ゲル状給水材
【目的】 人手を要することなく植物などに給水を行えるゲル状給水材の開示
【構成】 →３）−β−Ｄ−グルコピラノース−（１→４）−β−Ｄ−グルクロン酸−（１→４）−β−Ｄ−グルコピラノース−（１→４）−α−Ｌ−ラムノピラノース−（１→の繰り返し単位からなる多糖類を，０．０５質量パーセント濃度ないし５．０質量パーセント濃度で水に溶解させると共に，さらにこの水に対してゲル化促進剤を０．００１質量パーセント濃度〜１．０質量パーセント濃度で溶解させてゲル化させたことを特徴とするゲル状給水材。
【構成】 →３）−β−Ｄ−グルコピラノース−（１→４）−β−Ｄ−グルクロン酸−（１→４）−β−Ｄ−グルコピラノース−（１→４）−α−Ｌ−ラムノピラノース−（１→の繰り返し単位からなる多糖類を，０．０５質量パーセント濃度ないし５．０質量パーセント濃度で水に溶解させると共に，さらにこの水に対してゲル化促進剤を０．００１質量パーセント濃度〜１．０質量パーセント濃度で溶解させてゲル化させたことを特徴とするゲル状給水材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，散水装置や貯水槽を用いないで鉢植え植物などに給水を行うゲル状給水材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在市販されている液体肥料入りのプラスチックボトルには瓶の口を開けて鉢植えの土に差し込み，肥料を徐々に放出するものがあるが，水の補給を目的としたものではない。また，定量の潅水を行う装置には，定量ポンプとパイプ並びにバルブを備えたものや底部に貯水槽を備えたプランター等が市販されている。
【０００３】植物に散水する装置としてはスプリンクラーやシャワー等が知られているが，室内に配置された多数の鉢植えに散水する場合には，フロアや床等の濡れを少なくするために，じょうろや噴霧器などが用いられる。なお，底部に貯水層を設けたプランター等も市販されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら，従来の液体肥料入りのプラスチックボトルの場合には，内容物の液体が水ではないので給水ができないが，給水に用いたとしても，容量も少ないので不十分である。また，定量の潅水を行う装置の場合，一つ一つの鉢植えにシャワーや散水ノズルをセットしたり，これらシャワーや散水ノズルをパイプを介して定量ポンプに接続することは非常に手間がかかる。スプリンクラー等は室内や車内・船内等では使用が難しいし，設備も大がかりであり，家庭内や小さな建物には不向きである。さらに，じょうろや噴霧器などによる散水は，手作業で行える点で手軽であるが，作業者が必要であるので，留守や連休などでの給水ができないという不具合もある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は，このような課題に着目してなされたものであり，鉢植え等の給水対象などに放置しておくだけの手軽さであり，数日から１週間程度の間給水を行う手間がかからず，安価で，後処理の不要なゲル状給水材を提供することを目的とする。
【０００６】上記目的を達成するために，本発明は，給水材そのものをゲル状に形成することに着眼点があり，このゲル状の給水材の保水性と離水性とのバランスをとって数日から１週間程度の給水能力を得るために，溶質並びに濃度の選択にも研究を行ったものである。
【０００７】ゲルの材料として種々の材料を検討した結果，分子の格子間に水分子を水和させて保持できる多糖類を得ることができた。
【０００８】この多糖類は，→３）−β−Ｄ−グルコピラノース（Ｇｌｃｐ）−（１→４）−β−Ｄ−グルクロン酸（ＧｌｃｐＡ）−（１→４）−β−Ｄ−グルコピラノース（Ｇｌｃｐ）−（１→４）−α−Ｌ−ラムノピラノース（Ｒｈａｐ）−（１→の繰り返し単位を重合した多糖類であり，ジェランガムといわれる多糖類である。
【０００９】溶媒である水に対して，このジェランガムを０．０５質量パーセント濃度ないし５．０質量パーセント濃度で溶解させ，さらに前記水に対してゲル化促進剤を０．００１質量パーセント濃度〜１．０質量パーセント濃度で溶解させ，ゲル化させると，ゲル強度が５０〜７０００×１０3ｄｙｎ／ｃｍ2となる。
【００１０】このようなジェランガムゲルによれば，重合した分子間に水分子が水和して取り込まれて保水性を維持するが，重力によって徐々に格子間から水分子が流出する。ジェランガム水溶液のジェランガム濃度が低いと，ゲル格子が粗くなって水分子の入り込む隙間が大きくなるため，同時に水和した水分子の流出量も増大するが，崩れ易くなり，水を保持する保水性が減少する。ジェランガム水溶液におけるジェランガムの濃度が高いと，ゲル強度が増大して崩れ難くなるが，水分子の入り込む隙間が小さくなって単位時間・単位質量当たりの離水量が減少する。
【００１１】特に，ジェランガム水溶液の濃度を０．１質量パーセント濃度〜１．０質量パーセント濃度の範囲内に設定すると，保水性と離水性のバランスがよくなり，崩れ難くしかも長時間の離水性が維持される。
【００１２】また，ジェランガム水溶液に植物活性剤，土壌改良剤，ゲル強度調整剤等のいずれかを単一にまたは混合して添加すると，添加した物質にともなう効果を得ることができる。
