KR102169864B1

KR102169864B1 - 친환경 비닐 멀칭액 조성물 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102169864B1
Application number: KR1020200018203A
Authority: KR
Inventors: 신장균
Original assignee: 주식회사 초로
Priority date: 2020-02-14
Filing date: 2020-02-14
Publication date: 2020-10-30

Abstract

본 발명은 친환경 비닐 멀칭액 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리비닐 알코올, 옥수수 전분, 오레인산, 가성소다, 디에틸렌글리콜, 분산제 및 정제수를 포함하는 친환경 비닐 멀칭액 조성물에 대한 것이다.

Description

친환경 비닐 멀칭액 조성물 및 그 제조방법 {Eco-friendly Liquid Phase Vinyl-Mulching Composition and Manufacturing Method of the Same}

농업용 멀칭 재료로는 투명비닐 또는 검정비닐이 주로 이용되어 왔으나, 이와 같은 비닐 멀칭막의 사용은 심각한 환경오염을 야기한다. 비닐 멀칭막은 폴리에틸렌에 산화방지제(Antioxidant)와 UV변성방지제를 섞어 만든 탄화수소 고분자(Polymer hydrocarbons)이므로, 분자량이 크고 안정된 특징이 있어, 자연 조건에서 분해되기가 아주 어려워, 토양에서 잔존하는 기간이 200∼400년 정도이다.

현재 주로 사용되는 멀칭막은 0.012㎜이하의 아주 얇은 멀칭막을 사용한다. 이런 멀칭막은 강도가 낮고, 더 작은 크기로 찢어지기도 쉬워서 회수 및 재활용이 불가하여, 자연에 방치 또는 유실되어 토양 중에 혼입되면, 오랜세월 동안 토양과 환경에 심각한 환경오염을 초래하게 된다.

또한, 종래의 비닐 멀칭막은 사용 후 손으로 제거해야 하고 노동력이 요구됨과 동시에 완벽하게 제거하기가 힘들고, 제대로 수거되지 못한 잔여 멀칭 비닐의 경우, 재배되는 작물의 뿌리 생육과 토양의 배수성을 악화시켜 토양을 오염 시키고 있으며 폐비닐을 방치하여 농촌의 토양이 더욱더 피폐화 되어가고 있다.

더욱이, 비닐 멀칭막은 통기성과 투수성이 나빠서, 토양에 잔류되면, 토양 중의 단립구조를 파괴하고, 삼투수(Capillary water)와 자연수의 침투를 방해하며, 토양의 흡습성에 영향을 주어 수분 운동에 장애를 일으켜서 수분의 유동 속도를 느리게 한다.

또한, 토양의 틈새도를 나쁘게 하여 뿌리의 진로를 가로막고 성장을 방해하며, 공기 투과성능을 낮추어 공기의 순환과 교환을 나쁘게 한다. 그 외에 국부적인 수분의 과다 혹은 과소를 야기하고, 토양 중의 이산화탄소 함유량이 높아지는 원인이 된다. 따라서 토양 미생물의 활동과 토양의 정상적인 구조의 형성에 영향을 주며, 토양의 비옥도 낮추고 결국 농작물의 감산을 초래한다.

잔류 조각들이 농작물의 줄기나 사료에 섞여 들어갈 경우, 가축의 위장기능이 해치고, 비육 상태에 악영향을 미치며, 심한 경우에는 폐사를 불러올 수도 있다. 또한, 잔류 멀칭막을 소각하면, 다이옥신 등의 유해기체가 발생되어 대기를 오염시키고, 2차 오염을 초래한다. 또한, 멀칭막 성분 중의 가소제( o-Phthalaldehyde : OPA류 화합물)는 저수용성, 고지용성으로, 현저한 생물 누적성을 가지고 있어서, 토양과 농작물, 가축을 경유하여 인체에 까지 위해를 가져올 수 있다.

이에, 이러한 문제점을 해결하는 방법 중의 하나로 분해 가능한 멀칭막이 개발되어 사용되고 있으며, 생분해성 멀칭막의 종류에는 폴리에틸렌 주제에 전분 등의 생분해성의 천연물을 혼합한 가분해성 비닐 멀칭막, 수용성 수지에 전분 등, 생분해성 천연물을 섞어서 만든 고상 멀칭막, 섬유 혹은 종이 멀칭막 등이 있다.

