KR102019308B1

KR102019308B1 - 친환경 생분해펄프 멀칭지와 그 제조방법

Info

Publication number: KR102019308B1
Application number: KR1020190050417A
Authority: KR
Inventors: 김시완; 백남두
Original assignee: 백남두
Priority date: 2018-09-21
Filing date: 2019-04-30
Publication date: 2019-09-06

Abstract

본 발명은 친환경 생분해펄프 멀칭지와 그 제조방법에 관한 것으로, 펄프모지에 혼합물이 부착되는 구조로 이루어지고, 목재 기계펄프 공정으로 제조된 칭량 40g ~ 60g/m²의 펄프모지; 상기 펄프모지에 부착되는 혼합물의 혼합을 위한 물 400리터의 배합수; 상기 배합수에 생분해를 위해 투입되는 바실러스 서브틸리스균이 포함된 2 ~ 5kg의 청국장; 상기 배합수에 바실러스 서브틸리스균의 먹이용으로 투입되는 2 ~ 5kg의 당밀; 상기 배합수에 햇빛 투과량 조절 및 습도조절용으로 혼합되는 30~50kg의 숯가루; 상기 배합수에 탄수화물계 접착제와 알부민 접착제가 1:3 내지 3:1로 혼합되어 투입되는 80~120kg의 접착제혼합물; 상기 배합수에 투입되어 조성물을 결합시키고, 점도를 높여주기 위해 20ℓ물에 용해시킨 0.8~1.2kg을 CMC 바인더; 상기 배합수에 투입되는 80~120g의 셀룰로오스 분산제; 및 상기 배합수에 미량원소비료로 투입되는 각각 250~500g의 붕소와 아연; 을 포함하고, 상기 혼합물구성성분의 분량이 작물이 생장하는 환경이나 토양상태 또는 작목에 적합하게 선택되어, 상기 펄프모지(200)에 건조 무게 4g~8g/m²이 되도록 균일한 두께로 부착되어 친환경 생분해펄프 멀칭지가 구성된다.

Description

친환경 생분해펄프 멀칭지와 그 제조방법{Eco-friendly Biodegradable Mulching Sheet and Manufacturing Method Thereof}

본 발명은 친환경 생분해펄프 멀칭지와 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 농작물을 경작하는 밭이나 논 또는 하우스 토양의 표면에 덮어 농작물을 재배하면서 잡초억제, 생장촉진, 살균과 살충, 토양침식방지, 토양수분유지, 지온조절, 미량원소비료의 시비 등의 목적을 달성하고, 미생물을 활성화하여 친환경적으로 생분해되는 멀칭지에 관한 것이다.

멀칭재는 농작물을 재배할 때 경작지 토양의 표면을 덮어주는 것으로, 잡초억제, 토양 침식방지, 수분유지, 보온 등의 목적으로 사용되고 있다.

과거에는 멀칭재로 볏집이나 목초 등 친환경 재료가 사용되었으나, 근래에는 가격이 저렴하고 기계화 작업이 용이한 비닐필름이 주로 이용되고 있다.

그러나 종래의 비닐필름은 생분해가 되지 않기 때문에 비닐필름을 한번 사용하여 농작물 재배를 하여 수확이 끝난 다음에 별도로 인력을 투입하여 경작지에서 비닐필름을 수거하는 번거로움이 있으며, 회수율이 낮아 회수되지 않은 비닐필름이 환경오염원이 되고 있다는 문제점이 있었다.

최근에는 종래의 비닐필름이 가지고 있는 위와 같은 문제점을 해소하기 위해 생(또는 자연) 분해성 멀칭재가 개발되고 있다. 이러한 생분해성 멀칭재는 생분해성 고분자를 비닐필름에 첨가하여 비닐필름이 용이하게 분해 해체되도록 하는 유형과, 생분해가 가능한 천연물질을 원료로 하는 두 가지 개념이 알려져 있다.

생분해성 고분자를 첨가한 선행기술의 예로 미국특허 제5,407,979호에는 알카노일 중합체, 에틸렌 중합체와 생분해성 고분자인 전분으로 구성된 분해 가능한 열가소성 필름이 개시되어 있다. 또 다른 한국 등록특허 제10-0545271호는 스테아린산, 젖당, 에틸아세테이트, 가루우유 등을 LDPE(저밀도 폴리에틸렌), LLDPE(선형 저밀도 폴리에틸렌), HDPE(고밀도 폴리에틸렌), PSP(폴리스틸렌페이퍼)와 PP(폴리프로필렌) 등의 플라스틱 수지에 혼합가공 후 압출하는 분해성 멀칭재에 관해 개시하고 있다.

그러나 이들은 베이스폴리머로서 플라스틱 수지를 이용함으로써 필름의 형태가 해체되어 마치 "생분해성"인 것처럼 보이지만, 플라스틱 수지 재질의 미세 필름이 토양에 잔류함으로써 여전히 토양오염원이 된다는 문제점을 가지고 있다. 토양에 미세하게 해체되어 토양에 잔류하는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등은 반감기가 500년이나 되어 거의 영구적으로 분해되지 않는다.

