생분해성 수지와 식품 첨가물을 이용한 고정형 토양개량비료 및 그 제조방법{The manufacturing method of fixed type soil improvement fertilizer use of biodegradability resin with food additive}

본 발명은 생분해성 수지와 식품 첨가물을 이용한 고정형 토양개량비료 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리비닐알콜(Poly vinyl alcohol)에 식품 첨가물을 추가 혼합하여 고정형 비료로 형성함으로써, 토양의 미생물을 증식시킬 뿐만 아니라, 그로 인하여 토양에 함유된 중금속 및 PCB 등을 분해하여 무해화하고, 농약 및 공업 폐기물 등의 오염도 저하시켜 토양을 개량시킬 수 있는 고정형 토양개량비료 및 그 제조방법에 관한 것이다.

우리나라의 토양은 전반적으로 농약이나 비료의 오염도가 낮은 편이었지만, 수십 년 동안 농약을 사용해 왔기 때문에 토양 오염과 함께 토질의 척박화가 우려되고 있을 뿐만 아니라, 식물의 생장촉진을 위해 사용하는 화학비료로 인하여 토양의 산성화와 부영양화가 초래되고, 비료과다로 인한 식물의 강제성육으로 식물의 약체화가 초래되는 등 토양의 오염이 날로 악화되고 있는 실정이다.

근래들어 퇴비나 부엽, 깻묵, 계분, 인분, 골분 등의 동식물 부산물로 완효성 유기질 비료를 개발하여 토양의 오염을 방지코자 하였으나, 상기 완효성 유기질 비료를 토양에 시비하기 위해 사용되는 비료 주입기가 금속제로 형성되어져 있어 금속제 주입기의 부식 등으로 인한 토양 오염을 유발하는 문제가 발생하였다.

따라서 최근 상기 비료 주입기 자체를 생분해성 수지로 형성한 특허등록 제 352142호 "떼꽂이 및 그의 제조방법"과 특허출원 제10-2002-68807호 "완효성 유기비료 및 파일형 완효성 유기비료"가 개발된 바 있는데, 본 발명에서는 상기 각 발명에서 제시된 고정형 비료의 제작을 더욱 용이하게 하고, 토양 개량 효과도 증대시킨 고정형 비료를 제시하고자 한다.

본 고안의 목적은 종래의 이와같은 문제점을 해소하고자 한 데 있는 것으로, 카르복시메틸 셀룰로오즈 나트륨, 카라기닌, 만니톨, 알긴산 나트륨, 솔긴산 나트륨 프로필렌 글리콜로 형성된 식품첨가물을 폴리비닐알콜과 식물분에 혼합하고, 상기 혼합물에 질소, 인, 칼륨 및 기타성분으로 형성된 화성비료를 혼연하여 고정화된 토지개량비료를 제조함으로써, 토양 개량에 없어서는 안될 미생물을 증식시켜 식물에 악영향을 미치는 중금속, PCB 등은 분해하고, 병원균류는 감소시켜 오염된 토양을 개량시킬 수 있는 생분해성 수지와 식품 첨가물을 이용한 고정형 토양개량비료 및 그 제조방법을 제공코자 하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에서 2축 혼연기를 도시한 상태도

도 2는 본 발명에서 사출성형기를 도시한 상태도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 2축 혼연기 11: 투입구 12: 연합부

13: 압출부 14: 배출부 15: 배출구

20: 사출성형기 21: 투입구 22: 계량부

23: 용해부 24: 압출부 25: 주입구

26: 금형 S1: 재료혼합단계 S2: 페렛토제조단계

S3: 비료성형단계 S4: 냉각 및 포장단계

생분해성 수지를 이용한 통상의 고정형 토양개량비료에 있어서, 카르복시메틸 셀룰로오즈 나트륨 0.8 중량%, 카라기닌 0.5 중량%, 만니톨 0.4 중량%, 프로필렌 글리콜 8.0 중량%, 알긴산 나트륨 0.6 중량%, 솔긴산 나트륨 0.4 중량%로 조성된 다당 식품첨가물 10.7 중량%에 식물분 15.0 중량%와 폴리비닐알콜 74.3 중량%를 혼합하여 조성됨을 특징으로 하는 것이다.

