KR20230162457A

KR20230162457A - 기능성이 부여된 친환경 자연분해 멀칭시트

Info

Publication number: KR20230162457A
Application number: KR1020220062382A
Authority: KR
Inventors: 심형규; 이수열
Original assignee: 심형규; 이수열; 주식회사 엔터스
Priority date: 2022-05-20
Filing date: 2022-05-20
Publication date: 2023-11-28

Abstract

작물의 병충해 방지가 가능하고 인장강도가 향상되며 자연분해효과가 우수하도록, 젤라틴 : PVA : 나뭇진의 중량비를 3~7 : 10~15 : 0.2~1.5로 하는 접착제 1중량부와, 천연솜 : 천연레이온, 천연마 또는 그들의 혼합물인 섬유원료 : 칡덩굴, 대나무, 코코넛 피 또는 옥수수피 중에서 선택되는 하나 또는 둘 이상으로부터 추출한 천연섬유질의 중량비를 15~29 : 12~22 : 7~13로 하는 섬유질부 12~16중량부와, 접착제 1중량부에 대해 첨가제 0.05~5중량부와, 접착제 1중량부에 대해 유황분말 0.5~3중량부를 포함하여 이루어지는 기능성이 부여된 친환경 자연분해 멀칭시트를 제공한다.

Description

기능성이 부여된 친환경 자연분해 멀칭시트 {Functional Mulching Sheet Given Having Environment Organic Natural Decomposition Effect}

본 발명은 기능성이 부여된 친환경 자연분해 멀칭시트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 작물의 병충해 방지가 가능하고 인장강도가 향상되며 자연분해효과가 우수한 기능성이 부여된 친환경 자연분해 멀칭시트에 관한 것이다.

일반적으로 작물 재배시 재배지의 표면을 덮어서 토양침식방지, 토양수분유지, 저온조절, 잡초억제, 토양오염방지 등을 행하기 위해 멀칭시트가 사용된다.

종래 비닐 필름 멀칭시트에 의한 노동력 소요, 환경파괴 및 환경복구비용 등을 줄일 수 있는 두 가지 개념의 분해성 농업용 멀칭시트가 알려져 있다.

먼저, 합성수지 원료를 베이스로 하고 생분해성 고분자를 첨가하여 필름의 형태가 용이하게 해체되도록 하는 유형의 멀칭시트이다. 미국특허 제5,407,979호에는 알카노일 중합체, 에틸렌 중합체와 생분해성 고분자인 전분으로구성된 분해 가능한 열가소성 필름이 개시되어 있다. 등록특허 제10-0545271호는 스테아린산, 젖당, 에틸아세테이트, 가루우유 등을 LDPE(저밀도 폴리에틸렌), LLDPE(선형 저밀도 폴리에틸렌), HDPE(고밀도 폴리에틸렌), PSP(폴리스틸렌페이퍼)와 PP(폴리프로필렌) 등의 플라스틱 수지를 혼합가공 후 압출하는 분해성 멀칭재에 관한 것이다. 그러나 이들은 베이스폴리머로서 플라스틱 수지를 이용함으로써 필름의 형태가 해체되어 마치 "생분해성"인 것처럼 보이지만, 플라스틱 수지 재질의 미세 필름이 토양에 잔류함으로써 여전히 토양오염의 문제를 가지고 있다

또 다른 유형의 생분해성 멀칭시트로서, 생분해가 가능한 천연물질을 원료로 하는 것이 있다. 한국공개특허 제10-2004-0021196호에는 롤 형태의 재생지에 생분해성 수지를 용융 분사시켜 강도를 보강한 멀칭 매트가, 한국공개특허 제10-2010-0116974호에는 노일(noil)과 텐셀 또는 레이온으로 이루어진 섬유원료에 식물성아교, 동물성아교, 색소, 촉매제, 타피오카가 함유된 생분해성 멀칭재가, 등록특허 제10-1347898호에는 천연솜과, 천연레이온이나 천연마 또는 그들의 혼합물인 섬유원료와, 코코넛피나 아몬드피나 사탕수수 또는 대나무에서 추출한 천연섬유질과, 식물성아교 또는 동물성아교인 천연접착제를 포함하는 친환경 자연분해 멀칭재가 각각 개시되어있다. 그러나 이들은 완전한 생분해가 가능하지만 경제성이 있는 범위에서는 인장강도가 낮아 제조 및 현장 취급 시에 불편함이 있어 널리 활용되지 못하고 있다.

