KR20090129508A - 토양 개질제 적용 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다음을 포함하는 토양 경작, 특히 녹지 및 기존 식생지대의 토양 경작방법 및 상기 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다: a.) 미리-팽윤된 입자 분산체 및/또는 하이드로겔로서 존재하는, 운반 가능한 적용 형태의 토양 개질제를 제조하는 단계; b.) 상기 단계에서 제조된 적용 형태의 토양 개질제를 도입 장치로 운반하는 단계; c.) 상기 토양 개량제를 도입 장치에 의해 도입하는 단계.

토양 개질제, 분산, 하이드로겔, 수-팽윤성, 녹지, 식생지대

Description

토양 개질제 적용 장치 및 방법{Apparatus and method for the application of soil conditioners}

본 발명은 토양 개질제를 도입하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

식생지대(vegitation area)(특히 잔디지대)의 집약적 이용 및 필요 유지 관리는 흔히 잔디 웨어(turf wear), 특히 토양 내 고체 미세입자의 결합을 야기한다. 상기 압축(compaction)은 큰 공간 또는 다공질 공간, 또는 이외 토양 내 전체 공극이 감소하여 발생한다. 압축이 되면 토양 내의 물 침투(infiltration), 투수(seepage) 및 배수(drainage)를 감소시키고, 모세관 작용을 파괴하며, 토양 기체, 특히 토양 산소의 대기와의 교환을 제한하게 된다. 또, 압축은 뿌리 성장을 느리게 하고 이에 따라 잔디의 비적절한 성장을 야기한다; 예를들어, 일부는 근계(root system)를 실질적으로 감소시키고, 흔히 깊은 뿌리의 건조를 야기한다.

배수 이외에 튼튼한 뿌리 성장을 야기하고 토양-공기-물 비율을 향상시키기 위하여, 식생지대(예컨대 잔디)를 적절히 경작하는 것은 조원(landscape gardening)을 포함한 원예에 있어서 항상 문제가 되어 왔다. 그리고 과거의 농기계 제조자들은 상기 문제에 대한 해결책을 찾고자 수많은 장치를 개발 및 시험하였다.

코어 경작(core cultivation)(공기첨가(aerification))은 토양 뿌리 구역의 압축상태를 감소시키는 장기간 프로그램의 일종으로 널리 알려진 방법이다. 상기 목적을 위한 다양한 유형의 코어 경작 기기를 상업적으로 구매할 수 있다.

그러나 장기간에 걸쳐 상기 경작 기기를 사용할 경우 처리 층 아래의 토양, 즉 하부토양(subsoil)이 압축되는 것이 발견되었다. 이처럼 압축된 하부 토층은 첫째로 토양 내의 원하는 물순환을 파괴하고, 둘째로 식생지대(또는 잔디)의 원하는 뿌리 성장을 파괴한다.

상기 하부토양 경작의 문제점을 해결하기 위하여, EP 0 627 158에는 압축된 토양 층을 흩뜨리도록, 적절한 압력 수단을 사용하여 비압축성 액체를 토양에 주입하는 경작 장치를 제안하고 있다. 상기 문헌에는 비압축성 액체, 즉 비압축성 뉴튼유체(newtonian fluids) 또는 이외 유압액(hydraulic fluids)으로 물 또는 액체 비료 및 제초제를 명시적으로 언급하고 있다.

그러나 EP 0 627 158에서 기술된 장치가 토양 통기(aeration)에서 매우 우수한 결과를 제공하고, 그 결과 토양의 물 흡수성이 향상되더라도, 그 장치가 토양 내의 영구적 물 및 영양분을 저장하는 수단이 될 수는 없다. EP 0 627 158에 따라 경작을 수행할 경우의 단점은 특히, 제품이 액체 형태로 주입되는 경우, 토양에 존재하는 슬러지 성분, 소위 0.1mm 미만 입자 크기를 갖는 미립자가 투입 벌룬(balloon) 보다 낮은 부위에 영구적으로 침전되어, 하부토양을 밀폐(closure)시키고, 그 결과 토양의 모세관 구조가 보존되지 않는다는 점이다.

토양 내에 영구적으로 물 및 영양분을 저장하는 수단은 특히 수-팽윤성 중합체 형태의 토양 개질제(soil conditioner)를 주입하는 것이다. 상기 토양 개질제는 예컨대 물 및 영양분을 저장하기 위한 토양 보조제이면서 뿌리 보호 겔로서 유용하게 사용될 수 있다. 상기 방법을 기술한 예로는, 참조문헌 US 5,303,663을 들 수 있다. 상기 문헌에는 토양에서의 식물 성장을 개선하기 위하여, 수-흡수성 또는 수-팽윤성 중합체 입자를 건조된 형태로 토양에 첨가하는 방법이 기술되어 있다. 이처럼 농업(즉, 농작), 임업 및 원예용 토양 개질제로는 예컨대 STOCKOSORB® 브랜드명 하에 Stockhausen GmbH에서 판매되는 것을 들 수 있다.