【００１３】このように，ジェランガム水溶液の濃度を調整してジェランガムゲルを形成すると，例えば，鉢植え植物などに給水を行う場合，鉢植え植物の土の上にジェランガムゲルを載せておくだけで，ジェランガムゲルから水が徐々に土中に給水されるため，所定期間鉢植え植物へ給水でき，人手を要しない。水が土中に吸収される時間はジェランガム濃度の選択により決定されるため，各種の給水能力時間を有する複数種のジェランガムゲルを土壌上に置くことにより，長期間の給水も可能となる。
【００１４】また，給水時間の調整方法として，ジェランガムゲルを入れる容器の底部や周壁下部に一定面積の開口部を設けることが有効である。また，鉢の用土の吸水性が良くない場合や，短時間に多量の水を与えたい場合には，ジェランガムゲルと土の間に不織布を置き，その毛細管現象を利用して水分の放出を加速することもできる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例にかかるゲル状給水材を図面に基づいて説明する。
【００１６】本発明の実施例にかかるゲル状給水材は，例えば鉢植え植物やプランターに植えられた植物に給水するものであるが，大きさや硬さ等を調整することにより，鉢植えの植物に限らず，温室やビニールハウス等の植物或いは干ばつ時の露地植えの植物への給水，そのほか鳥或いはペット等の小動物等への給水材としても使用できるものである。
【００１７】このゲル状給水材は，重合分子の格子間に水分子を取り込んでゲル化した後に，徐々に水分子が格子間から流出するジェランガムゲルの性質を利用するものであって，ジェランガム水溶液におけるジェランガム濃度が低いと，水分子の入り込む隙間が大きくなるため，同時に水和した水分子の流出量も増大するが，ゲル格子が粗くなって崩れ易くなり，水を保持する保水性が減少する。ジェランガム水溶液におけるジェランガムの濃度が高いと，水分子の入り込む隙間が小さくなって単位時間・単位質量当たりの離水量が減少するが，ゲル強度が増大して崩れ難くなる。
【００１８】本発明のゲル状給水材を調製するための多糖類は，図１の構造式に示すように，→３）−β−Ｄ−グルコピラノース（Ｇｌｃｐ）−（１→４）−β−Ｄ−グルクロン酸（ＧｌｃｐＡ）−（１→４）−β−Ｄ−グルコピラノース（Ｇｌｃｐ）−（１→４）−α−Ｌ−ラムノピラノース（Ｒｈａｐ）−（１→からなる繰り返し単位を重合した多糖類であって，一般的にはジェランガムといわれる多糖類である。
【００１９】このジェランガムゲルは，溶媒である水に対してジェランガムを０．０５質量パーセント濃度ないし５．０質量パーセント濃度で溶解させ，さらに溶媒である水に対してゲル化促進剤を０．００１質量パーセント濃度〜１．０質量パーセント濃度で溶解させてゲル化させたものであり，ゲル強度は５０〜７０００×１０3ｄｙｎ／ｃｍ2である。特に，ジェランガム水溶液におけるジェランガムの濃度を０．１質量パーセント濃度〜０．５質量パーセント濃度に設定すると，保水性と離水性のバランスがよくなり，崩れ難くしかも長時間の離水性が維持される。
【００２０】このジェランガムゲルのゲル強度は５０×１０3ｄｙｎ／ｃｍ2〜７０００×１０3ｄｙｎ／ｃｍ2であるが，ジェランガムゲルのゲル強度が５０×１０3ｄｙｎ／ｃｍ2以下であると，形状を維持する能力が弱いために，十分な保水性を維持できない。そのゲル強度が７０００×１０3ｄｙｎ／ｃｍ2以上であると，離水性が不十分になる。分散媒の水には上記ジェランガムのほかに，ゲル化促進剤，ゲル強度調整剤，植物活性剤，土壌改良剤等が分散される。
【００２１】ゲル化促進剤にはこの実施例では塩化カルシウムを用いている。この塩化カルシウムの濃度は，カルシウム塩類中のカルシウムイオンのみのジェランガム水溶液に対する相対的な質量パーセント濃度であって，ジェランガム水溶液におけるカルシウムイオンの相対的濃度は０．００１質量パーセント濃度ないし０．１質量パーセント濃度である。
【００２２】なお，ゲル化促進剤としては，塩化カルシウム以外のハロゲン化カルシウム，燐酸カルシウム，乳酸カルシウムその他のカルシウム塩類でも良いが，マグネシウム，マンガンなどのＩＩ価の金属塩，ナトリウム，カリウムなどの１価の金属塩，塩酸，クエン酸，乳酸などの酸も利用できる。この場合，勿論植物への影響を考慮して選択する。
【００２３】ゲル強度調整剤としては，キサンタンガム，ローカストビーンガム，多価アルコール，デンプン，セルロース，アルギン酸，カラギーナン，グルコマンナン，寒天，ペクチン，プルラン，キチン，キトサン，グアーガム，アラビアガム，タマリンド種子多糖類，大豆タンパク質，卵白，グルテン，ゼラチン，コラーゲン等の天然高分子化合物の他に合成高分子化合物がある。いずれも離水性を損なわない程度に添加する。試験例としてはカルボキシメチルセルロースを添加して強度を調製することにより２００時間程度の離水が可能である。
【００２４】植物活性剤として，ぶどう糖，ビタミン類，ホルモン剤等を添加すると，植物の活性状態を維持することができる。
【００２５】土壌改良剤として，溶性リン肥，ケイ酸肥，リグノセルロース・フミン酸，ニトロフミン酸等を添加することもできる。
【００２６】このジェランガムゲルは，図２の工程表に示すように，まず，所定容量のビーカー等の貯液槽に５０°ｃで容器に充填する際の最終調製濃度が０．２質量パーセント濃度となるようにジェランガムに冷水を加え，９０°ｃ〜９５°ｃの温度になるように加熱しながら攪拌し，ジェランガム水溶液を得る。他方，前記と同様の最終調製濃度が０．０５質量パーセント濃度となるように塩化カルシウム水溶液を別に調製する。
