KR102555843B1 - Multifunctional hydrogel for soil conditioner, soil conditioner comprising same, and method for manufacturing the same - Google Patents

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KR102555843B1 KR1020220137723A KR20220137723A KR102555843B1 KR 102555843 B1 KR102555843 B1 KR 102555843B1 KR 1020220137723 A KR1020220137723 A KR 1020220137723A KR 20220137723 A KR20220137723 A KR 20220137723A KR 102555843 B1 KR102555843 B1 KR 102555843B1
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Abstract

본 발명은 수분흡수율 등에서 다양한 물성을 지닌 다기능성 하이드로겔과 이를 포함하는 토양개량제 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 토양개량제용 다기능성 하이드로겔의 제조방법은, 가교된 하이드로겔을 얻는 단계와; 건조 및 분쇄시켜 입자형 하이드로겔을 얻는 단계를 포함하는 방법으로 토양개량제용 하이드로겔을 제조하되, (a) 단량체의 함량; (b) 단량체의 구성 비율; (c) 열풍 건조 시 온도 중 어느 하나 이상을 소정의 범위 내에서 조절함으로써 90배에서 300배 이상에 이르는 범위에서 선택적으로 원하는 수분흡수율을 갖는 입자형 하이드로겔을 제조할 수 있다. 본 발명에 따른 다기능성 하이드로겔과 이를 포함하는 토양개량제는, 90배에서 300배 이상에 이르는 범위에서 선택적으로 원하는 수분흡수율을 가질 수 있으므로, 식물의 생육 단계와 종류, 재배 환경에 따라 각기 다른 수분환경을 요구하는 다양한 용도에 모두 이용될 수 있다. The present invention relates to a multifunctional hydrogel having various physical properties such as water absorption rate, a soil improving agent including the same, and a manufacturing method thereof. The method for producing a multifunctional hydrogel for a soil conditioner of the present invention includes the steps of obtaining a crosslinked hydrogel; Drying and pulverizing to prepare a hydrogel for a soil improver by a method comprising the step of obtaining a particulate hydrogel, (a) the content of the monomer; (b) composition ratio of monomers; (c) A particulate hydrogel having a desired water absorption rate selectively in the range of 90 times to 300 times or more can be prepared by controlling at least one of the temperatures during hot air drying within a predetermined range. Since the multifunctional hydrogel and the soil improving agent containing the same according to the present invention can have a desired water absorption rate selectively in the range of 90 to 300 times or more, different moisture levels are obtained depending on the growth stage and type of the plant and the cultivation environment. It can be used for a variety of applications that require the environment.

Description

토양개량제용 다기능성 하이드로겔과 이를 포함하는 토양개량제 및 그 제조방법 {Multifunctional hydrogel for soil conditioner, soil conditioner comprising same, and method for manufacturing the same}Multifunctional hydrogel for soil conditioner, soil conditioner containing the same, and manufacturing method thereof {Multifunctional hydrogel for soil conditioner, soil conditioner comprising same, and method for manufacturing the same}

본 발명은 토양개량제용 하이드로겔에 관한 것으로, 특히 수분흡수율 등에서 다양한 물성을 지닌 다기능성 하이드로겔과 이를 포함하는 토양개량제 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a hydrogel for a soil improver, and more particularly to a multifunctional hydrogel having various physical properties such as water absorption, a soil improver including the same, and a manufacturing method thereof.

자연환경에서 토양은 보수, 보비를 유지하는데 한계가 있으므로, 농작물 생산을 위해서는 대부분의 경우 인위적으로 계속 수분과 양분을 공급해줘야 한다. 특히 강수량이 일정하지 않거나 부족한 지역, 영양이 좋지 않은 토양에서는 인위적인 수분과 양분 공급의 필요성이 더욱 커진다. 그러나 인위적인 수분 공급 또한 한계가 있으므로, 사막지역이나 사람의 접근이 어려운 지역에서는 식물의 생육이 곤란하다. 이에 따라 토양의 사막화, 황폐화는 더욱 진행되고, 식량자원 생산 가능지역과 산림이 감소하게 되는 문제로 이어진다. In the natural environment, soil has limitations in maintaining water retention and fertility, so in most cases, artificially supplying water and nutrients is necessary for crop production. In particular, the need for artificial water and nutrient supply is greater in areas where precipitation is not constant or insufficient, and in soils with poor nutrients. However, artificial water supply is also limited, so it is difficult for plants to grow in desert areas or in areas where people are difficult to access. As a result, desertification and devastation of the soil are further progressing, leading to a problem in which areas where food resources can be produced and forests are reduced.

토양개량제는 토양의 이화학적 성질을 개선하여 식물생육에 적합하도록 하는 제품이다. 토양개량제로 제올라이트, 펄라이트, 석회비료, 퇴비, 유기질 비료 등이 이용되고 있으며, 특히 토양의 수분 유지를 도와주는 제품으로는 수분 흡수성 폴리머를 주요 구성으로 하는 제품들이 사용되고 있다. 수분 흡수성 폴리머 제품에는 대표적으로 TerraCottem™(이하 "테라코템"이라 함)이 있다. Soil improvers are products that improve the physicochemical properties of soil to make it suitable for plant growth. Zeolite, perlite, lime fertilizer, compost, organic fertilizer, etc. are used as soil conditioners. In particular, products containing moisture-absorbing polymers as a main component are used as products that help maintain moisture in the soil. A representative moisture-absorbing polymer product is TerraCottem™ (hereinafter referred to as "Terracottem").

테라코템은 친수성 망상 고분자인 하이드로겔(hydrogel)과 무기양분, 생장 촉진제 및 전해질 물질이 혼합된 제품으로, 토양에 수분과 영양분을 오랫동안 공급할 수 있다. 테라코템과 같은 수분 흡수성 폴리머 제품들은 강수량이 일정하지 않거나 상당히 부족한 지역, 척박하고 영양이 없는 토양에서도 다양한 식물들을 울창하게 자라게 할 수 있다. 이러한 토양개량제용 수분 흡수성 폴리머 제품들은 농업에서 근권부 환경 개선에 중요한 역할을 하므로, 제품 개발을 위해 국내외에서 다양한 연구가 이루어지고 있으며, 관련 특허들도 다수 존재한다 (KR 10-2014-0036947, KR 10-2018-0033327, US 7652080 B2 등 ). Terracottem is a product that is a mixture of hydrogel, a hydrophilic network polymer, inorganic nutrients, growth promoters, and electrolyte materials, and can supply moisture and nutrients to the soil for a long time. Water-absorbent polymer products such as Terracottem allow a wide variety of plants to grow luxuriantly in areas with inconsistent or severely insufficient rainfall and in poor and nutrient-poor soils. Since these water-absorbing polymer products for soil improving agents play an important role in improving the rhizosphere environment in agriculture, various researches are being conducted at home and abroad for product development, and there are many related patents (KR 10-2014-0036947, KR 10-2018-0033327, US 7652080 B2, etc.).

토양개량제용 수분 흡수성 폴리머 제품의 핵심성분인 하이드로겔을 제조할 때 일반적으로 유기 가교제를 사용하는데, 유기 가교제는 대부분 단시간 내에 분해되지 않는 물질이므로 과량 사용이나 농축에 따른 독성 문제가 있다. 본 출원인은 이러한 문제를 해결하기 위해, 유기가교제 대신 라포나이트를 사용하여 가교부위를 형성한 수분 흡수성 폴리머를 개발하여 출원번호 10-2020-0132257(공개특허 10-2022-0048883: 이하 '선출원 특허'라 함)로 선출원한 바 있다.When manufacturing hydrogel, which is a key component of water-absorbing polymer products for soil conditioners, organic crosslinking agents are generally used. Since organic crosslinking agents are mostly substances that do not decompose within a short period of time, there is a toxicity problem due to excessive use or concentration. In order to solve this problem, the present applicant developed a water-absorbing polymer in which a cross-linking site was formed using laponite instead of an organic cross-linking agent and applied for application number 10-2020-0132257 (Public Patent No. 10-2022-0048883: hereinafter referred to as 'Prior Application Patent'). referred to as).

한편, 식물은 그 종류나 생육 단계, 재배 환경에 따라 필요로 하는 토양의 수분조건이나 영양조건이 달라지게 된다. 그러나 수분 흡수성 폴리머를 포함하는 종래의 토양개량제들은 대부분 수분흡수율(수분함유능력) 등의 물성이 고정된 단일 제품으로 상품화되어 있다. 하이드로겔 합성 시 단량체의 혼합 비율, 가교제 함량 등을 조절해서 어느 정도 물성을 조절할 수 있다고 기존에 알려져 있으나, 이러한 요소들이 대부분 물성과 선형적인 관계를 갖고 있지 않아 실제로는 다양한 수분흡수율을 갖도록 제품화하기 어려웠고, 비율을 큰폭으로 조절하다 보면 가교도나 안정성 등 다른 물성에 나쁜 영향을 미치게 되는 문제도 있었다. 따라서 대부분 다양한 수분흡수율의 제품을 만들지는 못하고 좁은 범위 내에서 미세한 조정을 통해 최적화된 하나의 제품을 만드는 것에 초점을 두고 있었다. 국내외에서 가장 많이 사용하고 있는 테라코템의 경우도 물리성과 이화학성이 고정된 단일 제품이 국내에서 시판되고 있다. On the other hand, depending on the type, growth stage, and cultivation environment of the plant, the required soil moisture or nutrient conditions vary. However, conventional soil improving agents containing water-absorbing polymers are mostly commercialized as a single product with fixed physical properties such as water absorption rate (water holding capacity). It has been previously known that physical properties can be adjusted to some extent by adjusting the mixing ratio of monomers and crosslinking agent content during hydrogel synthesis. However, if the ratio is greatly adjusted, there is also a problem that adversely affects other physical properties such as degree of crosslinking and stability. Therefore, most of them did not make products with various moisture absorption rates, but focused on making one product optimized through fine adjustment within a narrow range. Even in the case of Terracotem, which is used the most at home and abroad, a single product with fixed physical and physicochemical properties is on the market in Korea.

본 출원인의 선출원 특허에서도, 단량체인 아크릴산 포타슘(KA)과 N,N'-디메틸아크릴아마이드(DMAAm)의 비율이나 라포나이트의 사용량에 따라 수분흡수율(팽윤도)이 달라지는 것으로 기재하고 있다. 구체적으로 KA:DMAAm의 중량비에서 KA가 커질수록 수분흡수율(팽윤도)이 증가하다 최대 4:6 부터는 유사한 값을 나타내고, 라포나이트 함량이 커질수록 수분흡수율은 감소하는 것으로 나타나 있다. 하지만 가교도 면에서 바람직한 수준인 3중량%로 라포나이트를 사용할 경우 KA:DMAAm의 비율을 최대치로 조정해도 수분흡수율이 300배(300g/g) 이상에 도달하지는 못하고 있다(도 6). 그러나 시판 제품인 비교예(TC)의 수분흡수율이 200g/g 수준이므로, 선출원 특허에서는 라포나이트를 3중량%로 사용할 때 KA:DMAAm 중량비를 3:7 내지 4:6 정도로 조정함으로써 TC보다 높은 약 220~250g/g 정도의 수분흡수율을 보일 수 있으므로, 경쟁력 있는 수준으로 최적화된 단일 제품을 제조할 수 있었다. Even in the prior application patent of the present applicant, it is described that the water absorption rate (swelling degree) varies depending on the ratio of the monomers potassium acrylate (KA) and N,N'-dimethylacrylamide (DMAAm) or the amount of laponite used. Specifically, in the weight ratio of KA:DMAAm, the water absorption rate (swelling degree) increases as KA increases, and shows a similar value from a maximum of 4:6, and the water absorption rate decreases as the laponite content increases. However, when laponite is used at 3% by weight, which is a desirable level in terms of crosslinking degree, the water absorption rate does not reach 300 times (300 g/g) or more even when the ratio of KA:DMAAm is adjusted to the maximum value (FIG. 6). However, since the water absorption rate of Comparative Example (TC), which is a commercial product, is at the level of 200 g/g, in the prior application patent, when laponite is used at 3% by weight, the KA:DMAAm weight ratio is adjusted to about 3:7 to 4:6 to obtain about 220 higher than TC. Since it can show a water absorption rate of ~250 g/g, it was possible to manufacture a single product optimized to a competitive level.

이와 같이, 종래의 토양개량제용 하이드로겔은, 식물의 생육 단계, 종류, 재배 환경에 따라 다르게 요구되는 다양한 물성에 부합하지 못하고 있다. 반면, 최근의 전세계적인 이상 기온, 강수량의 변화, 사막화 진행 등의 환경변화는 다양한 지역에서 다양한 환경에 적용할 수 있는 다기능성 하이드로겔과 이를 포함하는 토양개량제에 대한 개발 필요성을 더욱 높이고 있다. As such, conventional hydrogels for soil improvers do not meet various physical properties required differently depending on the growth stage, type, and cultivation environment of plants. On the other hand, recent environmental changes such as global abnormal temperatures, changes in precipitation, and progress of desertification further increase the need for development of multifunctional hydrogels that can be applied to various environments in various regions and soil conditioners containing them.

대한민국 특허공개 제10-2014-0036947호Korean Patent Publication No. 10-2014-0036947 대한민국 특허공개 제10-2018-0033327호Korean Patent Publication No. 10-2018-0033327 USUS 7652080 7652080 B2B2 US/6831122 B2US/6831122 B2 DE/102009034137 A1DE/102009034137 A1 EP/0156786 B1EP/0156786 B1

본 발명은 식물의 생육 단계, 종류 및 재배 환경에 따라 다양하게 적용할 수 있도록 수분흡수율 등에서 다양한 물성을 지닌 다기능성 하이드로겔과 이의 제조방법. 이를 포함하는 토양개량제를 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히, 본 발명은 라포나이트로 가교시킨 아크릴아마이드-아크릴레이트 중합체 기반의 하이드로겔에서 90배에서 300배 이상에 이르는 다양한 범위의 수분흡수율을 지닌 다기능성 하이드로겔과 이의 제조방법, 이를 포함하는 토양개량제를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention is a multifunctional hydrogel having various physical properties such as water absorption rate and a manufacturing method thereof so that it can be applied in various ways according to the growth stage, type and cultivation environment of plants. Its object is to provide a soil improver containing the same. In particular, the present invention relates to a multifunctional hydrogel having a water absorption rate ranging from 90 to 300 times or more in an acrylamide-acrylate polymer-based hydrogel crosslinked with laponite, a method for preparing the same, and a soil improver including the same It aims to provide

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는,In order to achieve the above object, in the present invention,

라포나이트를 물에 분산시킨 2~4중량%의 라포나이트 분산액에, 아크릴레이트 모노머와 디메틸아크릴아마이드(N,N-dimethylacrylamide: DMAAm)를 0.2:9.8 에서 3.5:6.5의 비율로 가하고, 개시제를 첨가하고 가교반응시켜 가교된 하이드로겔을 얻는 단계와;An acrylate monomer and dimethylacrylamide (DMAAm) were added in a ratio of 0.2:9.8 to 3.5:6.5 to a 2-4% by weight laponite dispersion in which laponite was dispersed in water, and an initiator was added. and cross-linking to obtain a cross-linked hydrogel;

상기 가교된 하이드로겔을 90~150℃에서 1차 열풍 건조시켜 수분을 제거하고, 증류수에 침지시켜 미반응 모노머를 제거한 후, 90~150℃에서 다시 2차 열풍 건조시키고 분쇄하여 입자형 하이드로겔을 얻는 단계를 포함하는 방법으로 토양개량제용 하이드로겔을 제조하되, The cross-linked hydrogel is first dried at 90 to 150 ° C. to remove moisture, dipped in distilled water to remove unreacted monomers, and then dried again at 90 to 150 ° C. Preparing a hydrogel for a soil improver by a method comprising the step of obtaining,

아래 (a), (b), (c) 중 어느 하나 이상을 기재된 범위 내에서 조절함으로써 중량기준 90배에서 300배 이상에 이르는 범위에서 선택적으로 원하는 소정의 수분흡수율을 갖는 입자형 하이드로겔을 얻는 것을 특징으로 하는, 토양개량제용 다기능성 하이드로겔의 제조방법을 제공한다. By controlling any one or more of (a), (b), and (c) below within the range described, obtaining a particulate hydrogel having a desired water absorption selectively in the range of 90 times to 300 times or more by weight Characterized in that, it provides a method for producing a multifunctional hydrogel for a soil improver.

