株式会社華玉

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華ちゃんの独り言 第13回 鉄黒コート用専用消石灰の最適配合比について

2016年09月26日

前回、骨材の剥がれを防ぐ方法について残りのアイデアを書く予定でしたが、変更して鉄黒コート用のバインダーとして使われる、特殊配合処理した消石灰の具体的な取り扱い方法をお知らせします。

 

市販の消石灰では硬化時間が長く、しかも強度も弱い。今回開発した商品はこれからの欠点を改良し、焼石膏なみの品質に向上しました。まだまだ改良の余地がありますが、とりあえず鉄黒コート用「専用消石灰」と称して黒顔料HY-335とともに今年のより試販売することに決定いたしました。本年市販の消石灰を使用してトラブルのあったモニターの農家様もご満足いただけるかと思います。どうぞよろしくご採用お願い申し上げます。

現在までの実験と経験で得られました鉄黒コートの骨材、黒顔料HY-335とバインダー専用消石灰との使用最適比は下記のようになります。

 

 

籾(乾燥重)     10kg     10kg     10kg

黒顔料        5kg       3kg       2kg

専用消石灰      1kg       1kg      1kg

 

 

造粒前の籾の処理は播種時間が十分にある場合、乾燥状態または浸種後脱水して処理する方法もありますが、鳩胸や催芽籾で播種したい場合は適温で浸種し、籾の状態を確認し脱水して造粒すれば、早期播種が可能となります。

上記比率で混合、水添造粒すれば数時間以内で発熱なく固化し播種可能となります。また、専用消石灰の質量を変えずに(1kg)黒顔料HY-335の質量を上記数値内で変更しても(例 10:4:1、10:3.5:1)強度は変わりません。専用消石灰の添加量は0.5kgまで減らしてもあまり変わりません。ご使用の際あらかじめチェックしてください。

当社は計量の手間を省くのと、健康安全面(粉体の皮膚付着)の点で試販売の包装を黒顔料は5kgP/E袋、専用消石灰は1kgP/E袋を標準とし、開封即投入で手間や汚れをなくすようにしました。

 

具体的なサンプルやご質問は下記要領で展示会に参加出展しますので、ぜひ当社へお立ち寄りください。お待ち申し上げております。

 

会場: 幕張メッセ(千葉県)

展示会名称: 第6回国際農業資材EXPO

会期・時間: 2016年10月12日〔水〕~14日〔金〕

         10:00~18:00(14日〔金〕のみ17:00終了)

展示ブース: 3ホール 小間No.14-19

 

 

 

華ちゃんの独り言 第12回 鉄黒コートの進化と改良について

2016年08月22日

前回ブログで報告しましたように、鉄黒コートの欠点が判明しました。コーティングした皮膜の強度が弱いことです。そのため既存の播種機で点播した場合ハガレが生じ大きな問題になりました。それ以外はすべて鉄コーティングの欠点をカバーし、進化していました。

岡山の高山さんせっかく山田錦に採用していただいたのに、大変ご迷惑をかけました。申し訳ありませんでした。焼き石膏で解決しましたでしょうか.ハゲが多いことによる失敗には共通点があることに気付きました。それは粒径の小さい黒顔料(ここではHY-330)の多量添加と市販の消石灰をバインダーとして使用しかつ添加量が少ないことでした。播種時に強い機械の応力が籾に掛かるとは考えず、実験でのデータと経済性との比較で出した配合比は華ちゃんの大失敗でした。データを信用してテストをしてくれました農家の方々には、多大なる迷惑をかけたことを心から深くお詫び申し上げます。

