KR20030002177A

KR20030002177A - 식물배지용 기능성 퍼라이트

Info

Publication number: KR20030002177A
Application number: KR1020010038922A
Authority: KR
Inventors: 박현준; 오석호; 이홍재; 정용교
Original assignee: 주식회사삼손; 삼손퍼라이트 주식회사
Priority date: 2001-06-30
Filing date: 2001-06-30
Publication date: 2003-01-08
Also published as: KR100428513B1; CN1393123A; CN1197934C

Abstract

본 발명은 식물배지용 기능성 퍼라이트에 관한 것으로서, 식물에 무해한 바인더를 선택하여 이를 황토를 비롯한 점토질광물과 혼합한 다음 팽창퍼라이트에 코팅하여 얻어지는 것으로, 이 기능성 퍼라이트는 퍼라이트의 장점은 살리면서 양분보유력과 입자강도까지 부여됨으로써 팽창퍼라이트 단독으로도 식물배지용 인공토양으로 사용이 가능하며, 선택적으로 비분까지 포함하여 코팅할 경우에는 별도의 유·무기 비분 등의 첨가없이도 식물에 따른 비분조성을 조절하여 옥상, 발코니, 하수종말처리장 등 인공구조물 상부 녹화용 경량토양 및 멀칭제, 그리고 수목용 산소관, 육묘용 상토, 화분용토 등 각종 식물배지용 인공토양 및 토양개량제로 사용할 수 있다.

Description

식물배지용 기능성 퍼라이트{Compositions of Coated perlite using for soilless plant growing media}

본 발명은 식물배지용 기능성 퍼라이트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 퍼라이트의 표면을 식물에 무해한 바인더, 양이온치환용량(이하, CEC라 함)이 높은 점토질광물, 선택적으로 식물에 적합한 양액성분의 혼합조성으로 코팅하여 퍼라이트의 단점인 양분보유력과 입자강도를 향상시킴과 동시에 식물별로 적합한 양이온치환용량과 액비조성을 다양하게 조절할 수 있게 되어 별도의 액비첨가없이 식물배지용 인공토양으로 사용가능토록 한 식물배지용 기능성 퍼라이트에 관한 것이다.

이 식물배지용 기능성 퍼라이트는 옥상, 발코니, 하수종말처리장 등 인공구조물 상부 녹화용 경량토양 및 멀칭제, 토양개량제, 수목용 산소관, 육묘용 상토, 화분용토 등 각종 식물배지용 토양으로 쓰일 수 있다.

팽창펄라이트는 농원예 및 조경용 인공토양, 건축용 경량골재 및 내외장용 흡음타일, 고분자재료의 필러 등에 주로 사용되고 있다. 하지만 용도별로 팽창펄라이트의 장점과 단점이 있기 때문에 그 단점을 보완하기 위해 팽창펄라이트를 코팅함으로써 그 성능을 극대화하려고 하였다.

이와 관련된 국내의 종래기술은 전무하며, 외국의 경우를 살펴보면 다만 건축용이나 산업용 원부자재로 쓰일 때 팽창펄라이트의 단점인 저강도, 흡수성을 보완하기 위해 팽창펄라이트의 표면을 개질하기 위한 연구개발이 1970년대 이후 계속되고 있다.

미국특허 제 4,255,489호와 제 4,183,980호는 주로 소수성 물질인 폴리시오세인으로 코팅하여 소수성을 부여하여 고분자재료(도료 및 안료)의 필러로 적용하였고, 미국특허 제 4,889,747호는 수성실란계, 접착제, 완충제 코팅방법, 제 5,964,934호는 여러 실란계화합물 코팅방법, 제 3,769,065호는 아세트산과 물유리 코팅방법 등을 언급하였으며, 그 적용대상은 플라스틱, 보드 충진재, 내·외장용 흡음타일 등이었다.

하지만 농원예 및 조경용으로 쓰이는 팽창펄라이트의 단점인 낮은 양분보유력, 저강도를 보완하기 위한 노력은 국내외를 살펴보더라도 전혀 없었다.

한편, 팽창퍼라이트는 식물이 생육하기에 매우 적합한 물리성 즉, 공극율이 70% 이상으로 높은 통기성을 가지고 있고, 투수계수가 10^-3cm/sec 이상으로 높은 배수성을 가지고 있으며, 식물에 필요한 수분함량인 유효수분(0.03∼15기압)값이 40% 이상으로 높은 수분보유력을 가지고 있다.

또한 10㎛ 내외의 공극과 500㎡/g의 높은 비표면적 때문에 미생물이 서식하기에 매우 좋은 환경을 제공하여 미생물 담체로도 많이 쓰이며, 식물생육시 식물과 공생하여 유용한 물질 및 좋은 서식환경을 조성하는 근권미생물이 잘 자라는 특징을 가지고 있다.

하지만 팽창퍼라이트는 비결정질 광물로서 표면에 음전하를 띄고 있지 못하여 양분을 보유할 수 있는 능력인 양이온치환용량(cation exchanged capacity, CEC)이 거의 0에 가깝기 때문에 식물이 성장하는 데 필요한 양분을 보유하고 있지 못하다. 그리고 팽창퍼라이트 겉표면이 쉽게 부서지기 때문에 미분이 비산되는 단점을 가지고 있었다.

