JPH0646685A - 農業用光質変換資材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 吸収極大が３８０〜５００nmにある少くとも
１つの色素（Ａ）と吸収極大が４６０〜５８０nmにあ
り、発光極大が５４０〜７００nmにある少くとも１つの
蛍光色素（Ｂ）が含有されていることを特徴とする農業
用資材。 【効果】（１）太陽光および人工光源光のスペクトルの
青〜緑色光領域の光を減光し、橙色〜赤色光領域の光を
増光することができる。 （２）野菜、花卉の場合は短期間、多収、果樹類の場合
は糖度が高く高品質の果物を収穫することができる。 （３）発光する橙色〜赤色光により害虫を防除すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は太陽光および植物工場等
で用いる人工光源の光スペクトルを植物生育を促進する
ために有効な光スペクトルに変換する機能を持った農業
用資材に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年ハウス又はトンネル内で有用植物を
栽培する施設園芸が広く行なわれるようになり、露地栽
培と比較すると収穫量、品質ともに飛躍的に向上するた
め野菜、果物の安定供給上重要な役割を担いつつある。
施設栽培の意義の最大のものはハウス、トンネル内の保
温であり、更に雨、風、虫等の害から植物を保護するこ
とであるが、このため野菜などは季節栽培から周年栽
培、ナシ、ミカン、ブドウ、カキ、リンゴなどの果樹で
は糖度の高い形の良い実が収穫される様になって来てい
る。一方、施設園芸が広く行なわれる様になってから、
更に増収、又、高品質を指向して、太陽光のスペクトル
を植物の光合成、或いは成長活物質の産生のために有利
な形にして変換する試み、即ち、施設園芸に用いられる
合成樹脂フィルムに波長変換機能を有する蛍光性化合物
を溶解することにより植物にとって或る場合には有害で
ある近紫外線を吸収して光合成に有効に使われる青色系
の光に変換したり、光合成作用効率の低い緑色〜黄色系
の光を、より長波長の橙色〜赤色系の光に変換する試み
が多数試されている。

【０００３】例えば研究法人「農業の光線選択利用技術
研究組合」（昭和３９〜５７年）の研究成果報告書「施
設農業における光質利用の技術化に関する総合研究」
（１９７６年２月、農林水産技術会議事務局）において
塩化ビニルに青蛍光物質、赤蛍光物質、およびそれらを
同時に溶解したフィルムの試作を行なったが耐光性が悪
く栽培試験を実施するに到らないまま中断したことが報
告されている。特公昭４９−１６３０１、特開昭５２−
９４３４５、特開平２−１０２２６５、特開平２−１４
７６５１、特開平３−２１１０５３では、近紫外光を光
合成有効光に変換する色素としてフルオレツセントブラ
イトナー、シンチレーターなどが提案されているが耐光
性が十分でなく、施設園芸用に実用化されるに到ってい
ない。特開昭５４−１２７９４５ではローダミン６Ｇを
用いて緑色〜黄色光を橙色〜赤色光に変換するフィルム
が開示されているがこの色素も耐光性が悪く適切な光安
定化処理を行なわない限りこのままでは実用に耐えない
ものである。

【０００４】このほか赤発光フィルムであるラジアント
ピンク〔商品名：三井東圧化学（株）〕、Irradiant 66
0(商品名：ＢＡＳＦ社）が上市され栽培試験が行なわれ
たが単一の波長領域の光を変換あるいは増光するこれら
の波長変換フィルムは一般に作用効果が十分でなく特定
の気象条件では有効であっても別の気象条件では効果が
見られないと言ったケースが多く発生し、実用の施設園
芸用資材として用いるには信頼性に欠けるものであっ
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこの様な状況
にあって有用植物の施設栽培において太陽光および人工
光源光のスペクトルを変換し植物生育を促進するために
有効な光スペクトルにする機能を持った農業用資材を提
供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は吸収極大が３８
０〜５００nm、好ましくは３８０〜４３０nmにある少く
とも１つの色素（Ａ）と吸収極大が４６０〜５８０nm、
好ましくは４８０〜５５０nmにあり、発光極大が５４０
〜７００nm、好ましくは５７０〜７００nmにある少なく
とも１つの蛍光色素（Ｂ）が含有されていることを特徴
とする農業用資材である。本発明の農業用資材の波長変
換機能を更に述べると、色素（Ａ）が青色光を一部減光
し、蛍光色素（Ｂ）が緑色光領域の光を橙色〜赤色光に
変換する結果、本発明の資材に照射された光は青〜緑色
光領域が減光され、橙色〜赤色光領域が増光されたスペ
クトルを持って透過する。

