KR101285205B1 - 수도작물 재배용 발포성 규산질비료 조성물과 그의 발포성 규산질 고형 비료의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수도작물 재배용 발포성 규산질비료 조성물과 그의 발포성 규산질 고형 비료의 제조방법에 관한 것으로서, 질소원으로서 요소, 칼륨원으로서 염화칼륨, 발포제로서 구연산과 탄산수소나트륨, 규산원으로서 규석과 카올린 분말, 칼륨원 및 이산화탄소제거제로서 탄산칼륨, 영양부가조절원으로서 6대 미량원소와 효모, 확산 및 분산제로서 계면활성제와 메타인산나트륨 및 물과 발포반응 시간을 조절해주는 반응조절제로서 스테아린산으로 조성되는 것을 특징으로 하는 수도작물 재배용 발포성 규산질 비료조성물과 그의 발포성 규산질 고형 비료의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 발포성 규산질 비료조성물은 본 발명은 규산염 상태가 아닌 규석 및 카올린을 원료로 하는 미세한 분말 상태의 입상 규산질 비료를 고형 상태의 비료조성물로 제조함으로써 간편하게 시비할 수 있다는 장점이 있으며, 본 발명에 의한 발포성 규산질 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 효과를 극대화할 수 있는 발포성 규산질 고형 비료를 제조할 수 있도록 한다는 다른 장점이 있다.

Description

수도작물 재배용 발포성 규산질비료 조성물과 그의 발포성 규산질 고형 비료의 제조방법{EFFERVESCENT SILICATE FERTILIZER COMPOSITION CULTURING OF FRESH WATER CROPS AND MANUFACTURING PROCESS THEREOF}

본 발명은 수도작물 재배용 발포성 규산질비료 조성물과 그의 발포성 규산질 고형 비료의 제조방법에 관한 것으로서, 질소원으로서 요소, 칼륨원으로서 염화칼륨, 발포제로서 구연산과 탄산수소나트륨, 규산원으로서 규석과 카올린 분말, 칼륨원 및 이산화탄소제거제로서 탄산칼륨, 미량원소혼합물과 효모, 확산 및 분산제로서 계면활성제와 메타인산나트륨 및 물과 발포반응 시간을 조절해주는 확산속도조절물질로서 스테아린산으로 조성되는 것을 특징으로 하는 수도작물 재배용 발포성 규산질 비료조성물과 그의 발포성 규산질 고형 비료의 제조방법에 관한 것이다.

규산은 벼, 보리, 밀 등 화본과 작물이 다량 흡수하는 필수적인 무기양분이다. 규산은 벼 체내 규산, 칼륨, 리그닌 등을 증가시켜 줄기를 강하게 하여 도복을 경감시키고, 전질소와 마그네슘함량을 감소시켜 도열병 등의 발생을 감소시킨다. 또한, 잎의 직립을 유지시켜 수광 태세를 개선함으로써 광합성 및 건물생산 효율을 향상시켜 등숙률을 높이고, 아밀로스 함량은 증대시키나 단백질 함량을 낮추어 미질을 향상시키는 것으로 알려져 있다. 또한 논 토양의 이화학적 특성을 개선시키는데 논 토양의 pH를 교정하고, 흡착한 인산의 탈착률을 증대시켜 벼의 인산 이용 효율을 증대시키며, 뿌리의 산화력을 증가시켜 철이나 망간의 독성을 경감시키는 효과가 있다고 알려져 있다.

벼는 다른 작물에 비해서 매우 많은 양의 규산을 필요로 하고 볏짚 중의 규산 함량은 12~14중량% 정도로, 이는 토양에서만 흡수가 가능한 성분이고, 벼의 경우는 생육기간 동안 다른 작물의 경우보다 상당히 높은 수준의 규산 흡수가 이루어진다. 규산이 벼의 생육에 필수적인 원소임에도 불구하고 현재 국내 논 토양에서의 규산질 함량은 벼가 생육 기간 중에 이용하기에 부족한 실정이다.