미국특허 제5,407,979호 등록특허 제10-0545271호 한국공개특허 제10-2004-0021196호 한국공개특허 제10-2010-0116974호 등록특허 제10-1347898호

본 발명은 상기와 같은 점에 조감하여 이루어진 것으로서, 인장강도가 향상되어 취급이 용이하고 친환경 소재로 이루어져 자연분해효과가 우수하며 병충해 방지 기능성이 부여된 친환경 자연분해 멀칭시트를 제공하는 데, 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기능성이 부여된 친환경 자연분해 멀칭시트는, 젤라틴, PVA 및 나뭇진으로 이루어지는 접착제와, 천연솜, 섬유원료 및 천연섬유질로 이루어지는 섬유질부와, 첨가제와, 유황분말과, 색소를 포함하여 이루어진다.

본 발명이 제안하는 기능성이 부여된 친환경 자연분해 멀칭시트는 보다 바람직하게는, 젤라틴 : PVA : 송진의 중량비를 3~7 : 10~15 : 0.2~1.5로 포함하는 접착제 1중량부와, 천연솜, 섬유원료 및 천연섬유질의 중량비를 15~29 : 12~22 : 7~13로 포함하는 섬유질부 12~16중량부와, 첨가제를 접착제 1중량부에 대해 0.05~5중량부와, 유황분말을 접착제 1중량부에 대해 0.5~3중량부를 포함하는 것이 특징이다.

상기 첨가제는 토탄, 제올라이트, 규산염, 수용성 규산, 운모, 장석 또는 규산염수용액 중 어느 하나이상인 것이 특징이다.

상기 접착제는 알긴산, 아크릴계 폴리머, 전분(stach), 폴리부틸렌 아디페이트/테레프탈레이트(PBAT), 인산염완충식염수(PBS) 및 토양미생물 배양액 중 어느 하나 이상을 추가로 포함하는 것이 특징이다.

그리고 상기 접착제 1중량부에 대해 색소 0.03~0.15중량부를 추가로 더 포함하는 것이 특징이다.

상기 색소는 카본블랙 또는 활성탄분말 중에서 한 가지 이상을 사용하는 것이 특징이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예에 의하면, 인장강도가 향상되어 취급 및 시공이 용이하고 친환경 소재로 이루어져 자연분해효과가 우수하며 토양 개량 및 식물의 성장촉진 및 병충해 방지가 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 기능성이 부여된 친환경 자연분해 멀칭시트의 제조공정이 예시적 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 의한 기능성이 부여된 친환경 자연분해 멀칭시트의 적용예를 보여주는 사진이다.
도 3 내지 도 6은 각각 실시예에서 제조된 본 발명에 따른 기능성이 부여된 친환경 자연분해 멀칭시트의 적용 기간에 따른 상태를 보여주는 사진이다.
도 7은 각각 실시예에서 제조된 본 발명에 따른 기능성이 부여된 친환경 자연분해 멀칭시트의 적용 110일 전후의 상태를 보여주는 사진이다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이하에 설명하는 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 효과적으로 보여주기 위하여 예시적으로 나타내는 것으로, 본 발명의 권리범위를 제한하기 위하여 해석되어서는 안 된다.

본 발명에 따른 기능성이 부여된 친환경 자연분해 멀칭시트는 젤라틴, PVA 및 송진으로 이루어지는 접착제와, 천연솜, 섬유원료 및 천연섬유질로 이루어지는 섬유질부와, 첨가제와, 유황분말과, 색소를 포함하여 이루어진다.

본 발명에서 상기 접착제는 젤라틴 : PVA : 나뭇진을 3~7 : 10~15 : 0.2~1.5의 중량비로 포함한다.

젤라틴은 동물의 껍질, 힘줄, 연골 등을 구성하는 천연단백질인 콜라겐에서 추출하여 얻어지는 유도 단백질의 일종으로써, 소나 돼지껍데기 등을 알칼리 또는 산 처리 후 열탕에서 끓여서 추출한 것이다. 본 발명에서 사용되는 젤라틴은 직접적으로 섭취하는 식용이 아니므로 유독유해성분이 없는 정도로만 정제된 젤라틴을 사용하면 된다. 젤라틴을 상기 범위보다 적게 사용하면 최종 멀칭시트의 인장강도가 개선되지 않으며, 그보다 많이 사용하면 멀칭시트가 너무 뻣뻣해져서 사용상에 문제가 된다.

