KR20200065309A

KR20200065309A - 생분해성 멀칭액 및 생분해성 비닐 제조 방법

Info

Publication number: KR20200065309A
Application number: KR1020180151659A
Authority: KR
Inventors: 박찬우
Original assignee: 박찬우
Priority date: 2018-11-30
Filing date: 2018-11-30
Publication date: 2020-06-09

Abstract

본 발명은 생분해성 멀칭액에 관한 것으로, 수용성 고분자 재료가 물에 용해된 수용성 고분자 수용액; 상기 수용성 고분자 수용액에 혼합되고, 활성탄, 카본 블랙 및 흑연 중 적어도 하나를 포함하는 탄소계 재료; 및 상기 수용성 고분자 수용액에 혼합되는 부식산을 포함하되, 상기 수용성 고분자 재료는 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol) 및 폴리에틸렌옥사이드의 혼합물, 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol) 및 폴리에틸렌옥사이드의 혼합물, 또는 폴리에틸렌(polyethylene)을 포함할 수 있다.

Description

생분해성 멀칭액 및 생분해성 비닐 제조 방법 {BIODEGRADABLE MULCHING LIQUID AND METHOD FOR MANUFACTURING BIODEGRADABLE VINYL}

본 발명은 생분해성 멀칭액에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 생분해성 멀칭액 및 그것으로 생분해성 비닐을 제조하는 방법에 관한 것이다.

농업에서 비닐 멀칭막을 사용하는 농작물 재배 기술은 현대의 10대 농업기술의 하나이다. 멀칭막을 토양 표면에 덮어주면 농작물의 보온, 수분 유지, 냉해 예방, 잡초의 생육 억제, 병충해 예방 및 그에 따른 농약 사용 절감, 그리고 토양의 비옥도 유지 등의 요구를 만족시킬 수 있다. 50년대 초 일본에서는 최초로 멀칭막을 사용기 시작한 이래, 매년 엄청난 증가 속도로 그 사용량이 늘어나고 있다. 멀칭막을 사용한 농작물 재배 기술의 응용은 농작물의 생산량을 대폭적으로 향상시켰고, 세계의 농업 발전을 촉진시켰으므로, 비닐 멀칭막의 사용을 농업의 『백색혁명』이라고도 불리기까지 한다.

그러나 비닐 멀칭막의 사용은 심각한 환경오염을 야기한다. 비닐 멀칭막은 폴리에틸렌에 산화방지제(Antioxidant) 와 UV 변성 방지제를 섞어 만든 탄화수소 고분자(Polymer hydrocarbons)이므로, 분자량이 크고 안정된 특징이 있어, 자연 조건에서 분해되기가 아주 어려워, 토양에서 잔존하는 기간이 200~400년 정도이다.

현재 주로 0.012mm이하의 아주 얇은 멀칭막(0.003~0.006mm)을 사용한다. 이런 멀칭막은 강도가 낮고, 더 작은 크기로 찢어지기도 쉬워서 회수 및 재활용이 불가하여, 자연에 방치 또는 유실되어 토양 중에 혼입되면, 오랜 세월 동안 토양과 환경에 심각한 환경오염을 초래하게 된다. 실제로 지금의 풍성한 수확은 토양 잠재력의 희생을 토대로 하여 이루어지는, 일종의 약탈식 생산방식이라고 할 수 있다.

또한, 비닐 멀칭막은 통기성과 투수성이 나빠서, 토양에 잔류되면, 토양 중의 단립구조를 파괴하고, 삼투수(Capillary water)와 자연수의 침투를 방해하며, 토양의 흡습성에 영향을 주어 수분 운동에 장애를 일으켜서 수분의 유동 속도를 느리게 한다. 또, 토양의 틈새도를 나쁘게 하여 뿌리의 진로를 가로막고 성장을 방해하며, 공기 투과성능을 낮추어 공기의 순환과 교환을 나쁘게 한다. 국부적인 수분의 과다 혹은 과소를 야기하고, 토양이 이산화탄소를 지나치게 함유하는 것을 초래한다. 따라서 토양 미생물의 활동과 토양의 정상적인 구조의 형성에 영향을 주며, 토양의 비옥도 낮추고 결국 농작물의 감산을 초래한다.

잔류 멀칭막은 토양의 물리적 성상에 악영향을 주어, 농작물의 뿌리가 짧고 꾸불꾸불하게 생장하도록 만들며, 물과 비료 흡수의 성능을 떨어뜨려 농작의 감산을 초래한다. 또, 잔류 멀칭막은 경작지로부터 바람에 의해 도처로 비산되어, 농작물이나, 경작지 주위의 나뭇가지, 건축물 위에 걸리기도 하고, 수로나 강, 호수 위에 떠다니기도 하여 자연경관을 해친다. 물속에 가라앉으면, 관개 및 급수의 질과 양에 영향을 주고, 오염을 초래하여 수생 생태계에 큰 영향을 주기도 한다.

