KR101285203B1 - 수도작물 재배용 발포성 비료조성물 및 이의 발포성 고형비료의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 담수작물 재배용 발포성 비료조성물 및 이의 발포성 고형비료의 제조방법에 관한 것으로서, 질소원으로서 요소, 칼륨원으로서 염화칼륨, 발포제로서 구연산과 탄산수소나트륨, 규산원으로서 규소와 카올린 분말, 칼륨원 및 이산화탄소제거제로서 탄산칼륨, 6대 미량원소와 효모, 확산 및 분산제로서 계면활성제와 메타인산나트륨으로서 조성되는 것을 특징으로 하는 수도작물 재배용 발포성 비료 조성물 및 이를 압축 고결한 후 건조시켜 제조되는 수도작물 재배용 발포성 고형비료의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 수도작물 재배용 발포성 비료조성물은 수도작물이 흡수하기 용이한 요소를 주요 질소원으로 하여 물과 반응을 하면 발포제의 작용으로 신속하게 요소를 암모니아태 질소로 전환하도록 하여 양분이 토양으로 용탈이나 유실됨이 없이 작물에 이행 흡수될 수 있도록 하여 적은 양으로도 단시간 내에 효율적으로 비료를 시비한 효과를 볼 수 있다는 장점이 있으며, 본 발명에 의한 수도작물 재배용 발포성 고형비료의 제조방법은 시비를 하여야 하는 시기의 환경에 맞추어 시비효과의 극대화를 위하여 다양한 크기의 발포성 고형비료를 제조할 수 있도록 한다는 장점이 있다.

Description

수도작물 재배용 발포성 비료조성물 및 이의 발포성 고형비료의 제조방법{EFFERVESCENT FERTILIZER COMPOSITION CULTURING OF FRESH WATER CROPS AND MANUFACTURING PROCESS THEREOF}

본 발명은 담수작물 재배용 발포성 비료조성물 및 이의 발포성 고형비료의 제조방법에 관한 것으로서, 질소원으로서 요소, 칼륨원으로서 염화칼륨, 발포제로서 구연산과 탄산수소나트륨, 규산원으로서 규소와 카올린 분말, 칼륨원 및 이산화탄소제거제로서 탄산칼륨, 6대 미량원소와 효모, 확산 및 분산제로서 계면활성제와 메타인산나트륨으로서 조성되는 것을 특징으로 하는 수도작물 재배용 발포성 비료조성물 및 이를 압축 고결한 후 건조시켜 제조되는 수도작물 재배용 발포성 고형비료의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 비료는 토양의 생산력을 유지 또는 증진시키고 작물이 잘 생장될 수 있도록 하기 위하여 토양 또는 식물에 투입하는 영양 물질을 뜻하는 것으로, 직접적으로 작물의 영양 물질이 되거나, 혹은 작물의 영양 물질이 되지 않더라도 토양의 물리적 화학성 등을 개선하고 유용한 미생물을 증진시키며, 토양 중에 식물에 이용될 수 없는 형태로 있는 양분을 이용이 가능한 형태로 바꾸어 주거나 유독성 물질의 독성을 저감시키는 등 간접적으로 작물의 생육에 도움을 주는 물질이다.

이러한 비료는 보통 분말 형태로 이루어져 수도작물(벼) 재배용으로 논에 사용하는 경우 사용자가 직접 혹은 농기계를 이용하여 비료를 논 내에 뿌리는 작업을 해야 하기 때문에 번거롭다는 단점이 있었다.

또한, 이러한 비료 성분 중 시트르산 및 탄산수소나트륨 등의 성분은 수분에 용해되기 쉬운 상태로 존재하는바, 상기 비료가 공기 중에 노출된 경우 공기 중에 함유된 수분에 의해 쉽게 눅눅해져 내구성이 저하되거나 공기 중으로 확산되어 성분 유실 및 사용자의 편의성 저하 등의 문제를 안고 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 대한민국등록특허 제0805641호에서는 비료 조성물 및 고형화된 비료 제품을 개시하였는데, 생분해성 수지, 무기물 비료 및 유기물 비료를 혼합한 후, 다각 말뚝 형 또는 다각 뿔 형으로 압출 성형 또는 사출 성형시켜 비료 성분의 수중 용출 속도를 현저히 저하시키고, 땅을 굴착하지 않고 뿌리 가까이 시비하도록 형성되어, 수목 및 초목에 생분해성 수지에서 용출된 무기물 비료와 유기물 비료를, 생육 기간 동안 일정하게 공급할 수 있으므로, 노동력이 절감되고, 비료 물질의 최적 농도를 구현할 수 있어 경제적이라 기술되어 있다.

