KR102680405B1 - 원예용 친환경 포트 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원예용 친환경 포트에 관한 것이다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 원예용 친환경 포트는, 용기 형상으로 구성되어 작물이 생육할 수 있는 공간을 제공하는 포트층, 및 상기 포트층 표면에 형성된 코팅층을 포함하고, 상기 포트층은 재생종이, 톱밥발효물, 석고, 플라이애쉬, 패각분말, 커피박 성형체, 황토 및 정제수를 일정한 중량 비율로 혼합하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물을 포트 형상으로 성형함으로써 제조된다.
상기한 구성에 의해 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예에 의한 원예용 친환경 포트는, 작물 생장을 위해 균형있는 영양성분을 공급하고 작물의 생육을 효과적으로 증대시키며 곤충이나 해충이 모이거나 번식하는 것을 방지하고 청결한 상태로 포트를 유지, 사용할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 원예용 친환경 포트는, 용기 형상으로 구성되어 작물이 생육할 수 있는 공간을 제공하는 포트층, 및 상기 포트층 표면에 형성된 코팅층을 포함하고, 상기 포트층은 재생종이, 톱밥발효물, 석고, 플라이애쉬, 패각분말, 커피박 성형체, 황토 및 정제수를 일정한 중량 비율로 혼합하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물을 포트 형상으로 성형함으로써 제조된다.
상기한 구성에 의해 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예에 의한 원예용 친환경 포트는, 작물 생장을 위해 균형있는 영양성분을 공급하고 작물의 생육을 효과적으로 증대시키며 곤충이나 해충이 모이거나 번식하는 것을 방지하고 청결한 상태로 포트를 유지, 사용할 수 있다.
Description
본 발명은 원예용 친환경 포트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 작물 생장을 위해 균형있는 영양성분을 공급하고 작물의 생육을 효과적으로 증대시키며 곤충이나 해충이 모이거나 번식하는 것을 방지하고 청결한 상태로 포트를 유지, 사용할 수 있는 원예용 친환경 포트에 관한 것이다.
종래 농업은 농산물의 양적 생산에 집중되어 왔으며, 화학 농약의 지나친 사용으로 인하여 토양 미생물 및 천적 감소, 생태계 교란, 수질오염 등 농업환경이 악화되었으며, 식물에서 잔류농약이 검출되는 등 환경문제가 심각하다.
기존에 널리 사용되던 유기합성 농약들은 해충들의 내성을 발현시켜 점차 사용량이 많아지고 고농도화 되면서 환경문제를 더욱 악화시켰을 뿐 아니라, 농업 종사자와 농산물을 직접 섭취하는 소비자에게도 건강상 치명적인 위해요인으로 작용하는 심각한 사회문제를 야기하고 있다.
최근 저공해 및 유기농 안전 농산물에 대한 국민적 욕구가 증진됨에 따라, 농업 생산현장에서도 이를 적용하고자 하는 많은 노력들이 시도되고 있고, 유기합성 농약을 대체하고 친환경 농업을 실현하기 위하여 자연계에 존재하는 생물자원을 이용한 생물 농약을 개발하고 있다.
요즈음 생활수준이 향상되면서 살충, 살균, 방균 처리에 대한 소비자들의 기호와 요구가 증가하고 있는데, 이에 각종 산업용품, 생활용품 등에 살충, 살균, 방균 처리가 되고 있는 제품들이 늘어나고 있고, 세균, 곰팡이에 의한 피해뿐만 아니라 해충에 의한 피해를 입기 쉬운 부분에 대해 방충처리 요구가 증가하는 추세에 있다.
한편, 일반적으로 농가에서는 농작물의 종자나 모종을 가식하거나 수확한 농작물 등을 보관, 처리하기 위해 각종 농업용 제품을 사용하는데, 예를 들어, 원예용 포트, 모종판 등을 들 수 있다.
그러나 이러한 원예용 포트, 모종판 등을 사용하여 농작물을 재배하거나 적재, 보관, 처리하는 경우, 농작물과 함께 자라는 잡초를 일일이 제거해야 하고 원예용 포트, 모종판 주위로 벌레나 진드기, 날파리, 곤충과 같은 각종 해충이 모여 번식하게 되며 이를 방지하기 위하여 각종 농약과 같은 해충 기피제를 살포하여 각종 해충을 방제해야 하는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 원예용 포트, 모종판 등은 묘목이나 작물의 특성 및 크기 등에 따라 다양한 종류의 포트가 사용되고 있는데, 가격이 저렴하고, 우수한 내구성 때문에 통상 염화비닐이나 폴리에틸렌 등의 수지재의 포트가 사용되고 있다. 즉, 상기 수지재의 포트는 내부의 분은 분리하여 이식하고, 포트 자체는 쓰레기로 폐기 처분하게 된다.
그러나 종래의 원예용 포트, 모종판 등의 재질 특성상 분해가 되지 않을 뿐만 아니라, 설령 분해가 가능한 재질이라 하더라도 매우 오랜 기간이 소요됨으로써, 포트를 매립하여 폐기하는 것이 쉽지 않은 문제가 있었고, 또한, 소각처리하는 경우에는 환경호르몬과 다이옥신 등의 발암물질을 발생시켜 대기와 환경오염을 가중시키는 폐단이 있었다
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 작물 생장을 위해 균형있는 영양성분을 공급하고 작물의 생육을 효과적으로 증대시키며 곤충이나 해충이 모이거나 번식하는 것을 방지하고 청결한 상태로 포트를 유지, 사용할 수 있는 원예용 친환경 포트를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다양한 과제들은 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에서는 원예용 친환경 포트를 개시한다.
상기 원예용 친환경 포트는, 용기 형상으로 구성되어 작물이 생육할 수 있는 공간을 제공하는 포트층, 및 상기 포트층 표면에 형성된 코팅층을 포함하고, 상기 포트층은 재생종이, 톱밥발효물, 석고, 플라이애쉬, 패각분말, 커피박 성형체, 황토 및 정제수를 일정한 중량 비율로 혼합하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물을 포트 형상으로 성형함으로써 제조된다.
상기 포트층은 재생종이 8 내지 12 중량부, 톱밥발효물 5 내지 10 중량부, 석고 10 내지 15 중량부, 플라이애쉬 1 내지 3 중량부, 패각분말 3 내지 7 중량부, 커피박 성형체 2 내지 6 중량부, 황토 17 내지 23 중량부 및 정제수 40 내지 60 중량부의 중량 비율로 혼합하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물을 포트 형상으로 성형한 후 140 내지 160℃ 온도에서 1 내지 5시간 동안 가열 건조하고, 이후 20 내지 40℃ 온도에서 냉각함으로써 제조될 수 있다.
상기 코팅층은 코팅조성물을 상기 포트층 표면에 도포한 후 건조함으로써 형성되되, 상기 코팅조성물은 PLA(Polylactic Acid) 수지, 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트 수지(Polybutylene Adipate Terephthalate), 흡착제, 살충성 물질, 소태나무 추출액, 인산칼륨(K3PO4), 마그네사이트, 인광석(Rock phosphate) 및 UV 안정제를 포함할 수 있다.
상기 코팅조성물은 PLA(Polylactic Acid) 수지 60 내지 80 중량부, 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트 수지(Polybutylene Adipate Terephthalate) 90 내지 110 중량부, 흡착제 5 내지 10 중량부, 살충성 물질 1 내지 5 중량부, 소태나무 추출액 3 내지 7 중량부, 인산칼륨(K3PO4) 1 내지 5 중량부, 마그네사이트 1 내지 5 중량부, 인광석(Rock phosphate) 1 내지 5 중량부 및 UV 안정제 4 내지 8 중량부의 중량 비율로 포함될 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예에 의한 원예용 친환경 포트는, 작물 생장을 위해 균형있는 영양성분을 공급하고 작물의 생육을 효과적으로 증대시키며 곤충이나 해충이 모이거나 번식하는 것을 방지하고 청결한 상태로 포트를 유지, 사용할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예는, 구체적으로 언급되지 않은 다양한 효과를 제공할 수 있다는 것이 충분히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 원예용 친환경 포트의 정면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 출원에서 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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 원예용 친환경 포트에 대하여 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 원예용 친환경 포트의 정면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 원예용 친환경 포트(10)는, 용기 형상으로 구성되어 작물이 생육할 수 있는 공간을 제공하는 포트층(100), 및 상기 포트층(100) 표면에 형성된 코팅층(200)을 포함한다.