PVA(폴리비닐 알코올)는 필름 형성, 에멀전, 접착 특성이 뛰어난 것으로 알려진 생분해성이 있으면서 수용성인중합체이다. 본 발명에서 PVA를 상기 범위보다 조금 사용하면 멀칭시트의 성형이 용이하지 아니하며, 그 보다 많이 사용하면 필드에서 너무 빨리 분해되어 멀칭효과가 감소되었다.

젤라틴과 PVA의 혼합물에 대한 테스트 결과 PVA를 상기 첨가량 기준으로 12 중량비 이상 첨가하는 경우에는 젤라틴을 7중량비까지 첨가하면 제작된 멀칭시트의 전체적인 인장강도는 유지되지만 유연성이 감소되어 멀칭시트를 다루면서 굽힐 때 미세하게 크렉이 발생하였다. 이에 다양한 대안을 모색한 바, 나뭇진을 소량 첨가함으로써 크랙 문제를 해결하였다.

나뭇진은 고무나무진, 소나무진, 전나무진, 편백나무진 중에서 1종 이상이 사용된다.

아래 실시예에서 간단히 언급되듯이, 본 발명에 의한 멀칭시트 제조시에 접착제는 물에 용해된 '접착액' 상태로 제조에 이용되었다가 건조단계에서 물이 제거된다. 이때 접착액의 유동성을 확보하고 접착액의 접착력과 내구성이 향상될 수 있도록 상기 접착제에 알긴산, 아크릴계 폴리머, 전분(stach), 폴리부틸렌 아디페이트/테레프탈레이트(PBAT), 인산염완충식염수(PBS) 및 토양미생물 배양액 중 어느 하나 이상을 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 하기 일 실시예에서는 전분을 사용하였다.

본 발명에서 상기 섬유질부는, 천연솜 : 천연레이온, 천연마 또는 그들의 혼합물인 섬유원료 : 코코넛피 및 아몬드피 또는 사탕수수 중에서 선택되는 하나 또는 둘 이상으로부터 추출한 천연섬유질을 15~29 : 12~22 : 7~13의 중량비로 포함한다.

상기 천연솜은 토양에 유기물을 공급하면서 토양의 습도를 조절하는 역할을 하는 것으로, 양모, 거위털, 명주솜, 목화솜 등을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 그러나 바람직하게는 목화솜을 사용하는 것이 토양에 많은 유기물을 공급할 수 있으며, 토양의 습도를 적절하게 조절할 수 있어 좋다.

천연솜은 상기 범위로 포함되어야 최종 생산되는 멀칭시트의 형상이 제대로 이루어질 수 있으며, 공극성이 향상되어 토양의 호흡성을 향상시킬 수 있어 바람직하다.

상기 섬유원료로는 천연레이온, 천연마 또는 그들의 혼합물을 사용할 수 있다. 천연레이온으로는 비스코스레이온, 구리 암모늄레이온, 리오셀 및 아세트산섬유 등을, 천연마는 저마(Ramie: 모시), 아마(亞麻: Linen, Flax), 대마(大麻: Hemp, 삼베), 황마(黃麻: Jute), 마니라마 및 사이살마 등에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합 물을 사용할 수 있을 것이다.

본 발명에서 섬유원료는 상기의 범위로 포함하였을 경우 자외선 차단기능이 향상되고, 인장강도가 향상될 수 있어 좋다.

본 발명에서 상기 천연섬유질은 칡덩굴, 대나무, 코코넛 피 또는 옥수수피 중에서 선택되는 하나 또는 둘 이상으로부터 추출한 것인데, 이를 상기와 같은 범위로 포함함으로써 멀칭시트가 자연분해 되기 쉽고, 인장강도가 향상된다.

본 발명에 의한 멀칭시트에서 상기 접착제와 섬유질부의 중량비는 1 : 12~16인 것이 혼합물의 점성이 향상되어 유동성이 확보되어 작업이 용이해지고, 점착력을 증대시켜 섬유질부 성분들의 인장력과 탄성 등의 기계적 성질을 향상시킬 수 있다. 섬유질부가 상기 범위보다 적으면 멀칭시트 제작은 용이하나 멀칭시트의 유연성이 적어져서 필드에 설치하는데 어려움이 있으며, 상기 범위보다 많으면 멀칭시트의 결합력이 떨어져 작은 습도와 우기에 흩어지기 쉬운 문제가 발생한다.