그러나 상기 조성물은, 명세서에 서술된 바와 같이 조경수 및 가로수 등의 나무의 뿌리 측에 배치되도록 하는 것으로 비교적 물의 양이 많은 논에 견고한 상태로 배치되기 힘들뿐만 아니라, 논 내의 관수에서의 확산 속도가 검증되지 않아 벼의 재배용으로는 부적합하다는 문제가 있었다. 또한, 조성물이 그 상태로 공기 중에 노출되는 경우 공기 중의 수분 등과 반응하여 성분이 유실되거나 혹은 조성물 자체가 눅눅해짐으로써 그 결합력이 감소하여 보관상 어려움이 따를 수 있다는 문제점이 있었다.

따라서 상술한 문제점들을 개선하고 더욱 우수한 식물 생장 촉진 효과를 나타낼 수 있음과 동시에 빠른 속도의 수중 용해로 인해 비료 조성물이 유실되지 않고 시비 전 보관시에도 보다 안정하게 보관될 수 있도록 하는 등의 효과를 더 가지는, 보다 신규하고 진보한 벼 재배용 비료 조성물을 제공할 필요성이 대두되고 있는 실정이며, 이러한 실정을 감안하여 대한민국특허등록 제1064898호에서는 벼의 생육에 필요한 만큼 충분한 양을 정제형 비료에 포함시키고, 비료에 포함된 양분이 벼의 생육시기에 맞추어 충분히 흡수될 수 있도록 속효성 및 완효성을 갖추게 함과 동시에 적절한 조성비를 통해 충분한 발포성을 발휘할 수 있도록 하는 것을 목적으로 하는 담수작물 재배용 발포성 엔케이 비료 조성물에 대하여 제안을 한 바 있으나 제안된 발포성 엔케이 비료 조성물의 경우 발포성에만 주력을 하여 실제 논에서 사용될 때 각종 유효성분들이 물에 충분히 발포 용해되어 신속하게 균일하게 전달되지 못한다는 한계점은 여전히 남아 있었다.

또한, 제조한 후 실제 사용시까지 장기간 보관이 예상됨에도 불구하고 제품의 품질이 열화되거나 변형되는 것을 방지하기 위한 유효성분에 대해서는 미처 제안되지 못할 뿐만 아니라 비료가 시비되어야 하는 계절 변화에 따른 논의 수온변화에 최적의 발포성 및 용해성과 신속한 이동성을 가지는 발포성 비료 조성물에 대해서는 언급이 없었다는 문제점은 여전히 남아 있었다.

본 발명은 상술한 것과 같은 문제점을 해결하고 기존 제안된 특허기술들이 가지고 있는 한계점을 극복하기 위하여 안출된 것으로서,

본 발명은 물과 반응을 하면 발포제의 작용으로 신속하게 요소태를 암모니아태 질소로 전환하도록 하여 양분의 토양으로 용탈이나 유실이 없이 작물에 이행 흡수될 수 있도록 하여 기존에 공개된 발포성 정제형 비료에 비해 단시간 내에 효율적으로 비료를 시비한 효과를 볼 수 있는 발포성 비료 조성물을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 기존에 제시되었던 발포성 정제형 비료 조성물에 비해 물과 반응을 하여 발포 확산을 시키면 포함되어 있는 유효성분들로 인한 분산성 및 확산성이 우수하여 시비를 한 전체 면적에 신속하고 균일한 시비효과를 볼 수 있도록 하는 발포성 비료 조성물을 제공함에 다른 목적이 있다.

아울러, 본 발명은 논에 시비를 한 후 신속하게 물과 반응을 하여 신속하고 균일한 시비효과를 볼 수 있도록 함은 물론 정제형태로 가공시에 유효성분의 변형이 없을 뿐만 아니라 시비 시기에 따른 물 온도의 변화에 맞추어 그 크기를 다양하게 변형시켜 시비를 하는 시기에 따라 시비 효과를 극대화할 수 있는 발포성 고형 비료를 제조할 수 있는 발포성 고형 비료의 제조방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.

본 발명에 의한 수도작물 재배용 발포성 비료조성물은, 요소 35~60중량%, 염화칼륨 15~25중량%, 규소분말 0.5~1.5중량%, 카올린 분말 0.5~1.2중량%, 구연산 12~18중량%, 탄산수소나트륨 8~12중량%, 탄산칼륨 3~5중량%, 메타인산나트륨 0.2~1중량%, 붕소, 구리, 철, 망간, 몰리브덴, 아연 중 어느 하나 이상이 혼합되어 조성되는 미량원소혼합물 0.4~0.7중량%, 효모 0.2~0.4중량%,계면활성제 0.1~0.5중량%로 조성되는 것을 특징으로 한다.