천연물질을 원료로 하는 생분해성 멀칭지의 예로 한국 공개특허 제10-2004-0021196호에는 롤 형태의 재생지에 생분해성 수지를 용융 분사시켜 인장강도를 보강한 멀칭 매트가, 한국 공개특허 제10-2010-0116974호에는 노일(noil)과 텐셀 또는 레이온으로 이루어진 섬유원료에 식물성 아교, 동물성 아교, 색소, 촉매제, 타피오카가 함유된 생분해성 멀칭지가, 한국 등록특허 제10-1347898호에는 천연솜과, 천연레이온이나 천연마 또는 그들의 혼합물인 섬유원료와 코코넛피, 아몬드피, 사탕수수 또는 대나무에서 추출한 천연 섬유질과, 식물성 아교 또는 동물성 아교인 천연접착제를 포함하는 친환경 자연분해 멀칭지가 각각 개시되어 있다. 그러나 이들은 생분해 기간이 지연되는 등의 문제로 농가에서 널리 활용되지 못하고 있다는 문제점이 있다.

한국 공개특허 제10-2017-0086642호 한국 등록특허 제10-142990호 한국 공개특허 제10-2017-0075052호 한국 등록특허 제10-1713522호 한국 등록특허 제10-1697524호

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 작물을 재배하는 경작지의 지표면을 덮어 잡초의 성장을 억제하며, 사용 중에 미생물을 활성화하여 서서히 자연분해할 수 있는 천연재료를 이용하여 친환경적으로 생분해되는 조성물을 도포 또는 부착시킨 생분해성 친환경 멀칭지를 제공하고자 한다.

본 발명의 다른 목적은 자연상태에서 경시적으로 분해되어 작물재배 후 별도로 수거작업을 하지 않아도 토양오염을 일으키지 않으며, 또한 후속 재배되는 작물의 생육에 유익한 영향을 주는 생분해가 가능한 멀칭지를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 인장강도가 높은 멀칭지를 제공함으로써 멀칭지를 이용한 기계화 작업을 개선시킬 수 있도록 하는 친환경 생분해 멀칭지를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 살균, 살충제를 포함시켜 작물의 병충해발생을 방지하고, 시비가 어려운 미량원소를 포함시켜 영농의 편의성과 농작물수확증대에 도움을 주고자 한다.

상기와 같은 과제를 수행하기 위해 본 발명은, 펄프모지(200)에 혼합물이 부착되는 구조로 이루어지고, 목재 기계펄프 공정으로 제조된 칭량 40g ~ 60g/m²의 펄프모지(200); 상기 펄프모지에 부착되는 혼합물의 혼합을 위한 물 400리터의 배합수; 상기 배합수에 생분해를 위해 투입되는 바실러스 서브틸리스균이 포함된 2 ~ 5kg의 청국장; 상기 배합수에 바실러스 서브틸리스균의 먹이용으로 투입되는 2 ~ 5kg의 당밀; 상기 배합수에 햇빛 투과량 조절 및 습도조절용으로 혼합되는 30~50kg의 숯가루; 상기 배합수에 탄수화물계 접착제와 알부민 접착제가 1:3 내지 3:1로 혼합되어 투입되는 80~120kg의 접착제혼합물; 상기 배합수에 투입되어 조성물을 결합시키고, 점도를 높여주기 위해 20ℓ물에 용해시킨 0.8~1.2kg을 CMC 바인더; 상기 배합수에 투입되는 80~120g의 셀룰로오스 분산제; 상기 배합수에 미량원소비료로 투입되는 각각 250~500g의 붕소와 아연; 상기 배합수에 폴리아크릴 아미드와 산화녹말이 1:3 내지 3:1로 혼합된 10~30리터의 지력증강제; 및 상기 배합수에 살균용으로 투입되는 2~4kg의 계피와 5~15리터의 제독유황과 살충용으로 투입되는 400~600g의 로테론을 포함하고, 상기 혼합물구성성분의 분량이 작물이 생장하는 환경이나 토양상태 또는 작목에 적합하게 선택되어, 상기 펄프모지(200)에 건조 무게 4g~8g/m²이 되도록 균일한 두께로 부착되어 친환경 생분해펄프 멀칭지가 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 친환경 생분해펄프 멀칭지는, 친환경 펄프모지에 청국장과 당밀을 부착하여 청국장에 서식하는 혐기성 박테리아인 바실러스 서브틸리스균에 의해 생분해되어 사용 중에 경시적으로 자연분해되는 효과가 있고, 햇빛 투과량 조절 및 습도조절용 숯가루가 포함되어 잡초성장이 차단되고, 탄수화물계 접착제와 알부민 접착제가 혼합된 접착제혼합물, 조성물을 결합시키고 점도를 높여주는 CMC 바인더가 포함되어 멀칭지의 인장강도가 보강되어 전답에 사용시 쉽게 파손되지 않으며, 살균제로 계피와 제독유황이 혼합되고, 살충제인 로테론과 제충국이 혼합되어 살균, 살충이 이루어지고, 시비하기 어려운 미량원소비료가 포함되어 인력이 크게 절감되며, 멀칭지에 부착된 혼합물이 생분해과정 중에 토양미생물을 활성화시키는 등 재배작물이나 토양에 유익한 작용을 하여 당해 작물의 생육을 촉진 뿐만아니라 후속 재배되는 작물의 생육에도 유익한 영향을 주는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 친환경 생분해펄프 멀칭지의 제조 공정도
도 2는 친환경 생분해펄프 멀칭지의 제조장치의 설명도
도3은 밭작물에 본 발명의 친환경 생분해펄프 멀칭지가 사용된 사진
도4는 논작물에 생분해펄프 멀칭지를 사용하고 있는 사진

이하, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 생분해펄프 멀칭지의 조성물 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 친환경 생분해펄프 멀칭지의 제조 공정도이고, 도 2는 친환경 생분해펄프 멀칭지의 제조장치의 설명도이며, 도3은 밭작물에 본 발명의 생분해펄프 멀칭지가 사용된 사용사진이고, 도4는 논작물에 생분해펄프 멀칭지를 사용하고 있는 사진이다.

