KR20230014992A - 생분해성 sap를 이용한 완효성 비료 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
생분해성 SAP와 생분해성수지(로진, 왁스, Polycaprolactone 또는 각각의 혼합물) 등을 매트릭스수지로 사용하여 요소비료와 함께 압출기내에서 용융 혼합한 후 압출시켜서 비료성분과 수분의 제공을 동시에 하면서 서서히 지속적으로 할 수 있는 경제성이 높고 환경친화적인 매트릭스형 완효성 비료 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 생분해성 SAP와 수지 그리고 비료를 혼합한후 압출기를 통하여 압출시켜 매트릭스수지로 비료성분을 피복시킴으로서 비료성분과 수분의 제공을 지속적으로 할 수 있도록 한 경제성이 높고 환경친화적인 새로운 형태의 매트릭스형 환효성 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
종래의 완효성 비료의 제조방법에는, 비료성분을 다른 물질과 화학적으로 반응시켜 물에 난용성인 염이나 토양미생물에 의해 쉽게 분해되지 않는 난분해성 물질로 변화시켜 비료성분의 용해도 자체를 감소시키는 화학적 방법과, 속효성 비료의 입자표면에 물의 접촉을 차단할 수 있는 난용성 물질로 피복하여 비료성분 의 용출속도를 늦추는 물리적 방법이 있다. 화학적 방법으로 만든 제품에는 요소와 알데히드를 축합시킨 Urea-Formaldehyde,IBDU(Isobuty lidene Diureas), CDU 등의 제품이 나와 있으나(미국 특허 제3,227,543호), 이 제품은 그 제조공정이 화학적 합성에 의하여 제조되므로 공정이 복잡하고 생산원가가 비싸다는 단점이 있다. 물리적 방법은 화학적 방법과는 달리 속효성 비료의 입자표면을 피복하여 비료의 용출률을 조절하는 것으로, 피복물질의 종류에 따라 적은 양의 피복물질로 충분한 지속성 효과를 얻을 수 있고, 용출속도의 조절이 용이하여, 화학적 방법보다는 제조공정이 간단하다는 이점이 있어 이 방면에서 연구와 개발이 활발히 진행되고 있다. 비료입자의 표면에 피복된 피복막의 종류에는 확산에 의해 생긴 내부삼투압으로 막이 파괴되어 비료성분이 용출되는 반투수성막(열가소성 합성수지), 물이 막을 통과하여 내부로 들어가서 비료성분을 녹이고 구멍을 크게하여 비료성분을 용출시키는 미세구멍이 있는 불투수성막(열경화성 합성수지), 물리화학적 또는 미생물의 활동에 의하여 피복물질을 분해시켜 비료성분이 용출되는 불투수성막(생분해수지)등이 있다. 피복물질로 이용될 수 있는 물질에는 합성수지물질 및 생분해물질이 있으며, 합성수지 물질에는 다시 열경화성수지와 열가소성수지가 있다. 지금까지의 피복형 비료는 비료입자 개개를 피복물질로 피복시킨 것으로서 대표적인 것을 살펴보면 아래와 같다. 미국의 아쿼-다니엘스-미들랜드 컴퍼니(Archer Daniels Midland Company)에서 개발한 오스모코트(Osmocote)(미국 특허 제3,233,518호)는 Dicyclopentadien e와 glycerol ester의 공중합체를 피복물질로 하여 다층 피복한 것으로 품질은 우수하나 제품의 가격이 비싸고 사용한 유기용매의 회수가 어려워 환경오염의 우려가 높다. 미국의 T.V.A사에서 개발한 유황피복비료(미국 특허 제3,295,950호)는 제품가격은 저렴하나 비료의 용출속도 조절이 어렵고 축적된 유황으로 토양이 산성화되는 문제가 있다. 그외에 금속산화물인 규산염을 사용한 경우(일본 특허 제59,137,386호)가 있으나 피복물질인 규산염이 물에 용해되어 피복막의 성능이 오래가지 않는 단점이 있어서, 그후 보완되어 규산염을 피복후 고분자 라텍스로 이중 피복하여 수중에서 비료성분의 용출을 지연시킨(대한민국 특허공고 제88-153) 방법이 있으나, 이 역시 제조비용이 높은 단점과 라텍스 성분이 토양에 잔류축적되는 문제가 있다. 상기한 바와 같이 합성구분자 물질을 사용하여 비료성분을 피복시키는 방법에서는 합성고분자물질에 의한 토양오염 등의 문제가 있어서, 합성고분자물질 이외에 생분해 물질을 사용하는 것이 제안되었다. 