【００２７】次に，この調製した塩化カルシウム水溶液を前述のビーカー内のジェランガム水溶液に加えて攪拌して調製する。ジェランガムゲルと塩化カルシウムとを水に溶かした水溶液を調製したら，このジェランガムと塩化カルシウムの水溶液を混合し，５０°ｃ以上で容器に充填し，冷却してゲル化させると，本実施例のジェランガムゲルができる。
【００２８】このジェランガムゲルの形状は，偏平な直方体形状，円板状，球状，粒状等が有り得，筒状或いは箱型又は漏斗状の容器に入れて給水開口部以外は開口部を閉じて乾燥を防ぐことも考えられる。また，ジェランガムゲルの外表面側にゲル強度の硬い層を設け，内側にゲル強度の柔らかい層を設けたり，ゲルの強度の異なる層を複数層形成することにより，給水時間を制御することも考えられる。形状を粒状や球状にした場合には，ばらまきが容易であると共にばらまく量の調整が容易である。また，外側層のゲル強度を少し硬くすると，保水性を長い時間維持できるので，給水時間制御が容易であり，ゲル強度の異なるものを複数種類混ぜてばらまくことにより給水時間を制御することも可能である。
【００２９】＜実験例１＞次に，上記実施例のジェランガムゲルの調製方法を実験例１を参照にしつつ説明する。この実験例では，最初にジェランガム水溶液を調製する場合に，１リットルのビーカーにジェランガム１．７ｇを入れ，約９５０ｍｌの冷水を加える。冷水を加えたら，９０°ｃ〜９５°ｃの温度になるように加熱しながら攪拌し，ジェランガム水溶液を得る。他方，０．５ｇの塩化カルシウムを５０ｍｌの水に溶かして塩化カルシウム水溶液を別に調製する。
【００３０】調製した塩化カルシウム水溶液を前述のビーカー内のジェランガム水溶液に加えて攪拌し，さらに蒸発した水相当量の水を加えてジェランガムと塩化カルシウムとを混ぜた水溶液の量を１０００ｇに調整する。ジェランガムゲルと塩化カルシウムの水溶液を１０００ｇに調整したら，このジェランガムと塩化カルシウムの水溶液を攪拌しつつ５０°ｃ〜５５°ｃに冷却する。なお，抗菌剤を添加しておくと，後の微生物の発生を抑えられる。これ以上温度が低下すると，容器への充填工程でゲル化するおそれがあるので，最低でも５０°ｃ程度に保温しながら所定容量の容器に充填する。
【００３１】所定容器への充填後は，冷却してゲル化させると，ゲル状給水材ができあがる。なお，ジェランガムゲルの容量は植物の量，種類，天候，温度等により異なるので，ジェランガムゲルの容量は１００ｍｌ〜３０００ｍｌ程度にすると，室内温度で２〜５日程度は水切れを起こさないようにすることができる。
【００３２】＜実験例２＞実験例２では，ジェランガムを０．１７質量パーセント濃度，塩化カルシウムを０．０５質量パーセント濃度に調整した水溶液を容器に１００ｇ調整し，室温まで冷却してゲル化させた。このジェランガムゲルを底部に穴のあいた１００ｍｌの直方体の容器に入れ，ベンジャミンの鉢植え（直径１０ｃｍ，高さ８ｃｍ）の土の上においたところ，数日間給水しなくてもベンジャミンが枯れることなく健全な状態を保った。
【００３３】＜実験例３＞実験例３では，ジェランガムを０．２質量パーセント濃度，塩化カルシウムを０．０６質量パーセント濃度に調整した水溶液１００ｍｌに椰子殻繊維５ｇを混ぜ，容器に充填して冷却し，ゲル化させた。容器の底に穴を開け，重量３０ｇになるまで水を放出させた後，ジェランガムゲルを容器から取り出し，土の上において適当に砕いたところ，椰子殻繊維のためゼリー状部分が目立たず５日間給水できた。乾燥後は椰子殻繊維が土壌と化した。
【００３４】＜ジェランガム濃度と短時間内の離水量の関係＞ジェランガム濃度と離水量の関係を図３のグラフに基づいて説明する。塩化カルシウムを０．０５質量パーセント濃度とし，ジェランガムの質量パーセント濃度を０．１７％，０．２０％，０．２２％，０．２５％，０．３０％に変えて，直径６ｃｍの円柱型のジェランガムゲル１００ｇをそれぞれ調製した。
【００３５】次に，１リットルのビーカーに赤玉土（水分１２．７％）７００ｇを加え，ジェランガムゲルをそのまま土の上にそれぞれ置いた。ジェランガムゲルからの離水量は経時的に測定した。離水量はジェランガムゲルの減少重量及び土の増加重量として求めた。
【００３６】その結果，ゲル濃度が０．１７質量パーセント濃度である場合には，６時間で７割程度の水分を放出した。この試験では赤玉土の上にジェランガムゲルを置いたが，赤玉土，黒土，腐葉土等の土の種類並びに礫・砂の粒径，土に対する割合等により，離水速度が変わることが判明した。
【００３７】＜ジェランガム濃度と長時間における離水量との関係＞さらに，ジェランガムゲルにおけるジェランガム濃度と長時間での離水量との関係を調べた。この試験では，下記の表に示すように，４種類のジェランガムゲルを用い，各々のジェランガムゲルは直径６ｃｍで高さがほぼ３．５ｃｍの円柱型をしており，重量が１００ｇになるように調製した。なお，濃度は質量パーセント濃度を表す。
【００３８】
試験にあたっては１リットルのビーカーに赤玉土（水分１３．８％）７００ｇを入れ，上記第１〜第４のジェランガムゲルをそのまま土の上に置いた。