상기 포트층(100)은 용기 형상으로 구성되어 작물이 생육할 수 있는 공간을 제공하는데, 상기 포트층(100)은 재생종이, 톱밥발효물, 석고, 플라이애쉬, 패각분말, 커피박 성형체, 황토 및 정제수를 일정한 중량 비율로 혼합하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물을 통상의 포트 형상으로 성형함으로써 제조될 수 있다.
구체적으로, 상기 포트층(100)은 재생종이 8 내지 12 중량부, 톱밥발효물 5 내지 10 중량부, 석고 10 내지 15 중량부, 플라이애쉬 1 내지 3 중량부, 패각분말 3 내지 7 중량부, 커피박 성형체 2 내지 6 중량부, 황토 17 내지 23 중량부 및 정제수 40 내지 60 중량부의 중량 비율로 혼합하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물을 통상의 포트 형상으로 성형한 후 140 내지 160℃ 온도에서 1 내지 5시간 동안 가열 건조하고, 이후 20 내지 40℃ 온도에서 냉각함으로써 제조될 수 있다.
본 발명에서 상기 포트층(100)은 작물이 재배될 수 있는 원예용 포트 형상으로 구성되는 것으로, 상기 포트층(100)의 형상이나 크기 등은 다양할 수 있는바, 설명의 편의 및 본 발명의 기술적 사상의 명확성을 위하여 상기 포트층(100)의 형상 또는 크기 등의 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 재생종이는 이미 사용한 종이를 다시 펄프로 제조하고 이를 사용하여 종이로 다시 제조하는 것을 말하며, 폐지의 함유량과 제작 방법 등에 따라 재생 종이의 종류는 달라질 수 있는데, 본 발명에서는 상기 재생종이를 분쇄하여 포트층(100)에 포함함으로써 원예용 친환경 포트(10)의 결합 내구성을 증진시키고 포트의 중량을 경량화할 수 있다.
일반적으로 재생종이는 물이 주입되는 폐지의 파쇄 공정, 파쇄된 폐지펄프를 일정비율로 혼합된 첨가제를 주입하여 분해하는 종이해리공정, 해리된 펄프로부터 종이를 뜨는 초지공정과 탈수, 압착한 후 건조하는 건조공정, 그리고 광택과정과 리와인더 과정을 거쳐 새 종이로 탄생하는데, 상기 재생종이의 구성은 공지의 기술인바 설명의 편의 및 본 발명의 기술적 사상의 명확성을 위하여 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 톱밥발효물은 하기의 제조방법으로 제조된 톱밥발효물이 이용될 수 있다.
먼저, 상기 톱밥발효물을 제조하기 위하여, 톱밥, 볏짚, 미강 및 미생물 배양액을 준비할 수 있다.
상기 톱밥은 목재 공장에서 가공 중 발생된 분쇄기 톱밥, 제재 톱밥 등을 회수하여 혼합한 것일 수 있는데, 상기 톱밥은 셀룰로오스 50~60%, 헤미셀룰로오스 10~20%, 리그닌 20~30% 및 잔부 회분, 조지방, 탄닌 및 색소를 포함하는 기타 성분으로 이루어질 수 있다.
상기 미생물 배양액은 배지를 물에 혼합한 후 균주를 접종하여 호기성 조건 하에서 35 내지 40℃에서 배양하여 얻는다. 배지는 정제수에 트립톤(tryptone), 맥아추출물(Malt extract), 시트르산나트륨(Sodium citrate), 효모 추출물(yeast extract), 글루코스(glucose), 염화나트륨(NaCl) 및 인산수소칼륨(K2HPO4)을 가하여 조성할 수 있다. 예를 들어, 상기 배지는 증류수 1리터(ℓ) 당 트립톤 4 내지 6g, 맥아추출물 1 내지 3g, 시트르산나트륨 3 내지 5g, 효모 추출물 2 내지 4g, 글루코스 1 내지 3g, 염화나트륨 0.5 내지 2.5g 및 인산수소칼륨 0.1 내지 1g의 중량 비율로 혼합하여 배지를 조성할 수 있다. 다음으로, 상기 조성된 배지 2리터(ℓ)를 정제수 20리터(ℓ)에 혼합한 후 발효 균주를 접종하고 40 내지 42℃에서 8 내지 12일 동안 배양하여 미생물 배양액을 제조할 수 있다.
이때, 상기 발효 균주로는 바실러스 서브틸러스(Bacillus subtilis), 바실러스 스테아로써모필러스(Bacillus stearothermophilus), 로도슈도마나스(Rhodopsudomonas), 로도스피릴룸(Rhodospirillum), 바실러스 소노렌시스(Bacillus sonorensis) 및 바실러스 터모아밀로보란스(Bacillus thermoamylovorans)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 균주가 이용될 수 있다.
다음으로, 상기 준비된 톱밥, 볏짚, 미강 및 미생물 배양액을 혼합한 후, 상기 혼합된 톱밥, 볏짚, 미강 및 미생물 배양액으로 이루어진 혼합물을 발효시킬 수 있다.
상기 단계에서는 톱밥 80 내지 120 중량부, 볏짚 40 내지 60 중량부, 미강 20 내지 40 중량부 및 미생물 배양액 10 내지 20 중량부의 중량 비율포 혼합하여 혼합물을 제조한 후, 상기 혼합물을 50 내지 55℃의 온도 및 60 내지 65%의 습도에서 5 내지 10일 동안 보관하여 발효를 진행할 수 있다.
이어서, 상기 발효된 혼합물을 건조하여 톱밥발효물을 제조할 수 있다.
상기 단계에서 상기 톱밥발효물은 상기 발효된 혼합물을 38 내지 42℃의 온도에서 20 내지 40시간 동안 건조함으로써 제조될 수 있다.
상기 석고(石膏)는 황산칼슘의 이수화물(二水化物)로 이루어진 석회질 광물로서, 단사 정계에 속하며 기둥 모양 또는 널조각 같은 모양의 결정을 이룬다. 흔히 무색이지만 불순물이 섞이어 회색, 황색, 붉은색을 띠기도 한다.
상기 석고를 약 160~170℃로 가열하여 결정수를 없앤 흰색 가루를 소석고(燒石膏)라고 하며, 물기가 있으면 다시 굳어지는 성질이 있으므로 건축, 소상, 거푸집 또는 도자기 제조용 원형으로 쓰거나 분필, 모형, 조각, 시멘트 등의 재료로 사용될 수 있다.
상기 석고의 경우 인체 유해한 가스배출이 없는 친환경 다공성 재료로 현재 친환경 건축용 마감재로 사용되어지고 있는 기존 상용제품과 같은 기능성(습도 조절, 유해물질 흡착, 생활악취제거)을 구현할 수 있는 재료이다.
상기 플라이애쉬는 포트층(100)의 점결성을 향상시키기 위하여 사용될 수 있다.
상기 패각분말은 패각을 분쇄하여 제조될 수 있는데, 일반적으로 패각이란 연체동물에서 연체를 싸서 보호하는 무기질의 분비형성물로, 이러한 패각은 전복 껍질, 석화 껍질, 조개 껍질, 가리비 껍질 등 각종 패각류의 종류에 따라 분쇄하였을 때 그 질감과 색상이 매우 미려하고 다양하게 나타날 뿐만 아니라 생물 화학적으로 조성된 다공성의 칼슘성분으로 인하여 상당한 단열성능을 가지고 있고, 주변 공기와의 호흡을 통해 공기 중의 오염물질 등을 흡착하는 능력을 가지고 있는 위생적이고 친환경적인 재료로 알려져 있다.
상기 패각분말은 하기의 방법으로 제조된 소성된 패각미립분말이 사용될 수 있다.