생분해물질로 물에 녹지 않는 왁스를 사용(미국 특허 제3,232,237호) 하였으나 왁스를 사용하는 경우 비료의 용출속도를 만족할 만큼 억제시키기 위해서는 피복재료인 왁스 함량이 너무 높아지게 되는 단점이 있다. 이를 보완하기 위해 옥스와 로진을 혼합용융하여 피복재료로 이용하는 방법(일본 특허 공고 제59-35875호)이 제안되었다. 그러나 로진을 피복재로로 사용하는 경우 피복재료를 용매에 용해시킨 후 비료입자에 분무하여 피막을 형성시키는 과정에서 고열에 의한 로진의 분해로 피복막에 극심한 핀홀이 생긴다는 문제점이 대두되었다. 생분해물질을 이용하여 피막을 수해아는 과정에서 발생하는 사이 핀홀현상을 제거하기 위해 로진을 유기용매에 용해시킨 후 특정 첨가제를 가해 입상비료의 피복물질로 사용(대한민국 특허공개 93-12646)하는방법이 제안되었다. 이 방법은 낮은 온도에서 피막공정을 수행할 수 있게 함으로써 로진피막의 핀홀 발생을 억제하여 로진피막의 물성을 개선하여 완효성을 놓게한 것이다. 그러나, 이 경우에는 입자표면의 점성으로 인하여 저장 및 취급시에 입자끼지 엉겨붙거나 서로 부딪쳐 마모되는 경향이 있으므로, 이를 보완하여 로진 및 로진 유도체 혼합물에 고분자물질을 첨가한 후 유기용매에 용해하여 입상비료에 분무 피복후 유기 고분자 물질을 유기용액 또는 에멀젼용액 형태로 보호피복 시키는(대한민국 특허공개 제94-2203호) 완효성 비료의 제조방법이 제안되었다. 이 방밥으로 피복된 입자는 기계적 강도가 증가되어 취급 및 저장시 발생하는 문제는 해결되었으나, 제조공정이 복잡하고 유기용매 사용으로 인한 문제가 발생하였다.
현재 사용되고 있는 화학비료는 대부분 물에 녹기 때문에 시비 직후 비료가 과다 용출되고, 시비된 비료의 유실량이 많아 비료의 이용율이 떨어지며, 비료의 유실에 따른 과다한 시비로 토양중의 염의 축적에 의한 환경오염 및 빈번한 시비에 의한 노동력 낭비 등의 문제점이 있다. 따라서 시비된 비료의 유실량을 줄이고, 빈번한 시비에 따른 노동력을 절감하고 작물의전 생육기간에 걸쳐 비료성분을 지속적으로 공급해줄 수 있는 완효성 비료의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다. 또한 수분의 제공에 있어서도 지속성이 떨어져 자주 물을 공급해야하는 어려움이 있어, 수분과 비료의 공급 문제를 동시에 해결하고, 토양의 오염을 최소화 할 수 있는 생분해성 SAP를 이용한 완효성 비료의 개발이 특히 밭작물에 있어 더욱 절실하게 필요한 실정이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기존의 피복비료와는 전혀 다른 새로운 피복방법으로 제조되는 매트릭스형 완효성 비료 및 그의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다. 또한 생분해성SAP를 혼합하여 수분의 제공이 동시에 이루어질 수 있도록 제조한 특성을 갖고 있다. 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 매트릭스형 완효성 비료는 5-80중량%의 SAP성분 입상체(粒狀體)와 5-80중량%의 수지성분 입상체(粒狀體)에 20-95중량%의 비료입자가 산포되어 존재되도록 형성된 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 매트릭스형 완효성 비료의 제조방법은 SAP성분 5-80중량%, 수지성분 5-80중량%, 비료성분 20-95중량%, 필요하면 표면상용화제 0-20중량%, 건조제 0-20중량%로 구성되는 혼합물을 압출기내에서 용융혼합을 한후 압축시켜 비료성분을 매트릭스수지로 피복시키는 것을 특징으로 한다. 상기한 바와 같은 제조방법으로 제조되는 매트릭스형 완효성 비료는 SAP와 수지성분으로 된 매트릭스형 입체상에 비료입자가 산포된 상태이므로 상기 수지의 중량비를 조절함에 의해 비료성분의 수중 용출속도의 조절이 용이하게 이루어질 수 있으며, 아울러 소량의 피복물질(수지)로 다량의 비료성분을 피복할 수 있어 환경오염을 최소화할 수 있고, 유기용매를 사용하지 않으므로 용매의 회수 문제가 발생하지 않으며, 공정이 간단한 이점이 있다.
