KR20210108707A - 탄소섬유를 함유하는 기능성 인공배지 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄소섬유를 함유하는 기능성 인공배지 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 침지처리 된 직포 또는 부직포를 포함하는 베이스 재료, 볏짚, 밀짚 및 보리짚 중 적어도 하나를 포함하는 짚 재료와 쌀겨의 혼합물을 포함하는 바이오매스 재료, 탄소섬유, 고흡수성 수지 및 바인더를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 함유하는 기능성 인공배지를 제공한다.

Description

탄소섬유를 함유하는 기능성 인공배지 및 이의 제조 방법{Functional hydroponic growing media containing carbon fiber and manufacturing method of the same}

본 발명은 탄소섬유를 함유하는 기능성 인공배지 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탄소섬유를 함유하여 원적외선 방사 및 항균성이 더욱 강화된 기능성 인공배지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 식물을 이용한 액자나 벽면녹화, 입체적인 꽃조형물, 플라워볼과 같은 형상물은, 주변의 환경개선, 미관, 인테리어 등 경관 조성 등의 목적으로 활성화되고 있다.

이러한 형상물에 식물을 식재하기 위해서는 토양이 필요한데, 일반토양은 토양의 흘러내림으로 인해 형상을 유지하지 못하므로, 부직포를 이용하여 주머니 형태로 만들어서 식물을 식재하거나 그물망을 설치한 다음 식물을 식재하는 방식을 사용하고 있다.

그러나, 이러한 방식은 입체적인 형상을 만들기 어렵고, 식물을 이용하여 정밀한 형상을 표현하기 어렵다는 단점이 있다. 또한, 그 작업에 많은 인원과 시간이 투입되어야 하며, 작업 완료 후 토양의 유실 및 오염, 먼지 발생 등으로 식물을 원활하게 재배하기 어려우며, 그물망을 설치하여 토양 충진 후 식물을 식재한 후에도 관수시 토양의 유실이 계속적으로 발생하고 토양의 영양분이 소실되어 균일한 물성 및 영양분이 고르게 함유된 토양성분을 제공할 수 없으므로 식물을 최적으로 재배하기 어렵다는 문제점이 있다.

본원의 배경이 되는 기술은 대한민국 등록특허 제10-1090949호에 개시되어 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 토양 유실에 따른 문제를 해결함과 더불어 흡수성, 항균성, 살균성, 탈취성 및 원적외선 방사 효과가 개선된, 탄소섬유를 함유한 기능성 인공배지 및 이의 제조 방법을 제공하는데 있다.