(a) 상기 아크릴레이트 모노머와 디메틸아크릴아마이드를 합친 단량체의 함량을 상기 분산액 중 15~35중량% 범위 내에서 증가시켜 수분흡수율을 증가시킴(a) Increasing the water absorption rate by increasing the content of the monomer in which the acrylate monomer and dimethylacrylamide are combined in the range of 15 to 35% by weight in the dispersion

(b) 상기 아크릴레이트 모노머와 디메틸아크릴아마이드의 비율을 0.2:9.8 에서 3.5:6.5 의 범위 내에서 아크릴레이트 모노머의 함량을 증가시켜 수분흡수율을 증가시킴(b) Increase the water absorption rate by increasing the content of the acrylate monomer within the range of 0.2:9.8 to 3.5:6.5 in the ratio of the acrylate monomer and dimethylacrylamide

(c) 상기 1차 및 2차 열풍 건조는 90~120℃ 범위 내에서 온도를 내려 수분흡수율을 감소시킴(c) The first and second hot air drying reduces the moisture absorption rate by lowering the temperature in the range of 90 to 120 ° C.

상기 제조방법은, The manufacturing method,

상기 (a), (b) 및 아래 (d) 중 어느 하나 이상을 기재된 범위 내에서 조절함으로써 경도를 함께 조절하는 것을 더 포함할 수 있다.It may further include adjusting the hardness together by adjusting any one or more of the above (a), (b) and below (d) within the described range.

(d) 상기 분산액 중 라포나이트의 함량을 2~4중량% 범위에서 증가시켜 경도를 증가시킴(d) increasing the hardness by increasing the content of laponite in the range of 2 to 4% by weight in the dispersion

상기 제조방법은 바람직한 일 실시예에서, In a preferred embodiment of the manufacturing method,

상기 아크릴레이트 모노머와 디메틸아크릴아마이드의 비율을 2.5:7.5 에서 3.5:6.5 로 하고, 상기 아크릴레이트 모노머와 디메틸아크릴아마이드를 합친 단량체의 함량을 상기 분산액 중 15중량% 이상 25중량% 미만으로 하고,The ratio of the acrylate monomer and dimethylacrylamide is set to 2.5:7.5 to 3.5:6.5, and the content of the combined monomer of the acrylate monomer and dimethylacrylamide is 15% by weight or more and less than 25% by weight in the dispersion,

상기 가교된 하이드로겔을 100~150℃에서 2~48시간 1차 열풍 건조시키고, 증류수에 침지시켜 미반응 모노머를 제거한 후 다시 100~150℃에서 2~48시간 2차 열풍 건조시키고 분쇄하여 300배 이상의 수분흡수율을 가진 입자형 하이드로겔을 얻을 수 있다. The crosslinked hydrogel was firstly dried with hot air at 100 to 150 ° C for 2 to 48 hours, immersed in distilled water to remove unreacted monomers, and then dried with second hot air at 100 to 150 ° C for 2 to 48 hours and pulverized 300 times. A particulate hydrogel having a higher water absorption rate can be obtained.

상기 제조방법은 다른 바람직한 일 실시예에서, In another preferred embodiment of the manufacturing method,

상기 아크릴레이트 모노머와 디메틸아크릴아마이드의 비율을 1.5:8.5 에서 2.5:7.5 미만으로 하고, 상기 아크릴레이트 모노머와 디메틸아크릴아마이드를 합친 단량체의 함량을 상기 분산액 중 25~35중량%로 하고,The ratio of the acrylate monomer and dimethylacrylamide is from 1.5:8.5 to less than 2.5:7.5, and the content of the monomer in which the acrylate monomer and dimethylacrylamide are combined is 25 to 35% by weight in the dispersion,

상기 가교된 하이드로겔을 100~150℃에서 2~48시간 1차 열풍 건조시키고, 증류수에 침지시켜 미반응 모노머를 제거한 후 다시 100~150℃에서 2~48시간 2차 열풍 건조시키고 분쇄하여, 300배 이상의 수분흡수율을 가진 입자형 하이드로겔을 얻을 수 있다. The crosslinked hydrogel was first dried with hot air at 100 to 150 ° C for 2 to 48 hours, immersed in distilled water to remove unreacted monomers, and then dried with second hot air at 100 to 150 ° C for 2 to 48 hours and pulverized. It is possible to obtain a particulate hydrogel having a water absorption rate of more than twice that.

상기 제조방법은 또 다른 바람직한 일 실시예에서, In another preferred embodiment of the manufacturing method,

상기 아크릴레이트 모노머와 디메틸아크릴아마이드의 비율을 0.5:9.5 에서 2.5:7.5 미만으로 하고, 상기 아크릴레이트 모노머와 디메틸아크릴아마이드를 합친 단량체의 함량을 상기 분산액 중 15~35중량%로 하고,The ratio of the acrylate monomer and dimethylacrylamide is from 0.5:9.5 to less than 2.5:7.5, and the content of the monomer in which the acrylate monomer and dimethylacrylamide are combined is 15 to 35% by weight in the dispersion,

상기 가교된 하이드로겔을 90~120℃에서 1~40시간 1차 열풍 건조시키고, 증류수에 침지시켜 미반응 모노머를 제거한 후 다시 90~120℃에서 1~40시간 2차 열풍 건조시키고 분쇄하여, 160배에서 300배의 수분흡수율을 가진 입자형 하이드로겔을 얻을 수 있다.The crosslinked hydrogel was first dried with hot air at 90 to 120 ° C for 1 to 40 hours, immersed in distilled water to remove unreacted monomers, and then dried with second hot air at 90 to 120 ° C for 1 to 40 hours and pulverized. A particulate hydrogel with a water absorption rate of 300 times in pears can be obtained.

상기 제조방법은 또 다른 바람직한 일 실시예에서, In another preferred embodiment of the manufacturing method,

상기 아크릴레이트 모노머와 디메틸아크릴아마이드의 비율을 0.2:9.8 에서 0.5:9.5 미만으로 하고, 상기 아크릴레이트 모노머와 디메틸아크릴아마이드를 합친 단량체의 함량을 상기 분산액 중 15~35중량%로 하고,The ratio of the acrylate monomer and dimethylacrylamide is from 0.2:9.8 to less than 0.5:9.5, and the content of the monomer in which the acrylate monomer and dimethylacrylamide are combined is 15 to 35% by weight in the dispersion,

상기 가교된 하이드로겔을 90~120℃에서 1~36시간 1차 열풍 건조시키고, 증류수에 침지시켜 미반응 모노머를 제거한 후 다시 90~120℃에서 1~36시간 2차 열풍 건조시키고 분쇄하여, 90배에서 160배의 수분흡수율을 가진 입자형 하이드로겔을 얻을 수 있다.The crosslinked hydrogel was first dried with hot air at 90 to 120 ° C for 1 to 36 hours, immersed in distilled water to remove unreacted monomers, and then dried with second hot air at 90 to 120 ° C for 1 to 36 hours and pulverized. A particulate hydrogel with a water absorption rate of 160 times in pears can be obtained.

또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는, In addition, in a preferred embodiment of the present invention,

2~4중량%의 라포나이트 분산액에, 아크릴레이트 모노머 대 디메틸아크릴아마이드의 비율을 2.5:7.5 에서 3.5:6.5 로 한 단량체를 15중량% 이상 25중량% 미만으로 가하고 가교시킨 후 건조 및 분쇄시켜 얻은, 300배 이상의 수분흡수율을 갖는 입자형 하이드로겔을 포함하는 토양개량제를 제공한다. 15 wt% or more and less than 25 wt% of a monomer in a ratio of acrylate monomer to dimethylacrylamide of 2.5:7.5 to 3.5:6.5 was added to a 2 to 4 wt% laponite dispersion, crosslinked, dried, and pulverized to obtain , It provides a soil improving agent comprising a particulate hydrogel having a water absorption rate of 300 times or more.

본 발명의 바람직한 다른 실시예에서는, In another preferred embodiment of the present invention,

2~4중량%의 라포나이트 분산액에, 아크릴레이트 모노머 대 디메틸아크릴아마이드의 비율을 1.5:8.5 에서 2.5:7.5 미만으로 한 단량체를 25~35중량%로 가하고 가교시킨 후 건조 및 분쇄시켜 얻은, 300배 이상의 수분흡수율을 갖는 입자형 하이드로겔을 포함하는 토양개량제를 제공한다. 300 obtained by adding 25 to 35% by weight of a monomer in which the ratio of acrylate monomer to dimethylacrylamide from 1.5:8.5 to less than 2.5:7.5 was added to a 2 to 4% by weight laponite dispersion, crosslinked, and then dried and pulverized. It provides a soil improving agent comprising a particulate hydrogel having a water absorption rate of more than twice.

본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에서는, In another preferred embodiment of the present invention,

2~4중량%의 라포나이트 분산액에, 아크릴레이트 모노머 대 디메틸아크릴아마이드의 비율을 0.5:9.5 에서 2.5:7.5 미만으로 한 단량체를 15~35중량%로 가하고 가교시킨 후 건조 및 분쇄시켜 얻은, 160배에서 300배 미만의 수분흡수율을 갖는 입자형 하이드로겔을 포함하는 토양개량제를 제공한다. 160 obtained by adding 15 to 35% by weight of a monomer with a ratio of acrylate monomer to dimethylacrylamide from 0.5:9.5 to less than 2.5:7.5 to a 2 to 4% by weight laponite dispersion, crosslinking, drying and grinding It provides a soil improving agent comprising a particulate hydrogel having a water absorption rate of less than 300 times in pears.

본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에서는, In another preferred embodiment of the present invention,

2~4중량%의 라포나이트 분산액에, 아크릴레이트 모노머 대 디메틸아크릴아마이드의 비율을 0.2:9.8 에서 0.5:9.5 미만으로 한 단량체를 15~35중량%로 가하고 가교시킨 후 건조 및 분쇄시켜 얻은, 90배에서 160배 미만의 수분흡수율을 갖는 입자형 하이드로겔을 포함하는 토양개량제를 제공한다. To a 2-4% by weight laponite dispersion, 15 to 35% by weight of a monomer in which the ratio of acrylate monomer to dimethylacrylamide is from 0.2:9.8 to less than 0.5:9.5 is added, crosslinked, dried and pulverized to obtain a 90 Provided is a soil improving agent comprising a particulate hydrogel having a water absorption rate of less than 160 times in pears.

본 발명에서는 90배에서 300배 이상에 이르는 범위에서 선택적으로 원하는 수분흡수율을 갖는 다기능성 하이드로겔을 제공할 수 있다. 특히 본 발명에서는, 라포나이트로 가교시킨 아크릴아마이드-아크릴레이트 중합체 기반의 하이드로겔로서, 육묘용이나 사막화 방지, 강수량이 일정하지 않거나 부족한 지역, 영양이 좋지 않은 토양의 개량제 등으로 적합한, 300배 이상의 고도의 수분흡수율을 갖는 입자형 하이드로겔을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에서는, 분화용을 포함하여 범용적으로 사용될 수 있는 160배에서 300배 미만의 수분흡수율을 갖는 입자형 하이드로겔과, 토경용으로 적합한 90배에서 160배 미만의 수분흡수율을 갖는 입자형 하이드로겔을 제공할 수 있다. In the present invention, it is possible to provide a multifunctional hydrogel having a desired water absorption rate selectively in the range of 90 times to 300 times or more. In particular, in the present invention, it is an acrylamide-acrylate polymer-based hydrogel crosslinked with laponite, which is suitable for raising seedlings, preventing desertification, areas where precipitation is not constant or insufficient, and improving soils with poor nutrients. It is possible to provide a particulate hydrogel having a high water absorption rate. In addition, in the present invention, particulate hydrogels having a water absorption rate of 160 to less than 300 times that can be used universally, including for differentiation, and particles having a water absorption rate of 90 to less than 160 times suitable for soil cultivation type hydrogels can be provided.

위와 같은 다기능성 하이드로겔을 포함하는 본 발명의 토양개량제는, 식물의 생육 단계와 종류, 재배 환경에 따라 적절하게 토양에 수분 및 양분을 공급할 수 있다. 특히 300배 이상의 고도의 수분흡수율을 갖는 다기능성 하이드로겔을 포함하는 토양개량제는, 사막화 방지 및 황폐지를 재건하고, 이상 기후로 인한 식물 피해를 최소화하고, 장기간 수분을 보유하는 토양으로 개량할 수 있다. 또한, 각각의 용도에 적합하도록 수분흡수율이 조절된 다기능성 하이드로겔을 포함하는 본 발명의 토양개량제는, 각각의 식물의 생육 단계와 종류 및 재배 환경에 필요한 수준으로 수분 환경을 적절하게 유지해 줄 수 있고, 유지보수를 편리하게 하며, 소요 인력을 줄이고, 생산 및 관리 비용이 절감되는 효과가 있다. The soil improving agent of the present invention including the multifunctional hydrogel as described above can appropriately supply moisture and nutrients to the soil according to the growth stage and type of the plant and the cultivation environment. In particular, a soil improving agent containing a multifunctional hydrogel having a high water absorption rate of 300 times or more can prevent desertification and rebuild barren land, minimize plant damage due to abnormal climate, and improve soil that retains moisture for a long time. . In addition, the soil improver of the present invention, which includes a multifunctional hydrogel whose water absorption rate is adjusted to suit each use, can properly maintain the moisture environment at a level necessary for the growth stage and type of each plant and the cultivation environment. There is an effect of making maintenance convenient, reducing required manpower, and reducing production and management costs.