질소는 단백질을 구성하는 성분으로 양분의 흡수 및 동화작용을 왕성하게 하며 엽록소 및 각종 체내대사를 촉진하는 효소, 호르몬,핵산 등의 구성을 담당한다. 질소원으로 사용되는 것은 요소(질소함유량 46%), 유안(질소함유량 21%), 질산칼륨(질소함유량 15.4%)의 3종류가 있다. 본 발명에 의한 발포성 비료 조성물에는 질소함유량이 가장 높은 요소를 질소원으로서 사용한다. 그 이유는 적은 양의 비료로도 질소원으로서 시비 효과가 크기 때문이다.

칼륨은 작물의 구성비 중 탄수화물의 합성 이동촉진, 증산작용조절, 체내수분생리 및 단백질 합성에 관계하며 뿌리나 줄기를 강하게 하고 병해충 및 저항성을 키운다. 즉 열매체를 만드는 역할을 담당한다.

본 발명에서 칼륨원으로는 염화칼륨을 위주로 사용하되, 약간의 탄산칼륨을 함께 사용한다. 그 이유는 비료로 쓸 수 있는 탄산칼륨, 염화칼륨, 질산칼륨과 같은 칼륨화합물 중 염화칼륨의 비중이 가장 작아서 물에서 발포 확산될 때 더 넓은 면적으로 확산될 수 있기 때문이다. 물론 물에 대한 용해도를 기준 판단할 때에는 탄산칼륨, 염화칼륨, 질산칼륨의 순으로 탄산칼륨의 용해도가 가장 좋기는 하지만 본 발명에 의한 발포성 비료조성물의 경우 상기와 같은 용해도 차이가 무시될 정도로 많은 물에 투입하여 확산을 시키기 때문에 물에 대한 용해도보다는 비중 차이에 의한 확산도를 더욱 중요한 요소로 파악하여 칼륨화합물 중 비중이 가장 가벼워 확산성이 뛰어나 신속하게 넓은 지역에 균일하게 확산될 수 있는 염화칼륨을 칼륨원으로서 주요한 구성요소로 채택하였다.

한편, 본 발명에서 다른 칼륨원으로서 소량 채택한 탄산칼륨은 비료성분의 기능 및 발포제로서의 기능을 함께 가지지만, 본 제품에서는 완제품에서 배출되는 이산화탄소(CO₂)를 제거하는데 더 중요한 요소로 포함된다. 기존의 이산화탄소(CO₂)제거제로는 수산화나트륨(양잿물)을 사용하였지만, 본 발명에서는 칼륨공급원으서의 기능과 발포 보조제로서의 기능 및 이산화탄소 제거라는 기능을 동시에 발휘하도록 하기 위하여 이산화탄소 제거에 필요한 양을 감안하여 소량의 탄산칼륨을 함께 포함시켰다.

구연산과 탄산수소나트륨은 구연산이 12~18중량%이며 탄산수소나트륨이 8~12중량%의 비율로 조정되어 구연산의 함유량이 더 많도록 하는 것이 좋다. 그 이유는 pH가 높은 쪽 즉 알칼리 성분으로 비료의 비종을 맞추면 물에 용해되는 능력이 현저히 떨어지기 때문에 일정 수준 이상의 용해도를 유지하도록 하기 위하여 pH가 낮은 산성 상태로 유지하도록 하기 위함이다.

한편, 발포제로서 기능을 하는 탄산염 중에 탄산칼륨과 탄산수소나트륨이 있다. 이 중 탄산칼륨을 주로 사용하면 칼륨공급원으로서 칼륨 성분도 보충하면서 발포성을 유지하겠지만, 나트륨성분이 칼륨성분에 비해 물에 더 잘 용해되고 발포확산이 탄산칼륨에 비해 월등히 우수하기 때문에 본 발명에서는 발포제로서 구연산 이외에 탄산수소나트륨을 발포제의 주요성분으로 채택하였다.

한편, 본 발명에 의한 발포성 비료조성물 100중량% 중 구연산의 함유량을 12중량% 미만으로 하고, 탄산수소나트륨의 함유량을 8중량% 미만으로 조성하면 20℃의 수온을 가진 물에 본 발명에 의한 발포성 비료 조성물을 발포시킬 때에 요소태 질소가 암모니아태 질소로 전환을 하긴 하지만 충분한 양이 전환되지 않는다. 또한 구연산 18중량%와 탄산수소나트륨 12중량%를 초과하여 제품을 구성하면 발포시 매우 빠른 상태로 용해가 되어 최대 에너지가 작용 후 운동에너지가 적어 충분한 거리까지 균일하게 확산이 이루어 지지 못한다. 따라서 본 발명에서는 전체 발포성 비료조성물 중에 구연산을 12~18중량%로, 탄산수소나트륨을 8~12중량%로 조절하는 것이 물에 투입 후에 10~15분 이내에 발포가 완료되도록 발포 속도를 조절하기 위하여 구연산 및 탄산수소나트륨의 중량비를 상술한 것과 같이 유지하는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 상기 규소 및 카올린(kaolin) 분말의 크기는 400~600메쉬인 것을 특징으로 하며, 상기 규소 및 카올린 분말은 규소분말 0.5~1.5중량%과 카올린 분말 0.5~1.2중량%가 혼합되어 조성된 것이 바람직하다.