상기 토양 개질제는 토양 특성 또는 기후 조건으로 인한 물 및 영양분이 불충분하게 저장되는 경우에 토양에 첨가된다. 상기 경우의 예로는 물 및 영양분의 저장이 매우 제한적인 모래 및 투과 토양(pervious soils)을 들 수 있는데, 이는 식물에 의해 사용되지 않는 대부분의 우수(rainwater) 및 관개용수(irrigation water)가 배수되고 및/또는 보통의 모세관을 통해 매우 빠르게 증발하기 때문이다. 또 영양분은 뿌리 구역 밖에서 매우 용이하게 씻겨 제거된다.

원칙적으로 식물-이용가능한 물의 양은 식물 성장의 질을 결정하는 한가지 요인이다. 그럼에도, 식물의 물공급은 변화량이 상당하다. 예를들어, 강수 부족 및 가뭄은 토양 내의 물 성분을 성장에 요구되는 최소의 양 밑으로 급격히 떨어뜨린다. 이 경우 가뭄 피해 및 식물 고사를 억제하기 위하여, 이후에 노동-집약적인 관개(irrigation)를 필요로 한다. 특히, 대지 중 건조 지역에서는 천연의 물 자원이 부족하므로 관개 수단은 매우 고 비용이 된다. 호텔 및 골프 코스의 녹지(green areas), 잔디 및 승마장 등과 같은 건조 지역에서는(이들은 흔히 휴일 영역(holiday regions)이기도 함) 물의 50% 이상이 식물의 뿌리에 도달하기 전에 증 발되기 때문에, 예컨대 조경 관리 및 유지 형태로 농업(즉, 농작), 임업 및 조경을 효율적으로 수행하도록 세심한 물관리가 필요하다.

앞에서 언급된 수-팽윤성 물질, 예컨대 US 5,303,663에서 기술된 수-팽윤성 토양 개질제 또는 Stockhausen GmbH로부터 STOCKOSORB®의 브랜드명 하에 판매되는 수-팽윤성 중합체의 단점은 특히 골프지대 및 다른 모든 식생지대 및 잔디지대에서는 상기 조성물을 적용한 후에 그 지역을 바로 사용할 수 없다는 사실이다. 이는 상기와 같은 매우 유익한 토양 개질제를 적용하는데 하나의 장애가 되었다. 또 상기와 같은 건조 형태의 수-팽윤성 토양 개질제를 첨가하는 것은 실제로 매우 어렵고, 또한 이를 토양에 첨가하면 매우 비균일하게 되어 토양이 비안정적으로 됨이 관찰되었다. 이와같은 사실은 식생지대 원래의 릴리프(relief)에 직접적인 변화를 야기한다. 그러나 토양 릴리프의 상기와 같은 변화는 스포츠 경기장 및 골프 코스 경우 전혀 허용될 수 없는 일이다.

따라서 특히 녹지, 및 기존의 식생 보호 구역에 있어서, 첫째 식생지대 원래의 릴리프를 변화시키지 않고 효율적인 토양 공기첨가(soil aerification)를 가능하게 하고, 둘째 토양 내에 영구적으로 물 및 영양분을 저장할 수 있는 경작 방법 및 상기 경작 방법을 수행하도록 토양 개질제를 도입하기 위한 장치가 필요하다.

따라서 본 발명의 목적은 영양분의 지하수로의 방출 감소시켜, 관개 및 비옥화 비용을 줄이는 것을 포함하여, 토양의 이용가능한 물 수용력 또는 식물의 이용가능한 물의 양을 영구적으로 증가시키고, 동시에 식물에 물공급이 균일하도록 하여 빠르면서도 우수한 뿌리 성장이 가능하도록 하는 경작 방법 및 상기 경작 방법을 수행하기 위한 장치를 제공하는 것이다.

본 발명자들은 매우 놀랍게도, 다음의 단계를 포함하는 경작 방법, 특히 기존의 녹지 및 기존의 식생지대에서의 경작 방법을 발견하였다:

a.) 미리-팽윤된 입자 분산체(dispersion) 및/또는 하이드로겔로서 존재하는, 운반가능한 적용 형태의 수-팽윤성 토양 개질제를 제조하는 단계,

b.) 상기 단계 a.)에서 제조된 적용 형태의 토양 개질제를 도입 장치로 운반하는 단계,

c.) 상기 토양 개질제를 도입 장치에 의해 도입하는 단계.

본 발명에 따르면, 이용가능한 토양 개질제는 운반가능한 적용 형태로, 바람직하게는 분산체 및, 보다 바람직하게는 하이드로겔 형태로 사용될 수 있는 모든 조성물을 포함한다. 상기 토양 개질제는 농업(즉 농작) 및 원예에 있어서 예컨대 물 및 영양분을 저장하기 위한 보조제이면서도 식물 육종을 위한 합성 토양에서는 뿌리-보호 겔로서 작용한다.

