KR20050000265A

KR20050000265A - 나노 실버와 알리신이 함유된 액상 복합비료 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20050000265A
Application number: KR1020030040883A
Authority: KR
Inventors: 김우협
Original assignee: 나노바이오주식회사
Priority date: 2003-06-23
Filing date: 2003-06-23
Publication date: 2005-01-03

Abstract

본 발명은 항균/살균력이 우수한 은 나노 미립자와 마늘의 살균작용물질인 알리신을 이용하여 엽면 살포가 가능한 액체비료를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 마늘 추출물인 알리신을 수용액과 질산은 수용액을 반응시켜 나노 크기의 은 콜로이드를 생성시키는 단계, 식물의 성장에 필요한 미네랄 원소들을 위의 나노 은-알리신 콜로이드에 첨가하는 단계, pH 조절하는 단계 등으로 구성되어 있다.

본 발명은 항균력이 우수한 은 미립자를 약 30nm의 크기로 형성시키고 표면에 알리신이 흡착되도록 하였으며 계면활성제를 소량 첨가하여 작물에 대한 흡수력이 뛰어나도록 하였다. 특히 항균/살균력이 우수한 은 미립자와 알리신의 상호작용으로 병해충 발생을 최대한 억제할 수 있도록 하였으며, 세균에 대해 내성이 없는 나노 크기의 은 미립자를 사용함으로써 항균력이 지속적으로 유지될 수 있는 효과를 제공함을 특징으로 한다.

Description

나노 실버와 알리신이 함유된 액상 복합비료 및 그 제조방법{ Aqueous Composite Fertilizer containing Nano Silver-Allicin and its Manufacturing Process }

은은 박테리아, 곰팡이균 등은 물론 일반 항생제가 전혀 듣지 않는 바이러스까지 약 650 여 종의 각종 병원체에 대하여 광범위한 살균 효력이 있는 것으로 알려져 있다. 이와 같은 은의 살균효과는 고대부터 인류에 알려져 은수저는 독극물 여부 및 살균 목적으로 이용되었으며, 고대 그리스인들은 은 항아리에 물을 저장하였고, 서부 개척시대 미국인들은 은 동전이 필수 소지품 하나로써 막 짜낸 우유에 은 동전을 넣어 살균 후 마셨다고 한다. 은 극미립자는 쉽게 바이러스, 박테리아,곰팡이, 세균 등의 세포 속으로 침투하여 호흡할 때 필요한 효소의 기능을 정지시켜 질식시킴으로 이들을 죽게 하며, 여타의 항균제가 장기적으로 사용하면 미생물등에 내성이 생기는 데에 반해 은은 내성이 없는 천연 항균제로서 잘 알려져 있다. 이러한 은의 항균성을 이용하여 건축용 실란트, 냉장고, 세탁기, 공기청정기, 생활용품, 정수기, 섬유, 플라스틱 등 항균성이 요구되는 다양한 분야에 이용되고 있는 실정이다.

한편 알리신은 마늘을 으깨거나 다지면 allin이 allinase와 반응하여 형성되는 물질로서 마늘 특유의 매운향을 내게 하는 물질이다. Allicin은 곤충과 곰팡이, 토양미생물로부터 마늘을 보호하는 기능을 갖고 있는 천연물질로 알려져 있다. Allicin의 유전자 구조에 관한 연구를 담당한 이스라엘 Weizmann Institute의 화학자 David Mirelman氏의 연구결과에 따르면 allicin은 고혈압을 예방하는데 효과적이며, 당뇨와 설사치료 및 심장질환의 발병율을 낮추며 암으로 인한 사망률도 감소시키는 효과를 지니고 있으며, 병원균에 의한 질병을 막아주는 항생제효과를 지니고 있는 것으로 알려졌다. 이러한 효과를 이용하여 고려대 안암병원 비뇨기과 천준교수는 '전립선암과 방광암의 예방 및 치료제로서 마늘 항암성분(알리신)의 제조 및 임상적 이용'에 대한 미국특허를 취득한 바 있다 알리신 Img은 페니실린 15단위 상당의 살균 효과를 지니고 있다는 연구결과 보고가 있다. 이러한 마늘 추출물의 우수한 효과를 이용하여 마늘 추출물을 이용한 액상비료 등이 상용화되고 있는 실정이다.