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

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 탄소섬유를 함유하는 기능성 인공배지는 침지처리 된 직포 또는 부직포를 포함하는 베이스 재료, 볏짚, 밀짚 및 보리짚 중 적어도 하나를 포함하는 짚 재료와 쌀겨의 혼합물을 포함하는 바이오매스 재료, 탄소섬유, 고흡수성 수지 및 바인더를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 베이스 재료 40 내지 60 중량%, 상기 바이오매스 재료 10 내지 25 중량%, 상기 탄소섬유 5 내지 10 중량%, 상기 고흡수성 수지 5 내지 10 중량% 및 상기 바인더 5 내지 15 중량%를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 베이스 재료, 상기 바이오매스 재료 및 상기 고흡수성 수지는 분쇄되어 1 내지 10mm의 입자크기를 갖는 분말 형태로 사용되고, 상기 탄소섬유는 분쇄되어 1 내지 5mm의 길이를 갖도록 사용되는 것을 특징으로 할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 침지처리 된 직포 또는 부직포는 복합 천연추출물을 포함하는 천연 침지액을 이용하여 침지처리 된 것이되, 상기 복합 천연추출물은 모링가 추출물, 향나무 추출물, 붉나무 추출물 및 감잎 추출물을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 폴리페놀 함유 건조식물 및 광물혼합물 중 적어도 하나를 포함하는 보조 첨가제를 더 포함하고, 상기 폴리페놀 함유 건조식물은 녹차, 도토리 및 선인장 중 적어도 하나의 건조식물을 포함하고, 상기 광물혼합물은 석영, 견운모, 토루말린, 알루미나, 할로이사이트, 카올리나이트, 딕카이트, 산화철, 산화칼슘 및 산화마그네슘 중 적어도 2종 이상의 혼합광물이 소성 및 분쇄되어 제조된 것을 특징으로 할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 베이스 재료 40 내지 60 중량%, 상기 바이오매스 재료 10 내지 25 중량%, 상기 탄소섬유 5 내지 10 중량%, 상기 고흡수성 수지 5 내지 10 중량%, 상기 바인더 5 내지 15 중량%, 상기 폴리페놀 함유 건조식물 5 내지 10 중량%, 및 상기 광물혼합물 5 내지 10 중량%를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 탄소섬유를 함유하는 기능성 인공배지의 제조 방법은 베이스 재료, 바이오매스 재료, 탄소섬유 및 고흡수성 수지를 각각 분쇄한 후 혼합하여 분쇄 혼합물을 제조하는 단계; 정제수에 상기 분쇄 혼합물 및 바인더를 첨가하고 교반하여 기능성 인공배지용 조성물을 제조하는 단계; 및 성형 틀을 이용한 프레스 성형 공정을 통해 상기 기능성 인공배지용 조성물을 압축 성형하는 단계를 포함하고, 상기 베이스 재료는 침지처리 된 직포 또는 부직포를 포함하고, 상기 바이오매스 재료는 볏짚, 밀짚 및 보리짚 중 적어도 하나를 포함하는 짚 재료와 쌀겨의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 기능성 인공배지가 소일리스 폼(soiless form)의 형태로 구현되어 토양의 유실이 발생하지 않기 때문에, 식물로 이루어진 다양한 조형물에 적용할 수 있으며, 박테리아와 해충에 대한 우려가 없고, 우수한 흡수성과 다공질 공간의 충분한 확보를 통해 물과 공기의 최상의 균형비율의 유지가 가능하여 식재 식물의 장기간 생육이 가능하고, 쉽게 교체 가능하며 위생적이기 때문에 유지관리가 용이할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에 따른 기능성 인공배지는 흡수성, 항균성, 살균성 및 탈취성이 우수하여 수분의 공급이 지속적으로 이루어지지 않더라도 효과적으로 식물을 재배할 수 있으며, 특히 탄소섬유를 함유함에 따라 항균성이 향상되어 식물의 생장에 더욱 효과적일 수 있고, 원적외선 방사를 통해 바이오 필터로서의 기능이 강화되어 쾌적한 환경의 제공이 가능한 벽면녹화용 식생포트로서 이용 가능할 수 있다.

도 1은 본 발명의 본 발명의 실시예들에 따른 탄소섬유를 함유한 기능성 인공배지의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 탄소섬유를 함유한 기능성 인공배지를 이용한 식생포트를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 탄소섬유를 함유한 기능성 인공배지를 이용한 벽면녹화 구조물의 예를 도시하는 도면들이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본원 명세서에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. 또한, 본원 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때, 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

이하 본 발명의 실시예들에 따른 탄소섬유를 함유한 기능성 인공배지 및 이의 제조 방법에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 본 발명의 실시예들에 따른 탄소섬유를 함유한 기능성 인공배지의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 탄소섬유를 함유한 기능성 인공배지의 이용예를 설명하기 위한 도면이다. 도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 탄소섬유를 함유한 기능성 인공배지를 이용한 벽면녹화 구조물의 예를 도시하는 도면들이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 탄소섬유를 함유한 기능성 인공배지는 베이스 재료, 바이오매스 재료, 탄소섬유, 고흡수성 수지 및 바인더를 포함할 수 있으며, 이의 제조 방법은 베이스 재료, 바이오매스 재료, 탄소섬유 및 고흡수성 수지를 각각 분쇄한 후 혼합하여 분쇄 혼합물을 제조하는 단계(S10), 정제수에 분쇄 혼합물 및 바인더를 첨가하고 교반하여 기능성 인공배지용 조성물을 제조하는 단계(S20) 및 성형 틀을 이용한 프레스 성형 공정을 통해 기능성 인공배지용 조성물을 압축 성형하는 단계(S30)를 포함할 수 있다.