우리나라 논 토양의 가용성 규산함량은 보통 70~80ppm으로 적정치 157ppm에 비하면 낮은 수준이다. 특히 다수확을 위해서는 190ppm이 필요함에 반해 턱없이 가용성 규산함량이 떨어진다. 벼에 흡수된 규산은 볏짚만이라도 다시 토양으로 환원되어야함에도 불구하고 이 볏짚 또한 축산농가에 사일리지 형태로 공급되고 있어, 토양내의 규산함량은 점점 부족해지고 있는 실정이며, 규산질 비료의 시용이 지속적으로 요구되고 있는 실정이다.

현재 공급되고 있는 규산질 비료의 종류로는 기비로 사용되는 분상 규산질비료, 사상 규산질 비료, 입상 규산질 비료가 있고, 추비로 사용되는 규산 액상 타입의 비료가 있다. 주로 사상, 입상의 제품이 사용되고 있으며 이러한 형태의 제품들은 토양미생물 또는 식물 분비의 유기산에만 녹는 비수용성 규산질 비료로 가용성이 떨어져 효과가 미비한 수준이다.

시비에 있어, 분상 규산질 비료의 경우는 입자가 가루와 같이 작기 때문에 비료를 뿌릴 때 먼지가 많이 발생하고 바람이 불 경우 눈이나 코，입 등으로 들어가는 불편이 있다. 또한, 잎 채소류 밭이 있을 경우는 잎채소 표면에 비료입자가 달라붙게 되어 민원을 일으키는 문제가 있다. 사상 규산질 비료는 분상보다는 입자가 크지만 초자질로 되어 있기 때문에 손으로 뿌릴 경우 손에 상처가 날 우려가 많고, 기계를 이용할 경우에는 기계를 쉽게 마모시키는 문제가 있다. 사상 규산질 비료와 더불어 입상 규산질 비료의 경우도 처리량이 많아 노령화 되어가는 농촌의 현실로 보아 그 처리가 어려운 실정이다.

개선된 형태의 규산질 제제인 액상 규산의 경우에도 액상 규산의 점성에 의해 희석 및 사용이 불편하고, 산성계열의 제제와 혼합시 엉겨 쉽게 풀어지지 않는 등 처리가 어려운 문제점이 있다. 또한, 수도작 재배에 있어서 경엽 처리 적기는 일반적으로 가장 무더운 시기로 무거운 분무기나 호스를 들고 논을 걸어다며 처리해야 하는 어려움이 많아 그 사용이 제한되고 있다.

따라서, 처리가 편리하고 노동력을 절감시킬 수 있는 생력적이면서도, 시비효율이 우수한 새로운 제형의 규산질 비료의 개발 및 보급이 필요한 실정이었다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 대한민국등록특허 제1064899호에서는 규산염을 포함하는 발포성 정제형 비료 조성물을 제안한 바 있으나, 담수가 되어 있는 논에 투입하여 발포를 시켰을 때 균일하게 발포 용해되지 못하여 시비효과가 균일하게 발현되지 못한다는 문제점은 여전히 남아 있었으며, 투입 후 상당시간이 경과된 후에도 함유된 비료성분들이 고르게 퍼져서 이동하지 못하는 문제점도 여전히 남아 있었다.

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

본 발명은 규산염 상태가 아닌 규석 및 카올린을 원료로 하는 미세한 분말 상태의 입상 규산질 비료를 고형으로 제조하여, 규산질 비료의 가용성을 높이고 이를 고형화함으로써 간편하게 시비할 수 있도록 하는 발포성 비료조성물 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 토양에 직접적으로 흡수되어 부영영화의 원인이 되며 수도작물에 직접적으로 영향을 주지 못하는 규산염 상태가 아닌 무기질 상태의 규석 및 카올린의 미세 분말을 발포성 고형 비료의 원료로 포함시킴으로써, 분상 규산질 비료의 시비상 문제점을 해결하고 투입 후 빠른 시간 내에 물에 용해 및 분산됨과 동시에 투입 지점으로부터 먼 거리까지 신속하게 이동될 수 있도록 하여 규산질 비료의 시비 효과를 높일 수 있도록 하는 발포성 비료조성물 및 그 제조방법을 제공함에 다른 목적이 있다.

