KR20160113562A - 담수작물 재배용 발포성 펠렛형 규산질 비료 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 담수작물 재배용 발포성 펠렛형 규산질 비료 제조방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 탄산염과 유기산 및 부형제의 혼합물에 규산염을 함유하고 동력살포나 무인헬기살포 등의 기계살포가 가능한 벼 재배용 발포확산성 펠렛형 비료 조성물에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 펠렛형 비료는 규산염 10 ~ 50 중량부, 탄산염 20 ~ 80 중량부, 유기산 20 ~ 80 중량부, 부형제 5 ~ 30 중량부를 혼합하여 펠렛기에 투입하고 68 ~ 83℃의 온도로 처리하여 결합시키는 것을 특징으로 한다. 담수작물 재배용 펠렛형 비료를 제조함으로써 비료동력살포기 또는 무인 헬기와 같은 기계를 이용하여 살포가 가능하며 대면적에 규산질비료를 처리하는데 효과적이다.
또한, 정제형 형태보다 작은 제형의 펠렛 타입으로 제조된 비료로 토양에 비료를 시비할 때 규산성분이 한쪽으로 치우치지 않고, 골고루 확산되어 시비된다는 장점이 있다.

Description

담수작물 재배용 발포성 펠렛형 규산질 비료 제조방법{Manufacturing method of effervescent pellet type silicic acid fertilizer for freshwater crop cultivation}

본 발명은 담수작물 재배용 발포성 펠렛형 규산질 비료 제조방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 탄산염과 유기산 및 부형제의 혼합물에 규산염을 함유하고 동력살포나 무인헬기살포 등의 기계살포가 가능한 벼 재배용 발포확산성 펠렛형 비료 조성물에 관한 것이다.

규산은 벼, 보리, 밀 등 화본과 작물이 다량 흡수하는 필수적인 무기양분으로 벼 체내 규산, 칼륨, 리그닌 등을 증가시켜 줄기를 강하게 하여 도복을 경감시키고, 질소와 마그네슘함량을 감소시켜 도열병 등의 병 발생을 감소시키며, 잎의 직립을 유지시켜 수광 태세를 개선하여 광합성효율 및 건물생산 효율을 향상시켜 등숙률을 높이고, 아밀로스 함량은 증대시키나 단백질 함량은 낮추어 미질을 향상시킨다고 알려져 있다.

또한 논토양의 이화학적 특성을 개선시키는데 논토양의 pH를 교정하고, 흡착한 인산의 탈착율을 증대시켜 벼의 인산 이용 효율을 증대시키며, 뿌리의 산화력을 증가시켜 철이나 망간의 독성을 경감시키는 효과가 있다고 알려져 있다.

현재 공급되고 있는 규산질 비료의 종류로는 기비로 사용되는 분상 규산질 비료, 사상 규산질 비료, 입상 규산질 비료가 있고, 추비로 사용되는 규산 액상 타입의 비료가 있고 주로 사상, 입상의 제품이 사용되고 있으며 이러한 형태의 제품들은 토양미생물 또는 식물 분비의 유기산에만 녹는 비수용성 규산질 비료로 가용성이 떨어져 효과가 미비한 수준이다.

규산질 제제인 액상 규산의 경우에도, 액상 규산의 점성에 의해 희석 및 사용이 불편하고 산성 계열의 제제와 혼합 시 엉겨 쉽게 풀어지지 않는 등 처리가 어렵고 수도작 재배에 있어서 경업 처리 적기는 일반적으로 가장 무더운 시기로 무거운 분무기나 호스를 들고 논을 걸어다니며 처리해야하는 어려움이 많아 그 사용이 제한되고 있다.

발포성을 이용한 정제형 규산질 비료는 개발이 되어 사용량 감소와 처리방법이 간편하게 개선되어 있는 상황이나 그 외의 문제점이 발견되고 있다.

정제형타입의 규산질 비료의 경우 300평당 1㎏을 처리하는데 약 2 ~ 3분이면 손쉽게 처리가 가능하지만 대면적을 처리하기 위해선 단순 손뿌림 방식으로 전체 면적을 처리하기에는 논 안으로 한 번 이상 들어가야 하기 때문에 대면적 처리에 대한 한계점이 있다.

또한, 우리나라 65세 이상 인구는 2010년 전체 인구의 11％에서 2026년에는 20.8％로 늘어나 초고령 사회에 도달할 것으로 전망되고 있으며, 농촌지역은 이보다 더 빨라 농가인구 중 65세 이상 비율이 이미 30％를 넘어 초고령사회로 진입하였다. 이러한 고령화에 따른 노동력부족현상이 심해져가는 농촌 현실에서 정제형타입의 규산질비료는 작은 면적을 처리할 때에는 힘이 들지 않고 논에 들어가지 않아도 간편한 처리가 가능하지만 대면적을 처리하기 위해서는 논 안으로 들어가서 처리해야하며, 처리시기 또한 날씨가 더워지는 분얼기부터 유수형성기의 시기에 처리하여 나이가 많거나 여성의 경우 처리가 힘든 문제가 있다.

본원 발명 중 국내등록특허공보 제10-1064899호(규산염을 포함하는 담수작물 재배용 발포성 정제형 비료 조성물)는 탄산염과 유기산 및 부형제의 혼합물에 규산염을 함유하는 담수작물용 재배용 발포성 정제형 비료 조성물에 관한 것으로 가열 또는 분쇄한 후, 정제형 규산비료로 제조하는 것으로 상기 정제형 규산비료 생산 시 펠렛 성형 생산 수율보다 떨어지며, 담수된 논에 처리하였을 때 확산은 잘 되나 대면적에 처리가 불편하다는 문제점이 있으며 해외 사용량 적용시 처리량이 적어져 펠렛과 비교할 경우 확산에 문제점이 있다.