상세하게, 베이스 재료는 본 발명의 기능성 인공배지에서 식물을 지지함과 동시에 빈 공간을 형성하여 식물의 뿌리가 쉽게 자리 잡을 수 있도록 하는 역할을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 베이스 재료는 침지처리 된 직포 또는 부직포를 이용할 수 있다. 예컨대, 직포 또는 부직포는 폴리에스터, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌, 폴리스티렌, 폴리카보네이트 및 폴리아미드 중에서 선택된 적어도 하나의 합성수지를 이용하여 제조된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

직포 또는 부직포의 침지처리는 복합 천연추출물을 포함하는 천연 침지액을 이용하여 수행될 수 있다. 복합 천연추출물은 예컨대, 모링가 추출물, 향나무 추출물, 붉나무 추출물 및 감잎 추출물을 포함할 수 있다.

모링가(Moringa oleifera)는 열대 및 아열대 기후에 널리 분포하는 십자화목과의 속씨식물 속의 하나이다. 모링가는 올레산이 풍부하여 열매(씨)를 압착하거나 헥산 추출에 의해 얻은 오일을 식용으로 사용하기도 한다. 열매는 녹색일 때 콩처럼 식용하며 성숙된 씨는 약 40% 오일을 함유한다. 모링가에서 획득한 오일은 양질의 조리용 이외에도, 향수, 비누, 화장품 등의 화장료 제조시에도 널리 사용되어 왔다. 이러한 모링가는 문헌에 따르면 90가지 영양소, 46가지 항산화제, 36가지 항 염증제를 포함하는 539가지의 다양하고 유익한 생화학적 활성물질을 함유하고 있다고 알려져 있다. 특히 시드는 스테롤들, 지방산, 단백질, 섬유질, 오메가 6, 9, 10, 토코페롤로 구성된다고 알려져 있으며, 또한 시드는 4-(α-L-람노 피라노 실록시)-벤질 글루코 시놀 레이트를 포함한 글루코시놀레이트를 함유한다. 또한, 모링가 종의 잎 및 시드는 시토키닌, 예를 들면 제아틴, 디히드로 제아틴, 및 이소펜틸 아데닌을 함유하는 것으로 알려져 있다.

향나무는 측백나무과에 속하는 늘푸른 바늘잎나무로, 키는 15 내지 25m에 이르고 온 몸에서 향이 나는 나무이다. 어린 향나무는 원추형으로 자라며, 줄기가 곧지만 나이가 들면서 주변의 조건에 맞게 비틀어지고 구부러지는 특징이 있다. 향나무의 성분에는 아멘토플라본(amentoflavone), 히노키플라본(hinokiflavone), 및 아피게닌(apigenin) 등이 존재하며, 세드롤(cedrol), 피넨(pinene)등과 같은 정유성분이 존재한다. 예로부터 향나무는 혈액순환촉진작용, 살균작용, 해독작용, 해열작용, 감기, 변비 및 다양한 질병에 대한 약재로도 사용이 되었으며, 현재까지도 향나무를 이용하여 여러가지 질병의 치료를 위한 연구가 계속되고 있다.

붉나무(Rhys javanica L.)는 옻나무과에 속하는 낙엽관목으로, 전국 각지의 야산에서 자생한다. 옻나무에 속하지만 독성은 없으며, 한방에서는 수렴, 지혈, 해독, 향균의 효력이 있어, 설사, 탈항, 위궤양, 십이지장궤양, 도한, 유정, 혈변, 혈뇨, 구내염 등에 처방한다. 또한 붉나무의 뿌리와 잎을 염부목(鹽膚木)이라 부르며 해열 및 제독, 타박상, 지혈 등의 용도로 사용하여 왔다. 붉나무의 열매는 둥글고 납작하며 시고 짠맛이 나는 흰 가루로 덮여있어 붉나무 열매를 물에 넣고 주물러서 그 물을 소금 대신 쓰거나 간수 대신 두부를 만드는데 쓰인다. 잎에는 굵은 벌레집이 달리는데 이것을 오배자(五倍子) 또는 염부자(鹽膚子)라고 한다.

감나무(Diospyros kaki Thunb)는 우리나라 중부 이남 지방에 주로 분포되어 있으며 생식하는 시자 이외에도 시엽, 시화, 시체 등은 예로부터 민간요법으로 사용되어 왔다. 그 중에서도 특히 감잎은 주로 차로 이용되어 동의보감에 혈관질환의 예방, 치료와 함께 자반증(혈관염증)에도 효과가 있다고 기록되어 있다. 감잎에는 비타민 C, 아미노산, 핵산, 페놀성 화합물, 유리당 등 여러 물질들이 다양하게 함유되어 있다. 감잎의 플라보노이드(flavonoid)는 kaempferol의 배당체인 astragalin, myricetin의 배당체인 myricetin의 배당체인 myricitrin, isoquercitrin 등의 배당체 형태가 존재한다. 감잎은 총 페놀성 화합물 함량이 0.1 ~ 5.8%로 다른 식물에 비하여 높으며, 우수한 항산화능과 항균성이 확인되었고, Superoxide dismutase(SOD)활성에도 관여하는 것으로 알려져 있다.

