KR100249749B1 - 식물 생장용 섬유 구조물 - Google Patents

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우라세 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 단섬유 섬도가 30 데니어 이상인 유기 중합체 섬유를 5중량% 이상 함유하는 섬유상 물질, 흡수성 중합체 및 바인더 중합체를 포함[여기서, 흡수성 중합체와 바인더 중합체는 섬유상 물질에 부착되어 있다]하는 식물 생장용 섬유 구조물에 관한 것이다. 본 발명의 구조물은 단위 체적당 흡수율이 0.02 내지 10g 물/cm3이고 외관 밀도가 20g/cm2의 승압하에 0.001 내지 0.3g/cm3이며 두께가 20g/cm2의 승압하에 1.5mm 이상이다.

Description

식물 생장용 섬유 구조물
본 발명은 식물 생장용 섬유 구조물 및 이를 사용하여 식물을 생장시키는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 예를 들면, 강수량이 적은 지역(사막 등), 물을 공급하는데 상당한 노동력과 장시간이 소요되는 지역(골프 코스, 축구장, 야구장, 중앙 분리대 등) 및 빗물이 대지에 거의 보유될 수 없는 지역(산등성이 또는 주거지 등)에서 식물을 생장시키는데 효과적으로 사용할 수 있는 식물 생장용 직물 및 이러한 식물 생장용 섬유 구조물을 사용하여 식물을 생장시키는 방법에 관한 것이다.
강수량이 적은 지역(사막 등), 토양이 적기 때문에(암석 등) 식물이 생장하기기 힘들 수 있는 지역 및 물을 공급하는데 상당한 노동력과 장시간이 소요되는 지역(골프 코스, 축구장, 야구장, 중앙 분리대 등)에서 토양 속의 보수율을 높이고 식물에 물을 공급하는 노력을 줄이고 공급수를 감소시킬 필요가 있어왔다.
보수율을 높일 목적의 통상적인 기술은 다공성 시트(네트, 직포 등) 및 이에 부착된 흡수성 중합체(JP-A 제2-16216호; 본 발명에서 사용된 "JP-A"라는 용어는 "심사하지 않은 일본 특허공보"를 뜻한다); 흡수성 섬유로 이루어진 편직 메쉬 시트(JP-A 제5-247777호); 및 흡수성 중합체가 부직 구조물에 부착된 흡수성 부직포(JP-A 제8-218275호)를 뜻한다. 그러나, 이런한 통상적인 온실용 시트 및 편직 메쉬 시트는 일반적으로 두께가 불충분(1mm 이하) 하기 때문에 식물을 생장시키기에 필요한 충분한 용적의 수분을 보유하지 못한다. 얇은 섬유로 제조하는 경우, 이러한 시트는 토양 압력하에 압축성 변형을 일으켜 지탱하는 수분 보유 특성 및 적합한 배수 특성에 필요하고 식물근 성장에 필요한 이의 기공을 상실시킨다. 결과적으로, 물이 부족하여 시들고 과도한 물 함량으로 인하여 뿌리가 부패하며 축적된 염분으로 인하여 염분화(salinization)되며 뿌리들이 조밀해짐으로 인하여 성장이 불충분해진다.
더구나, 상기한 통상적인 기술에서는, 식물의 정상적인 성장에 필요한 흡수 용량(흡수성) 등에 대해서는 특별히 언급된 바가 없다.
사막과 같은 강우량이 극히 적은 지역에서는, 공급수로서 염분제거된 해수를 사용하여 실시해 왔다. 그러나, 염분 제거된 해수 속에는 소량의 염분이 여전히 잔류한다. 따라서, 이러한 환경하에 식물을 생장시키기 위하여, 흡수 용량이 큰 흡수성 물질을 사용할 필요가 있다. 또한, 물 속에 잔류하는 염분은 보습성 물질에 거의 축적되지 않으며, 축적된 경우에는, 이로부터 용이하게 세척할 수 있다. 그러나, 이러한 점은 상기한 통상적인 녹화 시트 및 흡수성 섬유 구조물에서는 전혀 고려된 바 없다.
상기한 바와 같은 고흡수 용량, 염분의 축적 및 염분 세척 제거의 용이성 외에도, 과도한 수분 함량으로 인한 뿌리 부패를 방지한다는 관점에서, 적합한 배수 특성을 지니도록 생육시키는데 있어서 흡수성 물질은 중요한 인자이다. 또한, 녹화 시트에는 식물 뿌리를 건강하게 성장시키는 기공이 제공되어야 한다. 그러나, 이러한 점에 관해서는, 상기한 통상적인 녹화 시트 및 흡수성 섬유 구조물에서는 충분히 고려하지 않고 있다.
본 발명의 목적은 보습성이 양호하고 배수 특성이 적합하며 식물 뿌리의 성장에 적합한 기공을 제공하는 식물 생장용 물질을 제공하여 토양에 충분한 수분을 보유시키면서 식물을 생장시킬 수 있도록함으로써, 예를 들면, 강수량이 적은 지역(사막 등), 빗물이 대지에 거의 보유될 수 없는 지역(경사지 등) 및 물을 공급하는데 상당한 노동력과 장시간이 소요되는 지역(골프 코스, 축구장, 야구장, 중앙 분리대 등)에서 사용하는 경우, 수분 부족으로 인한 쇠약화가 유발되지 않도록 하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 식물 생장용의 상기한 물질을 사용함으로써 식물을 생장시키는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 발명자들은 상기한 목적들을 성취하기 위하여 집중적인 연구를 수행하였다. 결과적으로, 본 발명자들은 단섬유 섬도가 30dr( 데니어) 이상이고 20g/cm2의 승압하의 외관 밀도가 0.001 내지 0.3g/cm3이고 두께가 20g/cm2의 승압하에서 1.5mm 이상이며, 이에 부착된 일정한 양의 흡수 용량을 갖고 흡수성 중합체를 갖는 일정량 이상의 유기 중합체 섬유를 포함하는 식물 생장용 섬유 구조물을 사용하는 경우, 이러한 식물 생장용 섬유 구조물은 적합한 강성을 지님을 성공적으로 발견하였다. 따라서, 지중에 놓이는 경우, 이는 토양 압력하에 완전히 부서질 뿐만 아니라 내부에 적합한 기공을 유지하고 양호한 보습성 및 적합한 배수 특성도 유지할 수 있기 때문에, 충분한 물을 공급함으로써 수분의 부족으로 인한 쇠약화, 과도한 수분 함량으로 인한 뿌리의 부패나 축적된 염분으로 인한 염분화가 전혀 일어나지 않도록 하면서 식물을 건강하게 생장시킨다.
따라서, 본 발명은 단섬유 섬도가 30 데니어 이상이고, 섬유를 20g/cm2의 습압하의 외관 밀도가 0.001 내지 0.3g/cm3이며 20g/cm2의 승압하의 두께가 1.5mm 이상인 유기 중합체 섬유를 5중량% 이상 함유하고 흡수성 중합체와 바인더 중합체는 식물 생장용 섬유 구조물을 구성하는 섬유에 부착되어 있으며 단위 체적당 흡수율이 0.02 내지 10g 물/cm3인 식물 생장용 섬유 구조물을 제공한다.
본 발명은 또한 상기한 식물 생장용 섬유 구조물을 사용하여 식물을 생장시키는 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 한쪽 표면에서 관찰한 본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물에서 사용되는 부직포의 개략도이다.
도 2는 또다른 표면에서 관찰한 본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물에서 사용되는 부직포의 개략도이다.
도 3은 부직포로 제조된 식물 생장용 섬유 구조물에서의 섬유간 거리를 측정하는 방법을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물에서 사용할 수 있는 편직물의 예를 나타내는 다이아그램이다.
이제, 본 발명을 구체적으로 설명한다.
먼저, 본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물은, 단섬유 섬도가 30dr 이상인 유기 중합체 섬유(이후에는, 종종 "얇은 유기 중합체 섬유"라고 함)를,식물 생장용 섬유 구조물을 구성하는 섬유의 총 중량을 기준으로 하여, 5중량% 이상, 바람직하게는 20중량% 이상, 보다 바람직하게는 50 내지 100중량% 함유한다.
식물 생장용 섬유 구조물중의 단섬유 섬도가 30dr 이상인 유기 중합체 섬유의 함량이 5중량% 미만인 경우, 식물 생장용 섬유 구조물은 지중에 놓이는 경우, 토양 압력하에 압축 변형된다. 따라서, 보습성 및 적합한 배수와 식물 뿌리의 성장에 필요한 내부의 기공들이 상실된다. 결과적으로, 수분의 부족으로 인한 쇠약화, 과도한 수분 함량으로 인한 뿌리의 부패, 축적된 염분으로 인한 염분화, 뿌리의 조밀화로 인한 불충분한 성장 등의 문제점이 발생한다.