KR 10-1064899 B1 (2011.09.07)

상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명에 따른 담수작물 재배용 발포성 펠렛형 규산질 비료 제조방법은 비료동력살포기 또는 무인 헬기와 같은 기계를 이용하여 살포가 가능하도록하여 대면적에 규산질비료를 처리하기 편리하도록 하는데 그 목적이 있다.

또한, 정제형 형태보다 작은 제형의 펠렛타입으로 시비하여 규산성분이 한쪽으로 치우치지 않고, 골고루 확산되어 시비될 수 있도록 하는 것에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 담수작물 재배용 발포성 펠렛형 규산질 비료 제조방법에 있어서, 상기 펠렛형 비료는 규산염 10 ~ 50 중량부, 탄산염 20 ~ 80 중량부, 유기산 20 ~ 80 중량부, 부형제 5 ~ 30 중량부를 혼합하여 펠렛기에 투입하고 68 ~ 83℃의 온도로 처리하여 결합시키는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 규산염은 규산칼륨 또는 규산나트륨으로 이루어진 그룹에서 1종 이상을 선택하여 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 탄산염은 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 탄산칼슘, 탄산칼륨, 중탄산칼륨 또는 탄산마그네슘으로 이루어진 그룹에서 1종 이상을 선택하여 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 유기산은 구연산, 주석산, 아디픽산, 말레산, 프탈산 또는 석신산으로 이루어진 그룹에서 1종 이상을 선택하여 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 부형제는 결합제인 PEG(polyethylene glycol)가 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 탄산염 및 유기산을 질량대비 1.8 ~ 2.5 : 2.8 ~ 3.5의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 펠렛형 비료 조성물은 규산염 10 ~ 50 중량부, 탄산염 20 ~ 80 중량부, 유기산 20 ~ 80 중량부, 부형제 5 ~ 30 중량부를 혼합하여 펠렛기에 투입하고 68 ~ 83℃의 온도로 처리하여 결합하여 담수작물 재배용 펠렛형 비료를 제조함으로써 비료동력살포기 또는 무인 헬기와 같은 기계를 이용하여 살포가 가능하며 대면적에 규산질비료를 처리하는데 효과적이다.

정제형 타입의 비료는 비료 조성물이 타정기로 투입된 후 강한 압력에 의해 비료가 제조되지만, 본 발명의 펠렛형 비료는 펠렛기의 온도에 의해 결합제인 PEG가 녹아 기타 비료 조성물을 흡착하면서 내부의 작은 구멍들이 형성되어 있는 원판에 의해 작은 제형의 펠렛 타입으로 제조되며, 상기와 같이 제조된 펠렛형 비료는 정제형 비료보다 생산수율이 높아 경제적이다.

또한 펠렛형 비료 조성물을 대면적에 시비하는 경우 확산이 용이하여 규산질 비료 성분을 전체 면적에 균일하게 시비할 수 있으며, 특히 해외 사용량 단위로 적용되는 경우에 유리하다.

따라서 규산질 비료를 펠렛형으로 제조하여 시비하는 경우에 규산성분이 한쪽으로 치우치지 않고, 골고루 확산되어 규산성분 흡수가 촉진되어 벼의 도복 및 병충해를 경감시키는 장점이 있다.

도 1은 실시예 11의 담수작물 재배용 펠렛형 비료 확산성 실험에 있어, 시험구의 형태, 비료의 투입지점 및 시료의 채취지점을 도식화한 것이다.
도 2는 실시예 12의 발포확산성 정제형 규산질 비료 확산성 실험에 있어, 시험구의 형태, 비료의 투입지점 및 시료의 채취지점을 도식화한 것이다.
도 3은 실시예 12의 담수작물 재배용 펠렛형 비료 확산성 실험에 있어, 시험구의 형태, 비료의 투입지점 및 시료의 채취지점을 도식화한 것이다.
도 4는 본 발명의 담수작물 재배용 발포성 펠렛형 규산질 비료를 나타낸 상태도이다.

본 발명은 담수작물 재배용 발포성 펠렛형 규산질 비료 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 담수작물 재배용 발포성 펠렛형 규산질 비료 제조방법에 있어서, 상기 펠렛형 비료는 규산염 10 ~ 50 중량부, 탄산염 20 ~ 80 중량부, 유기산 20 ~ 80 중량부, 부형제 5 ~ 30 중량부를 혼합하여 펠렛기에 투입하고 68 ~ 83℃의 온도로 처리하여 결합시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 규산염은 규산칼륨 또는 규산나트륨으로 이루어진 그룹에서 1종 이상을 선택하여 포함하며, 상기 탄산염은 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 탄산칼슘, 탄산칼륨, 중탄산칼륨 또는 탄산마그네슘으로 이루어진 그룹에서 1종 이상을 선택하여 포함하며, 상기 유기산은 구연산, 주석산, 아디픽산, 말레산, 프탈산 또는 석신산으로 이루어진 그룹에서 1종 이상을 선택하여 포함하며, 상기 부형제는 결합제인 PEG(polyethylene glycol)가 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 탄산염 및 유기산을 질량대비 1.8 ~ 2.5 : 2.8 ~ 3.5의 비율로 혼합하는 것이 바람직하다.

본 발명은 담수작물 재배용 펠렛형 비료를 제조하는 방법에 관한 것으로 본 발명에 따라 제조된 펠렛형 비료를 기계 살포하여 대면적에 시비할 경우 또는 수중에서 확산이 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 펠렛형 비료는 규산칼륨 또는 규산나트륨으로 이루어진 규산염 그룹에서 1종 이상을 선택하여 포함되는 것이 바람직하다.