먼저, 상기 패각분말을 제조하기 위하여, 패각을 준비할 수 있다.
예를 들어, 상기 패각은 전복 껍질, 석화 껍질, 소라 껍질, 조개 껍질 및 가리비 껍질로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 패각이 이용될 수 있다.
다음으로, 상기 패각을 세척할 수 있다.
상기 패각의 세척은 상기 패각을 20 내지 30℃ 온도의 세척액에서 5 내지 15분 동안 침지시켜 수행될 수 있는데, 상기 세척액은 티오요소류 화합물 1 내지 3 중량%, 과산화수소 3 내지 5 중량%, 구연산나트륨 2 내지 4 중량%, 킬레이트제 0.1 내지 0.3 중량%, 탄산수소나트륨(NaHCO3) 1 내지 3 중량% 및 100 중량%를 만족하는 잔량의 탈이온수를 포함한다.
상기 티오요소류 화합물은 패각을 세척할 때 세척액이 안정적으로 유지될 수 있도록 하기 위하여 포함될 수 있는데, 상기 티오요소류 화합물은 티오요소 (NH2)2CS 또는 일반식 (R1R2N)(R3R4N)C=S(여기서, R1, R2, R3, R4는 각각 독립적으로 수소 원자, 에틸기 또는 메틸기에서 선택되는 어느 하나임)로 표현되는 티오요소 유도체를 포함할 수 있다.
상기 과산화수소는 산화제로 사용되는 물질로, 상기 과산화수소는 세척이 용이하게 수행될 수 있도록 하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 구연산나트륨은 패각에 대한 탈취 효과를 향상시키고 안정성을 높이기 위하여 포함될 수 있다.
상기 킬레이트제는 세척액의 세척 능력 저하 현상을 방지하고, 이물질이나 금속이온이 화학결합을 통해 재흡착되는 것을 방지하기 위하여 첨가될 수 있는데, 예를 들어, 상기 킬레이트제로는 디에틸렌트리니트릴로펜타아세트산(diethylene trinitrilo pentaacetic acid ; DTPA) 및 글루타믹엑시드-2-아세틱엑시드가 1:1의 중량 비율로 혼합되어 사용될 수 있다.
상기 탄산수소나트륨(NaHCO3)은 식품첨가물로도 이용되는 것으로, 독성이 없으며 침투, 확산, 팽창 등의 기능을 가져 패각의 표면을 깨끗하게 세척할 수 있다.
상기 탈이온수는 물속의 이온이 제거된 것으로, 상기 탈이온수는 비저항값이 18MΩ·cm 이상인 탈이온수를 사용하는 것이 바람직하다.
그 다음으로, 상기 세척된 패각을 분쇄하여 패각조립분말을 제조할 수 있다.
상기 패각조립분말은 상기 세척된 패각을 그래뉼레이터(pan granulator), 드럼 그래뉼레이터(Drum granulator) 또는 압축식 펠레타이저(pelletizer) 등과 같은 공지된 조립기를 이용하여 분쇄함으로써 수행될 수 있는데, 반드시 상기한 조립기에만 한정되는 것은 아니다.
이어서, 상기 패각조립분말을 소성로에서 가열하여 소성된 패각조립분말을 제조할 수 있다.
상기 소성된 패각조립분말은 상기 패각조립분말을 소성로에 투입한 후 1,100 내지 1,300℃의 온도에서 20 내지 60분 동안 가열함으로써 제조될 수 있는데, 상기 패각조립분말을 가열하여 소성된 패각조립분말을 제조함으로써 상기 패각조립분말의 미세 기공에 흡착된 오염물질을 가열하여 열산화시켜 제거하고 패각조립분말을 활성화시킬 수 있다.
상기 패각조립분말이 소성을 거침으로써 상기 패각조립분말을 구성하는 탄산칼슘은 하기와 같이 산화칼슘과 이산화탄소로 분해될 수 있다.
탄산칼슘(CaCO3) → 산화칼슘(CaO) + 이산화탄소(CO2)
다음으로, 상기 소성된 패각조립분말을 분쇄함으로써 소성된 패각미립분말을 제조할 수 있다.
상기 소성된 패각미립분말은 상기 소성된 패각조립분말을 볼밀(ball mill)이나 각종 공지된 분쇄기를 이용하여 분쇄함으로써 수행될 수 있는데, 상기 분쇄는 상기 소성된 패각미립분말의 입경이 1 내지 100㎛가 되도록 수행될 수 있다.
상기 소성된 패각미립분말을 제조할 때 볼밀 등을 이용하여 분쇄하는 구성은 공지의 기술인바, 설명의 편의 및 본 발명의 기술적 사상의 명확성을 위하여 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 커피박 성형체는 사용 후 폐기되는 커피박을 재활용하여 제조될 수 있는데, 상기 커피박은 습기 조절 능력이 우수하고 방향성을 가지고 있기 때문에 이를 원예용 친환경 포트(10)에 활용하면 상기 특성을 활용할 수 있는 이점이 있다.
상기 커피박 성형체는 하기의 방법으로 제조된 커피박 성형체가 사용될 수 있다.
먼저, 상기 커피박 성형체를 제조하기 위하여, 커피박을 준비하는 단계이다.
상기 상기 커피박은 coffee waste, coffee meal, coffee ground 등 다양한 이름으로 불리고 있는데, 상기 커피박은 커피원두로부터 커피액을 추출하고 남은 찌꺼기를 의미하는 것으로, 상기 커피박에는 유기물뿐만 아니라 풍부한 섬유소, 리그닌, 카페인, 폴리페놀화합물 등 다양한 기능성 물질을 다량 함유되어 있어 재활용 가치가 높은 유기성 자원 중의 하나로 평가받고 있다.
다음으로, 상기 커피박에 첨가물을 혼합하는 단계이다.
상기 첨가물은 커피박의 결합력을 향상시키고 인장강도, 표면경도 등 물성을 향상시킬 수 있는데, 예를 들어, 상기 첨가제로는 천연 로진(rosin) 및 숯분말이 이용될 수 있다.
즉, 상기 첨가제는 상기 커피박 전체 함량 100 중량부에 대해, 천연 로진(rosin) 10 내지 20 중량부 및 숯분말 3 내지 7 중량부의 중량 비율로 포함될 수 있다.
상기 천연 로진(rosin)은 송진을 수증기로 증류하여 만든 액체 로진 또는 분말 처리된 로진을 준비하고 상기 로진 전체 함량 100 중량부에 대해, 순도 95%의 에탄올을 10 내지 20 중량부의 중량 비율로 혼합한 후, 20 내지 30℃ 온도에서 10 내지 20분 동안 교반하여 제조될 수 있다.
상기 숯분말은 친환경 재료로서 높은 공극율로 인하여 조성물의 분산성을 향상시키는 동시에 결합력을 향상시켜 인장강도를 증가시킬 뿐만 아니라 커피박 성형체의 표면경도 등 물성을 향상시킬 수 있는데, 예를 들어, 상기 숯분말은 조릿대 숯, 대나무 숯, 참나무 숯, 코코넛 숯 및 이들의 혼합 숯으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 활성화된 숯분말이 사용될 수 있고, 바람직하게는 코코넛 숯이 사용될 수 있다.
그 다음으로, 상기 첨가물이 혼합된 커피박을 건조할 수 있다.
상기 건조는 상기 첨가물이 혼합된 커피박을 25 내지 35℃ 온도에서 1 내지 3일 동안 건조함으로써 수행될 수 있다.
이어서, 결합제를 제조하여 준비할 수 있다.
상기 결합제는 인체에 유해한 화학적 결합제가 아닌, 전분을 이용하여 커피박 등의 조성물을 접착함으로써, 환경오염을 유발하지 않고도 보다 효율적으로 폐자원을 재활용할 수 있는데, 상기 결합제는 하기의 방법으로 제조된 결합제가 사용될 수 있다.
상기 결합제를 제조하기 위하여, 먼저, 전분과 물을 혼합하여 전분용액을 제조할 수 있다.