【００３９】第３のジェランガムゲルについてはそのままおくものとジェランガムゲルを容器にいれたものとがある。この容器は底部に直径１ｍｍ程度の穴をそれぞれ４個開けたものと，９個開けたものを用意した。容器に充填したジェランガムゲルを容器のまま土の上に置く場合についても，経時的にジェランガムゲルからの離水量を測定した。離水量はジェランガムゲルの減少重量及び土の増加重量として求めた。
【００４０】その結果，図４のグラフに示すように，ジェランガム濃度を０．５％とすることで，ジェランガムゲルの持つ水分の９０％を４〜５日かけて放出させることができた。
【００４１】また，ジェランガムゲルの濃度を低濃度のままにしておいて，他の高分子物質，今回はカルボキシメチルセルロースナトリウムを０．３％添加することにより，１日で離水が終了してしまう水分を５日くらいかけて放出させることが可能であった。また，ジェランガムゲルをそのまま置くのではなく，容器にいれてその底部の穴の面積により離水速度が制御できることがわかった。
【００４２】＜土の水分量と離水の関係＞さらに，図５に示すグラフに基づいて，ジェランガムゲルの離水量とジェランガムゲルを載せる土の水分量との関係を説明する。
【００４３】ジェランガムゲルを載せる土として，水分量８．６％，２１％，３０．０％，３３．０％（重量％）の赤玉土３．２Ｋｇ（水分を除く乾燥重量である。水分を含むときの土の全重量はそれぞれ変わる。）を用意した。
【００４４】ジェランガムゲルは，０．１７質量パーセント濃度のジェランガムと０．０５質量パーセント濃度の塩化カルシウムとの水溶液１Ｋｇを，図６に示す円筒形の袋１にいれ，直径１２ｃｍの円筒型にゲル化させた。袋１の底部には，矩形の開口部２を４箇所設けた。
【００４５】このジェランガムゲルを前述の赤玉土の上に載せ，１日後ジェランガムゲルからの離水量を測定した。土の水分量は温度１０５°ｃで４時間乾燥して測定した。その結果，図５のグラフに示すように，土の水分が少ないと，ジェランガムゲルからの離水が多くなっているのがわかる。
【００４６】以上の試験によれば，ジェランガムの濃度を０．１７％，０．２０％とすると図３，図４に示すように，ほぼ２４時間くらいで１００ｇのジェランガムゲルのうちほぼ８５ｇ前後の水が離水し，ほぼ５０時間程度で離水が完了する。また，ジェランガム濃度を０．２２％，０．２５％，０．３０％とすると，６時間以内の離水状況ではほぼ６０ｇ以下であり，１日程度の給水には十分有効であることがわかる。ジェランガム濃度を０．５％〜１．０％程度とすると，離水能力を１５０時間（約６日間）程度持続できるので，輸送等には便利である。
【００４７】カルボキシメチルセルロースナトリウムの代わりに他の合成高分子化合物，天然高分子化合物を添加することも考えられる。ジェランガムゲルの充填容器底部に１ｍｍ程度の直径を有する小さな穴を開口することでよりいっそう離水時間を長期化させることができる。
【００４８】図４からすると，ジェランガム濃度がいずれの場合でも，最初の２４時間の離水量の傾きは大きいが，図５に示すように，赤玉土に含まれる水分の量が３０％を越えると離水量が急激に減少するので，給水始めにおいては離水速度が速くても，すぐに離水速度が低下して２４時間以降の離水量の傾きは少なくなり且つほぼ一定となる。従って，２００時間（１週間）程度の長期にわたってほぼ一定の給水を行うことが可能である。
【００４９】
【発明の効果】本発明にかかるゲル状給水材によれば，ジェランガム水溶液の濃度を調整してジェランガムゲルを形成すると，例えば，鉢植え植物などに給水を行う場合，鉢植え植物の土の上にジェランガムゲルを載せておくだけで，ジェランガムゲルから水が徐々に土中に給水されるため，所定期間鉢植え植物へ給水でき，人手を要しない。
【００５０】また，水が土中に吸収される量及び時間はジェランガムゲルの容量及び濃度の選択により決定されるため，各種の給水能力時間を有する複数種のジェランガムゲルを土壌上に置くことにより，長期間の給水も可能となる。
【００５１】さらに，底部や周壁下部に一定面積の開口部を有する容器にジェランガムゲルを入れておくことにより，給水時間を調整することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】処理工程図
【図２】ジェランガム分子の重合単位の構造式
【図３】ジェランガム濃度の違いによる短時間における離水量変化を示すグラフ
【図４】ジェランガム濃度の違いによる長時間における離水量変化を示すグラフ
【図５】搭載土壌の水分の比率と離水量との関係を示すグラフ。
【図６】ジェランガムゲルを入れる袋の底面図
【符号の説明】
１ 円筒型の袋
２ 開口部
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，散水装置や貯水槽を用いないで鉢植え植物などに給水を行うゲル状給水材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在市販されている液体肥料入りのプラスチックボトルには瓶の口を開けて鉢植えの土に差し込み，肥料を徐々に放出するものがあるが，水の補給を目的としたものではない。また，定量の潅水を行う装置には，定量ポンプとパイプ並びにバルブを備えたものや底部に貯水槽を備えたプランター等が市販されている。