잔류 조각들이 농작물의 줄기나 사료에 섞여 들어갈 경우, 가축의 위장기능을 해치고, 비육 상태에 악영향을 미치며, 심한 경우에는 폐사를 불러올 수도 있다. 잔류 멀칭막을 소각하면, 다이옥신 등의 유해기체가 발생되어 대기를 오염시키고, 2차 오염을 초래한다. 또한, 멀칭막 성분 중의 가소제(o-Phthalaldehyde: OPA류 화합물)는 저수용성, 고지용성으로, 현저한 생물 누적성을 가지고 있어서, 토양과 농작물, 가축을 경유하여 인체까지 위해를 가져오므로, 이들을 백색오염이라고 부른다.

백색오염을 해결하는 방법 중의 하나로 분해 가능한 멀칭막이 개발되어 사용되고 있다. 생분해성 멀칭막의 종류에는 폴리에틸렌 주제에 전분 등의 생분해성의 천연물을 혼합한 가분해성 비닐 멀칭막, 수용성 수지에 전분 등, 생분해성 천연물을 섞어서 만든 고상 멀칭막, 섬유 혹은 종이 멀칭막 등이 있다.

그러나 종래의 멀칭막은 대부분 필름 또는 시트 형태로 가공되어 이를 부설, 유지 및 철거하는 공정이 별도로 필요하여 경제적인 면에서 불리할 뿐만 아니라, 토양과의 부착성이 좋지 않아 기능성 물질을 함유하는 경우에도 기능성 물질의 효과가 미미하며 토양 표면에 고착하기 어려우며 강풍 및 폭우에 의해 유실되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 대안으로 액상 멀칭제에 대한 개발이 이루어져왔으며, 액상 멀칭제는 고분자 수지 에멀젼을 살포하는 방법으로 토양 표면에 멀칭막을 형성하는 것이다. 예를 들면 일본 공개특허 제2001-45879호에서는 식물 섬유를 분산시킨 수지 에멀젼을 살포하는 것을 특징으로 하는 액상 멀칭 방법이 공지되어 있고, 일본 공개특허 제2001-145428호에는 생분해성 폴리머, 탄소계 물질 및 콜로이달 실리카를 함유하는 액상 멀칭제가 공지되어 있다.

그러나 종래의 액상 멀칭제로 형성된 멀칭막은 토양과의 밀착성이 좋지 않으며, 내수성이 낮아 수분에 의해 멀칭막이 쉽게 유실되거나, 피막의 내수성이 높은 경우에는 투습성이 낮아 작물의 뿌리를 썩게 하는 등 토양의 수분 조절 기능에 문제점이 있어왔다. 또한 액상 멀칭제의 제조방법에 있어서도 수지 에멀젼에 다른 물질을 혼합하므로 혼합된 구성성분의 균일한 혼합이 이루어지기 어렵고 이러한 상태로 토양에 살포되므로 형성되는 멀칭막의 균일성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 것으로써, 토양에 살포 시 건조되어 형성되는 멀칭 막의 생분해성이 우수하여 폐비닐로 인한 오염을 사전에 방지하고, 강도와 치밀성이 향상되고 토양 밀착성이 향상되어 강풍 또는 폭우에 유실되지 않고 견고한 막을 형성할 수 있는 생분해 가능한 액상 멀칭용 조성물 및 이를 제조하는 방법을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 멀칭 막에 함유되는 성분의 기능이 작물에 효과적으로 작용하여 작물의 생육을 향상시키는 생분해 가능한 액상 멀칭용 조성물 및 이를 제조하는 방법을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 적절한 투습성 및 수분 함유 특성을 가짐으로써 토양의 수분을 적절히 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 멀칭 작업이 용이한 생분해 가능한 액상 멀칭용 조성물 및 이를 제조하는 방법을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

실시 예로서, 상기 폴리에틸렌옥사이드는 평균분자량이 300,000 내지 6,500,000으로 제공될 수 있다. 상기 수용성 고분자 재료는 0.5 내지 5 중량%로 제공되고, 상기 탄소계 재료는 0.1 내지 10 중량%로 제공되고, 상기 부식산은 0.01 내지 2 중량%로 제공될 수 있다. 식물성 천연고분자 물질, 수용성 고분자 분해 미생물, 요변제 및 기능성 첨가제 중 적어도 하나를 더 포함하고, 상기 기능성 첨가제는 키토산, 비료, 살충제, 살균제 및 제초제 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명은 생분해성 멀칭액을 이용하여 생분해성 비닐을 제조하는 방법에 관한 것으로, 수용성 고분자 재료 및 물을 혼합하여 수용성 고분자 수용액을 제조하고, 상기 수용성 고분자 수용액에 탄소계 재료 및 부식산을 첨가함으로 생분해성 멀칭액을 제조하는 단계; 및 상기 생분해성 멀칭액을 이용하여 생분해성 비닐을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.