본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물에 사용되는 얇은 유기 중합체 섬유의 단섬유 섬도는, 30dr 이상인 한, 특별히 제한되지는 않는다. 그러나, 본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물은, 단섬유 섬도가 50dr 이상, 바람직하게는 100dr 이상인 얇은 유기 중합체 섬유를 5중량% 이상 함유하는 것이 바람직하다. 따라서, 식물 생장용 섬유 구조물에 증가된 압축 내성을 부여할 수 있으며, 지중에 놓이는 경우, 토양 압력하의 식물 생장용 섬유 구조물의 변형을 방지할 수 있다.
일반적으로 말해서, 식물 생장용 섬유 구조물의 강성은 두꺼운 유기 중합체 섬유의 단섬유 섬도가 증가함에 따라 그리고 이의 함량이 증가함에 따라 감소할 수 있지만, 이러한 현상은 유기 중합체 섬유의 유형에 따라 변한다.
두꺼운 유기 중합체 섬유의 단섬유 섬도에 관한 특별한 상한선은 존재하지 않지만, 유기 중합체 섬유의 단섬유 섬도가 지나치게 크면 부직포 또는 편직물과 같은 섬유 구조물을 생성시키기가 힘들다. 따라서, 단섬유 섬도는 300dr 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물은 단섬유 섬도가 30dr 이상인 하나 이상의 두꺼운 유기 중합체 섬유를 포함할 수 있다.
본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물을 구성하는 두꺼운 유기 중합체 섬유는 유형이나 단섬유 섬도가 제한되지는 않는다. 그러나, 단섬유 섬도가 작은 섬유를 다량으로 사용하는 경우에는, 섬유 구조물의 섬유중의 기공이 더 작아진다. 이러한 경우, 적합한 배수 특성을 성취하기가 거의 힘들거나 조밀한 뿌리로 인하여 식물의 정상적인 성장이 방해받을 수 있는 것으로 종종 관찰된다. 따라서, 두꺼운 유기 중합체 섬유의 함량이 50% 미만인 경우, 섬유 구조물을 구성하는 기타 섬유로서 단섬유 섬도가 15dr 이상, 특히 20dr 이상인 섬유를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물은 20g/cm2의 승압하의 외관 밀도가 0.001 내지 0.3g/cm3이어야 한다.
이러한 외관 밀도가 0.001g/cm3미만인 경우, 식물의 성장에 필요한 충분한 보습성을 지니도록 하기가 불가능하다. 또 한편, 외관 밀도가 0.3g/cm3를 초과하는 경우, 식물 생장용 섬유 구조물의 과도한 보습성은 뿌리를 부패시키거나 공간의 부족으로 인한 조밀한 뿌리는 식물의 건강한 성장을 방해한다.
본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물은, 보습성, 적합한 배수 특성, 뿌리의 건강한 성장, 염분화의 방지 등의 관점에서 20g/cm2의 승압하의 외관 밀도가 0.002 내지 0.2g/cm3인 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용된 "20g/cm2의 승압하의 외관 밀도"라는 표현은, 하기 실시예에서 상세히 기술하는 바와 같이, 식물 생장용 섬유 구조물이 지중에 놓이는 경우 토양이 놓여지는 상부면으로부터 20g/cm2의 승압하에 하방으로 압축되는 때 이의 단위 용적(cm3)당 식물 생장용 섬유 구조물의 중량(g)을 뜻한다.
20g/cm2의 승압하의 외관 밀도가 0.001 내지 0.3g/cm3인 본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물이 예를 들면, 10cm 깊이의 지중에 놓여지는(매설되는) 경우, 상기한 바와 같은 수준에 상응하는 외관 밀도(즉, 0.001 내지 0.3g/cm3)를 유지할 수 있다. 따라서, 양호한 보습성 및 적합한 배수 특성을 유지시킬 수 있다. 더구나, 염분이 축적되는 것을 방지할 수 있으며, 축적된 염분은 이로부터 용이하게 제거할 수 있으며 뿌리의 성장에 필요한 공간이 유지되기 때문에 식물을 건강하게 성장시킨다.
본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물은 단섬유 두께가 20g/cm2의 압력하에 1.5mm 이상, 바람직하게는 2mm 이상이어야 한다. 식물 생장용 섬유 구조물의 단섬유 섬도가 1.5mm 미만인 경우, 이에 충분한 보습 용량이 부여될 수 없다. 또한, 식물 생장용 섬유 구조물의 단섬유 섬도가 1.5mm 미만인 경우, 이는 입체구조(3차원 구조)로서가 아니라 평면 구조(2차원 구조)로서 간주될 수 있다. 따라서, 식물 생장용 섬유 구조물은 깊이 및 평면 방향으로 뿐만 아니라 배타적으로는 평면 방향으로 접촉되어, 뿌리에 충분한 물을 공급하는 것이 불가능하게 한다.
이러한 관점에서, 본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물은 각각의 두께가 일반적으로 1mm 이하인 JP-A 제8-218275호에 기술된 흡수성 섬유 구조물 및 JP-A 제2-16216호에 기술된 녹화 시트에 식물의 성장을 촉진시키는 효과를 성취함에 있어서 우수하다.
20g/cm2의 압력하의 본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물의 두께의 상한선은 놓여지는 영역, 환경, 생장되는 식물 등에 따라 구할 수 있다. 이의 두께는 바람직하게는 50㎛ 미만, 바람직하게는 25㎛ 미만, 보다 바람직하게는 15㎛ 미만이다.
본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물은 압력의 부재하의 두께가 2.0mm 이상, 바람직하게는 2.5mm 이상이다.
또한, 본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물은 일정한 흡수 용량을 지녀야 한다. 제한되지 않는 특정한 방법으로 식물 생장용 섬유 구조물에 흡수 특성을 부여할 수 있다. 즉, 이와 같이 흡수 특성이 부여된 식물 생장용 섬유 구조물이 단섬유 섬도가 30dr 이상인 유기 중합체 섬유를 5중량% 이상 포함하고, 상기한 외관 밀도(즉, 20g/cm2의 승압하에 0.001 내지 0.3g/cm3)를 유지할 수 있고 승압 부재하에 2mm 이상의 두께를 유지할 수 있는 한, 임의의 방법을 선택할 수 있다.
식물 생장용 섬유 구조물에 흡수성을 부여하는 전형적인 예는 다음과 같다.
(i) 흡수성 중합체를 식물 생장용 섬유 구조물을 구성하는 유기 중합체 섬유에 부착시킨다.
(ii) 식물 생장용 섬유 구조물을 구성하는 유기 중합체 섬유는 적어도 부분적으로는 흡수성 유기 중합체 섬유로 이루어진다.
본 발명에서는, 흡수성 중합체가 유기 중합체 섬유에 부착되는 식물 생장용 섬유 구조물을 사용한다; 즉, 상기 (i)에서와 같음.
특히, 식물 생장용 섬유 구조물은 흡수성 중합체와 바인더 중합체가 섬유 구조물을 구성하는 유기 중합체 섬유에 부착되는 것이다.
본 발명에서, 흡수성 중합체와 바인더 중합체가 섬유 구조물을 구성하는 유기 중합체 섬유에 부착되는 식물 생장용 섬유 구조물은 흡수성 중합체와 바인더 중합체를 물 또는 유기 용매에 용해시키거나 분산시킨 다음 용액 또는 분산액을 직물에 분무시킴을 포함하는 방법; 직물을 상기한 용액 또는 분산액에 침지시킴을 포함하는 방법; 흡수성 중합체 및 바인더 중합체를 상기한 용액 또는 분산액을 사용하여 유기 중합체 섬유의 표면에 부착시킨 다음 식물 생장용 섬유 구조물을 유기 중합체 섬유를 사용하여 구성시킴을 포함하는 방법 등을 사용하여 수득할 수 있다. 식물 생장용 섬유 구조물이 흡수성 중합체를 유기 중합체 섬유에 부착시킨 후에 구성되는 경우, 흡수성 중합체가 섬유 구조물의 구성 공정에서 섬유 표면으로부터 박리될 수 있는 염려가 있다. 따라서, 흡수성 중합체와 바인더 중합체는 이미 구성된 식물 생장용 섬유 구조물에 부착시키는 것이 바람직하다.
흡수성 중합체를 유기 중합체 섬유에 추가로 밀접하게 부착시키거나 유기 중합체 섬유에 부착되는 흡수성 중합체가 물속에 용해되는 것을 방지하기 위하여, 필요한 경우, 방사선 가교결합, 열 가교결합 또는 화학적 가교결합과 같은 가교결합 처리를 수행함으로써 흡수성 중합체를 유기 중합체 섬유에 추가로 밀접하게 부착시킬 수 있다.
