KR950002341B1 - 지효성 입상비료의 제조방법 - Google Patents

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Description

지효성 입상비료의 제조방법

본 발명은 지효성 입상비료의 제조방법, 특히 로진을 주성분으로 하고, 이에 첨가제로 비수용성 금속화합물과 고분자물질을 혼합 또는 반응시켜 유기용매에 용해시킨 것을 비료입자에 분사하여 피복시킴으로써 비료의 수중 용출속도를 현저하게 저하시킨 새롭고 경제성 있는 지효성 입상비료의 제조방법에 관한 것이다.

현재 사용되고 있는 화학비료는 대부분 물에 쉽게 녹기 때문에 시비한 비료의 유실양이 많아, 시비한 비료양에 비하여 수확량이 적고, 또한 빈번한 시비에 의한 노동력낭비 등의 문제점을 갖고 있다. 따라서 비료의 이용효율을 높이고 시비횟수를 줄이기 위해 비료성분이 토양 및 수중으로 서서히 용출되는 경제성 있는 지효성 비료의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

종래의 지효성 비료의 제조방법을 대별하면 비료와 다른 물질과의 화학반응에 의해 새로운 화학물질을 만들고, 이 물질이 시비후 서서히 분해토록 하여 비료성분을 공급케 하는 화학적 방법과 용해속도를 늦추기 위해 적절한 물질로 피복 또는 함침시키는 물리적 방법으로 나눌 수 있다. 화화적 방법에서는 화학결합의 강도, 용해도, 분해속도 등이 비료의 지효성을 결정하는 요인이 되며 대표적인 예로써 요소와 알데히드와의 축합물이 있으나(미국특허 제3, 227, 543호) 이의 생산원가가 다른 유기물보다 비싸다는 단점이 있다.

물리적인 방법중 비료를 특수한 물질에 혼합시키는 방법(미국특허 제3, 232, 739호)이 있는데 이 방법은 제조공정은 간편하나 혼합물질의 사용에 따른 비료성분의 함량저하 및 비료성분의 용출속도 조절의 난이성 때문에 실용화하는데에 문제가 있다.

마지막으로, 피복에 의해 지효성 비료를 제조하는 방법은 피복물질의 선택에 따라 비료의 용출속도 조절이 용이하고 비료의 함량을 높일수 있으며 비교적 경제성있는 공정이 가능하다고 판단되기 때문에 가장 활발히 연구가 진행되고 있다.

미국의 T.V.A.에서 개발한 유황피복 비료(미국특허 제3, 295, 950호)나 아처-다니엘스-미들랜드 컴파니(Archer-Daniels-Midland Co.)에서 개발한 오스모코트(Osmocote)(미국특허 제3, 223, 518호)는 대표적인 피복비료의 예이다. 그러나 유황을 피복물질로 사용할 경우에는 가격이 저렴한 장점은 있으나 비료의 용출속도 조절이 어렵고 토양중에 황이 축적되어 토양이 산성화되는 결점이 있다.

오스모코트는 디사이클로펜타디엔과 글리세롤 에스테르와의 공중합물을 주성분으로 하여 여러층 피복시킨 것으로 품질은 우수하나 가격이 비싸고 사용된 유기용매를 회수하는데 어려움이 있다. 이외에도 올레핀계 고분자 물질을 사용한 뉴트리코트(Nutricote)(대한민국 특허공고 제82-2204호)나 아크릴레이트계 고분자 물질(일본 특허공고 제63-03, 093)과 같은 피복물질을 사용하는 경우가 있다.

한편, 금속산화물이나 염을 피복물질로 제안한 경우(일본특허 제59-137, 386호)도 있으나 피복물질의 주성분으로 사용한 규산염이 물에 녹기 때문에 충분한 지효 효과를 기대하기 어렵다. 규산염으로 피복시키고 다시 그 위에 고분자로 이차 피복시킴으로써 지효 효과를 보완한 경우(대한민국 특허공고 제88-153호)는 피막의 지효성능이 좋고 유기용매를 사용하지 않는다는 장점이 있는 반면 값이 비싼 라텍스를 피복물질로 사용함에 따라 제조단가가 높아지고 라텍스 성분이 토양에 잔류하여 축적되는 단점이 있다, . 이들 고분자 물질 이외에 왁스는 물에 녹지않는 피복재료로써 제안되어 있으나(미국특허 제3, 232, 237호) 이것으로 비료의 용출속도를 만족할 만큼 억제시키기 위해서는 피복비료에서의 왁스함량이 너무 높아지게 되는 단점이 있다. 이를 보완하기 위해 왁스와 로진을 혼합 용융하여 피복재료로 사용하는 방법(일본 특허공고 제59-38,875호)이 제안되었다. 이 방법에 의하면 파라핀왁스 또는 블랜드왁스를 기본물질로 하여 여기에 로진을 무게함량 30-80% 혼합한 후 용융시켜 피복재료로 사용하는 경우 지효효과가 우수한 입상피복비료를 제조할 수 있었다. 그러나 로진의 무게 함량이 80% 이상인 경우에는 피막에 핀홀의 발생이 극심하여 균일한 피막의 형성이 곤란한 것으로 보고되어 있다. 이와 같은 불균일 피막형성의 주요원인은 왁스와 로진을 용융하여 비교적 높은 온도에서 피막공정을 수행하여야 되기 때문인 것으로 이해된다.