그러나 은의 우수한 항균성에도 불구하고 고가의 귀금속일 뿐만 아니라 제조비용이 막대하여 비료의 원료로서의 적용은 알려진 바가 없으며, 마늘 추출물을 이용한 액상 비료는 물에 대한 용해도가 낮으므로 완전히 용해되지 않아 일부는 추출물 자체의 상태로 있으므로 100%의 효과를 얻을 수 없다는 단점이 있다.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 복합비료를 제조함에 있어 나노 기술을 적용하여 살균 효과가 우수한 것으로 알려진 알리신 콜로이드를 이용하여 세균에 내성이 없는 천연 항균제로 알려진 은을 나노 미립자화하여 비료의 원료로 사용함으로써 병해충의 발생을 최소로 억제시키는 고기능성의 복합비료를 제조함을 주 목적으로 한다. 이와 더불어 산성비료의 농작물이 생육장애를 일으키고, 일정 pH이상의 산성비료를 살포할 경우 농작물이 자랄 수 없으므로 이를 방지하기 위하여 중성에 가까운 pH를 갖는 기능성 액상 복합비료를 제조하고자 한다.

도 1은 나노 실버와 알리신이 함유된 액상 복합비료의 제조 공정 흐름도

도 2는 실시예 1에 따라 제조된 은-알리신 콜로이드내의 은 나노 미립자의 전자투과현미경 사진

도 3는 실시예 3에 따라 제조된 은-알리신 콜로이드내의 은 나노 미립자의 전자투과현미경 사진

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 콜로이드 실버와 알리신이 함유된 액상 복합비료의 제조방법은 마늘 추출물인 알리신을 수용액과 질산은 수용액을 반응시켜 나노 크기의 은 콜로이드를 생성시키는 단계, 식물의 성장에 필요한 미네랄 원소들을 위의 나노 은-알리신 콜로이드에 첨가하는 단계, pH 조절하는 단계 및 여과단계를 포함한다. 이러한 복합 비료의 제조 방법의 흐름도를 도1에 나타내었다.

1. 알리신 수용액과 질산은 수용액의 반응 단계 : 본 공정에서는 알리신 수용액과 질산은 수용액을 혼합하여 반응시켜 은 나노 미립자 콜로이드와 알리신의 복합체를 제조하는 단계이다. 마늘 추출물인 알리신(화학식명 : 2-propene-1-sulfinothioic acid S-2-propenyl ester)의 화학식은 C₆H₁₀OS₂으로서 한 분자내에 두 개의 황 원자를 지니고 있으며 에스테르 화합물로서 물에 녹일 경우 뿌연 현탁액으로 존재한다. 이를 용해시키기 위해 40-80℃로 가열한 다음 질산은 용액을 가하고 동일 온도에서 반응을 시키면 비공유전자쌍을 지닌 알리신의 황원자에 은 이온이 흡착을 하게 되고 핵이 생성되어 입자가 성장하게 된다. 은 미립자가 생성됨에 따라 용액의 색은 점점 검은색으로 변하게 되며 일부 입자들은 뭉치어 침전을 형성하기도 한다. 따라서 은 나노 미립자를 얻기 위해서는 입자의 성장 단계를 조절해주거나 입체적 장애 효과를 지닌 계면활성제를 첨가하여 주어야 한다. 입자의 성장 단계의 제어는 반응 온도, 반응 시간 및 농도를 조절하여 줌으로써 가능하며, 첨가되는 계면활성제는 CTAB, SDS, NP-9, Tween-20 등 다양한 종류가 사용될 수 있으나 비이온성 계면활성제를 사용하는 것이 보다 바람직하다. 본 발명에서는 비이온성 계면활성제를 전체 비료 중량의 0.05∼1.0%가 되도록 가하여 입자가 응집되는 것을 최대한 방지하였으며, 최종 은의 함량은 0.1∼2.0wt.%가 되도록 농도를 조절하였다. 보다 실제적으로는 최종 액상 비료를 500배 희석하였을 경우 은 함량이 5∼10ppm이 될 수 있도록 알리신-은 콜로이드내의 은의 함량을 0.5∼1.0wt.%으로 조절하였다. 이때 생성되는 은 미립자의 크기는 약 30nm로서 도 2에 예시하였다.