상기 전분용액에서 상기 전분은 결합제를 구성하는 조성물을 결합하기 위한 점착성을 부여할 수 있는데, 상기 전분용액은 전분 50 내지 70 중량부 및 물 180 내지 220 중량부의 중량 비율로 배합되어 혼합될 수 있다.
또한, 상기 전분은 그 종류가 크게 제한되지 않으며, 예를 들어, 옥수수전분, 찰옥수수전분, 타피오카전분, 감자전분, 고구마전분, 쌀전분 및 밀전분으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
또한, 상기 전분은 비변성 전분 또는 특정 변성 전분을 포함하는데, 비변성 전분은 통상적인 전분 제조 공정으로부터 수득되는 전분으로서, 화학적 처리, 열처리에 의해 그 물성(점성, 열안정성, 냉해동 안정성)이 변화된 변성 전분(예를 들어 산처리 전분, 산화 전분, 아세틸아디핀산 이전분, 아세틸인산 이전분, 옥테닐호박산 전분, 인산 이전분, 인산 일전분, 인산화인산 이전분, 아세트산 전분, 하이드록시프로필인산 이전분, 하이드록시프로필 전분 등이 있다.)과 대조되는 개념이다. 상기 특정 변성 전분으로는 산처리 전분(Acid modified starch), 산화 전분(Oxidized Starch), 아세트산 전분(Starch Acetate), 또는 옥테닐석신산 전분(Starch Octenyl Succinate) 등이 있다.
다음으로, 솔잎분말, 한천가루 및 물을 혼합하여 솔잎분말용액을 제조한 후 상기 솔잎분말용액을 가열할 수 있다.
구체적으로, 상기 솔잎분말용액은 솔잎분말 5 내지 15 중량부, 한천가루 20 내지 40 중량부 및 물 80 내지 100 중량부의 중량 비율로 혼합한 후 90 내지 95℃의 온도에서 10 내지 20분 동안 가열함으로써 제조될 수 있다.
상기 솔잎분말은 솔잎을 분쇄하여 제조될 수 있는데, 상기 솔잎의 구조는 각피와 표피뿐만 아니라, 표피 내부에 내표피를 하나 더 갖추고 있어 수분의 증발이 억제되고 솔잎의 기(氣) 주변에서 생성된 송진 성분이 솔잎분말에 그대로 함유되어 전분, 한천가루 등과 혼합될 때 경화를 촉진시키고 결합력을 증진시킬 수 있다.
상기 솔잎분말은 송진을 포함하고 있어 고형연료의 발열량을 증진시킬 수 있는데, 상기 솔잎분말은 낙하된 송낙옆을 수집해 10 내지 200메시(mesh) 범위로 분쇄하여 붉은 빛을 띄는 솔잎분말을 얻을 수 있다.
상기 한천가루는 한천을 분말화하여 제조된 것으로, 상기 한천가루는 겔(GEL)화제로 사용될 수 있는데, 겔(GEL)화제로 사용되는 한천은 우뭇가사리과의 해초로 만들어진 우무를 건조시킨 제품으로, 수분 15%, 단백질 2%, 회분 3.5%, 지방 0.5% 이하로 대부분은 다당류로 구성된다. 다당류는 중성다당류인 아가로오스(Agarose) 70%와 산성다당류인 아가로펙틴(Agaropectin) 30%로 구성된다.
또한, 한천은 물과의 친수성이 강하여 수분을 일정한 형태로 유지하는 능력이 크며, 한천은 보통 3배 정도의 물을 흡수하여 0.4% 농도에서 안정적인 겔을 형성한다.
또한, 한천은 적은 양으로도 물과 반응시 40℃ 전후에서 쉽게 겔화되며, 80~85℃ 이하에서는 녹지 않는 성질을 가지고 있어 기온이 높은 여름철에도 사용할 수 있으며 겔의 상태로 저장이 가능하다.
이러한 한천은 오래전부터 의약품, 식품, 공업원료 등으로 널리 이용되고 있는 대표적인 해조류로 국내 연간 생산량이 약 3,600ton에 이르는 비교적 풍부한 자원이다. 그러나 실제 이용하는 양은 전체 생산량의 약 65% 정도로 나머지는 대부분 방치되어 있어 자원량에 비해 부가가치가 낮은 실정이다.
현재 한천의 주성분은 탄수화물로, 섭취시 독성이 없고 인체에 유해하지 않아 식품 재료로 사용되고 있다. 더욱이 자연 상태에서 잘 분해됨에 따라 환경에 미치는 유해한 영향이 없으므로 환경오염을 미연에 방지할 수 있으며, 해초로부터 추출한 한천은 젤라틴과는 달리 응고점이 비교적 높아 실온에서도 겔 상태로 존재할 수 있기 때문에 다른 겔화제에 비해 쉽게 겔화시켜서 사용할 수 있다.
그 다음으로, 상기 전분용액 및 솔잎분말용액에 대나무 숯 분말을 혼합하여 결합제를 제조할 수 있다.
상기 결합제는 상기 전분용액 80 내지 120 중량부, 솔잎분말용액 40 내지 60 중량부 및 대나무 숯 분말 3 내지 7 중량부의 중량 비율로 혼합함으로써 제조될 수 있다.
상기 대나무 숯 분말은 대나무 숯을 분쇄하여 분말화함으로써 제조될 수 있는데, 상기 대나무 숯은 일반 숯에 비해 무기물 함량이 2배 가량 많으며, 특히 흡착제로 이용되고 있는 실리카겔의 주성분인 규산이 일반 숯에 보다 다량 함유되어 있어 탈취제로 사용된다.
또한, 상기 대나무 숯은 수돗물을 부드럽게 하고, 미량의 염소이온의 발생으로 소독효과가 인정되어 입욕제로 사용되며, 고온탄은 원적외선 방사율이 매우 높고 전자파 차폐효능이 인정되며 음이온 발생효과가 있어 건강제품에 적용이 가능함은 물론이다.
상기 대나무 숯은 죽재를 400℃ 이상의 고온처리에 의해 생성되기 때문에 생성 후 일정기간 무균상태로 유지되며, 무기물만이 극소량 함유되고 무기물의 약 60%가 칼슘, 칼륨 등의 알칼리 성분이기 때문에 강한 알칼리성이 나타나게 된다.
또한, 상기 대나무 숯은 표면적이 큰 다공질체로 되어 있고 유기물 함유량이 매우 적기 때문에 부패를 일으키는 미생물이 대나무 숯 내로 침입하더라도 증식하지 못하고, 산성을 선호하는 미생물의 증식이 대나무 숯의 알칼리성으로 인해 억제되는 경우도 있다.
다음으로, 상기 건조된 커피박에 결합제를 혼합하여 혼합물을 제조할 수 있다.
상기 혼합물은 상기 건조된 커피박 80 내지 120 중량부 및 결합제 130 내지 170 중량부의 중량 비율로 혼합되어 제조될 수 있다.
그 다음으로, 상기 혼합물을 압축 성형하여 성형체를 제조한 후 상기 성형체를 건조하여 커피박 성형체를 제조할 수 있다.
상기 커피박 성형체는 상기 혼합물을 일정한 형상으로 압축 성형하여 성형체를 제조하고, 상기 성형체를 30 내지 40℃ 온도에서 1 내지 3일 동안 건조함으로써 제조될 수 있는데, 예를 들어, 상기 커피박 성형체는 상기 혼합물을 압축 성형한 후 건조하여 입경 1 내지 3mm인 구형 형상이나 펠릿 등 다양한 형상으로 제조될 수 있다.
상기 혼합물을 압축 성형하여 성형체를 제조하는 구성은 공지의 성형기를 이용하여 수행될 수 있고, 이는 공지의 기술인바, 설명의 편의 및 본 발명의 기술적 사상의 명확성을 위하여 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 황토(Yellow Soil, Hwangto)는 암석이 화학적 풍화작용을 받아 변질이 되어 토양화된 풍화 잔류토(풍화토)를 의미하는데, 상기 황토는 토양의 일종으로서, 암석의 풍화산물이므로 본래의 암석(모암)의 종류와 풍화정도 등에 따라 색, 성분, 물리화학적 성질 등이 다양하게 나타날 수 있다.