실시 예로서, 상기 수용성 고분자 수용액에 식물성 천연고분자 물질, 수용성 고분자 분해 미생물, 요변제 및 기능성 첨가제 중 적어도 하나를 더 첨가하고, 상기 기능성 첨가제는 키토산, 비료, 살충제, 살균제 및 제초제 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 생분해성 멀칭액은, 고농도의 생물성 폐기물로부터 수득된 부식산을 사용하며 생분해성이므로 환경 친화적이며, 본 발명에 따른 생분해성 멀칭액으로부터 형성된 멀칭 막은 잡초 억제효과 뿐아니라 수분 함유 특성이 향상되어 토양의 수분을 식물의 생육에 필요한 정도로 조절하는 기능이 우수하며, 멀칭 막의 토양 흡착력이 향상되며, 농작물 생육에 적절한 보습성 및 투습성을 가질 뿐만 아니라 농작물의 생육을 촉진하는 효과를 가진다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 생분해성 멀칭액은 조성물의 함량조절에 의해 분해속도를 조절할 수 있으므로 맞춤식 영농이 가능하다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 생분해성 멀칭액은, 수분산액 상태로 살포될 수 있으므로 종래 비닐 멀칭막보다 설치가 용이하며, 지형의 요철에 따른 영향을 거의 받지 않으며, 경사지에도 설치가 용이하고, 잔류 멀칭막을 회수할 필요가 없어, 인건비가 절약된다. 또한, 비료의 시비, 살충제, 살균제 및 제초제의 살포를 함께 행할 수 있어 경제적으로 유리하다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 생분해성 멀칭액을 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 도 1의 생분해성 멀칭액의 구성 물질을 예시적으로 보여주는 도표이다.
도 3은 도 1의 생분해성 멀칭액의 구성 물질을 다른 예를 보여주는 도표이다.
도 4는 도 1의 생분해성 멀칭액의 구성 물질을 또 다른 예를 보여주는 도표이다.
도 5는 도 2 내지 도 4에서 설명한 생분해성 멀칭액과 대조군을 약 4개월 동안 동일한 조건에서 실험한 결과를 보여주는 도표이다.
도 6은 본 발명의 생분해성 멀칭액을 이용하여 제조한 생분해성 멀칭 비닐의 성능을 보여주는 도표이다.

이하에서, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로, 본 발명의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재될 것이다.

본 발명은 수용성 고분자 재료, 특히 폴리에틸렌옥사이드(PEO)를 물에 용해시킨 후 탄소계 재료 및 부식산(Humic acid)을 부가하여 생분해성 멀칭액을 제조하는 것에 관한 것으로, 본 발명의 애상 멀칭용 조성물을 토양 표면에 살포하여 멀칭막을 형성하는 경우, 적절한 보습성 및 투습성을 가지게 되고, 토양 흡착력이 향상되고, 내수성이 우수한 견고한 막을 형성할 수 있다.

본 발명에 따른 생분해성 멀칭액에 함유되는 부식산은 양조 폐기물, 해초 폐기물, 당밀제조 폐기물 등 유기물 폐액으로부터 제조된 물질로서 이를 사용하는 경우, 토양에 영양 성분을 공급하여 생육을 촉진시키며, 살포 및 건조 후 형성되는 멀칭막의 형성을 보다 촉진시키고 멀칭막의 토양 흡착력을 향상시킬 뿐만 아니라 멀칭막의 수분 함유 특성이 향상되어 토양의 수분을 식물의 생육에 필요한 정도로 조절할 수 있다.

또한, 상기 성분 외에 식물성 천연 고분자 물질을 더 부가하여 가교(Cross-linking)에 의해 멀칭막을 보다 견고히 형성하고 토양 부착성을 향상시킬 수 있다. 수용성 고분자 분해 미생물 또는 이의 혼합물을 부가하여 생분해성을 더욱 향상시킬 수 있다. 요변제를 부가하여 흘러내림을 방지할 수 있다. 규소질 비료, 키토산 등 기능성 첨가제들을 부가하여 다기능성 생분해성 멀칭액을 제조할 수 있다. 규소질 비료를 부식산과 혼합하여 사용하는 경우 성막(成膜)성능이 현저히 향상될 수 있다.

본 발명은 수용성 고분자 재료, 탄소계 재료 및 부식산을 함유하는 생분해성 멀칭액을 제공하며, 본 발명에 따른 조성물은 식물성 천연 고분자 물질, 수용성 고분자 분해 미생물 또는 이의 혼합물, 요변제, 키토산, 마그네슘 비료, 규소 비료, 살충제, 살균제 및 제초제로부터 선택되는 1종 이상을 더 함유할 수 있다. 본 발명에 따른 생분해성 멀칭액스틱 용기에 포장된 농축액 상태로 보관, 운반되므로 부피와 무게가 아주 적어, 보관비용이나 물동비용을 절감할 수 있으며 살포 및 건조되어 형성되는 멀칭막의 두께나 특성이 균일하게 조절될 수 있다.