상기 규산칼륨은 이산화규소(SiO2)와 산화칼륨(K2O)이 여러가지 비율로 결합된 기초화합물로 다른 물질과 용해가 잘 되는 특성을 지니며 다른 성분과의 높은 용해도와 접착성을 나타내며 내화도가 뛰어난 화학제품이다. 규산나트륨과 더불어 가장 많이 사용되어지고 있는 수용성 무기화합물로서 그 물리적, 화학적성질 또한 매우 흡사하다. 규산나트륨에 비해 끈적임이 적고 냄새가 없으며 투명하기 때문에 많은 응용분야에 있어 선호되어지고 있고, 물에는 잘 녹지만 알코올에는 녹지 않는 특성을 가지고 있으며, 규산칼륨은 규산나트륨에 비해 수분에 의해 Na가 용출되는 백화현상에 강하고 내열성이 좋은 장점을 가지고 있다.

상기 규산나트륨은 규산소다라고도 하며 수용성 규산염 중 가장 널리 사용되고 있는 무기화합물이다. Na2SiO3 화학식을 지닌 화합물로, 규산염의 하나이다. 탄산나트륨과 석영 가루를 융합해서 얻는 것으로 냄새가 없으며 흰 빛을 띄고 있는 고체이다.

상기 규산칼륨 또는 규산나트륨으로 이루어진 규산염 그룹에서 1종 이상을 선택하여 준비된 것에 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 탄산칼슘, 탄산칼륨, 중탄산칼륨 또는 탄산마그네슘으로 이루어지는 탄산염 그룹에서 1종 이상을 선택하여 혼합하는 것이 바람직하다.

상기 탄산염은 탄산의 수소가 금속으로 치환된 염으로서 이산화탄소와 금속산화물 또는 수산화물로 구성되는 화합물이다.

상기 탄산나트륨은 소다 또는 탄산소다라고도 하며, 무수물은 백색 분말의 흡습성이 강한 소다회이며, 1수화물·7수화물·10수화물이 알려져 있으며 탄산과 수산화나트륨의 염이다. 유리에 주로 포함되어 있어 빛의 통과시, 자외선을 차단해 주는 역할을 하기도하며, 나트륨이온이 포함되어 있어 물잘 용해되는 성질이 있다.

상기 중탄산나트륨은 탄산수소나트륨이라고도 하며 제산제로 가장 널리 사용되고 있는 물질이다. 백색의 분말로 특유한 맛이 있다. 약알칼리성으로 위내에서 위산을 중화하고 탄산가스를 발생시킨다.

상기 탄산칼슘은 산성 토양을 개선하는 효과와 함께 식물이나 과일에 칼슘성분을 공급해주는 역할을 한다.

상기 탄산칼륨은 탄산칼리 또는 칼리라고도 하는 것으로 백색의 분말로 식물을 태운 재 속에 함유되어 있다. 수산화칼륨용액에 탄산가스를 취입하여 회전화로에서 태우거나 여과농축 결정시켜 제조한다. 에탄올에는 잘 용해도지 않으며 산과 작용시키면 이산화탄소를 발생하며, 이산화탄소를 흡수하게 될 경우 중탄산칼륨으로 변하게 된다.

상기 중탄산칼륨은 무색 투명한 결정 또는 백색의 입상 분말로 되어 있으며 물에 쉽게 용해되어 알칼리를 나타내며 알코올에는 용해되지 않는다. 주로 산도조절제로 사용되며 영양강화제, pH 조정제, 알칼리제 및 팽창제로 이용된다.

상기 탄산마그네슘은 탄산의 마그네슘염으로 천연으로는 마그네사이트(능고토석)으로서 산출되며, 마그네슘의 수용액에 이산화탄소를 통하게 하면서 탄산나트륨을 가하면 보통 3수화물로서 침전이 된다. 또한, 도로마이트의 주성분으로 고토 비료의 원료 광물로서 이용된다.

상기와 같이 규산염 및 탄산염을 혼합한 것에 구연산, 주석산, 아디픽산, 말레산, 프탈산 또는 석신산으로 이루어진 유기산 그룹에서 1종 이상을 선택하여 혼합하는 것이 바람직하다.

상기 구연산은 결정물과 무수물이 있으며, 이를 각각 결정구연산과 무수구연산으로 나뉜다. 결정 무연산은 산성조미료 및 식용유의 산패방지제로서 사용되며, 무수구연산은 수분이 함유되지 않아도 되는 식품 또는 가루식품의 산미료로 사용되며 결정수가 없기 때문에 결정구연산보다 산도가 강하며 사용시에 약 10％ 정도 적게 사용한다.

상기 주석산은 타르타르산이라고도 하며 히드록시산의 하나로 4개의 이성체의 형태로 존재하는 유기화합물이다.

상기 아디픽산은 아디프산이라고도 하며, 탄소 6원자의 곧은 사슬로 이루어져 있으며 물에는 약간 녹아 산성을 나타낸다. 또한, 에탄올, 아세톤에는 잘 녹지만 에테르 또는 탄화수소 용매에는 잘 녹지 않는다. 벤젠에서 시클로헥산을 걸쳐 그 접촉 산화로 제조되며, 주로 나일론 66의 주원료가 되는 외에 염화비닐 수지 가소제, 도료, 의약품 제조 원료로 사용된다.

상기 말레산은 2개의 카복실산이 에틸렌기의 측면에 위치한 유기화합물로서 불포화다이카복실산의 하나로, 석신산, 타타르산과 같은 유기산의 합성원료이다.