본 발명에서는 토양분해성이 있는 것으로 알려진 로진이 물에는 녹지않고 유기용매에 잘 녹는 성질을 이용하여 로진을 유기용매에 용해시킨 후 특정 첨가제를 가하여 입상비료의 피복제로 사용함으로서 피막공정에서의 온도를 낮추고 로진피막의 물성을 크게 개선시킬 수 있다는 사실을 발견하였다. 본 발명에서는 로진 자체만으로도 입상비료위에 점착력이 좋고 지효 효과가 우수한 피막을 형성할 수 있었으나 특정 첨가제를 가하므로서 피막표면의 끈적거림을 감소시키는등 물성을 개선할 수 있으며 적은 양으로도 피복을 가능케하여 결과적으로 피복비료의 비료 함량을 높일 수 있다는 사실도 발견하게 되었다. 또한 본 발명자들은 첨가제의 선택에 따라 지효성 비료의 내구성 및 수중 용출속도를 목적에 맞게 변화시킬 수 있다는 사실도 발견하였다.

피복형 지효성 비료의 제조에 있어서 비료의 수중용출 속도의 조절을 위해서는 무엇보다도 피복물질이 물에 쉽게 용해되지 않아야 하는 것이 핵심이라고 할 수 있는데, 피복물질의 주성분이 물에 쉽게 용해되는 성질을 갖는다면 이를 불용화시키는 일은 매우 어려운 과제가 된다. 예를들어 규산염을 기본물질로 사용한 경우를 보면(대한민국 특허공고 제85-1175호) 규산염 자체가 물에 잘 녹기 때문에 첨가제를 사용하여 불용화를 시도하여 했으나 한계가 있음을 알 수 있다. 물론 물을 용매로 사용하면 용매 회수가 불필요해지는 장점은 있지만 피복재료가 건조 후에는 물에 녹지 않아야되는 조건을 해결해야 하는 어려움이 따른다.

또한 앞에서 예시한 물에서의 에멀젼 중합을 활용한 라텍스 피복(대한민국 특허공고 제88-153호)이나 아크릴레이트계 고분자물질(일본특허공고 제64-03, 093)등은 재료의 가격이 비싸기 때문에 지효성 비료로써 광범위하게 실용화되기에는 한계가 있다. 이러한 점을 고려할 때 본 발명의 장점은 로진이 대부분의 유기용매에 매우 잘 녹기 때문에 선택할 수 있는 용매의 범위가 넓으며 휘발성이 큰 용매의 사용으로 피복시 쉽게 건조시킬 수 있고 건조후 특별한 후처리 과정을 거치지 아니하여도 물에 녹지않고 점착력이 좋으며 매끄러운 피막을 값싸게 형성시킬 수 있다는 데에 있다.

본 발명의 기술내용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 검로진, 우드로진과 톨오일로진 중에서 선택된 어느 한가지의 로진 50-100중량%를 주성분으로 하고, 이에 첨가제로 비수용성 금속화합물 0-10중량%의 고분자물질0-50중량%를 혼합 또는 반응시켜 만든 피복물질을 유기용매에 용해시켜 비료입자에 분사하므로서 본 발명의 지효성 입상비료가 완성된다.

상기 비수용성 금속화합물로는 알루미늄, 칼슘, 구리, 철 ,마그네슘, 아연과 지방산의 화합물이나 알루미늄 에톡사이드, 바륨산화물, 철의 아세테이트(3가, 염기성) 또는 칼슘, 리튬의 실리코플루오라이드 화합물이 사용되며 이들을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 또한 알칼리토금속, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연의 산화물, 수산화물, 탄산염과 로진을 반응시켜 첨가제로 사용할 수도 있다.