식물 생장용 섬유 구조물을 구성하는 유기 중합체 섬유로서, 단섬유 섬도가 30dr 이상인 유기 중합체 섬유를 5중량% 이상 함유하는 특정한 유기 중합체 섬유를 사용할 수 있다. 이의 예는 폴리에스테르 섬유, 예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌 테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트; 폴리아미드 섬유, 예를 들면, 나일론 6 및 나일론 66; 폴리올레핀 섬유, 예를 들면, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌; 아클릴 섬유; 폴리비닐 알콜 섬유; 폴리비닐 클로라이드 섬유; 폴리비닐리덴 클로라이드 섬유; 셀룰로오즈 섬유, 예를 들면, 비스코스 레이온, 폴리노직 레이온, 큐프라 레이온 및 용매 방사 레이온; 및 폴리설폰 섬유를 포함한다. 특히, 본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물을 포함하는 섬유는 수분을 흡수하는 경우 팽윤되지 않거나 팽윤 수준이 낮고 소수성 용량을 갖는 섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 유기 중합체 섬유는 원형 또는 프로파일 단면을 갖는다.
본 발명에 사용되는 흡수성 중합체로서, 유기 중합체 섬유에 부착되기 전에 이의 자체 무수 중량의 10 내지 1,000배, 바람직하게는 30 내지 1,000배, 보다 바람직하게는 100 내지 1,000배의 수분을 흡수할 수 있는 것을 선택하는 것이 바람직하다. 이러한 흡수성 중합체의 예는 폴리아크릴산 중합체, 폴리비닐 알콜 중합체, 이소부틸렌/말레산 무수물 공중합체, 폴리에틸렌 옥사이드 중합체, 폴리비닐 피롤리돈 중합체, 에틸셀룰로오즈 중합체, 폴리아크릴아미드 및 폴리스티렌설폰산 중합체를 포함한다. 본 발명에서, 이러한 흡수성 중합체들 중의 하나 또는 이들 2개 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물에서, 유기 중합체 섬유에 부착된 후의 흡수성 중합체의 흡수 용량(Q1)은, 바인더 중합체의 동시 존재로 인하여, 외관상으로는 감소되어 다음 수학식 1을 충족시킨다. 따라서, 섬유 구조물에 우수한 보수 특성 및 적합한 배수 특성을 부여할 수 있으며 결과적으로 식물이 양호하게 생장할 수 있다.
0.01Q0≤ Q1≤ 0.5Q0
상기 수학식 1에서,
Q0은 유기 중합체 섬유에 부착되기 전에 관찰한 흡수성 중합체의 고유 흡수 용량(시간/중량)이고,
Q1은 유기 중합체 섬유에 부착된 후에 관찰한 흡수성 중합체의 외관 흡수 용량(시간/중량)이다.
상기 수학식 1에서, Q0및 Q1은 하기 수학식 2 및 3에 따라 측정할 수 있다.
Q0(중량 기준) = Wp1/Wp0
Q1(중량 기준) = (Wa - We0)/(We1- We0)
상기 수학식 2 및 3에서,
Wp0는 흡수성 중합체의 무수 중량(g)이고,
Wp1은 25℃의 물에 흡수성 중합체를 1시간 동안 침지시키고, 이를 꺼낸 다음 와이어 메쉬에 5분 동안 정치시킴으로써 과량의 물을 배수시킴으로써 측정한 흡수성 중합체의 중량(g)이고,
We0는 흡수성 중합체 및 이에 대한 바인더 중합체의 부착 전의 직물의 무수 중량(g)이고,
We1은 흡수성 중합체 및 바인더 중합체가 부착되는 직물의 무수 중량(g)이며,
Wa는 25℃의 물에 흡수성 중합체를 1시간 동안 침지시키고, 이를 꺼낸 다음 와이어 메쉬에 5분 동안 정치시킴으로써 과량의 물을 배수시킴으로써 측정한, 흡수성 중합체 및 바인더 중합체가 부착된 직물의 중량(g)이다.
유기 중합체 섬유에 부착된 후의 흡수성 중합체의 흡수 용량(Q1)이 0.01Q1미만인 경우, 식물 생장용 섬유 구조물은 보수성이 불량하기 때문에 이 위에서 성장하는 식물은 일부 경우에 죽는다. 다른 한편, 상기 흡수 용량(Q1)이 0.5Q1이상인 경우, 식물 생장용 섬유 구조물의 흡수 용량은 식물 뿌리의 흡수 용량을 초과한다. 이러한 경우, 식물 뿌리에 함유된 수분은 종종 반대로 직물에 의해 흡수되기 때문에 일부 경우에는 식물이 잘 자랄 수 없다.
본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물은 매우 황량한 기후 조건하에서 사용되기 때문에, 그 자체로 유기 중합체 섬유에 부착되는 고흡수 용량을 갖는 중합체를 선택하여야 한다. 그러나, 이러한 고흡수성 중합체는 이와 접촉되는 식물 뿌리에 함유된 수분을 반대로 흡수할 수 있는 것으로 종종 관찰된다. 다시 말해서, 흡수 용량이 크면 바람직하지 않은 현상을 일으킬 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 상기 흡수성 중합체를 본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물과 함께 사용하여 바인더 중합체가 부분적으로 흡수성 중합체를 덮고 이에 따라 흡수 용량을 적합하게 조절한다. 상기한 상태의 본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물에서, 유기 중합체 섬유에 부착되는 흡수성 중합체는 최종적으로 흡수 용량이 이의 자체 중량 보다 5 내지 100배, 바람직하게는 10 내지 50배 크다.
본 발명에 사용되는 바인더 중합체는, 흡수성 중합체의 고흡수 용량을 적합하게 조절할 수 있고 유기 중합체 섬유에 흡수성 중합체를 양호하게 부착시키는데 기여하는 한, 어떠한 것이라도 가능할 수 있다. 즉, 이는 함께 사용되는 흡수성 중합체 및 유기 중합체 섬유에 따라 적합하게 선택할 수 있다. 예를 들면, 우레탄 중합체, 아크릴 중합체 또는 폴리에스테르 중합체를 사용할 수 있다.
상기한 수학식 1을 충족하도록 이러한 방법으로 유기 중합체 섬유에 흡수성 중합체를 부착시키기 위하여, 흡수성 중합체와 바인더 중합체를 1:3 내지 10:1의 중량비로 사용하는 것이 바람직하다.
이러한 식물 생장용 섬유 구조물중의 흡수성 중합체 및 바인더 중합체의 부착 상태는, 예를 들면, 단지 중합체들 중의 하나를 오염시킴으로써 그리고 예를 들면, 광학 현미경으로 관찰함으로써 확인할 수 있다.
본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물의 흡수 용량은 0.02 내지 10g 물/cm3로 조절하는 것이 중요하다. 식물 생장용 섬유 구조물의 흡수 용량이 상기한 범위내에 속하는 경우, 식물은 물의 부족으로 인한 쇠약화, 과도한 물 함량으로 인한 뿌리 부패 등의 문제점이 거의 없이 잘 성장할 수 있다.
식물 생장용 섬유 구조물의 흡수 용량은 수학식 4에 따라 측정할 수 있다.
식물 생장용 섬유 구조물의 흡수 용량(g/cm3) = (Waq- Wdr)/V
상기 수학식 4에서,
V는 20g/cm2의 압력하의 식물 생장용 섬유 구조물의 외관 용적(cm3)이고,
Wdr은 용적 V(cm3)를 갖는 식물 생장용 섬유 구조물의 무수 중량(g)이며,
Waq는 25℃의 물에 섬유 구조물을 1시간 동안 침지시키고, 이를 꺼낸 다음 와이어 메쉬에 5분 동안 정치시킴으로써 과량의 물을 배수시킴으로써 측정한, 용적 V(cm3)를 갖는 식물 생장용 섬유 구조물의 중량(g)이다.
본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물은 바람직하게는 부직포 또는 편직물 또는 이들 두 개 이상의 혼합물로 이루어진 복합체이다. 경제성의 관점에서, 이에는 부직포가 바람직하다. 직포는 본 발명의 영역으로부터 제외되지는 않지만, 일반적으로 승압시키지 않고 직포를 두께가 2mm 이상인 식물 생장용 섬유 구조물로 가공하기가 힘들다. 부직포 및/또는 편직물로 이루어진 본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물이 전반적으로 거친 메쉬 구조를 지니거나 직물의 깊이 방향(즉, 한쪽 표면으로부터 다른쪽 표면으로) 전반을 통해 침투하는 다수의 개구가 제공되는 경우, 식물 생장용 섬유 구조물은 보습성 및 배수 특성이 우수하며 내부에 식물 뿌리를 건강하게 성장시키는 기공이 함유되어 있다. 따라서, 식물은 수분 부족으로 인한 쇠약화, 과도한 수분 함량으로 인한 뿌리 부패, 조밀한 뿌리 등과 같은 어떠한 문제점도 없이 내부에서 양호하게 성장할 수 있다.