상기 프탈산은 방향족 다이카복실산의 일종으로, 공업적으로는 산화바나듐계 촉매에 의해 공기산화되어 프탈산무수물로서 얻어지며 녹는점 부근의 온도로 가열하면 분해되어 프탈산무수물이 형성된다. 무색의 결정으로 물 또는 에테르에는 잘 녹지 않으나 에탄올에는 잘 녹는다.

상기 석신산은 숙신산탈수소효소에 의해 푸마르산으로 산화되는 크렙스회로 중의 산의 일종으로 무색의 주상 또는 판산의 결정체로 사슬모양인 디카르복시산의 일종이다.

상기 규산염, 탄산염 및 유기산 외에 부형제를 첨가하여 발포가 원활히 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

상기 부형제는 결합제 및 활택제로 상기 결합제로는 PEG(polyethylene glycol), Avicel(microcrystalline cellulose), gelatin 및 당류로 이루어진 그룹에서 1종 이상을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.

상기 PEG(Polyethylene glycol)는 계면활성제로 산화에틸렌의 중합체이며, 보통 무색 투명한 고체이거나 백색의 고체이며 수용성으로 물에 녹지 않는 물질을 분산시키는 역할을 한다.

상기 Avicel(microcrystalline cellulose)은 미결정상 ∝-cellulose, 즉, 천연 셀룰로즈를 부분적으로 산화 및 가수분해하여 미분상의 것으로 물속에 분산하여 고무와 비슷한 성질을 갖는다.

상기 gelatin은 동물의 가죽, 힘줄, 연골 등을 구성하는 천연 단백질인 콜라겐을 뜨거운 물로 처리하면 얻어지는 유도 단백질의 일종으로 사진감광막, 접착제, 지혈제, 가공식품, 약용 캡슐, 미생물 배양기 등에 주로 사용된다.

또한, 활택제는 Magnesium stearate, 규산칼슘, 코코넛 분말 및 규조토를 0.3 ~ 0.5％를 사용하였으나 펠렛 성형과 발포개선에 영향을 주지 못하였다.

상기 나열한 구성성분들을 350 ~ 500메쉬의 크기로 분쇄하여 혼합하는 것이 바람직하며, 규산염, 탄산염, 유기산 및 결합제를 20 ~ 60분 동안 혼합기에서 혼합하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 30 ~ 40분간 혼합하는 것이다.

상기 규산염, 탄산염, 유기산 및 결합제의 크기가 350 메쉬 미만일 경우 제조된 담수작물 재배용 펠렛형 비료의 확산이 미미하여 바람직하지 못하며, 500 메쉬를 초과할 경우 분쇄가 많이 이루어져 비경제적으로 바람직하지 못하다.

상기 분쇄되어 균일하게 혼합된 재료를 가압롤러가 형성되어 있는 기계에 투입하여 펠렛의 형태로 성형하여 펠렛화하는 것이 바람직하다.

상기 가압롤러가 형성되어 있는 기계에는 수분 및 액체를 추가하지 않아도 펠렛 성형기의 압력에 의해 펠렛이 형성되며, 상기 펠렛 성형기의 압력은 120 ~ 200 kPa의 압력으로 압착하여 형성되도록 하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 150 ~ 180 kPa의 압력으로 압착하는 것이다.

또한 상기 펠렛기 내부는 펠렛 크기의 압출구멍이 있는 원판으로 비료 조성물을 내려주는 가압롤러가 구비되어 있는 것이 바람직하다.

또한 상기 펠렛기의 온도는 68 ~ 83 ℃인 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 70 ~ 80 ℃의 온도인 것이다. 이때, 펠렛기의 온도가 68℃ 미만일 경우 결합제인 PEG 녹아 기타 비료 조성물을 흡착하는 역할을 못하게 되어 펠렛 형태의 비료를 제조하기 어려우며, 83℃를 초과할 경우 비료 조성물의 화학적 변형이 일어나 펠렛이 형성되기 어려우며, 펠렛이 형성되더라도 논에 비료를 처리할 때 규산염을 비롯한 비료 조성물의 확산이 원활이 이루어지지 않을 수 있어 바람직하지 못하다.

또한 상기와 같이 제조된 펠렛형 비료는 냉각장치가 설치된 컨베어가 이동하면서 비료의 온도가 낮아지도록 하는 것이 바람직하며, 제조된 펠렛형 비료는 외부 습도로부터 보호할 수 있는 포대 또는 비닐에 담아 진공포장하여 사용하는 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 알루미늄 특수 포장지에 진공포장하여 사용하는 것이다.

일 실시예로 상기의 펠렛크기의 압출 구멍들이 형성되어 있는 원판에 규산염, 탄산염, 유기산 및 결합제가 혼합된 비료 조성물을 투입하여 상기 비료 조성물 중 결합제인 PEG가 펠렛기의 온도에 의해 녹아 기타 비료 조성물을 흡착하면서, 압출구멍이 형성되어 있는 원판으로 내려주는 가압롤러에 의해 하부로 배출되어 펠렛형 비료가 제조된다.

이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 구체적으로 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하는 것이 아님은 당업자에게 있어서 명백한 사실이다. 즉, 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 당업자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

실시예 1 : 발포성 제제의 선택

하기 표1의 탄산염 성분들과 유기산 성분들을 혼합하여 발포력 및 발포시간을 기준으로, 사용상의 편리성과 원제의 단가를 종합적으로 고려하여 선정한 결과 탄산칼륨 및 구연산으로 선발하여 본 발명의 담수작물 재배용 펠렛형 비료의 발포성 제제로 사용하였다.