위에 열거한 금속의 지방산 화합물이나 로진과의 화합물은 로진의 융점을 높이고 피복물성을 개선하는데 효과가 있으며 이들중 특히 2가 또는 3가의 염 또는 염기가 효과가 있었다.

상기 유기 고분자물질로는 파리핀왁스 및 에틸셀룰로오스, 벤질셀룰로오즈, 알키드수지, 셀룰로즈 에스테르, 셀룰로즈 나이트레이트, 폴리아크릴레이트, 페놀수지, 에폭시수지, 폴리비닐아세탈, 폴리염화비닐 등이 사용된다. 이러한 고분자 물질의 첨가는 로진의 내구성을 증가시키며 이들중 특히 파라핀왁스, 벤질셀룰로오즈, 알키드수지의 효과가 우수하다.

본 발명에 사용될 수 있는 용매는 로진을 용해시킬 수 있는 알코올류나 기타 유기용매를 일컬으며 바람직한 것은 비등점이 낮고 휘발성이 큰 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, t-부탄올, 벤젠, 에테르, 테트라하이드로푸란, 클로로포름, 아세톤, 메틸아세테이트, 에틸아세테이트, 아세토나이트릴, 트리클로로에탄 등이며 이들중 특히 메탄올,아세톤, 에테르가 우수하다. 상기 피복물질을 비료입자에 피복시키는 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기와 같이 제조한 피복물질을 팬형 회전피복기로 비료입자에 분무하여 피복한다. 이때 드럼의 회전속도는 분당 10-30rpm, 분무노즐의 공기 압력은 1-3㎏/㎠, 온도는 20-70℃를 유지해준다. 피복이 끝난후에 비료입자들은 피복기의 드럼안에서 건조과정을 마치게 되는데 이때의 온도는 40-90℃이며 건조시간은 1분-2시간이다. 용매는 휘발성이 크고 비등점이 낮은 유기용매를 사용하였기 때문에 회수가 비교적 용이하며 특별한 열처리 과정이 필요없이 용매의 건조에 의해 공정이 끝나게 된다.

이와 같이 본 발명에 의하여 지효성 비료를 제조하면 간단한 단일 피복공정에 의해서 물에 녹지않고 매끄러우며 균열없는 피막을 제조할 수 있으며 이와 같이 제조한 본 발명의 지효성 비료 피막은 용출이 끝난후 쉽게 부서지며 토양중에서 쉽게 분해될 수 있는 등의 제장점이 있다.

본 발명의 실시예를 들어 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 이들 실시예는 본 발명의 범위중 일부를 보여주는 것으로서 본 실시예들로서 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

[실시예 1]

팬형 회전 피복비를 사용하여 입자의 직경이 2. 36-2. 83㎜인 요소 비료를 피복율을 변화시키며 피복시켰다. 검로진 120g을 메탄올 400g에 녹여 20% 무게 농도가 되는 피복용액을 만든 후 50℃의 온도에서 분무 노즐의 공기 압력을 1.5㎏/㎠, 분무량 2ml/min으로 20분, 40분, 60분간 각각 50g씩의 비료를 피복하였다. 피복이 끝난후 회전드럼에서 같은 온도로 60분간 건조시켜 피복비료를 얻었다.

용출되어 나오는 비료의 양은 베리안 사에서 구입한 고압 액체 크로마토그래피를 사용하여 측정하였다.

피복된 비료를 30℃의 물에 넣어 용출되어 나오는 비료의 양을 측정한 결과가 다음과 같다.

[표]

[실시예 2]

검로진 95부에 알루미늄스테아레이트, 칼슘스테아레이트, 아연올레이트, 철아세테이트(3가), 칼슘시리코플루오라이드를 각각 5부씩 섞어 이들로부터 각각 20% 무게농도가 되는 에탄올 용액 100부씩을 만들었다.

이들 용액을 실시예 1과 같은 방법으로 비료에 피복시켰으며 피복시간은 40분으로 고정시켰다.

30℃ 물에서의 비료의 용출율은 다음과 같다.

[표]

[실시예 3]

검로진 95부와 칼슘카보네이트, 수산화마그네슘, 탄산아연을 각각 5부씩 섞어 150-200℃로 가열 반응시킨 다음 에탄올에 녹여 각각 20% 무게 농도가 되는 용액 100부씩 만들었다. 이들 용액을 실시예 2와 같은 방법으로 비료에 피복시켰으며 이때 분무온도는 65℃로 고정시켰다.

30℃ 물에서 비료의 용출율은 다음과 같다.

[표]

[비교예 1]

검로진 10g과 초산나트륨, 염화칼슘 0.5g을 각각 메탄올 40g에 녹여 피복용액을 제조한 후 실시예 2와 같은 방법으로 비교에 피복시켰다.