예를 들어, 상기 황토의 화학적 조성은 이산화규소 45~55 중량%, 알루미나 20~30 중량%, 삼이산화철 10~20 중량%를 주성분으로 하고, 미량성분으로 이산화티타늄, 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화나트륨 및 산화칼륨 등을 0~15% 포함할 수 있으나, 이는 단지 예시일 뿐 상기 함량 범위로 본 발명에 따른 황토가 제한되는 것은 아니다.
상기 황토는 탄산칼슘, 실리카, 알루미나, 철, 마그네슘, 나트륨, 칼륨 등의 수많은 무기질, 카탈리아제, 디페놀옥시디아제, 사카리제, 프로테아제 등의 다양한 효소 및 Bacillus속, Pesudomonas속, Nitrosomonas속 등의 다양한 미생물을 함유하고 있다. 이때 효소는 독소제거, 분해력, 및 정화작용의 역할을 하며, 미생물은 VOC를분해하며, 특히 악취를 이산화탄소와 물로 분해한다.
상기 정제수는 상기 재생종이, 톱밥발효물, 석고, 플라이애쉬, 패각분말, 커피박 성형체, 황토 등의 조성물을 혼합, 결합하기 위하여 사용할 수 있는데, 상기 정제수는 상기 조성물이 균일하게 혼합, 결합된 반죽물이 제조되도록 함으로써, 상기 반죽물을 이용하여 제조되는 포트층(100)의 강도를 증진시킬 수 있다.
상기 코팅층(200)은 상기 포트층(100) 표면에 형성되어 항균성, 탈취성, 살충성 및 살균성 등의 효과를 부여함으로써 좀벌레나 진드기, 곤충 등이 번식하거나 원예용 친환경 포트(10)로 모이는 것을 방지할 수 있는데, 상기 코팅층(200)은 코팅조성물을 상기 포트층(100) 표면에 도포한 후 건조함으로써 제조될 수 있다.
예를 들어, 상기 코팅조성물은 PLA(Polylactic Acid) 수지, 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트 수지(Polybutylene Adipate Terephthalate; PBAT), 흡착제, 살충성 물질, 소태나무 추출액, 인산칼륨(K3PO4), 마그네사이트, 인광석(Rock phosphate) 및 UV 안정제를 포함한다.
구체적으로, 상기 코팅조성물은 PLA(Polylactic Acid) 수지 60 내지 80 중량부, 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트 수지(Polybutylene Adipate Terephthalate; PBAT) 90 내지 110 중량부, 흡착제 5 내지 10 중량부, 살충성 물질 1 내지 5 중량부, 소태나무 추출액 3 내지 7 중량부, 인산칼륨(K3PO4) 1 내지 5 중량부, 마그네사이트 1 내지 5 중량부, 인광석(Rock phosphate) 1 내지 5 중량부 및 UV 안정제 4 내지 8 중량부의 중량 비율로 포함될 수 있다.
상기 PLA(Polylactic Acid) 수지는 락타이드 또는 락트산의 열가소성 폴리에스테르로서, 예를 들어, 옥수수, 감자 등에서 추출한 전분을 발효시켜 제조되는 락트산을 중합시켜 제조될 수 있다. 상기 PLA 수지는 사용 또는 폐기 과정에서 CO2 등의 환경 유해 물질의 배출량이 폴리염화비닐(PVC) 등의 석유기반 소재에 비해 월등히 적고, 폐기 시에도 자연 환경 하에서 용이하게 분해될 수 있는 친환경적인 특성을 가진다.
상기 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트 수지(Polybutylene Adipate Terephthalate; PBAT)는 생분해성 바이오플라스틱으로 땅 속에서 6개월 이내에 100% 분해가 되는 친환경적인 재료이고, 상기 PBAT 수지는 일반적으로 알려진 방법에 따라 1,4-부탄디올, 아디픽산 및 테레프탈산을 축중합하여 얻을 수 있다.
이러한 PBAT 수지로는 이러한 일반적 방법으로 직접 합성한 것을 사용하거나, 이미 상용화된 수지, 예를 들어, 상술한 상품명 ECOPLEX(바스프)이나, PBG7070(삼성정밀화학) 등으로 상용화된 PBAT 수지 입수하여 사용할 수도 있다.
또한, 상기 PBAT 수지는 150,000 내지 400,000의 중량평균분자량을 가질 수 있는데, 상기 PBAT 수지가 이러한 분자량의 범위를 가짐에 따라, 상기 PBAT 수지와 코팅조성물을 구성하는 다른 조성물과의 상용성 및 가공성이 보다 우수하게 될 수 있고, 비교적 높은 분자량에 따라 보다 향상된 물성 등을 나타낼 수 있다.
상기 흡착제는 원예용 친환경 포트(10)에 탈취력, 살균력, 소취력 및 항균력 등의 효과를 부여할 수 있는데, 상기 흡착제는 하기의 방법으로 제조된 흡착제가 사용될 수 있다.
구체적으로, 상기 흡착제를 제조하기 위하여, 먼저, 커피박을 준비할 수 있다.
상기 커피박은 coffee waste, coffee meal, coffee ground 등 다양한 이름으로 불리고 있는데, 상기 커피박은 커피원두로부터 커피액을 추출하고 남은 찌꺼기를 의미하는 것으로, 상기 커피박에는 유기물뿐만 아니라 풍부한 섬유소, 리그닌, 카페인, 폴리페놀화합물 등 다양한 기능성 물질이 다량 함유되어 있어 재활용 가치가 높은 유기성 자원 중의 하나로 평가받고 있다.
즉, 상기 커피박(커피 찌꺼기)은 커피 제조시 생두를 로스팅한 후 0.1 내지 2mm로 분쇄하여 열탕으로 커피액을 추출한 뒤에 배출되는 부산물로, 목질계 성분인 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그린이 목재수준으로 함유되어 있으며, 발열량이 4,974 kcal/kg 으로 일반적인 목재 발열량을 상회하며, 회분 함유량이 2 wt% 이하로 연료가치가 목재 자원보다 높은 폐바이오매스 자원이다.
다음으로, 상기 준비된 커피박을 세척한 후 살균처리할 수 있다.
일반적으로 커피전문점에서 수거된 커피박에는 약 70~80% 이상의 수분을 함유하고 있어 보관 및 활용이 어려우며, 특히 커피박내의 높은 함수율과 유지성분은 쉽게 곰팡이가 발생되는 조건을 제공하여 커피박을 재활용 하는데 어려움이 많다.
또한, 전국에 분포된 커피전문점의 일평균 1kg 내외의 커피박이 당일 수거가 어렵고 짧게는 1주일, 길게는 20일 정도를 상온에서 방치되어 보관됨으로써, 수거되는 커피박에는 곰팡이가 생성되거나 각종 이물질이 혼합되고 품질이 저하되거나 물성이 변질되는 문제점이 있다.
본 발명에서는 상기 준비된 커피박을 세척한 후 살균처리함으로써 상기 커피박에 잔류하는 곰팡이나 이물질 등의 오염원을 제거할 수 있는데, 예를 들어, 상기 준비된 커피박을 탄산수소나트륨(NaHCO3) 용액 및 자몽종자추출물이 90:10의 중량비로 혼합된 혼합용액을 이용하여 세척한 후 상기 세척된 커피박을 오존을 이용하여 살균처리함으로써 진행될 수 있다.
상기 탄산수소나트륨(NaHCO3) 용액은 탄산수소나트륨(NaHCO3)이 정제수에 용해되어 3 내지 7(w/w)% 농도 범위를 가지는 용액일 수 있는데, 상기 탄산수소나트륨은 독성이 없으며 침투, 확산, 팽창 등의 기능을 가지는 것으로, 상기 탄산수소나트륨 용액을 이용하여 커피박을 세척함으로써, 곰팡이의 세포벽을 팽창시켜 상기 커피박을 살균함과 동시에 이물질 등을 세척하여 제거할 수 있다.