この問題を解決するためには何から手を付けるべきか考えました。ソフトな皮膜でも播種できる播種機を開発すればよいのですが、時間と資金が必要のため先送りにしました。華ちゃんは外国のメーカーと組んでもこれを開発する気持ちです。次に品質の改良です。問題は焼き石膏と鉄粉の硬化体の方が消石灰と黒顔料の硬化体より籾にコートした場合、強度が大きくハゲにくいとゆうことです。なぜか。話を単純化するために焼き石膏や消石灰等の結合材をバインダーと称し鉄粉や黒顔料等の粉体を骨材と称して、バインダーと骨材の関係で話を進めます。バインダーと骨材に助材として水(ここでの話)を添加することにより、流動性が増し混錬することによりバインダーが骨材を包み込み、同時にバインダーの硬化が始まり全体の流動性がなくなり、硬化体となって終了です。ここらへんはこのブログのどこかで説明しましたので理解できると思います。ではこの硬化体の内部はどうなっているのでしょうか。図で示したほうがわかりやすいと思います。内部での収縮・膨張はない場合と仮定します。

 

図1

↑籾と表層の密着は良好(乾燥して収縮があれば接着強度は落ちる)

 

図2

↑この図の強度は圧縮では強くなり、曲げでは少し弱くなる。

骨材の色はバインダーの屈折率次第籾と表層の結合力は変わらず。

 

図3

↑この図の圧縮強度は最大だが、曲げは弱くなる。骨材の色が付き始める。

籾と表層の結合力は維持される。

 

図4

↑骨材の色が濃くなり、触ると骨材の粉が手につく。

圧縮、曲げの強度は落ちてくる。

籾の間の結合力も弱くなり指圧でハゲやすくなる。

 

図5

↑バインダー間の接合が切れて強度はなくなりボロボロになる。

籾と表層の結合もなくなりハゲる。

 

 

なぜ黑顔料HY-335に比べHY-330がバインダーと混合し硬化した場合,指触すると柔らかく感じ、粉が指に付きハゲやすいのでしょうか。これはHY-335よりHY-330の方が見かけ粒子の径が小さいことから説明できます。コーティングの使用比率はすべて質量であらわし、計量され使用されます。例えば10:5:1は籾:骨材:バインダーのことで10kg:5kg:1kgです。このことから同一質量の黒顔料では粒径が小さいほど骨材の粒子数が多くなります。また全体の表面積も大きくなります。図―2がHY-335の混合状態とするとHY-330は図―4か図―5の状態になるでしょう。それでは骨材のハガレを防ぐ方法はないのでしょうか。華ちゃんは五つほどアイデアがでました。一つ目は骨材の添加量(粒子の数)を減らすことです。つまり図―4から図―3に移行することです。ところが問題が発生します。例えば10㎏:5㎏:1kg(16kg)から10kg:2kg:1kg(13kg)にすると16-13=3kg籾が軽くなります。水田中に散布時に問題がなければこの方法は有効です。二つ目はバインダーの強度を上げることです。今回のバインダーは焼き石膏と消石灰のみを取り上げます。経済性と実用性の知見からこの二つの物質を取り上げれば後は推論できると思いました。過去のブログで説明をしていますが、消石灰の硬化条件と焼き石膏の硬化条件は水を添加するまでは同じですが全く異なります。消石灰は化学反応で水の存在下で空気中(ここでは)の炭酸ガスと化合して炭酸カルシウム(通常炭カル)となり白く硬化します。天然ではセメントの原料となる石灰石や大理石です。長い時間をかけて生成したこれらの原石は硬くて指圧ぐらいではボロボロになりません。焼き石膏は水分子が0.5個無水石膏についたもので半水石膏ともいわれ、これに水分子がさらに1.5個合計2個の水分子が付くと硬い石膏(二水石膏)になります。この反応は水和反応と呼ばれています。消石灰のように別の化学物質に変化するわけではありません。

焼き石膏(半水石膏)が水で水和反応をおこし二水石膏になれば終了です。華ちゃんは試してみました。籾の表面に硬い皮膜が生じます。これはバインダーの強度を上げるのに適しています。ところが焼き石膏に鉄粉を混ぜて硬化すると別の現象が発生します。水を添加することにより鉄が酸化され、酸化鉄の結晶が大きくなり、つまり膨張することによりその力は二水石膏の強度以上となり、皮膜全体が弱くなり一部破壊とゆう現象です。ホームセンターあたりで販売している焼き石膏ではこの現象がままみられます。発現強度が弱いからです。これには理由がありそうです。実は半水石膏には二種類のタイプがあります。化学成分も結晶形も同じですが製造法が違えば、α型半水石膏とβ型半水石膏と称する二タイプが得られます。(詳細はサンエス石膏(株)または吉野石膏(株)のサイトを参照)。