그러나 본 발명에서는 운반가능한 적용 형태의 토양 개질제를 건조 형태로 경작될 토양 또는 식생지대에 도입하지 않는다. 그 대신에 수-팽윤성 토양 개질제를 미리-팽윤시킴으로써, 토양 개질제가 미리-팽윤된 입자 분산체 및/또는 하이드로겔로서 존재하도록 하는 것이 필요하다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 토양 개질제는 적어도 3차원의 중합 네트워크를 형성하고, 상당한 양의 물 또는 수용액을 흡수하여 팽윤 및 하이드로겔 형성이 가능하며, 심지어 외부 압력의 작용 하에서 흡수한 액체 양을 보유할 수 있는, 적어도 하나의 수-불용성 가교 중합체로서 그 예로는 카르복실기를 함유하며, 하이드로겔을 형성할 수 있는 모든 가교 폴리(메트)아크릴레이트가 있다. 또, 여기서 흡수성 중합체에는 예컨대 다당류, 알지네이트, 펙틴, 젤라틴, 구아르, 카르복시메틸셀룰로오스 등과 같은 천연 물질을 기초로 한 수-팽윤성 중합체, 또는 아크릴산, 메타크릴산, 아크릴아미드, 아크릴로니트릴, 스티렌 및 이들의 유도체 등의 합성 물질을 기초로 한 수-팽윤성 또는 하이드로겔-형성 중합체일 수도 있다.

특히, 본 발명에 따라 사용하기 위한 카르복실기를 함유하는 적절한 폴리(메트)아크릴레이트에는 주로, 그리고 바람직하게는 아크릴산, 아크릴아미드, 메타크릴산 및 메타크릴아미드 단량체 이외에 추가적으로 아크릴오니트릴, 메타크릴오니트릴, N, N-디메틸아크릴아미드, 비닐피리딘과 같은 다른 수용성 단량체 및 추가적으로 수용성 중합성 산 및 그 염(특히 말레산, 푸마르산, 이타콘산, 비닐술폰산, 또는 아크릴아미도메틸프로판술폰산); 및 중합성 산의 히드록시-함유 에스테르(특히 메타크릴산의 히드록시에틸 및 히드록시프로필 에스테르); 및 추가적으로 중합성 산의 아미노-함유 및 암모늄 함유 에스테르 및 아미드(디알킬아미노 에스테르, 특히 아크릴산 및 메타크릴산의 디메틸- 및 디에틸아미노알킬 에스테르, 및 트리메틸- 및 트리메틸암모니오알킬 에스테르 및 상응하는 아미드)로부터 형성되는 것들이 있다.

본 발명에 따라 사용하기 위한 폴리(메트)아크릴레이트는 앞에서 언급한 카르복실레이트-함유 단량체로부터 오로지 형성될 수 있거나, 카르복실기를 갖지 않는 단량체를 가지고 공중합체 형태로도 결합할 수 있다. 공중합체에서, 카르복실레리트 단량체의 비율은 90 내지 10 몰%, 바람직하게는 60 내지 30 몰%이다.

또 일부 또는 완전 수-불용성 단량체 소량이 상기 단량체, 예컨대 비닐 에스테르 및 C₁-C₁₀-알코올, 스티렌 및 알킬레이트 스티렌을 갖는 아크릴산 및/또는 메타크릴산의 에스테르와 공중합 되는 것도 가능하다. 일반적으로, 수용성 단량체의 비율은 단량체의 전체를 기초로 80 내지 100% 중량%이다. 수-불용성(소수성) 단량체는 일반적으로 단량체의 0 내지 20중량%를 구성한다.

산성 단량체 성분은 중합화되기 전에 중화될 수 있으며, 그 중화 정도는 바람직하게는 10 내지 95 몰%, 보다 바람직하게는 50 내지 90 몰%, 및 보다 더 바람직하게는 70 내지 95 몰%이다. 중화에 유용한 염기에는 보통의 무기 및 유기 화합물을 모두 포함할 수 있다; 특히 소듐 히드록시드 용액, 포타슘 히드록시드 용액 및 암모니아 또는 암모늄 히드록시가 바람직하다.

상기 언급된 단량체와 함께, 분자 내에서 하나 이상의 반응기를 지닌 가교 단량체도 낮은 비율로 중합된다. 이는 더 이상 수용성이 아닌, 오직 수-팽윤성인 가교 중합체를 일부 형성하게 된다.

