水性凝胶体制造装置及水性凝胶体制造方法

摘要

本发明提供能够生产性良好地制造绳状或带状水性凝胶体的水性凝胶体制造装置，以及生产性良好地制造绳状或带状水性凝胶体的水性凝胶体的制造方法。所述水性凝胶体制造装置具有：向使该凝胶形成性水溶液凝固、形成水性凝胶的凝固液中连续地导入凝胶形成性水溶液的凝胶形成性水溶液供给部；用于装该凝固液的凝固液槽；以及将在该凝固液槽内形成的连续形状的水性凝胶体连续地取出到该凝固液槽外的水性凝胶取出单元。

说明书

技术领域

本发明涉及一种水性凝胶体制造装置，其用于制造能应用于植物等的栽培用培养基或凝胶被覆种子、以及室内装饰或儿童的科学玩具的长的水性凝胶体。

背景技术

作为植物等的栽培用培养基，已知含有水性凝胶体的物质，作为形状，一直使用块状、圆筒状或粒状(专利文献1、2)。

在此，本发明人等最近提出了以绳状或带状的培养基作为新的含有水性凝胶体的培养基的方案(日本专利申请2006-30928)。这种培养基与块状或圆筒状的培养基相比，植物的根易于生长，通过灌水进行的水分补给容易，并且，改善作为粒状培养基缺点的植物易倒的缺点，室内装饰性也高，此外，由于相互缠合而也能使剪的花自由生长。

对于这样的绳状或带状的培养基来说，虽然可以从例如大块状的水性凝胶体切出得到，但是此时的生产性低，存在费事的问题，要求能获得更高生产性的制造方法和制造装置。

此外，同时要求这种制造装置为如下的制造装置：改良以往的凝胶被覆种子(专利文献3)的缺点，具有不用特别的播种机也能够播种的优点，由本发明人等提案的、日本专利申请2006-13785所述的能应用于制造绳状或带状凝胶被覆种子的制造装置。

专利文献1：特开平9-74919号公报

专利文献2：特开平6-276873号公报

专利文献3：特开平9-15号公报

发明内容

本发明的目的在于，提供改善上述的以往问题点，即，能生产性良好地制造绳状或带状水性凝胶体的水性凝胶体制造装置，以及生产性良好地制造绳状或带状水性凝胶体的水性凝胶体制造方法。

本发明的水性凝胶体制造装置，为了解决上述问题，如本发明的第1项所记载，其是具有如下单元的水性凝胶体制造装置：凝胶形成性水溶液供给部，其将凝胶形成性水溶液连续地导入到使该凝胶形成性水溶液凝固而形成水性凝胶的凝固液中；用于装该凝固液的凝固液槽；以及水性凝胶体取出单元，其将在该凝固液槽内形成的连续形状的水性凝胶体连续地取出到该凝固液槽外。

此外，本发明的水性凝胶体制造装置的特征在于，如第2项所记载，在第1项所记载的水性凝胶体制造装置中，具有将通过上述水性凝胶体取出单元从上述凝固液槽取出的水性凝胶体进行水洗的水洗槽。

此外，本发明的水性凝胶体制造装置的特征在于，如第3项所记载，在第1项或第2项所记载的水性凝胶体制造装置中，具备将上述连续形状的水性凝胶体切断的切断单元。

此外，本发明的水性凝胶体制造装置的特征在于，如第4项所记载，在第1～3项中的任一项所记载的水性凝胶体制造装置中，具有用于将粒状物供给到上述凝胶形成性水溶液内的粒状物供给单元。

此外，本发明的水性凝胶体制造装置的特征在于，如第5项所记载，在第4项所记载的水性凝胶体制造装置中，上述凝胶形成性水溶液供给部具有含有内管和包围该内管的外管的喷嘴部，并且具备向该喷嘴部的外管与内管之间供给上述凝胶形成性水溶液的喷嘴部给液部、和用于将供给到该喷嘴部的外管与内管之间的该凝胶形成性水溶液向上述凝固液喷出的喷嘴前端部。

此外，本发明的水性凝胶体制造装置的特征在于，如第6项所记载，在第5项所记载的水性凝胶体制造装置中，上述粒状物供给单元将粒状物供给到上述喷嘴部的内管内。

此外，本发明的水性凝胶体制造装置的特征在于，如第7项所记载，在第2～6项中的任一项所记载的水性凝胶体制造装置中，上述水洗槽是通过流水进行水性凝胶体的水洗的水洗槽，而且，用于排放该流水的排水口被设于该水洗槽底部。

