KR-20260061570-A - Slow and controlled release fertilizer for tropical or subtropical crops and method for preparing the same

Abstract

본 발명은 (a) 비료입자를 준비하는 단계; (b) 상기 비료입자 표면에 하기 구조식 1로 표시되는 고분자와 물의 혼합물을 포함하는 코팅액을 분사하여 1차 용출 제어층이 코팅된 비료입자를 제조하는 단계; 및 (c) 상기 1차 용출 제어층이 코팅된 비료입자의 표면에 하기 구조식 2로 표시되는 고분자와 물의 혼합물을 포함하는 코팅액을 분사하여 2차 용출 제어층이 코팅된 비료입자를 제조하는 단계;를 포함하는 완효성 비료의 제조방법이 제공된다. 이에 의하여, 본 발명의 완효성 비료와 이의 제조방법은 비료 제조에 유기용매를 제외시킴으로써 제조비용을 절감하고 환경오염을 최소화할 수 있을 뿐 아니라, 비료의 용출량과 시기를 작물의 생장 정도에 적합하게 공급할 수 있다. [구조식 1] [구조식 2]

Inventors

• 류영조
• 김수용

Assignees

• 주식회사 수인

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20241028

Claims (20)

1. (a) 비료입자를 준비하는 단계; 및 (b) 상기 비료입자 표면에 하기 구조식 1로 표시되는 고분자와 물의 혼합물을 포함하는 코팅액을 분사하여 1차 용출 제어층이 코팅된 비료입자를 제조하는 단계;를 포함하는 완효성 비료의 제조방법; [구조식 1] 구조식 1에서, R 1 및 R 2 는 각각 독립적으로 수소원자 또는 C1 내지 C20 알킬기이고, R 3 및 R 4 는 각각 독립적으로 수소원자 또는 C1 내지 C20 알킬기이고, n1 및 n2는 반복단위수이고, 수평균분자량(Mn)은 100 내지 20,000이다.
2. 제1항에 있어서, 단계 (b) 이후, (c) 상기 1차 용출 제어층이 코팅된 비료입자의 표면에 하기 구조식 2로 표시되는 고분자와 물의 혼합물을 포함하는 코팅액을 분사하여 2차 용출 제어층이 코팅된 비료입자를 제조하는 단계;를 추가로 수행하는 것을 특징으로 하는 완효성 비료의 제조방법; [구조식 2] 구조식 2에서, R 5 및 R 6 은 각각 독립적으로 플루오로기, 클로로기, 브로모기 또는 아이오도기이고, R 7 및 R 8 은 각각 독립적으로 수소원자 또는 C1 내지 C20 알킬기이고, R 9 는 수소원자 또는 C1 내지 C20 알킬기이고, n3은 반복단위수이고, 수평균분자량(Mn)은 100 내지 100,000이다.
3. 제2항에 있어서, 단계 (c) 이후, (d) 상기 2차 용출 제어층이 코팅된 비료입자의 표면에 하기 구조식 3으로 표시되는 고분자와 물의 혼합물을 코팅하여 코팅 보호층을 코팅하는 단계;를 추가로 수행하는 것을 특징으로 하는 완효성 비료의 제조방법; [구조식 3] 구조식 3에서, R 10 은 각각 독립적으로 C1 내지 C20 알킬기이고, R 11 및 R 12 는 각각 독립적으로 수소원자 또는 C1 내지 C20 알킬기이고, n4 및 n5는 반복단위수이고, 수평균분자량(Mn)은 100 내지 100,000이다.
4. 제3항에 있어서, 단계 (d)에서, 상기 보호층의 코팅은 하기 구조식 4 및 구조식 5로 표시되는 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 추가하여 수행하는 것을 특징으로 하는 완효성 비료의 제조방법; [구조식 4] 구조식 4에서, R 13 은 C1 내지 C20 알킬기이고, n4 및 n5는 반복단위수이고, 각각 독립적으로 1 내지 10의 정수이다. [구조식 5] 구조식 5에서, n8은 반복단위수이고, 수평균분자량(Mn)은 100 내지 100,000이다.
5. 제1항에 있어서, 단계 (a)에서, 상기 비료입자는 평균직경이 1 내지 10 mm 인 것을 특징으로 하는 완효성 비료의 제조방법.