가교 단량체의 예로는 양 기능성 또는 다 기능성 단량체를 포함하며, 그 예로는 메틸렌비스아크릴아미드 또는 -메타크릴아미드 또는 에틸렌비스아크릴아미드와 같은 아미드, 및 또한 알릴(메트)아크릴레이트, 알콕시레이트 알릴(메트)아크릴레이트(1 내지 30 몰의 에틸렌 옥사이드와 반응됨), 트리알릴 시아누레이트, 디알릴 말레에이트, 폴리알릴에스테르, 테트라알릴옥시에탄, 트리알릴아민, 테트라알릴에틸렌디아민, 인산 또는 아인산의 알릴 에스테르와 같은 알릴 화합물, 및 또한 메타크릴아미드 또는 아크릴아미드와 같은 N-메틸올 화합물 및 이들로부터 유도된 에테르와 같은 가교성 단량체, 및 또한 디아클릴레이트 또는 트리아크릴레이트(예컨대 부탄디올 디아크릴레이트 또는 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 폴리글리콜 디(메트)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 트리메틸올프로판의 디- 및 트리아크릴레이트(이들은 바람직하게는 1 내지 30 몰의 알킬렌 옥사이드, 아크릴레이트 및 글리콜 및 펜타에티트리올의 에스테르를 갖는 알콕실레이트(에톡실레이트)화 됨)의 에스테르, 글리세롤의 디- 및 트리아크릴레이트의 에스테르 및 펜타에리트리톨(이들은 바람직하게는 1 내지 30 몰의 에틸렌 옥사이드로 에톡실레이트화 됨)과 같은 폴리올 및 알콕실레이트 폴리올의 에스테르를 들 수 있다.

메틸렌- 또는 에틸렌비스(메트)아크릴아미드, N-메틸올아크릴아미드 및 트리알릴아미드를 사용하는 것이 바람직하다. 가교 공단량체의 비율은 총 단량체를 기준으로 0.01 내지 2.5중량%, 바람직하게는 0.01 내지 1.0중량% 및 보다 바람직하게는 0.01 내지 0.1중량%이다.

본 발명에 따라 사용하기 위한 카르복실레이트-함유 중합체는 그라프트 베이스(graft base)인 수용성 중합체를 바람직하게는 최대 30중량%까지 함유할 수 있다. 이들에는 일부 또는 전부가 가수분해된 폴리비닐 알코올, 전분 또는 전분 유도체, 셀룰로오스 또는 셀룰로오스 유도체, 리그닌 또는 리그닌 유도체, 폴리아크릴산, 폴리글리콜 또는 이들의 혼합을 포함한다.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 사용하기 위한 중합체는 후가교될 수 있다. 후가교는 겔 안정성, 압력하의 액체 흡수 및 흡수율에서 상당한 개선을 유도한다. 이때 사용되는 화합물은 일반적으로 적어도 2개의 작용기를 소유하여, 상기 중합체 입자의 표면에서 중합체의 작용기를 가교할 수 있다. 알코올, 아민, 알데하이드, 글리시닐 및 에피클로로 작용기가 바람직하고, 또한 다수의 다른 작용기를 갖는 가교제 분자를 사용하는 것도 가능하다.

예로는 하기의 가교제를 포함한다: 에틸 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 글리세롤, 폴리글리세롤, 프로필렌 글리콜, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 폴리프로필렌 옥사이드, 에틸렌 옥사이드 및 프로필렌 옥사이드의 블록 공중합체, 소르비탄 지방산 에스테르, 에톡실레이트 소르비탄 지방산 에스테르, 에톡실레이트 소르비탄 지방산 에스테르, 트리메틸올프로판, 에톡실레이트 트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨, 에톡실레이트 펜타에리트리톨, 폴리비닐 알코올, 소르비톨, 에틸렌 카르보네이트, 프로필렌 카르보네이트 및 폴리에폭시드(예컨대 에티리렌 글리콜 디글리시딜 에테르).

후가교제로서 에틸렌 카르보네이트와 작용하는 것이 바람직하다. 후가교제는 후가교될 중합체를 기초로 0.01 내지 10 중량% , 바람직하게는 0.1 내지 5 중량%, 보다 바람직하게는 0.1 내지 1 중량%의 양으로 사용되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따라 사용하기 위한 폴리(메타)아클릴레이트의 제조는 통상의 방법을 통해 수행될 수 있다: 바람직하게는 중합화 용기에서 회분식 또는 연속식(예컨대 연속 벨트 상에서)으로 수용액 안에서 중합화하는 것이 바람직하다. 중합화는 자유-라디칼 중합화를 유발하는 통상의 개시자 또는 산화화원 시스템을 사용하여 유발된다. 적절한 15 내지 50 중량%의 출발 단량체 농도를 갖고, 실질적으로 단열 프로파일(adiabatic profile) 중합화를 하는 경우, 수용액 중합체 겔이 형성된다. 출발 단량체 농도 및 이에 상응하는 낮은 출발온도(0 내지 50℃ , 바람직하게는 5 내지 25℃ 온도 범위)를 선택하면 중합화가 수행될 수 있다. 이 경우 중합화는 수용성 중합체 겔이 형성되는 최대 온도를 효과적으로 제어할 수 있게된다. 중합화가 종료된 후, 중합체 겔은 기계식 분쇄, 건조, 연마 및 선택적 표면 가교 된다.