본 발명은 수용성 고분자 분산액에 탄소계 착광제 및 부식산을 혼합하는 생분해성 멀칭액의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 제조방법은 물에 분산시켜 액상의 조성물로 제조할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 멀칭 방법은 수분산액 상태의 생분해성 멀칭액을 토양 표면에 살포하여 토양 표면에서 건조되면서 멀칭막이 형성될 수 있다.

이하, 상술한 본 발명에 따른 생분해성 멀칭액의 제조 방법에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 생분해성 멀칭액을 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 생분해성 멀칭액은 에멀젼 상태 또는 현탁액 상태일 수 있으며, 수용액 제조 단계(S110)와 첨가 단계(S120)를 통해 제조될 수 있다.

S110 단계에서는 수용성 고분자 재료 및 물을 혼합하여 수용성 고분자 수용액을 제조한다. 수용액 제조 단계에서는 수용성 고분자 재료를 완전히 용해시키기 위해 수용성 고분자 재료 및 물을 혼합한 혼합액을 가열할 수 있다. 이 경우, 가열 온도는 40 내지 80℃가 바람직하다. 가열 온도가 40℃ 미만인 경우, 용해 효과가 미미할 수 있다. 가열 온도가 80℃를 초과하는 경우 가열하기 위한 에너지 효율이 저하될 수 있다.

S120 단게에서는 수용액 제조 단계(S110)에서 제조된 수용성 고분자 수용액에 탄소계 재료 및 부식산을 첨가한다. 선택적으로, 첨가 단계(S120)에서는 수용액 제조 단계(S110)에서 제조된 수용성 고분자 수용액에 상술한 식물성 천연 고분자, 수용성 고분자 분해 미생물 또는 이의 혼합물, 요변제 및 기능성 첨가제 중 적어도 하나를 더 첨가할 수 있다.

도 1의 제조 방법으로 제조된 수분산액 상태의 생분해성 멀칭액은 토양 표면에 살포되고 토양 표면에서 건조되면서 멀칭막을 형성할 수 있다. 본 발명의 생분해성 멀칭액을 살포하는 방법은 통상적인 살포기 또는 분무기를 사용하여 이루어질 수 있다. 본 발명에 따른 멀칭 방법으로 형성된 멀칭막은 3개월 내지 6개월에 생분해되므로 환경 친화적이며, 멀칭막을 회수하는 과정이 불필요하므로 인건비를 절감할 수 있다.

도 2는 도 1의 생분해성 멀칭액의 구성 물질을 예시적으로 보여주는 도표이다. 도 2를 참조하면, 생분해성 멀칭액은 폴리에틸렌옥사이드, 분말활성탄소, 수용성 부식산, 전분, 카본 메칠 셀루로스(Carbon Methyl Cellulose(CMC)), 물을 포함할 수 있다.

폴리에틸렌옥사이드(PEO, 평균분자량(Mw): 1,600,000)은 약 30g을 사용하고, 실험에서는 일본의 메이세이화학에서 제조한 ALKOX 30g을 사용하였다. 분말활성탄소는 약 20g 사용하고, 실험에서는 가야활성탄소공업에서 제조한 타입 D-1-10-30을 사용하였다. 수용성 부식산은 약 5을 사용하고, 실험에서는 대신 Corporation에서 제조한 Multi-Humic Soluble, Granule을 사용하였다. 전분은 약 2g을 사용하고, 카본 메칠 셀루로스(CMC)는 약 10g을 사용하고, 실험에서는 중국의 Hercules Chemicals Company Ltd.에서 제조한 Sodium Carboxymethyl Cellulose을 사용하였다.

실험에서는, 물은 위의 물질들을 포함하여 약 1000mL를 사용하였다. 폴리에틸렌옥사이드(PEO)와 물을 액상 멀칭제의 반응 용해 장치에 투입하여 약60℃로 가열 및 교반하여 완전히 용해시킨 후, 전분, 활성탄, 부식산 및 CMC 분말을 차례로 첨가하여 고형분 함량이 3.4중량%인 생분해성 멀칭액을 1L를 제조하였다.

도 3은 도 1의 생분해성 멀칭액의 구성 물질을 다른 예를 보여주는 도표이다. 도 3을 참조하면, 생분해성 멀칭액 설명한 폴리에킬렌옥사이드, 분말활성탄소, 수용성 부식산, 전분, 카본 메칠 셀루로스(Carbon Methyl Cellulose(CMC)), 물 이외에 토양 미생물을 더 포함할 수 있다.

도 2의 생분해성 멀칭액에 PEO 분해성을 갖는 토양 미생물 0.01g을 더 첨가하는 것을 제외하고는, 도 2에서 설명한 것과 동일한 방법으로 생분해성 멀칭액을 제조할 수 있다. PEO 분해성을 갖는 토양 미생물은 액상 멀칭제를 사용한 경작지(밭)에서 채취한 부식토를 물에 잘 분산시킨 후, 고형분을 걸러낸 용액으로 수용성 고분자 분해 미생물을 스크리닝하여 얻을 수 있다.