【０００７】蛍光色素（Ｂ）のストークスシフト（吸収
極大波長と発光極大波長の差）は或る程度大きくないと
植物生育に対する波長変換の有効性が減少するので少な
くとも２０nm以上のストークスシフトが好ましい。２０
nm以下の場合は波長変換が行なわれても植物生育に促進
的に作用を及ぼすことが少ない。

【０００８】色素（Ａ）は例えば、ダイレクトファース
トイエローＧＣ、ダイレクトファーストオレンジ、ミー
リングイエローＯ、カチオンイエロー３Ｇ、カチオンゴ
ールデンイエローＧＬ、カチオンイエロー５ＧＬ、カチ
オンオレンジＲ、カチオンブラウン３ＧＬ、カチオンレ
ッドＧＴＬ、バットイエローＧＣＮ、ディスパースファ
ーストイエローＧ、デイスパースイエロー５Ｇ、ディス
パースゴールデンイエローＧＧ、ディスパースイエロー
ＲＬ、ディスパースイエロー３Ｇ、ディスパースオレン
ジＢ、ディスパースブラウン２Ｒ、ソルベントファース
トイエロー３ＲＥ（Zapon fast yellow ３ＲＥ）、Acid
yellow ４０、Spilon Yellow ＧＲＬＨspecial などの
染料、ファストイエローＧ、ファストイエロー１０Ｇ、
ジスアゾイエローＡＡＡ、ジスアゾイエローＡＡＭＸ、
ジスアゾイエローＡＡＯＴ、ジスアゾイエローＡＡＯ
Ａ、フラバンスロンイエロー、黄鉛、カドミウムイエロ
ー、黄色酸化鉄、チタンイエロー、ジスアゾイエローＡ
ＡＰＴ、ジスアゾイエローＨ１０Ｇ、ジスアゾイエロー
ＨＲ、クロモフタルイエローＧＲ、ファストイエローＦ
ＧＬ、ファストイエロー１０ＧＸ、メチンイエロー、サ
ンセットイエローレーキ、アンスラピリミジンイエロ
ー、イソインドリンイエローＧ、イソインドリンイエロ
ーＲ、銅アゾメチンイエロー、ベンズイミダゾロンイエ
ローＨ２Ｇ、キノフタロンイエロー、ニッケルジオキシ
ンイエロー、C.I. Direct Yellow ５０、C.I. Acid Ye
llow １７、C.I. Acid Yellow ９９、C.I. Acid Oran
ge ７４、ダイアリリドイエローＨ１０Ｇ、ダイアリリ
ドＨＲ、などの顔料などが挙げられる。

【０００９】蛍光色素（Ｂ）は例えばルモゲンＦ Red
３００などのペリレン系、ルミノール Red Violet ６３
５Ｐなどのアントラキノン系、チオインジゴ Bright Pi
nkＧ、チオインジゴ Scarlet Ｒなどのチオインジゴ
系、ルミノール Bright Orange ５７５ＰＴ、

【００１０】

【化１】 などのナフタル酸系、ローダミン、アクリジン Red な
どのキサンテン系、

【００１１】

【化２】 などのクマリン系、

【００１２】

【化３】 などのナフトレイン系、

【００１３】特願平３−２４２３２１に記載されるシア
ノピラジン誘導体、特願平３−１７４４０８に記載され
るベンゾプテリジン誘導体などが挙げられる。色素
（Ａ）および蛍光色素（Ｂ）はそれ自体、光安定なもの
か、紫外線吸収剤、酸化防止剤、一重項酸素クエンチャ
ーなどの添加剤、その他の光安定化処理によって安定化
される程度の安定性を持つものでなければならない。