또 폴리(메타)아크릴레이트를 제조하는데 현탁 중합(suspension polymerization) 방법이 적당하며, 이 방법을 사용하면 중합하는 동안 개별(discrete) 중합체 입자를 중합하는 동안 가능한 빨리 형성된다.

표면 후가교제의 첨가 과정에서, 중합체 입자는 완전하게 혼합되어야 한다. 후가교제를 적용하는데 적당한 혼합 장치에는 예를들어, Patterson-Kelley 믹서기, DRAIS 터뷸런트 믹서기, Lodige 믹서기, Ruberg 믹서기, 스크루 믹서기, 팬 믹서기 및 유동화 베드 믹서기(fluidized bed mixers) 및 연속 직립식 믹서기(continuous upright mixers)가 있을 수 있다. 이때 분말은 회전 블레이드 수단을 통해 빠른 빈도로 혼합된다(Schugi 믹서기). 일단, 바람직하게는 용액 형태의 후가교제가 중합체 입자와 혼합되면, 80 내지 250℃의 온도, 바람직하게는 135 내지 125℃의 온도 및 보다 바람직하게는 150 내지 200℃의 온도까지 가열하여 후가교 반응이 일어나도록 한다. 최적의 후가열 지속시간은 각각의 가교제 유형에 따라 몇몇 시험을 통해 용이하게 결정될 수 있다. 이는 원하는 초흡수성 성질 프로파일이 열 손상으로 인해 다시 파괴되는 지점에 의해 한정된다. 예를들어, 180℃의 온도에서의 후가교 시간은 보통 30분 미만이다.

폴리(메트)아크릴레이트에는 추가적으로 예컨대, 포타슘 스테아레이트, 폴리글리콜, 실리카스, 벤토나이트 등의 가공(processing) 조제 및 컨디셔닝 조제(conditioning aids)를 포함할 수 있다.

본 발명에 따라 사용하기 위한 폴리(메트)아크릴레이트의 잔류 단량체 성분은 1000ppm으로 낮다(예컨대 250 ppm 미만임). 보다 바람직하게는, 생태독성학적으로(ecotoxicologically) 해로운 단량체, 예를 들어 아크릴아미드의 잔류 성분은 250 ppm 미만, 바람직하게는 100 ppm 미만 또는 보다 바람직하게는 50 ppm 미만이다.

본 발명에 따라 사용하기 위한 폴리(메트)아크릴레이트의 물 및 수용액에 대한 흡수력은 광범위한 범위 내에서 다양할 수 있고, 단량체 성분, 가교제 및 후가교제(적절한 경우)에 의해 조절된다.

2.5μS의 전도율을 가지면서 30g/g 이상, 바람직하게는 50g/g 이상 및 보다 바람직하게는 65g/g의 합성 토양 용액의 중합체를 흡수하는 폴리(메트)아크릴레이트를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 합성 토양 용액은 물 10ℓ당 NaCl 0.71g, NaN₃ 0.065g, KCl 1.676g, NH₄Cl 0.353g, MgCl₂ x 6H₂O 3.363g, CaCl₂ x 2H₂O 10.5g 및 FeCl₃ x 6H₂O 0.019g을 포함하고 있다. 1g의 폴리(메타)아크릴레이트를 상기 용액 200ml에서 자석 교반기를 사용하여 15분 동안 교반한 후, 45분간 정지한 다음, 100 메시 체를 통해 여과하였다. 액체의 흡수량 및 출발 중합체 질량 지수를 통해 흡수치를 도출할 수 있다.

카르복실레이트가 없는 중합체(특히 아크릴아미드)를 사용하여 제조된 폴리(메트)아크릴레이트 공중합체는 사용하는 도중 빈번하게 변화하는 습기 및 건조 상에 대하여 높은 장-기간의 흡수 안정성을 보유한다.

본 발명에 따라 사용하기 위한 폴리(메시)아크릴레이트의 가용성 분획은 일반적으로 20 중량% 미만, 바람직하게는 15 중량% 미만 및 가장 바람직하게는 10 중량% 미만이다.

본 발명에 따른 방법에서 사용하기 위한 중합체의 입자크기는 적용하는 바에 따라 달라질 수 있다; 일반적으로는 0.2 내지 3mm 범위에 있다.

본 발명의 추가적인 구현예에서, 폴리(메트)아크릴레이트는 본 발명의 사용하는 과정에서 천천히 주위 환경으로 다시 방출되는 활성 성분을 가질 수 있다. 상기 활성 성분에는 비료, 제초제 및 살충제를 포함한다.