도 4는 도 1의 생분해성 멀칭액의 구성 물질을 또 다른 예를 보여주는 도표이다. 도 4를 참조하면, 생분해성 멀칭액은 도 3에서 설명한 폴리에킬렌옥사이드, 분말활성탄소, 수용성 부식산, 전분, 카본 메칠 셀루로스(Carbon Methyl Cellulose(CMC)), 물, 토양 미생물 이외에 규산질 비료와 알긴산나트륨을 더 포함할 수 있다.

규산질 비료는 약 0.5g 사용하며, 실험에서는 (주)새턴바이오텍에서 제조한 큰손 규산입제을 사용했다. 알긴산나트륨은 약 1g 사용하며, 실험에서는 중국의 Qingdao Bright Moon Seaweed Group Co. Ltd.에서 제조한 것을 사용했다. 도 4의 생분해성 멀칭액은 규산질 비료 0.5g과 알긴산나트륨 1g를 더 첨가하는 것을 제외하고는, 도 3에서 설명한 것과 동일한 방법으로 생분해성 멀칭액을 제조할 수 있다.

도 5는 도 2 내지 도 4에서 설명한 생분해성 멀칭액과 대조군을 약 4개월 동안 동일한 조건에서 실험한 결과를 보여주는 도표이다. 도 5에서는 본 발명의 생분해성 멀칭액을 사용한 결과로서, 생육 상태, 잡초 발생 억제 효과, 생분해성 및 성막 성능을 보여주고 있다. 도 5를 참조하면, 생육 상태는 작물의 키와 열매의 수량을 기준으로 판별하여 대조군 대비 15% 이상이면 양호, 30% 이상이면 우수로 하였고, 대조군 대비 15% 저하되면 불량이고 대조군과 차이가 거의 없으면(± 15%) 보통으로 하였다.

또한, 잡초 발생 억제의 경우 잡초 발생 수를 기준으로 생육 상태와 같이 판별하였다. 생분해성은 6개월 지난 후 잔존 여부에 따라서 90% 이상 제거되면 우수, 70~90%이면 양호, 40~70%이면 보통, 50% 미만이면 불량으로 판별하였다. 성막 성능은 성막된 토양 표면을 손가락으로 눌러 부서질 때까지의 강도를 상대적으로 평가하였으며, 아주 딱딱하고 질긴 막이 형성되면 우수, 딱딱한 막이 형성됨을 확실히 느낄 수 있으면 양호, 겨우 느껴지면 보통, 대조군 정도이면 불량으로 판별하였다.

도 5에 나타낸 바와 같이 생육 상태는 본 발명에 따른 멀칭 방법으로 진행된 도 2 내지 도 4의 실시 예의 경우에, 대조군과 비교해서 우수한 결과를 나타내었다. 잡초 발생 억제 효과 측면에서는 대조군은 불량이지만, 본 발명의 멀칭 방법으로 제조된 생분해성 멀칭액은 모두 우수한 효과를 나타내었다. 생분해성 측면에서는 도 2 내지 도 4의 경우 6개월 이내에 모두 분해되었고 특히, 수용성 고분자 분해 미생물을 함유한 도 3 및 도 4의 실시예의 경우 이를 함유하지 않은 도 2의 실시 예에 비하여 4개월 이내에 분해되었다. 성막 성능 면에서 도 2 내지 도 4의 실시 예에서 모두 양호한 성막 성능을 보여주었고, 특히 규산질 비료를 사용한 도 4의 경우에는 형성된 막의 강도가 규산질과 요변제의 작용에 의하여 성막이 다소 향상되는 우수한 결과를 보여주고 있다.

본 발명에 따른 생분해성 멀칭액은 에멀젼 상태 또는 현탁액 상태일 수 있으며, 구성 성분으로는 수용성 고분자 재료, 탄소계 재료 및 부식산(Humic acid)을 함유하며, 부가적으로 식물성 천연고분자 물질, 수용성 고분자 분해 미생물 또는 이의 혼합물, 요변제, 키토산, 마그네슘 비료, 규소 비료, 살충제, 살균제 및 제초제로부터 선택되는 1종 이상을 더 함유할 수 있다.

수용성 고분자 재료는 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐알코올 또는 폴리에틸렌글리콜로부터 선택되는 1종 이상과 폴리에틸렌옥사이드의 혼합물 또는 폴리에틸렌으로 제공될 수 있다. 폴리에틸렌옥사이드는 평균분자량이 300,000 내지 6,500,000이 성막 성능 및 수용해성 측면에서 좋다. 폴리에틸렌옥사이드의 분자량이 300,000 미만인 경우에는 성막 성능이 저하되고, 분자량이 6,500,000을 초과하는 경우에는 수용해성이 저하되어 불리하다. 평균 분자량은 상대질량으로 원자질량단위(amu)이며 무차원인 것을 말한다. 폴리에틸렌옥사이드는 FDA Inactive ingredients Guide에 등재되어 있으며 동물 실험 결과 투여 경로에 관계없이 독성이 없는 것으로 확인되었고, 위장계에서 거의 흡수되지 않고 빠르고 완전하게 제거된다고 알려져 있다. 또한, 수지는 피부 및 눈을 자극하지 않아 의약품이나 식품첨가제로 널리 쓰이는 물질로 안정성에는 문제가 없다.