본 발명에 의한 수도작물 재배용 발포성 규산질 비료조성물은, 요소 30~40중량%, 염화칼륨 5~10중량%, 규석 분말 10~15중량%, 카올린 분말 10~15중량%, 구연산 12~18중량%, 탄산수소나트륨 6~12중량%, 탄산칼륨 3~5중량%, 메타인산나트륨 0.5~2중량%, 붕소, 구리, 철, 망간, 몰리브덴, 아연 중 어느 하나 이상의 원소가 포함되어 있는 미량원소혼합물 0.4~0.5중량%, 효모 0.2~0.5중량%, 비이온성 계면활성제 0.4~2중량%, 음이온성 계면활성제 0.01~1중량% 및 스테아린산 0.5~5중량%의 비율로 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. 아울러, 요소는 미세분말 상태로 첨가되는 규산 분말과 카올린 분말을 포함하여 고형화 시킬 때 바인더 역할을 담당하여 고형 제품으로 성형시에 충분한 강도를 유지시킴과 동시에 규석 분말이나 카올린 분말이 떨어져 발포 확산시에 충분한 시간을 갖도록 결합력을 가질 수 있도록 하는 역할을 담당한다.

염화칼륨은 작물의 구성비 중 탄수화물의 합성 및 이동촉진, 증산작용조절, 체내수분생리 및 단백질 합성에 관여하며 뿌리나 줄기를 강하게 하며 병해충성 및 저항성을 키우는 역할을 한다. 아울러 본 제품의 성형시에 바인더로서도 작용한다.

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.

구연산은 pH가 2~3 정도의 산성으로 산성과 알칼리성의 반응을 유도하는 물질이며, 벼에 비타민 C를 공급하는 역할을 담당한다. 탄산수소나트륨은 pH 8~9 정도의 알칼리성 제품으로 구연산과의 반응을 유도하며 나트륨 성분이 물에 더 잘 용해되므로 탄산수소나트륨을 사용한다.

구연산과 탄산수소나트륨의 혼합비는 구연산이 12~18중량%이며 탄산수소나트륨이 6~12중량%의 비율로 조정되어 구연산의 함유량이 더 많도록 하는 것이 좋다. 구연산의 함유량이 더 많도록 하여 약산성이 되도록 하여야만 발포시 충분한 확산이 이루어지기 때문이다.

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 비료 조성물 100중량%에 대해 구연산 12중량% 미만과 탄산수소나트륨을 6중량% 미만으로 조성하게 되면 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%을 각각 초과하는 비율로 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 6~12중량%로 조절하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 물에 투입된 후에 10~15분 이내에 발포가 완료되도록 발포 속도를 조절하기 위해서는 구연산 및 탄산수소나트륨의 중량비를 상술한 것과 같이 유지하여야 하기 때문이다.

본 발명에서, 상기 규석분말 및 카올린(kaolin) 분말의 크기는 400~600메쉬인 것을 특징으로 한다.

벼는 물에서 자라는 화본과 식물로서 유일하게 다른 식물보다 규산을 벼 생체중의 25%까지 다량 함유한다. 벼에서의 규산성분은 벼의 생육을 양호하게 하고 병해충에 대한 저항성을 증가시키며 유해물질로 부터 해독시키는 효과가 있다. 또한 규산은 식물의 정상 생육을 유지하는 필수원소는 아니지만 벼에서만은 광합성 및 시비 효율증대, 물질전류촉진, 병해충경감, 기상장해경감 등의 작용으로 수량을 증대하고 노화억제, 출수촉진, 병충해 및 재해경감 등의 작용으로 품질을 향상하며 절수효과, 시비효율 및 토양비옥도 증진효과를 나타낸다.

규석 분말이 발포 및 분산에 의해 확산되어 토양에 흡착시 작물(화본과)체 뿌리에서 구연산이 나와 규석 분말의 99.5중량% 이상을 차지하고 있는 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. 카올린은 규소 75중량%와 알루미늄 25중량%가 함께 혼합되어 있는데, 카올린 분말에 포함되어 있는 알루미늄 성분이 거품을 발생시켜 물에 발포시킬 때 부형제로서의 역할도 함께 담당한다.

아울러, 발포시에 투하점으로부터 먼 거리 까지 확산 및 분산을 신속하고 균일하게 비료 성분이 용해되어 전달되도록 하기 위하여 400~600 메쉬 크기의 규석 분말과 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. 500메쉬 크기의 규석 분말과 카올린 분말을 사용하면 물에 대한 분산도가 커져 90%이상이 수용성화되는 장점도 있다.