그러나, 종래의 멀칭막은 대부분 필름 또는 시트 형태로 가공되어 이를 부설, 유지 및 철거하는 공정이 별도로 필요하여 경제적인 면에서 불리할 뿐만 아니라, 토양과의 부착성이 좋지 않아 기능성 물질을 함유하는 경우에도 기능성 물질의 효과가 미미하며 토양 표면에 고착하기 어려우며 강풍 및 폭우에 의해 유실되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 대안으로 근래에는 액상 멀칭제에 대한 개발이 이루어져왔으며, 액상 멀칭제는 고분자 수지 에멀젼을 살포하는 방법으로 토양 표면에 멀칭막을 형성하는 것이다. 예를 들면 일본 공개특허 제2001-45879호에서는 식물 섬유를 분산시킨 수지 에멀젼을 살포하는 것을 특징으로 하는 액상 멀칭 방법 및, 일본 공개특허 제2001-145428호에는 생분해성 폴리머, 탄소계 물질 및 콜로이달 실리카를 함유하는 액상 멀칭제가 공지되어 있다.

그러나 종래의 액상 멀칭제로 형성된 멀칭막은 토양과의 밀착성이 좋지 않으며, 내수성이 낮아 수분에 의해 멀칭막이 쉽게 유실되거나, 피막의 내수성이 높은 경우에는 투습성이 낮아 작물의 뿌리를 썩게 하는 등 토양의 수분 조절 기능에 문제점이 있어왔다. 또한 액상 멀칭제의 제조방법에 있어서도 수지 에멀젼에 다른 물질을 혼합하므로 혼합된 구성성분의 균일한 혼합이 이루어지기 어렵고 이러한 상태로 토양에 살포되므로 형성되는 멀칭막의 균일성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.

등록특허공보 등록번호 10-1031365(2011.04.19.)

본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위하여, 생분해성과 보온성 및 식물 생육조절 기능을 구비한 액상의 멀칭비닐용 성막조성물과 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폴리비닐 알코올, 옥수수 전분, 오레인산, 가성소다, 디에틸렌글리콜, 분산제 및 정제수를 포함하는 친환경 비닐 멀칭액 조성물을 제공한다.

이때, 상기 각 성분의 함량이, 폴리비닐 알코올 5~10 중량%, 옥수수 전분 5~10 중량%, 오레인산 5~10 중량%, 가성소다 5~10 중량%, 디에틸렌글리콜 3~5 중량%, 분산제 2~5중량% 및 정제수 50~60 중량%인 것이 바람직하다.

한편, 본 발명은 정제수 50~60 중량%를 온도 75~85℃로 가열한 후 폴리비닐 알코올 5~10중량%를 첨가하는 단계; 상기 폴리비닐 알코올이 첨가된 용액에 옥수수 전분 5~10 중량%를 첨가한 후 RPM 500~1000으로 20~30분간 교반하는 단계; 및 상기 옥수수 전분이 첨가된 용액에 오레인산 5~10 중량%, 가성소다 5~10 중량%, 디에틸렌글리콜 3~5 중량% 및 분산제 2~5중량%를 첨가한 후 RPM 1500~2000으로 50~70분간 교반하는 단계;를 포함하는 친환경 비닐 멀칭액 조성물의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 친환경 비닐 멀칭액 조성물은 소정시간 경과 후 생분해가 가능하고, 토양수분 조절이 가능하여 식물의 생육에 필요한 수분공급이 이루지는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 생성되는 멀칭막은 견고함과 토양 흡착력이 향상되고, 농작물 생육에 적절한 보습성 및 투습성을 가질 뿐만 아니라 농작물의 생육을 촉진하는 효과를 가진다.

또한 본 발명에 따른 친환경 비닐 멀칭액 조성물은 수분산액 상태의 멀칭용 조성물을 제조하여 살포하므로 종래 비닐 멀칭 막보다 설치가 용이하며, 지형의 요철에 따른 영향을 거의 받지 않으며, 경사지에도 설치가 용이하고, 잔류 멀칭막을 회수할 필요가 없어, 인건비가 절약된다. 또한 비료의 시비, 살충제, 살균제 및 제초제의 살포를 함께 행할 수 있어 경제적으로 유리하다.

이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.

또한, 달리 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 가지며, 상충되는 경우에는, 정의를 포함하는 본 명세서의 기재가 우선할 것이다.

도면에서 제안된 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 그리고, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에서 기술한 "부"란, 특정 기능을 수행하는 하나의 단위 또는 블록을 의미한다.

각 단계들에 있어 식별부호(제1, 제2, 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.

본 발명의 친환경 비닐 멀칭액 조성물은 폴리비닐 알코올, 옥수수 전분, 오레인산, 가성소다, 디에틸렌글리콜, 분산제 및 정제수를 포함한다. 이하 각 구성성분을 자세히 살펴본다.