본 발명에서 첨가제는 토탄분말, 제올라이트 분말, 규산염 분말, 수용성 규산, 천연조개가루, 운모 또는 규산염수용액 중 어느 하나 또는 둘이상의 혼합물을 적용하는 것을 특징으로, 땅속에 묻힌 시간이 오래되지 아니하여 완전히 탄화하지 못한 석탄인 토탄(土炭)은 작물 및 토양에 이로운 영향을 미친다. 그리고 흡수력이 좋은 제올라이트 분말을 사용함에 따라 오염물질을 흡착시킬 수 있어 지력을 향상시킬 수 있다. 또한 규산염 수용액을 첨가하게 되면, 향균력이 향상되어 본 발명의 혼합물에 잔존할 우려가 있는 유해성분을 희석시키는 역할을 할 수 있으며, 이에 따라 토양의 질을 향상시킬 수 있다.

첨가제는 상기 접착제 1중량부에 대해 첨가제 0.05~5중량부를 포함한다.

본 발명에서 유황분말은 접착제 1중량부에 대해 첨가제 0.5~3중량부를 포함한다.

유황은 토양의 개량 및 살균, 식물의 생장촉진 및 뿌리활성이 가능하다

본 발명에서 색소는 상기 접착제 1중량부에 대해 0.03~0.15중량부를 추가한다.

색소는 방진포의 색깔을 입히는 역할을 한다. 그러나 본 발명에서는 멀칭시트에 색소를 입힘과 동시에 미세먼지 방지 효능까지 얻도록 하기 위해서는 보다 바람직하게 검정색을 띄는 카본블랙을 적용하는 것이 가장 좋다.

즉, 상기 카본 블랙은 흡착능이 뛰어나는 바 미세먼지 뿐만 아니라 비산먼지까지 방지 가능하는데 도움을 준다. 아울러 이때 발현되는 검정색은 멀칭시트가 분해되기까지 자외선 및 직사광선으로 부터 작물을 보호해주는 효과를 주게 된다.

[실시예]

(1) 천연접착제와 섬유질부의 준비

사전 테스트 결과 섬유질부의 성분비가 멀칭시트의 인장강도 및 내구성(생분해 시점)에 미치는 영향은 천연접착제의 성분비에 비해 상대적으로 적은 것으로 파악되었다. 이에 섬유질부의 성분 및 비율은 천연솜 22, 섬유원료17, 천연섬유질 10 중량부로 확정하였다. 천연접착제는, 아래 표와 같은 성분 및 비율(kg, 건조물 기준)을 물1톤에 완전 혼합하여 용액화(이를 '접착액'이라 함)하였다. 천연접착제(물은 추후 건조에 의해 제거되므로 고려하지 않음) 1중량부에 섬유질부 14중량부가 혼합되도록 하였다.

사전 테스트에서 전술한 바와 같이 젤라틴 3~7 중량부 범위이지만 5 중량부가 최적인 것으로 확인되었기에 젤라틴 함량을 고정하였다.

	젤라틴	PVA	소나무진(송진)	전분
실시예1	5	10	0.5
실시예2	5	10	1.5
실시예3	5	15	0.5
실시예4	5	15	1.5
실시예5	5	10	0.5	넣음
실시예6	5	10	1.5	넣음
비교예1	5	5	1.5
비교예2	5	20	0
비교예3	5	20	1.5
비교예4	5	5	1.5
비교예5	5	20	0
비교예6	5	20	1.5

(2) 물성 측정용 멀칭시트의 제조

상기 섬유질부 42g을 1m×1m 사각형 프레임 내에 고르게 펼쳐 펠트가 되도록 한 다음 상기 접착제(건조기준) 3g에 해당하는 접착액 약 130ml를 고르게 스프레이 하였다. 이를 편편한 판으로 살짝 눌러준 다음 충분히 건조시켰다. 이어서 90~100℃ 아이롱으로 양면을 고르게 정리하였다. 이는 [섬유펠트 형성→ 접착액 스프레이 → 롤링하여 표면정리 → 건조 → 열롤러 통과(아이러닝)]로 이루어지는 실제 멀칭시트의 연속생산 공정의 단계와 동일하게 멀칭시트를 수작업으로 제조하는 것이다.

(3) 제조된 멀칭시트의 인장강도 측정

이렇게 제조된 멀칭시트의 인장강도를 측정하여 아래 표에 나타내었다. 단위는 ㎏/㎟이다.