【０００３】植物に散水する装置としてはスプリンクラーやシャワー等が知られているが，室内に配置された多数の鉢植えに散水する場合には，フロアや床等の濡れを少なくするために，じょうろや噴霧器などが用いられる。なお，底部に貯水層を設けたプランター等も市販されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら，従来の液体肥料入りのプラスチックボトルの場合には，内容物の液体が水ではないので給水ができないが，給水に用いたとしても，容量も少ないので不十分である。また，定量の潅水を行う装置の場合，一つ一つの鉢植えにシャワーや散水ノズルをセットしたり，これらシャワーや散水ノズルをパイプを介して定量ポンプに接続することは非常に手間がかかる。スプリンクラー等は室内や車内・船内等では使用が難しいし，設備も大がかりであり，家庭内や小さな建物には不向きである。さらに，じょうろや噴霧器などによる散水は，手作業で行える点で手軽であるが，作業者が必要であるので，留守や連休などでの給水ができないという不具合もある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は，このような課題に着目してなされたものであり，鉢植え等の給水対象などに放置しておくだけの手軽さであり，数日から１週間程度の間給水を行う手間がかからず，安価で，後処理の不要なゲル状給水材を提供することを目的とする。
【０００６】上記目的を達成するために，本発明は，給水材そのものをゲル状に形成することに着眼点があり，このゲル状の給水材の保水性と離水性とのバランスをとって数日から１週間程度の給水能力を得るために，溶質並びに濃度の選択にも研究を行ったものである。
【０００７】ゲルの材料として種々の材料を検討した結果，分子の格子間に水分子を水和させて保持できる多糖類を得ることができた。
【０００８】この多糖類は，→３）−β−Ｄ−グルコピラノース（Ｇｌｃｐ）−（１→４）−β−Ｄ−グルクロン酸（ＧｌｃｐＡ）−（１→４）−β−Ｄ−グルコピラノース（Ｇｌｃｐ）−（１→４）−α−Ｌ−ラムノピラノース（Ｒｈａｐ）−（１→の繰り返し単位を重合した多糖類であり，ジェランガムといわれる多糖類である。
【０００９】溶媒である水に対して，このジェランガムを０．０５質量パーセント濃度ないし５．０質量パーセント濃度で溶解させ，さらに前記水に対してゲル化促進剤を０．００１質量パーセント濃度〜１．０質量パーセント濃度で溶解させ，ゲル化させると，ゲル強度が５０〜７０００×１０3ｄｙｎ／ｃｍ2となる。
【００１０】このようなジェランガムゲルによれば，重合した分子間に水分子が水和して取り込まれて保水性を維持するが，重力によって徐々に格子間から水分子が流出する。ジェランガム水溶液のジェランガム濃度が低いと，ゲル格子が粗くなって水分子の入り込む隙間が大きくなるため，同時に水和した水分子の流出量も増大するが，崩れ易くなり，水を保持する保水性が減少する。ジェランガム水溶液におけるジェランガムの濃度が高いと，ゲル強度が増大して崩れ難くなるが，水分子の入り込む隙間が小さくなって単位時間・単位質量当たりの離水量が減少する。
【００１１】特に，ジェランガム水溶液の濃度を０．１質量パーセント濃度〜１．０質量パーセント濃度の範囲内に設定すると，保水性と離水性のバランスがよくなり，崩れ難くしかも長時間の離水性が維持される。
【００１２】また，ジェランガム水溶液に植物活性剤，土壌改良剤，ゲル強度調整剤等のいずれかを単一にまたは混合して添加すると，添加した物質にともなう効果を得ることができる。
【００１３】このように，ジェランガム水溶液の濃度を調整してジェランガムゲルを形成すると，例えば，鉢植え植物などに給水を行う場合，鉢植え植物の土の上にジェランガムゲルを載せておくだけで，ジェランガムゲルから水が徐々に土中に給水されるため，所定期間鉢植え植物へ給水でき，人手を要しない。水が土中に吸収される時間はジェランガム濃度の選択により決定されるため，各種の給水能力時間を有する複数種のジェランガムゲルを土壌上に置くことにより，長期間の給水も可能となる。
【００１４】また，給水時間の調整方法として，ジェランガムゲルを入れる容器の底部や周壁下部に一定面積の開口部を設けることが有効である。また，鉢の用土の吸水性が良くない場合や，短時間に多量の水を与えたい場合には，ジェランガムゲルと土の間に不織布を置き，その毛細管現象を利用して水分の放出を加速することもできる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例にかかるゲル状給水材を図面に基づいて説明する。
【００１６】本発明の実施例にかかるゲル状給水材は，例えば鉢植え植物やプランターに植えられた植物に給水するものであるが，大きさや硬さ等を調整することにより，鉢植えの植物に限らず，温室やビニールハウス等の植物或いは干ばつ時の露地植えの植物への給水，そのほか鳥或いはペット等の小動物等への給水材としても使用できるものである。
【００１７】このゲル状給水材は，重合分子の格子間に水分子を取り込んでゲル化した後に，徐々に水分子が格子間から流出するジェランガムゲルの性質を利用するものであって，ジェランガム水溶液におけるジェランガム濃度が低いと，水分子の入り込む隙間が大きくなるため，同時に水和した水分子の流出量も増大するが，ゲル格子が粗くなって崩れ易くなり，水を保持する保水性が減少する。ジェランガム水溶液におけるジェランガムの濃度が高いと，水分子の入り込む隙間が小さくなって単位時間・単位質量当たりの離水量が減少するが，ゲル強度が増大して崩れ難くなる。