식물 생장용 섬유 구조물이 부직포로 제조되는 경우, 다음과 같은 방법으로우수한 보습성 및 적합한 배수성을 유지하면서 섬유 구조물내에 식물을 건강하게 생장시키는 기공이 형성될 수 있다.
(a) 부직포의 평면도를 나타내는 도 1에서와 같이, 전체 부직포는 0.5 내지 50mm2의 다수의 개구(2)(즉, 깊이 방향으로 부직포를 관통하는 기공)를 갖는 조악한 메쉬 구조를 갖는다.
(b) 부직포의 평면도인 도 2에 나타낸 바와 같이, 부직포(1)은 개구 면적이 0.5 내지 750mm2인 다수의 관통 개구(3)가 제공된 조밀한 망상 구조를 갖는다; 즉, 부직포의 구성 동안 또한 후에(깊이 방향으로) 수평으로 천공된다.
또한, 일부 경우에는 다음과 같은 방법을 사용할 수 있다.
(c) (a)와 같이 조악한 메쉬를 갖는 부직포로 제조한 식물 생장용 섬유 구조물을 관통시킴으로써 상기 (b)의 것과 유사한 관통 개구(3)를 형성시킨다.
상기 (b) 또는 (c)의 식물 생장용 섬유 구조물에서, 부직포 위에서 약 2 내지 100mm의 간격으로 개구(3)을 규칙적으로 또는 불규칙적으로 형성시키는 것이 바람직하다. 이러한 관통 개구(3)는 원형, 사각형, 삼각형 또는 다각형과 같이 임의의 형태일 수 있다.
상기 경우(a) 내지 (c) 각각에서, 관통 개구(2) 또는 (3)의 총 면적은, 부직포의 한쪽 표면으로부터 관찰하는 경우, 부직포의 한 표면의 면적의 약 8 내지 90%인 겻이 바람직하다.
부직포로 제조된 식물 생장용 섬유 구조물에서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 섬유(A) 및 (B)의 교차점은 (X1)이라고 하고, 섬유(A)와 또다른 섬유(C)와의 교차점은 (X2)라고 하고, 섬유(B)와 섬유(C)의 교차점은 (X3)이라고 하는 방식으로 명명한다. 이후에, 교차점(X1)과 (X2(X1-X2))의 교차점 사이의 직선 거리의 평균, (X2)와(X3(X2-X3)) 사이의 직선거리의 평균, (X3)과 (X1(X3-X1)) 사이의 직선거리의 평균 등은 "평균 섬유 교차거리"라고 한다. 평균 교차거리가 0.2 내지 4mm인 부직포를 사용함으로써, 양호한 보습성, 적합한 배수성 및 식물 생장용 섬유 구조물의 뿌리 성장에 적합한 기공을 부여할 수 있다.
본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물을 편직물로 제조하는 경우, 이는 예를 들면, 도 4에 나타낸 바와 같이 이중 라쉘 편직 구조를 지닐 수 있다. 이러한 경우, 직물(4)는 깊이 방향(수평)으로 관통하는 다수의 개구(5)를 갖는다. 이러한 개구는 필라멘트 번들로 이루어진 벽(6)으로 둘러싸여져 있고 주위 벽에는 이러한 필라멘트 중에 미세 기공이 있다. 따라서, 식물 생장용 섬유 구조물은 유수한 보습성 및 적합한 배수성을 지닐 수 있고 식물 뿌리의 성장을 촉진시킬 수 있는 기공을 포함한다. 따라서, 이 내부에서 식물이 양호하게 성장한다.
이러한 경우, 각각의 관통 개구(5)의 개구 면적은 약 10 내지 750mm2이고 관통 개구(5)의 총면적은, 직물(4)(편직물)의 한쪽 표면에서 관찰하는 경우, 직물(4)(편직물)의 한쪽 표면 면적의 약 8 내지 90%이다.
관통 개구(5)는 원형, 삼각형, 다이아몬드형 또는 다각형과 같은 임의의 형대일 수 있다.
각각의 관통 개구(5) 둘레의 주위 벽(6)의 높이(h)는, 편직물의 제조의 용이성, 보습성, 배수성, 실시 및 운반의 용이성의 관점에서, 약 2 내지 10mm인 것이 바람직하다.
본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물은 상기한 부직포 또는 편직물로 이루어진 단층 구조일 수 있다. 또한, 이는 2개 이상의 층으로 이루어진 적층 구조일 수 있다. 적층 구조의 경우, 이는 각각에서 또는 상이하게 적층된 동일한 층으로 이루어질 수 있다.
필요한 경우, 본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물은 기타의 물질 위에 적층되어 섬유 구조물의 강도 또는 강성을 증진시키고/시키거나 0.001 내지 0.3g/cm3의 외관 밀도 및 상기한 바와 같은 20g/cm2의 승압하의 위에서 언급한 구체적인 두께를 갖는 특성을 유지하거나 성취할 수 있도록 할 수 있다.
본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물이 재배에 사용되는 경우, 지역, 위치, 환경 등은 적합하게 선택할 수 있다. 특히, 사막, 골프 코스, 축구장, 야구장, 중앙 분리대, 주거용 개발지, 경사지 등에 바람직하게 사용된다. 그러나, 본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물이 사용되는 지역은 이에 한정되지 않는다. 정원, 공원, 필드, 과수원, 화원 또는 강가와 같은 식물 생장을 갖는 기타 지역 또는 환경에 사용할 수 있다. 일부 경우, 재배용 화분에 심은 식물에도 사용할 수 있다. 유사하게, 이와 같은 재배용 식물 유형은 특별히 제한되지는 않는다. 즉, 본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물은 잔디, 채소, 과일, 곡류[예: 밀 또는 보리], 꽃, 나무, 관상용 식물, 산사태 방지용 식물 등을 재배하는데 유용하다.
본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물을 사용하여 식물을 생장시키기 위하여, 식물 생장용 섬유 구조물은 첫째로 약 3 내지 20cm, 바람직하게는 약 5 내지 15cm 깊이로 토양에 묻는다. 또한, 본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물은 지면에 놓은 다음, 이 위에 토양을 올려놓아 두께가 약 3 내지 20cm, 바람직하게는 약 5 내지 15cm의 두께로 만든 다음, 식물을 심는다. 이러한 경우, 식물 생장용 섬유 구조물은 토양의 중량으로 인한 압축 변형이 거의 없고, 따라서 상기한 범위내(즉, 0.001 내지 0.3g/cm3) 또는 이 범위에 근접하는 외관 밀도를 유지시킬 수 있다. 또한, 두께를 2mm 이상 또는 승압시키지 않고 근사치(20g/cm2의 승압하에 1.5mm 이상)로 유지시킬 수 있다. 따라서, 식물 생장용 섬유 구조물은 우수한 보습성 및 적합한 배수성을 유지시킬 수 있으며, 내부에의 염분의 축적을 방지할 수 있고, 존재할 수 있는 내부의 염분을 용이하게 제거할 수 있다. 또한, 식물 생장용 섬유 구조물은 뿌리의 성장에 적합한 공간(기공)을 포함할 수 있는데, 이는 식물이 건강하게 성장하도록 한다.
식물의 파종 및 이식, 물 공급 등은 예를 들면, 식물의 유형 및 환경에 따라 선택된 적합한 방법으로 수행할 수 있다.
실시예
본 발명을 한정하려는 것이 아니라, 본 발명을 상세히 설명할 목적으로, 다음 실시예를 제공한다. 이러한 실시예에서, 식물 생장용 섬유 구조물을 구성하는 유기 중합체 섬유에 부착되기 전의 흡수성 중합체의 흡수 용량, 부착 후의 흡수 용량 및 단위 용적당 식물 생장용 섬유 구조물의 흡수 용량은 각각 상기한 방법으로 측정한다. 한편, 20g/cm2의 승압하의 식물 생장용 섬유 구조물의 외관 밀도, 식물 생장용 섬유 구조물내의 관통 개구의 개구 면적, 부직포로 제조된 식물 생장용 섬유 구조물의 평균 섬유 교차거리 및 편직물로 제조된 식물 생장용 섬유 구조물내의 관통 개구 둘레의 주위 벽들의 높이는 각각 다음과 같은 방법으로 측정한다.
20g/cm2의 승압하의 식물 생장용 섬유 구조물의 외관 밀도
(1) 식물 생장용 섬유 구조물을 직사각형 시험편(50cm × 50cm)으로 절단하고 중량(W:g)을 측정한다.
(2) 투명한 플라스틱 판을 시험편위에 올려놓은 다음, 플라스틱 자체의 중량을 포함하는 20g/cm2의 압력하에 압축시킨다. 시험편의 두께(d:cm) 를 측정한 후에, 20g/cm2의 승압하에 식물 생장용 섬유 구조물의 외관 밀도를 수학식 5에 따라 측정한다.