도 1a, 1b, 1c, 1d는 실시예 1에서 제조한 입자형 하이드로겔의 수분흡수율을 측정한 결과로, 단량체 함량 및 비율을 변경하여 진행된 하이드로겔의 수분흡수율을 나타낸 그래프이다.
도 2는 실시예 2에서 제조한 입자형 하이드로겔의 수분흡수율을 측정한 결과로, DMAAm 및 KA의 함량(20 wt%, 30 wt%)별 수분 함유량 비교 그래프이다.
도 3은 실시예 3에서 제조한 입자형 하이드로겔의 수분흡수율을 측정한 결과로, 단량체 함량은 20 wt%이고 단량체 비율은 KA:DMAAm=0.25:9.75, 2:8, 3:7이다.
도 4는 실시예 4에서 제조한 입자형 하이드로겔의 수분흡수율을 측정한 결과로, 단량체 함량은 20 wt%이고 단량체 비율은 KA:DMAAm=3:7이다.
도 5a, 5b는 온도에 변화에 따른 건조시간을 측정한 결과로, 5a는 80℃에서의 건조시간, 5b는 110℃에서의 건조시간이다.
도 6a, 6b는 온도 변화에 따른 팽윤 거동을 측정한 결과로, 6a는 온도에 따른 시간별 수분흡수율 그래프, 6b는 온도에 따른 최종 수분흡수율 그래프이다.
도 7은 pH에 따른 팽윤거동을 측정한 결과이다.
도 8은 Fracture strain 측정 결과이다.
도 9는 Elastic modulus 측정 결과이다.
도 10은 하이드로겔 처리 농도별 관수 후 토양 무게 증감율 결과이다.
도 11a는 하이드로겔 처리 농도별 매일 관수 시 토양 무게 증감율 결과이다.
도 11b은 하이드로겔 처리 농도별 3일에 한번 관수 시 토양 무게 증감율 결과이다.
도 11c은 하이드로겔 처리 농도별 6일에 한번 관수 시 토양 무게 증감율 결과이다.
도 12는 하이드로겔 처리 농도별 매일 관수 시 뿌리길이를 측정한 결과이다.
도 13은 하이드로겔 처리 농도별 매일 관수 시 건물중을 측정한 결과이다.
도 14는 하이드로겔 처리 농도별 매일 관수 시 수확사진이다.
도 15는 하이드로겔 처리 농도별 3일에 한번 관수 시 뿌리길이를 측정한 결과이다.
도 16은 하이드로겔 처리 농도별 3일에 한번 관수 시 건물중을 측정한 결과이다.
도 17은 하이드로겔 처리 농도별 3일에 한번 관수 시 수확사진이다.
도 18은 하이드로겔 처리 농도별 6일에 한번 관수 시 뿌리길이를 측정한 결과이다.
도 19는 하이드로겔 처리 농도별 6일에 한번 관수 시 건물중을 측정한 결과이다.
도 20은 하이드로겔 처리 농도별 6일에 한번 관수 시 수확사진이다.
1a, 1b, 1c, and 1d are graphs showing the water absorption rate of the hydrogel prepared by changing the monomer content and ratio as a result of measuring the water absorption rate of the particulate hydrogel prepared in Example 1.
Figure 2 is a result of measuring the water absorption rate of the particulate hydrogel prepared in Example 2, and is a graph of water content comparison by content (20 wt%, 30 wt%) of DMAAm and KA.
Figure 3 is a result of measuring the water absorption of the particulate hydrogel prepared in Example 3, the monomer content is 20 wt% and the monomer ratio is KA:DMAAm = 0.25: 9.75, 2:8, 3:7.
Figure 4 is a result of measuring the water absorption of the particulate hydrogel prepared in Example 4, the monomer content is 20 wt% and the monomer ratio is KA:DMAAm = 3:7.
Figures 5a and 5b are the results of measuring the drying time according to the change in temperature, 5a is the drying time at 80 ℃, 5b is the drying time at 110 ℃.
Figures 6a and 6b are the results of measuring the swelling behavior according to temperature change, 6a is a graph of water absorption rate by time according to temperature, and 6b is a graph of final water absorption rate according to temperature.
7 is a result of measuring swelling behavior according to pH.
8 is a fracture strain measurement result.
9 is an Elastic modulus measurement result.
10 is a result of soil weight change rate after irrigation for each hydrogel treatment concentration.
Figure 11a is the result of soil weight change rate during daily irrigation for each hydrogel treatment concentration.
Figure 11b is the result of soil weight change rate when irrigation once every 3 days for each hydrogel treatment concentration.
Figure 11c is the result of soil weight change rate when irrigation once every 6 days for each hydrogel treatment concentration.
12 is a result of measuring root length during daily irrigation for each hydrogel treatment concentration.
13 is a result of measuring dry weight during daily irrigation for each hydrogel treatment concentration.
14 is a harvest photograph during daily irrigation for each hydrogel treatment concentration.
15 is the result of measuring the root length when watering once every 3 days for each hydrogel treatment concentration.
16 is a result of measuring dry weight when irrigation once every 3 days for each hydrogel treatment concentration.
17 is a harvest photograph when irrigation once every 3 days for each hydrogel treatment concentration.
18 is a result of measuring root length when watering once every 6 days for each hydrogel treatment concentration.
19 is a result of measuring dry weight when irrigation once every 6 days for each hydrogel treatment concentration.
20 is a harvest photograph when irrigation once every 6 days for each hydrogel treatment concentration.

본 발명의 토양개량제용 다기능성 하이드로겔의 제조방법은, The method for producing a multifunctional hydrogel for a soil conditioner of the present invention,

가교된 하이드로겔을 얻는 단계와; 건조 및 분쇄시켜 입자형 하이드로겔을 얻는 단계를 포함하는 방법으로 토양개량제용 하이드로겔을 제조하되, (a) 단량체의 함량; (b) 단량체의 구성 비율; (c) 열풍 건조 시 온도 중 어느 하나 이상을 소정의 범위 내에서 조절함으로써 90배에서 300배 이상에 이르는 범위에서 선택적으로 원하는 수분흡수율을 갖는 입자형 하이드로겔을 제조한다. obtaining a cross-linked hydrogel; Drying and pulverizing to prepare a hydrogel for a soil improver by a method comprising the step of obtaining a particulate hydrogel, (a) the content of the monomer; (b) composition ratio of monomers; (c) A particulate hydrogel having a desired water absorption rate selectively in the range of 90 to 300 times or more is prepared by adjusting at least one of the temperatures during hot air drying within a predetermined range.

본 발명의 토양개량제는, 90배에서 300배 이상에 이르는 범위에서 원하는 소정의 수분흡수율을 갖는 입자형 하이드로겔을 포함한다. The soil improving agent of the present invention includes a particulate hydrogel having a desired water absorption rate ranging from 90 times to 300 times or more.

이하 각각에 대해 상세히 설명한다. Each will be described in detail below.

1. 토양개량제용 1. For soil conditioner 다기능성versatility 하이드로겔의of hydrogel 제조방법 manufacturing method

(1) (One) 가교된bridged 하이드로겔을hydrogel 얻는 단계 steps to get

먼저 라포나이트(Laponite)를 물에 분산시켜 2~4중량%의 라포나이트 분산액을 만든다. 라포나이트는 나노시트형 클레이(nano-sheet clay)로, 본 발명에서는 유기가교제 대신 라포나이트를 사용하여 가교점을 형성한다. 라포나이트를 수중에 분산시키면 정전기적 인력으로 인해 라포나이트 상호간에 일정한 거리를 유지하는데, 이러한 분산 특성으로 인해 라포나이트로 가교점을 형성한 하이드로겔은 가교 구조가 균일하게 형성될 수 있다. 분산액 중 라포나이트의 함량은 최종적으로 얻어진 입자형 하이드로겔의 수분흡수율과 역의 상관관계를 가지므로, 분산액 중 라포나이트 함량을 낮게 하면 수분흡수율을 증가시킬 수 있다. 그러나 라포나이트 함량을 1.5중량% 또는 그 이하로 유지할 경우, 가교도, 경도, 안정적인 가교 구조 등의 여러 물성 면에서 바람직하지 않으므로, 최종적으로 얻어진 하이드로겔의 물성을 고려할 때 라포나이트 함량은 2~4중량%로 하는 것이 바람직하며, 특히 3중량% 정도가 바람직하다. 본 발명에서는 라포라이트 함량을 2~4중량%로 유지하면서도 다른 인자들을 조절하여 수분흡수율을 원하는 범위로 조절할 수 있다. First, laponite is dispersed in water to make a 2-4% by weight laponite dispersion. Laponite is a nano-sheet clay, and in the present invention, a crosslinking point is formed by using laponite instead of an organic crosslinking agent. When laponite is dispersed in water, a certain distance is maintained between the laponites due to electrostatic attraction. Due to this dispersion characteristic, a hydrogel having cross-linked points with laponite can form a uniform cross-linked structure. Since the content of laponite in the dispersion has an inverse correlation with the water absorption rate of the finally obtained particulate hydrogel, the water absorption rate can be increased by lowering the laponite content in the dispersion. However, if the laponite content is maintained at 1.5% by weight or less, it is not desirable in terms of various physical properties such as crosslinking degree, hardness, stable crosslinking structure, etc. It is preferable to set it as weight%, and especially about 3 weight% is preferable. In the present invention, the water absorption rate can be adjusted to a desired range by adjusting other factors while maintaining the laforite content at 2 to 4% by weight.

라포나이트를 물에 분산시키는데, 이때 물은 이온, 입자, 유기물, 미생물, 기체 등의 불순물을 제거한 물을 사용하는 것이 바람직하다. 따라서 여기서 '물'은 정제수, 증류수, 순수 등 불순물이 제거된 물을 모두 포함하는 개념으로 정의되며, 당업자는 불순물이 제거된 물 중 적절한 것을 선택하여 사용할 수 있다. When laponite is dispersed in water, it is preferable to use water from which impurities such as ions, particles, organic matter, microorganisms, and gases are removed. Therefore, 'water' here is defined as a concept including all water from which impurities are removed, such as purified water, distilled water, and pure water, and those skilled in the art may select and use an appropriate water from among water from which impurities are removed.

라포나이트를 분산시킬 때 필요에 따라 분산제를 같이 사용할 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는, 증류수에 라포나이트와 분산제를 넣고 라포나이트를 완전히 분산시켜 2~4중량%의 라포나이트 분산액을 만들었다. 분산제는, 특별히 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 테트라베이직 피로인산나트륨(Sodium pyrophosphate tetrabasic: Na4P2O7, 이하 'SPT'라 함)을 사용할 수 있다. When dispersing laponite, a dispersing agent may be used together if necessary. In a preferred embodiment of the present invention, laponite and a dispersing agent are added to distilled water and the laponite is completely dispersed to prepare a 2-4% by weight laponite dispersion. The dispersant is not particularly limited, but for example, sodium pyrophosphate tetrabasic (Na4P2O7, hereinafter referred to as 'SPT') may be used.

이렇게 얻어진 라포나이트 분산액에 단량체인 아크릴레이트 모노머와 디메틸아크릴아마이드(N,N-dimethylacrylamide: DMAAm)를 가하고 개시제를 첨가하여 가교반응시킨다. 아크릴레이트 모노머와 디메틸아크릴아마이드는 0.2:9.8 에서 3.5:6.5의 비율로 가한다. To the obtained laponite dispersion, monomers such as acrylate monomer and dimethylacrylamide (DMAAm) were added, and an initiator was added to cause a cross-linking reaction. Acrylate monomer and dimethylacrylamide are added in a ratio of 0.2:9.8 to 3.5:6.5.

아크릴레이트 모노머는 바람직하게는 포타슘 아크릴레이트(Potassium acrylate: 아크릴산 포타슘. 이하 'KA'라 함)를 사용할 수 있다. 개시제는, 특별히 한정되는 것은 아니나, 바람직하게는 포타슘 퍼설페이트(이하 'KPS'라 함)를 사용할 수 있다. As the acrylate monomer, potassium acrylate (Potassium acrylate; hereinafter referred to as 'KA') may be used. The initiator is not particularly limited, but preferably potassium persulfate (hereinafter referred to as 'KPS') may be used.

가교 반응 시 바람직하게는 촉매를 더 사용할 수 있다. 촉매는 상기 개시제와 함께 라포나이트 분산액에 첨가하는데, 바람직하게는 촉매로 N,N,N',N'-테트라메틸렌디아민(이하 'TEMED'이라 함)을 사용할 수 있다. 바람직한 일 실시예에서는, 상기 라포나이트 분산액에 개시제와 함께 촉매를 첨가하고 30~50℃에서 12~36시간 가교 반응시킨다. During the crosslinking reaction, preferably, a catalyst may be further used. A catalyst is added to the laponite dispersion together with the above initiator. Preferably, N,N,N',N'-tetramethylenediamine (hereinafter referred to as 'TEMED') can be used as the catalyst. In a preferred embodiment, a catalyst is added to the laponite dispersion along with an initiator, and a crosslinking reaction is performed at 30 to 50° C. for 12 to 36 hours.

본 단계에서는 위와 같은 가교 반응으로 가교된 하이드로겔을 얻는다. In this step, a crosslinked hydrogel is obtained by the above crosslinking reaction.

(2) 입자형 (2) particle type 하이드로겔을hydrogel 얻는 단계 steps to get

먼저, 상기 단계에서 얻은 가교된 하이드로겔을 90~150℃에서 1차 열풍 건조시켜 수분을 제거한 후 증류수에 침지시켜 미반응 모노머 등을 제거한다. 그런 다음 다시 90~150℃에서 2차 열풍 건조시킨 후 분쇄하여 입자형 하이드로겔을 얻는다. First, the crosslinked hydrogel obtained in the above step is first dried with hot air at 90 to 150 ° C to remove moisture, and then immersed in distilled water to remove unreacted monomers. Then, after secondary hot air drying at 90 ~ 150 ° C., it is pulverized to obtain a particulate hydrogel.

증류수에 침지하는 것은, 미반응 모노머와 같은 잔류물질을 제거하기 위해서인데, 통상 1~3일간 충분히 침지시켜 잔류물질을 모두 제거한다. 이때 당업자는 증류수 대신 정제수, 순수 등의 물을 사용할 수도 있다. 여기서 '증류수'는 정제수, 순수를 포함하여 물에 함유되어 있는 불순물이 제거시킨 모든 형태의 물을 지칭하는 것으로 정의된다. Immersion in distilled water is to remove residual substances such as unreacted monomers, and generally, all residual substances are removed by sufficiently immersing for 1 to 3 days. At this time, those skilled in the art may use water such as purified water or pure water instead of distilled water. Here, 'distilled water' is defined to refer to all forms of water from which impurities contained in water have been removed, including purified water and pure water.

증류수에 충분히 침지시킨 후 다시 2차 열풍 건조시켜 수분을 완전히 제거한 다음 분쇄하여 입자형 하이드로겔을 얻는다. After sufficiently immersing in distilled water, it is dried again with secondary hot air to completely remove moisture, and then pulverized to obtain a particulate hydrogel.

본 단계에서 열풍 건조시키는 온도는 최종적으로 얻어진 입자형 하이드로겔의 수분흡수율에 영향을 미치는 중요한 인자가 된다. The hot air drying temperature in this step is an important factor affecting the water absorption rate of the finally obtained particulate hydrogel.