30℃ 물에서의 용출율은 다음과 같다.

[표]

[실시예 4]

검로진 85부와 파라핀왁스, 알키드수지, 벤질셀룰로오즈, 셀룰로오즈 아세테이트, 폴리염화비닐, 에폭시수지, 폴리아크릴레이트를 각각 15부가 되도록 테트라히드로푸란에 녹여 이들로부터 20% 무게 농도의 용액들을 만들었다.

이들 용액을 실시예 2와 같은 방법으로 비료에 피복시켰다.

30℃ 물에서의 비료 용출율은 다음과 같다.

[표]

[비교예 2]

검로진 85부에 폴리에틸렌글리콜 15부를 에탄올에 녹여 20% 무게 농도의 용액을 만들었다. 이 용액을 실시예 2와 같은 방법으로 비료입자에 피복시켰다.

30℃ 물에서 24시간 후 비료의 용출율은 100%였다.

[실시예 5]

검로진 80부와 칼슘스테아레이트 5부를 섞은것 또는 로진 80부와 수산화마그네슘, 탄산칼슘 5부를 반응시킨것들에 에틸셀룰로오즈, 알키드수지, 폴리아크릴레이트 15부씩을 아래표와 같이 에탄올에 녹여 20% 무게 농도의 용액들을 만들었다. 이들 용액을 실시예 2와 같은 방법으로 비료에 피복시켰다.

[표]

[실시예 6]

검로진을 에탄올, 이소프로판올, 에테르, 테트라히드로푸란, 벤젠, 메틸아세테이트에 녹여 20% 무게농도의 용액을 만들었다. 이 용액을 실시예 2와 같은 방법으로 비료입자에 피복시켰으며 분무온도는 30-50℃, 건조온도는 40-70℃로 하였다.

30℃ 물에서 비료의 용출율은 다음과 같다.

[표]

[실시예 7]

검로진의 20% 메탄올용액을 실시예 2의 방법으로 입자직경 2.04-3.16㎜, N-P-K 복합비료(15-15-15)에 피복시켰다. 30℃ 물에서 비료의 용출율은 다음과 같다.

30℃ 물에서 비료의 용출율은 다음과 같다.

[표]

[실시예 8]

톨오일로진, 우드로진을 아세톤에 녹여 각각 20% 무게 함량이 되는 용액을 만든 후 실시예 2와 같은 방법으로 비료입자에 피복하였다.

30℃ 물에서 비료의 용출율은 다음과 같다.

[표]

Claims (8)

1. 로진 50-100중량%를 주성분으로 하고, 이에 첨가제로 비수용성 금속화합물 0-10중량%와 고분자 물질 0-50중량%를 혼합 또는 반응시켜 만든 피복물질을 유기용매에 용해시켜 비료입자에 분사하는 것을 특징으로 하는 지효성 입상비료의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 로진이 우드로진, 검로진, 톨오일로진 중에서 선택되는 것이 특징인 지효성 입상비료의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 비수용성 금속화합물이 알루미늄, 칼슘, 구리 , 철, 마그네슘, 아연의 지방산 화합물과 칼슘, 리튬의 실리코플로라이드 화합물 및 로진과 반응성인 알칼리토금속, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연의 산화물, 수산화물, 탄산염 중에서 선택되는 것이 특징인 지료성 입상비료의 제조방법.
4. 제 1항에 있어서, 고분자 물질이 파라핀왁스, 에틸셀룰로오즈, 벤질셀룰로오즈, 알키드수지, 셀룰로오즈에스테르, 셀룰로오즈나이트레이트, 폴리아크릴레이트, 페놀수지, 에폭시수지, 폴리비닐아세탈, 폴리염화비닐 중에서 선택되는 것이 특징인 지효성 입상비료의 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서, 유기용매가 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, t-부탄올, 벤젠, 에테르, 테트라히드로푸란, 클로로포름, 아세톤, 메틸아세테이트, 이황화탄소, 에틸아세테이트, 아세트나이트릴, 트라이클로로메탄 중에서 선택되는 것이 특징인 지효성 입상비료의 제조방법.
6. 제 1 항에 있어서, 비료입자가 입상요소비료 또는 입상복합비료인 것이 특징인 지효성 입상비료의 제조방법.
7. 제 3 항에 있어서, 금속화합물을 단독 또는 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 지효성 입상비료의 제조방법.
8. 제 4 항에 있어서, 고분자 물질을 단독 또는 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 지효성 입상비료의 제조방법.