이때, 규석 분말과 카올린 분말이 자체적으로 물에 녹아 이온화되지 않는 무기물인 것을 감안하여 발포 후 먼 거리까지 신속하게 이동이 될 수 있도록 하기 위하여 비이온성 계면활성제 이외에 음이온성 계면활성제인 소듐 디옥틸 술포숙시네이트를 더 포함시키는 것이 좋다. 음이온성 계면활성제는 비료 조성물 전체 100중량%중에 0.01~1중량%가 되도록 포함시키는 것이 규소 분말 및 카올린 분말의 이동에 적합하다.

본 발명에서 붕소, 구리, 철, 망간, 몰리브덴, 아연 중 어느 하나 이상의 원소가 포함되어 있는 미량원소혼합물과 효모가 포함되는 것을 특징으로 하는데, 미량원소혼합물 0.4~0.5중량%와 효모 0.2~0.5중량%가 혼합되어 본 발명에 의한 수도작물 재배용 발포성 규산질 비료조성물 100중량%가 조성되는 것이 바람직하다.

작물이 밸런스 있게 자라기 위해선 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 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 비이온성 계면활성제는 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르 유도체 또는 폴리옥시에틸렌 글리콜 유도체를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 상기 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르 유도체와 폴리옥시에틸렌 글리콜 유도체가 각각 0.2~1중량%씩 혼합되어 있는 것을 사용하는 것이 좋다.

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.

다만, 미세분말 상태로서 물에 용해되지 않고 분산되어 있는 규산 분말이나 카올린 분말이 발포 후에 투하지점으로부터 가장자리까지 먼 거리를 신속하게 이동하도록 하게 할려면 음이온성 계면활성제인 소듐 디옥틸 술포숙시네이트를 함께 혼합하는 것이 좋다.

본 발명의 구성요소 중 하나인 스테아린산은 상온에서는 백색의 엽상결정으로 녹는점 71~75℃, 응고점 69.4℃로 물에는 녹지 않으나 유기용매에는 잘 녹는다. 글리세롤과의 에스테르로 널리 동식물계의 유지나 인지질에 함유되어 있고 천연으로는 가장 다량으로 존재하는 지방산이다.스테아린산은 냄새가 없고 흰 고체로 코팅용으로 사용한다. 본 제품의 제형은 압축 성형한 것으로 스테아린산은 본 제품의 강도 조절뿐만 아니라 규석 분말과 카올린 분말이 발포성 물질과 혼합시 물에서 너무 빨리 발포되어 확산이 충분히 안되는 문제점을 스테아린산이 담수상태에서 발포물질의 발포시간을 늦춰주어 규석 분말과 카올린 분말을 충분히 확산시키는데 그 목적이 있다. 스테아린산이 물에서 반응시 물 온도 20℃에 본 발명에 의한 고형 비료조성물 30g이 용해될때 스테아린산 0% 첨가시에는 약 5분 정도 소요되나, 스테아린산 1% 첨가시에는 약 10~11분 정도 소요된다.즉 너무 빨리 발포되어도 충분한 확산을 이루지 못하는 경향이 있어 확산속도조절물질로서 스테아린산의 첨가는 매우 중요하다.

본 발명의 다른 관점인 수도작물 재배용 발포성 규산질 고형 비료의 제조방법은, 혼합믹서에 요소 30~40중량%, 염화칼륨 5~10중량%, 탄산칼륨 3~5중량%, 탄산수소나트륨 6~12중량%, 붕소, 구리, 철, 망간, 몰리브덴, 아연 중 어느 하나 이상의 원소가 포함되어 있는 미량원소혼합물 0.4~0.5중량%, 카올린 분말 10~15중량%, 효모 0.2~0.4중량%, 비이온성 계면활성제 0.4~2중량%, 음이온성 계면활성제 0.01~1중량%, 메타인산나트륨 0.5~2중량%를 넣고 5~10분간 혼합시키는 제1차혼합단계; 상기 1차혼합단계를 거친 1차혼합물에 구연산 12~18중량%과 규석 분말 10~15중량%를 첨가하여 다시 5~10분간 혼합시켜 100중량%의 반죽상태의 2차혼합물을 제조하는 제2차혼합단계; 상기 2차혼합단계를 거쳐 제조된 반죽 형태의 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 건조단계를 포함하는 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 5cm, 두께는 0.5~1.2cm, 무게는 27~35g인 구형, 원형 입체구조 또는 다각형 입체구조 중 어느 하나로 제조되는 것이 바람직하다.

