されなくなるまで水洗した後、１０５°Ｃで恒量ま
で乾燥させる。Ｓ含量２０，６％のスルホン化ポリスチ
レン発泡体４．６４　ｇを得た。これはそのまま水苔と
して使用出来るものである。

実施例５ 径５０醒×長さ１５０凱のカラムに、紐状ポリスチレン
発泡体（旭化成■製「アスパソク」）３ｇを充填し、カ
ラムの一端をアスピレターに他の端を三酸化硫黄３０ｇ
の入ったフラスコに連結する。そしてアスピレターにて
カラム内をわずかに減圧とし、三酸化硫黄をカラム内に
導入してポリスチレン発泡体と接触させ、７日間スルホ
ン化反応を行った。反応後の操作は実施例４と同様に行
った。Ｓ含量１９．３８％のスルホン化ポリスチレン発
泡体６，１ｇを得た。これはそのまま水苔として使用出
来るものである。

実施例６ 実施例２で得られたスルホン化ポリスチレン発泡体２ｇ
を２％塩化カルシウム（ＣａＣβ２２Ｈ２０）水溶液２
００　ｍｌ中に浸漬し、−夜放置後、濾過し、水洗した
後１０５°Ｃで乾燥させ、Ｃａ含量９．４７％のカルシ
ウム塩２．２ｇを得た。これを粒度４〜１０メツシユの
粒状に粉砕して水苔を得た。

実施例７〜１０ 上記実施例６に於いて、塩化カルシウム水溶液に代えて
夫々苛性ソーダ、苛性カリ、塩化マグネシウム、アンモ
ニアの夫々の水溶液を使用し、その他はすべて同様に処
理した。

実施例１〜１０で得られた水苔について、その性質を測
定した。この結果を第１表に示した。尚重量法によるＳ
含量が滴定法によるＳ含量より常にわずかに大きな値を
示していることは、遊離スルホン酸以外にスルホンによ
る架橋が生じていることを示す。

１）　　ＢａＳＯ４としての重量法による測定値を示す
。

２）遊離スルホン酸基を０．Ｉ　ＮＮａＯＨで滴定し、
その消費量より求めた値を示す。

３）　カチオン交換容量：水苔を粉末としその１ｇを取
り、内径１５肛×長さ２５０ｍｍのカラムに充填し、５
％無水硫酸ナトリウム溶液を流し、流出液を０．ＩＮ規
定ＮａＯＨで滴定し、その消費量よりカチオン交換容量
を求めた。

但し水苔が塩の場合は、塩酸によって遊離スルホン酸と
した後、上記の方法と同様の操作を行って求めた。

４）水苔を水に一夜浸漬後、濾過し、その重量を測定し
て次式によって求めた。

５）乾燥時と吸水時の体積を測定し、次式から求めた。

実施例１１ （カチオン吸着量の測定） 実施例２及び６の水苔を夫々粉末とし、１ｇを内径１５
ｍｍＸ長さ２５０ｍｍのカラムに充填し、測定しようと
するカチオンを含む溶液を流し、流水液中に含まれるカ
チオンの量を測定し、最初に加えたカチオンの量から流
出したカチオンの量を差引いてカチオンの吸着量とした
。各種カチオンの吸着量を第２表に示した。

第２表 実施例Ｉ２ 水苔１ｇを水に浸漬し、所定の浸漬時間後の吸水量を測
定した。但し浸漬時間Ｏ分時の吸水量の測定は次の様に
行った。即ちロート上に目の細かい金網をのせ、その金
網上に水苔１ｇを秤り取り、その上から精製水を１００
　ｔｄ注ぎ、その直後の吸水量を測定した。浸漬時間と
吸水量との関係を第３図に示した。第３図から明らかな
ように、発泡ポリスチレンスルフォン酸、又はその塩か
らなる本発明の水苔は、天然の水苔や、人工水苔よりも
、吸水速度が速く、又瞬時に吸水能力一杯の水を吸水す
ることが判る。

但し第３図中（１）は実施例１の、（２）は実施例９、
（３）は天然水苔、（４）は市販の人工水苔を表す。

実施例Ｉ３ 水苔１ｇを取り水に浸漬して十分に吸水させ、余分の水
は濾過して除く。これを１０（１＋ｆｉビーカーに移し
３０℃恒温箱に放置し、一定装置した後、水苔の蒸発し
ないで残存している保持水量を測定した。そして水苔が
最初に保持している水量を１００とし、一定紋置時間後
の保持水量をそれとの比率で示し、保持水量率として表
現し、次式により計算した。

放置時間と保持水量率との関係を第４図に示した。

但し第４図中（１）は実施例４の、（２）は実施例２の
、（３）は天然の水苔を、（４）は天然の山苔を、（５
）は市販の人工水苔を示す。

実施例１４ 観葉植物であるポトスの植え換え時には、よく用土とし
て水苔が利用されている。そこで本発明実施例６の水苔
を用いて植え換えを行った。同時に水苔を使用した植え
換えも行い比較した。使用したポトスは高さ約２０ｃｍ
の大きさであり、鉢の大きさは直径１８ＣＩＸ高さ２０
ＣＩ１１であった。実施例６の水苔によって植え換えた
ポトスは水苔によるポトスと同様に良好な生育を示した
。

実施例１５ 鉢による植物栽培においては、培土の表面に水苔を敷き
つめることにより、培土の乾燥や、培土の固くしまるこ
とが防止され、その為に水苔がしばしば用いられる。そ
こで５月中旬にさつきを植え換える時点より本発明の実
施例６の水苔を培土の表面に敷きつめ、生育及び土の乾
燥度合を観察した、生育は良好であり、又、土の乾燥は
水苔よりも遅れがちであった。

【図面の簡単な説明】 第１〜２図はポリスチレン発泡体をスルホン化する際の
硫黄含量と反応時間との関係を示すグラフである。また
第３図は各種水苔の吸水量と時間との関係を、第４図は
保持水量と時間との関係を示すグラフである。 （以上） 特許出願人　　旭化学工業株式会社 株式会社迫田化学開発研究所 反応・時開 （時開） 第 ？ 図 反癌・待開 （日） ′／先５石時ｎ（今） ２十 ｒｒ＾ １λＯ 時川

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ポリスチレン発泡体をその内部までスルホン化し
   、必要に応じ更に塩となして得られるポリスチレン発泡
   体の誘導体を主成分として成ることを特徴とする人工水
   苔。