또한, 상기 자몽종자추출물(GSE, Grapefruit seed extract)은 항균, 항진균, 항산화 효과가 있고, 독성 실험에서는 안식향산나트륨, 솔빈산 칼륨에 비해서 거의 독성이 없는 것으로 확인되었다. 특히, 상기 자몽종자추출물의 성분 중 ascorbic acid, ascorbyl palmitate 및 tocopherol 등이 부패성 및 병원성 미생물의 세포벽 및 세포막의 기능을 약화시키고 효소활성을 억제하며, DNA/RNA에서 비롯되는 세포증식 기작을 방지하여 세균, 효모 및 곰팡이 등에 살균 효과를 나타나며 곰팡이의 생육 및 독소합성에 저해효과를 가진다.
상기 오존은 강한 살균력을 보유하고 있어서, 실내의 오염된 공기 등을 정화하기 위한 공기정화기에 많이 이용되고 있으며, 이러한 오존의 성질을 공기정화기뿐만 아니라 수질 정화 장치에 응용을 하고자 호수나 저수지와 같이 물이 정체되기 쉬운 곳에 오존을 이용한 수질 정화 장치가 설치되어 있는데, 상기 오존을 이용하여 살균처리하는 구성은 공지의 기술인바, 설명의 편의 및 본 발명의 기술적 사상의 명확성을 위하여 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
그 다음으로, 상기 살균처리된 커피박을 건조할 수 있다.
상기 살균처리된 커피박을 건조함으로써 상기 커피박에 잔류하는 수분을 제거할 수 있는데, 예를 들어, 상기 살균처리된 커피박을 100 내지 120℃ 온도에서 건조함으로써 상기 건조된 커피박의 수분 함량이 0.5 내지 2.5 중량%가 되도록 할 수 있다.
상기 건조된 커피박의 수분 함량이 0.5 내지 2.5 중량%가 되도록 함으로써, 추후 공정에서 추출이 용이하게 수행되고, 상기 살균처리된 커피박에 잔류할 수 있는 곰팡이나 세균 등을 사멸시켜 제거할 수 있다.
이어서, 상기 건조된 커피박을 추출하여 오일을 분리할 수 있다.
상기 건조된 커피박에는 약 15% 정도의 오일이 함유되어 있는데, 상기 커피에 함유되어 있는 오일은 인슐린 분비 증가, 항염증, 항균작용, 항산화(antioxidant properties) 등의 효과가 있는 것으로 알려져 있다.
본 발명에서는 상기 건조된 커피박에 함유되어 있는 오일을 추출하여 분리함으로써, 상기 분리된 오일은 에센셜, 계면활성제, 화장품, 비누, 마스크팩 등에 활용할 수 있고, 상기 오일이 추출되고 남은 커피박은 공극이 더욱 증대되고 활성화됨으로써 흡착 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 추출은 공지된 추출법을 이용하여 수행될 수 있는데, 예를 들어, 상기 추출법으로는 열수 추출법, 유기용매 추출법, 초음파 추출법, 초임계 추출법 등 다양한 추출법을 이용하여 추출할 수 있다.
다음으로, 상기 오일이 분리된 커피박을 진공 건조할 수 있다.
상기 오일이 분리된 커피박을 진공 건조함으로써, 커피박의 물성을 저하시키지 않으면서 건조가공 시간을 단축할 수 있는데, 예를 들어, 상기 진공 건조 단계(S500)는 감압분위기에서 보관된 상기 오일이 분리된 커피박에 마이크로웨이브를 조사하여 진행될 수 있다.
구체적으로, 상기 진공 건조는 60 내지 80mbar의 압력하에 보관된 상기 오일이 분리된 커피박에 70 내지 80℃의 온도에서 40 내지 80분 동안 2.5GHz의 마이크로웨이브를 조사하여 수행될 수 있다.
상기 마이크로웨이브는 상기 오일이 분리된 커피박의 내부까지 침투하여 커피박 전체를 가열하는 체적가열 효과를 나타낼 수 있는 것으로, 상기 마이크로웨이브를 조사하면 상기 오일이 분리된 커피박 내부의 수분자가 마이크로웨이브의 극성 변환에 따라 진동 또는 회전하게 되고, 이와 같은 분극 진동이 분자간의 마찰로 이어져 발열 현상을 일으킬 수 있다.
또한, 본 발명에서는 감압하에서 마이크로웨이브를 조사해주면, 상기 오일이 분리된 커피박 내부의 가열에 의한 팽화가 발생하게 되고, 이러한 순간적인 내부가열과 팽화에 의해 층란, 성층 등의 세포막이 파괴됨으로써 살균효과도 발생할 수 있다.
그 다음으로, 상기 진공 건조된 커피박에 활성탄, 일라이트 분말 및 황토를 혼합하여 혼합물을 제조한 후, 상기 혼합물을 소성로에서 열처리하여 탄화시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 진공 건조된 커피박 전체 함량 100 중량부에 대해, 활성탄 10 내지 20 중량부, 일라이트 분말 1 내지 10 중량부 및 황토 4 내지 8 중량부의 중량 비율로 혼합하여 혼합물을 제조한 후, 상기 혼합물을 280 내지 320℃ 온도의 소성로에서 1 내지 5시간 동안 열처리하여 탄화시킬 수 있다.
상기 진공 건조된 커피박에 활성탄, 일라이트 분말 및 황토를 혼합하여 혼합물을 제조한 후, 상기 혼합물을 소성로에서 열처리하여 탄화시킴으로써, 상기 커피박, 활성탄, 일라이트 분말 및 황토의 비표면적을 증가시키고 커피박에 포함되어 있는 탄화수소, 유기 휘발성 성분 등을 제거할 수 있는데, 이러한 탄화 과정을 통해 흡착제의 흡착력, 탈취력 등의 효과를 증진시킬 수 있다.
상기 활성탄은 미세세공이 발달된 탄소집합체로서, 활성화과정에 의해 내부 표면적을 변화시킬 수 있으며, 내부의 탄소 원자 관능 기에 의해 주위 액체 또는 기체와 흡착이 이루어지는 흡수성과 흡착성이 우수한 성질을 갖는다.
상기 활성탄은 유해물질이나 가스를 흡착 제거하고 미세 수분을 흡수할 수 있고, 또한, 상기 활성탄은 분말 형태로 사용될 수 있는데, 이러한 분말 형태의 활성탄은 다공성인 활성탄 자체의 흡착력을 보다 증진시킬 뿐만 아니라, 활성탄이 미세한 분말일수록 입자와 입자 사이가 치밀하여 부착력이 증대되고 산화방지 및 소수성의 기능을 부여할 수 있다.
상기 활성탄은 몸 안의 독소를 몰아내는 힘이 강하므로 체내의 독성이 누적되어 발생하는 각종 성인병이나 피부염 알레르기 증상에 탁월한 효능이 있는데, 예를 들어, 상기 활성탄은 경도 90 질량분율% 이상, 충전밀도 0.47 내지 0.55g/ml, 비표면적 1,050 내지 1,150m2/g, 세공분포는 세공직경이 3Å 내지 10Å, 요오드 흡착력 1,000mg/g 이상, 세공용적 0.5 내지 0.6ml/g, pH 10~11, 페놀 흡착력 18 내지 23ml/g, M·B탈색력 150 내지 200ml/g인 것이 사용될 수 있다.
상기 일라이트 분말은 일라이트(illite)를 분쇄하여 분말화함으로써 제조될 수 있는데, 상기 일라이트(illite)는 대표적인 천연 점토 광물질로써 다공성 운모 미네랄로 정의되며 얇은 판상(sheel)의 구조로 요곡성과 탄성을 가지고 있어 탄성과 흡착성이 다른 광물보다 뛰어난 특성을 가지고 있다.
상기 일라이트(illite) 광물의 주 성분은 모공속의 노폐물 및 과일 피지를 제거하는 산화규소(SiO2) 57.5%, 혈액순환을 촉진 작용을 하는 산화알루미늄(Al2O3) 23.3%, 콜라겐 결합작용을 하는 산화철(Fe2O3) 6.76%, 해독작용, 스트레스 억제 및해소 작용을 하는 산화칼슘(C2O) 0.1%, 삼투압 조절 및 수분 조절 기능을 제공하는 산화나트륨(Na2O) 1.21%, 산화마그네슘(MgO) 0.38%, 산화칼륨(K2O) 6.43%, 이산화티타늄(TiO2), MnO, Li, Cr, Zn, Sr 등 4.32%가 포함되어 있다.