한편, 옥상녹화의 경우 하중문제 때문에 토양자체의 경량성 확보뿐만 아니라, 수목이 성장하여 하중이 커지게 되면 옥상구조물에 악영향을 끼치기 때문에 수목의 성장을 최대한 억제하면서 건전한 수목활력을 유지할 수 있도록 하는 것이 옥상용 녹화용토의 주된 역할이었다. 따라서 경량이면서 토양물리성이 우수하여 수목활력을 유지할수 있고, 양이온 치환용량이 거의 0에 가깝기 때문에 수목의 저생장을 유도할 수 있는 팽창펄라이트가 옥상녹화용 토양으로 쓰여졌으나, 수목이식시 활착시기에 필요한 양분 공급이 이루어지지 않아 초기 수목활착률이 떨어지고, 수목의 종류 및 상태에 따라 고사하는 경우도 있다. 또한 초기 양분공급이 필요한 수목과 달리 초화류의 경우 지속적인 양분공급이 이루어지지 않아 꽃이 피지않는 경우가 있으며, 잔디의 경우도 마찬가지여서 잔디의 활력도 및 색상이 좋지 못하므로 위와 같은 팽창펄라이트 단독 사용으로는 옥상녹화용토로 완전하지 못하였다.

이에, 본 발명자들은 팽창퍼라이트를 초화류 및 잔디 등과 같은 식물배지용으로 적용하는 데의 문제점을 해결하기 위해 연구노력하던 중, 양이온치환용량이 높은 점토질광물을 식물에 무해한 바인더를 함께 팽창퍼라이트의 표면에 분사하여 코팅한 결과, 양이온치환용량의 조절이 가능하고, 입자강도가 향상되었으며, 선택적으로 비분을 더 첨가할 경우 양분의 첨가량을 조절함에 따라 속효 및 완효효과까지 가져올 수 있음을 알게되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 식물배지용으로 적합한 양분 보유력과 입자강도등을 향상시킨 식물배지용 기능성 퍼라이트를 제공하는 데 있다.

이와같은 목적을 달성하기 위한 식물배지용 기능성 퍼라이트는 점토질광물을 바인더와 함께 팽창퍼라이트에 코팅하여 얻어진 것임을 그 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 코팅된 퍼라이트 제조시 점토질광물 슬러리를 제작하는 데 있어서 함수비 구분표이고,

도 2는 본 발명에 따라 제조된 코팅퍼라이트 혼합토양을 교목이나 관목의 식재에 적용한 시공예의 단면도이고,

도 3은 본 발명에 따라 제조된 코팅퍼라이트 혼합토양을 잔디의 식재에 적용한 시공예의 단면도이다.

*도면주요부호의 상세한 설명*

11, 111 - 콘크리트 방수층

12, 112 - 폴리프로필렌계 배수용 투수판

13, 113 - 합성섬유 부직포14 - 배수용 팽창퍼라이트

15, 115 - 코팅퍼라이트와 육성용 팽창퍼라이트를 3:7로 혼합한 토양

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 퍼라이트가 음전하를 띄고 있지 않아, 즉 CEC가 거의 0에 가깝기 때문에 양분을 보유하지 못하는 점을 해결하기 위하여 점토질광물, 예를들어 황토, 제올라이트, 벤토나이트, 사문석 등 양이온치환용량이 높은 점토질광물을 사용한다.

상기와 같은 점토질광물은 CEC가 높으며 품질이 비교적 안정하고, 수급이 쉬우며, 분해가 일어나지 않는 장점이 있다.

이같이 양이온 치환용량이 높은 점토질광물을 팽창 퍼라이트에 코팅하면 양이온 치환용량의 조절이 가능하고 그에 따른 양분의 첨가량과 양분의 조성을 다르게 하고, 또한 유기질 비료에 의해 완효효과까지 가져올 수 있는 기능성 퍼라이트를 제조할 수 있다.

이 방법의 장점으로는 비중이 0.20∼0.30g/㎤로 퍼라이트와 비슷하여 혼합시 입도분리가 일어나지 않으며, 별도의 공정없이 비분첨가가 가능하고 비분을 점토질광물 또는 바인더 용액에 직접 첨가하여 코팅함으로써 비분이 고르게 분포하는 장점이 있다. 또한, 속효성, 완효성 비료의 선택이 가능하며, 강도가 팽창퍼라이트보다 강하여 물성변화가 적고 내구성이 매우 뛰어나다. 또한 안정된 품질을 보장할 수 있으며, 식물 및 적용대상별 혼합제품의 생산이 가능하다. 이는 코팅 퍼라이트의 첨가량, 코팅시 양분의 첨가량 및 양분의 종류를 다양하게 조절함으로써 가능하다. 그리고, 적은 양의 점토질광물로도 높은 양이온치환용량을 가질 수 있다.