<탄산염 및 유기산의 조합별 반응성 측정 결과>

탄산염 유기산	중탄산나트륨	탄산나트륨	탄산칼륨	탄산칼슘	탄산마그네슘
주석산	A	A	A	B	B
아디픽산	B	B	B	C	D
구연산	A	A	A	A	C
말레산	A	A	A	A	C
프탈산	B	C	B	C	C
석신산	B	B	B	B	C

- 반응성은 그 정도를 A ~ D까지로 나누어 표시하였으며 반응성이 강한 것이 A, 반응성이 약한 것이 순차적으로 B, C, D 등급으로 나누었으며, D는 거의 반응이 나타나지 않은 것임.

실시예 2 : 발포성 제제의 비율 조정

상기 표 1에서 나타난 결과로 선발된 탄산칼륨과 구연산의 가장 발포가 잘되는 적합한 비율을 선별하기 위해 실험을 실시하였다. 발포력은 5 단계(5:매우강함, 4:강함, 3:보통, 2:약함, 1:매우약함)로 나누어 분류하였다.

<탄산칼륨 : 구연산 비율별 반응성 측정 결과>

탄산칼륨 : 구연산	발포력
1:1	5
2:1	5
3:1	4
4:1	3
1:2	5
1:3	4
1:4	3

상기 표 2에 나타난 바와 같이 탄산칼륨과 구연산의 비율 4 : 1 및 1 : 4 비율 이상으로 차이가 날수록 발포력이 현저히 낮아지는 것을 확인할 수 있다.

실시예 3: 결합제의 선발

발포제에 반응이 없는 결합제의 선발을 위하여 실험을 실시하였다.

<액상 결합제별 펠렛 성형 여부 결과>

액상결합제	발포제 반응(발포)	투입비율	성형
식용유	×	3％, 5％	불가
팜유	×	3％, 5％	불가
PEG1000	×	10％, 15％	불가
PEG400	×	5％	불가
규산칼륨(액상)	○	-	-
규산나트륨(액상)	○	-	-

상기 표 3에서 나타나는 것과 같이 식용유, 팜유, PEG 및 알코올은 발포가 일어나지는 않았으나, 펠렛 성형이 불가하였다.

<결합제 당류 펠렛 성형 여부 결과>

결합제	함량	펠렛 성형
설탕	10, 15％	불가
유당	10, 15％	불가
포도당	10, 15％	불가

<결합제 gelatin 펠렛 성형 여부 결과>

결합제	함량	펠렛 성형
gelatin	5％, 10％, 15％	불가

<결합제 Avicel 펠렛 성형 여부 결과>

결합제	함량	펠렛 성형
Avicel	5％, 10％, 15％	불가

<결합제 PEG6000 및 8000 펠렛 성형 여부 결과>

결합제	함량	펠렛 성형
PEG6000	5~30％	가능
PEG8000	5~30％	가능

상기 표 3 내지 표 7에 나타나는 바와 같이, 결합제로 PEG를 사용하였을 때, 결합제 함량은 10 ~ 18％에서 펠렛 성형이 되어 결합제로서 가장 적합한 물질로 확인되었으며, PEG6000 및 PEG8000의 펠렛 성형의 차이는 나타나지 않았다.

실시예 4 : 결합제 PEG6000 적정 사용량 선발

<결합제 PEG6000 펠렛 성형 결과>

PEG6000 (함량)	강도	발포	생산량	불량률	최종생산량
10％	상	하	77.4％	25.93％	57.33％
12％	상	하	81.4％	14.21％	69.33％
14％	상	하	83.4％	9.72％	75.29％
15％	상	하	83.6％	8.9％	76.16％
16％	상	하	83％	13.32％	71.94％
17％	상	하	84.4％	15.2％	71.57％
18％	상	하	89.7％	30％	62.79％

상기 표 8에 나타난 바와 같이 탄산가리 및 구연산의 질량대비 1 : 1 비율에서 결합제 PEG6000 15％ 함량에서 생산량이 가장 적합하다고 판단되었으나 발포가 전체적으로 불량하여, 발포력을 향상시킬 수 있는 방법이 필요하여 하기의 실험을 실시하였다.

실시예 5 : 활택제의 선발

<활택제 Magnesium stearate 펠렛 성형 결과>

Magnesium stearate (함량)	강도	발포	생산량	불량률	최종생산량
0％	상	중하	89.5％	10.4％	80.19％
0.5％	상	하	85.4％	27.2％	62.17％
0.3％	상	하	86.7％	23.2％	66.58％

<활택제 규산칼슘 펠렛 성형 결과>

규산칼슘 (함량)	강도	발포	생산량	불량률	최종생산량
0％	상	중하	89.5％	10.4％	80.19％
0.5％	상	하	89.1％	23.9％	67.80％
0.3％	상	하	89.3％	20.8％	70.72％

<활택제 코코넛분말 펠렛 성형 결과>

코코넛분말 (함량)	강도	발포	생산량	불량률	최종생산량
0％	상	중하	89.5％	10.4％	80.19％
0.5％	상	하	87.1％	27.8％	62.88％

<활택제 규조토(Diatomite) 펠렛 성형 결과>

규조토(함량)	강도	발포	생산량	불량률	최종생산량
0％	상	중하	89.5％	10.4％	80.19％
0.5％	상	하	88％	17.4％	72.68％

상기 표 9 내지 표 12에 나타난 바와 같이 활택제로 Magnesium stearate, 규산칼슘, 코코넛 분말 및 규조토를 사용하였을 때 생산량 감소, 불량률 증가 및 발포의 개선이 나타나지 않아 활택제의 적용은 부적합하다는 것을 확인할 수 있다.