규소와 카올린은 수도작물에 질소 다음으로 중요한 역할을 한다. 규소가 발포에 의해 확산되어 토양에 흡착시 작물(화본과)체 뿌리에서 구연산이 나와 규소를 규산으로 만들어져 흡수된다. 규소는 토양 속의 유해물질을 흡착하여 토양을 정화하는 역할을 담당하기도 하는데 1g의 규소는 1㎡의 토양을 정화시킬 수 있다. 또한 식물체 내의 대사활성과 광합성 촉진을 증대시켜 품질향상에 도움을 준다. 카올린은 규소와 알루미늄 성분이 함께 혼합되는 있는 것을 말한다. 본 발명에서 규소와 카올린 분말을 함께 포함한 이유는 규산으로 전환되어 직접적으로 작물에 양분을 공급할 뿐만 아니라 카올린에 포함되어 있는 알루미늄 성분이 거품을 발생시켜 물에 발포시킬 때 부형제로서의 역할도 함께 담당하도록 하기 위함이다. 아울러 본 발명에 의한 발포성 비료 조성물의 보관시에 최대의 적인 습기를 제거하는 역할도 함께 담당한다.

아울러, 발포시에 투하점으로부터 먼 거리 까지 확산 및 분산을 신속하고 균일하게 비료 성분이 용해되어 전달되도록 하기 위하여 400~600 메쉬 크기의 규소와 카올린의 분말을 사용하는 것이 바람직하다. 아울러 이와 같은 미세분말의 경우 토양에 직접적으로 침투되기 용이할 뿐만 아니라 작물의 뿌리에서 나오는 미량의 구연산과도 용이하게 반응하여 규산으로의 전환이 용이하기 때문이다. 또한 물에 미쳐 용해되지 않는다 하더라도 미세분말 상태로서 무게가 가벼워 쉽게 물에 뜨거나 물에 분산이 되어 투하지점으로부터 먼 거리까지 용이하게 이동이 가능하기 때문이다.

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본 발명의 구성요소 중 미량원소혼합물은 작물이 밸런스 있게 자라기 위한 것으로서, 최소 양분율의 법칙에 의거 12가지의 원소 밸런스를 맞추는 게 좋다. 우리나라 농토는 미량원소의 결핍 외에 잠재적 미량원소의 부족으로 인한 수확물의 품질 저하와 해거리 현상이 발생하고 있으며 특정원소의 과잉이 초래하는 길항작용과 영양분의 불균형으로 생리장해와 병 발생이 많아지고 있다. 미량원소는 다량원소에 비해 적은 양이 필요 하지만 만약 결핍현상이 발생하면 다량원소의 결핍현상과 같이 작물에 치명적인 문제를 발생한다. 작물에서 미량원소의 결핍은 보통 1종류의 결핍이 아닌 2가지 이상의 결핍이 나오기 때문에 1종류의 미량원소를 사용하는 것보단 6대 미량원소(B,Cu,Fe,Mn,Mo,Zn)를 밸런스 있게 맞추어 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 구성요소로서 미량원소혼합물 이외에 효모를 함께 사용한다. 토양 속에는 각종 유기물이 존재하며 이런 유기물을 분해해서 작물에 유용하게 사용할 수 있는 영양소로 만드는 역할이 중요하다. 효모는 이런 역할을 유도하는 기능을 담당한다. 식용효모로는 크게 맥주용 효모, 유 효모, 빵 효모 등 3가지 종류가 있는데 본 발명의 효모로는 맥주용 효모를 사용한다. 맥주용 효모는 비타민B복합체, 16종의 아미노산, 식물성 단백질, 알앤에이(RNA), 디앤에이(DNA), 코엔자임 에이(Co-enzyme A), 다당류, 셀렌(Se), 크롬(Cr) 등의 미네랄로 구성된다. 효모는 효소작용을 할 수 있는 요소로 구성되어 있으므로 생체효소반응을 활성화해서 각종 유기물을 분해하여 작물의 영양공급에 도움이 된다. 또한 작물의 면역력을 증가시켜주며 핵산이 풍부해서 노화방지 및 세포의 신구교체에 영향을 준다.

본 발명의 구성요소 중 하나인 메타인산나트륨은 부형제로서의 기능을 담당하게 되는데, 메타인산나트륨에 포함되어 있는 나트륨 성분은 물에 빨리 용해하게 도와주며, 메타인산은 비중이 무거운 원소를 오랜 시간 동안 물에 띄워주는 역할을 담당한다.