20g/cm2의 승압하의 식물 생장용 섬유 구조물의 외관 밀도(g/cm3)=W/(50×50×d)
식물 생장용 섬유 구조물내의 관통 개구의 개구 면적
관통 개구가 큰 식물 생장용 섬유 구조물(천공 구조물, 부직포 등)의 경우, 개구의 측면 또는 직경은 캘리퍼스로 측정하여 관통 개구의 개구 면적을 측정한다.
관통 개구가 부직 구조물 자체에 의해 형성되는 부직포로 제조된 식물 생장용 섬유 구조물의 경우, 섬유 구조물의 표면의 확대 사진(50배율)을 주사현미경으로 촬영한다. 이어서, 이 사진으로부터 개구의 측면 또는 직경을 측정하고 이에 따라 식물 생장용 섬유 구조물의 관통 개구의 개구 면적을 측정한다.
부직포로 제조된 식물 생장용 섬유 구조물의 평균 교차거리
부직포로 제조된 식물 생장용 섬유 구조물 표면의 확대 사진(50배율)을 주사전자현미경으로 촬영한다. 이어서, 각각의 섬유 교차거리를 측정하고 평균을 계산한다.
편직물로 제조된 식물 생장용 섬유 구조물내의 관통 개구 둘레의 주위 벽들의 높이
주위 벽의 높이는 캘리퍼스로 계산한다.
실시예 1
(1) 부직포는 통상적인 방법으로 니이들 펀칭법으로 단섬유 섬도가 100dr(직경: 100㎛)이고 섬유장이 70mm인 폴리에스테르 섬유를 사용함으로써 제조한다. 부직포의 강도를 증진시키기 위하여, 아크릴 수지(DIANIPPON INK & CHEMICALS INC.에서 제조한 DICNARL E-7500)를 섬유 중량을 기준으로 하여 5중량%의 비로 이에 부착시킴으로써 130g/m2의 메츠케(Metsuke)를 갖는 아크릴 수지 처리된 부직포를 수득한다.
(2) 흡수성 중합체 용액은 무수 중량의 140배의 흡수 용량 Q0를 갖는 폴리(나트륨 아크릴레이트)[흡수성 중합체; ACRYHOPE HG-1, 제조원:NIPPON SHOKUBAI CO., LTD.] 40중량부, 우레탄 중합체[바인더 중합체; CRISVON 3314, 제조원: DIANIPPON INK & CHEMICALS INC., 고체 함량: 20중량%] 100중량부 및 이소프로필 알콜 300중량부를 혼합하여 제조한다. 이어서, 상기 (1)에서 제조한 아크릴 수지 처리된 부직포를 이 흡수성 중합체 용액에 침지시킨다. 이를 꺼낸 후에, 부직포를 2kg.f/cm2의 스퀴징 압력하에 스퀴징시킴으로써 이로부터 과도한 흡수성 중합체 용액을 제거하고 120℃에서 건조시켜 총 170g/m2의 흡수성 중합체 및 바인더 중합체가 부착된 300g/m2의 메츠케를 지닌 부직포로 제조된 식물 생장용 섬유 구조물을 제공한다. 이러한 식물 생장용 섬유 구조물의 두께는 4.2mm이다.
(3) 상기한 바와 같이 측정하는 경우, 상기한 바와 같이 수득한 부직포로 제조된 식물 생장용 흡수성 섬유 구조물은 20g/cm2의 승압하의 외관 밀도가 0.081g/cm3이다. 20g/cm2의 승압하의 식물 생장용 섬유 구조물의 두께는 3.7mm이다. 식물 생장용 섬유 구조물의 수분 흡수 용량은 1.4g 물/cm3이다. 또한, 상기한 방법으로 측정한 섬유에 부착된 후의 흡수성 중합체의 흡수 용량 Q1은 0.05Q0이다. 부직 텍스쳐로 인한 관통 개구의 개구면적은 약 0.8 내지 6.3mm2범위이고 이의 평균 섬유 교차거리는 1.2mm이다.
실시예 2
(1) 부직포는 단섬유 섬도가 100dr(직경: 100㎛)이고 섬유장이 64mm인 폴리에스테르 섬유 70중량부 및 단섬유 섬도가 20dr(직경: 45㎛)이고 섬유장이 64mm인 또다른 폴리에스테르 섬유 30중량부를 배합하고 수득된 블렌드를 통상적인 방법으로 니이들 펀칭법으로 가공함으로써 제조한다. 부직포의 강도를 증진시키기 위하여, 실시예 1에서와 동일한 아크릴 수지를 섬유 중량을 기준으로 하여 5중량%의 비로 이에 부착시킴으로써 150g/cm2의 메츠케를 갖는 아크릴 수지 처리된 부직포를 수득한다.
(2) 흡수성 중합체 용액은 무수 중량의 286배의 흡수 용량 Q0를 갖는 폴리아크릴산 수지[흡수성 중합체; SANWET IM-1000, 제조원: SANYO CHEMICALS INDUSTRIES, LTD.] 50중량부 및 우레탄 중합체[바인더 중합체; CRISVON 3314, 제조원: DIANIPPON INK & CHEMICALS INC., 고체 함량: 20중량%] 250중량부를 혼합하여 제조한다. 이어서, 상기 (1)에서 제조한 아크릴 수지 처리된 부직포에 이 흡수성 중합체 용액을 분무하고 120℃에서 건조시켜 부착시킴으로써 총 150g/m2의 흡수성 중합체 및 바인더 중합체가 부착된 300g/m2의 메츠케를 지닌 부직포로 제조된 식물 생장용 섬유 구조물을 제공한다. 이러한 식물 생장용 섬유 구조물의 두께는 3.0mm이다.
(3) 다음에, 상기 (2)에서 수득한 부직포로 제조된 식물 생장용 흡수성 섬유 구조물을 25 개구/100cm2의 비(총 개구 면적의 비: 20%, 인접한 개구들 사이의 최소 거리: 5mm)로 직경 10mm의 개구(개구 면적: 약 79mm2) 천공하여 식물 생장용 섬유 구조물을 수득한다.
(4) 상기한 바와 같은 방법으로 측정하는 경우, 상기 (3)에서 수득한 식물 생장용 섬유 구조물은 20g/cm2의 승압하의 외관 밀도가 0.12g/cm3이다. 20g/cm2의 승압하의 식물 생장용 섬유 구조물의 두께는 2.5mm이다. 식물 생장용 섬유 구조물의 수분 흡수 용량은 2.0g 물/cm3이다. 또한, 상기한 방법으로 측정한 섬유에 부착된 후의 흡수성 중합체의 흡수 용량 Q1은 0.08Q0이다. 이의 평균 섬유 교차거리는 0.3mm이다.
실시예 3
(1) 부직포는 단섬유 섬도가 35dr(직경: 60㎛)이고 섬유장이 64mm인 폴리에스테르 섬유 50중량부 및 단섬유 섬도가 25dr(직경: 51㎛)이고 섬유장이 64mm인 또다른 폴리에스테르 섬유 50중량부를 배합하고 수득된 블렌드를 통상적인 방법으로 니이들 펀칭법으로 가공함으로써 제조한다. 부직포의 강도를 증진시키기 위하여, 실시예 1에서 사용된 것과 동일한 아크릴 수지를 섬유 중량을 기준으로 하여 3중량%의 비로 이에 부착시킴으로써 100g/cm2의 메츠케를 갖는 아크릴 수지 처리된 부직포를 수득한다.
(2) 이후에, 실시예 2에서 사용한 것과 동일한 흡수성 중합체 용액을 분무하고 120℃에서 건조시켜 상기 (1)에서 제조한 아크릴 수지 처리된 부직포에 부착시킴으로써 총 50g/m2의 흡수성 중합체 및 바인더 중합체가 부착된 150g/m2의 메츠케를 지닌 부직포로 제조된 식물 생장용 섬유 구조물을 제공한다. 이러한 식물 생장용 섬유 구조물의 두께는 8mm이다.
(3) 다음에, 상기 (2)에서 수득한 부직포로 제조된 식물 생장용 흡수성 섬유 구조물을 25개구/100cm2의 비(총 개구 면적의 비: 12.5%, 인접한 개구들 사이의 최소 거리: 10mm)로 직경 8mm의 개구(개구 면적: 약 51mm2)를 천공하여 식물 생장용 섬유 구조물을 수득한다.
(4) 상기한 바와 같은 방법으로 측정하는 경우, 상기 (3)에서 수득한 식물 생장용 섬유 구조물은 20g/cm2의 승압하의 외관 밀도가 0.03g/cm3이다. 20g/cm2의 승압하의 식물 생장용 섬유 구조물의 두께는 5mm이다. 식물 생장용 섬유 구조물의 수분 흡수 용량은 0.5g 물/cm3이다. 또한, 상기한 방법으로 측정한 섬유에 부착된 후의 흡수성 중합체의 흡수 용량 Q1은 0.35Q0이다. 이의 평균 섬유 교차거리는 3.5mm이다.