본 발명에 따르면, 보다 바람직한 토양 개질제는 농업(즉, 농작), 임업 및 조경용 토양 개질제로서, STOCKOSORB®의 브랜드명 하에서 Stockhausen GmbH, Krefeld에 의해 판매되는 것이다. 이들은 수-팽윤성, 특히 초흡수성 중합체로 상기-기술된 성분을 중합함으로써 얻어질 수 있다. 구체적인 예는 다음과 같다:

a.) 모노 에틸렌계 비치환 카르복실기를 갖고, 선택적으로 부분 중화된 단량체 55 내지 99.95 중량%

b.) 적어도 하나의 가교제 0.05 내지 5.0 중량%,

c.) a.)와 공중합 가능한 추가적인 단량체 0 내지 40중량%,

d.) 수용성 그라프팅 베이스(grafiting base) 0 내지 30 중량%,

여기서 a.) 내지 d.)의 성분의 합산은 100 중량%임.

단계 a.)에서 사용하기 위한 운반가능한 적용 형태의 토양 개질제(바람직하게는 수-팽윤성 중합체 형태)를 제조하기 위하여, 적어도 하나의 운반제 또는 분산제(일반적으로는 물)의 일부가 초기에 채워진 용기(vessel) 안에 토양 개질제, 예컨대 STOCKOSORB® 과립(granule)을 도입한다. 도입된 토양 개질제를 용기 안에서 격렬하게 교반하고, 이때 운반제 또는 분산제(물)의 나머지 양을 동시에 공급한다. 초기에 운반제 또는 분산제 전체 양을 채우고, 이후 용기 안에서 토양 개질제를 혼합하는 것도 가능하다. 그러나 가장 중요한 것은 토양 개질제가 운반제 또는 분산제에 균일하게 혼합되도록 하는 것이다. 즉 균일한 현탁(suspension) 또는 분산체(dispersion)로 존재하여, 경작될 식생지대 토양에 적용될 수 있어야 한다. 본 발명에 따르면, 상기 토양 개질제는 혼합한 후에 하이드로겔 형태로 존재하는 것이 보다 바람직하다.

사용되는 운반제 또는 분산제에 대한 토양 개질제의 중량으로 표현된 혼합 비율은 0.5:100 내지 1:20 범위이다. 바람직한 혼합 비율은 1:100 내지 1:50 범위, 특히 1:80 또는 1:60이다.

단계 b.)에서, 단계 a.)에서 제조된 운반가능한 적용 형태의 토양 개질제를 운반 장치, 바람직하게는 펌프장치 수단을 통해 도입 장치로 옮겨진다.

본 발명에 따르면, 이는 기계식, 유압식 또는 공기 압력을 통해 작동하는 도입 장치로서, 장치에는 바람직하게는 토양 개질제를 도입하기 위한 주입 노즐 및/또는 금속 구멍 중공 로드(hollow rods) 또는 중공 틴(hollow tins)을 구비하고 있다. 이는 서로에 대해 일정 거리에 위치하여, 토양 개질제의 분배가 가능하도록 한다; 바람직하게는 풀밭 또는 잔디지대 ㎡당 300 내지 900 주입 사이트(injecton sites)가 확보되어야 한다. 또, 도입 장치는 토양 경작에 요구되는 깊이, 특히 녹지의 중심 뿌리 구역까지(바람직하게는 3cm 내지 25cm 깊이 아래) 도입할 수 있어야 한다.

도입 장치는 상기 토양 개질제를 토양까지 도입하도록 주입 장치(토양 주입 장치) 형태의 압력 장치를 포함하는 것이 바람직하다.

단계 c.)에서 토양 경작하는데 필요한 균일한 토양 개질제 분산체 또는 하이드로겔의 도입 양은 도입장치 수단을 통해 토양 경작하는데 필요한 토양 깊이 구역까지 도입된다.

토양 경작하는데 필요한 도입 양은 경작하려는 토양지대의 특성 및 토양 개질제의 종류에 의존한다. 본 발명에 따르면 도입 양은 건조 중합체 과립을 기준으로, 바람직하게는 Stockosorb® 브랜드 하에서 얻을 수 있는 과립을 기준으로, 처리될 식생지대의 단위 지역당 10 내지 50g/㎡, 보다 바람직하게는 20 내지 40g/㎡로 계산하는 것이 바람직하다. 본 발명의 보다 바람직한 구현예에 따르면, Stockosorb® 과립을 사용하는 경우 경작되는 식생지대에 대한 연간 도입양은 30g/㎡이다. 즉 이는 예컨대 1:80의 혼합비를 사용하는 경우 0.8l/㎡ 내지 4.0l/㎡의 분산체 또는 하이드로겔에 상응한다.

본 발명은 추가적으로 토양 경작, 특히 녹지 및 기존의 식생지대를 경작하기 위한 다음을 포함하는 장치 시스템을 제공한다:

a.) 교반 장치를 구비한 용기(vessel)

b.) 분산제 및 하이드로겔 공급물(feeds)

c.) 운반 장치

d.) 도입 장치,

여기서, 본 발명에 따라 방법을 수행하는 것은 상기 기술된 바와 같다.