수용성 고분자 재료는 고체상 또는 에멀젼 상태인 것을 사용할 수 있으며, 수용성 고분자 재료의 함량은 생분해성 멀칭액 0.1 내지 10 중량% 로 사용하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 수용성 고분자 재료를 0.5 내지 5 중량% 를 사용하는 것이 멀칭막의 성막성과 투습성이 적절하여 좋다. 수용성 고분자 재료의 함량이 0.5 중량% 미만인 경우에는 성막 기능 및 막의 내구성이 저하될 수 있고, 함량이 5 중량%를 초과하는 경우에는 고점도로 인해 작업이 불가능하고 생분해 효율이 저하되어 6개월 이상이 지난 경우에도 분해되지 않고 토양 표면에 잔류하게 되어 바람직하지 않다.

본 발명에 따른 생분해성 멀칭액은 차광제로서 탄소계 재료를 첨가함으로써 멀칭막에 의한 차광 효과로 잡초 발생을 억제할 수 있다. 또한, 탄소계 재료를 함유함으로써 태양광을 흡수하여 지열을 상승 또는 조절할 수 있다. 탄소계 재료로는 활성탄, 카본 블랙, 흑연 또는 이의 혼합물을 사용할 수 있으며, 효과나 경제적인 면에서는 활성탄(active carbon), 카본블랙(Carbon Black) 또는 이의 혼합물을 사용하는 것이 더 바람직하다. 탄소계 재료의 함량은 생분해성 멀칭액 중 0.1 내지 10중량%로 사용하는 것이 바람직하다. 탄소계 재료 함량이 0.1 중량% 미만인 경우에는 차광효과 및 지열 보온 효과의 발현이 미미하고, 상기 함량이 10 중량%를 초과하는 경우에는 생분해성 멀칭액막 형성 및 수분산성을 저해할 수 있어서 바람직하지 않다.

본 발명에 따른 생분해성 멀칭액에 함유되는 부식산(Humic acid)은 통상적으로는 식물이 땅속에서 오랜 기간 부식된 잔류물을 의미한다. 부식산은 시판되는 제품을 사용할 수도 있고 직접 제조하여 사용할 수 있으며, 제조 방법은 예를 들면 양조 폐기물, 해초 폐기물, 당밀제조 폐기물, 기타 고농도 유기물 폐액을 일반적인 퇴비 제조법을 이용하여 발효 및 건조하는 단계를 거친다.

본 발명에 따른 부식산 함량은 생분해성 멀칭액 중 0.01 내지 2 중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 부식산 함량이 0.01 중량% 미만인 경우에는 멀칭막의 수분 함유 특성, 토양 흡착력 및 멀칭막의 성막에 미치는 효과가 미미할 수 있고, 함량이 2 중량%를 초과하는 경우에는 멀칭용 조성물의 분산성 및 작업성이 약화될 수 있어 바람직하지 않다.

부식산은 양분 흡수를 촉진시키고, 영양 물질을 직접 공급하는 공급원이 될 수 있다. 부식산은 식물의 광합성 및 호흡 등 에너지 대사를 증진시킨다. 부식산은 각종 효소의 생성과 활성에 영향을 주어 작물의 생육을 촉진한다. 부식산은 친수성 및 친유성기가 동시에 존재하므로 세포막의 인지질 구조를 쉽게 투과할 수 있어 담체(Carrier) 역할을 하여 식물의 세포막의 투과성을 증진시키고 운반작용을 하여 표피 세포의 요소 흡수를 촉진시킨다. 부식산은 미생물의 증식에 필수적인 인산과 탄소를 공급하여 미생물 밀도를 증진시킨다. 이러한 미생물의 작용에 의해 미량원소(Fe, Zn, Mn 등)나 일부 다량원소(K, Ca, P)의 가용성을 증진시켜 작물의 흡수를 용이하게 한다.

토양에 투입된 부식산은 근권의 수분과 공기의 비율을 변화시켜 토양구조를 개선한다. 또한, 부식산은 친수성일 뿐 아니라 친유성이기도 하므로 비이온성 용질의 보유가 용이하다. 부식산은 양이온치환용량(CEC)이 높고 복합체 형성 능력이 높기 때문에 각종 양이온과 유기화합물을 보유하고 있다가 식물에 지속적으로 방출할 수 있다. 또한, 부식산은 토양산도의 완충력을 높일 수 있다. 부식산은 농약과 공해 물질과 같은 비이온성 유기화합물을 강하게 흡착함으로써 비이온성 유기화합물이 용해되어 작물에 이용되지 못하게 한다.