실시예 4
(1) 부직포는 단섬유 섬도가 200dr(직경: 143㎛)이고 섬유장이 64mm인 폴리에스테르 섬유 20중량부 및 단섬유 섬도가 25dr(직경: 51㎛)이고 섬유장이 64mm인 또다른 폴리에스테르 섬유 80중량부를 배합하고 수득된 블렌드를 통상적인 방법으로 니이들 펀칭법으로 가공함으로써 제조한다. 부직포의 강도를 증진시키기 위하여, 실시예 1에서 사용된 것과 동일한 아크릴 수지를 섬유 중량을 기준으로 하여 5중량%의 비로 이에 부착시킴으로써 200g/cm2의 메츠케를 갖는 아크릴 수지 처리된 부직포를 수득한다.
(2) 이후에, 실시예 2에서 사용한 것과 동일한 흡수성 중합체 용액을 분무하고 120℃에서 건조시켜 상기 (1)에서 제조한 아크릴 수지 처리된 부직포에 부착시킴으로써 총 400g/m2의 흡수성 중합체 및 바인더 중합체가 부착된 600g/m2의 메쓰크를 지닌 부직포로 제조된 식물 생장용 섬유 구조물을 제공한다. 이러한 식물 생장용 섬유 구조물의 두께는 2.5mm이다.
(3) 다음에, 상기 (2)에서 수득한 부직포로 제조된 식물 생장용 흡수성 섬유 구조물을 16개구/100cm2의 비(총 개구 면적의 비: 28%, 인접한 개구들 사이의 최소 거리: 8mm)로 직경 15mm의 개구(개구 면적: 177mm2)를 천공하여 식물 생장용 섬유 구조물을 수득한다.
(4) 상기한 바와 같은 방법으로 측정하는 경우, 상기 (3)에서 수득한 식물 생장용 섬유 구조물은 20g/cm2의 승압하의 외관 밀도가 0.3g/cm3이다. 20g/cm2의 승압하의 식물 생장용 섬유 구조물의 두께는 2mm이다. 식물 생장용 섬유 구조물의 수분 흡수 용량은 0.49g 물/cm3이다. 또한, 상기한 방법으로 측정한 섬유에 부착된 후의 흡수성 중합체의 흡수 용량 Q1은 0.017Q0이다. 이의 평균 섬유 교차거리는 0.2mm이다.
실시예 5
(1) 메츠케가 190g/m2인 도 4에 나타낸 편직 구조를 갖는 편직물은 이중 라쉘 편직기를 사용하여 단섬유 섬도가 200dr(직경: 143㎛)인 폴리에스테르 필라멘트 사를 사용함으로써 제조한다.
(2) 흡수성 중합체 용액은 무수 중량의 약 367배의 흡수 용량 Q0를 갖는 비닐 알콜/나트륨 아크릴레이트 공중합체[흡수성 중합체; IGETAGEL P, 제조원: SUMITOMO SEIKA CHEMICALS CO., LTD.] 100중량부 및 우레탄 중합체[바인더 중합체; CRISVON 6306B, 제조원: DIANIPPON INK & CHEMICALS INC., 고체 함량: 30중량%] 100중량부를 혼합하여 제조한다. 이어서, 상기 (1)에서 제조한 편직물을 이 흡수성 중합체 용액에 침지시킨다. 이를 꺼낸 후에, 편직물을 1.2kg.f/cm2의 스퀴징 압력하에 스퀴징시킴으로써 이로부터 과도한 흡수성 중합체 용액을 제거하고 120℃에서 건조시켜 총 110g/m2의 흡수성 중합체 및 바인더 중합체가 부착된 300g/m2의 메츠케를 지닌 부직포로 제조된 식물 생장용 섬유 구조물을 제공한다. 이러한 식물 생장용 섬유 구조물의 두께(=관통 구멍 둘레의 주위 벽의 높이)는 5.3mm이다.
(3) 상기한 바와 같이 측정하는 경우, 상기한 (2)에서 수득한 편직물로 제조된 식물 생장용 흡수성 섬유 구조물은 20g/cm2의 승압하의 외관 밀도가 0.065g/cm3이다. 20g/cm2의 승압하의 식물 생장용 섬유 구조물의 두께는 4.6mm이다. 식물 생장용 섬유 구조물의 수분 흡수 용량은 1.0g 물/cm3이다. 또한, 식물 생장용 섬유 구조물의 편직 구조로 인해 형성된 직사각형 관통 개구의 개구 면적은 64mm2이다. 상기한 방법으로 측정하는 경우, 섬유에 부착된 후의 흡수성 중합체의 흡수 용량 Q1은 0.07Q0이다.
실시예 6
(1) 메츠케가 215g/m2인 도 4에 나타낸 편직 구조를 갖는 편직물은 이중 라쉘 편직기를 사용하여 단섬유 섬도가 200dr(직경: 143㎛)인 폴리에스테르 필라멘트 사를 사용함으로써 제조한다.
(2) 흡수성 중합체 용액은 무수 중량의 약 367배의 흡수 용량 Q0를 갖는 비닐 알콜/나트륨 아크릴레이트 공중합체[흡수성 중합체; IGETAGEL P, 제조원: SUMITOMO SEIKA CHEMICALS CO., LTD.] 100중량부 및 우레탄 중합체[바인더 중합체; CRISVON 6306B, 제조원: DIANIPPON INK & CHEMICALS INC., 고체 함량: 30중량%] 800중량부를 혼합하여 제조한다. 이어서, 상기 (1)에서 제조한 편직물을 이 흡수성 중합체 용액에 침지시킨다. 이를 꺼낸 후에, 편직물을 1.2kg.f/cm2의 스퀴징 압력하에 스퀴징시킴으로써 이로부터 과도한 흡수성 중합체 용액을 제거하고 120℃에서 건조시켜 총 85g/m2의 흡수성 중합체 및 바인더 중합체가 부착된 300g/m2의 메츠케를 지닌 부직포로 제조된 식물 생장용 섬유 구조물을 제공한다. 이러한 식물 생장용 섬유 구조물의 두께(=관통 구멍 둘레의 주위 벽의 높이)는 5.3mm이다.
(3) 상기한 바와 같이 측정하는 경우, 상기한 (2)에서 수득한 편직물로 제조된 식물 생장용 흡수성 섬유 구조물은 20g/cm2의 승압하의 외관 밀도가 0.065g/cm3이다. 20g/cm2의 승압하의 식물 생장용 섬유 구조물의 두께는 4.6mm이다. 식물 생장용 섬유 구조물의 수분 흡수 용량은 0.04g 물/cm3이다. 또한, 식물 생장용 섬유 구조물의 편직 구조로 인해 형성된 직사각형 관통 개구의 개구 면적은 64mm2이다. 상기한 방법으로 측정하는 경우, 섬유에 부착된 후의 흡수성 중합체의 흡수 용량 Q1은 0.02Q0이다.
실시예 7
(1) 메츠케가 120g/m2인 도 4에 나타낸 편직 구조를 갖는 편직물은 이중 라쉘 편직기를 사용하여 단섬유 섬도가 200dr(직경: 143㎛)인 폴리에스테르 필라멘트 사를 사용함으로써 제조한다.
(2) 흡수성 중합체 용액은 무수 중량의 약 650배의 흡수 용량 Q0를 갖는 폴리아크릴산 수지[흡수성 중합체; ARASOAPG, 제조원: ARAKAWA CHEMICALS CO., LTD.] 200중량부 및 우레탄 중합체[바인더 중합체; CRISVON 6306B, 제조원: DIANIPPON INK & CHEMICALS INC., 고체 함량: 30중량%] 100중량부를 혼합하여 제조한다. 이어서, 상기 (1)에서 제조한 편직물을 이 흡수성 중합체 용액에 침지시킨다. 이를 꺼낸 후에, 편직물을 1.2kg.f/cm2의 스퀴징 압력하에 스퀴징시킴으로써 이로부터 과도한 흡수성 중합체 용액을 제거하고 120℃에서 건조시켜 총 180g/m2의 흡수성 중합체 및 바인더 중합체가 부착된 300g/m2의 메츠케를 지닌 편직물로 제조된 식물 생장용 섬유 구조물을 제공한다. 이러한 식물 생장용 섬유 구조물의 두께(= 관통 구멍 둘레의 주위 벽의 높이)는 5.3mm이다.