모링가 추출물, 향나무 추출물, 붉나무 추출물, 및 감잎 추출물은 각각의 기관(예컨대, 뿌리, 가지, 줄기, 잎 또는 꽃)으로부터 당해 기술 분야의 전문가에 의해 추출할 수 있는 일반적인 추출 방법으로 추출된 추출물을 의미하며, 추출 부위가 특정의 부분으로 제한되지 않는다. 각각의 추출물은 액상 형태로 이용될 수 있다.

천연 침지액은 정제수에 모링가 추출물, 향나무 추출물, 붉나무 추출물 및 감잎 추출물을 포함하는 복합 천연추출물을 혼합하고 교반하여 제조될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 천연 침지액은 정제수 100 중량부당 복합 천연무출물 5 내지 10 중량부가 혼합되어 제조될 수 있으며, 이 때 모링가 추출물, 향나무 추출물, 붉나무 추출물 및 감잎 추출물은 1:0.5~1:0.5~1:1~2의 중량비로 혼합되는 것이 바람직할 수 있다. 본 발명에서, 복합 천연추출물은 베이스 재료의 항균성, 살균성 및 탈취성의 개선을 위해 사용될 수 있다.

한편, 침지처리는 천연 침지액에 직포 또는 부직포를 침지시킨 후 60 내지 80℃의 온도에서 20 내지 30분 동안 가열한 후 건져내고, 탈수 및 송풍 건조를 수행하는 것을 포함할 수 있다. 상기 송풍 건조는 30 내지 40℃의 온도에서 30 내지 60분 동안 진행될 수 있다. 상기와 같은 천연 침지액을 이용한 침지 처리는 복수 회 수행될 수 있다. 예컨대, 천연 침지액을 이용한 직포 또는 부직포의 침지 처리는 적어도 3회 이상 수행되는 것이 바람직할 수 있다. 이를 통해, 천연 침지액에 포함된 유용 성분이 베이스 재료 내로 흡수되는 흡수율은 증대되고, 흡수된 유용 성분의 탈리율은 감소될 수 있다.

베이스 재료는 기능성 인공배지의 총 중량대비 40 내지 60 중량%로 함유될 수 있다. 베이스 재료가 40 중량% 미만이면 수분 보유 및 전달력이 떨어지고, 60 중량%를 초과하면 기능성 및 성형성이 저하될 수 있다.

바이오매스 재료는 식물의 성장에 필요한 수분공급을 위한 습도조절기능 및 식물의 성장에 필요한 산소의 함유 기능을 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 바이오매스 재료는 볏짚, 밀짚 및 보리짚 중 적어도 하나를 포함하는 짚 재료와 쌀겨의 혼합물을 이용할 수 있다. 바이오매스 재료는 기능성 인공배지 총 중량대비 15 내지 25 중량%로 함유될 수 있다. 바이오매스 재료가 15 중량% 미만이면 상술한 바이오매스 재료의 효과가 미미할 수 있고, 50 중량%를 초과하면 성형성이 저하될 수 있다. 또한, 바이오매스 재료의 효과의 극대화를 위해, 바이오매스 재료를 구성하는 짚 재료와 쌀겨는 1:1 내지 4:1의 중량비로 혼합될 수 있다. 더욱 바람직하게, 바이오매스 재료는 볏짚, 밀짚, 보리짚 및 쌀겨가 1:1:1:1의 중량비로 혼합되어 사용될 수 있다.

탄소섬유는 원적외선 방출 및 항균작용으로 식물의 뿌리를 건강하게 보호해주는 기능을 수행함과 더불어, 본 발명의 기능성 인공배지를 이용한 구조물(예컨대, 벽면녹화(green wall))이 바이오 필터로서 기능하는 것을 보강해주는 역할을 수행할 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 기능성 인공배지를 이용한 구조물이 설치된 공간의 사용자에게 원적외선 방사에 따른 쾌적한 환경의 제공이 가능할 수 있다.