그런데, 이와같이 코팅된 퍼라이트의 제조를 위해서는 점토질광물 슬러리만으로도 코팅이 가능하나, 보다 접착효율을 높이기 위해 바인더를 첨가하는데, 바인더 선택에 있어 접착력이 뛰어난 것 뿐만 아니라 식물에 무해하고, 환경친화적인 점을 고려해야 한다.

바인더 선택은 다음과 같은 실험을 통해 수행하였다.

(1)유기/무기 바인더 선택실험

본 발명에서는 코팅 퍼라이트를 식물배지용으로 개발하였던 바, 유기/무기 바인더의 선택에 있어서 접착력이 뛰어난 것 뿐만 아니라 식물에 무해하고 환경친화적이어야 하는 점을 고려하여야 한다.

바인더 선택실험 중 코팅 후 접착력은 KS M 5000의 기준에 따라 내수성, 내후성 시험을 하였으며, 흡수율을 비교하였고, 발아율과 식물생육을 비교하여 환경친화적이며 식물에 무해하면서 팽창퍼라이트 코팅에 가장 적합한 유·무기 바인더를 선택하였다.

이때 유·무기 바인더의 농도는 20%로 하였고, 바인더와 황토는 중량비로 2:1로 첨가하였고, 바인더와 팽창퍼라이트의 부피비는 1:10로 조절하여 코팅하였다. 흡수율(vol%)은 pF1.5의 압력으로 가했을 때 남은 수분함량(vol%)을 의미하며,코팅율은 팽창퍼라이트의 흡수율에서 유·무기 바인더에 따른 코팅퍼라이트의 흡수율을 뺀 값에서 팽창퍼라이트의 흡수율을 나눈 값의 백분율로 표현하였다.

발아율은 수수, 고추, 오이, 배추 씨앗을 포트용량 30㎖, 50구짜리 플러그묘에 파종한 후 온도 25℃, 습도 70%, 암조건으로 유지한 항온항습기에서 발아시켜 발아한 씨앗의 개수를 50(파종한 씨앗의 개수)으로 나눈 값의 백분율로 표현하였고, 식물생육은 온도 25℃, 습도 30%, 조도 150000 Lux(12시간)의 조건으로 생장장에서 발아후 3일에 한번씩 양액(호글랜드 용액)과 유·무기 바인더 1%를 공급하면서 30일간 재배후 그 생육상태를 매우 양호, 양호, 보통, 불량 및 매우불량의 5단계로 구분하여 표시하였다.

1-1)유기바인더 선택실험 결과

유기바인더 선택시 내수성, 내후성에 이상이 없고 코팅율은 70% 이상이며, pH가 중성에 가깝고 발아율이 80% 이상이며, 식물생육이 양호한 것을 선택하였는 바, 이는 유기바인더 선택실험결과일 뿐이며, 첨가 유기바인더의 종류가 에틸렌비닐아세테이트와 수성아크릴, 멜라민, 수성비닐클로라이드아세테이트, 수성우레탄, 폴리비닐알콜에 한정되는 것은 아니다.

구체적인 유기바인더 선택실험 결과는 다음 표 1과 같다.

1-2)무기바인더 선택실험 결과

무기바인더인 물유리와 인산염은 내수성, 내후성, 코팅율 등 코팅퍼라이트의 물리적 기준에는 적합하나 pH가 각각 알칼리성과 산성에 가까워 생물적 기준에는 적합하지 못한 면이 있다. 이와같은 문제를 해결하기 위해서는 인산염의 경우 석회처리를 하여 사용하면 될 것이고, 물유리의 경우에는 질산, 인산, 황산 등으로 중화시켜 사용할 수 있었다. 이는 무기바인더 선택실험결과일 뿐이며 첨가 무기바인더의 종류가 이에 한정되는 것은 아니다.

구체적인 결과는 다음 표 2와 같다.

이상과 같은 실험결과로부터 유기 바인더는 에틸렌비닐아세테이트와 수성아크릴, 멜라린, 수성비닐클로라이드아세테이트, 수성우레탄, 폴리비닐알콜, 무기바인더로는 물유리와 인산염을 사용하였다.

다음으로는 점토질광물에 유·무기 바인더를 혼합하여 팽창퍼라이트에 코팅하는 실험을 수행하였다.

구체적으로는 다음과 같다.

(2)팽창퍼라이트 코팅실험

팽창펄라이트를 코팅할 수 있는 방법은 3가지가 있으며, 첫째로 점토질광물 슬러리에 바인더용액을 혼합한 후 팽창펄라이트 표면에 분사하여 코팅하는 방법, 둘째로 팽창펄라이트에 바인더용액을 분사한후 점토질광물을 분사하는 방법, 셋째로 점토질광물과 팽창펄라이트를 혼합한 후 바인더용액을 분사하는 방법이 있다. 이 세가지 방법은 연속식, 배치식 생산방식에 모두 적용할 수 있으나, 연속식 생산방식에서는 첫 번째 방법이 유리하고, 배치식 생산방식에서는 3가지 방법 모두를 적용할 수 있다. 그리고, 3가지 방법 모두다 코팅함에 있어 바인더용액 농도가 중요한 변수이며, 바인더용액 농도를 5∼50%까지 다양하게 조절하여 코팅할수 있으며, 이중 대량생산이 가능한 연속식 생산방식에 적합한 첫 번째 방법은 슬러리 제조시 점도가 중요한 변수이므로 이에 슬러리 점도선정실험과 배합비선정 실험을 하였으며, 이는 점토질광물의 코팅방법을 첫 번째 방법으로 한정한 것은 아니다.