아울러, 본 발명의 주요 구성요소 중 하나인 계면활성제는 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르 유도체 또는 폴리옥시에틸렌 글리콜 유도체를 채택하여 사용하는 것이 바람직하다. 계면활성제는 물에 대한 친수성이 크며 고체 상태로 제조되는 본 발명에 의한 발포성 비료 조성물이 물과 반응하여 발포 용해될 때 각 유효성분을 신속하고 균일하게 투하지점으로부터 먼 거리까지 확산 및 분산을 시키며 퍼지는 표면적을 넓게 하는 역할을 담당한다. 또한 잔거품을 많이 발생시켜 비중이 큰 원소도 이동이 용이하게 하는 역할을 담당한다. 본 발명에서 채택한 계면활성제는 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르 유도체 또는 폴리옥시에틸렌 글리콜 유도체와 같은 비이온계 계면활성제를 채택하여 사용하는 것이 바람직하다. 이는 본 발명의 주요 비료성분 중 질소(N), 칼륨(K)는 양이온이며, 규산(SiO₂), 펄빅(휴믹)산, 알긴산, 토양은 음이온성으로서 발포성 비료가 물에서 확산될 때 계면활성제가 이온계이면 발포성 비료 조성물이 물과 반응하여 발포되는 과정에서 서로 양, 음이온끼리 결합함으로써 발포성 및 분산성능을 떨어트릴 수 있기 때문이다.

본 발명의 다른 관점인 수도작물 재배용 발포성 고형비료의 제조방법은, 혼합믹서에 요소 35~60중량%, 염화칼륨 15~25중량%, 탄산칼륨 3~5중량%, 탄산수소나트륨 8~12중량%, 미량원소혼합물 0.4~0.7중량%, 카올린 분말 0.5~1.2중량%, 효모 0.2~0.4중량%, 계면활성제 0.1~0.5중량%, 메타인산나트륨 0.2~1중량%를 넣고 5~10분간 혼합시키는 제1차혼합단계; 상기 1차혼합단계를 거친 1차혼합물에 구연산 12~18중량%과 규소분말 0.5~1.5중량%를 첨가하여 다시 5~10분간 혼합시켜 반죽상태의 상기 1차혼합물이 포함된 2차혼합물 100중량%를 제조하는 제2차혼합단계; 상기 2차혼합단계를 거쳐 제조된 반죽 상태의 2차혼합물을 압축고결하여 다양한 크기의 고체 형태로 성형하여 제조하는 압축성형단계; 및 상기 압축성형단계를 거쳐 제조된 정제 형태의 성형물을 35~50℃의 온도에서 4~6시간 동안 건조시키는 건조단계가 포함되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제1차혼합단계 및 제2차혼합단계에서의 혼합하는 시간은 각각 5분~10분인 것이 바람직하다.

아울러, 상기 압축성형단계에서는 압축성형기계 또는 펠릿기계를 사용하여 압축성형시킬 수 있는데 압축성형기계를 사용하는 경우에는 정제 형태의 고형비료가 제조되며, 펠릿기계를 사용하는 경우에는 펠릿 형태의 고형 비료가 제조된다.

한편, 상기 건조단계는 35~50℃의 온도에서 4~6시간 동안 건조시키는 것이 바람직하다. 건조단계의 온도를 제한하는 이유는 본 발명에 의한 고형비료에 포함되어 있는 각 성분들의 변형 및 가공 중에 제품이 열화되는 것을 방지하기 위함이다.

아울러, 발포성, 균일분산성 및 시비효능을 극대화시키기 위하여, 압축성형기계를 사용하여 압축성형하는 경우 고형 비료는 직경이 3~6cm. 두께는 0.8~2cm, 무게는 25~55g인 구형, 원형 입체구조 또는 다각형 입체구조 중 어느 하나로 제조되는 것이 바람직하다.

한편, 펠릿기계를 사용하여 압축성형하는 경우 펠릿 형태의 고형 비료의 무게는 개당 1~2g인 것이 바람직한데, 이는 수심이 5cm 미만으로 얕은 수심을 가지는 논이라 하더라도 시비했을 때 빠른 발포성 및 균일한 분산성을 유지하기 위함이다.

본 발명에 의한 발포성 비료 조성물은 수도작물이 흡수하기 용이한 요소를 주요 질소원으로 하여 물과 반응을 하면 발포제의 작용으로 신속하게 요소를 암모니아태 질소로 전환하도록 하여 양분이 토양으로 용탈이나 유실됨이 없이 작물에 흡수될 수 있도록 하여 기존 비료에 비해 아주 적은 양으로도 단시간 내에 효율적으로 시비효과를 볼 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의한 발포성 비료 조성물은 기존에 제시되었던 발포성 정제형 비료 조성물에 비해 물과 반응을 하여 발포 확산을 시키면 포함되어 있는 유효성분들로 인한 분산성 및 확산성이 우수하여 시비를 한 전체 면적에 신속하고 균일한 시비효과를 볼 수 있도록 한다는 다른 장점이 있다.