또한, 상기 일라이트의 주요 기능으로는 물속의 부유물질을 흡착하고, 음이온을 띠기 때문에 양이온의 부유 미립자와 전기적인 중화로 응집 침전을 유발하여, 물의 정화기능, 특정 방사성물질에 대한 흡착/분해 능력이 뛰어나고, 물/토양/대기 중에서 각종 중금속 및 유독가스를 흡착 탈취 분해하고, 세포를 활성화시키고, 면역을 증강시키며, 수중에서 다량의 용존산소를 발산하며, 물 분자를 활성화하고, 일라이트 자체에서 음이온을 다량 발생하고, 40℃에서 93%의 원적외선을 방사하고, 바이러스/박테리아/곰팡이 등의 정균 작용, 피부에 묻어있는 각종 중금속/유기물질/독성물질 등을 흡착 분해하고, 탄성이 좋고 덩어리지지 않으므로 부착성이 뛰어난 것으로 알려져 있다.
상기 황토는 입자들 사이의 공간으로 불순물, 오염물질을 흡착 분해하며, 산소가 풍부하고, 원적외선을 방출한다. 상기 황토에서 나오는 원적외선은 파장이 8 내지 14㎛이며, 상기 황토의 원적외선은 세포의 분자를 활성화해 신진 대사를 촉진한다.
상기 황토에서는 원적외선을 복사하여 인체에 흡수, 신진대사 및 혈액순환을 활성화시켜 인체의 노화방지, 만성피로 등 각종 성인병을 예방할 수 있다. 상기 황토에서 원적외선을 방사 받게 되면 세균이 그 열작용으로 인하여 약화되며, 세포 조직의 생성 촉진 등을 도와줄 수 있다.
이어서, 상기 탄화된 혼합물을 세척액으로 세척한 후 가열 및 냉각하여 흡착제를 제조할 수 있다.
상기 탄화된 혼합물을 세척액으로 세척한 후 가열 및 냉각함으로써, 상기 탄화된 혼합물에 잔류하는 분진이나 미립자, 탄화수소, 유기 휘발성 성분 등을 더욱 제거하여 흡착 효과를 더욱 증진시킬 수 있는데, 예를 들어, 상기 흡착제는 상기 탄화된 혼합물을 세척액으로 세척한 후 1100 내지 1300℃ 온도에서 1 내지 3시간 동안 가열하고, 이후 30 내지 50℃ 온도에서 냉각함으로써 제조될 수 있다.
또한, 상기 세척액은 에탄올, 구연산, 차아염소산(HOCl) 및 정제수로 이루어질 수 있는데, 구체적으로, 상기 세척액은 에탄올 100 내지 150 중량부, 구연산 30 내지 70 중량부, 차아염소산(HOCl) 10 내지 20 중량부 및 정제수 300 내지 500 중량부의 중량 비율로 혼합되어 이루어질 수 있다.
상기 에탄올은 무색의 가연성 화합물로 알코올의 한 종류이며, 술의 주성분이다. 화학식은 C2H6O이고, 물 또는 에테르와 섞일 수 있으며, 태울 경우 투명하고 옅은 푸른색을 띤 화염을 발생시키며, 물과 이산화 탄소가 만들어진다. 증기는 폭발성이며, 이를 이용하여 일부 내연기관에서 연료로 사용되기도 한다. 에탄올은 알코올성 음료 산업의 기반이며, 공업적으로 여러 공정에 개입되며, 용매, 소독제, 연료 등으로 많이 사용된다. 상기 에탄올은 탈취 효과의 속효성과 무기, 유기 물질 등에 대한 탈취력, 살균력, 소취력 및 항균력이 우수하고, 오염 및 잔류감을 최소화할 수 있다.
상기 구연산은 레몬이나 귤 등 신맛이 있는 과일 중에 존재하고 있는 염기성의 산으로 무색무취의 결정체이다. 시중에 유통되는 구연산의 대부분은 미생물 발효에 의해 생산되며, 청량음료, 의약품 및 산업용 재료로 많이 사용되는데, 상기 구연산은 세정제 조성물의 안정성에 기여하고 항산화 작용을 높이는 효과가 있다.
상기 차아염소산(HOCl)은 박테리아, 곰팡이 및 효모바이러스 등 모든 미생물에 대하여 초단위의 순간적인 살균효과를 가지며 세균 또는 유기물과 접촉하면 살균 후 바로 물로 환원되어 잔류하지 않아 환경부하가 없고 인체에 무해하다는 특징을 갖고 한국 식품의약품안전청, 미국 식품의약국, 일본 후생노동성 등 세계의 각 기구에서 안정성을 인정하고 안전한 살균제로 인가하였으며 동물시험, 자극 테스트 등 유해성이 검출되지 않았다.
또한, 상기 차아염소산(HClO)은 차아염소산나트륨(NaOCl)에 비해서 약 70배의 살균력을 가지고 있으며, 염소계 살균제의 특징인 Tri-halo-methane(THM)을 생성하지 않기 때문에 안전하게 사용이 가능하고 한국 식품의약품안전처에서 식품용 살균제로 선정한 살균제로서 식품 산업과 농업, 의료기기 등 여러 분야에 걸쳐 사용될 수 있다.
상기 살충성 물질은 코팅조성물에 균일하게 혼합되고, 원예용 친환경 포트(10)에 살충 및 살균 효과를 부여함으로써 좀벌레나 진드기, 곤충 등이 번식하거나 원예용 친환경 포트(10)로 모이는 것을 방지할 수 있는데, 예를 들어, 상기 살충성 물질로는 오리사스트로빈(Orysastrobin), 티아메톡삼(Thiamethoxam), 클로티아니딘(Clothianidin), 카보설판(Carbosulfan), 티아디닐(Tiadinil), 프로베나졸(Probenazole) 및 벤퓨라카브(Benfuracarb)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 물질이 사용될 수 있다.
구체적으로, 상기 살충성 물질은 오리사스트로빈(Orysastrobin) 40 중량% 및 티아메톡삼(Thiamethoxam) 60 중량%의 중량 비율로 혼합되어 사용될 수 있다.
상기 소태나무 추출액은 소태나무로부터 추출되어 제조될 수 있는데, 상기 소태나무 추출액은 오염 물질, 진드기류, 해충 등에 대한 살충, 항균, 항충 효과가 있다.
즉, 상기 소태나무(picrasma quassioides)는 매우 쓴맛인 콰신(quassin)을 함유하고 있으며 나무껍질에 황색의 피복이 있고 높이는 약 20m 정도까지 자란다. 잎은 우상복엽으로 작은 잎은 광난형이고 밑은 둥글고 끝은 날카롭다. 꽃은 황록색의 자웅 이주로 5~6월경에 취산화서 형태로 액출하고 열매는 핵과로서 타원상 구형이고 9월경에 적색으로 익는다. 잎, 나무껍질, 줄기, 뿌리 등 각 부분을 약재로 사용하는데, 청열조습, 건위, 살충, 해독의 효능이 있어 소화불량, 세균성하리, 위장염, 담도감염, 편도선염에 효과가 있으며, 민간에서 건위제, 소화불량, 위염 및 식욕부진 등 주로 위장을 다스리는 약으로 이용되어 왔다.
상기 인산칼륨(K3PO4)은 인산과 칼륨의 염을 총칭하는 단어이며 수산화칼륨 수용액을 반응시켜 얻은 인산염이고 칼륨비료의 원료로 사용된다. 상기 인산칼륨(K3PO4)은 식물의 광합성 및 아미노산으로부터의 단백질 합성 등을 촉진하여, 식물 생육을 촉진한다.