2-1)점토질광물 슬러리 점도선정

슬러리의 점도를 선정하기에 앞서 먼저 각 점토질광물의 입도별 액성한계를 구한 후 액성한계 이상인 포화토양과 과포화 토양 사이의 5가지의 함수비별(도 1 참조)로 슬러리를 제작한 후 코팅에 가장 적합한 함수비를 구하였다.

점토질광물로서 황토, 제올라이트, 벤토나이트, 사문석 등은 다음 표 3과 같이 각 점토질광물별, 입도별로 액성한계가 다양하며, 35메쉬 이하의 입도에서는 모든 점토질광물이 비가소성(non-plastic)이기 때문에 100메쉬 이상의 입도에서 액성한계를 측정하였다. 그 결과를 토대로, 액성한계가 150% 이상인 제품에서 액성한계 이상의 수분(10% EVA)을 첨가하여 5가지의 슬러리를 제작한 후 각 슬러리의 점도를 측정(Brookfield 점토질측정기)하고 팽창퍼라이트에 코팅한 다음 건조후 비중, 흡수율(pF1.5에서의 수분함량), 코팅율을 구한 후, 흡수율은 20% 이하, 코팅율은 70% 이상을 기준으로 하여 최적 슬러리 함수비를 선정하였다. 코팅할 때 투입되는 팽창퍼라이트의 부피는 수분함량 부피의 10배 수준으로 하였다. 예를들어, 점토질광물 100g에 수분함량 190%(190㎖)일 때 팽창퍼라이트는 1,900㎖로 사용하였고, 점토질광물 100g에 수분함량 210%(210㎖)일 때 팽창퍼라이트는 2100㎖ 사용하였다.

메쉬 No.	액성한계(%)
메쉬 No.	황토	제올라이트	벤토나이트	사문석
100	65	129	83	45
150	123	167	137	104
200	168	242	228	176
325	227	303	274	239

2-1-1)황토슬러리

입도가 200메쉬인 황토와 10% EVA 슬러리의 수분함량별 점도, 건조 후 비중, 흡수율 및 코팅율은 다음 표 4와 같다.

상기 표 4의 결과로부터 입도 200메쉬인 황토를 점토질광물로 사용하였을 경우 수분함량이 190∼210중량%일 때 적합한 점도, 비중, 흡수율 및 코팅율을 나타냄을 알 수 있다.

한편, 입도 325메쉬인 황토를 사용한 슬러리의 수분함량에 따른 측정결과는 다음 표 5에 나타내었다.

상기 표 5의 결과로부터, 황토는 입도 325 메쉬에서는 250∼270%로 슬러리의 수분함량을 조절하는 것이 가장 적당함을 알 수 있다.

2-1-2)제올라이트 슬러리

제올라이트와 10% EVA 슬러리의 수분함량별 점도, 건조후 비중, 흡수율, 코팅율을 측정하여 그 결과를 다음 표 6 내지 8에 나타내었다.

상기 표 6 내지 8의 결과로부터, 제올라이트는 입도 150#에서 슬러리의 수분함량이 190∼210%, 200#에서는 270∼290%, 325#에서는 330∼350%로 제작하였을 때 코팅에 가장 적합함을 알 수 있다.

2-1-3)벤토나이트 슬러리

벤토나이트와 10% EVA 슬러리의 수분함량별 점도, 건조후 비중, 흡수율, 코팅율을 측정하여 그 결과를 다음 표 9 내지 10에 나타내었다.

상기 표 9 내지 10의 결과로부터, 벤토나이트는 입도 200#인 경우 슬러리의 수분함량을 250∼270%, 325#에서 300∼320%로 제작하였을 때 코팅에 가장 적합함을 알 수 있다.

2-1-4)사문석 슬러리

사문석과 10% EVA 슬러리의 수분함량별 점도, 건조후 비중, 흡수율, 코팅율을 측정하여 그 결과를 다음 표 11 내지 12에 나타내었다.

상기 표 11 내지 12의 결과로부터, 사문석은 입도 200#인 경우 슬러리의 수분함량을 200∼220%, 325#에서 260∼280%로 제작하였을 때 코팅에 가장 적합함을 알 수 있다.

상기 일련의 실험 결과로부터, 점토질광물 슬러리의 점도는 500∼2000CP 사이의 값을 가지는 것이 코팅에 가장 적합함을 알 수 있다. 하지만 이는 코팅률 60%이상일 경우에 해당하는 선택실험결과일 뿐이며 제품에 따라 코팅률이 60% 이하인 것을 요구하는 것이 있기때문에, 첨가 점토질광물 슬러리의 점도가 이에 한정되는것은 아니다.