α型半水石膏は結晶が小さくβ型半水石膏は結晶が大きくて粗いと単純に考えてください。もうお分かりと思いますが同じ質量では結晶が小さいものと結晶が大きいものでは同容量の骨材を包んで強度を上げるには結晶の数が多いほど(結晶が小さいほど)、無駄な空隙(空間)が少なくなり、強度が上がります。

 

 

図6

図―6は分かりやすくするために同一質量の木材を一方ではおがくずにし他方では長さの異なるマッチ棒にしました。これをビーカーに入れ体積を量ります。おがくずの方が格段に体積が小さいはずです。マッチ棒を綺麗に並べて入れれば体積は小さくなりますが、自然界の原理に従ってばらばらに入れれば見かけ容積は大きくなり空隙だらけになります。α型がおがくずでβ型がマッチ棒です。骨材と硬化した時の状態をミクロで見ると多分図―7のようになると思います。

 

 

図7

結晶が大きく空隙が多いほど強度が落ちるのは図―7で明らかでしょう.この図は半水石膏が二水石膏に変化したときの想像図です。これらの微細な空隙に水が酸素を伴って鉄粉のところまで侵入してきたらどうなるでしょう。鉄粉は酸化され変形。・縮小し発熱で拡張した空間に,成生した酸化鉄は多分針状結晶となって石膏と絡み合い、空隙中を占有してゆくでしょう。また酸化鉄同志が絡み合うこともあるでしょう。これ以上は本題から離れますのでやめます。以上で焼き石膏でもα型半水石膏の含有量が多いほうが強度面で有利だと判明しました。これで第11回ブログの中で発熱せず粒子径のやや大きい黒顔料HY-335とα型半水石膏の利用を勧めた理由がお分かりと思います。

さてバインダーとしての消石灰の挙動はどうでしょうか。半水石膏は水さえ加えればすぐに二水石膏になり短時間で硬化しますが、もともと固形の消石灰は水に入れても反応しません。ただ一定温度下での溶解度分だけ溶けます。溶けるとすぐに水中に溶解している炭酸ガスと反応して炭酸カルシウムとなりその再溶解もありますが白い結晶が消石灰のまわりや周囲に沈殿をします。一度に消石灰の塊が炭酸カルシウムに変化するわけではありません。消石灰―水―炭酸ガス―炭酸カルシウムの四つの成分が一体となって反応が進行します。最終的に消石灰が全部炭酸カルシウムに変化した状態(理想的状態)を華ちゃん独自で想像すると図―8のようになります。

 

 

図8

炭酸カルシウムが析出するにつれ、消石灰が消費されやがて消石灰の固形の部分が空洞として残り、主として水と空気が残存すると考えました。もちろん炭酸カルシウムも水があれば溶解度分は存在します。水がなくなれば空洞と消石灰と炭酸カルシウムの微細結晶の混合体ではないでしょうか。石灰石や大理石のように緻密で大きな結晶ですと空隙も少なく強度も上がりますが、大きな消石灰の塊と生じた空隙が炭酸カルシウムの結晶の大きさより大きい場合全体としては海綿の状態と思います。したがって強度も弱く加圧により籾の表面からハゲることになると思います。この消石灰の炭酸化により炭酸カルシウムになるためには、自然条件では長時間かかります。ご承知の漆喰が条件次第では数週間硬化に時間がかかります。農家ではもっと短時間作業を要求されます。半日ぐらいで作業が完成する方法はないのでしょうか。消石灰を炭酸カルシウムでなくほかの化合物に変えたらどうでしょうか。華ちゃんは試してみました。燐安は肥料に使用されていますが、消石灰と反応するとリン酸カルシウムとなり、強度も上がり燐も含まれ好都合かと思いました。でも実験は失敗しました。反応はうまく進行してリン酸カルシウムが形成されますが、人体に有害なアンモニアガスが発生することでした。危険な作業は農家にまかせられません。