6. 제1항에 있어서, 단계 (a)에서, 상기 비료입자는 소정의 비료 성분에 생분해성 고분자 분말을 추가로 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 완효성 비료의 제조방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 생분해성 고분자 분말은 폴리하이드록시알카노에이트(PHA), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리부틸렌 석시네이트(PBS), 폴리비닐 알코올(PVA), 폴리카프로락탐(PA), 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT) 및 셀룰로오스 아세테이트(CA) 중에서 선택된 1종 이상의 생분해성 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 완효성 비료의 제조방법.
8. 제1항에 있어서, 단계 (a)에서, 상기 비료입자는 비료 성분에 킬레이트제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 완효성 비료의 제조방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 킬레이트제는 EDTA(Ethylene Diamine Tetraacetic Acid), NTA(Nitrilo Triacetic Acid) 및 DTPA(Diethylene Triamine Pentaacetic Acid) 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 완효성 비료의 제조방법.
10. 제1항에 있어서, 단계 (b)에서, 상기 1차 용출 제어층의 코팅을 위한 코팅액은 상기 구조식 1로 표시되는 고분자 38 내지 46중량% 및 물 54 내지 62중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 완효성 비료의 제조방법.
11. 제2항에 있어서, 단계 (c)에서, 상기 2차 용출 제어층 코팅을 위한 코팅액은 구조식 2로 표시되는 고분자 70 내지 90중량% 및 물 10 내지 30중량%을 포함하는 것을 특징으로 하는 완효성 비료의 제조방법.
12. 제2항에 있어서, 단계 (c)에서, 상기 1차 용출 제어층과 2차 용출 제어층이 코팅된 비료입자는 용출 제어층 코팅율이 3 내지 10중량%가 되도록 코팅하는 것을 특징으로 하는 완효성 비료의 제조방법.
13. 제3항에 있어서, 단계 (d)에서, 상기 코팅 보호층은 상기 구조식 3으로 표시되는 고분자 33 내지 37중량%, 구조식 4로 표시되는 화합물 4 내지 6중량%, 구조식 5로 표시되는 화합물 9 내지 12중량% 및 물 56 내지 58중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 완효성 비료의 제조방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 코팅 보호층은 코팅율이 0.1 내지 2.0%인 것을 특징으로 하는 완효성 비료의 제조방법.
15. 제1항 내지 제14항 중에서 선택된 어느 한 항의 완효성 비료의 제조방법에 따라 제조된 완효성 비료.
16. 제15항에 있어서, 상기 완효성 비료는 1년 단위로 1회 시비 용도로 제조되는 것을 특징으로 하는 완효성 비료.
17. 제16항에 있어서, 상기 완효성 비료는 용출 제어층의 코팅율이 서로 다른 비료입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 완효성 비료.
18. 제1항 내지 제14항 중에서 선택된 어느 한 항에 따라 제조된 완효성 비료를 이용한 시비 방법.
19. 제18항에 있어서, 상기 완효성 비료는 작물의 재배 시기별로 상응하는 비료 성분에 따라 비료입자의 용출 제어층의 코팅율이 서로 상이한 비료입자들이 혼합된 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 시비 방법.
20. 제19항에 있어서, 상기 시비 방법은 열대 또는 아열대 작물의 재배에 사용되고, 1년에 1회 시비하는 것을 특징으로 하는 시비 방법.