본 발명에 따른 방법 및 장치 시스템은 녹지 및 식생지대(특히 예컨대 잔디의 녹지 및 공원지대, 스포츠 경기장, 경마 트랙 및 골프 코스)를 경작하는데 적절하다.

따라서, 건조 형태로는 매우 힘들었던, 예컨대 수-팽윤성 토양 개질제인 Stockosorb®가, 이제는 기존의 녹지에 균일하게 도입되어 식생지대 원래의 릴리프(relief)의 변화를 막을 수 있다는 것은 매우 놀라운 일이었다. 또, 상기와 같은 수-팽윤성 토양 개질제를 특히 골프지대 및 다른 모든 잔디지대에 적용한 후에, 상기 조성물을 적용한 지대를 바로 다시 사용될 수 있다는 사실은 본 발명이 매우 유익한 토양 개질제로서 상당한 광범위하게 적용할 수 있음을 나타내는 것이다.

또 본 발명에 따른 방법 및 장치 시스템을 사용하면, 토양의 물 수용량 및 식물의 물 이용가능한 물의 양을 영구적으로 증가시켜 녹지, 특히 건조지대를 경작 하는데 매우 유익한 방법을 제공하게 되고, 결국 관개(irrigation) 횟수를 상당히 감소시킬 수 있다. 동시에, 영양분의 지하수로의 방출이 감소하는 것을 포함하여 식물에 물을 균일하게 공급하여 보다 빠르고 우수한 뿌리 형성을 보장하게된다. 관개 및 비옥화를 위한 비용을 상당히 감소시킬 수 있음은 명백한 사실이며, 이는 특히 물 자원이 부족한 건조 지역에서 참작할만한 사항이다.

본 발명에 따른 방법 및 장치 시스템의 추가적인 이점은 상기 토양 개질제가 특히 경작될 토양의 하부 구역에서 슬러지 침전이 없도록 특히 분산체 또는 하이드로겔의 형태로 도입될 수 있어, 예컨대 EP 0 627 158에 따른 경작 방법에서 기술한 것처럼 과도한 물공급으로 인한 하부토양의 밀폐(closure)를 방지할 수 있다는 점이다.

하기의 실시예는 본 발명에 따른 방법 및 장치의 추가적인 설명을 제공한다:

장치:

2개의 물 공급물

1개의 고-압력 장치, 적어도 100 bar 및 평탄 제트 노즐(냉각장치),

1개의 교반기를 구비한 300 내지 600 리터 용기, 이는 본 발명에 따른 방법에 있어서 잔디에 적당한 차량에 탑재되어 완전한 운반 차량으로서 기능 하거나, 상기 압력 장치와 함께 이동 가능한 운반기에 탑재되어 완전한 시스템이 되거나, 또는 하나의 완전한 장치로서 사용될 수 있음.

1. 운반가능한 적용 형태의 토양 개질제 제조

처음에 100ℓ의 물로 채워진 교반기를 구비한 300ℓ 용기에 Stockosorb® 중간/미세(1:100) 3kg 또는 그 일부를 넣고 격렬히 교반하여 균일화하였다. 상기 교반기이외에, 사용하는 토양 개질제 분산체 또는 하이드로겔이 확실히 균일화되도록, 교반시 고-압력 장치를 사용하는 것이 유익하다.

교반 및 혼합 하는 동안에, 추가적 물의 양 또는 Stockosor® 중합체의 나머지 양을 상기 용기에 공급하는데, 이는 경작될 잔디에 도입양에 따른 원하는 혼합비율의 분산체 또는 하이드로겔의 원하는 혼합 비율을 얻기 위함이다. 여기서 도입 양은 상기 정의된 용기 부피를 기준으로 30g/l이다.

2. 단계 b.)

Stockosor®를 사용하는 경우, 하이드로겔 형태로서 존재하는, 균일한 토양 개질제의 분산체를 제조한 후에, 상기 하이드로겔을 원하는 토양 깊이에 토양 개질제의 분산체 또는 하이드로겔을 도입하는 토양 주입 장치에 펌프를 사용하여 즉시 운반하였다(일정한 교반을 계속 유지함).

3. 단계 c.)

상기 언급된 토양 주입 장치를 사용하였다. 주입 노즐 수단을 사용하여 토양 개질제를 경작을 위한 식생지대로 주입하였다. ㎡ 당 300 주입 사이트를 확보한 토양 주입 장치는 5 x 7㎝ 마다 이동한 후, 15g/㎡ 속도로 토양에 주입하였다. 정확히 십자형이어야 효과적인 제 2 통로는 기존의 식생지대를 파괴하지 않기 위해선Stockosorb®의 양이 2배이어야 하는데, 이는 노즐을 설정하여 30g/㎡의 총 도입량을 도입하여 원하는 깊이 아래의 토양까지 분배하였다.

따라서 본 발명에 따른 방법은 토양 개질제의 도입량 및 토양으로의 분배를 명확하게 할 수 있다. 특정 식생지대를 경작할 경우, 다른 토양 조건 및 기후 조건을 고려함이 필요하다.

