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稚内珪藻士の基礎
そもそも珪藻土っていったいどんなもの?
タイトル1
そもそも珪藻土っていったいどんなもの?
 

珪藻土(けいそうど)とは、およそ1000万年前に海や湖沼などに大量に生息していた藻類の一種である珪藻プランクトンが、泥と一緒に堆積して岩盤化したもののことを言います。海や湖沼などに大量に増殖していた珪藻プランクトンが死滅すると、その死がい、水底に沈殿し、死がいの中の有機物の部分は少しずつ溶けて分解されていき、最終的には珪藻を覆っていた殻の部分だけが残っていきます。この珪藻プランクトンの殻が1000万年という長い年月をかけて化石化していき岩石となったものを珪藻土といいます。純粋な珪藻土は、90?95%の二酸化ケイ素(SiO2)で構成されたオパール質で、色は白色ないしクリーム色をしています。

北海道大学大学院工学研究科環境システム工学研究室、長野克則教授、有限会社稚内グリーンファクトリー外川純也博士にデータ、資料のご協力を頂きました。
また、稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)の調湿及び消臭剤の基本特許を保有し財団法人産業技術総合研究所と共同研究をされた鈴木産業株式会社のご了解を得て、財団法人産業技術総合研究所のデータの掲載を致しております。

  • 珪藻の殻が堆積してできた土壌で90%以上がSiO2である。
  • 天然多孔質材料(一般的に空隙率70?90%)で、水分吸収保持能力に優れている。
  • 濾過助剤、吸収剤、顔料などに使われている。秋田、石川、岡山などが産地として有名。
珪藻土の起源
タイトル1
珪藻土の起源
 

約1000?1500万年前、世界の海水位が下がり、プランクトンや、河川から流入する泥が、何年万年にも亘り堆積しました。養分が多く存在する深層水が湧き上がる日本海域では、大量のプランクトンが発生し、大量に堆積し、1000mにもなる堆積層が出来ました。この堆積層が、地球の続成作用により、隆起して、現在の日本が産まれました。まさに、日本の起源と生命の源である日本の珪藻土の起源とが同じ時期に生まれました。

日本の珪藻土の分布と生産地
タイトル1
日本の珪藻土の分布と生産地
 

珪藻土は、多くの場合、恐竜が生きていた時代である白亜紀以降の地層に見られ、日本各地で産出されていますが、主に秋田県(海水産珪藻)、石川県(海水産珪藻)、岡山県(淡水産珪藻)、大分県(淡水産珪藻)で多く産出されています。

珪藻土はどのようなことに利用されているのか?
 

珪藻土は、珪藻の有機物の部分が分解されて、二酸化ケイ素(SiO2)で構成された殻の部分だけが残っているので、表面にはだいたい100μmから1mmの小さい穴(小孔)が無数に空いています。この小孔がフィルターの機能や水分や油分を大量に保持する働きを持っているために、珪藻土は主に濾過材として使用されたり、乾燥した土壌などを改良する「土壌改良材」としてや、流出した油などを捕集する「油吸着材」として用いられたりしています。また、小孔が空いているため体積あたりの比重が非常に小さく、耐火性と断熱性にも優れているため、最近では建材や保温材として使用されたり、さらに電気を通さないので絶縁体としてや、また適度な硬さから研磨剤としても使用されています。

珪藻土は、その高い保温性と程よい吸湿性を生かして古くから壁土(かべつち)として使われてきました。そして近年では、人々のエコや自然環境への意識の高まりや、シックハウス症候群などアレルギーへの対処として、自然素材への関心が高まるとともに、壁土への利用が再び見直されてきています。

その他にも珪藻土は身近にある色々なものに利用されています。

  • 「七輪」?粉砕していない珪藻土層を切り出し、形を整え、焼結。
  • 「増量剤」?太平洋戦争中には、ビスケットやキャラメルなど、菓子類の増量剤として使われた。
  • 生ビールの製法の一種として珪藻土を使用し、酵母菌を取り除く。
稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)の分布
分布図
稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)の分布
 
稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)の特徴
稚内珪藻土の細孔分布
稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)の特徴
BET比表面積
稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)の特徴
調湿機能の発現メカニズム
稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)の特徴
 