도 1은 본 발명에 의 바람직한 실시예를 나타낸 개략적인 공정도이다. 도 1을 참조하면, 펄프모지 준비단계(S10)와, 혼합물 준비단계(S20)와, 부착량 결정단계(S30), 준비된 혼합물을 혼합하고 가열하는 혼합가열단계(S40), 혼합가열된 혼합물을 펄프모지에 도포하는 도포단계(S50), 펄프모지에 도포된 혼합물을 고압에어로 평탄화하는 평탄화단계(S60), 펄프모지에 도포되어 부착된 혼합물을 건조시키는 건조단계(S70)와 건조과정을 거친 친환경 생분해펄프 멀칭지를 권취하는 권취단계(S80)으로 구성된다.

펄프모지 준비단계(S10)

펄프모지(200)는 목재를 화학적 처리없이 기계적으로 분쇄하여 만들어지는 펄프를 이용하여 만든 종이가 바람직하다. 화학펄프나 재활용된 폐지는 화학약품을 처리하여 비섬유질을 제거하여 황산염펄프나 아황산펄프 등을 만들고 있기 때문에 이들로 만든 재생지는 생분해가 더디고 토양을 산성화시키는 등의 우려가 있으며, 폐지는 재활용공정 중 다량의 화학약품처리가 수반되기 때문에 바람직하지 않다. 펄프모지에 사용되는 목재 기계펄프는 맷돌을 회전시켜 통나무에 압력을 가하여 얻는 쇄목펄프나 목재를 작은 칩으로 만든 후, 이를 리파이너(refiner)로 처리하여 얻는 정쇄펄프, 혹은 작은 목재칩을 증기로 처리한 다음 리파이너를 처리하여 얻는 열기계펄프 중 어느 하나를 선택하여 제조된 펄프모지를 사용한다.

펄프모지는 사용환경, 토양상태, 작목, 경제성 등에 따라 분해속도 칭량 40g ~ 60g/m²의 범위에서 정한다. 최적의 칭량은 사용환경, 토양상태, 작목종류 뿐만아니라 멀칭기계가 요구하는 인장강도 등에 미리 조사 연구된 데이터를 확보해 두고 적용하는 것이 바람직하다.

친환경 생분해펄프 혼합물(500) 준비단계(S20)

1. 청국장과 당밀

본 발명의 발효생분해제로 청국장과 당밀이 사용된다. 청국장은 누룩곰팡이가 주 발효균으로 콩과 볏짚에 붙어 있는 혐기성 박테리아인 바실러스 서브틸리스(bacillus subtillis)균을 활성화시켜 유기물인 펄프모지를 분해하는 작용을 한다. 청국장과 함께 투입되는 당밀은 바실러스 서브틸리스균이 왕성하게 번식을 하기까지 필요한 자양분 역할을 한다. 청국장과 당밀은 펄프모지의 어느 한쪽 또는 양쪽 표면에 도포되거나 부착되어 발효에 의해 펄프모지를 경시적으로 분해시킨다. 청국장과 당밀은 작물이 생장하는 환경이나 토양상태 또는 작목에 따라 선택되어 배합수 400ℓ 당 건조무게 2~5kg을 첨가하는 것이 바람직하며, 첨가량에 따라 펄프모지의 생분해속도를 조절할 수 있고, 발효된 이후에 토양미생물군을 활성 및 증식시켜 작물의 생육을 촉진시킨다.

청국장 가루를 2kg 이하로 투입하면 청국장균의 수가 줄어 생분해 기간이 6개월이상 지속되고, 5kg을 초과하면 생분해펄프기간이 지나치게 짧아지게 된다.

토양에는 수 많은 미생물들이 공존하여, 토양으로 유입되는 낙엽, 볏집, 퇴비 등 유기물질들을 효소를 분비하여 포도당이나 아미노산과 같은 작은 물질로 분해한다. 또한, 토양미생물군은 식물생장촉진물질을 생산하여 식물의 생장을 돕는다.

토양은 식물과 미생물의 상호작용이 일어나는 매우 복잡한 환경으로, 토양에 존재하는 3대 미생물은 사상균(絲狀菌, Mold fungi), 방선균(放線菌, Actinomycetes), 세균(細菌, Bacteria)이다.

사상균은 균사체 곰팡이류의 대부분이 이에 속하며, 식물 뿌리간에 공생관계를 형성한다. 아스퍼길러스(Aspergillus)는 곰팡이의 대표적인 균주로서, 청주, 된장, 막걸리 등의 술을 제조하는데 사용되는 메주, 누룩 등이 이에 해당한다.

방선균은 곰팡이와 세균의 중간에 위치하는 미생물로 간주되었으나, 현재는 세균에 가까운 원핵생물 즉 세균의 방선균목으로 분류되고 있다. 세포가 긴 실모양으로 곰팡이의 균사처럼 연결되어 끝에 포자를 형성하며, 각종 유기물의 분해, 특히 난분해성 유기물 분해에 중요한 역할을 한다. 비옥한 흙 1g 속에는 방선균이 약 100-1000만개씩 존재다고 하며, 방선균을 이용해 각종 항생물질을 만들기도 한다.