(3) (3) 수분흡수율 water absorption rate 조절control

상기 단계에서는 아래 (a), (b), (c) 중 어느 하나 이상을 기재된 범위 내에서 조절함으로써 최종적으로 얻어진 입자형 하이드로겔이 중량기준 90배에서 300배 이상에 이르는 범위에서 원하는 수분흡수율을 갖도록 선택적으로 조절할 수 있다. In the above step, by adjusting at least one of the following (a), (b), and (c) within the range described, the finally obtained particulate hydrogel has a desired water absorption rate in the range of 90 to 300 times or more by weight. It can be selectively adjusted to have.

본 발명에서 '수분흡수율'은 '팽윤도' 또는 '수분보유량' 또는 '수분함유량'으로 표시될 수도 있으며, 하이드로겔이 중량기준으로 최대로 수분을 흡수할 수 있는 양으로 정의된다. 수분흡수율은 하이드로겔을 증류수에 넣어 최대로 수분을 흡수할 때까지 충분히 침지시킨 후 하이드로겔의 무게를 측정하여 수분 흡수 전과 비교하여, 다음 식으로 산출할 수 있다. In the present invention, the 'water absorption rate' may be expressed as 'swelling degree' or 'water retention amount' or 'water content', and is defined as the maximum amount of water that the hydrogel can absorb on a weight basis. The water absorption rate can be calculated by the following formula by putting the hydrogel in distilled water and immersing it sufficiently until it absorbs moisture to the maximum, and then measuring the weight of the hydrogel and comparing it with before water absorption.

[식 1] [Equation 1]

Figure 112022112202219-pat00001
Figure 112022112202219-pat00001

(여기서, Ws는 수분을 최대한 흡수한 하이드로겔의 무게이며, Wd는 수분을 흡수하기 전의 입자형 하이드로겔의 무게이다)(Where, W s is the weight of the hydrogel that has absorbed maximum moisture, and W d is the weight of the particulate hydrogel before absorbing moisture)

(a) 상기 아크릴레이트 모노머와 디메틸아크릴아마이드를 합친 단량체의 함량을 상기 분산액 중 15~35중량% 범위 내에서 증가시켜 수분흡수율을 증가시킨다. (a) The water absorption rate is increased by increasing the content of the monomer in which the acrylate monomer and dimethylacrylamide are combined in the range of 15 to 35% by weight in the dispersion.

단량체의 함량이 15중량% 미만에서는 수분흡수율이 낮고 경도 등의 물리적 특성 면에서도 바람직하지 않다. 또한, 35중량%를 넘을 경우에는 오히려 역의 상관관계가 나타나 수분흡수율이 더 낮아질 수 있다. 따라서 수분흡수율과 양의 상관관계를 갖는 15~35중량% 범위 내에서 단량체의 함량을 증가 또는 감소시켜 원하는 소정의 수분흡수율에 도달하도록 조절한다. When the content of the monomer is less than 15% by weight, the water absorption rate is low and it is not preferable in terms of physical properties such as hardness. In addition, when it exceeds 35% by weight, an inverse correlation may appear and the water absorption rate may be lowered. Therefore, the content of the monomer is increased or decreased within the range of 15 to 35% by weight, which has a positive correlation with the water absorption rate, so as to reach the desired moisture absorption rate.

(b) 상기 아크릴레이트 모노머와 디메틸아크릴아마이드의 비율을 0.2:9.8 에서 3.5:6.5 의 범위 내에서 아크릴레이트 모노머의 함량을 증가시켜 수분흡수율을 증가시킨다. (b) The water absorption rate is increased by increasing the content of the acrylate monomer within the range of 0.2:9.8 to 3.5:6.5 in the ratio of the acrylate monomer and dimethylacrylamide.

단량체 중 아크릴레이트 모노머의 비율을 증가시키면 수분흡수율이 증가되는데, 이는 이온성 단량체인 아크릴레이트 모노머(KA)의 함량이 증가함에 따라 하이드로겔 내에 이온들의 반발로 인해 수분 흡수 공간이 넓어져 수분흡수율이 증가하는 것으로 생각된다. 아크릴레이트 모노머의 비율을 증가시킬 수록 하이드로겔의 수분흡수율은 증가되나, 적절한 가교도, 가교안정성, 경도 등의 물리적·화학적 특성을 고려할 때 아크릴레이트 모노머를 4:6 이상으로 사용하는 것은 바람직하지 않다. 본 발명에서는 아크릴레이트 모노머와 디메틸아크릴아마이드의 비율을 0.2:9.8 에서 3.5:6.5의 범위 내에서 조절하면서도 수분흡수율을 많게는 300배(중량기준) 이상으로 높일 수 있다. Increasing the ratio of the acrylate monomer among the monomers increases the water absorption rate. As the content of the ionic monomer, acrylate monomer (KA) increases, the water absorption space widens due to the repulsion of ions in the hydrogel, resulting in an increase in the water absorption rate. is thought to increase. As the ratio of the acrylate monomer increases, the water absorption rate of the hydrogel increases, but considering the physical and chemical properties such as appropriate degree of crosslinking, crosslinking stability, and hardness, it is not desirable to use the acrylate monomer at a ratio of 4:6 or more. . In the present invention, while adjusting the ratio of acrylate monomer and dimethylacrylamide within the range of 0.2:9.8 to 3.5:6.5, the water absorption rate can be increased by as much as 300 times (by weight) or more.

(c) 상기 1차 및 2차 열풍 건조 시 90~120℃ 범위 내에서 온도를 내려 수분흡수율을 감소시킨다. 120℃ 이상으로 높여도 120℃와 수분흡수율은 유의성 있는 차이를 보이지 않으므로, 120℃ 이하에서 90℃ 범위 내에서 온도를 조절하여 수분흡수율을 조절할 수 있다. 그러나 120℃ 초과에서 150℃ 까지의 온도 범위도 120℃에 비해 건조 시간을 단축할 수 있는 이점이 있으므로, 당업자가 적절히 선택할 수 있다. (c) Lowering the temperature within the range of 90 ~ 120 ℃ during the first and second hot air drying to reduce the water absorption rate. Even if it is raised to 120 ° C or higher, there is no significant difference between 120 ° C and the water absorption rate, so the water absorption rate can be adjusted by adjusting the temperature within the range of 90 ° C below 120 ° C. However, since the temperature range from more than 120 ° C to 150 ° C has the advantage of shortening the drying time compared to 120 ° C, those skilled in the art can select it appropriately.

(4) 경도 조절(4) Hardness control

상기 (a), (b) 및 아래 (d) 중 어느 하나 이상을 기재된 범위 내에서 조절함으로써 경도를 함께 조절할 수 있다. The hardness can be adjusted together by adjusting any one or more of the above (a), (b) and below (d) within the described range.

아래 시험예에서 확인할 수 있는 바와 같이, 경도는 수분흡수율이 증가하는 조건에서 감소하는 경향을 나타낸다. 따라서 상기 (a), (b)는 기재된 범위 내에서 수분흡수율이 증가하는 조건과 반대로 조절하여 경도를 증가시킬 수 있다. As can be seen in the test examples below, the hardness shows a tendency to decrease under conditions in which the water absorption rate increases. Therefore, the hardness can be increased by adjusting the conditions (a) and (b) opposite to the conditions in which the water absorption rate increases within the described range.

(d) 상기 분산액 중 라포나이트의 함량을 2~4중량% 범위에서 증가시켜 경도를 증가시킬 수 있다. 라포나이트의 함량이 높을수록 가교도가 증가되어 경도가 높아지나, 반면 수분흡수율이 감소되는 문제가 있다. 따라서 적절한 가교도, 안정적인 가교구조 등을 유지하면서 상기 범위 내에서 내에서 함량을 조절하여 경도를 조절하는 것이 바람직하다. (d) The hardness may be increased by increasing the content of laponite in the range of 2 to 4% by weight in the dispersion. As the content of laponite increases, the crosslinking degree increases and the hardness increases, but there is a problem in that the water absorption rate decreases. Therefore, it is preferable to adjust the hardness by adjusting the content within the above range while maintaining an appropriate degree of crosslinking, stable crosslinking structure, and the like.

이하, 상기와 같이 수분흡수율을 조절하여 원하는 특정 수분흡수율 범위의 입자형 하이드로겔을 제조하는 바람직한 실시예를 설명한다. Hereinafter, a preferred embodiment of preparing a particulate hydrogel having a specific desired water absorption rate by adjusting the water absorption rate as described above will be described.

300배 이상의 수분흡수율을 가진 입자형 하이드로겔Particle-type hydrogel with more than 300 times water absorption

상기 제조방법에서 아크릴레이트 모노머와 디메틸아크릴아마이드의 비율을 2.5:7.5 에서 3.5:6.5 로 하고, 상기 아크릴레이트 모노머와 디메틸아크릴아마이드를 합친 단량체의 함량을 상기 분산액 중 15중량% 이상 25중량% 미만으로 하는 것을 제외하고는, 상기 가교된 하이드로겔을 얻는 단계와 동일하게 실시하여 가교된 하이드로겔을 얻는다.In the above production method, the ratio of acrylate monomer and dimethylacrylamide is set to 2.5:7.5 to 3.5:6.5, and the content of the monomer combined with the acrylate monomer and dimethylacrylamide is 15% by weight or more and less than 25% by weight in the dispersion. A crosslinked hydrogel is obtained in the same manner as in the step of obtaining the crosslinked hydrogel, except for the above.

그런 다음, 가교된 하이드로겔을 100~150℃에서 2~48시간 1차 열풍 건조시키고, 증류수에 침지시켜 미반응 모노머를 제거한 후 다시 100~150℃에서 2~48시간 2차 열풍 건조시키고 분쇄하여, 300배 이상의 수분흡수율을 가진 입자형 하이드로겔을 얻는다. Then, the crosslinked hydrogel was first dried with hot air at 100 to 150 ° C for 2 to 48 hours, immersed in distilled water to remove unreacted monomers, and then dried with second hot air at 100 to 150 ° C for 2 to 48 hours and pulverized. , obtaining a particulate hydrogel with a water absorption rate of 300 times or more.

이렇게 함으로써 중량기준 300배 이상의 수분흡수율을 지진 입자형 하이드로겔을 얻을 수 있는데, 이 범위 내에서 최대 700배 이상도 가능하다. 그러나 수분흡수율이 너무 높아도, 지층구조의 안정성에 영향을 미치는 부정적인 효과가 있으므로, 일반적으로 최대 300~700배(중량기준)의 수분흡수율을 지닌 입자형 하이드로겔을 얻는 것이 바람직하다. In this way, it is possible to obtain a particulate hydrogel with a water absorption rate of 300 times or more by weight, and up to 700 times or more is possible within this range. However, even if the water absorption rate is too high, there is a negative effect affecting the stability of the stratum structure, so it is generally desirable to obtain a particulate hydrogel having a water absorption rate of up to 300 to 700 times (by weight).

300배 이상의 수분흡수율을 가진 입자형 하이드로겔Particle-type hydrogel with more than 300 times water absorption

300배 이상의 수분흡수율을 가진 입자형 하이드로겔을 제조하는 다른 바람직한 실시예이다. It is another preferred embodiment for producing a particulate hydrogel having a water absorption rate of 300 times or more.

상기 제조방법에서 아크릴레이트 모노머와 디메틸아크릴아마이드의 비율을 1.5:8.5 에서 2.5:7.5 미만으로 하고, 상기 아크릴레이트 모노머와 디메틸아크릴아마이드를 합친 단량체의 함량을 상기 분산액 중 25~35중량%로 하는 것을 제외하고는, 상기 가교된 하이드로겔을 얻는 단계와 동일하게 실시하여 가교된 하이드로겔을 얻는다.In the above manufacturing method, the ratio of acrylate monomer and dimethylacrylamide is set from 1.5:8.5 to less than 2.5:7.5, and the content of the monomers in which the acrylate monomer and dimethylacrylamide are combined is set to 25 to 35% by weight in the dispersion. Except for this, the crosslinked hydrogel is obtained by performing the same steps as in the step of obtaining the crosslinked hydrogel.

그런 다음, 가교된 하이드로겔을 100~150℃에서 2~48시간 1차 열풍 건조시키고, 증류수에 침지시켜 미반응 모노머를 제거한 후 다시 100~150℃에서 2~48시간 2차 열풍 건조시키고 분쇄하여, 300배 이상의 수분흡수율을 가진 입자형 하이드로겔을 얻는다. Then, the crosslinked hydrogel was first dried with hot air at 100 to 150 ° C for 2 to 48 hours, immersed in distilled water to remove unreacted monomers, and then dried with second hot air at 100 to 150 ° C for 2 to 48 hours and pulverized. , obtaining a particulate hydrogel with a water absorption rate of 300 times or more.

이 방법도 위의 바람직한 실시예와 마찬가지로, 중량기준 300배 이상에서 최대 700배 이상의 입자형 하이드로겔을 얻을 수 있으며, 일반적으로 300~700배의 수분흡수율을 지닌 입자형 하이드로겔을 얻는 것이 바람직하다. In this method, as in the above preferred embodiment, it is possible to obtain a particulate hydrogel having a water absorption of 300 to 700 times or more by weight, and it is generally preferable to obtain a particulate hydrogel having a water absorption rate of 300 to 700 times. .

160배에서 300배의 수분흡수율을 가진 입자형 하이드로겔Particulate hydrogel with 160 to 300 times water absorption

상기 제조방법에서 아크릴레이트 모노머와 디메틸아크릴아마이드의 비율을 0.5:9.5 에서 2.5:6.5 미만으로 하고, 상기 아크릴레이트 모노머와 디메틸아크릴아마이드를 합친 단량체의 함량을 상기 분산액 중 15~35중량%로 하는 것을 제외하고는, 상기 가교된 하이드로겔을 얻는 단계와 동일하게 실시하여 가교된 하이드로겔을 얻는다.In the above manufacturing method, the ratio of acrylate monomer and dimethylacrylamide is set to 0.5:9.5 to less than 2.5:6.5, and the content of the monomers in which the acrylate monomer and dimethylacrylamide are combined is set to 15 to 35% by weight in the dispersion. Except for that, the crosslinked hydrogel is obtained in the same manner as in the step of obtaining the crosslinked hydrogel.

그런 다음, 가교된 하이드로겔을 90~120℃에서 1~40시간 1차 열풍 건조시키고, 증류수에 침지시켜 미반응 모노머를 제거한 후 다시 90~120℃에서 1~40시간 2차 열풍 건조시키고 분쇄하여, 160배에서 300배의 수분흡수율을 가진 입자형 하이드로겔을 얻는다. Then, the crosslinked hydrogel was first dried with hot air at 90 to 120 ° C for 1 to 40 hours, immersed in distilled water to remove unreacted monomers, and then dried with second hot air at 90 to 120 ° C for 1 to 40 hours and pulverized. , to obtain a particulate hydrogel with a water absorption rate of 160 to 300 times.

90배에서 160배의 수분흡수율을 가진 입자형 하이드로겔Particulate hydrogel with 90 to 160 times water absorption

상기 제조방법에서 아크릴레이트 모노머와 디메틸아크릴아마이드의 비율을 0.2:9.8 에서 0.5:9.5 미만으로 하고, 상기 아크릴레이트 모노머와 디메틸아크릴아마이드를 합친 단량체의 함량을 상기 분산액 중 15~35중량%로 하는 것을 제외하고는, 상기 가교된 하이드로겔을 얻는 단계와 동일하게 실시하여 가교된 하이드로겔을 얻는다.In the above production method, the ratio of acrylate monomer and dimethylacrylamide is set from 0.2:9.8 to less than 0.5:9.5, and the content of the monomers in which the acrylate monomer and dimethylacrylamide are combined is set to 15 to 35% by weight in the dispersion. Except for this, the crosslinked hydrogel is obtained by performing the same steps as in the step of obtaining the crosslinked hydrogel.