一般的に珪藻土は天然の多孔質材料(空隙率70?90%)である為、水分を吸収したり保持する働きが優れています。その珪藻土の中でも特に稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)は、一般の珪藻土に比べて、、数ナノから数十ナノメーターというとても小さな細孔(穴)が集合した球状(マリモ状)の微粒子から構成されており、比表面積が広く、水蒸気を吸着しやすい平均細孔半径2?8nm(20?80Å、単位:オングストローム)の細孔が多いため、珪藻土と比較して4倍程度もの優れた吸湿・放湿性能(自律性自然呼吸調湿機能)を持っています。


この吸湿・放湿性能は、湿度が60%以上になると急速に湿気を吸収するようになり、また湿度が下がると湿気を放出するため、湿度を常に60%前後に調整することができます。この特徴を活かし、稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)は内装用壁材としてセラミックス・タイル、左官用塗り壁材、石膏ボード、畳用材料などに配合して使用されたり、稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)を粒状の状態で床下や収蔵庫の棚などに敷き込んで、湿度を調整するのに利用されたりしています。また、優れたアンモニア消臭機能もあり、消臭剤としても非常に高い効果があります。

稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)は、それ自体が自然に湿度の吸放湿を行うため(自律性深呼吸調湿)、吸放湿のためのエネルギーは不要でありランニングコストも一切かからないため、とても経済的です。


この他にも、熱伝導率が低く、酸に侵されにくいといった特徴や、通常の住環境の下においてマイナスイオンを発生させることや、遠赤外線を放出することが現在明らかになっています。

また、浜松医科大学皮膚科の調査では、稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)を使用した塗り壁材を内装璧に施工した病室にアトピー性皮膚炎の患者を入院させたところ、病状に改善が見られたという研究結果も報告されています。このことは、稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)が室内環境の湿度を適度に調節したことで、適度な湿度環境を自律的に保ったり、アトピー性皮膚炎の原因の一つであるダニやその他の微生物、カビなどの細菌類の発生を抑えたことが、その理由と推測されています。

人や物にとって最適であり、健康に暮らすことのできる環境を『快適環境』と言いますが、稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)によって保たれる湿度60%という室内環境は、まさに快適環境と言えるでしょう。

稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)は調湿機能だけに限らず、その特性からさまざまな分野で応用の可能性が考えられます。今後、稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)を利用した新たな製品の開発や使用が期待されています。

稚内珪藻土と普通の珪藻土を比較すると…
一般珪藻土と稚内層珪藻頁岩との比較一覧表
稚内珪藻土と普通の珪藻土を比較すると…
各種珪藻由来鉱物の鉱物組成
稚内珪藻土と普通の珪藻土を比較すると…
稚内珪藻土と一般珪藻土との比較(比表面積、細孔容量、平均細孔径の比較)
稚内珪藻土と普通の珪藻土を比較すると…
稚内珪藻土優れた吸放湿性能
稚内珪藻土と普通の珪藻土を比較すると…
稚内珪藻土と各種珪藻由来鉱物の細孔半径と細孔容積
稚内珪藻土と普通の珪藻土を比較すると…
珪藻由来の各種珪藻堆積鉱物の水蒸気吸着等温線の比較
稚内珪藻土と普通の珪藻土を比較すると…
各種多孔質材料の対比評価
稚内珪藻土と普通の珪藻土を比較すると…
 

一般的に珪藻土とは、主に藻類の一種である珪藻プランクトンの殻(死がい)が堆積したものをいいます。珪藻プランクトンの殻は二酸化ケイ素(SiO2)を含んでおり、珪藻土もこれを主成分としています。一般的な珪藻土は、鉱物学的には『珪藻泥岩』と呼ばれている物質であり、また珪藻泥岩は珪藻プランクトンの遺がい(シリカの殻)が残ったものであるため、泥が軽く、土と一緒に固まった状態で非常に柔らかいものです。