(3) 상기한 바와 같이 측정하는 경우, 상기한 (2)에서 수득한 편직물로 제조된 식물 생장용 흡수성 섬유 구조물은 20g/cm2의 승압하의 외관 밀도가 0.2g/cm3이다. 20g/cm2의 승압하의 식물 생장용 섬유 구조물의 두께는 4.6mm이다. 식물 생장용 섬유 구조물의 수분 흡수 용량은 8.3g 물/cm3이다. 또한, 식물 생장용 섬유 구조물의 편직 구조로 인해 형성된 직사각형 관통 개구의 개구 면적은 64mm2이다. 상기한 방법으로 측정하는 경우, 섬유에 부착된 후의 흡수성 중합체의 흡수 용량 Q1은 0.37Q0이다.
비교실시예 1
(1) 부직포는 통상적인 방법으로 니이들 펀칭법으로 단섬유 섬도가 20dr(직경: 45㎛)인 폴리에스테르 섬유를 사용함으로써 제조한다. 부직포의 강도를 증진시키기 위하여, 아크릴 수지(DIANIPPON INK & CHEMICALS INC.에서 제조한 DICNARL E-8290)를 섬유 중량을 기준으로 하여 5중량%의 비로 이에 부착시킴으로써 480g/m2의 메츠케를 갖는 아크릴 수지 처리된 부직포를 수득한다.
(2) 실시예 2(2)에서 사용한 바와 동일한 흡수성 중합체 용액을 분무하고 120℃에서 건조시켜 상기 (1)에서 제조한 아크릴 수지 처리된 부직포에 부착시킴으로써 총 150g/m2의 흡수성 중합체 및 바인더 중합체가 부착된 630g/m2의 메츠케를 지닌 부직포로 제조된 식물 생장용 섬유 구조물을 제공한다. 이러한 식물 생장용 섬유 구조물의 두께는 1.6mm이다.
(3) 상기한 바와 같이 측정하는 경우, 상기 (2)에서 수득한 편직물로 제조된 식물 생장용 흡수성 섬유 구조물은 20g/cm2의 승압하의 외관 밀도가 0.45g/cm3이다. 20g/cm2의 승압하의 식물 생장용 섬유 구조물의 두께는 1.4mm이다. 식물 생장용 섬유 구조물의 수분 흡수 용량은 4.3g 물/cm3이다. 또한, 상기한 방법으로 측정한 섬유에 부착된 후의 흡수성 중합체의 흡수 용량 Q1은 0.09Q0이다. 부직 텍스쳐로 인한 관통 개구의 개구 면적은 약 0.0004 내지 0.01mm2범위이고 이의 평균 섬유 교차거리는 0.06mm이다.
비교실시예 2
(1) 메츠케가 100g/m2인 평직물은 통상적인 방법으로 단섬유 섬도가 200dr(직경: 143㎛)인 실시예 5에서 사용한 것과 동일한 폴리에스테르 필라멘트를 사용함으로써 제조한다.
(2) 이어서, 상기 (1)에서 제조한 평직물을 실시예 5(2)에서 사용된 것과 동일한 흡수성 중합체 용액에 침지시킨다. 이를 꺼낸 후에, 편직물을 2kg.f/cm2의 스퀴징 압력하에 스퀴징시킴으로써 이로부터 과도한 흡수성 중합체 용액을 제거하고 120℃에서 건조시켜 총 50g/m2의 흡수성 중합체 및 바인더 중합체가 부착된 150g/m2의 메츠케를 지닌 직물로 제조된 식물 생장용 섬유 구조물을 제공한다. 이러한 식물 생장용 섬유 구조물의 두께는 0.7mm이다.
(3) 얇기 때문에, 상기 (2)에서 수득한 직물로 제조된 식물 생장용 흡수성 섬유 구조물의 5개의 시험편(50cm × 50cm)을 또다른 것의 상부에 올려 놓은 다음, 상기한 방법으로 20g/cm2의 승압하의 외관 밀도를 측정한다. 따라서, 이의 외관 밀도는 0.21g/cm3로 나타났다. 식물 생장용 섬유 구조물의 수분 흡수 용량은 8.5g 물/cm3이다. 상기한 방법으로 측정하는 경우, 섬유에 부착된 후의 흡수성 중합체의 흡수 용량 Q1은 0.42Q0이다.
비교실시예 3
메츠케가 75g/m2인 메쉬 시트는 물을 흡수시키는 경우 팽윤되는 개질된 아크릴 섬유를 면과 7.5:1의 비로 혼합함으로써 수득한 2000dr에 상응하는 사를 사용하여 제조한다.
비교실시예 4
(1) 부직포는 통상적인 방법으로 스판 본딩법으로 단섬유 섬도가 20dr(직경: 45㎛)인 폴리에스테르 섬유를 사용함으로써 제조한다. 부직포의 강도를 증진시키기 위하여, 아크릴 수지(DIANIPPON INK & CHEMICALS INC.에서 제조한 DICNARL E-8290)를 섬유 중량을 기준으로 하여 5중량%의 비로 이에 부착시킴으로써 30g/m2의 메츠케를 갖는 아크릴 수지 처리된 부직포를 수득한다.
(2) 실시예 1(2)에서 사용한 바와 동일한 흡수성 중합체 용액을 실시예 1(2)와 유사한 방법으로 상기 (1)에서 제조한 아크릴 수지 처리된 부직포에 부착시키고 120℃에서 건조시킴으로써 총 10g/m2의 흡수성 중합체 및 바인더 중합체가 부착된 40g/m2의 메츠케를 지닌 부직포로 제조된 식물 생장용 섬유 구조물을 제공한다. 이러한 식물 생장용 섬유 구조물의 두께는 0.35mm이다.
(3) 상기한 바와 같이 측정하는 경우, 상기 (2)에서 수득한 편직물로 제조된 식물 생장용 흡수성 섬유 구조물은 20g/cm2의 승압하의 외관 밀도가 0.13g/cm3이다. 20g/cm2의 승압하의 식물 생장용 섬유 구조물의 두께는 0.3mm이다. 식물 생장용 섬유 구조물의 수분 흡수 용량은 0.057g 물/cm3이다. 또한, 상기한 방법으로 측정한 섬유에 부착된 후의 흡수성 중합체의 흡수 용량 Q1은 0.19Q0이다. 부직 텍스쳐로 인한 관통 개구의 개구 면적은 약 0.001 내지 0.04mm2범위이고 이의 평균 섬유 교차거리는 0.11mm이다.
잔디 및 수박 성장 시험
(1) 상기 실시예 및 비교실시예에서 수득한 식물 생장용 섬유 구조물을 각각 시험편(100cm × 100cm)으로 절단하고 30cm 깊이의 토양에 매립한다. 10cm 깊이의 토양으로 덮은 후에, 잔디씨를 30g/m2의 비율로 거의 규칙적으로 파종한다. 또한, 수박씨를 동일한 방법으로 매립된 식물 생장용 섬유 구조물에 50cm의 간격으로 m2당 4개의 씨의 비율로 파종하여 성장 상태를 평가하기 위한 샘플을 제공한다. 비교할 목적으로, 식물 생장용 섬유 구조물을 사용하지 않는 것을 제외하고는 상기 절차를 반복한다.
(2) 상기 (1)에서 제조한 샘플을 10% 습도하의 45℃의 온도의 실험실에 두고 발아할 때까지 10ℓ/m2의 물을 1일 3회 공급한다. 발아 후에는, 이들 식물은 10ℓ/m2의 물을 1일 1회 공급하여 다음과 같은 기준에 따라 평가한다. 표 2는 평가 결과를 나타낸다. 이 시험에서 사용된 공급수는, 탈염분화된 해수가 사용될 수 있다는 가정하에, 염화나트륨 3000ppm을 포함하는 것이다.