그런 다음, 가교된 하이드로겔을 90~120℃에서 1~36시간 1차 열풍 건조시키고, 증류수에 침지시켜 미반응 모노머를 제거한 후 다시 90~120℃에서 1~36시간 2차 열풍 건조시키고 분쇄하여, 90배에서 160배의 수분흡수율을 가진 입자형 하이드로겔을 얻는다.Then, the crosslinked hydrogel was first dried with hot air at 90 to 120 ° C for 1 to 36 hours, immersed in distilled water to remove unreacted monomers, and then dried with second hot air at 90 to 120 ° C for 1 to 36 hours and pulverized. , to obtain a particulate hydrogel with a water absorption rate of 90 to 160 times.

이하, 상기와 같이 제조된 다기능성 하이드로겔을 포함하는 토양개량제에 대해 설명한다. Hereinafter, a soil improving agent comprising the multifunctional hydrogel prepared as described above will be described.

300배 이상의 수분흡수율을 갖는 300 times higher water absorption 하이드로겔을hydrogel 포함하는 토양개량제 Soil improver containing

2~4중량%의 라포나이트 분산액에, 아크릴레이트 모노머 대 디메틸아크릴아마이의 비율을 2.5:7.5 에서 3.5:6.5 로 한 단량체를 15중량% 이상 25중량% 미만으로 가하고 가교시킨 후 건조 및 분쇄시켜 얻은, 300배 이상의 수분흡수율을 갖는 입자형 하이드로겔을 포함하는 토양개량제이다. To a 2 to 4% by weight laponite dispersion, 15% by weight or more and less than 25% by weight of a monomer with a ratio of acrylate monomer to dimethylacrylamide of 2.5:7.5 to 3.5:6.5 was added, crosslinked, and then dried and pulverized. , It is a soil improving agent containing a particulate hydrogel having a water absorption rate of 300 times or more.

또는, 2~4중량%의 라포나이트 분산액에, 아크릴레이트 모노머 대 디메틸아크릴아마이드의 비율을 1.5:8.5 에서 2.5:7.5 미만으로 한 단량체를 25~35중량%로 가하고 가교시킨 후 건조 및 분쇄시켜 얻은, 300배(300g/g) 이상의 수분흡수율을 갖는 입자형 하이드로겔을 포함하는 토양개량제이다. Alternatively, 25 to 35% by weight of a monomer in which the ratio of acrylate monomer to dimethylacrylamide is from 1.5:8.5 to less than 2.5:7.5 is added to 2 to 4% by weight of laponite dispersion, crosslinked, dried and pulverized. , It is a soil improver containing a particulate hydrogel having a water absorption rate of 300 times (300 g/g) or more.

각각의 구성에 대한 설명은 위의 제조방법과 동일하므로 생략한다. 이하 동일하다. Description of each configuration is omitted because it is the same as the manufacturing method above. the same below

300g/g 이상의 고도의 수분흡수율을 갖는 하이드로겔을 포함하는 토양개량제는, 사막화 방지, 황폐지 재건, 이상 기후로 인한 식물 피해 최소화 등의 용도를 포함하여 토양에서 장기간 수분 유지가 필요한 다양한 용도에 사용될 수 있다. 특히, 식물의 생육 단계로는 육묘용으로 적합하다. 육묘는 개별 육묘트레이의 사이즈가 작아 세심한 물관리가 요구되는 작업이므로, 높은 수분흡수율을 보유하여 물관리 작업에 소요되는 인력과 비용을 줄이고 출하일수를 단축시키면서도 안정적인 수분공급으로 고품질의 묘를 생산하기 위해, 300배 이상의 고도의 수분흡수율을 갖는 토양개량제를 사용하는 것이 바람직하다. Soil improvers containing hydrogels with a high water absorption rate of 300 g / g or more can be used for various purposes that require long-term moisture retention in the soil, including applications such as preventing desertification, rebuilding desolate lands, and minimizing plant damage due to abnormal climate. can In particular, it is suitable for raising seedlings in the growth stage of plants. Raising seedlings is a task that requires careful water management due to the small size of individual seedling trays, so it has a high water absorption rate to reduce manpower and costs for water management work, shorten shipping days, and produce high-quality seedlings with stable water supply. For this purpose, it is preferable to use a soil improver having a high water absorption rate of 300 times or more.

160배에서 300배 미만의 수분흡수율을 갖는 It has a moisture absorption rate of 160 to less than 300 times. 하이드로겔을hydrogel 포함하는 토양개량제 Soil improver containing

2~4중량%의 라포나이트 분산액에, 아크릴레이트 모노머 대 디메틸아크릴아마이드의 비율을 0.5:9.5 에서 2.5:7.5 미만으로 한 단량체를 15~35중량%로 가하고 가교시킨 후 건조 및 분쇄시켜 얻은, 160배에서 300배 미만의 수분흡수율을 갖는 입자형 하이드로겔을 포함하는 토양개량제이다. 160 obtained by adding 15 to 35% by weight of a monomer with a ratio of acrylate monomer to dimethylacrylamide from 0.5:9.5 to less than 2.5:7.5 to a 2 to 4% by weight laponite dispersion, crosslinking, drying and grinding It is a soil improving agent containing a particulate hydrogel having a water absorption rate of less than 300 times in pears.

160배 이상 300배 미만의 수분흡수율을 갖는 하이드로겔을 포함하는 토양개량제는, 기존 시판되는 토양개량제와 비슷한 수분흡수율을 보유하므로, 다양한 용도로 범용으로 사용될 수 있으며, 식물의 생육 단계로는 특히 분화용으로 적합하다. 분화는 개별 화분의 사이즈가 다양하고 화훼, 채소 등 사용 분야가 다양하여 범용적으로 사용이 가능한 하이드로겔을 적용하는 것이 바람직하다. 수분흡수율은 160~300g/g의 하이드로겔은 다양한 화분에서 안정적인 수분공급과 미세공극을 제공해주어 뿌리의 빠른 활착과 성장을 도와줄 수 있다. Soil improvers containing hydrogels with a water absorption rate of 160 times or more and less than 300 times have a water absorption rate similar to those of existing commercially available soil conditioners, so they can be used universally for various purposes. suitable for use For differentiation, it is preferable to apply a hydrogel that can be used universally because the size of individual pots is diverse and the fields of use such as flowers and vegetables are diverse. The hydrogel with a water absorption rate of 160 to 300 g/g provides stable water supply and micropores in various flower pots, helping the roots to root and grow quickly.

90배에서 160배 미만의 수분흡수율을 갖는 90 to less than 160 times water absorption 하이드로겔을hydrogel 포함하는 토양개량제 Soil improver containing

2~4중량%의 라포나이트 분산액에, 아크릴레이트 모노머 대 디메틸아크릴아마이드의 비율을 0.2:9.8 에서 0.5:9.5 미만으로 한 단량체를 15~35중량%로 가하고 가교시킨 후 건조 및 분쇄시켜 얻은, 90배에서 160배 미만의 수분흡수율을 갖는 입자형 하이드로겔을 포함하는 토양개량제이다. To a 2-4% by weight laponite dispersion, 15-35% by weight of a monomer with an acrylate monomer to dimethylacrylamide ratio of 0.2:9.8 to less than 0.5:9.5 was added, crosslinked, dried and pulverized to obtain a 90 It is a soil improving agent containing a particulate hydrogel having a water absorption rate of less than 160 times in pears.

90배에서 160배 미만의 수분흡수율을 갖는 하이드로겔을 포함하는 토양개량제는, 식물의 생육 단계로는 특히 토경용으로 적합하다. 토경은 필수적으로 경운 작업이 동반되어야 하기 때문에 노지 토양에서 경운 작업에 파괴되지 않을 수 있도록 다른 용도에 비해 높은 경도의 하이드로겔이 요구되며, 수분흡수율은 상대적으로 낮은 90~160g/g 정도가 적합하다. A soil improver containing a hydrogel having a water absorption rate of 90 to less than 160 times is particularly suitable for soil cultivation as a plant growth stage. Soil must be accompanied by plowing work, so a hydrogel with a higher hardness than other uses is required so that it can not be destroyed by plowing work in the open field soil, and a relatively low water absorption rate of 90 to 160 g/g is suitable. .

상기에서 언급한 다양한 수분흡수율을 갖는 본 발명의 토양개량제는, 상기 다기능성 하이드로겔 외에도, 무기양분, 생장 촉진제 및 전해질물질 등 식물이나 토양이 필요로 하는 다양한 물질을 더 포함할 수 있다. 이러한 물질을 더 포함하는 토양개량제는 토양과 식물에 수분과 함께 영양분을 지속적으로 공급할 수 있다. The soil improver of the present invention having various water absorption rates mentioned above may further include various materials required by plants or soil, such as inorganic nutrients, growth promoters, and electrolyte materials, in addition to the multifunctional hydrogel. Soil conditioners further containing these substances can continuously supply nutrients along with moisture to soil and plants.

이하 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것이므로 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through specific examples. Since these examples illustrate the present invention, the scope of the present invention is not limited thereto.

<실시예 1><Example 1>

입자형 하이드로겔 제조Preparation of particulate hydrogels

1) 포타슘 아크릴레이트(Potassium acrylate: KA)의 제조는 본 출원인의 선출원 특허인 공개특허 10-2022-0048883의 실시예와 동일한 방법으로 제조한다. 1) Production of potassium acrylate (KA) is prepared by the same method as the embodiment of the prior application patent of the present applicant, Publication Patent Publication No. 10-2022-0048883.

2) 증류수에 라포나이트를 3중량%로 분산제와 함께 가한다. 분산제는 테트라베이직 피로인산나트륨(SPT)을 사용했으며, 라포나이트:SPT의 중량비가 1:00768이 되도록 첨가하였다. 라포나이트를 완전히 분산시킨 분산액에 단량체인 포타슘 아크릴레이트(KA)와 디메틸아크릴아마이드(DMAAm)를 KA:DMAAm의 비율을 0:10, 0.25:9.75, 0.5:9.5, 0.75:9.25 로 각각 다르게 첨가하였다. 또한, 각각의 비율마다 KA와 DMAAm를 합친 단량체의 총량을 분산액 중 20중량%, 30중량%, 40중량%의 3가지 타입으로 첨가하였다. 단량체 총 함량 30중량%와 40중량%의 경우는, KA:DMAAm의 비율을 1:9로 하는 시험구를 추가하였다. 따라서 총 14개의 시험구를 만들었다. 여기에 각각 개시제인 포타슘 퍼설페이트(KPS)와 촉매 N,N,N',N'-테트라메틸렌디아민(TEMED)을 가하고 혼합한 후 밀폐시키고 40℃에서 24시간 가교반응시켜 가교된 하이드로겔을 얻었다. 2) Add laponite at 3% by weight to distilled water together with a dispersant. Tetrabasic sodium pyrophosphate (SPT) was used as the dispersant, and was added so that the weight ratio of laponite:SPT was 1:00768. Potassium acrylate (KA) and dimethylacrylamide (DMAAm), which are monomers, were added to the dispersion in which laponite was completely dispersed at different ratios of KA:DMAAm of 0:10, 0.25:9.75, 0.5:9.5, and 0.75:9.25, respectively. . In addition, the total amount of monomers in which KA and DMAAm were combined for each ratio was added in three types of 20% by weight, 30% by weight, and 40% by weight in the dispersion. In the case of 30% by weight and 40% by weight of the total monomer content, a test group with a ratio of KA:DMAAm of 1:9 was added. Therefore, a total of 14 test plots were made. Potassium persulfate (KPS) as an initiator and N,N,N',N'-tetramethylenediamine (TEMED) as an initiator were added thereto, mixed, sealed, and crosslinked at 40°C for 24 hours to obtain a crosslinked hydrogel. .

3) 가교된 하이드로겔을 약 100℃에서 24시간 정도로 충분히 열풍 건조시켜 수분이 남아있지 않도록 한 후 증류수에 24시간 침지시켜 미반응 모노머 등 잔존하는 이물질을 제거하였다. 팽윤된 하이드로겔을 잘게 부순 후 다시 100℃ 정도로 충분히 열풍 건조시켜 수분이 남아있지 않도록 한 후 믹서기를 이용해 분쇄하여 입자형 하이드로겔을 제조하였다. 3) The crosslinked hydrogel was thoroughly dried with hot air at about 100 ° C. for 24 hours to ensure that no moisture remained, and then immersed in distilled water for 24 hours to remove remaining foreign substances such as unreacted monomers. After crushing the swollen hydrogel finely, it was dried sufficiently with hot air at about 100 ° C. so that no moisture remained, and then pulverized using a mixer to prepare a particulate hydrogel.

<시험예 1><Test Example 1>

수분흡수율 측정Moisture absorption rate measurement

실시예 1에서 제조한 입자형 하이드로겔에 대해 수분흡수율을 측정하였다. 제조된 입자형 하이드로겔과 증류수를 각각의 시험구별로 팔콘튜브에 넣어 최대로 수분을 흡수할 때까지 충분히 침지시킨 후 수분을 흡수한 하이드로겔의 무게를 측정하였다. 수분을 흡수하기 전의 입자형 하이드로겔의 무게와 비교하여, 다음 식으로 수분흡수율을 산출하였다. 결과는 도 1a, 1b, 1c, 1d 및 표 1과 같다. Water absorption was measured for the particulate hydrogel prepared in Example 1. The prepared particulate hydrogel and distilled water were put into a falcon tube for each test section and sufficiently immersed until maximum moisture was absorbed, and then the weight of the hydrogel that absorbed moisture was measured. Compared with the weight of the particulate hydrogel before absorbing moisture, the water absorption rate was calculated by the following formula. The results are shown in Figures 1a, 1b, 1c, 1d and Table 1.

[식 1] [Equation 1]

Figure 112022112202219-pat00002
Figure 112022112202219-pat00002

(여기서, Ws는 수분을 최대한 흡수한 하이드로겔의 무게이며, Wd는 수분을 흡수하기 전의 입자형 하이드로겔의 무게이다)(Where, W s is the weight of the hydrogel that has absorbed maximum moisture, and W d is the weight of the particulate hydrogel before absorbing moisture)

도 1a는 단량체 총 함량을 30중량%로 한 결과이고, 1b는 40중량%로 한 결과이며, 1c는 20중량%로 한 결과이다. 1d는 14개의 시험구를 같이 비교한 결과이다. Figure 1a is the result of 30% by weight of the total monomer content, 1b is the result of 40% by weight, 1c is the result of 20% by weight. 1d is the result of comparing 14 test plots together.