상기에서, 다당 식품첨가물과 식물분 및 폴리비닐알콜에는 질소(N), 인산(P), 칼륨(K)이 5:5:5의 비율로 조성된 화성비료를 혼연한다.

생분해성 수지를 이용한 통상의 고정형 토양개량비료 제조방법에 있어서, 다당 식품척가물 10.7 중량%, 식물분 15.0 중량%, 폴리비닐알콜 74.3 중량%를 개량하여 통상의 덤프 믹서기로 약 20분간 혼합하는 재료혼합단계(S1);와 통상의 2축 혼연기(10)에 재료혼합단계(S1)에서 혼합된 비료 혼합물을 투입하여 페렛토로 제조하는 페렛토제조단계(S2);와 페렛토를 통상의 사출성형기(20)에 투입하여 소정형상의 고정화된 비료로 성형하는 비료성형단계(S3); 성형된 비료를 냉각기를 통해 냉각하여 포장하는 냉각 및 포장단계(S4);를 포함하여서 제조됨을 특징으로 하는 것이다.

상기에서, 2축 혼연기(10)에는 투입구(11), 연합부(12), 압출부(13), 배출부(14), 배출구(15)가 형성되어져 있되, 투입구(11)측 온도는 165℃, 연합부(12)측 온도는 175℃, 압출부(13)측 온도는 180℃, 배출부(14)측 온도는 185℃, 배출구(15)측 온도는 175℃로 설정한다.

상기에서, 사출성형기(20)에는 투입구(21), 계량부(22), 용해부(23), 압출부(24), 주입구(25), 금형(26)이 형성되어져 있되, 투입구(21)측 온도는 165℃, 계량부(22)측 온도는 175℃, 용해부(23)측 온도는 180℃, 압출부(24)측 온도는 185℃, 주입구(25)측 온도는 175℃, 금형(26)측 온도는 18℃로 설정한다.

상기에서, 고정화된 토양개량비료를 분쇄하여 분말형태의 토지개량제로 형성할 수도 있다.

본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저 다당 식품첨가물의 구성성분을 살펴보면,

아이스크림 등에 사용하는 펄프계를 통해 추출되는 카르복시메틸 셀룰로오즈 나트륨(Carboxymethyl cellulose sodium salt:CMC) 0.8 중량%가 안정제로써 첨가되고, 젤리 등에 사용되는 감귤류의 껍질을 통해 추출되는 카라기닌(i-Carrageenan) 0.5 중량%가 응고제로써 첨가되며, 케익, 빙과 등에 사용되는 다가 알코올류를 통해 추출되는 프로필렌 글리콜(Propylene glycol) 8.0 중량%가 성형제로써 첨가된다. 그리고 츄잉껌 등에 사용되는 당질을 통해 추출되는 만니톨(D-Mannitol) 0.4 중량%와, 그외 미량의 알긴산 나트륨(Sodium solginate) 0.6 중량%, 솔긴산 나트륨(Sodium alginate) 0.4 중량%가 첨가된다.

상기 각 다당 식품첨가물 10.7 중량%에 식물분(Botrnical powder) 15.0 중량%와 폴리비닐알콜(Poly vinyl alcohol) 74.3 중량%를 혼합하고, 여기에 다시 질소(N), 인산(P), 칼륨(K)이 5:5:5 비율로 형성된 화성비료를 혼연(混練)하는데, 혼연시 화성비료의 혼합량은 폴리비닐알콜의 양으로 조정한다.

그리고 전체 원료는 통상의 덤프믹서기를 통해 약 20분 가량 개량 혼합시키는 재료혼합단계(S1)를 거치게 된다.