마지막으로, 수-팽윤성 토양 개질제를 토량에 도입한 후에, 사용된 장치는 즉시 세척되어야 한다. 그 이유는 세척을 하여야 사용되는 중합체의 팽윤 성질로 인하여 청소가 어려워지는 것을 막을 수 있기 때문이다.

본 명세서에서 기술된 수-팽윤성 토양 개질제의 도입 기술은 균일한 물 흡수 및 물 방출을 보장하고, 상기 조성물의 도입 과정에서 형성하는 주입 캐비티(cavity)를 안정화시키기 때문에 특히 유용하다. 이는 특히, 스트레스(stress) 및 건조기간이 계속되는 경우에도, 최적의 식물 성장을 보장하고, 녹지(조경, 골프 및 스포츠지대, 레그레이션지대)와 같은 고-품질 식생지대의 미적 매력이 유지될 수 있도록 한다.

Claims (14)

1. a.) 미리-팽윤된 입자 분산체(dispersion) 및/또는 하이드로겔(hydrogel)로서 존재하는, 운반가능한 적용 형태(deliverable application form)의 토양 개질제를 제조하는 단계;

   b.) 상기 a.)단계에서 제조된 적용 형태의 토양 개질제를 도입 장치(introdu ction apparatus)로 운반하는 단계; 및

   c.) 상기 토양 개량제를 도입 장치에 의해 도입하는 단계를 포함하는 토양 경작, 특히 녹지 및 기존 식생지대의 토양 경작방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 운반가능한 적용 형태의 토양 개질제는 혼합 장치로 제조하는 것을 특징으로 하는 토양 경작, 특히 녹지 및 기존 식생지대의 토양 경작방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 운반가능한 적용 형태의 토양 개질제는 균일한(homogeneous) 분산체 또는 하이드로겔인 것을 특징으로 하는 토양 경작, 특히 녹지 및 기존 식생지대의 토양 경작방법.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 토양 개질제는 수-팽윤성(water-swellable), 특히 초흡수성(superabsorbent) 중합체인 것을 특징으로 하는 토양 경작, 특히 녹지 및 기존 식생지대의 토양 경작방법.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 수-팽윤성, 특히 초흡수성 중합체의 입자 크기는 0.2 내지 3 mm 범위인 것을 특징으로 하는 토양 경작, 특히 녹지 및 기존 식생지대의 토양 경작방법.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 수-팽윤성, 특히 초흡수성 중합체는 다음의 성분을 중합하여 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 토양 경작, 특히 녹지 및 기존 식생지대의 토양 경작방법:

   a.) 모노에틸렌계 불포화 카르복실기를 갖고, 선택적으로 부분 중화된 단량체 55 내지 99.95 중량%,

   b.) 적어도 하나의 가교제 0.05 내지 5.0 중량%,

   c.) a.)와 공중합 가능한 추가적인 단량체 0 내지 40 중량%,

   d.) 수용성 그라프팅 베이스(grafting base) 0 내지 30 중량%,

   여기서 상기 성분 a.) 내지 d.)의 합산은 100 중량%임.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 수-팽윤성, 특히 초흡수성 중합체는 적어도 한번 표면 후가교되는 것을 특징으로 하는 토양 경작, 특히 녹지 및 기존 식생지대의 토양 경작방법.
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 토양 개질제의 균일한 에멀젼 및/또는 분산체는 운반 장치에 의해 도입 장치로, 또는 도입 장치의 내부로 운반되는 것을 특징으로 하는 토양 경작, 특히 녹지 및 기존 식생지대의 토양 경작방법.
9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 운반 장치는 펌프 및/또는 펌프 시스템인 것을 특징으로 하는 토양 경작, 특히 녹지 및 기존 식생지대의 토양 경작방법.
10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 도입 장치는 상기 토양 개질제를 3 내지 25 cm의 깊이에 도입하는 것을 특징으로 하는 토양 경작, 특히 녹지 및 기존 식생지대의 토양 경작방법.
11. 제 10항에 있어서,

    상기 도입 장치는 상기 토양 개질제를 상기 토양에 도입하도록 주입장치(injection unit) 형태의 압력 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 토양 경작, 특히 녹지 및 기존 식생지대의 토양 경작방법.
12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 토양 개질제는 상기 토양에 하이드로겔 형태로 도입되는 것을 특징으로 하는 토양 경작, 특히 녹지 및 기존 식생지대의 토양 경작방법.
13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한, 토양 경작용, 특히 녹지 및 기존 식생지대의 토양 경작용 장치 시스템.
14. 제 13항에 있어서,

    다음을 포함하는 토양 경작용 장치 시스템:

    a) 교반 장치를 구비한 용기(vessel)

    b) 에멀젼 및 분산체 공급물(feeds)

    c) 운반 장치

    d) 도입 장치