一方、『稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)』は一般珪藻土が地殻変動などによる熱や圧力でさらに変質してできた岩石のことをいいます。鉱物学的には『珪質頁岩』と呼ばれています。珪質頁岩はシリカの殻(プランクトンの遺がい)が、一度、地中の圧力や熱、マグネシアなどの作用で、溶解した後、再びマリモ状に沈殿して多孔質状に岩石化したものです。この変化により、『稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)』は一般的な珪藻土に比べ約4倍程度もの調湿性を有しています。








細孔容量も、約7倍であり、優れた多孔質構造を有しており、この空隙が、優れた調湿性、ガス吸着性などの機能性を発揮します。

「室内湿度を一定に保つ」
室内空気の湿度制御と脱臭
「室内湿度を一定に保つ」
 

人や物にとって最適であり、健康に暮らすことのできる環境を『健康快適環境』と言います。稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)には、吸湿・放湿性能は、湿度が60%以上になると急速に湿気を吸収するようになり、また湿度が下がると湿気を放出するという湿度調整機能があり、室内空間の湿度を常に60%前後に調整することができます。稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)によって保たれる、この湿度60%という室内環境は、まさに人々が健康かつ快適に暮らしていくことのできる『健康快適環境』と言えます。

稚内珪藻土と他素材との吸放湿性能の比較結果
稚内珪藻土と他素材との吸放湿性能の比較結果
稚内珪藻土と他素材との吸放湿性能の比較結果
 

稚内珪藻土(稚内珪藻頁岩)は他の多孔質材料と比較してみてもその吸・放質性能は群を抜いています。一般に人間が快適と感じる相対湿度40%?70%程度に、多孔質材料を用いて自律的にコントロールするには、その湿度範囲で水蒸気の毛細管凝縮が起こる32?74Åの細孔分布を有する材料が適しており、さらに細孔表面が親水性であることが重要なポイントとなります。この稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)の細孔表面は、高い親水性を示し、さらにその細孔分布も、毛細管凝縮によって湿度が快適に維持できる20?80Åの細孔を多く有しています。これらの理由から、稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)は室内の湿度を一定(60%前後)に保持しようとする能力が、最も高い天然原料です。

※毛細管凝縮=小さな空隙は空隙内の圧力が高く、空隙に入ってしまった水蒸気が、空隙内の圧力により凝縮し、液体となる現象

各種調湿建材の吸湿性能比較グラフ
各種調湿建材の吸湿性能比較グラフ
各種調湿建材の吸湿性能比較グラフ
 

珪藻土調湿建材は、たくさん販売されています。各社のカタログを見ますと、試験方法が異なるなど調湿性、ガス吸着性能など比較しにくい点もあります。株式会社自然素材研究所で代表的な調湿建材を評価してみました。以下のグラフのように、性能差が大きく異なりました。良い調湿建材を選ぶことが重要と思います。全般的には、素材としての性能が、稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)が、一般珪藻土の比表面積、吸湿量が、4?5倍ある為、一般珪藻土を使用している調湿建材よりも、稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)を使用している調湿建材の方が、機能性が優れた結果でした。

結露・カビ発生防止効果
 

稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)の湿度調整性能は、結露やカビの発生を抑える効果もあります。 特に、空気が流通しにくい、温度が低くなる場所では、結露が発生しやすく、家具裏、温度の低い暖房しない部屋、玄関、北面の部屋などに使用することにより、結露を抑止して、結露の発生を防ぎ、アレルギー疾患の原因と言われているカビ、ダニなどのアレルゲンの発生を抑制することが出来ます。

永平寺宝物殿に稚内珪藻土(稚内珪質頁岩)のタイルが採用されています。
永平寺
永平寺宝物殿に稚内珪藻土(稚内珪質頁岩)のタイルが採用されています。
 

採用理由のひとつにその優れた吸湿性能が上げられています。美術、博物館、宝物殿では、これまでのエアコンによる湿度調整はランニングコストがかかる為、ランニングコスト低減の為に優れた調湿材が求められていた。また、永平寺宝物殿では以前、コンクリートの窒化物が分解して放出されるアンモニアによる宝物の変退色や結露により、宝物を腐ることからから守る為、調湿・アンモニア吸着性に優れた内装仕上げ材が求められていました。この問題の解決に優れた吸湿性能を有する稚内珪藻土(稚内珪藻頁岩)タイル(商品名:ブレスタイル:鈴木産業株式会社製)が採用され現在でも高い評価を受けています。