2. 은-알리신 콜로이드에 식물의 성장에 필요한 미네랄 원소들을 첨가하는 단계 : 본 공정에서는 식물의 성장에 필요한 다량필수원소인 질소, 인산, 가리, 칼슘, 마그네슘 및 미량필수원소인 붕소, 망간, 철, 구리, 아연, 몰리브덴 등을 첨가시키는 공정이다. 먼저 일정량의 물에 첨가하고자 하는 미네랄원소들을 포함하고 있는 원료의 혼합액을 만든 다음 이를 일정 온도로 가열된 은-알리신 콜로이드에 가하여 준다. 본 발명에서는 나노 미립자의 은이 응집되어 침전되는 현상을 막기 위하여 질산가리(KNO₃), 인산(H₃PO₄), 가성가리(KOH), 붕산(BH₃O₃), 황산망간(MnSO₄· 5H₂O) 등을 첨가하였다. 질산가리는 비료 전체의 중량부에 대하여 8.0%, 인산은 6.7%, 가성가리는 4.5%, 붕산은 0.2%, 황산망간은 0.4%를 가하여 주었다.

3. pH 조절단계 및 여과단계 : 상기와 같이 제조된 비료 원액의 pH는 약 1.7로서 강산성을 나타낸다. 위 비료 원액을 500배 희석하여 사용하더라도 pH는 약 4가 되어 산성을 띠게 되어 식물의 성장에 장애를 가져올 여지가 있다. 이를 방지하기 위하여 고농도의 가소소다나 암모니아 수용액을 미량 가하여 미네랄이 녹은 수용액에 가하고 난 후 이를 은-알리신 콜로이드에 가하거나 또는 은-알리신 콜로이드와 미네랄이 혼합된 용액에 가하여 최종 pH가 4∼8이 되도록 조절하였다. pH를 조절한 미네랄이 녹은 수용액을 은-알리신 콜로이드에 가하 제조된 액상 복합비료를 여과 장치를 사용하여 극미량의 침전물, 먼지, 불순물 등을 제거하였다.

본 발명에 의해 제조된 기능성 액상 복합비료를 분석한 결과 보증 성분, 은 및 알리신의 함량은 표1에 예시한 것과 같이 나타났다.

[표1]

〈실시예 1〉

상온에서 97.6중량부의 물에 48%의 알리신 2.2중량부를 가하여 교반 후 온도를 60℃까지 서서히 올려주고, 1시간 동안 교반하여 물과 용해되도록 하고 0.2중량부의 Tween-20을 가하여 준다. 여기에 96.54중량부의 물에 질산은 3.46중량부를 녹인 수용액을 가하여 주고 교반하면서 2시간 동안 반응을 진행시킨다. 물 65중량부에 질산가리 16중량부, 인산 13.4중량부, 가성가리 9중량부, 붕산 0.4중량부, 황산망간 0.8중량부의 비율로 가하여 녹인 용액을 위의 은-알리신 콜로이드에 가하고 1시간 동안 추가로 혼합한 다음 상기 용해액의 pH를 암모니아수를 가하여 4.5로 조절하고 여과하여 최종 제품화한다. 실시예 1에 의하여 제조된 액상 복합 비료중의 은 나노미립자의 사진을 도 2에 나타내었다.

〈실시예 2〉

실시예 1과 동일하게 은-알리신 콜로이드를 제조한다. 여기에 첨가되는 미네랄을 함유하는 용액은 물 60.4중량부에 대하여 질산가리 16중량부, 인산 13.4중량부, 가성가리 9중량부, 붕산 0.4중량부, 황산망간 0.8중량부의 비율로 가하여 제조하고 암모니아수를 가하여 용액의 pH를 5로 조절하고 이를 은-알리신 콜로이드에 가하여 1시간 동안 교반한 다음 여과하여 최종 제품화한다.