아울러, 본 발명에 의한 발포성 고형 비료의 제조방법은 논에 시비를 한 후 신속하게 물과 반응을 하여 신속하고 균일한 시비효과를 볼 수 있도록 함은 물론 고체 형태로 가공시에 유효성분의 변형이 없을 뿐만 아니라 시비 시기에 따른 물 온도의 변화에 맞추어 그 크기를 다양하게 변형시켜 시비를 하는 시기에 따라 시비 효과를 극대화할 수 있는 발포성 고형 비료를 제조할 수 있도록 한다는 다른 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 압축성형기계를 통해 제조되는 수도작물 재배용 발포성 고형비료의 제조공정에 대해 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 발포성 비료 조성물의 주요 성분인 탄산칼륨을 4중량% 포함시켰을 때의 이산화탄소 제거효과를 확인하기 위한 실험결과를 도시한 것이다.
도 3은 발포성 제재로서 탄산칼륨과 탄산수소나트륨의 발포 효능을 비교하여 도시한 것이다.
도 4는 발포성 제재로서 구연산과 탄산수소나트륨의 조성비 변화에 따른 발포성 및 균일 용해성을 비교하여 도시한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 통하여 본 발명의 일실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 압축성형기계를 통해 제조되는 수도작물 재배용 발포성 고형비료의 제조공정에 대해 도시한 것이다.

제1차혼합단계(S100)에서는 혼합믹서에 요소 53중량%, 염화칼륨 14.5중량%, 탄산칼륨 3.5중량%, 탄산수소나트륨 10.5중량%, 미량원소혼합물 0.4중량%, 카올린 분말 0.5중량%, 효모 0.2중량%, 계면활성제로는 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르 유도체를 0.3중량%, 메타인산나트륨 0.5중량%를 넣고 1차적으로 혼합시켰다.

제2차혼합단계(S200)에서는 상기 1차적으로 혼합된 혼합물에 구연산 16중량%와 규소 0.6중량%를 추가적으로 넣고 혼합하여 다시 2차적으로 혼합시켜 반죽 상태의 2차혼합물을 만들었다.

한편, 제1차혼합단계 및 제2차혼합단계에서 사용되는 규소와 카올린은 모두 분말형태로서 500메쉬의 크기를 가지는 것을 사용하였다.

아울러, 제1차혼합단계와 제2차혼합단계에서 사용된 각 조성물들은 고상인 경우에는 분말 상태로 가공을 한 후 사용하였다.

압축성형단계(S300)에서는 상기 2차혼합단계를 거쳐 제조된 반죽 형태의 2차혼합물을 압축고결하여 다양한 크기의 고체 형태로 성형하여 제조하였다.

통상적으로 사용되는 발포성 고형 비료의 경우에는 직경 3~6cm, 두께 0.8~2cm 인 것이 발포성 및 확산성이 좋은 것으로 확인되었다. 다만. 시비되는 시기의 온도 및 수온에 따라 최적의 발포성 고형 비료의 제조를 위해서는 수온이 15~20℃인 경우에는 직경 5cm, 두께 0.8~1.2cm, 무게는 30g 정도의 구형 또는 다각형 입체구조를 가지도록 제조하는 것이 8~12분 정도의 시간을 두고 발포 및 확산되어 15~20℃ 온도에서의 발포성 및 확산성이 가장 좋았다.

한편, 수온이 25~30℃인 경우에는 직경 5cm, 두께 1.4~1.9cm, 무게는 50g 전후가 되도록 하여 구형 또는 다각형 입체구조의 형태로 제작하는 경우에 역시 8~12분 정도의 발포 용해시간을 가져 발포성 및 확산성이 가장 좋음을 확인할 수 있었다.

건조단계(S400)에서는 상기 압축성형단계를 거쳐 제조된 고체 형태의 성형물을 건조하게 되는데, 건조온도가 50℃를 초과하는 경우에는 제품 제형의 형질이 변화될 우려가 있기 때문에 바람직하게는 30~45℃의 범위에서 4시간 동안 건조를 하여 제품을 완성시킨다. 상술한 것과 같은 건조조건을 유지하여야만 제형의 변화가 일어나지 않을 뿐만 아니라 건조 후 발포성능의 열화도 미연에 방지할 수 있다.

한편, 펠릿기계를 사용하여 발포성 고형 비료를 제조하는 경우에는 펠릿기계에 상기 실시예 1에서 제조한 것과 같은 반죽 상태의 2차혼합물을 투입한 후 순간적으로 90~95℃에서 펠릿 형태로 사출을 하게 된다. 그 후 냉각 및 냉풍기를 통해 사출된 펠릿 형태의 고형 비료는 고체 상태가 된다. 이러한 펠릿 형태로 나온 고형 비료는 1개당 중량이 1~2g 정도로 수심이 5cm미만인 담수에서 골고루 시비를 하여야 할 때 사용하는 것이 좋다.