これも稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)の優れた調湿性能、アンモニアなどなどの塩基性ガス吸着性能によるものと思います。その他に、京都 大覚寺、現光寺、松尾寺等の収蔵庫、東山魁夷美術館の収蔵庫にも採用され、重要な文化財を後生に伝えるべく役立っています。稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)の優れた多孔質空隙が、優れた調湿性、ガス吸着性を有することによるものです。

写真提供 : 鈴木産業株式会社

「有害物質を除去」
特定測定物質の5品目
「有害物質を除去」
 

「VOC」(”Volatile Organic Compounds”)とは揮発性有機化合物のことをいい、ホルムアルデヒドと同様にシックハウス症候群の原因となったり、光化学大気汚染をもたらす主要な原因物質である浮遊粒子状物質やオキシダントの生成に関与すると言われています。

2002年に厚生労働省によって、ホルムアルデヒドやVOC等計14種類の化学物質について室内濃度指針値が設定されました。また、2003年には国土交通省では、住宅の品質確保の促進等に関する法律(品確法)に基づいてホルムアルデヒド、他の4化学物質(トルエン、キシレン、エチルベンゼン、スチレン)を特定測定物資に指定して、居室における空気中の測定濃度を表示する制度を改正しました。

近年、消費者からも『健康で安全な住宅』を求める声が近年高まっており、今後、ますますこれらの化学物質への規制が強まってくると予想されます。

稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)のVOC吸着試験
稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)のVOC吸着試験
稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)のVOC吸着試験
 

稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)は、「シックハウス症候群」の原因として特定測定物質に指定されている5種類のVOCガスに対するVOC吸着試験において、2時間でおよそ80%の吸着能力があるという実験結果が北海道大学長野教授の研究により確認され、稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)がVOCガスの抑制に優れた効果があると証明されました。

「悪臭物質の吸着脱臭」
稚内珪藻土の脱臭機能
「悪臭物質の吸着脱臭」
アセトアルデヒドの吸着性能
「悪臭物質の吸着脱臭」
 

稚内珪藻土は、弱酸性の素材であり、塩基性ガス吸着性能に優れ、湿度60%RH以上では、空隙内に凝縮水が出来、ホルマリン、アセトアルデヒド、アンモニアなどの親水性ガス(水に溶けるガス)は、凝縮性に溶け込むため、多量のガス吸着性を有しています。

北見工業大学小林名誉教授らのグループは、タバコの煙の主成分とも言われ、また、発がん物質であるホルムアルデヒドに近似しているアセトアルデヒドの吸着性を湿度10%RHと湿度60%RHの2条件で、研究され湿度が高いほどアセトアルデヒドの吸着量が増大することを解明されました。日本の湿度は、湿度60%以上の高湿度になることが非常に多く、その意味では、日常生活でのアセトアルデヒドの吸着量は、非常に高いことが言えると思います。






左図の左のグラフは、湿度10%RH条件での、アセトアルデヒドの吸着性能です。時間経過と共に吸着量(縦軸)は増加致しますが、8時間経過程度の時間で、飽和に達しています。

上図の右側のグラフは、湿度60%RH条件での、アセトアルデヒドの吸着性能です。時間経過と共に吸着量は増加して行き、12時間経過しても、飽和に達していません。この理由は、稚内珪藻土の空隙内に、凝縮性が出来ていて、その凝縮水に親水性ガスであるアセトアルデヒドが溶け込むためと考えられます。

稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)は「悪臭防止法」によって指定されている『特定悪臭物質』である、

  • 「アンモニア」
  • 「トリメチルアミン」
  • 「メチルメルカプタン」
  • 「硫化水素」

の吸着・脱着測定実験の結果、以下に掲載したグラフに表されるようにアンモニアなど塩基性ガスに対して、優れた吸着・脱着性能があることが証明されました。酸性ガスである硫化水素、メチルメルカプタンは、吸着性が悪く、アルカリ改質により、吸着効果を改善することが可能です。北海道大学大学院工学研究科環境システム工学研究室(長野克則教授)では、改質研究を進めており、改質効果を確認されております。研究成果では、アルカリ改質により、硫化水素の吸着性が大幅に向上しています。