【００１４】具体的には４００nm以下の近紫外光を吸収
するＵＶカットフィルムの内側に本発明の波長変換フィ
ルムを設置し、太陽光を１年間照射したのちの色素
（Ａ）および蛍光色素（Ｂ）の吸収強度又は発光強度の
保持率は少なくとも５０％あることが好ましく、これよ
り保持率が低いと、波長変換の効果を再現性良く引き出
すことが難しくなる。

【００１５】本発明に係る資材としては、例えばフィル
ム、板、ネット、織布、不織布などであり、それらの材
料は、例えば（軟質、半硬質、硬質）ＰＶＣ、ポリエチ
レン、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、ポリビ
ニルアクリレート、ポリビニルメタクリレート、ポリ塩
化ビニリデン、ポリアクリルニトリル、ポリブタジエ
ン、ポリスチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、塩
化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリビニルブチラー
ル、ポリビニルホルマール、ＰＥＴ、ＰＢＴなどのポリ
エステル、ポリアリレート、ポリカーボネート、ポリエ
ステルカーボネート、フェノキシ樹脂、ナイロン６、ナ
イロン６／６、ナイロン１１、ナイロン１２、ＭＸＤ６
ナイロンなどのポリアミド、ポリジメチルシロキサン、
ポリトリメチルシリルプロピン、ポリウレタン、アイオ
ノマー類、セロファン、ポリエチレンセロファン、セル
ロースアセテート、セルロースプロピオネート、エチル
セルロース、ニトロセルロースなどの軟質、硬質樹脂
類、セルロースなどの天然繊維類等である。資材の製造
法は特に制約はなく、例えば、フィルムの場合、樹脂の
溶融特性、溶剤溶解性、蛍光色素の熱特性などに応じて
押出し成形、インフレーション成形、カレンダー成形な
どによって製造するか前記樹脂を溶解したワニスをベー
スフィルムにコーティングまたは織布、不織布、紙など
に含浸することにより製造することができる。色素
（Ａ）、蛍光色素（Ｂ）を含む樹脂層の厚さは成形フィ
ルム、コーティング層ともに１０〜３００μｍ、好まし
くは３０〜１５０μｍにするのが良い。

【００１６】資材に含有される色素（Ａ）、蛍光色素
（Ｂ）の濃度は夫々0.０１〜2.０％、好ましくは0.０５
〜0.５％である。0.０１％より濃度が低いと波長変換機
能が十分でなく、また2.０％より濃度が高いと光の吸収
割合が大き過ぎ、蛍光色素（Ｂ）の場合は蛍光性化合物
の特徴である濃度消光の効果が表われて波長変換効率が
低下する。また、色素（Ａ）および蛍光色素（Ｂ）の吸
収極大波長における吸光度は1.３以下が好ましく、これ
以上大きい場合は光の吸収割合、および吸収波長領域が
大き過ぎる結果、遮光の効果が強く表われるため好まし
くない。施設園芸用資材としての他の諸条件を満たすた
め本発明の目的を損なわない種類および量の紫外線吸収
剤、酸化防止剤、一重項酸素クエンチャー、ヒンダード
アミン系光安定剤、その他の安定化剤、滑剤、防曇剤、
流滴剤などの添加剤を配合しても良い。

【００１７】フィルムの場合、樹脂の屈折率によって異
なるが、発光光のうち６０〜８０％が空気との界面で全
反射され、フィルム内を伝わって行く。閉じ込められた
光は多くの場合吸収スペクトルが発光スペクトルと重な
っているため一部の光は再び吸収、発光をくり返す。こ
の時、発光は一定の変換効率を乗じた量で行なわれるの
でエネルギーロスは無視出来ない大きさになる。この様
なエネルギーロスを回避し発光光を有効にフィルム内面
から放射することが出来る様に例えばフィルムの内面に
規則的な、又は不規則な凹凸を設ける粗面化加工をする
のが好ましい。粗面化はワイヤーブラシ、サンドブラス
ト、エンボシングなど通常実施されている方法で行なう
ことが出来る。本発明の波長変換機能を持つ資材はビニ
ールハウスの被覆資材のほかマルチフィルム、反射（マ
ルチ）フィルム、太陽光がハウス内に平均して照射され
る様に設置する反射板、プラスチックネット、織布、不
織布、果実の袋掛け用の袋などにも同様に使用される。