실시예 6 : 탄산염 및 유기산 적정 비율의 선발

<발포제 비율별 펠렛 성형 결과>

탄산칼륨 : 구연산	강도	발포	생산량	불량률	최종생산량	펠렛 성형시간(10㎏)
1:1	상	중하	91.5％	9.83％	82.50％	3분 30초
2:1	상	하	83％	20.44％	66.03％	3분 21초
3:1	상	하	90.1％	18.54％	73.39％	4분 2초
3:2	상	하	85％	9.03％	77.32％	3분 30초
1:2	상	상	92％	10.80％	82.20％	8분
1:3	상	상	92％	11.87％	81.07％	12분 9초
2:3	상	상	92.5％	7.19％	85.84％	4분 20초

상기 표 13에 나타나는 것과 같이 탄산칼륨 및 구연산의 비율에서 구연산의 비율이 높아지면서 발포가 향상되었으며 펠렛 생산속도가 느려지는 것을 확인할 수 있다. 상기 결과로 발포가 잘 되는 가장 적정 비율은 탄산칼륨 및 구연산의 비율이 2 : 3인 것을 확인할 수 있으며 펠렛 생산속도를 향상시킬 수 있는 방법을 찾기 위해 하기 실험을 실시하였다.

실시예 7 : 탄산염 및 유기산 비율 2 : 3에서 결합제 함량 조절

<결합제 함량별 펠렛 성형 결과>

PEG6000 함량	강도	발포	생산량	불량률	최종생산량	펠렛 성형시간(10㎏)
15％	상	상	91.8％	10.12％	82.51％	4분 43초
12％	상	상	91.6％	8.56％	83.76％	2분 42초
10％	상	상	91.6％	11.61％	80.97％	3분 1초

상기 표 14에 나타난 바와 같이 탄산칼륨 및 구연산 비율을 2 : 3으로 하여 PEG 함량을 12％로 하였을 때, 펠렛의 성형이 가장 우수하였으며, 성형시간 또한 단축되는 것을 확인할 수 있다.

실시예 8 : 규산염 함량의 조절

<유효성분(규산염) 함량별 펠렛 성형 결과(50％~10％)>

규산염 함량	강도	발포	생산량	불량률	최종생산량	펠렛 성형시간(10％)
50％	상	하	78.2％	21.7％	61.24％	4분 2초
40％	상	하	83.2％	13.5％	71.97％	3분 58초
30％	상	상	89.1％	5.76％	83.97％	3분 11초
20％	상	상	88.9％	5.88％	83.68％	3분 16초
10％	상	상	90.2％	6.71％	84.15％	4분 10초

상기 표 15에 나타난 바와 같이 탄산칼륨 및 구연산의 비율을 2 : 3으로 하고 PEG 함량을 12％한 조성물에 규산염의 함량을 상기 표 15와 같이 50％, 40％, 30％, 20％, 10％로 조절하였을 때, 규산염 함량이 40％이상의 수준에서 발포가 불량하고 생산효율이 저하되는 것을 알 수 있었으며, 규산염 함량이 30％이하에서는 펠렛이 성형되는 것을 확인할 수 있었으며, 규산염 30％ 및 20％ 함량으로 제조한 비료는 비슷한 수준으로 우수한 것을 확인할 수 있었다.

<유효성분(규산염)함량별 펠렛 성형 결과>

규산염 함량	강도	발포	생산량	불량률	최종생산량	펠렛 성형시간(10㎏)
30％	상	상	91.6％	8.56％	83.76％	2분 42초
28％	상	상	91.6％	4.94％	87.08％	2분 49초
26％	상	상	89.1％	5.76％	83.97％	3분 11초

상기 표 16에서 나타나는 바와 같이 탄산칼륨 및 구연산의 비율을 2 : 3으로 하고 PEG 함량을 12％로 하여 제조한 비료에 규산염의 함량을 28％로 조절하였을 때, 펠렛의 성형이 가장 우수하다는 것을 확인할 수 있다.

실시예 9 : 비료 동력살포기 살포 실험

비료 동력살포기는 비료 살포 구멍의 크기와 동력(파워)을 조절하여 살포테스트를 실시하였다.

<비료 동력살포기 살포 - 살포거리(m)>

비료살포기 (마루야마)		구멍크기
		1단	2단	3단	4단	5단	6단	7단	8단	9단
동력 (파워)	1단	×	×	7	7	7	7	7	7	7
	2단	×	×	10	11	12	12	12	12	12
	3단	×	×	16	16	16	16~17	16~17	16~17	16~17
	4단	×	×	17~18	17~18	17~18	17~18	17~18	17~18	17~18
	5단	×	×	19~20	19~20	19~20	19~20	19~20	19~20	19~20
	6단	×	×	20~22	20~22	20~22	20~22	20~22	20~22	20~22

상기 표 17에서 나타나는 바와 같이 비료 살포 구멍 크기 4단부터 펠렛 살포가 가능하였으며, 동력(파워)은 6단에서 가장 멀리 살포된 것을 확인할 수 있다.

<비료 동력살포기 살포 - 살포시간(1kg)>

비료살포기 (마루야마)		구멍크기
		1단	2단	3단	4단	5단	6단	7단	8단	9단
동력 (파워)	1단	×	×	-	-	-	-	-	-	-
	2단	×	×	5~6분	4~5분	4~5분	4~5분	4~5분	4~5분	4~5분
	3단	×	×	4~5분	3~4분	3분	3분	3분	3분	3분
	4단	×	×	4분	2분	1~2분	1분	1분	1분	1분
	5단	×	×	3~4분	1~2분	1~2분	1분	1분	1분	1분
	6단	×	×	2~3분	1~2분	1~2분	1분	1분	1분	1분

상기 표 18에 나타나는 바와 같이 비료 살포 구멍과 동력(파워)에 따라 살포시간이 1 ~ 6분 가량 소요되는 것을 확인할 수 있었으며, 펠렛 살포시 동력살포기의 비료구멍의 크기와 동력을 변경하면서 살포하였을 때, 살포되는 거리와 시간을 조절할 수 있었다.