상기 폴리비닐 알코올은 접착성, 탄력성, 유연성 및 용해성을 가져 성막형성을 용이하게 하며, 열수에 의한 성형물의 변형을 방지하는 역할을 한다. 상기 폴리비닐 알코올의 함량은 5~10 중량%인 것이 바람직하며, 이보다 많은 경우 가공성이 저하되며, 적은 경우 성막 기능성이 떨어진다.

상기 옥수수 전분은 멀칭액에 분해성을 부여하기 위하여 첨가되는 천연고분자로서, 먹칭막의 가교 성능 및 토양 부착력을 향상시킨다. 상기 옥수수 전분의 함량은 5~10 중량%인 것이 바람직하며, 이보다 많은 경우 가공성 및 통기성이 저하되며, 적은 경우 생분해성이 떨어진다.

상기 옥수수 전분은 단독으로 사용될 수도 있지만, 멀칭막이 적절한 투습성과 수분 보유력을 가지도록 하기 위하여, 코코넛 섬유 또는 코코넛 섬유 분말과 혼합된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 코코넛 섬유는 투습성 및 수분 보유력이 높아 토양이 적절한 수분을 가지면서 통기가 되도록 한다. 상기 옥수수 전분과 코코넛 섬유 또는 코코넛 섬유 분말과의 혼합 질량비는 10:1~3인 것이 바람직하다.

한편, 상기 옥수수 전분은 토양 부착력과 가교성을 더욱 높이기 위하여, 해조류(marine algae) 분말과 혼합된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 해조류 분말은 천연 접착력과 흡착력을 가져 멀칭액 처리 후 멀칭막의 가교성 및 토양 접착성을 높여주는 역할을 한다.

상기 해조류는 갈조류(brown algae), 홍조류(red algae), 녹조류(green algae) 등을 포함하며, 사익 갈조류는 미역, 다시마 등을 사용할 수 있고, 홍조류는 김, 돌김, 우뭇가사리, 풀가사리 등을 사용할 수 있으며, 녹조류는 청각 파래 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 다시마를 사용할 수 있다. 상기 해조류는 완전히 건조한 후 분쇄한 것을 사용하며, 상기 옥수수 전분과 해조류 분말의 혼합 질량비는 10:1~3인 것이 바람직하다.

상기 오레인산은 멀칭막의 수분 함유력, 토양 흡착력, 성막성 등을 높이는 역할을 한다. 상기 오레인산의 함량은 5~10 중량%인 것이 바람직하며, 이보다 적은 경우 그 기능적 효과가 미미하며, 많은 경우 작업성 및 분산성이 떨어진다.

상기 가성소다, 디에틸글리콜 및 분산제는 조성물의 점도를 조절하고, 뭉침을 방지하기 위한 첨가제로서, 그 함량은 각각 5~10 중량%, 3~5 중량% 및 2~5 중량%인 것이 바람직하며, 이보다 적은 경우 그 기능적 효과가 미미하며, 많은 경우 작업성 및 분산성이 떨어진다.

한편, 본 발명의 멀칭액 조성물은 차광효과로 잡초 발생을 억제하고, 태양광을 흡수하여 지열을 조절하기 위하여 활성탄을 1~5 중량%를 추가로 포함할 수 있다. 활성탄의 함량이 이보다 많은 경우 전체적인 혼화성 및 작업성이 떨어지며, 이보다 적은 경우 그 기능을 발휘하기 힘들다.

또한, 본 발명의 멀칭액 조성물은 성분들과의 가교성 및 접착성을 높이면서도 생분해성을 향상시키기 위하여, 아교 1~2 중량%를 추가로 포함할 수 있다. 상기 아교 성분은 천연 접착성분으로 접착력을 높일 뿐만 아니라 점도 상승과 성막 형성에도 도움을 줄 수 있다.

한편, 본 발명의 멀칭액 조성물은 전체 성분들의 혼화성을 높이기 위하여 전체적인 성형성을 높이기 위하여 우레아 1~3 중량%를 추가로 포함할 수 있다. 함량이 1중량% 미만일 경우에는 기능적 효과가 미미하며, 3중량%를 초과할 경우에는 나머지 성분들의 기능이 충분히 발현되지 않거나 작업성이 오히려 저화될 수 있다.

한편, 전술한 본 발명의 멀칭액 조성물은, 정제수 50~60 중량%를 온도 75~85℃로 가열한 후 폴리비닐 알코올 5~10중량%를 첨가하는 단계; 상기 폴리비닐 알코올이 첨가된 용액에 옥수수 전분 5~10 중량%를 첨가한 후 RPM 500~1000으로 20~30분간 교반하는 단계; 및 상기 옥수수 전분이 첨가된 용액에 오레인산 5~10 중량%, 가성소다 5~10 중량%, 디에틸렌글리콜 3~5 중량% 및 분산제 2~5중량%를 첨가한 후 RPM 1500~2000으로 50~70분간 교반하는 단계;를 통하여 제조할 수 있다.