일 예로, 탄소섬유는 열경화성수지 분말에 미량의 첨가물(항균제, 광물 분말 등)을 혼합하여 원료혼합물을 준비하고, 준비된 원료 혼합물을 공지된 방법을 통해 섬유상으로 형성하여 제조될 수 있다. 열경화성수지 분말은 탄소섬유의 탄소원으로서 탄화공정에 의하여 탄화되어 활성탄소섬유로 변하는 원료물질이다. 이는 통상의 탄소화합물들은 모두 사용될 수 있기는 하나, 특히 공정의 안정성과 수득된 탄소섬유에서의 불순물 함량을 최소화시킬 수 있는 것이 사용되는 것이 바람직할 수 있다. 소결 또는 탄화 동안에도 변형되지 않으며, 불순물 함량이 적게 나타나는 것으로서, 예를 들면 노볼락형 페놀수지 등이 사용될 수 있다. 그리나, 본 발명이 이에 한정되지 않으며 노볼락형 페놀수지 이외에도 다양한 종류의 열경화성수지가 사용될 수 있다.

탄소섬유는 기능성 인공배지 총 중량대비 5 내지 10 중량%로 함유될 수 있다. 탄소섬유가 5 중량% 미만이여 탄소섬유의 효능이 미미할 수 있고, 10 중량%를 초과하면 첨가량에 비해 성능 개선의 효과가 미비하고 성형성이 저하될 수 있다.

고흡수성 수지는 기능성 인공배지에 수분이 공급되었을 때, 수분을 흡수하여 기능성 인공배지 내에 습도를 일정하게 유지시켜 주는 기능을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 고흡수성 수지는 수분을 함유하여 습도를 일정하게 유지시켜 주는 역할을 하는 것이면, 특별히 한정하지 않고 어떠한 것이든 사용가능하나, 폴리아크릴산, 폴리비닐알코올 및 폴리에틸렌 옥시드 등의 수용성 고분자를 가교에 의해 물에 불용화하여 얻어지는 것을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.

고흡수성 수지는 기능성 인공배지의 총 중량대비 5 내지 10 중량%로 함유될 수 있다. 고흡수성 수지의 함량이 5 중량부 미만이면, 기능성 인공배지의 내부가 식물이 생장할 수 있을 정도의 습도를 나타낼 수 없으며, 고흡수성 수지의 함량이 10 중량부를 초과하게 되면, 기능성 인공배지의 내부 습도가 지나치게 증가하여 식물의 생장을 저해할 수 있다.

분쇄 혼합물은 상술한 베이스 재료, 바이오매스 재료, 탄소섬유 및 고흡수성 수지가 각각 분쇄 후 혼합되어 제조될 수 있다(S10). 예컨대, 베이스 재료, 바이오매스 재료 및 고흡수성 수지는 각각 분쇄되어 1 내지 10mm의 입자크기를 갖는 분말 형태로 포함 또는 사용될 수 있다. 그리고, 탄소섬유는 분쇄되어 1 내지 5mm의 길이를 갖도록 포함 또는 사용될 수 있다.

상기와 같이 제조된 분쇄 혼합물을 정제수 및 바인더와 혼합한 후 교반하여 기능성 인공배지용 조성물이 제조될 수 있다(S20).

정제수는 분말 형태의 분쇄혼합물이 고루 섞이도록 하기 위해, 분쇄혼합물 100 중량부당 400 내지 600 중량부의 정제수가 사용되는 것이 바람직할 수 있다.

바인더는 베이스 재료, 탄소섬유, 바이오매스 재료 및 고흡습성 수지 간의 부착력을 증대시킴으로써, 기능성 인공배지용 조성물를 이용한 성형 공정시의 접착력은 물론, 성형 후의 강도도 증가시키는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 베이스 재료, 탄소섬유, 바이오매스 재료 및 고흡습성 수지가 분쇄된 형태로 바인더에 의해 결합됨에 따라, 후속에서 압축 성형을 통해 형성되는 기능성 인공배지에는 식물 성장에 필수적인 공기 공급원으로서 기능하는 다공질 공간이 형성될 수 있다. 예컨대, 바인더는 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지 또는 실리콘계 수지를 사용할 수 있다. 바인더는 기능성 인공배지 총 중량 대비 10 내지 20 중량%로 함유될 수 있다. 바인더가 10 중량% 미만이며 접착력이 떨어지고, 20 중량%를 초과하면 성형성이 저하될 수 있다.