실시예 10 : 비료 무인헬기 살포 테스트

무인헬기는 무성항공사의 제품을 사용하였으며, 실제 논에서 실험을 실시하였다. 무인헬기의 비료 살포 구멍의 크기를 1 내지 25단계로 조절하면서 살포테스트를 실시하였다.

본 발명에 따른 담수작물 재배용 펠렛형 비료의 경우 구멍의 크기가 20 내지 25단계에서 살포가 가능하였다. 한번에 적재할 수 있는 비료의 양은 최대 16㎏으로 본 발명의 비료의 경우 한번 비행시 4,800평의 면적에 시비가 가능하였다.

실시예 11 : 실내 수조에서 확산성 실험

국내사용량을 적용하여 하기 표 16의 조성비로 실내 수조에서의 확산성 실험을 실시하였다.

<담수작물 재배용 펠렛형 비료 조성비>

첨가제의용도	원료명	투입률(중량％)
규산 원제	규산칼륨	18
	메타규산나트륨	10
발포제	탄산칼륨	24
	구연산	36
결합제	PEG6000	12

상기 표 19에서 나타난 바와 같이 상기의 조성비로 실내 수조에서 확산성 실험을 실시한 결과는 도 1에 나타내었다.

도 1에 나타난 바와 같이 2.3m ×2.3m 수조에 물을 5㎝의 물을 담수 시킨 후 정치된 수조에 5g 양의 담수작물 재배용 펠렛형 비료를 투여하였다. 상기 담수작물 재배용 펠렛형 비료를 투여한 후, 3시간, 6시간 및 12시간 경과 후 도면 1에 표시된 지점(A~C)에서 시료를 채취한 후, 규산의 농도를 구하여 하기 표 20에 나타내었다.

<실내 수조에서 확산성 실험 결과(국내사용량 적용)>

성분	채취지점	채취성분의 농도(ppm)
		3시간 경과 후	6시간 경과 후	12시간 경과 후
규산	A1	2.34	2.44	2.51
	A2	2.41	2.51	2.50
	A3	2.45	2.49	2.53
	A4	2.41	2.49	2.48
	B1	2.58	2.55	2.56
	B2	2.54	2.59	2.52
	B3	2.45	2.43	2.50
	B4	2.44	2.43	2.45
	C1(투여지점)	2.57	2.56	2.53
	C2(투여지점)	2.54	2.51	2.57
	C3(투여지점)	2.61	2.63	2.60
	C4(투여지점)	2.66	2.69	2.67

상기 표 20에서 나타나는 바와 같이 투여지점인 C1 내지 C4에서의 규산 농도와 A 및 B 지점의 규산농도의 차이가 거의 없으며 균일하게 확산되는 것을 확인 할 수 있다.

실시예 12 : 실내 수조에서 확산성 2차 실험

실내 수조에서 확산성을 실험하는 것은 해외사용량을 적용하였으며, 주요 벼 재배국가인 태국, 베트남 등의 규산질 비료 시비체계를 적용하였다. 사용량은 국내사용량의 1/4 수준이며, 정제형 타입의 발포확산성 규산질 비료를 대조구로 하여 비료 실험을 실시하였다. 상기 실험 처리방식은 하기 도 2 및 도 3과 같이 처리하였다.

2.3m × 2.3m 실내 수조에 물을 5㎝의 물을 담수 시킨 후 1.25g 양의 담수작물 재배용 펠렛형 비료와 정제형 규산질비료를 투여하였다. 상기 비료를 투여한지 3시간, 6시간, 12시간 경화 후 도 2 및 도 3에 표시된 지점 A 내지 C에서 시료를 채취한 후, 규산의 농도를 구하였으며 그 결과는 하기 표 21과 같다.

<실내 포장에서 확산성 실험 결과(해외사용량 적용)>

성분	채취지점	채취성분의 농도(ppm)
		3시간 경과 후		6시간 경과 후		12시간 경과 후
		정제형	펠렛형	정제형	펠렛형	정제형	펠렛형
규산	A1	0.19	0.69	0.20	0.70	0.23	0.68
	A2	0.13		0.15		0.16
	A3	0.15		0.15		0.14
	A4	0.19		0.20		0.17
	B1	0.91	0.60	0.90	0.61	0.89	0.62
	B2	0.83	0.67	0.91	0.63	0.94	0.69
	B3	0.81	0.65	0.85	0.60	0.88	0.65
	B4	0.79	0.63	0.81	0.61	0.74	0.63
	C1 (투여지점)	2.37	0.64	2.15	0.66	2.11	0.64
	C2 (투여지점)		0.70		0.71		0.70
	C3 (투여지점)		0.69		0.65		0.69
	C4 (투여지점)		0.67		0.61		0.67

상기 표 21에 나타나는 바와 같이 발포확산성 정제형 규산질의 경우 투여지점(C)로부터 거리가 멀어질수록 규산함량이 현저하게 저하되는 결과가 나타나는 반면, 본 발명에 따라 제조한 담수작물 재배용 펠렛형 비료의 경우 전체 면적에 비슷한 규산함량이 분석되어 균일하게 확산이 된 것을 확인할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 담수작물 재배용 펠렛형 비료가 정제형 규산질 비료보다 대면적의 확산성이 더 높은 것을 확인할 수 있다.