본 발명의 제조방법에 의해 제조되는 매트릭스형 완효성 비료는 생분해성 SAP와 수지를 사용하고 특정 첨가물이나 유기용매를 전혀 사용하지 않음으로서 환경 및 토양오염의 문제를 해결하였다. 또한 생분해성 수지 즉 로진이나 왁스, Polycaprolactone 등과 유사한 융점을 가진 수지들은 모두 이용 가능하여 기존의 분무 피복시 사용되는 원료를 사용할 수 있으므로 원료선택의 폭이 넓고, 이들을 분쇄된 형태 또는 그대로 용도에 따라 적정 중량%로 비료에 혼합시켜 수퍼믹스, 니더 혹은 반바리에 넣어 혼합시킨 후 압출기에 넣어줌으로 별도의 전처리 과정이 필요하지 않아 제조공정이 간단해짐으로 제조원가를 절감할 수 있으며, 이에 따라 대량 생산이 가능하고, 요소질 비료를 비롯하여 인산질, 칼리질 및 유기질 비료를 그 대상으로 할 수있어 다양한 용도의 완효성 비료를 제조할 수 있다. 또한 생분해성SAP, 생분해성수지(로진, 왁스 Polycaprolactone 또는 각각의 혼합물)와 비료(요소비료, 인사질비료, 칼리질비료, 유기질비료, 또는 복합비료)를 혼합시킬때 건조제(염화칼슘, 산화칼슘)를 첨거하여 혼합시킨 후 압출기를 통해 피복시킨 비료는, 용융혼합시 수분증발에 따라 생성되는 기공의 발생을 줄여줌으로 피복층이 단단해져 물의침투를 막아줌으로, 흡습성이 있는 요소비료 입자의 경우 더 좋은 완효성을 나타나게 된다. 표면 상용화제를 넣은 경우에는, 비료입자의 친수성과 생분해성 수지의 소수성 사이의 접착력을 증가시킴으로 강도 높은 압축펠렛을 얻을 수있으므로, 피복비료의 강도를 증가시켜서 운반저장 및 시비후 용출량을 조절하기 쉽다. 또한, 단축압출기를 통과시켜 얻은 펠렛에 비해 이축압출기를 통과시키거나 이축압출기를 통과시킨후 다시 단축압출기로 압출되어 나온 펠렛은 기계적 강도와 완효성이 증가되어, 비료의 용출기간이 길게 필요한 밭작물에 적용이 가능하다.
제1도(a)는 본 발명의 제조방법에 의해 피복된 매트리스형 완효성 비료의 단면도
제1도(b)는 기존의 분무피복방법에 의해 피복된 비료의 단면도
제1도(b)는 기존의 분무피복방법에 의해 피복된 비료의 단면도
본 발명을 실시예를 들어 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
이들 실시예는 본원 발명의 일부를 보여주는 것으로서 본 실시예들에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.
[실시예 1]
본 실시예는 제조공정의 특징을 나타낸 것으로 일반시판되고 있는 입자형 요소비료 2.5kg과, SAP 2.5kg, 분쇄한 검로진 4kg에 왁스 1kg을, 스크류의 회전속도는 100rpm, 온도 60-110℃로 조작된 단축압출기에 투입한다. 압출기 다이를 통과한 피복비료를 일정한 크기로 절단하여 완효성 실험을 실시한 결과 다음의 표 1과 같이 나타났다. 용출실험은 30℃ 항온조에서 용출되는 비료의 양을 측정하여 결과를 얻었다.
| 1일 | 10일 | 20일 | 30일 | 40일 | |
| 용출율(%) | 1.0 | 5 | 13 | 25 | 43 |
[실시예 2]
일반 시판되고 있는 입자형 요소비료 3.5kg과, SAP 3.5kg, 분쇄한 검로진 3kg을 수퍼믹스에 넣고 혼합한다. 혼합된 물질을 이축압출기에 투입하는데, 이때 압출기내의 온도는 80-120℃로, 스크류의 회전속도는 200rpm을 유지한다. 실시예1과 같은 방법으로 완효성 실험을 실시한 결과 다음의 표 2와 같이 나타났다.