본 발명에 따른 생분해성 멀칭액은 식물성 천연고분자 물질을 더 함유할 수 있다. 생분해성 멀칭액이 식물성 천연고분자 물질을 더 함유하는 경우 조성물의 수분산성이 향상되고 멀칭막의 가교(Cross-linking) 성능 및 토양 부착력이 향상되며 적절한 투습성을 가지게 되어 식물생장에 매우 우수하게 작용한다. 식물성 천연 고분자로는 전분 및 그 유도체 등의 다당류, 셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, Carboxy Methyl Cellulose, 하이드록시메틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스계 유도체 또는 이의 혼합물을 들 수 있다. 식물성 천연고분자 물질의 함량은 생분해성 멀칭액 0.1 내지 2 중량%인 것이 바람직하다. 식물성 천연 고분자의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우에는 멀칭막의 가교 성능 향상 효과나 토양 부착력 향상의 효과가 미미하고, 함량이 2 중량%를 초과하는 경우에는 멀칭막의 내구성이 저하될 수 있다.

본 발명에 따른 생분해성 멀칭액은 수용성 고분자 분해 미생물 또는 이의 혼합물을 더 포함할 수 있다. 생분해성 멀칭액수용성 고분자 분해 미생물 또는 이의 혼합물을 더 함유하는 경우, 토양의 산성화를 막고 토질을 좋게 유지하며, 식물의 생장 속도를 증진시키는 효과를 가진다. 미생물은 경작지(밭)에서 채취한 부식토를 물에 잘 분산시킨 후 고형분을 걸러낸 용액으로 수용성 고분자 분해 미생물을 스크리닝한 것일 수 있다.

수용성 고분자 분해 미생물 또는 이의 혼합물의 함량은 수용성 고분자 재료의 함량에 비례하며, 수용성 고분자 분해 미생물 또는 이의 혼합물의 함량은 생분해성 멀칭액 중 0.0001 내지 0.01 중량% 범위로 사용하는 것이 바람직하다. 함량이 0.0001 중량% 미만인 경우에는 수용성 고분자 분해속도 향상 효과가 미미하고, 0.01 중량%를 초과하는 경우에는 수용성 고분자 분해 속도가 너무 빠를 수 있다. 액상 멀칭 조성물은 3개월 내지 6개월에 완전히 분해되는 것이 바람직하다. 따라서 상기 사용량 범위를 벗어나는 경우 분해기간이 3개월 미만 또는 6개월을 초과하게 되어 바람직하지 않다.

본 발명에 따른 생분해성 멀칭액은 요변제를 더 포함할 수 있다. 생분해성 멀칭액이 요변제를 더 함유하는 경우에 분무시 흘러내림을 방지할 수 있다. 예를 들면, 요변제는 토양 오염을 고려하여, 카복실메틸세룰로스(Carboxyl methyl cellulose, CMC), 메틸셀룰로스(Methyl cellulose, MC) 및 히드록시에틸셀룰로스(Hyroxy ethyl cellulose, HEC) 또는 알긴산나트륨 등일 수 있다. 요변제의 함량은 생분해성 멀칭액 중 0.1 내지 1 중량% 범위로 사용하는 것이 바람직하다. 상기 범위 미만일 경우에는 흘러내림 억제 효과가 미미하고 상기 범위를 초과하는 경우에는 분무 작업성이 떨어질 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 생분해성 멀칭액은 기능성 첨가제로서 키토산, 마그네슘 비료, 규소 비료 등 비료성분(Fertilizer), 살충제(Insecticide), 살균제(Fungicide), 제초제(Herbicide) 등을 더 포함할 수 있다. 본 발명에서는 기능성 첨가제를 첨가하는 경우에 막을 형성함으로써 막 속의 첨가제들이 함께 응고되어 있다가 물에 의하여 서서히 녹아 지속적으로 농작물의 뿌리에 공급하는 서방제(Release Controller)로서의 효과를 가진다.

기능성 첨가제 중 키토산(Chitosan)은 갑각류에 함유되어 있는 키틴을 식물에 흡수가 쉽도록 가공한 것으로서 구체적으로는 게나 가재, 새우 껍데기에 들어 있는 키틴을 탈아세틸화하여 얻어낸 물질을 말한다. 키토산을 첨가함으로써 농작물의 세포를 활성화하여 면역력을 강화해주며 질병을 예방하고 자연적인 치유능력을 활성화하는 기능을 조절하여 사용 농약의 감소를 꾀할 수 있다. 또한, 농작물이 이미 흡수한 중금속 및 오염 물질 배출할 수 있다. 또한, 기능성 첨가제 중 규소질 비료를 더 함유하는 경우에는 성막 성능을 향상할 수 있다. 기능성 첨가제의 함량은 생분해성 멀칭액 중 0.01 내지 1 중량% 첨가할 수 있다. 함량 미만으로 첨가하는 경우에는 효과의 발현이 미미할 수 있고, 함량을 초과하는 경우에는 토양에 시비함량이 너무 높아질 수 있어서 바람직하지 않다.