【００１８】本発明のゲル状給水材を調製するための多糖類は，図１の構造式に示すように，→３）−β−Ｄ−グルコピラノース（Ｇｌｃｐ）−（１→４）−β−Ｄ−グルクロン酸（ＧｌｃｐＡ）−（１→４）−β−Ｄ−グルコピラノース（Ｇｌｃｐ）−（１→４）−α−Ｌ−ラムノピラノース（Ｒｈａｐ）−（１→からなる繰り返し単位を重合した多糖類であって，一般的にはジェランガムといわれる多糖類である。
【００１９】このジェランガムゲルは，溶媒である水に対してジェランガムを０．０５質量パーセント濃度ないし５．０質量パーセント濃度で溶解させ，さらに溶媒である水に対してゲル化促進剤を０．００１質量パーセント濃度〜１．０質量パーセント濃度で溶解させてゲル化させたものであり，ゲル強度は５０〜７０００×１０3ｄｙｎ／ｃｍ2である。特に，ジェランガム水溶液におけるジェランガムの濃度を０．１質量パーセント濃度〜０．５質量パーセント濃度に設定すると，保水性と離水性のバランスがよくなり，崩れ難くしかも長時間の離水性が維持される。
【００２０】このジェランガムゲルのゲル強度は５０×１０3ｄｙｎ／ｃｍ2〜７０００×１０3ｄｙｎ／ｃｍ2であるが，ジェランガムゲルのゲル強度が５０×１０3ｄｙｎ／ｃｍ2以下であると，形状を維持する能力が弱いために，十分な保水性を維持できない。そのゲル強度が７０００×１０3ｄｙｎ／ｃｍ2以上であると，離水性が不十分になる。分散媒の水には上記ジェランガムのほかに，ゲル化促進剤，ゲル強度調整剤，植物活性剤，土壌改良剤等が分散される。
【００２１】ゲル化促進剤にはこの実施例では塩化カルシウムを用いている。この塩化カルシウムの濃度は，カルシウム塩類中のカルシウムイオンのみのジェランガム水溶液に対する相対的な質量パーセント濃度であって，ジェランガム水溶液におけるカルシウムイオンの相対的濃度は０．００１質量パーセント濃度ないし０．１質量パーセント濃度である。
【００２２】なお，ゲル化促進剤としては，塩化カルシウム以外のハロゲン化カルシウム，燐酸カルシウム，乳酸カルシウムその他のカルシウム塩類でも良いが，マグネシウム，マンガンなどのＩＩ価の金属塩，ナトリウム，カリウムなどの１価の金属塩，塩酸，クエン酸，乳酸などの酸も利用できる。この場合，勿論植物への影響を考慮して選択する。
【００２３】ゲル強度調整剤としては，キサンタンガム，ローカストビーンガム，多価アルコール，デンプン，セルロース，アルギン酸，カラギーナン，グルコマンナン，寒天，ペクチン，プルラン，キチン，キトサン，グアーガム，アラビアガム，タマリンド種子多糖類，大豆タンパク質，卵白，グルテン，ゼラチン，コラーゲン等の天然高分子化合物の他に合成高分子化合物がある。いずれも離水性を損なわない程度に添加する。試験例としてはカルボキシメチルセルロースを添加して強度を調製することにより２００時間程度の離水が可能である。
【００２４】植物活性剤として，ぶどう糖，ビタミン類，ホルモン剤等を添加すると，植物の活性状態を維持することができる。
【００２５】土壌改良剤として，溶性リン肥，ケイ酸肥，リグノセルロース・フミン酸，ニトロフミン酸等を添加することもできる。
【００２６】このジェランガムゲルは，図２の工程表に示すように，まず，所定容量のビーカー等の貯液槽に５０°ｃで容器に充填する際の最終調製濃度が０．２質量パーセント濃度となるようにジェランガムに冷水を加え，９０°ｃ〜９５°ｃの温度になるように加熱しながら攪拌し，ジェランガム水溶液を得る。他方，前記と同様の最終調製濃度が０．０５質量パーセント濃度となるように塩化カルシウム水溶液を別に調製する。
【００２７】次に，この調製した塩化カルシウム水溶液を前述のビーカー内のジェランガム水溶液に加えて攪拌して調製する。ジェランガムゲルと塩化カルシウムとを水に溶かした水溶液を調製したら，このジェランガムと塩化カルシウムの水溶液を混合し，５０°ｃ以上で容器に充填し，冷却してゲル化させると，本実施例のジェランガムゲルができる。
【００２８】このジェランガムゲルの形状は，偏平な直方体形状，円板状，球状，粒状等が有り得，筒状或いは箱型又は漏斗状の容器に入れて給水開口部以外は開口部を閉じて乾燥を防ぐことも考えられる。また，ジェランガムゲルの外表面側にゲル強度の硬い層を設け，内側にゲル強度の柔らかい層を設けたり，ゲルの強度の異なる層を複数層形成することにより，給水時間を制御することも考えられる。形状を粒状や球状にした場合には，ばらまきが容易であると共にばらまく量の調整が容易である。また，外側層のゲル強度を少し硬くすると，保水性を長い時間維持できるので，給水時間制御が容易であり，ゲル強度の異なるものを複数種類混ぜてばらまくことにより給水時間を制御することも可能である。
【００２９】＜実験例１＞次に，上記実施例のジェランガムゲルの調製方法を実験例１を参照にしつつ説明する。この実験例では，最初にジェランガム水溶液を調製する場合に，１リットルのビーカーにジェランガム１．７ｇを入れ，約９５０ｍｌの冷水を加える。冷水を加えたら，９０°ｃ〜９５°ｃの温度になるように加熱しながら攪拌し，ジェランガム水溶液を得る。他方，０．５ｇの塩化カルシウムを５０ｍｌの水に溶かして塩化カルシウム水溶液を別に調製する。