本发明的水性凝胶体制造方法的特征在于，如第8项所记载，使用第1～7项中的任一项所记载的水性凝胶体制造装置，得到绳状或带状的水性凝胶体。

通过本发明的水性凝胶体制造装置，可以生产性良好地制造绳状以及带状的水性凝胶体，此外，直接或者通过稍微的改造，就可以得到如下的绳状或带状的凝胶被覆种子：与以往的凝胶被覆种子相同，可以大幅度提高收量和品质，同时，不需要特别的点播机，而且，可以得到能在播种中节省劳力的绳状或带状的凝胶被覆种子。

附图说明

图1：是本发明所述的水性凝胶体制造装置A的模式图。

图2：是水性凝胶体制造装置A的凝固液槽5的流向下侧端部附近的扩大模式图。

图3：是本发明所述的水性凝胶体制造装置B的模式图。(a)是装置整体的模式图。(b)是喷嘴部4’附近的扩大仰视图。

图4：是显示向水性凝胶形成性水溶液的液流内添加种子的状态的喷嘴部4’的剖面模式图。

图5：是种子供给部之一例的模式图。

图6：(a)是显示通过本发明所述的水性凝胶体制造装置制造的绳状水性凝胶体的模式图。(b)是模式地显示将(a)的水性凝胶体堆积、作为培养基在内部将种子进行了播种的状态的图。(c)是显示通过本发明所述的水性凝胶体制造装置制造的、在内部播种有种子的绳状水性凝胶体(绳状的凝胶被覆种子)的模式图。

符号说明

A，B本发明所述的水性凝胶体制造装置

1   水性凝胶形成性水溶液罐

2   水性凝胶形成性水溶液

3   管道

4   喷嘴部

4a  喷嘴部4下部的开口

5   凝固液槽

5c  凝固液

6   辊

7   分割板

7a  刀具

8   水洗槽

9   接受盘

4’ 喷嘴

4a’喷嘴部4’的内管内侧4a’

4b’喷嘴前端部4b’

具体实施方式

本发明的凝胶被覆种子中的凝胶可以使用：在凝胶被覆种子所使用的普通的水性凝胶中，通过凝胶形成性水溶液和使该凝胶形成性水溶液凝固、形成水性凝胶的凝固液所形成的凝胶。

作为这样的凝胶形成性水溶液的成分，可以举出选自藻酸钠、茱萸烷胶(zierane gum)、黄原胶、刺槐豆胶、羧甲基纤维素、果胶、明胶、角叉菜胶、聚丙烯酸钠以及琼脂等的天然、合成凝胶形成性高分子。

凝固液的成分使用适于这些凝胶形成性水溶液成分的物质。可以举出将如下水溶液分别组合的组合：即，凝胶形成性水溶液的成分为藻酸钠时，在水中将钙、钡等2价金属或铝作为离子离解的盐类(为了防止对植物体的不良影响，通常使用氯化物盐)的水溶液；而使用羧甲基纤维素水溶液作为凝胶形成性水溶液时，作为凝固液的硫酸钾铝(钾明矾)水溶液。

另外，除了这些物质以外，还可以在凝胶形成性水溶液中适当追加作为第三成分的各种防腐剂、肥料成分、成长促进剂、或者染料或颜料等的着色成分，或者例如用作室内装饰用途的培养基的情况等，也可以追加香料成分等。

优选调整凝胶形成性水溶液，使得本发明的水性凝胶体的水分率达到90重量％以上。如果水分率小于90重量％，则用作培养基时保水力减少；另外，用作凝胶被覆种子的被覆凝胶层时，有时会有如下情况：被覆凝胶体硬化，妨碍植物的突出(芽或根生长到被覆凝胶体之外)，最终枯死，或者变形成长，不适于作为商品作物。

本发明的水性凝胶体制造装置具有：凝胶形成性水溶液供给部，其使用上述那样的凝胶形成性水溶液和凝固液、将凝胶形成性水溶液连续导入到凝固液中；用于装凝固液的凝固液槽；以及水性凝胶体取出单元，其将凝固液槽内所形成的连续形状的水性凝胶体连续取出到凝固液槽外。

作为凝胶形成性水溶液供给部，只要是将凝胶形成性水溶液连续导入到凝固液中的供给部，无论什么样都可以，但优选没有大的不均、能够定量导入的供给部，作为这样的凝胶形成性水溶液供给部，可以举出使用泵或压缩空气的压力的供给部。

凝胶形成性水溶液供给部的将凝胶形成性水溶液导入到凝固液的前端，可以是管道本身，或者，为了将液流细径化，也可以设置喷嘴，此外，还可以形成分支，或者，还可以把喷嘴前端制成淋浴头形状，使得能够同时得到复数根至多数根的水性凝胶体。