〈실시예 3〉

상온에서 99.7중량부의 물에 48%의 알리신 1.1중량부를 가하여 교반 후 온도를 70℃까지 서서히 올려준고, 1시간 동안 교반하여 물과 용해되도록 하고 온도를 40℃로 낮추고 0.2중량부의 Tween-20을 가하여 준다. 여기에 99.13중량부의 물에 질산은 0.87중량부를 녹인 수용액을 가하여 주고 교반하면서 4시간 동안 반응을 진행시킨다. 물 60.4중량부에 질산가리 16중량부, 인산 13.4중량부, 가성가리 9중량부, 붕산 0.4중량부, 황산망간 0.8중량부의 비율로 가하여 녹인 용액을 위의 은-알리신 콜로이드에 가하고 1시간 동안 추가로 혼합한 다음 상기 용해액의 pH를 암모니아수를 가하여 4.5로 조절하고 여과하여 최종 제품화한다. 실시예 3에 의하여 제조된 액상 복합 비료중의 은 나노미립자의 사진을 도 3에 나타내었다.

〈실시예 4〉

상술한, 본 발명에 따른 액상의 복합비료 및 그 제조방법에 의하면 식물의 성장에 필요한 비료에 나노 기술을 이용하여 은 미립자와 알리신을 첨가함으로써 비료의 고유한 기능 외에 살균작용이 우수한 알리신과 항균/살균성이 우수한 은 나노 미립자로 인해 병해충의 생성을 억제할 수 있으므로 농작물의 수확량의 증대를 가져올 수 있다. 나아가, 알리신과 은 나노 미립자의 항균/살균 작용으로 충 및 균의 생성을 억제할 수 있으므로 농약이 시비할 필요가 없게 되어 무공해 농작물을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 경비의 절감이라는 이중 효과를 얻을 수 있다는 장점이 있다.

Claims

계면활성제를 첨가한 알리신 수용액에 질산은 수용액을 가하여 나노 크기의 미립자가 분산된 실버 콜로이드를 제조하는 단계와 상기의 콜로이드에 물에 질산가리, 인산, 가성가리, 붕산, 황산망간이 용해된 용액을 가하는 단계와 산성화를 방지하기 위해 염기성 용액을 가하여 pH를 조절하는 단계와 이를 여과하여 최종 제품으로 하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
제 1항에 있어서, 은-알리신 콜로이드를 제조하기 위하여 알리신 수용액을 가열하고 질산은 수용액을 가하여 40∼80℃의 온도에서 반응시켜 은-알리신 콜로이드를 제조하는 방법.
제 2항에 있어서, 은-알리신 콜로이드를 제조하기 위하여 가하여 주는 은이 질산은, 초산은, 시안화은 등을 사용하는 방법.
제 1항에 있어서, 제조된 은-알리신 콜로이드에 함유된 은의 함량이 0.1∼5.0%이고 알리신의 함량이 0.05∼5.0%가 되도록 하는 방법.
제 1항에 있어서, 액상 복합비료의 산성화를 방지하기 위하여 알칼리 물질을 사용하여 pH를 4∼8로 조절하는 방법 및 가성가리, 가성소다, 암모니아수 등의 알칼리물질을 사용하여 pH를 조절하는 방법.
제 1항에 있어서, 액상 복합비료를 제조함에 있어서 첨가되는 원료혼합비율이 질산가리 4∼12%, 인산 4∼11%, 가성가리2∼10%, 붕산 0.1∼1%, 0.2∼2%인 것을 특징으로 하는 액상 복합비료의 제조방법.
제 1항에 있어서, 사용되는 계면활성제는 양이온계 계면활성제, 음이온계 계면활성제, 비이온계 계면활성제, 양쪽성 계면활성제, 불소계 계면활성제, 실리콘계 계면활성제 등 다양한 종류의 계면활성제를 단독 혹은 둘 이상 혼용하여 전체 비료의 중량에 대해 0.05∼1.0%로 가하여 주는 제조방법.
상기의 액상 복합비료의 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 액상 복합비료