잔디 또는 수박의 성장 상태의 평가기준
수준 성장 상태
1 매우 양호하게 성장, 쇠약화 또는 시듦이 없이 신선한 녹색을 나타냄
2 양호하게 성장, 생기가 많지는 않지만 녹색을 나타냄
3 약간 불량하게 성장, 생기가 없고 시들지는 않지만 약간 쇠약함
4 불량하게 성장, 시듦
5 매우 불량하게 성장, 대부분 황색으로 변하고 시듦
6 성장하지 않음, 거의 완전히 황색으로 변하고 시듦
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7
직물 형태 부직포 부직포 부직포 부직포 편직물 편직물 편직물
단섬유 섬도(br)/두꺼운 섬유 함량(%) 100/10 100/70 35/50 200/20 200/100 200/100 200/100
기타 섬유[크기(dr)/함량(%)] -/0 20/30 25/50 25/80 -/0 -/0 -/0
외관 밀도(g/cm3) 0.081 0.12 0.03 0.3 0.065 0.065 0.065
두께(mm) 3.7 2.5 5 2 4.6 4.6 4.6
흡수성 중합체:바이더 중합체 2:1 1:1 1:1 1:1 10:3 1:2.4 10:1.5
흡수성 중합체의보습성:Q0(배) 140 286 286 286 367 367 650
직물의 보습성(g 물/cm3) 1.4 2.0 0.5 0.49 1.0 0.04 8.3
부착 후의 흡수성중합체의 보습성:Q1 0.05Q0 0.08Q0 0.35Q0 0.017Q0 0.07Q0 0.02Q0 0.37Q0
잔디 성장 시험:발아시간(파종후의 일수) 7 9 10 8 8 9 7
성장 상태(수준:발아 후):1 주3 주5 주8 주 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111
수박 성장 시험:발아시간(발아 후 일수) 18 20 21 19 18 19 18
성장 상태(수준:발아 후):1 주3 주5 주8 주 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111
*1) 시들기 때문에 성장 상태의 관찰이 중단됨
비교실시예 1 비교실시예 2 비교실시예 3 비교실시예 4 비고
직물 형태 부직포 편직물 메쉬 시트 부직포 (비직물)
단섬유 섬도(br)/두꺼운 섬유 함량(%) 20/100 200/100 - 20/100 -
기타 섬유[크기(dr)/함량(%)] -/0 -/0 - - -
외관 밀도(g/cm3) 0.45 0.21 0.034 0.13
두께(mm) 1.4 0.6 2.2 0.3 -
흡수성 중합체:바이더 중합체 1:1 10:3 - 2:1 -
흡수성 중합체의보습성:Q0(배) 286 367 - 140 -
직물의 보습성(g 물/cm3) 4.3 8.5 4.2 0.057 -
부착 후의 흡수성중합체의 보습성:Q1 0.09Q0 0.42Q0 - 0.19Q0 -
잔디 성장 시험:발아시간(파종후의 일수) 11 11 11 11 12
성장 상태(수준:발아 후):1 주3 주5 주8 주 1123 2345 1234 2345 56*1*1
수박 성장 시험:발아시간(발아 후 일수) 23 23 23 23 25
성장 상태(수준:발아 후):1 주3 주5 주8 주 1233 2334 2234 3345 456*1
*1) 시들기 때문에 성장 상태의 관찰이 중단됨
표 2의 결과는 단섬유 섬도가 30 데니어 이상이고 20g/cm2의 승압하의 외관 밀도가 0.001 내지 0.3g/cm3이고 승압시키지 않은 상태의 두께가 2mm 이상인 유기 중합체 섬유를 5중량% 이상 함유하는 본 발명의 식물 섬유 구조물을 사용하여 잔디와 수박을 양호하게 재배할 수 있음을 나타낸다.
이와 대조적으로, 단섬유 섬도가 20dr인 유기 중합체 섬유를 사용하여 수득한, 20g/cm2의 승압하의 외관 밀도가 0.3g/㎤를 초과하는 식물 생장용 흡수성 섬유 구조물, 및 두께가 2mm 미만인 흡수성 평직물로 제조한 식물 생장용 섬유 구조물, 또는 흡수성 섬유로 이루어진 편직 메쉬 시트를 사용하는 경우에는 잔디와 수박이 잘 자라지 않을 수 있다.
본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물은 우수한 보습성 및 적합한 배수성을 유지하며 식물 뿌리를 건강하게 성장시키는 적합한 공간(기공)을 갖는다. 또한, 물속에 포함된 염분과 같은 유해 물질이 본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물에는 거의 축적되지 않는다. 더구나, 이러한 유해한 물질들이 내부에 존재하는 경우에도 이에 과량의 물을 공급함으로써 용이하게 제거할 수 있다. 따라서, 본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물을 사용함으로써, 식물은 수분의 부족으로 인한 쇠약화, 과도한 물 함량으로 인한 뿌리 부패, 뿌리의 근접화로 인한 쇠약화, 염분화 등과 같은 문제점이 거의 없이 식물을 양호하게 재배할 수 있다. 이러한 특성들을 이용함으로써, 본 발명의 식물 생장용 섬유 구조물은, 예를 들면, 강수량이 적은 지역(사막 등), 빗물이 대지에 거의 보유될 수 없는 지역(경사지 등) 및 물을 공급되는데 상당한 노동력과 장시간이 소요되는 지역(골프 코스, 축구장, 야구장, 중앙 분리대 등)에서 식물을 재배하는데 매우 효과적으로 사용할 수 있다.

Claims (16)

  1. 단섬유 섬도가 30 데니어 이상인 유기 중합체 섬유를 5중량% 이상 함유하는 섬유상 물질; 흡수성 중합체; 및 바인더 중합체를 포함[여기서, 흡수성 중합체와 바인더 중합체는 섬유상 물질에 부착되어 있다]하는, 단위 체적당 흡수율이 0.02 내지 10g 물/cm3이고 외관 밀도가 20g/cm2의 승압하에 0.001 내지 0.3g/cm3이며 두께가 2.0mm 이상인 식물 생장용 섬유 구조물.
  2. 제1항에 있어서, 부직포 형태인 식물 생장용 섬유 구조물.
  3. 제1항에 있어서, 바인더 중합체에 대한 흡수성 중합체의 중량비가 1:3 내지 10:1인 식물 생장용 섬유 구조물.
  4. 제1항에 있어서, 흡수성 중합체가 이의 자체 무수 중량의 10 내지 1,000배의 수분을 흡수하고, 섬유에 부착된 후에, 흡수성 중합체의 흡수 용량이 바인더 중합체의 동시 존재로 인하여 외관상으로 감소하여 수학식 1의 조건을 충족하는 식물 생장용 섬유 구조물.
    수학식 1
    0.01Q0≤ Q1≤ 0.5Q0
    상기 수학식 1에서,
    Q0은 유기 중합체 섬유에 부착되기 전에 관찰한 흡수성 중합체의 고유 흡수 용량(시간/중량)이고,
    Q1은 유기 중합체 섬유에 부착된 후에 관찰한 흡수성 중합체의 외관 흡수 용량(시간/중량)이다.
  5. 제1항에 있어서, 식물 생장용 섬유 구조물의 깊이 방향으로 이를 관통하는 개구 영역에 0.5 내지 750mm2의 개구를 갖는 식물 생장용 섬유 구조물.
  6. 제1항에 있어서, 유기 중합체 섬유의 함량이 20중량% 이상인 식물 생장용 섬유 구조물.
  7. 제6항에 있어서, 유기 중합체 섬유의 함량이 50 내지 100중량%의 범위인 식물 생장용 섬유 구조물.
  8. 제1항에 있어서, 유기 중합체의 단섬유 섬도가 300 데니어 이하인 식물 생장용 섬유 구조물.
  9. 제1항에 있어서, 20g/cm2의 승압하의 외관 밀도가 0.002 내지 0.2g/cm3인 식물 생장용 섬유 구조물.
  10. 제1항에 있어서, 두께가 2 내지 50mm인 식물 생장용 섬유 구조물.
  11. 제1항에 있어서, 20g/cm2의 승압하의 두께가 1.5mm 이상인 식물 생장용 섬유 구조물.
  12. 제1항에 있어서, 섬유상 물질의 평균 섬유 교차 거리가 0.2 내지 4mm의 범위인 식물 생장용 섬유 구조물.
  13. 단섬유 섬도가 30 데니어 이상인 유기 중합체 섬유를 5중량% 이상 함유하는 섬유상 물질; 흡수성 중합체; 및 바인더 중합체를 포함[여기서, 흡수성 중합체와 바인더 중합체는 섬유상 물질에 부착되어 있다]하는, 단위 체적당 흡수율이 0.02 내지 10g 물/cm3이고 20g/cm2의 승압하의 외관 밀도가 0.001 내지 0.3g/cm3이며 20g/cm2의 승압하의 두께가 1.5mm 이상인 식물 생장용 섬유 구조물을 사용하는 식물의 재배 방법.
  14. 제13항에 있어서, 식물 생장용 섬유 구조물이 부직포 형태인 식물의 재배 방법.
  15. 제13항에 있어서, 바인더 중합체에 대한 흡수성 중합체의 중량비가 1:3 내지 10:1인 식물의 재배 방법.
  16. 제13항에 있어서, 흡수성 중합체가 이의 자체 무수 중량의 10 내지 1,000배의 수분을 흡수하고, 섬유에 부착된 후에, 흡수성 중합체의 흡수 용량이 바인더 중합체의 동시 존재로 인하여 외관상으로 감소되어 수학식 1의 조건을 충족시키는 식물의 재배 방법.
    수학식 1
    0.01Q0≤ Q1≤ 0.5Q0
    상기 수학식 1에서,
    Q0은 유기 중합체 섬유에 부착되기 전에 관찰한 흡수성 중합체의 고유 흡수 용량(시간/중량)이고,
    Q1은 유기 중합체 섬유에 부착된 후에 관찰한 흡수성 중합체의 외관 흡수 용량(시간/중량)이다.
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