이는 본 발명에 의한 발포성 고형 비료의 경우 규석 분말과 카올린분말이 각각 15~20중량%의 비율로 혼합되어 있는 규산질 비료로서의 역할을 하는데, 통상적으로 규산질 비료는 벼에 사용시 가지거름주는 시기인 5월 중순부터 7월중순까지 사용된다. 따라서, 5월 중순 이후부터 7월 중순까지 논의 물 수온이 15~25℃인 점을 감안할 때 이러한 수온에서 가장 발포성 및 확산성이 뛰어난 발포성 고형 비료를 제조하기 위해서는 상술한 것과 같이 크기와 무게를 한정하여 제조하는 것이 좋기 때문이다.

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 규산질 비료조성물은 규산염 상태가 아닌 규석 및 카올린을 원료로 하는 미세한 분말 상태의 입상 규산질 비료를 고형 상태의 비료조성물로 제조함으로써 간편하게 시비할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 토양에 직접적으로 흡수되어 부영영화의 원인이 되며 수도작물에 직접적으로 영향을 주지 못하는 규산염 상태가 아닌 무기질 상태의 규석 및 카올린의 미세 분말을 발포성 고형 비료의 원료로 포함시킴으로써, 분상 규산질 비료의 시비상 문제점을 해결하고 투입 후 빠른 시간 내에 물에 용해 및 분산됨과 동시에 투입 지점으로부터 먼 거리까지 신속하게 이동될 수 있도록 하여 규산질 비료의 시비 효과를 높여 수도작물의 생육에 좋은 효과를 줄 수 있다는 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 효과를 극대화할 수 있는 발포성 규산질 고형 비료를 제조할 수 있도록 한다는 또 다른 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 압축성형기계를 통해 제조되는 발포성 규산질 고형 비료의 제조공정에 대해 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 발포성 규산질 비료조성물의 주요 성분인 탄산칼륨을 4중량% 포함시켰을 때의 이산화탄소 제거효과를 확인하기 위한 실험결과를 도시한 것이다.
도 3은 발포성 제재로서 구연산과 탄산수소나트륨의 조성비 변화에 따른 발포성 및 균일 용해성을 비교하여 도시한 것이다.
도 4는 확산속도조절물질로서 스테아린산의 효능을 비교하여 도시한 것이다.

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

도 1은 본 발명에 의한 압축성형기계를 통해 제조되는 발포성 규산질 고형 비료의 제조공정에 대해 도시한 것이다.

제1차혼합단계(S100)에서는 혼합믹서에 요소 35중량%, 염화칼륨 10중량%, 탄산칼륨 4중량%, 탄산수소나트륨 8중량%, 미량원소혼합물 0.4중량%, 카올린 분말 14중량%, 효모 0.2중량%, 비이온성 계면활성제로는 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르 유도체 0.7 중량%, 메타인산나트륨 0.65중량%를 넣고 1차적으로 혼합시켰다. 이때 음이온성 계면활성제로서 소듐 디옥틸 술포숙시네이트(sodium dioctyl sulfosuccinate) 0.05중량%를 더 추가하여 투입하였는데, 이러한 소듐 디옥틸 술포숙시네이트는 광물의 미세분말 상태로서 무기물인 규석분말과 카올린 분말이 발포 후에 물에 부유된 상태에서 빠른 속도로 투입된 곳에서부터 먼 거리까지 넓게 확산시켜주는 역할을 담당한다.

제2차혼합단계(S200)에서는 상기 1차적으로 혼합된 혼합물에 구연산 16중량%와 규석분말 11중량%를 추가적으로 넣고 혼합하여 다시 2차적으로 혼합시켜 반죽 상태의 2차혼합물을 만들었다.