도 2는 본 발명에 의한 발포성 비료 조성물의 주요 성분인 탄산칼륨을 4중량% 포함시켰을 때의 이산화탄소 제거효과를 확인하기 위한 실험결과를 도시한 것이다.

좌측도면과 우측도면에서 좌측의 봉지에 밀봉포장되어 있는 발포성 비료 조성물의 경우 전체 비료 조성물 100중량%에 대해 탄산칼륨을 포함시키지 않았을 때를 도시한 것으로서 내부에 가스가 차 있어서 불룩하게 부풀어 있음을 확인할 수 있다. 이에 반해 각 도면에서 우측의 봉지에 밀봉포장되어 있는 발포성 비료 조성물의 경우 전체 비료 조성물 100중량%에 대해 탄산칼륨을 4중량% 혼합시켜 제조함으로써 봉지 내부에 가스가 차 있지 않은 것을 직접 관능적으로 파악할 수 있었다.

도 3은 발포성 제재로서 탄산칼륨과 탄산수소나트륨의 발포 효능을 비교하여 도시한 것이다.

좌측과 우측의 사진에는 각각 2개의 메스실린더가 도시되어 있는데, 좌측의 메스실린더에는 물에 구연산과 탄산수소나트륨을, 우측의 메스실린더에는 물에 구연산과 탄산칼륨을 각각 혼합한 것을 나타낸 것이다.

사진에서 도시된 것과 같이 구연산과 탄산수소나트륨을 발포제로 사용한 경우에는 전체적으로 고르게 발포가 진행되며 표면에는 거품까지 존재하여 부형제로서의 기능도 함께 담당하고 있음을 확인할 수 있고 전체적으로 상하로 고르게 분산되어 용해되어 있는 것을 확인할 수 있으나, 구연산과 탄산칼슘을 발포제로 사용한 경우에는 발포가 부분적으로 일어나서 층이 형성되어 있어 균일하고 고르게 분산 및 용해되지는 않는 것을 확인할 수 있다.

도 4는 발포성 제재로서 구연산과 탄산수소나트륨의 조성비 변화에 따른 발포성 및 균일 용해성을 비교하여 도시한 것이다.

좌측에 도시된 메스실린더에는 물에 발포성 비료 조성물 100중량% 중 발포제로서 구연산 16중량%, 탄산수소나트륨 8중량%, 탄산칼륨 3.5중량%가 포함되어 있는 본 발명에 의한 수도작물 재배용 발포성 비료조성물을 물에 넣어 발포 및 용해를 시켰으며, 우측의 메스실린더에는 발포성 비료 조성물 100중량% 중 발포제로서 구연산 8중량%, 탄산칼륨 20중량%가 포함되어 있는 대조군에 해당되는 발포성 비료 조성물을 물에 넣어 발포 및 용해를 시킨 것이다.

본 도에서 도시된 바와 같이 좌측의 메스실린더에는 상하로 고르게 퍼져가고 있음을 확인할 수 있으나, 우측의 메스실린더는 상대적으로 층을 이루며 부분적으로만 분산되어 퍼져가고 있는 것을 확인할 수 있다. 이는 실험실 상태에서도 이러한 유의차가 난다면 실제 논에서 발포 및 용해도의 차이 및 이동성의 차이는 매우 현저하게 차이가 날 것으로 추측할 수 있다.

실시예 4에서는 본 발명에 의한 고형의 발포성 비료조성물에 대한 발포 확산성을 시험하였다.

시험군으로는 본 발명의 실시예 1에서 제시한 혼합비율에 따라 제조된 발포성 고형 비료 조성물 50g 무게의 정제형 고형 비료를 채택하였다. 이에 반해 대조군으로는 요소 66중량%, 탄산칼륨 24중량%, 구연산 10중량%를 포함하여 조성된 발포성 정제 비료 50g을 선택하였다.

상기와 같이 실험군과 대조군을 비교하여 25℃의 수온에서 발포성 및 확산성 테스트를 실시하였다.

확산성은 가로와 세로의 길이가 각각 8.2m 인 정사각형 형태의 수조 2개를 준비한 후에 수심이 약 5cm가 되도록 각각 담수시킨 후 수조 중앙에 상기 실험군과 대조군의 고형 발포성 비료를 각 수조마다 중심에 1개씩 투입하여 1시간이 지난 후 중심부와 각 모서리에 해당되는 가장자리 부분과 중심부와 가장자리부의 중간부분의 시료를 각각 채취하여 각각의 질소와 칼륨 성분의 농도를 구하여 비교하였다.

이의 결과를 아래 표 1에 나타내었다.