세균은 진핵생물(eukarya), 세균(bacteria), 고세균(archaea)으로 분류되고, 원핵생물의 특징을 그대로 가지고 있으며 핵막이나 미토콘드리아, 엽록체와 같은 구조를 가지고 있지 않다. 일반적인 외부 형태는 타원형 세포의 주변에 다수의 섬모가 방사상으로 성장하고 있고, 꼬리와 유사한 한개의 길다란 편모를 가지고 있다. 고등생물과 달리 박테리아는 종류에 따라 여러가지 물질대사방법으로 번식된다. 크게 호기성세균과 혐기성세균으로 나눌 수 있고, 호기성세균은 고등생물과 마찬가지로 산소를 매개로한 호흡을 통해 에너지를 얻고, 혐기성세균은 산소가 없으면 생육이 불가능한 세균을 편성 호기성 세균이라 하고, 산소의 유무에 관계없이 생육 가능한 세균을 통성 혐기성 세균이라 하는데, 본 발명에서 사용되는 바실러스 서브틸리스균은 산소의 유무에 관계없이 생육 가능한 세균으로 통성 혐기성 세균에 속한다. 호기성 세균에 의한 분해과정을 '부패'라고 하고, 혐기성 세균에 의한 분해과정은 '발효'라고 부른다.

바실러스 서브틸리스균은 현재 369종과 8개의 아종으로 이루어진 바실러스 (bacillus) 박테리아 중의 하나로 단백질 분해효소(protease)와 전분 분해효소(amylase)를 분비하여 주로 콩의 성분을 분해하며 생존한다. 바실러스 서브틸리스는 우리나라의 기후조건에서 활발한 작용을 하는 것으로 알려져 있다.

청국장은 삶은 콩에 청국장 균을 접종시켜 40~50℃ 온도와 85~90% 습도에서 20시간 정도 발효시킨 것으로 수개월 소요되는 된장에 비해 제조기간이 짧고, 청국장을 발효시키는 균은 볏짚에 많이 묻어 있으므로 미리 볏짚을 씻어서 말려 두면 언제라도 만들 수 있어 재료비가 저렴하며, 혐기성세균이므로 공기에 노출되지 않은 땅속에서도 분해가 잘 이루어진다는 장점이 있다.

당밀은 조당으로부터 정제당을 제조할 때 부산물로 생기는 것으로, 투명한 담황색을 띠는 점조성의 당액, 폐당밀과는 구별된다. 일반 성분은 수분 20~30%, 당분 60~70%, 회분 5~10%, 기타 5%이다. 주로, 과자나 잼 등의 식용원료로 이용되고 있으며, 본 발명에서는 바실러스 서브틸리스균의 개체수를 늘리기 위해 필요한 식량으로 혼합되고, 그 혼합량은 2~5kg을 첨가하는 것이 바람직하며, 2kg 이하로 투입하면 청국장균의 개체수 확산이 충분하지 않아 생분해 기간이 길어지고, 5kg을 초과하면 생분해기간이 짧아지고 멀칭지의 지력이 감소하게 된다.

2. 햇빛 투과량 조절용 숯가루

본 발명의 멀칭지는 햇빛의 투과량을 조절하기 위해 야자나무숯을 사용한다. 야자나무숯은 가격이 저렴하고 분말화하기 쉬운 장점이 있다. 야자나무숯 이외에도 버드나무숯, 참나무숯 등을 사용할 수 있으며, 햇빛을 차단하면 잡초종자의 발아나 생육이 억제된다. 멀칭지에 도포/부착된 숯가루는 태양광의 자외선을 차단하고, 도포/부착면을 지면 또는 햇볕 쪽으로 하느냐에 따라 지온상승 또는 지온을 냉각시킬 수 있다. 따라서, 계절, 작목 등에 따라 도포/부착면을 선택하여 경작지에 포설할 수 있다. 숯은 다공성으로 표면적이 아주 커서 통기성, 보수성, 투수성이 우수하고, 미생물의 거처가된다. 또한 숯은 pH가 8~9로 알카리성이고, 칼륨, 칼리, 붕소 등의 미네랄 원소를 함유하여 식물 생육을 촉진한다. 숯가루는 400리터 배합수에 30~50kg을 혼합하는 것이 바람직하다. 30kg 미만을 사용하면 차광효과가 줄 수 있고, 50kg을 초과해서 투입하면 멀칭지의 지력이 감소를 초래할 수 있다.

3. 탄수화물계 접착제와 알부민 접착제

펄프모지(200)에 청국장과 당밀, 숯 등을 접착하기 위한 접착제가 포함된다. 현재 각종 용도로 사용되고 있는 일반적인 화학접착제는 인체나 환경에 좋지 않은 영향을 주는 페놀이나 포르말린, 포름알데히드 등의 물질을 배출하고 있어 농사용 접착제로는 사용할 수 없다. 따라서 최근 친환경 및 고기능성 접착제 연구가 진행되고 있다.

멀칭지 제작을 위한 접착제로 탄수화물계 접착제와 알부민 접착제의 혼합물로서, 접착제 혼합물을 펄프모지(200)에 도포 부착시켜 건조시킨 후에 지속적인 접착력을 유지하고 바실러스 서브틸리스균의 먹이가 되어 경시적으로 분해되며, 분해 과정 중에 토양이나 환경에 나쁜 영향을 주는 물질이 전혀 발생하지 않는다.

탄수화물계 접착제는 옥수수, 쌀, 보리, 고구마, 감자 등에서 얻은 접착제로 가장 많이 사용되는 접착제로 멀칭지 분해시에는 바실러스 서브틸리스균의 먹이가 된다.

알부민은 소, 돼지, 기타 가축의 혈액을 정치하여, 맑은 상층 액으로 얻어지는 혈청은 오래 전부터 유럽, 소련, 중국 등에서 접착제로 응용되고 있다. 혈청의 주성분은 알부민(albu-min)이므로 일반적으로 혈청 알부민 접착제라고 불리고 있으며, 저온에서 건조시킨 분말로 제품화되어 있다. 알부민은 내수성이 좋아서 단독으로 사용할 수 있고, 대두 단백에 배합하여 사용할 수 있다. 따라서, 멀칭지를 수도작용으로 사용하거나 노지재배에서도 내수성이 요구될 때에는 알부민의 배합량을 높인다.