另外，通过改变喷嘴前端的形状，可以得到剖面为圆形或带状等的水性凝胶体。为带状的水性凝胶体时，剖面形状除了长方形以外，还可以根据需要，改变前端的形状，以得到椭圆、或者角部圆滑的长方形、复数圆连接的形状(扁平电线状)等的水性凝胶体。

在所得水性凝胶体中封入粒状物时(作为粒状物含有种子的水性凝胶体形成凝胶被覆种子)，可以将预先添加了粒状物的凝胶形成性水溶液导入到凝固液中，制成封入这些粒状物的水性凝胶体。此时，作为将添加有粒状物的凝胶形成性水溶液连续导入到凝固液中的凝胶形成性水溶液供给部的送液单元，有时会损伤粒状物、或者因这些粒状物而不能送液，所以优选不是齿轮泵或柱塞泵等泵类、而是使用利用压缩气体压力的压力送液单元。

此外，还可以使用双套管式喷嘴在即将导入到凝固液之前的凝胶形成性水溶液中添加固体物。后者的情况，容易控制向所得水性凝胶体添加的固体物长度方向的分布，而且，此时，可防止粒状物的损伤，也容易送液。

双套管式喷嘴是指含有内管和包围内管的外管的喷嘴，将凝胶形成性水溶液供给到外管与内管之间，具备用于将该凝胶形成性水溶液向凝固液喷出的喷嘴前端部，通过将固体物供给到其内管中，可以容易得到封有粒状物的水性凝胶体连续体，此时通过控制粒状物的供给，可以控制添加到水性凝胶体中的固体物长度方向的分布。

作为通过本发明的水性凝胶体制造装置得到的绳状或带状水性凝胶体中所封入的粒状物，除了植物的种子、具有生长能力的胚或不定胚等种子类似物(包括切片或块茎等组织)、或者通过微细硅藻土等将这些物质成形为球状的颗粒种子(在本发明中，将它们统称为“种子”)等之外，由于水性凝胶体一般呈透明，可以观察到配置于内部的物质，所以作为宜人(amenity)或室内装修用途，种子以外的物质，例如可以封入色珠等，或者在儿童的科学玩具等的用途中，还可以封入生物的蛋等。另外，也可以组合多种这些粒状物使用。

在本发明中，使用种子作为粒状物时，即，制造凝胶被覆种子时，如果绳状或带状的被覆凝胶体内设有间隔，每个间隔配置1个或多个种子，则仅通过将绳状的被覆凝胶沿着垄、直线或曲线展开而播种到田地中，就能确保发芽后的植物生长所必需的空间，可以不需要间拔等的费事。在此，更优选上述间隔为一定间隔。

另外，制造凝胶被覆种子时，其绳状或带状的水性凝胶体(被覆凝胶层)内可以仅配置一种种子，或者配置颜色不同的花的种子等，根据需要，还可以在1个绳状或带状的被覆凝胶体内配置不同种类的种子。

对于凝胶被覆种子来说，种子在被覆凝胶体较长方向有一定间隔，特别是配置确保不阻碍其植物体生长所必需的空间的间隔，则不需要向田地播种后的间拔，而且也不产生生长的阻碍，所以是优选的。此外，根据种子植物体的性质或种子的出芽率，可以适当配置单独1个1个的或多个种子相间的。

如上所述，将根据需要添加有粒状物的凝胶形成性水溶液的液流导入到凝固液槽内的凝固液中。

此时，在凝固液中形成的绳状或带状的水性凝胶体的硬度根据与凝固液接触的时间而变化。为此，将装凝固液的凝固液槽制成水性凝胶体形成后在适当的接触时间后被连续取出的形状。此时，也可以通过将水性凝胶体在凝固液中弯曲而使凝固液槽的大小变小，然而，由于此时水性凝胶体有可能在凝固液槽内中断，所以凝固液槽优选制成不弯曲水性凝胶体的、能够获得必要的凝固时间的较长形状。

此外，凝固液中的凝固成分由于形成水性凝胶体而逐渐消失，所以优选搅拌凝固槽内的凝固液、或者在凝固液槽中设置循环的凝固液均匀化单元，以不产生部分浓度差。另外，由于凝固液槽的形状是如上所述的较长形状，所以作为凝固液均匀化单元更优选为循环式。

通过将凝固槽内形成的连续形状(绳状以及带状)的水性凝胶体连续取出到凝固液槽外，从而可以得到在长度方向没有硬度不均的水性凝胶体，而且形成构造也简单的物质。作为能够这样连续取出的水性凝胶体取出单元，可以举出辊或网带式输送机(netconveyor)、皮带输送机等。