선택적으로, 기능성 인공배지용 조성물은 보조 첨가제를 더 포함할 수 있다. 보조 첨가제는 탄소섬유의 기능을 더욱 강화하기 위한 것으로서, 폴리페놀 함유 건조식물 및 광물혼합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 바람직하게, 보조 첨가제로서 폴리페놀 함유 건조식물 및 광물혼합물 모두가 사용될 수 있다.

폴리페놀 함유 건조 식물은 항산화 및 항균 기능의 강화를 위한 것으로서, 예컨대, 녹차, 도토리 및 선인장 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 도토리에 함유된 탄닌, 모링가에 함유된 클로로겐산, 녹차에 함유된 카테킨, 및 선인장에 함유된 플라보노이드 등은 모두 폴리페놀 화합물에 해당한다. 본 명세서에서 예시되는 건조 식물은 그 식물의 전초 또는 그의 다양한 기관을 의미할 수 있다. 폴리페놀 함유 건조 식물은 1 내지 3mm의 입자크기를 갖도록 분쇄되어 분말 형태로 사용될 수 있으며, 기능성 인공배지 총 중량대비 1 내지 5 중량%로 함유될 수 있다. 폴리페놀 함유 건조 식물이 1 중량% 미만이면 그 효과가 미미하고, 5 중량%를 초과하면 효과 상승 비율이 크지 않고, 비용이 상승되는 문제가 발생할 수 있다.

광물혼합물은 원적외선 방사 및 항균작용을 위해 사용되는 것으로서, 석영, 견운모, 토루말린, 알루미나, 할로이사이트, 카올리나이트, 딕카이트, 산화철, 산화칼슘 및 산화마그네슘 중 적어도 2종 이상의 혼합광물을 포함할 수 있다. 광물혼합물은 상기 혼합광물이 소성 및 분쇄되어 제조될 수 있다. 혼합광물의 소성은 800 내지 900℃의 온도에서 1차 수행되고, 1000 내지 1300℃의 온도에서 2차로 수행될 수 있다. 혼합광물의 분쇄는 1차 소성과 2차 소성 사이에 진행될 수 있다. 예컨대, 1차 소성된 혼합광물은 500 내지 800mesh의 입도를 갖도록 분쇄될 수 있다. 바람직하게, 광물혼합물은 석영, 견운모, 토루말린, 알루미나, 할로이사이트, 카올리나이트, 딕카이트, 산화철, 산화칼슘 및 산화마그네슘이 1:1~1.5:1~1.5:1~1.5:0.5~1:0.5~1:0.5~1:2~2.5:2~2.5:2~2.5의 중량비로 혼합되어 제조될 수 있다. 광물혼합물은 기능성 인공배지 총 중량대비 1 내지 5 중량%로 함유될 수 있다. 광물혼합물이 1 중량% 미만이면 그 효과가 미미하고, 5 중량%를 초과하면 효과 상승 비율이 크지 않고, 비용이 상승되는 문제가 발생할 수 있다.

이어서, 성형 틀을 이용한 프레스 성형 공정을 통해 기능성 인공배지용 조성물을 압축 성형할 수 있다(S30). 예컨대, 기능성 인공배지용 조성물의 압축 성형은 80 내지 120℃의 온도에서 수행될 수 있으며, 압축 성형 동안 기능성 인공배지용 조성물에 함유된 바인더가 용융되어 각 성분이 결속됨에 따라 기능성 인공배지용 조성물로부터 기능성 인공배지의 제조가 완성될 수 있다.