단량체 총 함량을 20wt%에서 30wt%로 증가시켰을 때 수분흡수율이 증가하는 것으로 나타났으나, 40wt%에서는 오히려 수분흡수율이 줄어드는 경향을 나타냈다. 이는 일반적인 하이드로겔의 수분흡수율은 단량체가 증가함에 따라 결합 사슬이 증가하여 수분흡수율이 감소되지만 일정범위까지는 단량체가 증가하면 수분흡수율이 증가하는 것으로 판단된다. When the total monomer content was increased from 20wt% to 30wt%, the water absorption rate was found to increase, but at 40wt%, the water absorption rate tended to decrease. This is because the water absorption rate of a general hydrogel is judged to increase as the monomer increases, although the water absorption rate decreases due to the increase of the binding chain as the monomer increases.

KA:DMAAm의 비율 변화에 따른 수분흡수율은, 모든 시험구에서 KA의 함량이 증가함에 따라 수분흡수율이 증가하는 것으로 나타났다. The water absorption rate according to the change in the ratio of KA:DMAAm showed that the water absorption rate increased as the content of KA increased in all test groups.

아래 표 1은 단량체 총 함량 및 단량체 비율별 수분흡수율을 나타낸 것이다. Table 1 below shows the total monomer content and water absorption rate by monomer ratio.

단량체 함량monomer content 단량체 비율 KA:DMAAmMonomer ratio KA:DMAAm 0:100:10 0.25:0.750.25:0.75 0.5:9.50.5:9.5 0.75:9.250.75:9.25 20 wt%20wt% 17.84 ± 0.3217.84 ± 0.32 98.05 ± 2.4998.05 ± 2.49 166.15 ± 5.23166.15 ± 5.23 209.12 ± 4.41209.12 ± 4.41 30 wt%30wt% 19.16 ± 1.0019.16 ± 1.00 106.68 ± 2.87106.68 ± 2.87 169.99 ± 3.66169.99 ± 3.66 227.29 ± 3.12227.29 ± 3.12 40 wt%40wt% 23.42 ± 2.0923.42 ± 2.09 89.33 ± 2.0489.33 ± 2.04 140.75 ± 9.03140.75 ± 9.03 169.75 ± 7.50169.75 ± 7.50

<실시예 2><Example 2>

입자형 하이드로겔 제조Preparation of particulate hydrogels

KA:DMAAm의 비율을 각각 0:10, 1:9, 2:8로 하고, KA와 DMAAm를 합친 단량체의 총 함량을 분산액 중 20중량% 및 30중량%로 하여 총 6개의 시험구를 제조하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 입자형 하이드로겔을 제조하였다. The ratio of KA:DMAAm was 0:10, 1:9, and 2:8, respectively, and the total content of the monomers combining KA and DMAAm was 20% by weight and 30% by weight in the dispersion. A total of 6 test groups were prepared. Except for the above, a particulate hydrogel was prepared in the same manner as in Example 1.

<시험예 2><Test Example 2>

수분흡수율 측정Moisture absorption rate measurement

실시예 2에서 제조한 각 시험구의 입자형 하이드로겔에 대해 시험예 1과 동일한 방법으로 수분흡수율을 측정하였다. 결과는 도 2와 같다. 단량체의 총 함량을 20wt%로 했을 때보다 30wt%로 했을 때 수분흡수율이 증가되었다. KA:DMAAm의 비율을 2:8로 했을 때, 단량체 총 함량 20wt%에서는 수분흡수율이 240g/g 정도로 나타났으며 단량체 총 함량 30wt%에서는 수분흡수율이 400g/g 정도로 나타났다. Water absorption was measured in the same manner as in Test Example 1 for the particulate hydrogel of each test group prepared in Example 2. The results are shown in FIG. 2 . When the total content of the monomer was 30wt% than when it was 20wt%, the water absorption rate was increased. When the ratio of KA:DMAAm was set to 2:8, the water absorption rate was about 240 g/g at 20 wt% of the total monomer content, and about 400 g/g at the total content of monomers of 30 wt%.

<실시예 3><Example 3>

입자형 하이드로겔 제조Preparation of particulate hydrogels

KA:DMAAm의 비율을 각각 0.25:9.75, 2:8, 3:7로 하고, KA와 DMAAm를 합친 단량체의 총 함량을 분산액 중 20중량%로 하여 총 3개의 시험구를 제조하고 약 120℃에서 24시간 정도로 열풍 건조시키는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 입자형 하이드로겔을 제조하였다. The ratio of KA:DMAAm was 0.25:9.75, 2:8, and 3:7, respectively, and the total content of the monomers of KA and DMAAm was 20% by weight in the dispersion, and a total of three test groups were prepared and at about 120 ° C. A particulate hydrogel was prepared in the same manner as in Example 1, except that hot air drying was performed for about 24 hours .

<시험예 3><Test Example 3>

수분흡수율 측정Moisture absorption rate measurement

실시예 3에서 제조한 각 시험구의 입자형 하이드로겔에 대해 시험예 1과 동일한 방법으로 수분흡수율을 측정하였다. 결과는 도 3과 같다. Water absorption was measured in the same manner as in Test Example 1 for the particulate hydrogel of each test group prepared in Example 3. The results are shown in FIG. 3 .

단량체의 총 함량 20wt%에서, KA:DMAAm의 비율을 2:8로 하였을 때 수분흡수율이 280g/g 정도로 나타났으며, KA:DMAAm의 비율을 3:7로 하였을 때 수분흡수율이 680g/g 정도로 나타났다. 위의 실시예 2에서 제조한 단량체 총 함량 20wt%에서 KA:DMAAm의 비율을 2:8로 한 시험구가 수분흡수율이 240g/g 정도를 나타낸 것에 비해(도 2), 실시예 3의 KA:DMAAm의 비율 2:8 시험구의 수분 흡수율이 높게 나타난 것은 열풍 건조 조건의 변화로 수분흡수율이 증가한 것으로 볼 수 있었다. At a total content of 20wt% of monomers, when the ratio of KA:DMAAm was 2:8, the water absorption rate was about 280g/g, and when the ratio of KA:DMAAm was 3:7, the water absorption rate was about 680g/g. appear. Compared to the test group in which the ratio of KA:DMAAm was 2:8 at the total monomer content of 20 wt% prepared in Example 2 above, the water absorption rate was about 240 g / g (FIG. 2), KA of Example 3: The high water absorption rate of the DMAAm ratio 2:8 test group could be seen as an increase in the water absorption rate due to the change in hot air drying conditions.

<실시예 4><Example 4>

입자형 하이드로겔 제조Preparation of particulate hydrogels

KA:DMAAm의 비율을 3:7로 하고 KA와 DMAAm를 합친 단량체의 총 함량을 분산액 중 20중량%로 한 후 2개의 시험구로 나누어 하나는 약 80℃로 건조시키고 다른 하나는 약 150℃로 열풍 건조시키는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 입자형 하이드로겔을 제조하였다. The ratio of KA:DMAAm was set to 3:7, and the total content of the monomers combining KA and DMAAm was 20% by weight in the dispersion, and then divided into two test groups, one dried at about 80 ° C and the other at about 150 ° C. A particulate hydrogel was prepared in the same manner as in Example 1, except for drying with hot air.

<시험예 4><Test Example 4>

온도에 변화에 따른 수분흡수율 측정Moisture absorption rate measurement according to temperature change

실시예 4에서 제조한 각 시험구의 입자형 하이드로겔에 대해 시험예 1과 동일한 방법으로 수분흡수율을 측정하였다. 결과는 도 4과 같다.Water absorption was measured in the same manner as in Test Example 1 for the particulate hydrogel of each test group prepared in Example 4. The results are shown in FIG. 4 .

80℃에서 건조시킨 경우 수분흡수율이 590g/g 정도로 나타났고, 150℃에서 건조시킨 경우에는 수분흡수율이 680g/g 정도로 나타났다. 시험예 3의 결과와 비교할 때 80℃와 120℃ 사이에는 수분흡수율의 변화가 있었으나, 120℃와 150℃ 사이에는 유의성 있는 수분흡수율의 변화가 없었다. 또한, 150℃까지 건조 온도를 상승시켜도 하이드로겔에는 문제가 나타나지 않는 것으로 판단되었다. When dried at 80 ° C, the water absorption rate was about 590 g / g, and when dried at 150 ° C, the water absorption rate was about 680 g / g. Compared to the results of Test Example 3, there was a change in water absorption between 80 ° C and 120 ° C, but there was no significant change in water absorption between 120 ° C and 150 ° C. In addition, it was determined that no problem appeared in the hydrogel even when the drying temperature was raised to 150 ° C.

<시험예 5><Test Example 5>

온도 변화에 따른 건조시간 측정Drying time measurement according to temperature change

KA:DMAAm의 비율을 각각 0.25:9.75, 2:8, 3:7로 하고, KA와 DMAAm를 합친 단량체의 총 함량을 분산액 중 20중량%로 하여 총 3개의 시험구를 제조하고 각각의 시험구를 다시 2개로 나누어 하나는 약 80℃로 건조시키고 다른 하나는 약 110℃로 열풍 건조시켜 실시예 1과 동일한 방법으로 하이드로겔을 제조하되, 각 건조온도 환경에서 일정 시간마다 샘플의 건조율을 측정하며 하루 동안 실험을 실시하였다. 결과는 도 5a, 5b와 같다. The ratio of KA:DMAAm was 0.25:9.75, 2:8, and 3:7, respectively, and the total content of the monomers of KA and DMAAm was 20% by weight in the dispersion, and a total of three test groups were prepared, and each test group Divide it into two again, dry one at about 80 ° C and dry the other at about 110 ° C. The hydrogel was prepared in the same manner as in Example 1 by drying with hot air, but the experiment was conducted for one day while measuring the drying rate of the sample at a predetermined time in each drying temperature environment. The results are shown in Figs. 5a and 5b.

80℃에서 건조한 도 5a 그래프의 경우 수분흡수율이 100(g/g), 200(g/g)인 하이드로겔은 비슷한 건조 거동을 보이고 5시간 안에 건조가 되었다. 반면, 수분흡수율이 300(g/g)인 하이드로겔은 수분흡수율이 100(g/g), 200(g/g)인 하이드로겔 보다 많은 수분을 보유하고 있어 보다 긴 8시간 동안 건조가 이루어졌다. In the case of the graph of FIG. 5a dried at 80 ° C., the hydrogels having water absorption rates of 100 (g / g) and 200 (g / g) showed similar drying behavior and were dried within 5 hours. On the other hand, the hydrogel with a water absorption rate of 300 (g / g) has more moisture than the hydrogels with a water absorption rate of 100 (g / g) and 200 (g / g), so drying took longer than 8 hours. .

110℃에서 건조한 도 5b 그래프의 경우 왼쪽 그래프와 비슷한 거동을 보였으나 보다 빠르게 건조되어 수분흡수율 100(g/g), 200(g/g)은 3시간 안에, 수분흡수율 300(g/g)의 경우는 5시간 안에 건조가 이루어졌다. In the case of the graph of FIG. 5b dried at 110 ° C., the behavior was similar to that of the graph on the left, but it dried more quickly, and the water absorption rate of 100 (g / g) and 200 (g / g) was within 3 hours, and the water absorption rate of 300 (g / g) Drying occurred within 5 hours.

건조온도의 변화에 따라 수분을 제거하는 건조시간에 차이가 나타났으며, 110℃에서 약 2시간 빠르게 건조가 이루어졌다. 또한, 수분흡수율 100(g/g), 200(g/g)은 미미한 차이를 갖고 있지만 수분흡수율이 300(g/g)인 하이드로겔은 수분흡수율 100(g/g), 200(g/g)인 경우보다 상당히 오랫동안 많은 수분을 유지하고 있었다. There was a difference in the drying time to remove moisture according to the change in the drying temperature, and drying was performed quickly at 110 ° C for about 2 hours. In addition, the water absorption rate of 100 (g / g), 200 (g / g) has a slight difference, but the water absorption rate of 300 (g / g) hydrogel has a water absorption rate of 100 (g / g), 200 (g / g) ), and retained a lot of water for a considerably longer time than in the case of

<실시예 5><Example 5>

수분흡수율 300g/g의 입자형 Particulate type with a water absorption rate of 300 g/g 하이드로겔hydrogel 제조 manufacturing

KA:DMAAm의 비율을 3:7로 하고 KA와 DMAAm를 합친 단량체의 총 함량을 분산액 중 20중량%로 하여 실시예 1과 동일한 방법으로 수분흡수율 약 300g/g을 나타내는 입자형 하이드로겔을 제조하였다. A particulate hydrogel exhibiting a water absorption of about 300 g/g was prepared in the same manner as in Example 1 by setting the ratio of KA:DMAAm to 3:7 and the total content of the monomers combining KA and DMAAm to 20% by weight in the dispersion. .

<시험예 6><Test Example 6>

온도 변화에 따른 according to temperature change 팽윤거동swelling behavior 측정 measurement

실시예 5에서 제조한 수분흡수율 약 300g/g의 입자형 하이드로겔을 대상으로 온도에 따른 팽윤 거동을 알아보기 위해 4℃, room temperature (RT, 25 ℃), 40℃의 온도 조건하에 실험을 실시하였다. 일반적으로 팽윤을 시키는 온도인 RT의 온도에서의 팽윤 거동을 비교하기 위해 차가운 냉장온도와 상온보다 약간 높은 물 온도인 4℃, 40℃의 온도를 임의로 설정하였으며 충분한 팽윤이 일어나는 하루 동안 일정 시간에 샘플 무게를 측정하여 실험을 진행하였다. 결과는 도 6a, 6b와 같다. Experiments were conducted under temperature conditions of 4 ° C, room temperature (RT, 25 ° C) and 40 ° C to examine the swelling behavior according to temperature for the particulate hydrogel having a water absorption rate of about 300 g / g prepared in Example 5. did In order to compare the swelling behavior at the temperature of RT, which is the temperature that generally causes swelling, the cold refrigeration temperature and the water temperature of 4 ℃ and 40 ℃, which are slightly higher than room temperature, were arbitrarily set. The experiment was conducted by measuring the weight. The results are shown in Figs. 6a and 6b.

도 6a 그래프의 경우 팽윤되는 시간적인 거동을 나타내기 위해 비율로 표시하였고, 도 6b 그래프의 경우 온도변화로 인한 팽윤 양을 알아보기 위해 온도와 팽윤 무게로 표시하였다. In the case of the graph of FIG. 6a, it was expressed as a ratio to show the temporal behavior of swelling, and in the case of the graph of FIG. 6b, it was expressed as temperature and swelling weight to find out the amount of swelling due to temperature change.

도 6a 그래프에서 초반 40℃일 때 큰 폭으로 팽윤도 상승을 보이며 RT, 4℃는 비슷한 거동을 보였다. 초기 40℃에서 큰 폭으로 팽윤도가 상승한 이유는 다른 온도보다 40℃일 때 분자 간의 움직임이 활발하여 건조된 상태의 샘플이 수분을 빠르게 흡수하여 큰 폭으로 상승했을 것으로 생각되고, 많은 양의 수분을 흡수한 뒤에는 샘플 안의 물의 분자 운동도 활발해 지고 흡수할 수 있는 양이 적어서 팽윤도가 느리게 증가하는 것으로 추정되었다. In the graph of FIG. 6a, the swelling degree increased significantly at the initial temperature of 40 ° C, and similar behavior was observed at RT and 4 ° C. The reason for the large increase in swelling degree at the initial temperature of 40 ° C is thought to be that the movement between molecules is more active at 40 ° C than at other temperatures, so that the dried sample absorbs moisture quickly and rises significantly. After absorption, it was assumed that the molecular motion of water in the sample became active and the swelling degree increased slowly because the amount that could be absorbed was small.