2-2)배합비 선정

점토질광물(황토, 제올라이트, 벤토나이트, 사문석)의 점성은 같은 입도일 경우 제올라이트〉벤토나이트〉황토〉사문석 순으로 높았다. 그리고, 황토의 경우 색깔(명도)비교가 쉽기 때문에 입도 200#의 황토를 이용하여 EVA 농도, EVA와 팽창퍼라이트의 배합부피비 등을 달리해가면서 팽창퍼라이트 코팅배합비 선정시험을 하였다.

유기바인더인 EVA의 농도는 10, 20, 30%로 하였고, 황토 슬러리는 앞의 실험에서 슬러리 점도 선정시험에 준하여 점도 500∼2,000CP 사이의 슬러리를 제작하였으며, 슬러리를 제작할 때 첨가한 EVA 농도가 증가할수록 황토의 양도 증가하였다. 이는 EVA가 슬러리에 첨가될 때 분산제 역할을 하기 때문이다.

팽창퍼라이트의 코팅배합비는 EVA와 팽창퍼라이트를 부피비로 1:50, 1:20, 1:10, 2:5, 1:2을 기준으로 하여 코팅하였다.

황토코팅을 한 후 건조후 비중, 흡수율, 코팅율(흡수율의 환산), 색깔을 측정(Munsell 색상표)한 후 흡수율은 20% 이하, 코팅율은 70% 이상을 기준으로 하여 적절한 유기바인더의 농도, EVA와 팽창퍼라이트의 배합부피비를 선택하였으며, 식물생육용으로 적합한지를 확인하기 위해 CEC(양이온치환용량)를 측정하였다.

구체적인 실험조건 및 결과는 다음 표 13 내지 15에 나타내었다.

상기 표 13∼15의 실험에서 팽창퍼라이트는 비중이 0.135∼0.155g/㎖이고 입도가 0.5∼3mm이며, 흡수율(pF0의 수분장력에서의 수분함량)이 60∼70%인 것을 사용한 것이다. 이는 입도가 큰 팽창퍼라이트가 코팅률, 색상비교가 비교적 쉽기 때문에 선택하는 것이지 팽창퍼라이트의 종류가 이에 한정된 것은 아니다.

또한 입자강도는 압축저항성으로서 측정하였는 바, 압축저항성은 Perlite Institute의 시험법(PI designation : 306-80)에 의하여 측정하였다. 시험기구는Hydraulic tester, test cylinder, sample settling device 등으로 구성되며 준비된 시료를 시험 실린더의 1/2까지 채운 후, compacted density machine을 이용하여 수평한 곳에 놓아 25번 정도 두드려서 실린더에 채운다. 시험 실린더 위에 flanged collar를 맞춘 후, 시료를 더 첨가하여 flanged collar의 1/2 높이가 되도록 채운 다음, flanged collar를 제거한 후 시험 실린더 높이의 위쪽에 있는 코팅퍼라이트는 straight edge를 이용하여 제거한다. 시료를 넣은 실린더를 그램 단위로 무게를 잰다. 시료를 압축하여 bypass 벨브를 잠근 후, 실린더를 천천히 압축(1 stroke/4-5sec)한다. 게이지는 피스톤이 1인치를 표시하는 순간 읽게 되고, 시료 압축은 팽창퍼라이트 컬럼의 2인치를 표시할 때까지 반복하여 계속하며 아래와 같이 압축저항성을 산출한다.

압축저항(lb/in²) = (load on the ram, lb + weight of piston, lb) / area of cylinder(7.1), in²

다음 표 16와 같이 코팅퍼라이트와 팽창퍼라이트를 위와 같은 방법으로 측정하였다

이를 기준으로 건조후 비중이 0.25이상이고, 흡수율 20% 이하이며, 코팅률 70% 이상인 바람직한 배합비를 도출한 결과, 황토 40∼80g을 첨가한 슬러리에 10∼30%의 EVA 수용액 100㎖를 혼합한후 팽창퍼라이트 100㎖에 대해 EVA 수용액이 5∼40㎖ 되는 양으로 코팅하는 것이 가장 바람직함을 알 수 있다.

또한 EVA가 황토슬러리에서 분산제 역할을 하므로 그 농도가 늘어났을 때 황토의 양도 늘어나며, 따라서 5%와 50% EVA 수용액 100㎖에 대해서는 각각 황토 30∼60g, 황토 70∼100g을 첨가한 슬러리를 팽창퍼라이트 100㎖에 대해 EVA 수용액이 5∼40㎖ 되는 양으로 코팅하는 것이 가장 바람직함을 알 수 있다.

위의 결과는 코팅률이 70%이상인 제품을 연속식 생산방식으로 제조할수 있는 방법에 적합한 실험결과일뿐, 실제 생산시 적용하였을 때는 코팅률을 다양하게 조절하는 것이 필요하므로, 슬러리점도, EVA농도 등이 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 양이온치환용량에 있어서 팽창퍼라이트 코팅용 점토질광물은 서로 다른 양이온을 가지고 있으며, 이를 적절히 배합하여 혼용할 경우 원하는 양이온 치환용량과 적절한 색상을 가질 수 있다.