인장시험기를 사용하여 온도 23±2℃, 상대습도 50±2%인 상태에서 인장속도 10mm/분으로 측정을 행하였다.

	인장강도	멀칭시트 적합성
실시예1	6.9	적합
실시예2	7.4	적합
실시예3	7.0	적합
실시예4	7.2	적합
실시예5	7.1	적합
실시예6	7.8	적합
비교예1	5.1	부적합
비교예2	5.0	부적합
비교예3	5.3	부적합
비교예4	6.4	부적합
비교예5	4.5	부적합
비교예6	5.6	부적합

실시예에 의해 제조된 멀칭시트들은 인장강도가 6.8~7.7로서 제조공정과 현장(밭)에 적용할 때 문제가 없을 정도의 충분한 인장력을 가짐을 알 수 있다.

(4) 제조된 멀칭시트의 분해성 측정

실시예2에 의해 제조된 멀칭시트를 실제 밭에 적용하고, 분해 특성을 확인하였다(도 2~7).

5월초에 충청남도 금산군의 밭과 논에 멀칭시트를 도포하고 통상의 방법으로 고추모종, 콩 및 벼를 이식한 후 시간 경과에 따른 멀칭시트의 상태를 관찰하였다. 도 3~6은 각각 실시예에서 제조된 본 발명에 의한 멀칭시트의 적용 직후(도 3) 및 20일, 60일, 90일 후의 상태를 보여주는 사진이며, 도 7은 110일 전후의 상태를 보여주는 사진이다.

멀칭시트의 분해정도는 본 발명자의 시각과 촉각에 의해 결정하여 아래 표에 나타내었다.

대략 경과일	분해도(％)
20일	20
60일	50
90일	90
100일 이후	100

표와 사진에서 볼 수 있듯이, 본 발명에 의한 멀칭시트를 밭에 적용한 후 90일 정도가 경과되면 90% 정도 분해가 완료되었으며, 100~120일 이후에는 밭이나 논에 거뭇거뭇한 부분적인 흔적만이 남아 있었다(도 7 참조).

따라서 본 발명에 의하면 원하는 시간 내에 멀칭시트가 충분히 분해되는 것을 확인하였다.

이와 같이 본 발명에 의해, 병충해 방지 기능 및 인장강도 향상이 가능함과 동시에 자연분해효과가 뛰어나 사용 후 수거하지 않아도 되며 소각 또는 재처리 과정에서 발생하는 2차 환경 오염피해가 거의 없는 기능성이 부여된 친환경 자연분해 멀칭시트를 제공할 수 있음을 알 수 있다.

상기의 본 발명은 바람직한 실시예 및 실험예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

(A) 젤라틴 : PVA : 나뭇진 3~7 : 10~15 : 0.2~1.5의 중량비로 포함하는 접착제 1중량부; 및
(B) 천연솜 : 천연레이온, 천연마 또는 그들의 혼합물인 섬유원료 : 칡덩굴, 대나무, 코코넛 피 또는 옥수수피 중에서 선택되는 하나 또는 둘 이상으로부터 추출한 천연섬유질을 15~29 : 12~22 : 7~13의 중량비로 포함하는 섬유질부 12~16중량부;
(C) 접착제 1중량부에 대해 첨가제 0.05~5중량부 ;
(D) 접착제 1중량부에 대해 유황분말 0.5~3중량부 ;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성이 부여된 친환경 자연분해 멀칭시트.
청구항 1에 있어서,
상기 접착제는,
알긴산, 아크릴계 폴리머, 전분(stach), 폴리부틸렌 아디페이트/테레프탈레이트(PBAT), 인산염완충식염수(PBS) 및 토양미생물 배양액 중 어느 하나 이상을 추가로 포함하는 것이 특징인,
기능성이 부여된 친환경 자연분해 멀칭시트.
청구항 1에 있어서,
상기 접착제 1중량부에 대해 색소 0.03~0.15중량부를 추가로 포함하는 것이 특징인,
기능성이 부여된 친환경 자연분해 멀칭시트.
청구항 3에 있어서,
상기 색소는 카본블랙을 사용하는 것이 특징인,
기능성이 부여된 친환경 자연분해 멀칭시트.
청구항 1에 있어서,
상기 첨가제는 토탄, 제올라이트, 규산염, 수용성 규산, 운모, 장석 또는 규산염수용액 중 어느 하나이상인 것이 특징인,
기능성이 부여된 친환경 자연분해 멀칭시트.