도 6b 그래프의 경우 온도가 상승 할수록 팽윤 값이 커지는 거동을 보였다. 이는 도 6a 그래프와 같이 온도에 따른 물 분자의 움직임성이 높아져 더 많은 양의 물을 흡수하는 것을 예상할 수 있었다. In the case of the graph of FIG. 6B, the swelling value increased as the temperature increased. As shown in the graph of FIG. 6A, it can be expected that a greater amount of water is absorbed due to increased mobility of water molecules according to temperature.

<시험예 7><Test Example 7>

pH에 따른 팽윤거동 확인Confirmation of swelling behavior according to pH

실시예 5에서 제조한 수분흡수율 약 300g/g의 입자형 하이드로겔을 대상으로, 다양한 pH의 증류수에서 팽윤시켜 팽윤거동을 확인하였다. The particulate hydrogel having a water absorption rate of about 300 g/g prepared in Example 5 was swollen in distilled water at various pHs to confirm the swelling behavior.

토지가 산 또는 염기에 오염된 상황에서 어떠한 영향을 받는지를 확인하기 위해, pH는 강산과 강염기를 제외한 pH 5~9의 범위로 설정하였으며, 각 pH 수용액에 수분흡수율 약 300 (g/g)를 나타내는 하이드로겔을 하루 동안 침지시켜 충분히 팽윤시킨 후 팽윤된 하이드로겔의 무게를 측정하여 비교하였다. 실험 결과는 도 7과 같다. pH에 따라 약간의 팽윤도 차이를 보이기는 하나 거의 유사한 팽윤도 거동을 보였고 팽윤도 300 (g/g)에 근접한 값을 나타냈다. 따라서 하이드로겔의 팽윤 거동은 pH에 영향을 크게 받지 않는 것으로 판단할 수 있었다. In order to determine how the land is affected by acid or base contamination, pH was set in the range of pH 5 to 9, excluding strong acids and strong bases, and water absorption rate of about 300 (g / g) was applied to each pH aqueous solution. The indicated hydrogels were immersed for one day to sufficiently swell, and then the weights of the swollen hydrogels were measured and compared. The experimental results are shown in FIG. 7 . Although there was a slight difference in swelling degree depending on the pH, almost similar swelling behavior was observed, and the swelling value was close to 300 (g/g). Therefore, it can be determined that the swelling behavior of the hydrogel is not significantly affected by pH.

<< 시험예test example 8> 8>

경도 측정hardness measurement

KA:DMAAm의 비율을 각각 4:6, 5:5, 6:4로 하고, KA와 DMAAm를 합친 단량체의 총 함량을 분산액 중 20중량%로 하여 총 3개의 시험구를 제조하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 하이드로겔을 제조하였다. 이렇게 제조된 3개의 시험구를 실시예 3에서 제조한 단량체의 총 함량 20중량%, KA:DMAAm의 비율 0.25:9.75, 2:8, 3:7의 3개의 시험구와 함께 경도 측성 시험을 실시하였다. 시험은 아래의 조건과 방법으로 실시하였다. The ratio of KA:DMAAm was 4:6, 5:5, and 6:4, respectively, and the total content of the monomers of KA and DMAAm was 20% by weight in the dispersion, except for preparing a total of three test groups. A hydrogel was prepared in the same manner as in Example 1. The three test spheres thus prepared had a total content of 20% by weight of the monomers prepared in Example 3, and the ratio of KA:DMAAm was 0.25:9.75, 2:8, and 3: Hardness test was conducted with three test spheres of 7: . The test was conducted under the following conditions and methods.

사용장비: Universal Testing Machine (UTM, SHIMADZU, Japan)Equipment Used: Universal Testing Machine (UTM, SHIMADZU, Japan)

Load cell: 100 NLoad cell: 100N

압축진행속도: 1 mm/minCompression speed: 1 mm/min

Sample size: 지름 3 mm, 높이 2 mm의 원기둥 형태Sample size: Cylinder shape with a diameter of 3 mm and a height of 2 mm

Fracture stress: (NC하이드로겔이 파단 될 때의 압력(N)/NC하이드로겔의 표면적(mm2))Fracture stress: (pressure when NC hydrogel breaks (N) / surface area of NC hydrogel (mm 2 ))

Fracture strain: (NC하이드로겔이 파단 될 때의 길이(mm)/NC하이드로겔의 높이(mm))Fracture strain: (Length when NC hydrogel breaks (mm)/Height of NC hydrogel (mm))

Elastic modulus: Fracture strain의 5%에 해당하는 그래프의 기울기Elastic modulus: slope of graph corresponding to 5% of fracture strain

결과는 도 8 및 도 9와 같다. 도 8은 Fracture strain 의 결과이고, 도 9는 Elastic modulus 결과이다. Results are shown in FIGS. 8 and 9 . 8 is a result of fracture strain, and FIG. 9 is an elastic modulus result.

KA의 비율이 커질수록 팽윤도는 높아지는데, 파단 강도(Fracture stress)는 팽윤도가 증가하는 조건에서 반대로 약해지는 것으로 나타났다. 반면에 파단될 때까지 감소한 길이(Fracture strain)의 차이는 미미한 것으로 나타났다. 초기탄성률(Elastic modulus) 또한 단량체의 비율에 따른 차이가 미미한 것으로 나타났다. The higher the ratio of KA, the higher the degree of swelling, but the fracture stress was found to be weak under conditions where the degree of swelling increased. On the other hand, the difference in the length reduced until fracture (fracture strain) was found to be insignificant. The initial elastic modulus also showed insignificant difference according to the ratio of the monomers.

<< 시험예test example 9> 9>

육묘 재배 실험seedling cultivation experiment

실시예 5에서 제조한 수분흡수율 약 300g/g의 입자형 하이드로겔을 가지고 상추를 대상으로 육묘 재배 실험을 실시하였다. 상추는 종묘사에서 청상추의 종자를 수급하여 실험에 사용하였다. A seedling cultivation experiment was conducted for lettuce with the particulate hydrogel having a water absorption rate of about 300 g/g prepared in Example 5. For lettuce, seeds of blue lettuce were supplied from a nursery and used in the experiment.

토양의 수분함량은 Hyprop(UMS GmbH, Munich, Germany)를 이용하여 moisture retention curve 계산하였다. 토양 내의 수분은 인위적인 관수, 증발, 식물의 증산 등 다양한 경로를 통해 변화된다. 토양 내 수분은 토양이 수분을 잡아당기는 힘과 식물의 뿌리가 잡아당기는 힘의 기울기로 이동을 하게 되는데 토양의 수분장력을 측정하면 이 수분이 식물이 사용할 수 있는 수분인지 사용하지 못하는 수분인지 정도를 판단할 수 있다.Moisture content of the soil was calculated using a moisture retention curve using Hyprop (UMS GmbH, Munich, Germany). Moisture in the soil is changed through various pathways such as artificial irrigation, evaporation, and transpiration of plants. Moisture in the soil moves with the gradient of the pulling force of the soil and the pulling force of the roots of the plant. By measuring the water tension of the soil, it is possible to determine whether this moisture is available for use by plants or not. can judge

실험은 자연 강우 및 외부환경조건을 상대적으로 받지 않는 유리온실에서 진행하였다. 입자형 하이드로겔을 농도 0, 0.5%, 0.1%, 0.2%로 각각 다르게 처리하였고, 관수시기를 각각 1일, 2일, 3일로 다르게 하여 생육의 차이를 확인하였다. 관수 시 20분 포화를 시킨 후 20분 이후에 무게를 측정하였다. 실험은 2021년 10월 2일부터 10월 26일까지 진행하였다. 하이드로겔 처리 농도별 관수 후 토양 무게 증감율 결과는 도 10과 같다. The experiment was conducted in a glass greenhouse relatively free from natural rainfall and external environmental conditions. The particulate hydrogel was treated differently at concentrations of 0, 0.5%, 0.1%, and 0.2%, and the difference in growth was confirmed by varying the irrigation period to 1, 2, and 3 days, respectively. After 20 minutes of saturation during irrigation, the weight was measured after 20 minutes. The experiment was conducted from October 2, 2021 to October 26. The results of the soil weight change rate after irrigation for each hydrogel treatment concentration are shown in FIG. 10.

처리 후 24시간이 지나고 건조된 상태에서 관수하였을 때 증가한 무게를 측정하였으며, 결과는 도 11a와 같다. 대조구(0%), 0.1%, 0.2% 처리 시 각각 4.88, 5.42, 6.64% 로 대조구와 0.1%의 경우 유사한 값을 나타내었으며, 하이드로겔의 농도가 가장 높은 0.2%의 처리구에서 증가율이 가장 높게 나타났다.After 24 hours of treatment, the increased weight was measured when irrigation was performed in a dry state, and the results are shown in FIG. 11a. Control (0%), 0.1%, and 0.2% treatment showed similar values to 4.88, 5.42, and 6.64%, respectively, in the case of control and 0.1%, and the increase rate was the highest in the treatment of 0.2%, which had the highest hydrogel concentration. .

상추를 파종한 이후 관수주기(매일, 3일, 6일)에 따라 토양 무게의 증감율을 관찰한 결과 매일 관수의 경우 모든 처리구에서 비슷한 값으로 나타났다(도 11a). 3일에 한번 관수한 경우는 도 11b와 같은데, 건조되는 정도에서는 하이드로겔을 처리한 처리구의 경우가 대조구보다 변화가 작았으며, 수분을 공급하였을 때 토양 무게의 변화가 대조구에 비해 작았다. As a result of observing the change rate of soil weight according to the irrigation cycle (daily, 3 days, and 6 days) after sowing lettuce, similar values were found in all treatment groups in the case of daily irrigation (Fig. 11a). In the case of irrigation once every 3 days, as shown in FIG. 11b, in the degree of drying, the hydrogel-treated treatment group had a smaller change than the control group, and the change in soil weight when water was supplied was smaller than that of the control group.

토양이 가장 건조하게 되는 6일에 한번 관수처리구에서 수분을 공급하였을 때 대조구, 0.1, 0.2% 에서 각각 30.9%, 13.8%, 10.2%로 나타나, 하이드로겔 처리구에서 수분을 공급하였을 때 3일에 한번 관수하였을 경우와 비슷한 값으로 나타났다. 결과는 도 11c와 같다. 대조구의 경우 3일에 한번 관수하였을 때보다 약 2배정도의 증가율을 나타냈다. 따라서 하이드로겔을 처리하였을 때 대조구보다 토양수분을 유지하고 있어 변화의 폭이 작은 것이라고 볼 수 있었다. When water was supplied in the irrigation treatment zone once every 6 days, when the soil is the driest, 30.9%, 13.8%, and 10.2% in the control group, 0.1 and 0.2%, respectively, and when water was supplied in the hydrogel treatment zone, once every 3 days It was found to be similar to the case of irrigation. The results are shown in Fig. 11c. In the case of the control group, the increase rate was about twice that of the case of irrigation once every 3 days. Therefore, when the hydrogel was treated, it could be seen that the range of change was small because soil moisture was maintained compared to the control.

(1) 매일 관수(1) Daily watering

입자형 하이드로겔의 처리 농도에 따른 상추의 지상부와 지하부의 건물중, 뿌리 길이를 측정한 결과는 아래 표 2, 도 12 및 13과 같다. The results of measuring the root length of the above-ground and underground dry parts of lettuce according to the treatment concentration of the particulate hydrogel are shown in Table 2 and FIGS. 12 and 13 below.

하이드로겔 농도hydrogel concentration 지상부 건물중(g)Ground weight (g) 지하부 건물중(g)Underground building (g) 뿌리길이(cm)Root length (cm) contcont 0.070.07 0.010.01 14.214.2 aa 0.1 %0.1% 0.070.07 0.0080.008 10.210.2 bb 0.2 % 0.2% 0.070.07 0.0180.018 11.611.6 bb SignificanceSignificance NSNS NSNS ******

(NS: non-significant, *, **, ***는 유의수준 0.05, 0.01, 0.001에서 유의성 검정을 한 것임. 사후검정은 Tukey's HSD (honestly significant difference) test(P=0.05)로 하였음)(NS: non-significant, *, **, *** were tested for significance at significance levels of 0.05, 0.01, and 0.001. The post-hoc test was performed with Tukey's HSD (honestly significant difference) test ( P =0.05))

매일 수분을 공급하였을 때에서는 지상부의 건물중과 지하부의 건물중은 통계적인 차이가 나타나지 않았으며, 뿌리길이에서는 대조구가 가장 길었으며, 처리구간의 차이는 나타나지 않았다. 도 14는 하이드로겔 처리농도별 매일 관수 시 수확한 상추의 사진이다. When water was supplied every day, there was no statistical difference between the dry weight of the above-ground part and the dry weight of the underground part. 14 is a photograph of lettuce harvested during daily watering for each hydrogel treatment concentration.

(2) 3일에 한번 관수(2) Irrigation once every 3 days

입자형 하이드로겔의 처리 농도에 따른 상추의 지상부와 지하부의 건물중, 뿌리 길이를 측정한 결과는 아래 표 3, 도 15 및 16과 같다. The results of measuring the root length of the above-ground and underground dry parts of lettuce according to the treatment concentration of the particulate hydrogel are shown in Table 3 and FIGS. 15 and 16 below.

하이드로겔 농도hydrogel concentration 지상부 건물중(g)Ground weight (g) 지하부 건물중(g)Underground building (g) 뿌리길이(cm)Root length (cm) contcont 0.080.08 0.010.01 8.88.8 0.1 %0.1% 0.070.07 0.010.01 9.09.0 0.2 % 0.2% 0.060.06 0.010.01 8.58.5 SignificanceSignificance NSNS NSNS NSNS

(NS: non-significant, *, **, ***는 유의수준 0.05, 0.01, 0.001에서 유의성 검정을 한 것임. 사후검정은 Tukey's HSD (honestly significant difference) test(P=0.05)로 하였음)(NS: non-significant, *, **, *** were tested for significance at significance levels of 0.05, 0.01, and 0.001. The post-hoc test was performed with Tukey's HSD (honestly significant difference) test ( P =0.05))

수분을 3일에 한번 공급하였을 때에서는 지상부, 지하부 건물중, 뿌리길이 등 모든 측정항목에서 통계적인 차이를 나타내지 않았다. 도 17은 하이드로겔 처리농도별 3일에 한번 관수 시 수확한 상추의 사진이다. When water was supplied once every 3 days, there was no statistical difference in all measurement items such as above-ground and underground dry weight and root length. 17 is a photograph of lettuce harvested when watering once every 3 days for each hydrogel treatment concentration.

(3) 6일에 한번 관수(3) Irrigation once every 6 days

입자형 하이드로겔의 처리 농도에 따른 상추의 지상부와 지하부의 건물중, 뿌리 길이를 측정한 결과는 아래 표 4, 도 18 및 19와 같다. The results of measuring the root length of the above-ground and underground dry parts of lettuce according to the treatment concentration of the particulate hydrogel are shown in Table 4 and FIGS. 18 and 19 below.