【００１８】農業用波長変換資材の好ましい特性を達成
するためにはクロロフィルの光合成作用スペクトルに
おける作用効率の低い光から作用効率の高い光への変
換、２つの吸収型を持つフィトクロムのうち光形態形
成反応上、植物生育に促進的に働らくＰｆｒ型を高濃度
レベルに維持するための６７０nmを中心とする光（ｒ
光）、または３７０nmを中心とする光（近紫外光、ＮＵ
Ｖ光）の増光あるいは７２５nmを中心とする光（ｆｒ
光）、４１０nmを中心とする光（ｂ光）の減光の２つの
機能を持つことが有効であると考えられる（フィトクロ
ムの２つの吸収型は図１の様にｎＵＶ光、ｒ光とｂ光、
ｆｒ光によって相互に光変換する。「農業における光応
用技術」第４４巻，第４号，４０６ページ，応用物理
（１９７５年）、「フィトクロムとジベレリン」ｖｏ
ｌ．２４，Ｎｏ．２，１０５ページ，植物の化学調節
（１９８９年）等。

【００１９】光合成作用スペクトルの極大波長は青色光
領域と橙色〜赤色光領域にあり従って近紫外光から青色
光への波長変換、緑色光から橙色〜赤色光への波長変換
が有効である。一方活性型フィトクロムＰｆｒを生成す
る光は赤色光または近紫外光であるので光合成と光形態
形成の両反応を植物生育に促進的に作用させるためには
ｒ光を増光するか、ｂ光を光合成を著しく減少させない
程度に減光させることが波長変換フィルムとして好まし
いと考えられる。

【００２０】本発明の付加的効果として赤色光による害
虫の防除効果が挙げられる。光による害虫防除の方法と
しては、特願昭５２−６１５８１に開示されている様に
高反射フィルムで土壌を被覆する方法と、特公平２−５
８８９８に開示されている様な緑色光を吸収し、赤色光
を反射する赤色系顔料を配合したマルチフィルムが代表
的なものであるが、これらは光線透過率が低いためハウ
ス、トンネル等の展張用フィルムとして用いることが出
来ない。本発明の波長変換資材は色素（Ａ）、蛍光色素
（Ｂ）が溶解されているので入射光は散乱されず、効率
良く透過されるか青色光と橙色〜赤色光に変換されて放
射されるが、橙色〜赤色系の光にはハナムグリ類、アブ
ラムシ類、コナジラミ類などの害虫がこれを忌避する作
用があり、従って、ハウス、トンネル内での農薬の使用
を大幅に削減することが出来る。

【００２１】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を詳述する。実
施例中「部」は重量部を表わす。蛍光スペクトルは
（株）日立製作所製 フルオレツセンス スペクトロフ
オトメーター８５０を使用して測定した。透過率は
（株）島津製作所製 スペクトロフオトメーター ＵＶ
−２４０を使用して測定した。

【００２２】実施例１（フィルムの製造） ポリカーボネート樹脂〔ＣＡＬＩＢＲＥ３００−６：住
友ノーガタック（株）〕１００部，紫外線吸収剤〔バイ
オソーブ９１０：共同薬品（株）〕2.０部を塩化メチレ
ン６６７部に溶解したワニス（ワニスＡ）、ＣＡＬＩＢ
ＲＥ３００−６１００部，バイオソープ９１０ 2.０
部，Spilon Yellow ＧＲＬＨ Special〔保土谷化学
（株）〕0.１部，特願平３−２４２３２１に記載される
次式のシアノピラジン誘導体〔Ｉ〕

【００２３】

【化４】

【００２４】0.２部を塩化メチレン６６７部に溶解した
ワニス（ワニスＢ）を夫々調製し、プライマー処理した
ポリエチレンテレフタレートフィルム〔ＳＧ−２，フィ
ルム厚７５μｍ，帝人（株）〕にリバースロールコータ
ーを用いて夫々塗布、乾燥を行ない、乾燥塗膜厚約４０
μｍ（ベースフィルム厚も合わせて約１１５μｍ）の２
種類のフィルムＡ、Ｂを製造した。フィルムの透過率を
図２に蛍光の励起および発光スペクトルを図３に示し
た。