Description

열대 또는 아열대 작물용 완효성 비료 및 이의 제조방법{Slow and controlled release fertilizer for tropical or subtropical crops and method for preparing the same} 본 발명은 완효성 비료 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 팜트리, 고무나무 등의 열대 또는 아열대 작물의 재배에 필요한 비료 시비 시기 및 용출량이 조절되는 완효성 비료, 이의 제조방법 및 시비 방법에 관한 것이다. 완효성 비료 시장은 노동력 절감, 고효율 비료에 대한 수요 증가, 정부의 사용저감 정책, 고부가가치 작물 수요 증가 등에 따라 성장을 지속하고 있다. 관행 무기질비료의 사용으로 인한 토양 침출 및 유출수를 통한 양분 손실과 환경문제를 해결하기 위해 국내뿐 아니라 많은 국가에서 완효성 비료의 사용을 장려하고 있다. 완효성 비료는 작물이 필요한 시기에 맞춰 여러 차례 시비해야 하는 농가의 어려움을 덜어주기 위해 비료 용출제어 기술을 이용해 적절한 시기에 효율적으로 비료 성분을 공급할 수 있다. 완효성 비료는 비료 시비 후 식물이 흡수 이용성을 지연시키는 형태의 식물 영양분을 함유한 비료를 말한다. 질산암모늄, 요소, 인산암모늄, 염화가리와 같은 속효성 비료를 식물이 긴 기간 동안 이용할 수 있는 기능을 가질 수 있다. 완효성 비료의 종류를 살펴보면, 비료를 물리적 막으로 코팅한 코팅 완효성 비료, 요소를 화학적으로 변형한 합성 완효성 비료(SRF), 질소 변환 억제 물질을 함유한 분해 억제 완효성 비료 등을 들 수 있다. 합성 완효성 비료는 요소를 화학물질과 합성해 분해가 잘 되지 않도록 변형시킨 것으로, 수용성인 요소를 난용성으로 만들어 분해가 어렵도록 하여 효과가 발현되는 시간을 늦추는 방법으로 완효성 기능을 갖도록 하는 것이다. 분해 억제 완효성 비료는 미생물 또는 효소의 활동을 억제시키는 화학물질을 투입한 것으로, 미생물의 활동이나 효소 분해 기능을 억제함으로써 질산태질소나 암모니아태질소로 변화되는 시간을 늦추는 방법으로 완효성 기능을 구현하도록 한다. 한편, 코팅 완효성비료는 비료를 막으로 코팅하여 비료 성분 용출을 물리적으로 일정 기간 동안 억제하는 것으로, 막의 종류에 따라 폴리머 코팅비료(PCF), 황 코팅비료(SCF), 폴리머-황 코팅비료(PSCF) 등으로 분류할 수 있다. 이들 중 코팅 완효성 비료는 용출의 조절이 가장 용이하여 우리나라에서 가장 많이 사용되는 완효성 비료이다. 고분자 코팅막은 쉽게 붕괴되지 않고, 코팅막이 수분이동을 조절함으로써 양분이 지속적으로 천천히 용출되도록 조절할 수 있는 이점이 있다. 그러나, 현재 사용되고 있는 완효성 비료들은 대부분 3개월 정도의 기간 동안 비료 성분이 용출되는 것으로, 예를 들어 팜트리는 1년에 3회 이상의 시비가 필요하여 인력 비용과 비료 비용이 상승하는 문제점이 있다. 또한, 코팅 완효성 비료에 사용되는 코팅제는 일반적으로 물과 솔벤트를 혼합하여 사용하며 솔벤트를 사용하는 경우 솔벤트 증류, 회수 장치가 필요하여 설비 건축 비용, 설비 운용 비용 등이 추가로 필요하고, 환경오염의 문제도 발생할 염려가 있다. 도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 완효성 비료를 제조하기 위한 생산 공정 시스템의 개략도이다. 도 2는 시간 경과에 따른 개략적인 완효성 비료의 용출 패턴을 나타낸 것이다. 이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 설명한다. 이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 그러나, 이하의 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 본원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 완효성 비료를 제조하기 위한 생산 공정 시스템의 개략도이다. 다만, 본 발명의 범위가 여기에 한정되지 않으며 생산 공정 시스템은 조건이나 필요에 따라 변형될 수 있음은 물론이다. 이에 따르면, 상기 생산 공정 시스템은 완효성 비료의 주재료가 되는 비료를 투입하는 원료 투입부(101), 비료의 형태 불량을 검출할 수 있는 스크린(102), 검출이 스크린을 통과한 원료 비료를 보관하는 호퍼(103), 비료 표면에 용출 제어층 및 코팅 보호층을 포함하는 코팅층 형성이 수행되는 코팅부(109), 비료 표면에 코팅액을 분사하는 스프레이 노즐(108), 스프레이 노즐(108)로 용출 제어층 또는 코팅 보호층 코팅에 필요한 코팅액을 공급하는 공급 펌프(107), 비료에 형성된 코팅층에 포함된 있는 수분을 증발시키기 위한 히터(105), 스프레이 노즐(108)의 압력을 조절하는 압력조절부(106), 비료 성분이 코팅부(108) 내부에 쌓이지 않도록 비료 성분을 부양하여 원활한 코팅을 돕는 팬(104), 비료 성분 부양에 따라 발생되는 미세 분진들을 걸러내는 2종의 필터(104-1, 104-2)을 포함할 수 있다. 