それに窒素分がこの反応で空気中に無駄に散失するからです。ほかにもみ殻の表面成分のクチクラの一部を変化させて接着性を改善することを考えましたが、華ちゃんの能力を超えるため取りやめました。こんな時には「温故知新」、鉄黒コートの研究で大変お世話になっています「北陸研究センター」の古畑昌己先生の論文を読んで何かのヒントを掴むことでした。アリマシタ。早速テストを始めました。成功です。強度はα型半水石膏と同レベルであり、硬化時間も数時間で完結します。鳩胸や催芽籾にも使えます。もちろん発熱も無く発芽率も原籾と変わりません。実用化の最終チェックを農家で行いますが微調整を除き旨くゆくと華ちゃんは信じています。これで第11回のブログで、鉄黒コートの問題点を報告しましたが,鳥害を除きすべて解決できたと思います。前回ブログで鉄黒コート用に黒顔料「HY-335」と石膏をお勧めしましたが、新しく開発しました「鉄黒コート用バインダー消石灰」をご使用下さい。本年10月以降から販売の予定です。なお以前のブログの中で既述の消石灰は市販の通常の商品を使用して出したデータや物性で今回開発しました「鉄黒コート用バインダー消石灰」とは異なりますので混同しないようご注意ください。また当ブログは華ちゃんの独断と偏見で書いたもので間違いが多々あると思いますがご容赦願います。残る三つのアイデアについては次のブログで述べます。ご精読有難うございました。

華ちゃんの独り言・第11回 鉄黒コート試験用資料配布のお礼と経過報告

2016年08月05日

 

猛暑の日々皆々様は大過なくお過ごし事と存じます。去る3月17日に「日本農業新聞社」様より「鉄黒コート」の記事を載せて頂きました所、多大なる反響を呼び当日朝7時過ぎからお問い合わせの電話が鳴り響き週日説明のためデスクを離れることができませんでした。多謝謝・カムサハムニダ・ダンケシェーン・サンキュウベーリーマッチ、本当にありがとうございました。農家の皆様の日頃の研究熱心さと意欲に感謝するとともに、快くテストをしていただいたご厚意にこのブログを借りて厚く御礼申し上げます。

当商品は全体としては当時今思えばいまだ未完成で、一部改良・研究の余地があること承知していましたが、市場開発と需要調査を兼ね今回発表するに至りました。全国の農家様からサンプルの要求があり「鉄黒コート」の黒顔料のみを無償(運賃有償)で配布し始めた所、予定の数量を超えてしまいました。播種時期に合わせる為、急遽一種類の黒顔料からの二種類に配布を変更しました。バインダーも消石灰または現使用中の焼き石膏とし、現地での採用を勧めました。四月から五月にかけて全国のサンプル使用農家を訪問しヒヤリングをしました。その結果いろいろな問題が発生し、その解決のために華ちゃんは忙殺されることになりました。以下そのヒヤリングの要点を報告します。

 

 

全体評価(今回)

1.コーティング時に温度が上昇せず籾の死滅のない、このような商品を待っていた。来年から「鉄黒コート」に変更する(大部分)。

2.コーティング時は表面は良好であるが既存の播種機械ではハガレが生じ取扱いに困る(主として消石灰を使用した農家)。

3.鳥害については判定不明。(一部であり)

個別評価(当社と農家の会話の中で)

 

 

「鉄黒コート」のメリット

1.造粒時前後に温度上昇がない。籾の発芽率は変わらず。――――――安心

2.酸化が終了しているため日中、夜中に散水や温度変化の見回り不要

―――――作業管理省略

3.温度上昇がない為、鳩胸や催芽時の籾をコーティングでき播種時期遅れや早期発芽(雑草より早く)が期待できる。――――作業の合理化や短縮変更

4.酸化反応がない為、黒顔料は長期・大量貯蔵可能――――安全 危険物でない

 

 