【００３０】調製した塩化カルシウム水溶液を前述のビーカー内のジェランガム水溶液に加えて攪拌し，さらに蒸発した水相当量の水を加えてジェランガムと塩化カルシウムとを混ぜた水溶液の量を１０００ｇに調整する。ジェランガムゲルと塩化カルシウムの水溶液を１０００ｇに調整したら，このジェランガムと塩化カルシウムの水溶液を攪拌しつつ５０°ｃ〜５５°ｃに冷却する。なお，抗菌剤を添加しておくと，後の微生物の発生を抑えられる。これ以上温度が低下すると，容器への充填工程でゲル化するおそれがあるので，最低でも５０°ｃ程度に保温しながら所定容量の容器に充填する。
【００３１】所定容器への充填後は，冷却してゲル化させると，ゲル状給水材ができあがる。なお，ジェランガムゲルの容量は植物の量，種類，天候，温度等により異なるので，ジェランガムゲルの容量は１００ｍｌ〜３０００ｍｌ程度にすると，室内温度で２〜５日程度は水切れを起こさないようにすることができる。
【００３２】＜実験例２＞実験例２では，ジェランガムを０．１７質量パーセント濃度，塩化カルシウムを０．０５質量パーセント濃度に調整した水溶液を容器に１００ｇ調整し，室温まで冷却してゲル化させた。このジェランガムゲルを底部に穴のあいた１００ｍｌの直方体の容器に入れ，ベンジャミンの鉢植え（直径１０ｃｍ，高さ８ｃｍ）の土の上においたところ，数日間給水しなくてもベンジャミンが枯れることなく健全な状態を保った。
【００３３】＜実験例３＞実験例３では，ジェランガムを０．２質量パーセント濃度，塩化カルシウムを０．０６質量パーセント濃度に調整した水溶液１００ｍｌに椰子殻繊維５ｇを混ぜ，容器に充填して冷却し，ゲル化させた。容器の底に穴を開け，重量３０ｇになるまで水を放出させた後，ジェランガムゲルを容器から取り出し，土の上において適当に砕いたところ，椰子殻繊維のためゼリー状部分が目立たず５日間給水できた。乾燥後は椰子殻繊維が土壌と化した。
【００３４】＜ジェランガム濃度と短時間内の離水量の関係＞ジェランガム濃度と離水量の関係を図３のグラフに基づいて説明する。塩化カルシウムを０．０５質量パーセント濃度とし，ジェランガムの質量パーセント濃度を０．１７％，０．２０％，０．２２％，０．２５％，０．３０％に変えて，直径６ｃｍの円柱型のジェランガムゲル１００ｇをそれぞれ調製した。
【００３５】次に，１リットルのビーカーに赤玉土（水分１２．７％）７００ｇを加え，ジェランガムゲルをそのまま土の上にそれぞれ置いた。ジェランガムゲルからの離水量は経時的に測定した。離水量はジェランガムゲルの減少重量及び土の増加重量として求めた。
【００３６】その結果，ゲル濃度が０．１７質量パーセント濃度である場合には，６時間で７割程度の水分を放出した。この試験では赤玉土の上にジェランガムゲルを置いたが，赤玉土，黒土，腐葉土等の土の種類並びに礫・砂の粒径，土に対する割合等により，離水速度が変わることが判明した。
【００３７】＜ジェランガム濃度と長時間における離水量との関係＞さらに，ジェランガムゲルにおけるジェランガム濃度と長時間での離水量との関係を調べた。この試験では，下記の表に示すように，４種類のジェランガムゲルを用い，各々のジェランガムゲルは直径６ｃｍで高さがほぼ３．５ｃｍの円柱型をしており，重量が１００ｇになるように調製した。なお，濃度は質量パーセント濃度を表す。
【００３８】
試験にあたっては１リットルのビーカーに赤玉土（水分１３．８％）７００ｇを入れ，上記第１〜第４のジェランガムゲルをそのまま土の上に置いた。
【００３９】第３のジェランガムゲルについてはそのままおくものとジェランガムゲルを容器にいれたものとがある。この容器は底部に直径１ｍｍ程度の穴をそれぞれ４個開けたものと，９個開けたものを用意した。容器に充填したジェランガムゲルを容器のまま土の上に置く場合についても，経時的にジェランガムゲルからの離水量を測定した。離水量はジェランガムゲルの減少重量及び土の増加重量として求めた。
【００４０】その結果，図４のグラフに示すように，ジェランガム濃度を０．５％とすることで，ジェランガムゲルの持つ水分の９０％を４〜５日かけて放出させることができた。
【００４１】また，ジェランガムゲルの濃度を低濃度のままにしておいて，他の高分子物質，今回はカルボキシメチルセルロースナトリウムを０．３％添加することにより，１日で離水が終了してしまう水分を５日くらいかけて放出させることが可能であった。また，ジェランガムゲルをそのまま置くのではなく，容器にいれてその底部の穴の面積により離水速度が制御できることがわかった。
【００４２】＜土の水分量と離水の関係＞さらに，図５に示すグラフに基づいて，ジェランガムゲルの離水量とジェランガムゲルを載せる土の水分量との関係を説明する。
【００４３】ジェランガムゲルを載せる土として，水分量８．６％，２１％，３０．０％，３３．０％（重量％）の赤玉土３．２Ｋｇ（水分を除く乾燥重量である。水分を含むときの土の全重量はそれぞれ変わる。）を用意した。
【００４４】ジェランガムゲルは，０．１７質量パーセント濃度のジェランガムと０．０５質量パーセント濃度の塩化カルシウムとの水溶液１Ｋｇを，図６に示す円筒形の袋１にいれ，直径１２ｃｍの円筒型にゲル化させた。袋１の底部には，矩形の開口部２を４箇所設けた。
【００４５】このジェランガムゲルを前述の赤玉土の上に載せ，１日後ジェランガムゲルからの離水量を測定した。土の水分量は温度１０５°ｃで４時間乾燥して測定した。その結果，図５のグラフに示すように，土の水分が少ないと，ジェランガムゲルからの離水が多くなっているのがわかる。