각 점토질광물의 양이온치환용량은 평균적으로 황토는 10±2cmol/kg, 제올라이트는 100±10cmol/kg, 벤토나이트는 50±5cmol/kg, 사문석은 30±5cmol/kg 정도의 값을 가지며 광물의 산지, 채광시기별로 값의 차이가 있을 수 있다.

양이온치환용량은 황토 코팅 퍼라이트는 10cmol/kg, 부피비로 약 3cmol/ℓ이며, 제올라이트 코팅 퍼라이트는 100cmol/kg, 부피비로 약 30cmol/ℓ이고, 벤토나이트 코팅 퍼라이트는 50cmol/kg, 부피비로 약 15cmol/ℓ, 사문석 코팅 퍼라이트는 30cmol/kg, 부피비로 약 9cmol/ℓ이다.

따라서, 점토질광물 코팅 퍼라이트는 10∼100cmol/kg의 다양한 양이온 치환용량을 가질 수 있으며, 배합비에 따라 양이온 치환용량을 조절할 수 있다. 부피비로는 3∼30cmol/ℓ의 값의 범위를 가질 수 있다.

(3)비분의 첨가

상기한 바와 같이 팽창 퍼라이트에 점토질광물에 바인더용액을 첨가하여 코팅할 수 있다. 이로써 양분을 보유할 수 있는 능력이 없는 퍼라이트가 양분을 보유할 수 있는 능력인 양이온치환용량을 갖게 됨으로써 식물배지용 기능성 퍼라이트로 바람직하다.

그런데, 식물별로 필요 양분의 요구량이 약간씩 다르다. 이를 위해 본 발명에서는 점토질광물이나 바인더 용액에 필요 비분을 선택적으로 첨가할 수 있다.

비분은 해당 식물에서 요구되는 특정 양분의 함량을 조정해가면서 첨가할 수 있는 바, 그 설계의 예는 다음 표 17과 같다. 이는 예시일 뿐이며 첨가 비분의 조성이 이에 한정되는 것은 아니다.

상기와 같이 설계된 비분을 바인더용액에 함께 첨가하거나 점토질광물에 혼합하여, 이를 팽창퍼라이트에 분사코팅하면 본 발명의 기능성 퍼라이트를 얻을 수 있다.

이와같이 얻어진 코팅 퍼라이트의 주요양분의 적정함량 범위를 코팅퍼라이트 1ℓ를 기준으로 살펴보면 다음 표 18과 같다.

참고적으로 작물의 종류에 따른 비분의 적용특성을 살펴보면 다음 표 19와 같다.

상기와 같이 양분의 적용 특성이 각기 다른 작물의 종류에 따라 비분의 종류 및 함량을 조절하여 바인더용액이나 점토질 광물에 함께 첨가하여 이를 팽창퍼라이트에 코팅하면, 별도의 액비 첨가없이도 수목 뿐만 아니라 잔디, 초화류 등 퍼라이트만을 인공토양으로 적용하기 어려운 다양한 식물에 유용하게 사용할 수 있다.

(4) 생육실험

제조된 코팅펄라이트의 수목생육시험을 위해, 콘크리트 건물의 옥상에 도 2와 같이 사방이 개방구조인 폴리프로필렌계 배수용 투수판(300 ×300 ×25mm, 12)을 한 줄로 1m 간격으로 사방을 연결하고 옥상의 배수구까지 설치한 후 그 위에 옥상전체를 합성섬유부직포(13)로 덮은 후 배수용 팽창퍼라이트 경량토양(14)을 100mm 두께로 포설하고 그 위에 코팅퍼라이트와 육성용 팽창퍼라이트를 3:7로 혼합한 토양(15)을 깊이 400mm로 포설한 후 소나무, 영산홍 등을 적절히 식재하고 1년후의 상태를 관찰하였다. 생육상태를 관찰하기 위하여 Shigometer를 이용하여 수목활력도를 측정하였으며 인공지반상부의 기존 팽창퍼라이트 단독시험구에 식재된 소나무를 기준으로 하여 상대적인 평가를 하였다. 이때 팽창퍼라이트 단독시험구에는 봄 및 가을에 한번씩 코팅퍼라이트 혼합시험구에 포함된 비분의 양만큼 시비하였으며 일체 관수는 하지 않고 자연적인 강우만이 적용되도록 하였다.

그 결과는 다음 표 20에 나타낸 바와 같다.