멀칭지가 밭작물 재배에 사용될 때에는 탄수화물계 접착제로 이루어진 접착제가 비교적 더 사용되고, 수도작과 같이 내수성이 요구될 때는 알부민 접착제의 함유율을 더 증가시킬 수 있다. 이들 접착제는 작물이 생장하는 환경이나 토양상태 또는 작목에 따라 탄수화물계 접착제와 알부민 접착제가 1:3 내지 3:1로 혼합되어 배합수 400ℓ 당 80~120kg이 첨가되는 것이 바람직하다.

4. CMC 바인더

CMC는 카르복실메칠 셀루로오스의 약칭으로, 알칼리에 용해된 셀룰로오스에 모노클로르아세트산 나트륨을 반응시켜 만드는 물질이다. 셀룰로오스 중 히드록시기의 40% 이상을 카르복시메틸화한 것은 냉수에도 잘 용해되고, 점도가 높은 안정적인 콜로이드용액이 되어, 배합수에 첨가되는 각종 조성물을 결합시키는 바인더 역할과 액체의 점도를 높여주는 증점안정제 기능을 한다. CMC 0.8~1.2kg을 20ℓ물에 용해시킨 후 배합수에 첨가되도록 한다.

5. 폴리아크릴 아미드와 산화녹말이 포함된 지력증강제

일반적인 멀칭지는 비닐과 차별되는 장점이 인정되고 있으나, 도포과정에서 쉽게 찢어지는 단점이 있고, 수도작인 경우에 물에 젖어 사용하기 어려운 단점이 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 본 발명에서는 폴리아크릴 아미드와 산화녹말이 지력증강제로 사용된다. 지력증강제는 멀칭지 사용환경에 따라 건조 지력증강제와 습윤 지력증강제의 중량비를 조절하여 혼합하도록 한다. 이들 지력증강제의 사용으로 15% 이상의 지력의 증가가 유지되게 할 수 있다. 지력증강제는 멀칭지에 도포/부착시키지 않고 초지공정 중에 투입될 수도 있다.

건조지력증강제는 밭작물의 재배에 있어서 건조한 노천에서 일정기간 멀칭효과를 얻을 수 있도록 하기 위하여 일정한 내풍화성을 지니며, 어느 정도의 범위에서는 내마모성 등이 유지되도록 종이에 기계적 인장강도를 강화시키기 위한 목적으로 사용되고, 습윤지력증강제는 논작물의 재배에 있어서 논작물의 재배특성상 지속적으로 관개에 따른 농업용 멀칭지가 수중에 주로 잠겨있으면서도 일정기간 멀칭효과를 얻을 수 있도록 하기 위하여 일정한 습윤인장강도를 지니며, 어느 정도의 범위에서는 내마모성 등이 유지되도록 종이의 기계적 인장강도롤 보강시키기 위한 것이다.

폴리아크릴 아미드는 대표적인 건조지력증강제로 제지산업에서 지력증강제로서 뿐만 아니라 보류향상제, 탈수촉진제, 폐수처리제로 매우 폭 넓게 활용되고 있으며 분자량과 전하 특성을 갖도록 임의로 제조할 수 있으므로 매우 유용하다. 폴리아크릴 아미드는 이온성을 띤 다른 단량체와 공중합하거나 단독으로 중합한 다음 전하를 띄도록 변화시켜 사용되는 경우가 많다. 일반적으로 지력증강제에는 이온성 산량체가 5~10 mol% 공중합되어 있으며, 고형분 10~20%의 용액상이나 분말상으로 공급되어 있고, 최근에는 에멀젼형도 많이 사용되고 있다.

습윤지력증강제로 산화녹말이 사용된다. 산화녹말은 녹말을 공업적 용도로 사용하기 위해 각종 산화제로 처리하여 새로운 물성을 부여한 것이다. 찬물에는 녹지 않지만 더운물에는 녹는다. 이것은 녹말을 물에 가하면서 섞어 호화(糊化)온도 이하에서 하이포 염소산 소다와 같은 염소계 산화제로 강력하게 녹말을 산화시켜 물로 잘 씻고, 산화제를 제거한 다음 건조시켜 분말로 만든 것이다. 주요한 것으로는 차아염소산 나트륨에 의한 산화 녹말과 과요오드산 산화에 의한 디알데히드 스타치로, 제지에서 사이딩이라든가 습윤 지력 인장강도의 증강제 등에도 사용된다.

균일한 지력증강을 위하여는 펄프모지(200)의 재료에 건조지력증강제 또는 습윤지력증강제를 가하고, 고르게 혼합하여 펄프조성물을 통상의 종이제조방법에 따라 압착, 건조하여 시트(sheet) 상으로 제조하는 방법도 사용될 수 있다.

지력증강제는 폴리아크릴 아미드와 산화녹말을 1:3 내지 3:1로 혼합하여 배합수에 10~30리터를 사용하는 것이 바람직하며, 10리터보다 적으면 경작에 충분한 지력이 나오지 않으며, 30리터를 초과하면 추가량에 비해 지력이 높아지지 않는다.