한편, 본 발명의 생분해성 멀칭액은 생분해성 비닐막으로 사용되거나 생분해성 멀칭 비닐을 제조하는 데 사용될 수 있다. 생분생성 멀칭 비닐은 생분해성 멀칭액을 폴리에틸렌 또는 폴리스틸렌과 같은 합성 수지류의 베이스 폴리머(base polymer)에 혼합하여 압축한 필립이다. 생분해성 비닐은 생분해성 멀칭액뿐 아니라, 베이스 폴리머도 생분해할 수 있기 때문에 토양의 바닥에 피복하여 사용하면, 잡초의 생육을 억제하고 병충해를 예방할 수 있다.

도 6은 본 발명의 생분해성 멀칭액을 이용하여 제조한 생분해성 멀칭 비닐의 성능을 보여주는 도표이다. 도 6에서, 멀칭 비닐 1 내지 3은 도 2 내지 도 4에서 설명한 생분해성 멀칭액을 사용하여 제조한 것이고, 비교군은 기존의 멀칭 비닐로서, 일신 화학에서 제조한 농업용 흑색 HDPE Film을 사용하였습니다.

도 2 내지 도 4의 생분해성 멀칭 비닐과 기존의 멀칭 비닐을 생육 상태, 잡초 억제, 생분해성, 성막 성능을 비교하였다. 경작지에서 농업 시험용 포장(면적: 700cmX445cm)을 단위로 하여 난괴법으로 3회 반복 설치하여 골타기하고 콩(황금콩)을 파종(재식거리: 60cm×15cm)한 후, 같은 기후 조건 하에서 멀칭제를 전혀 사용하지 않은 나대지를 대조군으로 하여다. 본 발명의 멀칭 비닐과 기존의 멀칭 비닐을 비교 실험한 결과, 생육 상태, 생분해성, 성막 성능에서 개선된 효과를 얻었다. 본 발명의 생분해성 멀칭 비닐에 의하면, 농약 사용을 현저하게 줄일 수 있고, 또 일정 시간 지난 후에 자연 상태에서 미생물에 의해 생분해되기 때문에 환경 오염도 방지할 수 있다.

상술한 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들이다. 본 발명은 상술한 실시 예들 이외에도, 단순하게 설계 변경되거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들도 포함할 것이다. 또한, 본 발명은 실시 예들을 이용하여 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술한 실시 예들에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

수용성 고분자 재료가 물에 용해된 수용성 고분자 수용액;
상기 수용성 고분자 수용액에 혼합되고, 활성탄, 카본 블랙 및 흑연 중 적어도 하나를 포함하는 탄소계 재료; 및
상기 수용성 고분자 수용액에 혼합되는 부식산을 포함하되,
상기 수용성 고분자 재료는 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol) 및 폴리에틸렌옥사이드의 혼합물, 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol) 및 폴리에틸렌옥사이드의 혼합물, 또는 폴리에틸렌(polyethylene)을 포함하는 생분해성 멀칭액.
제 1 항에 있어서,
상기 폴리에틸렌옥사이드는 평균분자량이 300,000 내지 6,500,000으로 제공되는 생분해성 멀칭액.
제 1 항에 있어서,
상기 수용성 고분자 재료는 0.5 내지 5 중량%로 제공되고,
상기 탄소계 재료는 0.1 내지 10 중량%로 제공되고,
상기 부식산은 0.01 내지 2 중량%로 제공되는 생분해성 멀칭액.
제 1 항에 있어서,
식물성 천연고분자 물질, 수용성 고분자 분해 미생물, 요변제 및 기능성 첨가제 중 적어도 하나를 더 포함하고,
상기 기능성 첨가제는 키토산, 비료, 살충제, 살균제 및 제초제 중 적어도 하나를 포함하는 생분해성 멀칭액.
제 1 항의 생분해성 멀칭액을 이용하여 생분해성 비닐을 제조하는 방법에 있어서,
수용성 고분자 재료 및 물을 혼합하여 수용성 고분자 수용액을 제조하고, 상기 수용성 고분자 수용액에 탄소계 재료 및 부식산을 첨가함으로 생분해성 멀칭액을 제조하는 단계; 및
상기 생분해성 멀칭액을 이용하여 생분해성 비닐을 제조하는 단계를 포함하는 생분해성 비닐 제조 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 수용성 고분자 수용액에 식물성 천연고분자 물질, 수용성 고분자 분해 미생물, 요변제 및 기능성 첨가제 중 적어도 하나를 더 첨가하고,
상기 기능성 첨가제는 키토산, 비료, 살충제, 살균제 및 제초제 중 적어도 하나를 포함하는 생분해성 비닐 제조 방법.