한편, 제1차혼합단계 및 제2차혼합단계에서 사용되는 규석 분말과 카올린 분말은 모두 미세분말 형태로서 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 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.

따라서, 규산질 비료가 시비되어야 하는 시기인 5월 중순부터 6월 하순까지의 논에 담수된 물의 수온이 20~25℃인 점을 감안하여, 고체 형태 즉 정제형으로 압축성형을 할 때에는 직경 5cm, 두께 0.5~1.2cm, 중량 35g인 정제형태의 발포성 규산질 고형 비료를 제조하였다.

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 구연산과 탄산수소나트륨의 조성비 변화에 따른 발포성 및 균일 용해성을 비교하여 도시한 것이다.

우측에 도시된 메스실린더에는 물에 발포성 비료 조성물 100중량% 중 발포제로서 구연산 15중량%, 탄산수소나트륨 8중량%가 포함되어 있는 본 발명에 의한 발포성 규산질 비료 조성물에 물에 넣어 발포 및 용해를 시켰으며, 좌측의 메스실린더에는 발포성 규산질 비료 조성물 100중량% 중 발포제로서 구연산 8중량%, 탄산수소나트륨 15중량%가 포함되어 있는 대조군에 해당되는 발포성 규산질 비료 조성물을 물에 넣어 발포 및 용해를 시킨 것이다.

본 도에서 도시된 바와 같이 우측의 메스실린더에는 윗 부분으로 발포되어 빠르게 이동되어 퍼져가고 있음을 확인할 수 있으나, 좌측의 메스실린더는 상대적으로 층을 이루며 부분적으로만 중간부분에 집중되어 있는 것을 확인할 수 있다. 이는 실험실 상태에서도 이러한 유의차가 난다면 실제 논에서의 발포 및 용해도의 차이는 매우 크게 된다.

도 4는 확산속도조절물질로서 스테아린산의 효능을 비교하여 도시한 것이다.

도시된 사진에는 2개의 메스실린더가 도시되어 있는데, 좌측의 메스실린더에는 상기 실시예 1에서 스테아린산만을 제외하고 제조된 발포성 규산질 고형 비료를 물에 투입하였고, 우측의 메스실린더에는 상기 실시예 1에서 스테아린산을 1중량%의 비율로 혼합하여 제조된 발포성 규산질 고형 비료를 물에 투입하였다.

사진에서 도시된 것과 같이 스테아린산을 첨가하지 않은 것보다 첨가한 경우에 더 확산이 잘 일어나며, 좌측의 경우에는 너무 빨리 발포되어 확산이 충분하게 일어나지 않은 것을 나타냄을 확인할 수 있었다.

실시예 4에서는 본 발명에 의한 고형의 발포성 규산질 비료 조성물에 대한 발포 확산성을 시험하였다.

시험군으로는 본 발명의 실시예 1에서 제시한 혼합비율에 따라 제조된 발포성 규산질 고형 비료 조성물 35g 무게의 고형 비료를 채택하였다. 이에 반해 대조군으로는 규산 25중량%, 탄산수소나트륨과 구연산을 2:1의 비율로 혼합하여 총 중량에 대해 50중량%, HPMCP 0.5중량%, 락토스 19.3중량%, 아비셀 5중량%, 마그네슘 스테아레이트 0.2중량%로 혼합하여, 규산함량이 1개당 12.5중량%가 되도록 50g의 발포성 정제를 타정한 것을 가지고 이를 35g으로 잘라서 선택하였다.

상기와 같이 실험군과 대조군을 비교하여 20℃의 수온에서 발포성 및 확산성 테스트를 실시하였다.

확산성은 가로와 세로의 길이가 각각 8m 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, 규소 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)	14.53	14.57	32.77	21.43
	중간(2m)	14.53	14.57	32.77	21.40
	가장자리(4m)	14.53	14.57	32.73	14.80
칼륨	중심(0m)	32.40	32.38	50.34	48.47
	중간(2m)	32.40	32.38	50.33	48.40
	가장자리(4m)	32.40	32.38	50.27	34.70
규소	중심(0m)	15.41	15.45	42.40	45.80
	중간(2m)	15.41	15.45	42.40	40.34
	가장자리(4m)	15.41	15.45	42.38	15.42

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 실시예 1에 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.