6. 셀룰로오스 분산제

천연 고분자인 셀룰로오스 또는 셀룰로오스를 출발 원료로 하는 평균 입자 직경이 5 ㎛ 이하의 미립자 및 그들의 분산액이 사용된다. 셀룰로오스 분산제는 혼합되는 천연기능성 혼합물 들과 혼합, 분산시키는 복합제로 사용된다. 또한, 셀룰로오스 분산제는 무기산 수용액에 셀룰로오스를 용해시킨 셀룰로오스 용액을 50 중량% 이상의 물을 포함하는 응고제 또는 물 중에서 재침전시켜 셀룰로오스의 현탁액을 제조하고, 그 현탁액 중의 셀룰로오스에 산(酸)가수분해 처리를 실시한 다음, 그 현탁액으로부터 그 산을 제거하는 것으로 제조될 수 있다. 셀룰로오스 분산제는 배합수 400리터에 80~120g을 투입하는 것이 혼합물 분산에 적절하다.

7. 붕소와 아연이 포함된 미량원소비료

작물의 성장과정에서 미량이 반드시 필요하지만, 필요한 양이 아주 적어 별도로 시비하기 어려운 원소로 붕소(B), 아연(Zn), 구리(Cu), 철(Fe), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo) 등이 있다. 본 발명에서는 미량원소의 대표라 할 수 있는 일정량의 붕소(B)와 아연(Zn)이 펄프종이를 희석하는 물에 미리 혼합되어 사용될 수도 있다.

붕사 또는 붕소는 비료의 4요소 불릴만큼 많은 작물 중에서 결핍 증상이 나타나기 쉬운 미량원소이다. 붕소는 토양 내의 금속류나 토양입자와 결합하지 않기 때문에 무효화되는 성분은 아니지만, 빗물에 의한 유실, 건조로 결핍현상이 일어날 수 있어 매년 적정범위 내에서 공급해야 한다. 붕소를 포함한 비료로 붕산비료와 붕사비료가 있는데 붕산비료는 수용성 붕소를 50% 이상 함유하고, 붕사비료는 수용성 붕소를 30 % 이상 함유하고 부성분으로 나트륨을 포함하고 있어 물에 녹으면 알칼리성을 띤다.붕소는 함유성분이 높기 때문에 적은 양을 균일하게 뿌리기 어렵고, 과잉 시비가 이루어진다면 독성이 나타나므로 효과적인 대책이 없는데, 붕사를 멀칭지에 도포/부착시키면, 소량을 이상적으로 토양에 공급할 수 있다.

아연은 단백질의 입체구조를 유지하며, 산화환원방응, 효소단백질에서는 기질의 결합부위가 되는 등의 기능을 하며, 아연이 결핍되면 작물의 황백화, 괴사, 조기낙엽 등이 초래된다. 본 발명에서 아연은 황산아연 형태로 소량 투입된다. 황산아연은 무색, 투명, 마름모 기둥 꼴의 결정. 물에 녹기 쉽고 소독성, 수렴성이 있어서 의약, 방부제, 매염제로도 쓰인다.

본 발명에서 사용되는 붕소와 아연은 배합수 400리터당 각각 250~500g이 혼합되며, 붕소는 250g 이하를 투입하였을 때에는 투입효과가 미미하고, 500g을 초과하였을 때에는 성장이 저해되고 잎이 마르는 현상이 발생하며, 아연의 투입량도 일반적인 작물을 재배하는데 250~500g을 투입하면 충분하다고 본다. 그밖에 구리, 철, 망간, 몰리브덴 등의 미량원소도 필요시 투입될 수 있다.

8. 계피가루와 제독유황

본 발명에는 기능성 혼합물로 항균작용을 하는 계피와 제독유황, 살충작용을 하는 로테론이 사용된다. 계피는 계수나무의 껍질을 말린 것으로, 향신료로 쓰이고, 단맛을 높여주는 성질이 있어 케이크, 쿠키 등에 넣고 있으며, 수정과의 주원료이기도 하다. 계피의 대표적인 약효는 곰팡이를 없애는 항균효과로, 계피에 든 향기성분이 항생제와 같은 작용을 하여 해로운 세균을 죽이는 기능을 하여 위궤양을 유발하는 헬리코박터균, 식중독을 야기하는 포도상구균, 병원성 대장균 O-157을 죽인다고 하며, 음식물에 발생하여 간암을 유발하는 아플라톡신이 계피가 든 빵에는 발생하지 않는다고 한다. 계피가루는 400리터 배합수에 2~4kg를 혼합하여 사용한다. 2kg 이하를 투입하면 곰팡이 제거효과가 미미하고, 4kg 이상을 투입하면 투입한 한계효과가 급격히 줄어든다.

유황은 식물의 영양소적 기능과 살충과 살균, 특히 해로운 곰팡이를 사멸시키는데 특출한 기능도 가지고 있지만 독성을 가져 적정량 이상을 살포할 경우 주변의 작물과 토양미생물에 치명적인 피해를 줄 수 있는 물질인데, 최근 물에 녹지 않는 유황을 유용미생물군으로 처리하여 액상화한 제독유황이 개발되어 시중에 시판되고 있고, 분해성과립유황은 녹는 온도가 118도로 매우 높아 토양에 살포해도 분해가 어려운 유황을 특정 조건에서 벤토나이트와 혼합하여 식물이 흡수할 수 있는 SO4-2형태로 쉽게 전환되도록 개선한 제품으로 입상형태로 시중에 판매되고 있다. 본 발명에서는 혼합의 편의성을 고려하여 제독유황을 사용한다. 제독유황은 400리터 배합수에 5~15리터를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 5리터 이하의 양은 곰팡이 사멸 효능이 현저히 줄고 15리터 이상의 양은 이로운 토양미생물의 성장에도 영향을 미친다.