코팅층이 형성된 완효성 비료(110)은 검수부(111)에서 성분 분석과 용출 정도를 검사하고, 합격 처리된 결과물은 포장부(112), 이송단계(113)를 거쳐 소비자에게 전달될 수 있다. 상기 완효성 비료 생산 공정 시스템을 참조하여 이하, 본 발명의 완효성 비료의 제조방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 비료입자를 준비한다(단계 a). 상기 비료입자는 평균직경이 1 내지 10 mm 일 수 있고, 바람직하게는 2 내지 8 mm, 더욱 바람직하게는 4 내지 6 mm 범위 일 수 있다. 이와 같은 범위에 입자 크기를 가질 때 토양 내에서 적절한 농도와 속도로 비료 성분이 용출되어 작물 생장에 가장 효율적일 수 있다. 1 mm 보다 작은 경우에는 이후 코팅층 형성에 따른 용출 제어가 어려울 수 있고, 10 mm 를 초과하는 경우에는 비표면적이 작아져 토양 입자와 흡착반응이 적게 일어나 용탈이 되어 지하수를 오염시킬 수 있다. 상기 비료입자는 질소, 인산, 칼리 등의 통상적으로 다양한 열대 또는 아열대 작물에 적용되는 성분의 조성물일 수 있고, 재배되는 작물 종류 및 해당 작물의 생장 시기별로 필요한 성분이 최적으로 조합된 비료 조성물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 비료입자가 팜트리 재배용 비료인 경우를 살펴보면, 기간에 따른 생장 단계는 Pre-Nursery 단계, Main-Nursery 단계, 성숙 전 단계(Immature Stage) 및 성숙 단계(Mature Stage)를 포함할 수 있다. 구체적으로, Pre-Nursery 단계는 초기 발아 과정으로 발아에 적합한 비료를 사용하는 기간이다. Main-Nursery 단계는 큰 포트로 이식하여 전용 비료를 사용하는 기간으로, 1년차에는 1 팜트리당 40 내지 50g의 비료 시비가 필요하고, 2 내지 3년차에는 1년(365일) 기준으로 1 팜트리당 60 내지 70g의 비료 시비가 필요할 수 있다. 또한, 성숙 전 단계(Immature Stage)는 토양으로 이식하여 식물을 키우는 단계로서 전용 비료를 이용하고, 1년 기준으로 1 팜트리당 1년차에 300 내지 500g 비료, 2년차에 500 내지 700g 비료, 3년차에 700 내지 900g의 비료 시비가 필요할 수 있다. 또한, 성숙 단계(Mature Stage)는 1년 단위로 1 팜트리당 전용비료를 4 내지 8년차에 1,000 내지 1,500g의 비료 시비가 필요하고, 9년차 부터는 1,500 내지 2,000g의 비료 시비가 필요할 수 있다. 상기 비료입자는 소정의 비료 성분에 생분해성 고분자 분말을 추가로 혼합하여 제조할 수 있다. 이와 같이 비료 성분 내에 혼입되어 분포하는 미세한 생분해성 고분자 분말은 비료 성분의 용출 속도를 조절하는 기능을 할 수 있다. 즉. 비료의 성분이 한꺼번에 용출되지 않고 지속적으로 서서히 용출되면서 용출량이 줄어드는 리니어(Linear) 형태의 용출 양태를 나타낼 수 있다. 즉, 비료입자 표면에 형성될 용출 제어층에 의해 조절되는 용출 시점 이후에 비료 성분의 용출 시 용출 속도 조절용으로 사용될 수 있다. 비료 성분의 용출 속도는 작물의 종류나 생장 시기, 비료 성분, 토양 조건, 강수량 등의 다양한 조건에 따라 설정할 수 있다. 상기 생분해성 고분자 분말은 평균 직경이 50 내지 300㎛의 미세 분말인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 100 내지 250㎛, 더욱 더 바람직하게는 150 내지 200㎛ 일 수 있다. 평균직경이 50㎛ 보다 작은 경우에는 완효성 비료 보관 기간에 따라 생분해가 빨리 일어나 해당 용출속도 기능에 변화가 생기거나, 분말 제조 공정 비용이 증가할 수 있고, 평균직경이 300㎛를 초과하는 경우에는 생분해 속도가 지나치게 느려 비료 성분 용출을 방해하거나 비료입자 제조시 입자 성형에서 형태 안정성이 저하될 수 있다. 상기 생분해성 고분자 분말은 폴리하이드록시알카노에이트(PHA), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리부틸렌 석시네이트(PBS), 폴리비닐 알코올(PVA), 폴리카프로락탐(PA), 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT) 및 셀룰로오스 아세테이트(CA) 중에서 선택된 1종 이상의 생분해성 고분자를 포함하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 폴리하이드록시알카노에이트(PHA), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리부틸렌 석시네이트(PBS)를 사용할 수 있고, 더욱 더 바람직하게는 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)을 사용할 수 있다. 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)는 박테리아 및 조류와 같은 미생물에 의