상기 표 20의 기재에 있어서,

혼합시험구 1: 황토 60g과 20% EVA 용액 100㎖에 비분 N-P-K의 함량을 13:3:6으로 조절한 후 팽창퍼라이트 1000㎖에 코팅한 것을 육성용 팽창퍼라이트와 3:7로 혼합한 토양;

혼합시험구 2: 황토 60g과 20% EVA 용액 100㎖에 비분 N-P-K의 함량을 13:4:6으로 조절한 후 팽창퍼라이트 1000㎖에 코팅한 것을 육성용 팽창퍼라이트와3:7로 혼합한 토양;

혼합시험구 3: 황토 60g과 20% EVA 용액 100㎖에 비분 N-P-K의 함량을 13:1.5:6으로 조절한 후 팽창퍼라이트 1000㎖에 코팅한 것을 육성용 팽창퍼라이트와 3:7로 혼합한 토양;

혼합시험구 4: 황토 60g과 20% EVA 용액 100㎖에 비분 N-P-K의 함량을 7:2:4로 조절한 후 팽창퍼라이트 1000㎖에 코팅한 것을 육성용 팽창퍼라이트와 3:7로 혼합한 토양;

혼합시험구 5: 황토 60g과 20% EVA 용액 100㎖에 비분 N-P-K의 함량을 10:3:7으로 조절한 후 팽창퍼라이트 1000㎖에 코팅한 것을 육성용 팽창퍼라이트와 3:7로 혼합한 토양;

혼합시험구 6: 황토 60g과 20% EVA 용액 100㎖에 비분 N-P-K의 함량을 7:2:3으로 조절한 후 팽창퍼라이트 1000㎖에 코팅한 것을 육성용 팽창퍼라이트와 3:7로 혼합한 토양;

혼합시험구 7: 황토 60g과 20% EVA 용액 100㎖에 비분 N-P-K의 함량을 6:1.5:4로 조절한 후 팽창퍼라이트 1000㎖에 코팅한 것을 육성용 팽창퍼라이트와 3:7로 혼합한 토양이고,

팽창퍼라이트 단독 시험구 1: 육성용 팽창퍼라이트 시험구에 비분 N-P-K의 함량을 13:3:6으로 조절한 토양;

팽창퍼라이트 단독 시험구 2: 육성용 팽창퍼라이트 시험구에 비분 N-P-K의 함량을 13:4:6으로 조절한 토양;

팽창퍼라이트 단독 시험구 3: 육성용 팽창퍼라이트 시험구에 비분 N-P-K의 함량을 13:1.5:6으로 조절한 토양;

팽창퍼라이트 단독 시험구 4: 육성용 팽창퍼라이트 시험구에 비분 N-P-K의 함량을 7:2:4로 조절한 토양;

팽창퍼라이트 단독 시험구 5: 육성용 팽창퍼라이트 시험구에 비분 N-P-K의 함량을 10:3:7으로 조절한 토양;

팽창퍼라이트 단독 시험구 6: 육성용 팽창퍼라이트 시험구에 비분 N-P-K의 함량을 7:2:3으로 조절한 토양;

팽창퍼라이트 단독 시험구 7: 육성용 팽창퍼라이트 시험구에 비분 N-P-K의 함량을 6:1.5:4로 조절한 토양이다.

수목생육시험결과, 코팅퍼라이트 혼합시험구가 8.2∼11.2의 값을 나타내어 생육이 양호하였으며, 팽창퍼라이트 단독시험구에서는 16.7∼20.3으로 코팅퍼라이트 혼합구에 비해 수목활력도가 떨어졌다.

또한 제조된 코팅퍼라이트의 잔디생육시험을 위해, 이를 콘크리트 건물의 옥상에 도 3과 같이 사방이 개방구조인 폴리프로필렌계 배수용 투수판(300×300×25mm, 112)을 한줄로 1m 간격으로 사방을 연결하고 옥상의 배수구까지 설치한 후 그 위에 옥상전체를 합성섬유 부직포(113)로 덮은 후 코팅퍼라이트와 육성용 팽창퍼라이트를 4:6으로 혼합한 토양(115)을 150mm 두께로 포설하여 잔디를 밀식하여 식재하고 1년 후의 상태를 관찰하였다.

이때 일체 관수는 하지 않고 자연적인 강우만이 적용되게 하였다. 또한 같은상태의 조건으로 팽창퍼라이트 경량토양만을 포설한 후 잔디씨를 뿌리고 발아상황를 조사하였으며, 팽창퍼라이트 단독시험구에는 코팅퍼라이트 혼합시험구에 포함된 비분의 양만큼 봄, 가을에 한번씩 시비하였다.

그 결과를 다음 표 21에 나타내었다.

상기 표 21의 기재에 있어서,

혼합시험구 1: 황토 70g과 30% EVA 용액 100㎖에 비분 N-P-K의 함량을 13:3:6으로 조절한 후 팽창퍼라이트 1000㎖에 코팅한 것을 육성용 팽창퍼라이트와 4:6으로 혼합한 토양;

혼합시험구 2: 황토 70g과 30% EVA 용액 100㎖에 비분 N-P-K의 함량을 13:4:6으로 조절한 후 팽창퍼라이트 1000㎖에 코팅한 것을 육성용 팽창퍼라이트와 4:6으로 혼합한 토양;

혼합시험구 3: 황토 70g과 30% EVA 용액 100㎖에 비분 N-P-K의 함량을13:1.5:6으로 조절한 후 팽창퍼라이트 1000㎖에 코팅한 것을 육성용 팽창퍼라이트와 4:6으로 혼합한 토양;

혼합시험구 4: 황토 70g과 30% EVA 용액 100㎖에 비분 N-P-K의 함량을 7:2:4로 조절한 후 팽창퍼라이트 1000㎖에 코팅한 것을 육성용 팽창퍼라이트와 4:6으로 혼합한 토양;