如此被取出到凝固液槽外的绳状或带状的水性凝胶体，如果原样放置则因附着的凝固液而硬化，所以根据需要进行水洗。作为水洗方法，可以对水性凝胶体以淋浴状供给水来进行水洗，但是，设置水洗槽，将从凝固液槽取出的水性凝胶体装入，通过对该水洗槽供给水(流水)，可以有效地进行水洗。

在此，由于凝固液的比重比水大，而容易滞留在水洗槽底部，因此，通过将水洗槽的排水口设置在水洗槽底部，可以进行更有效的洗涤。

如此得到的绳状或带状水性凝胶体(凝胶被覆种子)例如可以形成直接将长形状的水性凝胶体卷曲到卷轴上、在容器或聚乙烯制袋内堆积等的包装外形，但是，根据操作上、搬运上的需要或者需要者的要求，也可以切断成适当的长度。此时，切断可以在上述水洗之前，也可以在之后。

此外，还可以以制成绳状以及带状水性凝胶体(凝胶被覆种子)的状态直接使用，但是，为了搬运或保存等，可以与以往的粒状凝胶被覆种子同样地操作，根据需要将其干燥，在这种情况下，可以通过在使用前在水中浸渍等的方法，容易恢复原状而使用。

在通过本发明的水性凝胶体制造装置得到的绳状水性凝胶体的情况下，在培养基用途或凝胶被覆种子用途中，在内部封入配置的粒状物时，其粗细虽然根据该粒状物的大小而异，但是通常优选达到1mm～15mm。如果粗细小于1mm，则不能获得操作上所要求的强度；而如果超过15mm，则在形成了凝胶被覆种子的情况下，发芽后的芽或根不能突出到凝胶体外部，很可能产生成长障碍等的不良情况。

另外，如此制成的绳状或带状的水性凝胶体，由于含有水性凝胶而在强度方面较弱。因此，为了提高较长方向的强度而使操作性提高，可以在内部配置线(股线、纱线)、绳等、或者短纤维等的增强纤维体。在此，作为这样的线、绳等的增强纤维体，在培养基或凝胶被覆种子用途的情况下，含有在田地中被自然分解的天然纤维或合成纤维，由于这不需要回收或废弃等的费事而优选。另外，利用短纤维进行增强时，例如通过在凝胶形成性水溶液中混合这些短纤维而能够实现；此外，利用线或绳进行增强时，也可以将这些纤维体供给到导入凝固液之前的凝胶形成性水溶液的液流中。另外，绳或者线可以不只是1根，也可以通过多数根来进行增强。

另外，在本发明的水性凝胶体制造装置中，可以连续设置凝固液槽和水洗槽，在水洗槽下游侧设置水性凝胶体取出单元，从而连续取出绳状或带状的水性凝胶体，这种情况也被包括于本发明中。

以下，使用附图对本发明的水性凝胶体制造装置的一例A进行说明。

图1表示水性凝胶体制造装置A，该装置具有：凝胶形成性水溶液供给部，其将凝胶形成性水溶液连续导入到使该凝胶形成性水溶液凝固而形成水性凝胶的凝固液中；用于装凝固液的凝固液槽；以及水性凝胶体取出单元，其将在该凝固液槽内形成的连续形状的水性凝胶体连续取出到该凝固液槽外；水洗槽，其将通过该水性凝胶体取出单元从上述凝固液槽取出的水性凝胶体进行水洗。

利用从空气导入口1a导入的空气压力，从水性凝胶形成性水溶液罐1底部通过管道3将图1所示的水性凝胶形成性水溶液罐1内部的水性凝胶形成性水溶液2供给到喷嘴部4。

水性凝胶形成性水溶液2从喷嘴部4下部的开口4a形成液流，向喷嘴部4下方的凝固液槽5流下，被导入到凝固液5c中。

在上述装置中，喷嘴部4下端在本例中位于凝固液槽5的凝固液5c的液面上方，但也可以使喷嘴部4下端位于凝固液5c之中。

但是，使喷嘴部4下端位于凝固液槽5的凝固液5c的液面上方时，就不会在喷嘴部4的内部发生堵塞。

凝固液槽5的凝固液5c由于通过附属于凝固液槽5的管路5a和泵5b进行循环，所以不会产生水性凝胶形成性水溶液的凝固不均。根据滞留在凝固液内的时间，决定与凝固液的接触时间，因此通过调整凝固液槽5的长度、调整后述的利用辊6进行的从凝固液槽5取出的速度等，调整到能够获得适当的凝固状态。