하이드로겔 농도hydrogel concentration 지상부 건물중(g)Ground weight (g) 지하부 건물중(g)Underground building (g) 뿌리길이(cm)Root length (cm) contcont 1.21.2 bb 0.10.1 aa 10.210.2 0.1 %0.1% 1.41.4 aa 0.10.1 aa 10.310.3 0.2 % 0.2% 1.11.1 cc 0.030.03 bb 8.28.2 SignificanceSignificance ****** ****** NSNS

(NS: non-significant, *, **, ***는 유의수준 0.05, 0.01, 0.001에서 유의성 검정을 한 것임. 사후검정은 Tukey's HSD (honestly significant difference) test(P=0.05)로 하였음)(NS: non-significant, *, **, *** were tested for significance at significance levels of 0.05, 0.01, and 0.001. The post-hoc test was performed with Tukey's HSD (honestly significant difference) test ( P =0.05))

수분을 6일에 한번 공급하였을 때에서는 지상부 건물중에서 0.1%, 0%, 0.2% 처리구순으로 나타났으며, 지하부에서는 0.2% 농도가 낮은 값을 나타내었다. 뿌리길이에서는 통계적인 차이가 나타나지 않았다. 도 20은 하이드로겔 처리농도별 6일에 한번 관수 시 수확한 상추의 사진이다. When water was supplied once every 6 days, 0.1%, 0%, and 0.2% treatment appeared in the order of dry matter in the above-ground part, and 0.2% concentration showed a low value in the underground part. There was no statistical difference in root length. 20 is a photograph of lettuce harvested when watering once every 6 days for each hydrogel treatment concentration.

본 발명의 다기능성 하이드로겔과 이를 포함하는 토양개량제는, 90배에서 300배 이상에 이르는 범위에서 선택적으로 원하는 수분흡수율을 가질 수 있으므로, 식물의 생육 단계와 종류, 재배 환경에 따라 각기 다른 수분환경을 요구하는 다양한 용도에 모두 이용될 수 있다. Since the multifunctional hydrogel of the present invention and the soil improver containing the same can selectively have a desired water absorption rate in the range of 90 to 300 times or more, different moisture environments vary depending on the growth stage and type of the plant and the cultivation environment. It can be used for all of the various uses that require it.

특히 300배 이상의 고도의 수분흡수율을 갖는 하이드로겔과 토양개량제는, 사막화 방지, 황폐지 재건, 이상 기후로 인한 식물 피해 최소화 등의 용도를 포함하여 토양에서 장기간 수분 유지가 필요한 다양한 용도에 사용될 수 있으며, 식물의 생육 단계로는 육묘용으로 적합하게 사용될 수 있다. In particular, hydrogels and soil conditioners with a high water absorption rate of 300 times or more can be used for various purposes that require long-term moisture retention in the soil, including uses such as preventing desertification, rebuilding desolate lands, and minimizing plant damage due to abnormal climate. , it can be suitably used for raising seedlings in the growth stage of plants.

160배 이상 300배 미만의 수분흡수율을 갖는 하이드로겔과 토양개량제는, 기존 시판되는 토양개량제와 같은 용도로 범용으로 사용될 수 있으며, 식물의 생육 단계로는 특히 분화용으로 적합하게 사용될 수 있다. Hydrogels and soil improvers having a water absorption rate of 160 times or more and less than 300 times can be used universally for the same purposes as existing commercially available soil improvers, and can be particularly suitable for differentiation as a plant growth stage.

90배에서 160배 미만의 수분흡수율을 갖는 하이드로겔과 토양개량제는, 식물의 생육 단계로는 특히 토경용으로 적합하게 이용될 수 있다. Hydrogels and soil improvers having a water absorption rate of 90 to less than 160 times can be suitably used, especially for soil cultivation, as a plant growth stage.

본 발명의 하이드로겔과 토양개량제는, 식물생산과 산림관리 등의 농업, 임업 분야에서 유지보수를 편리하게 하고, 인력 소요를 줄이며, 생산 및 관리 비용을 절감하는 용도로 광범위하게 이용될 수 있다. The hydrogel and soil improver of the present invention can be widely used for convenient maintenance, reducing manpower requirements, and reducing production and management costs in agriculture and forestry fields such as plant production and forest management.

이상에서 설명된 본 발명의 다기능성 하이드로겔과 이를 포함하는 토양개량제 및 그 제조방법은 예시적인 것이며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기 발명의 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이고, 본 발명의 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.The multifunctional hydrogel of the present invention described above, the soil improving agent containing the same, and the manufacturing method thereof are exemplary, and those skilled in the art to which the present invention belongs can make various modifications and other equivalent examples. You will know very well that it is possible. Therefore, it will be well understood that the present invention is not limited to the forms mentioned in the above description. It is understood that the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the claims, and includes the spirit of the present invention defined by the claims of the present invention and all modifications, equivalents, and substitutes within its scope. It should be. In addition, terms or words used in this specification and claims should not be construed as being limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventor appropriately defines the concept of terms in order to explain his/her invention in the best way. Based on the principle that it can be done, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

Claims (12)

라포나이트를 물에 분산시킨 2~4중량%의 라포나이트 분산액에, 아크릴레이트 모노머와 디메틸아크릴아마이드(N,N-dimethylacrylamide: DMAAm)를 0.2:9.8 에서 3.5:6.5의 중량 비율로 가하고, 개시제를 첨가하고 가교반응시켜 가교된 하이드로겔을 얻는 단계와;
상기 가교된 하이드로겔을 90~150℃에서 1차 열풍 건조시켜 수분을 제거하고, 증류수에 침지시켜 미반응 모노머를 제거한 후, 90~150℃에서 다시 2차 열풍 건조시키고 분쇄하여 입자형 하이드로겔을 얻는 단계를 포함하는 방법으로 토양개량제용 하이드로겔을 제조하되,
중량기준 수분흡수율 300배 이상 및 90배에서 160배 중에서 원하는 수분흡수율을 지닌 입자형 하이드로겔을 택일적으로 얻기 위해, 아래 (ⅰ), (ⅱ), (ⅲ) 중에서 어느 하나의 조건을 선택하여 입자형 하이드로겔을 얻는 것을 특징으로 하는, 토양개량제용 다기능성 하이드로겔의 제조방법.
(ⅰ) 상기 아크릴레이트 모노머와 디메틸아크릴아마이드의 비율을 2.5:7.5 에서 3.5:6.5의 중량 비율로 하고, 상기 아크릴레이트 모노머와 디메틸아크릴아마이드를 합친 단량체의 함량을 상기 분산액 중 15중량% 이상 25중량% 미만으로 하고, 상기 가교된 하이드로겔을 100~150℃에서 2~48시간 1차 열풍 건조시키고, 증류수에 침지시켜 미반응 모노머를 제거한 후 다시 100~150℃에서 2~48시간 2차 열풍 건조시키고 분쇄하여, 300배 이상의 수분흡수율을 가진 입자형 하이드로겔을 얻음
(ⅱ) 상기 아크릴레이트 모노머와 디메틸아크릴아마이드의 비율을 1.5:8.5 에서 2.5:7.5 미만의 중량 비율로 하고, 상기 아크릴레이트 모노머와 디메틸아크릴아마이드를 합친 단량체의 함량을 상기 분산액 중 25~35중량%로 하고, 상기 가교된 하이드로겔을 100~150℃에서 2~48시간 1차 열풍 건조시키고, 증류수에 침지시켜 미반응 모노머를 제거한 후 다시 100~150℃에서 2~48시간 2차 열풍 건조시키고 분쇄하여, 300배 이상의 수분흡수율을 가진 입자형 하이드로겔을 얻음
(ⅲ) 상기 아크릴레이트 모노머와 디메틸아크릴아마이드의 비율을 0.2:9.8 에서 0.5:9.5 미만의 중량 비율로 하고, 상기 아크릴레이트 모노머와 디메틸아크릴아마이드를 합친 단량체의 함량을 상기 분산액 중 15~35중량%로 하고, 상기 가교된 하이드로겔을 90~120℃에서 1~36시간 1차 열풍 건조시키고, 증류수에 침지시켜 미반응 모노머를 제거한 후 다시 90~120℃에서 1~36시간 2차 열풍 건조시키고 분쇄하여, 90배에서 160배의 수분흡수율을 가진 입자형 하이드로겔을 얻음
An acrylate monomer and dimethylacrylamide (DMAAm) were added in a weight ratio of 0.2:9.8 to 3.5:6.5 to a 2-4% by weight laponite dispersion in which laponite was dispersed in water, and an initiator was added. adding and cross-linking to obtain a cross-linked hydrogel;
The cross-linked hydrogel is first dried at 90 to 150 ° C. to remove moisture, dipped in distilled water to remove unreacted monomers, and then dried again at 90 to 150 ° C. Preparing a hydrogel for a soil improver by a method comprising the step of obtaining,
In order to alternatively obtain a particulate hydrogel having a desired water absorption rate of 300 times or more and 90 to 160 times the water absorption rate by weight, by selecting any one of the following conditions (i), (ii), and (iii) A method for producing a multifunctional hydrogel for a soil improver, characterized in that obtaining a particulate hydrogel.
(i) The ratio of the acrylate monomer and dimethylacrylamide is set to a weight ratio of 2.5:7.5 to 3.5:6.5, and the content of the monomer in which the acrylate monomer and dimethylacrylamide are combined is 15% by weight or more 25% by weight in the dispersion. %, and the crosslinked hydrogel is firstly dried with hot air at 100 to 150 ° C for 2 to 48 hours, immersed in distilled water to remove unreacted monomers, and then dried with second hot air at 100 to 150 ° C for 2 to 48 hours. and pulverized to obtain a particulate hydrogel with a water absorption rate of more than 300 times
(ii) The ratio of the acrylate monomer and dimethylacrylamide is set to a weight ratio of 1.5:8.5 to less than 2.5:7.5, and the content of the monomers obtained by combining the acrylate monomer and dimethylacrylamide is 25 to 35% by weight in the dispersion. And, the crosslinked hydrogel is firstly dried with hot air at 100 to 150 ° C for 2 to 48 hours, immersed in distilled water to remove unreacted monomers, and then dried with second hot air at 100 to 150 ° C for 2 to 48 hours and pulverized. Thus, a particulate hydrogel with a water absorption rate of 300 times or more was obtained
(iii) The ratio of the acrylate monomer and dimethylacrylamide is set to a weight ratio of 0.2:9.8 to less than 0.5:9.5, and the content of the monomers obtained by combining the acrylate monomer and dimethylacrylamide is 15 to 35% by weight in the dispersion. And, the crosslinked hydrogel is first dried with hot air at 90 to 120 ° C for 1 to 36 hours, immersed in distilled water to remove unreacted monomers, and then dried with second hot air at 90 to 120 ° C for 1 to 36 hours and pulverized. Thus, a particulate hydrogel with a water absorption rate of 90 to 160 times was obtained
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 가교된 하이드로겔을 얻는 단계는, 상기 개시제와 함께 촉매로 N,N,N',N'-테트라메틸렌디아민을 더 첨가하고 30~50℃에서 12~36시간 가교시키는 것을 특징으로 하는, 토양개량제용 다기능성 하이드로겔의 제조방법.
The method of claim 1,
In the step of obtaining the crosslinked hydrogel, N, N, N', N'-tetramethylenediamine is further added as a catalyst together with the initiator and crosslinked at 30 to 50 ° C. for 12 to 36 hours, soil Manufacturing method of multifunctional hydrogel for improving agent.
청구항 1에 있어서,
상기 수분흡수율 300배 이상, 또는 90배에서 160배의 각 범위 및 조건 내에서 수분흡수율을 추가로 조절하기 위하여, 아래 (a), (b), (c) 중 어느 하나 이상을 실시하는 것을 포함하는, 토양개량제용 다기능성 하이드로겔의 제조방법.
(a) 상기 분산액 중 상기 아크릴레이트 모노머와 디메틸아크릴아마이드를 합친 단량체의 함량을 증가시켜 수분흡수율을 증가시킴
(b) 상기 아크릴레이트 모노머와 디메틸아크릴아마이드의 비율에서 아크릴레이트 모노머의 함량을 증가시켜 수분흡수율을 증가시킴
(c) 상기 1차 및 2차 열풍 건조는 90~120℃ 범위 내에서 온도를 내려 수분흡수율을 감소시킴
The method of claim 1,
In order to further adjust the water absorption rate within each range and conditions of 300 times or more, or 90 to 160 times the water absorption rate, including carrying out any one or more of (a), (b), and (c) below To, a method for producing a multifunctional hydrogel for a soil improver.
(a) Increasing the water absorption rate by increasing the content of the monomer in which the acrylate monomer and dimethylacrylamide are combined in the dispersion
(b) increasing the water absorption rate by increasing the content of the acrylate monomer in the ratio of the acrylate monomer and dimethylacrylamide
(c) The first and second hot air drying reduces the moisture absorption rate by lowering the temperature in the range of 90 to 120 ° C.
청구항 1에 있어서,
상기 수분흡수율 300배 이상, 또는 90배에서 160배의 각 범위 및 조건 내에서 경도를 함께 조절하기 위하여, 아래 (a), (b), (d) 중 어느 하나 이상을 실시하는 것을 포함하는, 토양개량제용 다기능성 하이드로겔의 제조방법.
(a) 상기 분산액 중 상기 아크릴레이트 모노머와 디메틸아크릴아마이드를 합친 단량체의 함량을 증가시킴
(b) 상기 아크릴레이트 모노머와 디메틸아크릴아마이드의 비율에서 아크릴레이트 모노머의 함량을 증가시킴
(d) 상기 분산액 중 라포나이트의 함량을 증가시킴
The method of claim 1,
In order to adjust the hardness together within the range and conditions of 300 times or more of the water absorption rate, or 90 to 160 times, performing any one or more of (a), (b), (d) below, Manufacturing method of multi-functional hydrogel for soil conditioner.
(a) increasing the content of a monomer combining the acrylate monomer and dimethylacrylamide in the dispersion
(b) increasing the content of the acrylate monomer in the ratio of the acrylate monomer and dimethylacrylamide
(d) increasing the content of laponite in the dispersion
삭제delete 삭제delete 청구항 1의 제조방법으로 얻어진, 중량기준 수분흡수율 300배 이상 및 90배에서 160배 중에서 어느 하나의 수분흡수율을 지닌, 입자형 하이드로겔을 포함하는 토양개량제.
A soil improver comprising a particulate hydrogel having a water absorption rate of 300 times or more and 90 to 160 times by weight, obtained by the manufacturing method of claim 1.
삭제delete 청구항 8에 있어서, 상기 입자형 하이드로겔은 수분흡수율 300배 이상이며, 육묘용으로 사용되는 것을 특징으로 하는 토양개량제.
The soil improver according to claim 8, wherein the particulate hydrogel has a water absorption rate of 300 times or more and is used for raising seedlings.
삭제delete 청구항 8에 있어서, 상기 입자형 하이드로겔은 수분흡수율 90배에서 160배이며, 토경용으로 사용되는 것을 특징으로 하는 토양개량제. The soil improver according to claim 8, wherein the particulate hydrogel has a water absorption rate of 90 to 160 times and is used for soil cultivation.
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