이때, 상기 옥수수 전분은 옥수수 전분에 코코넛 섬유 및/또는 해조류 분말이 혼합된 것이 사용될 수 있으며, 상기 옥수수 전분과 코코넛 섬유 및/또는 해조류 분말과의 혼합 질량비는 각각 10:1~3인 것이 바람직하다.

또한, 마지막 오레인산, 가성소다, 디에틸렌글리콜 및 분산제를 첨가하는 단계에서, 앞서 전술한 활성탄, 아교, 우레아 성분을 추가로 첨가할 수 있다.

이와 같이 준비된 멀칭액 조성물은 분사기를 통해 원하는 현장에 분사하여 멀칭막을 형성할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시예 및 실험예들을 살펴본다. 그러나 본 발명의 범주가 이하의 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당업자라면 본 발명의 권리범위 내에서 본 명세서에 기재된 내용의 여러 가지 변형된 형태를 실시할 수 있다.

<실시예 1>

정제수 60 중량%를 온도 80℃로 가열한 후 폴리비닐 알코올 10 중량%를 첨가하였다. 상기 폴리비닐 알코올이 첨가된 용액에 옥수수 전분 10 중량%를 첨가한 후 RPM 500으로 20분간 교반하였다. 상기 옥수수 전분이 첨가된 용액에 오레인산 10 중량%, 가성소다 5 중량%, 디에틸렌글리콜 3 중량% 및 분산제 2중량%를 첨가한 후 RPM 1500으로 60 분간 교반하여 멀칭액 조성물을 제조하였다.

<실시예 2>

정제수 55 중량%를 온도 80℃로 가열한 후 폴리비닐 알코올 10 중량%를 첨가하였다. 상기 폴리비닐 알코올이 첨가된 용액에 옥수수 전분 10 중량%, 코코넛 섬유 분말 3%, 다시마 분말 2%를 첨가한 후 RPM 500으로 20분간 교반하였다. 상기 옥수수 전분이 첨가된 용액에 오레인산 10 중량%, 가성소다 5 중량%, 디에틸렌글리콜 3 중량% 및 분산제 2중량%를 첨가한 후 RPM 1500으로 60 분간 교반하여 멀칭액 조성물을 제조하였다.

<실시예 3>

정제수 50 중량%를 온도 80℃로 가열한 후 폴리비닐 알코올 10 중량%를 첨가하였다. 상기 폴리비닐 알코올이 첨가된 용액에 옥수수 전분 10 중량%, 코코넛 섬유 분말 3%, 다시마 분말 2%를 첨가한 후 RPM 500으로 20분간 교반하였다. 상기 옥수수 전분이 첨가된 용액에 오레인산 10 중량%, 가성소다 5 중량%, 디에틸렌글리콜 3 중량%, 분산제 2중량%, 활성탄 2%, 아교 1% 및 우레아 2%를 를 첨가한 후 RPM 1500으로 60 분간 교반하여 멀칭액 조성물을 제조하였다.

<실험예>

상기 실시예 1~3의 멀칭액 조성물을 토양 10ｍ×10ｍ 에 각각 살포한 후, 1시간 경과에 따른 멀칭막의 형성유무를 확인하였여 하기 표 1에 나타내었다. 이때 멀칭막의 형성유무는 촉감에 따른 막의 유무를 측정하였으며, 3은 성막의 완벽한 형성을, 2는 성막의 양호한 형성을, 1은 성막의 불완전 형성을 나타내었다.

경과시간	실시예1	실시예2	실시예3
30분	1	1	1
1시간	1	2	3
3시간	2	3	3
6시간	3	3	3

상기 표에 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 3이 성막 형성이 가장 우수한 것을 확인할 수 있었다.

본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.

Claims

폴리비닐 알코올 5~10 중량%, 옥수수 전분 혼합물 5~10 중량%, 오레인산 5~10 중량%, 가성소다 5~10 중량%, 디에틸렌글리콜 3~5 중량%, 분산제 2~5중량% 및 정제수 50~60 중량%을 포함하고,
상기 옥수수 전분 혼합물은, 옥수수 전분, 코코넛 섬유 및 해조류 분말의 혼합물이며, 상기 옥수수 전분과 코코넛 섬유와의 혼합 질량비는 10:1~3이고, 상기 옥수수 전분과 해조류 분말의 혼합 질량비는 10:1~3인 것이며,
활성탄 1~5 중량%, 아교 1~2 중량% 및 우레아 1~3 중량%를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 친환경 비닐 멀칭액 조성물.
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