4大生活悪臭の吸着性能
4大生活悪臭の吸着性能
4大生活悪臭の吸着性能
 

北海道大学大学院工学研究科環境システム工学研究室長野克則教授、有限会社稚内グリーンファクトリー外川純也博士は、各種多孔質材料の4大悪臭の吸着性能の評価を行い、以下の結果を得られました。

稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)は、備長炭より、優れたアンモニア、トリメチルアミンなどの塩基性ガス吸着性を有し、硫化水素、メチルメルカプタンの吸着性は、劣ります。

アリカリ改質した稚内珪藻土(稚内珪藻頁岩)は、アンモニア、トリメチルアミン、硫化水素、メチルメルカプタンいずれの吸着性も優れております。

稚内珪藻土(稚内珪藻頁岩)は、改質も容易で、塩基性ガス、酸性ガス吸着性いずれにも優れた素材として提供できます。

悪臭の種類
特定悪臭物質22種類
悪臭の種類
その他の臭い
悪臭の種類
稚内珪藻土が除去または抑制する成分
悪臭の種類
 

生活活動の中では、様々な悪臭、有害性ガスなどが発生いたします。健康で快適な生活を送るには、この悪臭、有害性揮発性ガス(VOC)を除去ないし大幅に提言する必要があります。稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)には、生活環境を改善できる能力があります。

悪臭には、左記の特定悪臭物質に示されるように様々な悪臭があり、家庭の中で発生しています。








稚内珪藻土は、左記のニオイの成分について、除去または抑制する効果があると評価されました。

永平寺宝物殿に稚内珪藻土(稚内珪質頁岩)のタイルが採用されています。
永平寺
永平寺宝物殿に稚内珪藻土(稚内珪質頁岩)のタイルが採用されています。
 

福井県にある曹洞宗大本山の寺院、永平寺宝物殿においても、そのアンモニア吸着性能が評価され採用にされています。宝物殿では、15年前頃の調査によりコンクリートからアンモニアガスが発生していることが明らかになっていました。アンモニアガスは、油絵、掛け軸などの貴重な宝物を、変色や劣化させる可能性があり、この解決策として稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)の優れたアンモニア吸着性能が、湿度を一定に調整しる機能とともに評価され採用されました。








写真提供 : 鈴木産業株式会社

各種原料のアンモニア吸収性能比較
各種原料のアンモニア吸収性能比較
各種原料のアンモニア吸収性能比較
 

稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)のアンモニア吸収は、活性炭などより、遥かに優れた吸収性を示します。

これから期待される稚内珪藻岩の機能
 

稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)は、湿度を一定に保つ性質、有害物質を除去する性質、消臭・脱臭だけではなく、この他にもさまざまな分野での応用が期待されています。ここでは、今後、実用化が期待される、現在研究中の特性や効果をご紹介します。

ナノ水蒸気の効果
 

稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)は、湿度が60%RHを超えるとナノ水蒸気を発生させることが確認されています。

静電気防止
 

静電気、電磁波などは、人の生態電気反応を撹乱して健康によくないといわれています。水は電気の伝導性があり、人の電気反応を阻害する静電気のアースの役割を果たし、その結果、静電気を低減することができると考えられます。この性質を応用して、調湿建材を使用すれば、静電気が非常に発生しにくい環境を作ることができます。

省エネルギー
 

稚内珪藻土(稚内層珪藻頁岩)は、湿度を調整することにより、冷房使用時は、高湿度による不快感を減少させ、冷房温度を高めに設定することや、使用時間を短縮することができます。また暖房使用時には、加湿効果によって、体感温度を上昇させ、暖房の使用時間を短縮することができます。冷暖房の使用時間を短縮することは、エネルギー消費量を抑え環境にやさしいばかりではなく、家計を抑えることにもなります。

専門用語解説
稚内珪藻土の基礎知識
アレルギーの基礎知識
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