발포 확산성 테스트 결과

성분	채취지점	초기농도(ppm)		발포확산 후 농도(ppm)
		실험군	대조군	실험군	대조군
질소	중심(0m)	15.73	15.70	158.38	27.4
	중간(2m)	15.73	15.70	158.30	27.2
	가장자리(4m)	15.73	15.70	157.2	15.70
칼륨	중심(0m)	33.14	33.12	99.44	110.18
	중간(2m)	33.14	33.12	97.41	99.44
	가장자리(4m)	33.14	33.12	96.40	33.12
규소	중심(0m)	16.80	16.85	16.84	17.70
	중간(2m)	16.80	16.85	16.84	16.87
	가장자리(4m)	16.80	16.85	16.84	16.85

상기 테스트 결과를 살펴보면 발포 확산 후 농도에 있어서 대조군에 비해 실험군의 농도가 중심부, 중간부, 가장자리 부분이 거의 균일함을 확인할 수 있었으며, 상대적으로 대조군에 비해 발포 확산성 및 균일 확산성이 우수함을 확인할 수 있었다. 특히 본 발명의 일실시예에 의해 조성된 실험군의 경우 질소의 발포확산 후 농도가 대조군에 비하여 월등히 높아 수도작물의 성장에 많은 효과를 줄 수 있음을 확인할 수 있다. 아울러, 투입 후 1시간 이내에 가장자리 부분까지 균일하게 농도를 가지므로 시비를 한 후 외부환경에 영향을 받기 전에 물에 바로 발포 용해되어 시비효과를 높일 수 있다는 점도 함께 확인할 수 있다.

Claims (12)

1. 요소 35~60중량%, 염화칼륨 15~25중량%, 규소분말 0.5~1.5중량%, 카올린 분말 0.5~1.2중량%, 구연산 12~18중량%, 탄산수소나트륨 8~12중량%, 탄산칼륨 3~5중량%, 메타인산나트륨 0.2~1중량%, 붕소, 구리, 철, 망간, 몰리브덴, 아연 중 어느 하나 이상이 혼합되어 조성되는 미량원소혼합물 0.4~0.7중량%, 효모 0.2~0.4중량%,계면활성제 0.1~0.5중량%로 조성되는 것을 특징으로 하는 수도작물 재배용 발포성 비료조성물.
   
2. 제1항에서,
   상기 규소분말 및 카올린 분말의 크기는 400~600메쉬인 것을 특징으로 하는 수도작물 재배용 발포성 비료조성물.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에서,
   상기 계면활성제는 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르 유도체 또는 폴리옥시에틸렌 글리콜 유도체인 것을 특징으로 하는 수도작물 재배용 발포성 비료조성물.
7. 혼합믹서에 요소 35~60중량%, 염화칼륨 15~25중량%, 탄산칼륨 3~5중량%, 탄산수소나트륨 8~12중량%, 미량원소혼합물 0.4~0.7중량%, 카올린 분말 0.5~1.2중량%, 효모 0.2~0.4중량%, 계면활성제 0.1~0.5중량%, 메타인산나트륨 0.2~1중량%를 넣고 5~10분간 혼합시키는 제1차혼합단계;
   상기 1차혼합단계를 거친 1차혼합물에 구연산 12~18중량%과 규소분말 0.5~1.5중량%를 첨가하여 다시 5~10분간 혼합시켜 반죽상태의 상기 1차혼합물이 포함된 2차혼합물 100중량%를 제조하는 제2차혼합단계;
   상기 2차혼합단계를 거쳐 제조된 반죽 상태의 2차혼합물을 압축고결하여 다양한 크기의 고체 형태로 성형하여 제조하는 압축성형단계; 및
   상기 압축성형단계를 거쳐 제조된 정제 형태의 성형물을 35~50℃의 온도에서 4~6시간 동안 건조시키는 건조단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 수도작물 재배용 발포성 고형비료의 제조방법.
   
8. 삭제
9. 제7항에서,
   상기 압축성형단계에서는 압축성형기계 또는 펠릿기계를 사용하여 압축성형시키는 것을 특징으로 하는 수도작물 재배용 발포성 고형비료의 제조방법.
   
10. 삭제
11. 제9항에서,
    압축성형기계를 사용하여 압축성형하는 경우 고형 비료는 직경이 3~6cm, 두께는 0.8~2cm, 무게는 25~55g인 구형, 원형 입체구조 또는 다각형 입체구조 중 어느 하나로 제조되는 것을 특징으로 하는 수도작물 재배용 발포성 고형비료의 제조방법.
    
12. 제9항에서,
    펠릿기계를 사용하여 압축성형하는 경우 펠릿 형태의 고형 비료의 무게는 개당 1~2g인 것을 특징으로 하는 수도작물 재배용 발포성 고형비료의 제조방법.

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