살충작용을 하는 로테론은 콩과 식물인 데리스(Derris elliptica)의 뿌리에서 추출한 살충성분으로 무색결정이며 아세톤, 클로로프름 등에 녹는다. 로테론은 포유류에 대한 독성은 낮지만 어류나 잎을 갉아먹는 모든 해충에게 독성이 있다. 해충의 알, 유충, 번데기 상태에서 성장을 억제하며, 유충과 번데기의 탈피를 억제하고, 성충의 식욕을 억제시키는 성분이 있어 결국 굶어 죽게한다. 점박이응애, 오이총채벌레, 목화진딧물 및 각종 곤충의 유충을 제거하는 효능이 있다. 로테론은 400리터 배합수에 400~600g을 혼합하여 사용한다.

로테론에 추가하여 살충효과를 늘리기 위해 제충국이 사용될 수 있다. 국화과 식물인 제충국의 꽃을 말린 것으로 한국은 남부지방이 재배의 적이다. 5~6월 꽃이 활짝 피었을 때 꽃을 따서 햇볕에 말리거나 50℃ 정도 되는 건조기에서 말린다. 꽃부분에 피레트린이라는 담적황색의 기름과 같은 물질이 있다. 피레트린은 유기용매에 용해된다. 이것은 냉혈동물, 특히 곤충에 대하여 독성이 강하여 운동신경을 마비시키지만, 온혈동물에는 독성이 없으므로 고급 구충제로 생분헤펄프 멀칭제에 포함될 수 있다. 로테론은 400리터 배합수에 400~600g을 혼합하여 사용될 수 있다.

친환경 생분해펄프 혼합물의 조성비결정단계(S30)

멀칭지의 사용환경, 토양상태, 재배작목은 매우 다양하다. 멀칭지는 비닐하우스 내부나 노천, 밭이나 논, 뿌리작물, 잎채소 등에 따라 생분해 혼합물(500)의 조성비와 멀칭지에 도포/부착시키는 무게나 두께를 다르게 하는 것이 바람직하다.

친환경 생분해펄프 혼합물(500)의 조성비를 결정하기 위해서는 시험재배나 실제 적용된 사례의 결과에 대한 데이터를 수집 분석하는 것이 선행되어야 하고, 적절한 범위 내에서 투입량을 결정하도록 한다.

혼합가열단계(S40)

혼합물의 조성비결정단계(S30)에서 조성비가 결정되면, 혼합가열조(300)에 배합수 400리터를 공급하고, 친환경 생분해펄프 혼합물(500)을 투입한다. 혼합물에 따라 미리 물에 용해하여 투입할 수 있으며, 순차 투입할 수 있다. 혼합가열조의 배합수는 50 ~ 70 ℃로 가열하는 것이 용해가 잘 이루어진다. 혼합가열조에는 히터와 온도계, 경보기, 교반기가 설치되어 적정온도를 벗어나면 경보가 울리도록 하여 적절한 조치를 할 수 있도록 하고, 제지공정 중에 교반이 지속되는 것이 바람직하다.

도포단계(S50)

혼합가열조(300)에서 혼합가열단계(S40)를 거친 생분해펄프 혼합물(500)은 이송관을 통해 도포조(400)로 이송되어 펄프모지에 도포된다. 도포조에는 수위센서(450)가 설치되고, 이송관에는 자동밸브가 설치되어 생분해펄프 혼합물의 수위가 일정 수준 이하로 내려가면 수위센서(450)에 의해 감지되어 자동밸브가 열리고, 생분해펄프 혼합물의 수위가 일정 수준 이상이 되면 자동밸브가 닫히도록 구성되는 것이 바람직하다.

도포조(400)의 일측 상부에는 펄프모지가 감긴 롤이 설치되어 펄프모지가 풀려 도포조(400)의 테두리에 결합되어 생분해펄프 혼합물에 닿도록 설치된 도포롤러(600)를 통과하면서 생분해펄프 혼합물이 펄프모지(200)에 도포되는 방식으로 도포가 이루어지는 것이 바람직하다.

고압에어 평탄화단계(S60)

펄프모지에 도포된 생분해펄프 혼합물은 균일하게 부착되지 않고 덩어리진 부분이 있어 이를 바로 건조시키면 균일하게 평탄화되지 않으므로, 도포롤러(600)에서 상승하는 도중에 펄프모지의 폭과 같은 고압에어 분사기(650)로 고압에어를 하방으로 분사하면 덩어리진 부분이 깎여 도포조(400)로 떨어지도록 고압에어 분사기(650)를 배치하고, 고압에어는 별도의 에어 콤프레셔(700)에 의해 발생하도록 구성되는 것이 바람직하다.

건조단계(S70)

고압에어에 의해 평탄화단계를 거친 생분해펄프 멀칭지는 인출롤러(800)를 거쳐 열풍기, 적외선이나 마이크로웨이브 발생장치 등이 설치된 건조실(900)로 인입되어 다수의 롤러를 거치면서 건조가 이루어진다.

권취단계(S80)

건조실(900)을 통과하면서 건조된 생분해펄프 멀칭지는 건조실(900) 밖에 설치된 권취롤러(950)에 감겨 친환경 생분해펄프 멀칭지의 제조가 완료된다.