혼합시험구 5: 황토 70g과 30% EVA 용액 100㎖에 비분 N-P-K의 함량을 10:3:7으로 조절한 후 팽창퍼라이트 1000㎖에 코팅한 것을 육성용 팽창퍼라이트와 4:6으로 혼합한 토양;

혼합시험구 6: 황토 70g과 30% EVA 용액 100㎖에 비분 N-P-K의 함량을 7:2:3으로 조절한 후 팽창퍼라이트 1000㎖에 코팅한 것을 육성용 팽창퍼라이트와 4:6으로 혼합한 토양;

혼합시험구 7: 황토 70g과 30% EVA 용액 100㎖에 비분 N-P-K의 함량을 6:1.5:4로 조절한 후 팽창퍼라이트 1000㎖에 코팅한 것을 육성용 팽창퍼라이트와 4:6으로 혼합한 토양이고,

잔디씨를 뿌리고 발아상황를 조사한 결과, 30일 후의 발아율이 본 발명의 경우 평균 약 78%었고 팽창퍼라이트 단독시험구의 경우 평균67% 이었다. 그 후 성장을 관찰한 결과 본 발명의 경우 30일 후에 평균 잎의 길이가 약 8cm로 팽창퍼라이트 단독시험구의 5cm 보다 약 3cm이상 더 크는 양호한 생육을 보여 주었다.

상기 표 21과 같이 잔디씨를 뿌리고 발아상황을 조사한 잔디를 1년 후에 잔디 뿌리를 조사한 결과 본 발명의 시험구에서 잔디의 뿌리 발달이 가장 왕성하였다. 그러나 팽창퍼라이트 단독시험구에서는 잔디의 뿌리 발달 상황이 본 발명의 코팅퍼라이트 혼합시험구보다 적게 발달하였다.

수목과 잔디에 대한 생육시험효과에서 상기 발명에 의해 제조된 코팅퍼라이트를 혼합한 시험구가 팽창퍼라이트 단독시험구보다 모두 양호한 생육효과를 나타내었다. 다시말해, 본 발명의 기능성 퍼라이트는 옥상, 발코니, 하수종말처리장 등 인공지반용 경량토양 및 멀칭제, 토양개량제, 수목용 산소관, 육묘용 상토, 화분용토 등 각종 식물배지용 토양으로 다양하게 적용할 수 있다는 것을 입증하였다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 식물에 무해한 바인더를 선택하여 이를 황토를 비롯한 점토질광물과 혼합한 다음 팽창퍼라이트에 코팅하여 얻어진 기능성 퍼라이트는 퍼라이트의 장점은 살리면서 양분보유력까지 부여됨으로써 팽창퍼라이트 단독으로도 식물배지용 인공토양으로 사용이 가능하며, 선택적으로 비분까지 포함하여 코팅할 경우에는 별도의 유·무기 비분 등의 첨가없이도 식물에 따른 비분조성을 조절하여 옥상, 발코니, 하수종말처리장 등 인공구조물 상부 녹화용 경량토양 및 멀칭제, 그리고 수목용 산소관, 육묘용 상토, 화분용토 등 각종 식물배지용 인공토양 및 토양개량제로 쓰일 수 있다.

Claims

점토질광물에 바인더용액을 첨가하여 팽창퍼라이트에 코팅하여 얻어진 식물배지용 기능성 퍼라이트.
제 1 항에 있어서, 팽창퍼라이트 1000㎖에 대하여 점토질광물 15∼400g과 5∼50%의 바인더 용액 50∼400㎖를 첨가하여 얻어진 것임을 특징으로 하는 식물배지용 기능성 퍼라이트.
제 1 항에 있어서, 바인더는 유기 바인더 또는 무기 바인더인 것임을 특징으로 하는 식물배지용 기능성 퍼라이트.
제 4 항에 있어서, 유기바인더는 에틸렌비닐아세테이트계, 수성아크릴계, 니트로셀룰로스계, 수성폴리우레탄계, 초산비닐계, 비닐아세테이트계, 폴리비닐알콜계, 폴리우레탄계, 에폭시계 및 합성고무/천연고무계 수지로부터 선택된 1종 이상의 것임을 특징으로 하는 식물배지용 기능성 퍼라이트.
제 3 항에 있어서, 무기바인더는 물유리 또는 인산염인 것임을 특징으로 하는 식물배지용 기능성 퍼라이트.
제 1 항에 있어서, CEC가 10cmolc/kg 이상인 황토, 제올라이트, 벤토나이트 및 사문석 등 점토질광물로부터 선택된 1종 이상의 것임을 특징으로 하는 식물배지용 기능성 퍼라이트.
제 1 항에 있어서, 바인더 용액 또는 점토질광물에 비분을 더 첨가하는 것임을 특징으로 하는 식물배지용 기능성 퍼라이트.
제 8 항에 있어서, 비분은 무기비분 또는 유기비분인 것임을 특징으로 하는 식물배지용 기능성 퍼라이트.