「鉄黒コート」のデメリット

1。通常の消石灰を使用すると、当初見かけ強度は良いが日がたつにつれ皮膜が一部ハガレまたはハガレやすくなる。

2.消石灰でコートした籾は現状の播種機ではハガレやすく使用には耐えにくい。

3.黒顔料HY335は良いが黒顔料HY330は粒子が小さいため付着力が弱く粉が多い。

以上の結果から総合的にみると、現状ではバインダーは焼き石膏とし黒顔料は粒子径のおおきい黒顔料HY335が最適と判断しました。これで発熱による諸々の障害が解決します。

 

華ちゃんはこれでは満足しません。反省しますと発熱皆無と単純コ―テイングのみに研究を注力して造粒した後の播種方法まで思いがいたらなかったことです。現状の消石灰でも通常の動噴や手動式またはヘリコプター等では使用可能と思いますが、強い内部応力がかかる点播用播種機では強度が足りません。これを解決するためにはかなりの時間を要しました。次回ブログではその成果をご案内します。ご期待ください。

華ちゃんの独り言・第10回 TPP対策にプラス 従来の直播法よりさらに生産性と合理化に寄与する鉄黒コート法

2015年12月08日

今回は、酸化発熱しやすい鉄粉の代わりに、安定な黒顔料(商品名:HY330)と、

同じく発熱する石膏の代わりに、発熱しない消石灰を鉄コーティングと同様の配合比で

種籾にコーティングしたときの被膜の状況を調べました。

 

被膜の状況は造粒後7日間すぎて指触で固度を調べます。

つまんで固ければOK、指に黒い粉が大量に付着する場合は実用性を考えてNOとしました。

 

配合比と強度変化表1

 

今回の実験結果から、鉄黒コートの標準配合比は実験番号(3)が良好と判断しました。

実験番号(1)、(2)は比重の点で、(4)は乾燥の点で、(5)は黒顔料が多すぎと、

バインダー(消石灰)の量が少なすぎ、(6)はバインダーの量は改善されましたが

、黒顔料がまだ多いと思われます。

(5)、(6)の配合比にするためには黒顔料(商品:HY-330)の代わりに、

黒顔料(粒子大)(商品名:HY-335)を使用すれば改善できると思いますが、

まだ実験はしておりません。

おそらく結果は良好かと思われます。

 

 

次に標準配合(3)で黒顔料の量を一定にして、バインダー(消石灰)を増加した場合、

強度や色に変化がどうなるのか、以下のような実験をしました。

 

配合比と強度変化表2

 

造粒2週間後の指触テストでは、硬化が完全でなく、又は配合比の物性上、実験番号(7)、

(8)、(9)になるにつれ、硬度が落ちてきました。

これは、もう少し長く固化時間が必要であることを示しています。

いずれの実験番号でも、黒顔料の指への付着は認められませんでした。

但し、実験番号(9)では黒色からグレーになるため、鳥被害(未確認)や経済面を考えると

採用する必要はありません。

 

次回は鉄黒コートの経済的優先性について説明します。

 

 

 

華ちゃんの独り言・第9回 TPP対策にプラス 従来の水稲直播法よりさらに生産性と合理化の向上に寄与する鉄黒コート法

2015年12月03日

今までは鉄コーティングと鉄黒コートの使用原材料と化学反応の違いを説明してきましたが、

今回からは具体的に籾にコーティングする際の作業(単位操作)の違いからくる合理化と

経済性について説明します。

 

下の表は鉄コーティングと鉄黒コートの作業の流れ(フローシート)です。

 

工程比較表3

 

造粒・水添加までは作業は同じですが、それ以降は鉄黒コートのほうが有利になります。

発熱もなく途中熱変化や色変化のチェックも必要ありません。乾燥のための燃料代も不要です。

鉄粉の酸化反応の終了点を籾が付着したまま測定する方法を華ちゃんは確認していますが、

ここでは述べません。問題は生産工程の長さによる時間と労力のロスに注意することです。

いかに鉄黒コートが作業が単純で、生産性の向上に貢献しているかおわかりかと思います。

 

 

 

 

次回は原材料の使用比較と経済性について説明します。

 

(環境材事業部 TEL:045-212-1661)