실시예 13 : 본 발명에 따른 담수작물 재배용 펠렛형 비료 효과 실험

본 발명에 따른 담수작물 재배용 펠렛형 비료를 국내 사용량(1㎏/10a)을 적용하여 국내 수도작 포장에서 실험을 실시하였다. 발포확산성 정제형 규산질 비료와 무처리구를 대조구로 하였으며 생육 조사 결과는 하기 표 22과 같이 나타났다.

<국내 담수작물 재배용 펠렛형 비료 효과 실험(수확량)>

처리구	지상부건물중 (g/주)	초장 (㎝)	분얼수 (개)	주당 수수 (개)	수당 립수 (개)	천립중 (g)	등숙률 (％)	수확량 (g/주)	수량 지수 (％)
펠렛형	88.87	92.20	26.27	25.13	62.90	22.74	77.44	27.80	11.6
정제형	85.15	95.80	26.40	24.80	63.22	22.84	77.36	27.70	11.2
무처리	73.63	96.80	24.00	23.20	66.26	22.09	73.34	24.90	-

<국내 담수작물 재배용 펠렛형 비료 효과 실험(도복지수)>

처리구	생체중	간장	수장	3 절간	4 절간	간경	좌절중	도복지수
펠렛형	8.06	63.63	18.61	10.55	6.22	4.38	816.00	81.23
정제형	7.93	65.73	18.97	10.03	6.17	4.58	824.33	81.48
무처리	7.58	63.87	19.00	10.43	7.30	3.66	542.67	115.75

상기 표 22 내지 표 23에서 나타나는 바와 같이 담수작물 재배용 펠렛형 비료 및 발포확산성 정제형 규산질 비료와의 수확량 및 도복지수의 차이가 없는 것을 확인할 수 있으며 무처리보다 우수하다는 것을 확인할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 비료와 정제형 규산질 비료를 적용하였을 때, 동일한 효과가 나타나는 것을 확인할 수 있다.

실시예 14 : 담수작물 재배용 펠렛형 비료 효과 실험

해외사용량을 적용한 본 발명에 따른 담수작물 재배용 펠렛형 비료 효과 실험을 위해 중국 아성 수도작 포장에서 실험을 실시하였으며 생육조사 결과는 하기 표 24에 나타내었다.

<중국 아성 담수작물 재배용 펠렛형 비료 효과 실험(해외적용량)>

처리구	지상부건물중 (g/주)	초장 (㎝)	분얼수 (개)	주당 수수 (개)	수당 립수 (개)	천립중 (g)	등숙률 (％)	수확량 (g/주)	수량 지수 (％)
펠렛형	80.12	95.25	25.38	23.75	56.7	20.01	73.44	19.79	13.02
정제형	73.15	99.35	24.51	23.01	55.3	19.95	72.5	18.40	5.08
무처리	69.54	100.45	23.05	22.54	54.9	19.98	70.81	17.51	-

상기 표 24에 나타난 바와 같이 대면적 처리시 발포확산성 정제형 규산질 비료보다 본 발명에 따른 담수작물 재배용 펠렛형 비료를 사용할 경우 수확량이 향상되는 것으로 나타났다. 즉, 대면적 규산질비료 시비시 발포확산성 정제형 규산질 비료보다 본 발명에 따른 비료가 더 적합한 것을 알 수 있다.

상기와 같이 제조된 담수작물 재배용 펠렛형 비료는 노동력 및 시비 시간을 절감할 수 있으며, 작물의 흡수할 수 있는 형태의 규산 성분이 담수상태에서 오랜 시간 동안 존재함으로써 시비효율을 높일 수 있으며, 적은 사용량으로도 작물의 규산 성분 흡수를 조장하여 벼의 도복 및 병충해를 경감시키고, 결과적으로 작물생산성이 향상되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 담수작물 재배용 발포성 펠렛형 규산질 비료 제조방법에 있어서,
   상기 펠렛형 규산질 비료는 규산칼륨 또는 규산나트륨 중 1종 이상으로부터 선택된 규산염 10 ~ 50 중량부와
   탄산나트륨, 중탄산나트륨, 탄산칼슘, 탄산칼륨, 중탄산칼륨 또는 탄산마그네슘으로 이루어진 그룹에서 1종 이상으로부터 선택된 탄산염 20 ~ 80 중량부,
   유기산 20 ~ 80 중량부 및
   무색 투명한 고체 또는 백색의 고체인 산화에틸렌의 중합체로서 물에 녹지 않는 물질을 분산시키는 계면활성제인 PEG(polyethylene glycol)가 포함되는 부형제 5 ~ 30 중량부를 혼합하되,
   상기 성분 중 탄산염과 유기산 성분의 상대적인 혼합비율은 질량대비 1.8 ~ 2.5 : 2.8 ~ 3.5의 비율로 혼합하며,
   상기 성분들을 혼합할 때 성분들을 350~500메쉬의 크기로 분쇄하여 30~40분간 혼합하여 펠렛기에 투입하여 120 ~ 200kPa의 압력과 68 ~ 83℃의 온도로 처리하여 결합시키며,
   상기와 같이 제조된 펠렛형 비료를 알루미늄 특수 포장지에 진공포장하는 것을 특징으로 하는 담수작물 재배용 발포성 펠렛형 규산질 비료 제조방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 유기산은 구연산, 주석산, 아디픽산, 말레산, 프탈산 또는 석신산으로 이루어진 그룹에서 1종 이상을 선택하여 포함하는 것을 특징으로 하는 담수작물 재배용 발포성 펠렛형 규산질 비료 제조방법.
   
   

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