상기 재료혼합단계(S1)를 거친 비료혼합물은 페렛토제조단계(S2)를 거치게 되는데, 이는 비료혼합물을 도 1에 도시된 바와 같은 통상의 2축 혼연기(10)의 투입구(11)에 투입하여 배출구(15)로 페렛토(pellet)를 배출 제조하는 단계로, 이때 2축 혼연기(10)의 투입구(11)측 온도는 165℃, 연합부(12)측 온도는 175℃, 압출부(13)측 온도는 180℃, 배출부(14)측 온도는 185℃, 배출구(15)측 온도는 175℃로 설정한다.

제조된 페렛토는 도 2에 도시된 바와 같은 통상의 사출성형기(20)에 투입되어 성형되는 비료성형단계(S3)를 거치게 되는데, 이때 사출성형기(20)의 투입구(21)측 온도는 165℃, 계량부(22)측 온도는 175℃, 용해부(23)측 온도는 180℃, 압출부(24)측 온도는 185℃, 주입구(25)측 온도는 175℃, 금형(26)측 온도는 18℃로 설정한다. 그리고 사출 성형되는 비료의 형상은 말뚝형상이나, 구슬형상, 널판지 형상, 그물 형상 등 다양한 형상으로 성형할 수 있을 뿐만 아니라, 고형화된 비료를 다시 분쇄하면 분체상의 제품으로도 사용 가능하게 되는 것이다. 여기서 말뚝형은 시비가 편리하여 작업비용을 절감할 수 있고, 구슬형과 분말형은 산포가 용이하고, 비산이 없어 작업을 편리하게 진행할 수 있게 된다.

마지막으로 성형된 비료는 냉각기를 통한 냉각후, 봉투에 담아 완제품으로 완성되는 냉각 및 포장단계(S4)를 거쳐 완성된다.

상기에서 완성된 비료를 범용강도시험한 결과를 살펴보면,

먼저 4.1g/本일 경우,

8.2g/本일 경우,

34.5g/本일 경우,

상기 각 그래프를 살펴본 바와 같이 본 제조공정을 통해 제조된 비료는 그 강도가 증대된 것을 확인할 수 있습니다.

이와 같이 본 비료를 토양에 시비하게 되면, 다당 식품첨가물에 의해 미생물이 증식되고, 증식된 미생물은 중금속이나 PCB 등을 분해하게 되는데, 본 비료의 경우 각각 10ppm의 유산 카드뮴, PCB, 세렌, 베리륨, 그리고 각각 20ppm의 유산 핀치, 취소(臭素)를 120일이내로 완전 분해시키게 된다.

그리고 다당 식품첨가물, 식물분, 폴리비닐알콜의 혼합물에 혼연시킨 화성비료로 인하여 식물의 자활력을 증대시키게 되고, 식물의 잎, 줄기, 과실 및 꽃 등의 각 부위에 있어서도 그 성장도를 증대시키게 된다. 또한 과일의 과실에 있어서는 감미도가 3% 전후로 증대되며, 수확 후의 보존 신선도도 확연히 증대시키게 된다.

이와같이 본 발명은 토양의 미생물은 증식시키는 반면 수은, 카드뮴, 니켈, 크롬, 비소 등의 오염물질은 분해하여 토양자체의 탄력성을 증대시키게 된다. 또한 비료가 고형화되어져 있어 비료의 과다주입과 비료의 유실이 발생할 염려가 없고, 음식 폐기물을 재활용할 수 있어 매우 경제적인 것이다.

이와같이 본 발명은 폴리비닐알콜에 다당 식품첨가물이 혼합된 혼합물에 화성비료를 혼연함으로써, 토양의 미생물 번식을 증대시켜 미생물을 통한 오염물질 제거를 유도하고, 그로 인해 개량된 토양을 통해 식물의 자활력을 증대시킬 수 있는데 그 효과가 있다.