상기와 같이 제작된 본 발명의 친환경 생분해펄프 멀칭지는, 친환경 펄프모지에 청국장과 당밀을 부착하여 혐기성 박테리아인 바실러스 서브틸리스균에 의해 생분해되어 사용 중에 경시적으로 자연분해되는 효과가 있고, 햇빛 투과량 조절 및 습도조절용 숯가루가 포함되어 잡초성장이 차단되며, 탄수화물계 접착제와 알부민 접착제가 혼합된 접착제혼합물, 조성물을 결합시키고, 점도를 높여주는 CMC 바인더가 포함되어 멀칭지의 인장강도가 보강되어 쉽게 파손되지 않으며, 살균제로 계피와 제독유황이 혼합되고, 살충제인 로테론이 혼합되어 살균, 살충이 이루어지고, 시비하기 어려운 미량원소비료가 포함되어 작물을 재배하는 인력이 크게 절감되고, 멀칭지에 부착 또는 도포된 천연 기능성 혼합조성물은 생분해펄프과정 중에 토양미생물을 활성화시키고, 재배작물이나 토양에 유용하게 작용하여 당해 작물의 생육을 촉진 뿐만아니라 후속 재배되는 작물의 생육에도 유인한 영향을 주는 효과가 있다.

100 : 멀칭지 제조장치 200 : 펄프모지
300 : 혼합가열조 400 : 도포조
450 : 수위센서 500 : 생분해펄프 혼합물
600 : 도포롤러 650 : 고압에어 분사기
700 : 에어 콤프레셔 800 : 인출롤러
900 : 건조실 950 : 권취롤러

Claims

펄프모지(200)에 혼합물이 부착되는 구조로 이루어지고,
목재 기계펄프 공정으로 제조된 칭량 40g ~ 60g/m²의 펄프모지(200);
상기 펄프모지에 부착되는 혼합물의 혼합을 위한 물 400리터의 배합수;
상기 배합수에 생분해를 위해 투입되는 바실러스 서브틸리스균이 포함된 2 ~ 5kg의 청국장;
상기 배합수에 바실러스 서브틸리스균의 먹이용으로 투입되는 2 ~ 5kg의 당밀;
상기 배합수에 햇빛 투과량 조절 및 습도조절용으로 혼합되는 30~50kg의 숯가루;
상기 배합수에 탄수화물계 접착제와 알부민 접착제가 1:3 내지 3:1로 혼합되어 투입되는 80~120kg의 접착제혼합물;
상기 배합수에 투입되어 조성물을 결합시키고, 점도를 높여주기 위해 20ℓ물에 용해시킨 0.8~1.2kg을 CMC 바인더;
상기 배합수에 투입되는 80~120g의 셀룰로오스 분산제; 및
상기 배합수에 미량원소비료로 투입되는 각각 250~500g의 붕소와 아연; 을 포함하고, 상기 혼합물구성성분의 분량이 작물이 생장하는 환경이나 토양상태 또는 작목에 적합하게 선택되어, 상기 펄프모지에 건조 무게 4g~8g/m²이 되도록 균일한 두께로 부착되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 친환경 생분해펄프 멀칭지.
청구항 1에 있어서,
폴리아크릴 아미드와 산화녹말이 1:3 내지 3:1로 혼합된 지력증강제가 상기 배합수에 10~30리터 더 포함되는 것을 특징으로 하는 친환경 생분해펄프 멀칭지.
청구항 1에 있어서,
상기 배합수에 살균용으로 투입되는 2~4kg의 계피와 5~15리터의 제독유황과 살충용으로 투입되는 400~600g의 로테론이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 친환경 생분해펄프 멀칭지.
청구항 1에 있어서,
상기 배합수에 살균, 살충효과가 있는 제충국이 400~600g 더 포함되는 것을 특징으로 하는 친환경 생분해 멀칭지.
펄프모지(200) 준비단계(S10), 물 400리터의 배합수에 생분해를 위해 투입되는 바실러스 서브틸리스균이 포함된 2 ~ 5kg의 청국장, 바실러스 서브틸리스균의 먹이용으로 투입되는 2 ~ 5kg의 당밀, 햇빛 투과량 조절 및 습도조절용 30~50kg의 숯가루, 탄수화물계 접착제와 알부민 접착제가 1:3 내지 3:1로 혼합된 80~120kg의 접착제혼합물, 조성물을 결합시키고, 점도를 높여주기 위해 20ℓ물에 용해시킨 0.8~1.2kg의 CMC 바인더, 80~120g의 셀룰로오스 분산제; 및 미량원소비료로 투입되는 각각 250~500g의 붕소와 아연을 준비하는 생분해펄프 혼합물(500) 준비단계(S20)와, 작물이 생장하는 환경이나 토양상태 또는 작목에 따라 생분해펄프 혼합물(500)의 조성비 및 부착량을 결정하는 부착량 결정단계(S30)와, 조성비가 결정된 생분해펄프 혼합물(500)을 혼합가열조(300)에 투입하여 50 ~ 70 ℃로 가열하는 혼합가열단계(S40), 혼합 가열된 생분해펄프 혼합물(500)을 도포조(400)에 이송하여 펄프모지(200)에 도포하는 도포단계(S50), 모지(200)에 부착된 생분해펄프를 고압에어를 이용해 평탄화하는 고압에어 평탄화단계(S60), 생분해펄프 혼합물(500)이 도포 또는 부착된 멀칭지를 건조실(900)에서 건조하는 건조단계(S70), 및 건조된 생분해펄프 멀칭지를 권취하는 권취단계(S80)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 친환경 생분해펄프 멀칭지의 제조방법.
청구항 5에 있어서,
상기 생분해펄프 혼합물(500) 준비단계(S20)의 혼합물에 폴리아크릴 아미드와 산화녹말이 1:3 내지 3:1로 혼합된 지력증강제 10~30리터와 살균용으로 투입되는 2~4kg의 계피와 5~15리터의 제독유황과 살충용으로 투입되는 400~600g의 로테론이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 친환경 생분해펄프 멀칭지의 제조방법.