상술한 바와 같이 제조된 기능성 인공배지는 소일리스 폼(soilless form)의 인공토양으로서, 도 2에 도시된 바와 같이 별도의 수용부재(예컨대, 식물 용기) 없이 식물(110)의 재배가 가능한 식생포트(100)로 이용될 수 있다. 또한, 본 발명의 기능성 인공배지가 소일리스 폼(soilless form)의 형태로 구현됨에 따라, 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 별도의 수용부재 없이 벽면녹화용 지지 프레임에 직접 수용되어 벽면녹화에 이용될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 기능성 인공배지가 소일리스 폼(soiless form)의 형태로 구현되어 토양의 유실이 발생하지 않기 때문에, 식물로 이루어진 다양한 조형물에 적용할 수 있으며, 박테리아와 해충에 대한 우려가 없고, 우수한 흡수성과 다공질 공간의 충분한 확보를 통해 물과 공기의 최상의 균형비율의 유지가 가능하여 식재 식물의 장기간 생육이 가능하고, 쉽게 교체 가능하며 위생적이기 때문에 유지관리가 용이할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에 따른 기능성 인공배지는 흡수성, 항균성, 살균성 및 탈취성이 우수하여 수분의 공급이 지속적으로 이루어지지 않더라도 효과적으로 식물을 재배할 수 있으며, 특히 탄소섬유를 함유함에 따라 항균성이 향상되어 식물의 생장에 더욱 효과적일 수 있고, 원적외선 방사를 통해 바이오 필터로서의 기능이 강화되어 쾌적한 환경의 제공이 가능한 벽면녹화용 식생포트로서 이용 가능할 수 있다.

이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들 및 응용 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (7)

1. 침지처리 된 직포 또는 부직포를 포함하는 베이스 재료, 볏짚, 밀짚 및 보리짚 중 적어도 하나를 포함하는 짚 재료와 쌀겨의 혼합물을 포함하는 바이오매스 재료, 탄소섬유, 고흡수성 수지 및 바인더를 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄소섬유를 함유하는 기능성 인공배지.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 베이스 재료 40 내지 60 중량%, 상기 바이오매스 재료 10 내지 25 중량%, 상기 탄소섬유 5 내지 10 중량%, 상기 고흡수성 수지 5 내지 10 중량% 및 상기 바인더 5 내지 15 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄소섬유를 함유하는 기능성 인공배지.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 베이스 재료, 상기 바이오매스 재료 및 상기 고흡수성 수지는 분쇄되어 1 내지 10mm의 입자크기를 갖는 분말 형태로 사용되고,
   상기 탄소섬유는 분쇄되어 1 내지 5mm의 길이를 갖도록 사용되는 것을 특징으로 하는, 탄소섬유를 함유하는 기능성 인공배지.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 침지처리 된 직포 또는 부직포는 복합 천연추출물을 포함하는 천연 침지액을 이용하여 침지처리 된 것이되,
   상기 복합 천연추출물은 모링가 추출물, 향나무 추출물, 붉나무 추출물 및 감잎 추출물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄소섬유를 함유하는 기능성 인공배지.
5. 제 1 항에 있어서,
   폴리페놀 함유 건조식물 및 광물혼합물 중 적어도 하나를 포함하는 보조 첨가제를 더 포함하고,
   상기 폴리페놀 함유 건조식물은 녹차, 도토리 및 선인장 중 적어도 하나의 건조식물을 포함하고,
   상기 광물혼합물은 석영, 견운모, 토루말린, 알루미나, 할로이사이트, 카올리나이트, 딕카이트, 산화철, 산화칼슘 및 산화마그네슘 중 적어도 2종 이상의 혼합광물이 소성 및 분쇄되어 제조된 것을 특징으로 하는, 탄소섬유를 함유하는 기능성 인공배지.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 베이스 재료 40 내지 60 중량%, 상기 바이오매스 재료 10 내지 25 중량%, 상기 탄소섬유 5 내지 10 중량%, 상기 고흡수성 수지 5 내지 10 중량%, 상기 바인더 5 내지 15 중량%, 상기 폴리페놀 함유 건조식물 5 내지 10 중량%, 및 상기 광물혼합물 5 내지 10 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄소섬유를 함유하는 기능성 인공배지.
7. 베이스 재료, 바이오매스 재료, 탄소섬유 및 고흡수성 수지를 각각 분쇄한 후 혼합하여 분쇄 혼합물을 제조하는 단계;
   정제수에 상기 분쇄 혼합물 및 바인더를 첨가하고 교반하여 기능성 인공배지용 조성물을 제조하는 단계; 및
   성형 틀을 이용한 프레스 성형 공정을 통해 상기 기능성 인공배지용 조성물을 압축 성형하는 단계를 포함하고,
   상기 베이스 재료는 침지처리 된 직포 또는 부직포를 포함하고,
   상기 바이오매스 재료는 볏짚, 밀짚 및 보리짚 중 적어도 하나를 포함하는 짚 재료와 쌀겨의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄소섬유를 함유하는 기능성 인공배지의 제조 방법.
   

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