在该装置凝固液槽5的流向下侧端部倾斜地设有板5d，在其前部设有辊6，通过没有图示的发动机转动。所得水性凝胶体的绳状被覆凝胶体的粗细根据喷嘴部4的直径、供给到喷嘴部4的水性凝胶形成性水溶液2的量以及辊6的旋转数而决定。另外，通过配置于凝固液槽5的流向下侧端部的板5d，绳状水性凝胶体没有损伤地被供给到辊6，也可以使凝固液槽5的流向下侧端部倾斜来代替板5d。

在辊6的下方，有接受盘9和水洗槽8，在本例中，从水洗槽8一个侧面的底部供给流水，从设置于其他侧面底部的排水口8a排水，进入到接受盘9的绳状水性凝胶体通过该水进行水洗，并且，所含过剩的凝固成分沉淀在水洗槽8底部，从排水口8排出，因此洗涤效率高。

辊6与水洗槽8之间具有图中左右往返运动的分割板7，由于使供给到接受盘9的绳状水性凝胶体在接受盘9内不呈偏析，所以进行有效地水洗。

在分割板7的上部设有图中左右带有刀的各种刀的刀具7a，在分割板7左右往返运动时，将绳状水性凝胶体切断成适当的长度(例如2m)(参照图2)。另外，该刀具7a不是必须的，也可以把接收盘9内经水洗的绳状水性凝胶体以较长方式直接用例如卷盘卷取。

在上述那样的水性凝胶体制造装置A中，如果在凝胶形成性水溶液中加入种子，则能够制造绳状凝胶被覆种子，而此时难以使所得绳状凝胶被覆种子中的较长方向的种子分布均匀。

在此，对水性凝胶体制造装置B进行说明，所述水性凝胶体制造装置B使用容易控制在水性凝胶体内封入的粒状物的长度方向分布的双套管式喷嘴。

图3(a)是本发明所述的水性凝胶体制造装置B整体的侧面模式图，图3(b)模式地表示其喷嘴部的上面。

该水性凝胶体制造装置B与水性凝胶体制造装置A只有喷嘴部不同，与水性凝胶体制造装置A相同的部分标以相同符号。以下，对水性凝胶体制造装置B的喷嘴部4’进行说明。

喷嘴部4’是设于凝胶形成性水溶液供给部的、含有内管和包围该内管的外管的喷嘴部；该喷嘴部具备：将凝胶形成性水溶液供给到喷嘴部4’的外管与内管之间的喷嘴部给液部4c’(从水性凝胶形成性水溶液罐1底部与管道3连接)，和用于将被供给到喷嘴部4’的外管与内管之间的凝胶形成性水溶液2向凝固液5c喷出的喷嘴前端部4b’。

将凝胶形成性水溶液2供给到这样的喷嘴部4’的喷嘴部给液部4c’的外管与内管之间时，如图4中喷嘴部4’附近的扩大模式图所示，从喷嘴前端部4b’喷出凝胶形成性水溶液2，该凝胶形成性水溶液2形成与其流动方向垂直的剖面呈“O”字状的液流，在喷嘴前端部4b’下方形成普通的液流。在此，如果将粒状物(在该例中为种子)定期供给到喷嘴部4’的内管内侧，则能够使所得到的被封入到绳状水性凝胶体内的粒状物的长度方向分布均匀。

粒状物的供给可以是人用手进行，但也可以通过直接用机械手或各种播种装置、或者将其改造后来进行。

作为这样的播种装置，可以举出使用具有切口部的旋转圆盘的辊式播种装置，利用真空(减压)来吸引·保持种子的吸引种子式播种装置(一般为主要利用中空针状吸引部的方法和通过设于圆盘的孔来吸引·保持种子的方法的2种方法)，送料器式播种装置(使种子输送路径振动来输送的装置)，或者多孔板式播种装置等。

在图5中，示出将辊式播种装置改造而制成的粒状物(种子)供给部的模式图。在该例中，从加料斗将适合于切口部大小的数目(在该例中为2个)的种子(粒状物)供给到在旋转圆盘上设置的切口部中，通过旋转圆盘的旋转(以一定速度旋转)，在粒状物供给部的下方定期供给所规定的数目的种子(粒状物)。通过与这样的粒状物供给部并用，可以将粒状物供给到喷嘴部4’的内管内侧4a’中。

图6(a)模式地显示了使用上述水性凝胶体制造装置A制成的绳状水性凝胶体(培养基)，图6(b)模式地显示了蓄积这样的水性凝胶体后播种了种子的状态，图6(c)模式地显示了使用上述水性凝胶体制造装置B在内部封入了种子的绳状水性凝胶体(绳状凝胶被覆种子)。