| 1일 | 10일 | 20일 | 30일 | 40일 | |
| 용출율(%) | 3.0 | 10 | 20 | 35 | 45 |
[실시예 3]
일반 시판되고 있는 입자형 요소비료 3.5kg과, SAP 3.5kg, 분쇄한 검로진 2.5kg을 스테아린산 0.5kg을 슈퍼믹스에 넣고 혼합한다. 혼합된 물질을 이축압출기에 투입하는데, 이때 압출기내의 온도는 80-120℃로, 스크류의 회전속도는 200rpm을 유지한다. 이축 압출기 다이를 통과한 혼합물이 다시 단축압출기로 투입되도록 하는데, 이때 단축압출기 내의 온도는 60-120℃로 조작되고, 스크류의 회전속도는 150rpm을 유지시킨다. 실시예 1과 같은 방법으로 완효성 실험을 실시한 결과 다음의 표 3과 같이 나타났다.
| 1일 | 10일 | 20일 | 30일 | 40일 | |
| 용출율(%) | 0.1 | 3 | 12 | 25 | 40 |
[실예 4]
일반 시판되고 있는 입자형 요소비료 4kg에 SAP 4kg, 검로진 1.7kg과 스테아린산 0.3kg을 넣어 120℃로 예열된 반바리에 넣고 5분간 혼합한 후, 실시예 1과 같은 방법으로 혼합피복으로 용출시험을 실시한 결과 다음의 표 4와 같이 나타났다.
| 1일 | 10일 | 20일 | 30일 | 40일 | |
| 용출율(%) | 0.5 | 5 | 15 | 30 | 50 |
Claims (9)
- 5-80중량% 생분해성 SAP 성분 입상체, 5-80kg중량%의 수지성분 입상체(粒狀體)에 20-95중량%의 비료입자가 산포되어 존재되도록 형성된 매트릭스형 완효성 비료.
- 제1항에 있어서, 수지성분은 50-150℃에서 연화될 수 있는 것으로서 열가소성수지 또는 열경화성수지와 같은 합성수지 또는 생분해성수지를 단독 또는 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 매트릭스형 완효성 비료.
- 제2항에 있어서, 생분해성 수지는 검로진, 우드로진, 톨오일로진, 왁스, 폴리카프로락톤 중에서 선택되어지는 것을 특징으로 하는 매트릭스성 완효성 비료.
- 제1항에 있어서, 비료성분은 요소질비료, 인산질비료, 칼리질비료, 유기질비료 또는 복합비료 중에서 선택되며, 그 자체로 사용되거나 또는 5-200㎛로 분쇄하여 사용되는 것을 특징으로 하는 매트릭스형 완효성 비료.
- 제1항에 있어서, SAP 성분, 수지성분과 비료성분에 더하여 표면사용화제 0-20%, 건조제 0-20중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 매트릭스형 완효성 비료.
- 제5항에 있어서, 표면상용화제는 올레인산, 스테아린산, 팔미틴산 등의 지방산중에서 선택되어지는 것을 특징으로 하는 매트릭스형 완효성 비료.
- 제5항에 있어서, 건조제는 염화칼슘, 산화칼슘 등에서 선택되어지는 것을 특징으로 하는 매트릭스형 완효성 비료.
- 수지성분 5-8중량%, 비료성분 20-95중량%, 필요하면 표면상용화제 0-20중량%, 건조제 0-20중량%로 구성되는 혼합물을 압출기내에서 용융혼합을 한 후 압출시켜 비료성분을 매트릭스수지로 피복시키는 것을 특징으로 하는 매트릭스형 완효성 비료의 제조방법.
- 제8항에 있어서, 압출방법은 단축압출기를 통하는 방법, 이축압출기를 통하는 방법, 이축압출기를 통과한후 다시 단축 또는 이축압출기를 통하는 방법, 니더, 반바리 또는 슈퍼믹스에서 혼합후 단축 또는 이축압출기를 통하는 방법중에서 선택되어지는 것을 특징으로 하는 완효성 비료의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210096215A KR20230014992A (ko) | 2021-07-22 | 2021-07-22 | 생분해성 sap를 이용한 완효성 비료 및 그의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210096215A KR20230014992A (ko) | 2021-07-22 | 2021-07-22 | 생분해성 sap를 이용한 완효성 비료 및 그의 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230014992A true KR20230014992A (ko) | 2023-01-31 |
Family
ID=85109305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210096215A KR20230014992A (ko) | 2021-07-22 | 2021-07-22 | 생분해성 sap를 이용한 완효성 비료 및 그의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230014992A (ko) |
-
2021
- 2021-07-22 KR KR1020210096215A patent/KR20230014992A/ko not_active Application Discontinuation
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