【００４６】以上の試験によれば，ジェランガムの濃度を０．１７％，０．２０％とすると図３，図４に示すように，ほぼ２４時間くらいで１００ｇのジェランガムゲルのうちほぼ８５ｇ前後の水が離水し，ほぼ５０時間程度で離水が完了する。また，ジェランガム濃度を０．２２％，０．２５％，０．３０％とすると，６時間以内の離水状況ではほぼ６０ｇ以下であり，１日程度の給水には十分有効であることがわかる。ジェランガム濃度を０．５％〜１．０％程度とすると，離水能力を１５０時間（約６日間）程度持続できるので，輸送等には便利である。
【００４７】カルボキシメチルセルロースナトリウムの代わりに他の合成高分子化合物，天然高分子化合物を添加することも考えられる。ジェランガムゲルの充填容器底部に１ｍｍ程度の直径を有する小さな穴を開口することでよりいっそう離水時間を長期化させることができる。
【００４８】図４からすると，ジェランガム濃度がいずれの場合でも，最初の２４時間の離水量の傾きは大きいが，図５に示すように，赤玉土に含まれる水分の量が３０％を越えると離水量が急激に減少するので，給水始めにおいては離水速度が速くても，すぐに離水速度が低下して２４時間以降の離水量の傾きは少なくなり且つほぼ一定となる。従って，２００時間（１週間）程度の長期にわたってほぼ一定の給水を行うことが可能である。
【００４９】
【発明の効果】本発明にかかるゲル状給水材によれば，ジェランガム水溶液の濃度を調整してジェランガムゲルを形成すると，例えば，鉢植え植物などに給水を行う場合，鉢植え植物の土の上にジェランガムゲルを載せておくだけで，ジェランガムゲルから水が徐々に土中に給水されるため，所定期間鉢植え植物へ給水でき，人手を要しない。
【００５０】また，水が土中に吸収される量及び時間はジェランガムゲルの容量及び濃度の選択により決定されるため，各種の給水能力時間を有する複数種のジェランガムゲルを土壌上に置くことにより，長期間の給水も可能となる。
【００５１】さらに，底部や周壁下部に一定面積の開口部を有する容器にジェランガムゲルを入れておくことにより，給水時間を調整することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】処理工程図
【図２】ジェランガム分子の重合単位の構造式
【図３】ジェランガム濃度の違いによる短時間における離水量変化を示すグラフ
【図４】ジェランガム濃度の違いによる長時間における離水量変化を示すグラフ
【図５】搭載土壌の水分の比率と離水量との関係を示すグラフ。
【図６】ジェランガムゲルを入れる袋の底面図
【符号の説明】
１ 円筒型の袋
２ 開口部
【特許請求の範囲】
【請求項１】→３）−β−Ｄ−グルコピラノース−（１→４）−β−Ｄ−グルクロン酸−（１→４）−β−Ｄ−グルコピラノース−（１→４）−α−Ｌ−ラムノピラノース−（１→の繰り返し単位からなる多糖類を，０．０５質量パーセント濃度ないし５．０質量パーセント濃度の範囲で水に溶解させると共に，さらにこの水に対してゲル化促進剤を０．００１質量パーセント濃度〜１．０質量パーセント濃度の範囲で溶解させて，ゲル化させたことを特徴とするゲル状給水材。
【請求項２】請求項１のゲル状給水材において，前記ジェランガム水溶液の濃度を０．１質量パーセント濃度〜１．０質量パーセント濃度の範囲に設定したことを特徴とするゲル状給水材。
【請求項３】請求項１又は請求項２のゲル状給水材において，前記ジェランガム水溶液に植物活性剤，土壌改良剤，ゲル強度調整剤等のいずれかを単一にまたは混合して添加したことを特徴とするゲル状給水材。
【請求項１】→３）−β−Ｄ−グルコピラノース−（１→４）−β−Ｄ−グルクロン酸−（１→４）−β−Ｄ−グルコピラノース−（１→４）−α−Ｌ−ラムノピラノース−（１→の繰り返し単位からなる多糖類を，０．０５質量パーセント濃度ないし５．０質量パーセント濃度の範囲で水に溶解させると共に，さらにこの水に対してゲル化促進剤を０．００１質量パーセント濃度〜１．０質量パーセント濃度の範囲で溶解させて，ゲル化させたことを特徴とするゲル状給水材。
【請求項２】請求項１のゲル状給水材において，前記ジェランガム水溶液の濃度を０．１質量パーセント濃度〜１．０質量パーセント濃度の範囲に設定したことを特徴とするゲル状給水材。
【請求項３】請求項１又は請求項２のゲル状給水材において，前記ジェランガム水溶液に植物活性剤，土壌改良剤，ゲル強度調整剤等のいずれかを単一にまたは混合して添加したことを特徴とするゲル状給水材。
【図１】
【図３】
【図５】
【図２】
【図４】
【図６】
【図３】
【図５】
【図２】
【図４】
【図６】
【公開番号】特開平８−１３４４４７
【公開日】平成８年（１９９６）５月２８日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平６−２６９６５５
【出願日】平成６年（１９９４）１１月２日
【出願人】（５９１２８６２７０）株式会社伏見製薬所 (50)
【公開日】平成８年（１９９６）５月２８日
【国際特許分類】
【出願日】平成６年（１９９４）１１月２日
【出願人】（５９１２８６２７０）株式会社伏見製薬所 (50)
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