또한, 규산질 비료의 시비효과를 살펴 보면, 규석 분말과 카올린 분말의 이동이 원활하게 이루어져 발포 확산 후의 농도가 대조군에 비해 실험군이 매우 높음을 확인할 수 있다. 또한, 정제를 투하한 중심부로부터 멀어질 수록 실험군의 경우 발포 후 균일하게 확산되어 농도의 차이가 중심부나 가장자리부분이나 별 차이가 없는 반면에 대조군의 경우 발포 후 농도의 차이가 중심부와 가장자리가 확연하게 남을 확인할 수 있었다. 따라서, 본 발명에 의한 발포성 비료조성물의 규산질 비료로서의 시비효과가 우수함을 확인할 수 있었다.

Claims (13)

1. 요소 30~40중량%, 염화칼륨 5~10중량%, 규석 분말 10~15중량%, 카올린 분말 10~15중량%, 구연산 12~18중량%, 탄산수소나트륨 6~12중량%, 탄산칼륨 3~5중량%, 메타인산나트륨 0.5~2중량%, 붕소, 구리, 철, 망간, 몰리브덴, 아연 중 어느 하나 이상의 원소가 포함되어 있는 미량원소혼합물 0.4~0.5중량%, 효모 0.2~0.5중량%, 비이온성 계면활성제 0.4~2중량%, 음이온성 계면활성제 0.01~1중량% 및 스테아린산 0.5~5중량%로 조성되는 것을 특징으로 하는 수도작물 재배용 발포성 규산질 비료조성물.
2. 제1항에서,
   상기 규석 분말과 카올린 분말의 크기는 각각 400~600메쉬인 것을 특징으로 하는 수도작물 재배용 발포성 규산질 비료조성물.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에서,
   상기 비이온성 계면활성제는 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르 유도체 또는 폴리옥시에틸렌 글리콜 유도체인 것을 특징으로 하는 수도작물 재배용 발포성 규산질 비료조성물.
6. 삭제
7. 제1항에서,
   상기 음이온성 계면활성제는 소듐 디옥틸 술포숙시네이트인 것을 특징으로 하는 수도작물 재배용 발포성 규산질 비료조성물.
8. 혼합믹서에 요소 30~40중량%, 염화칼륨 5~10중량%, 탄산칼륨 3~5중량%, 탄산수소나트륨 6~12중량%, 붕소, 구리, 철, 망간, 몰리브덴, 아연 중 어느 하나 이상의 원소가 포함되어 있는 미량원소혼합물 0.4~0.5중량%, 카올린 분말 10~15중량%, 효모 0.2~0.4중량%, 비이온성 계면활성제 0.4~2중량%, 음이온성 계면활성제 0.01~1중량%, 메타인산나트륨 0.5~2중량%를 넣고 5~10분간 혼합시켜 1차혼합물을 제조하는 제1차혼합단계;
   상기 1차혼합단계를 거친 1차혼합물에 구연산 12~18중량%과 규석 분말 10~15중량%를 첨가하여 다시 5~10분간 혼합시켜 반죽상태의 2차혼합물 100중량%를 제조하는 제2차혼합단계;
   상기 2차혼합단계를 거쳐 제조된 반죽 형태의 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 건조단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수도작물 재배용 발포성 규산질 고형 비료의 제조방법.
9. 삭제
10. 제8항에서,
    상기 압축성형단계에서는 압축성형기계 또는 펠릿기계를 사용하여 압축성형시키는 것을 특징으로 하는 수도작물 재배용 발포성 규산질 고형 비료의 제조방법.
11. 삭제
12. 제10항에서,
    압축성형기계를 사용하여 압축성형하는 경우 고형 비료는 직경이 5cm, 두께는 0.5~1.2cm, 무게는 27~35g인 구형, 원형 입체구조 또는 다각형 입체구조 중 어느 하나로 제조되는 것을 특징으로 하는 수도작물 재배용 발포성 규산질 고형 비료의 제조방법.
13. 제10항에서,
    펠릿기계를 사용하여 압축성형하는 경우 펠릿 형태의 고형 비료의 무게는 개당 1~2g인 것을 특징으로 하는 수도작물 재배용 발포성 규산질 고형 비료의 제조방법.

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