【００２５】実施例２（フィルムの製造） ポリプロピレン〔三井ノーブレンＢＪ４Ｈ−Ｇ：三井東
圧化学（株）〕１００部、実施例１で使用したシアノピ
ラジン誘導体〔Ｉ〕0.２部、Spilon Yellow ＧＲＬＨ S
pecial 0.１部、ＵＶ吸収剤バイオソーブ９１０ 2.０
部を２１０℃に設定したヒートロールで３分間混練した
のち、２１０℃の７０ｔホットプレスでプレス成形して
厚さ0.１５mmのフィルムを作製した。フィルムの励起お
よび発光スペクトルを測定したところ、４７２nm光で励
起すると５９２nmに極大値を持つ発光を示した。

【００２６】実施例３（シアノピラジン誘導体〔Ｉ〕の
耐光性） 実施例１で製造したフィルムＢを１９８９年１０月１８
日から１９９０年１０月１９日まで１年間天然暴露した
結果、４９２nmの光によって励起された色素〔Ｉ〕の５
９０nmにおける発光強度の保持率は６８％であった。

【００２７】実施例４（トマトの栽培） カットエース〔三菱化成ビニル（株）〕および実施例１
で製造したフィルムＡ、Ｂのワニスの塗布側をＮｏ．８
０のサンドペーパーで粗面化したのち、この面を内側に
して夫々約１０m²の小型ハウスを組立てた。平成４年４
月２７日に桃太郎の自根苗をポット（函南赤土３０ｌ、
牛糞推肥１５ｌ、アズミン苦土１５０ｇ、園芸３号８８
８ ７０ｇ、日産マイルドＭ４４４ １９０ｇ、火山礫
7.５ｌ；１ポット１０ｌ使用）に移植し、３０ポットづ
つ各ハウスに移動して実験を開始した。灌水は自動灌水
装置（ドリップ方式）をセットした。なお、施肥は適当
な間隔を置いて、ＯＡＳＩＳ液肥〔日本曹達（株）〕、
フチンゴールド〔日本曹達（株）〕などを用いて行なっ
た。試験中適宜、菌虫の防除を行なった。２２日経過後
の花粉および果数の調査結果を表１に示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【発明の効果】本発明は次の様な効果があり、その実用
的有用性は極めて大きい。 （１）本発明の波長変換資材は太陽光および人工光源光
のスペクトルの青〜緑色光領域の光を減光し、橙色〜赤
色光領域の光を増光することができる。 （２）本発明の資材を用いたハウスで野菜、花卉、果樹
類を栽培することにより野菜、花卉の場合は短期間、多
収、果樹類の場合は糖度が高く高品質の果物を収穫する
ことができる。 （３）本発明の資材が発光する橙色〜赤色光により害虫
を防除することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ｒ光、ｎＵＶ光とｆｒ光、ｂ光の相互光変換を
示す。

【図２】フィルムＡ、Ｂの分光透過率

【図３】フィルムＢの励起および発光スペクトル （イ）色素〔Ｉ〕の５９０nm発光に対する励起スペクト
ル （ロ）色素〔Ｉ〕の４９２nmの励起による発光スペクト
ル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸収極大が３８０〜５００nmにある少な
   くとも１つの色素（Ａ）と吸収極大が４６０〜５８０nm
   にあり、発光極大が５４０〜７００nmにある少なくとも
   １つの蛍光色素（Ｂ）が含有されていることを特徴とす
   る農業用資材。
2. 【請求項２】 ストークスシフトが２０nm以上である少
   くとも１つの蛍光色素（Ｂ）が用いられている請求項１
   記載の農業用資材。
3. 【請求項３】 少くとも１つの色素（Ａ）および少くと
   も１つの蛍光色素（Ｂ）の吸収極大波長における吸光度
   が1.３以下である請求項１記載の農業用資材。