상기 마그네사이트는 탄산염광물에 속하는 방해석군의 일종으로, 마그네슘의 주원료인 탄산마그네슘 광물(MgCO3)이다. 상기 마그네사이트는 마그네슘이 풍부한 암석의 변질산물로 형성되거나 마그네슘을 함유하는 용액과 방해석 사이의 반응에 의해 형성되는데, 상기 마그네사이트는 내화물질, 촉매, 합성 고무 제조의 충전제 및 마그네슘 화학약품과 비료의 원료로 사용된다.
상기 인광석(Rock phosphate)은 인산칼슘을 다량으로 함유하는 광석으로서 대표적인 물질로 인회석, 인회토, 구아노(guano) 등이 있으며 인산비료의 주원료가 된다. 상기 인광석은 인산과 질소(N), 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO)이 주성분으로 구성된 천연화합물이 2% 구연산(citric acid)에 용해되는 원리를 이용하여 비료 조성에 사용된다.
상기 인광석 내에 함유된 인산은 구연산(citric acid)에 용해되어, 유리 인산으로 변환되는 성질을 가지는데, 상기 구연산은 검은곰팡이(Aspergillus niger)에 의해 생성되어 인산의 분해에 이용된다. 인광석의 구성 성분 중에 칼슘과 인이 주요 구성 물질인데, 칼슘과 인의 비율에 따라 인광석으로부터 조성된 인산비료의 수용성, 구용성 및 불용성 여부가 결정된다. 결과적으로 인의 함량은 칼슘에 비해 적을수록 구용성이 강해 비료의 지속성이 증가되며 인산의 식물체 내 흡수율이 높아져 비료의 가치가 증대된다.
상기 UV 안정제는 햇빛속에 있는 자외선의 침투를 차단함으로써 원예용 친환경 포트(10)가 자외선의 화학작용 및 표백작용 등에 의해 산화되는 것을 일정기간 지연시켜 제품의 기능과 수명을 연장해주는 역할을 한다.
예를 들어, 상기 UV 안정제는 벤조트리아졸계 및 힌더드 아민계 광안정제(Hindered Amine Light Stabilizer, HALS) 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 특히, 상기 HALS는 라디칼을 잡는 radical scavenger의 대표 물질이며, 주로 광택 손실, 황변 방지에 효과가 있다.
상기 UV 안정제로는 시바(ciba)사의 Tinuvin 234, Tinuvin 360와 같은 벤조트리아졸(benzotriazole)계 UV 안정제를 예로 들 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 원예용 친환경 포트에 대한 실시예를 들어 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.
< 실시예 >
용기 형상으로 구성되어 작물이 생육할 수 있는 공간을 제공하는 포트층, 및 상기 포트층 표면에 형성된 코팅층으로 이루어진 원예용 포트를 제조하였다.
이때, 상기 포트층은 재생종이 10 중량부, 톱밥발효물 8 중량부, 석고 12 중량부, 플라이애쉬 2 중량부, 패각분말 5 중량부, 커피박 성형체 4 중량부, 황토 20 중량부 및 정제수 50 중량부의 중량 비율로 혼합하여 혼합물을 제조하였고, 상기 혼합물을 통상의 포트 형상으로 성형한 후 150℃ 온도에서 3시간 동안 가열 건조하고, 이후 30℃ 온도에서 냉각함으로써 제조한 포트층을 사용하였다.
또한, 상기 코팅층은 코팅조성물을 상기 포트층 표면에 도포한 후 건조함으로써 제조하였는데, 상기 코팅조성물은 PLA(Polylactic Acid) 수지 70 중량부, 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트 수지(Polybutylene Adipate Terephthalate; PBAT) 100 중량부, 흡착제 8 중량부, 살충성 물질 3 중량부, 소태나무 추출액 5 중량부, 인산칼륨(K3PO4) 3 중량부, 마그네사이트 3 중량부, 인광석(Rock phosphate) 3 중량부 및 UV 안정제 6 중량부의 중량 비율로 이루어진 것을 사용하였다.
< 비교예 >
폴리에스테르 용기로 제조된 포트를 준비하였고, 이를 비교예에 따른 원예용 포트로 사용하였다.
1. 생육 시험
실시예 및 비교예에 따라 제조된 원예용 포트에서 재배되는 작물에 대한 생육효과를 살펴보기 위해 재배실험을 하였다. 잔디 종자를 발아시킨 후, 실험실 조건에서 생육시켜 건중량, 엽록소함량, 식물체의 크기 및 밀도가 실시예 및 비교예에 따라 제조된 원예용 포트에에 따라 대조구와 처리구간에 어떠한 생육변화를 가져오는지를 조사하였다.
이때, 상기 생육 시험에 사용된 원예용 포트로는 실시예와 비교예의 포트 용량이 동일한, 직경 10cm, 체적 350cm3의 원예용 포트를 사용하였다.
1. 실험방법
(1) 실험조건
① 온도 : 26 ± 2℃(주간)
② 습도 : 60 ± 5%
③ 광주기 : 13 시간
④ 수분 및 퇴비 공급
- 수분공급 : 5일 간격으로 각 pot 당 100㎖씩 공급
- 퇴비: 각 pot 당 100g 씩 사용
⑤ 종자발아 : 잔디종자를 15g씩 각각 채취하여 포트(pot)에 탈지면을 깔고 발아시킴.
(2) 건중량 조사
발아 후 15일부터 5일 간격으로 무작위 표본추출법(random sampling method)을 이용하여 5개체군씩 표본 추출하였다. 추출한 표본은 각 처리구별로 분리 포장한 후 70℃의 항온 건조기에서 8일 동안 건조시킨 후 Micro analytical balance (Sartorius 2006MP6, Germany)를 사용하여 건중량을 0.1mg 단위로 측정하였다.
(3) 엽록소 함량 조사
Arnon(1949)의 방법에 준하여 식물체에 포함된 총 엽록소 함량을 구하였다.
① 발아 후 15일부터 5일 간격으로 무작위 표본추출법(random sampling method)를 이용하여 표본을 추출하였으며, 각 표본에서 엽록소 추출에 필요한 묘조(shoot)를 채취하여 생중량을 측정하였다.
② 80% 아세톤 용액과 혼합하여 막자사발에서 분쇄한 후 10㎖ volumetric flask에 옮겨 80% 아세톤으로 표선을 맞추었다.
③ 위의 용액을 냉암소에서 2시간 이상 방치한 후 상층액의 흡광도 (absorbance: A)를 645, 663 및 710nm에서 각각 측정하였다.
(4) 식물체 지상부의 높이(height) 조사
퇴비 시비 후 30일 째에 각 품종의 추출된 표본에서 가장 큰 표본 10개체의 지상부 높이를 버어니어 캘리버스(VERNIER CALIPER)를 이용하여 0.01cm 단위로 측정하였다.
(5) 밀도(density: D) 조사
30cm × 30cm의 면적에서 층 개체수를 세어 단위 면적(cm2)당 개체수를 환산하였다.
2. 실험 결과
(1) 건중량 조사
실시예에 따라 제조된 원예용 포트에서 재배된 잔디의 건중량이, 비교예에 따라 제조된 원예용 포트에서 재배된 잔디의 건중량보다 높게 나타났다.
상기 실시예에 따라 제조된 원예용 포트는 필수 영양소 부족 현상을 보안시키고 작물의 성장을 촉진시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.
(2) 엽록소 함량 조사
상기 실시예에 따라 제조된 원예용 포트에서 재배된 잔디에서 엽록소 함량이 증가된 것을 확인할 수 있었다.
(3) 식물체 지상부의 높이 조사
실시예와 비교예에 따라 제조된 원예용 포트에서 재배된 잔디의 30일째 지상부 높이(cm)를 비교한 결과를 하기의 [표 1]에 나타내었다.
| 구분 | 비교예 | 실시예 |
| 잔디 | 4.13 ± 0.54 | 9.87 ± 0.83 |
상기 [표 1]을 참조하면, 실시예에 따라 제조된 원예용 포트에서 재배된 잔디의 생장 효과가 현저하게 우수한 것을 확인할 수 있었다.
(4) 밀도 조사
실시예와 비교예에 따라 제조된 원예용 포트에서 재배된 잔디의 30일째 단위면적당 개체수와 상대밀도를 하기의 [표 2]에 나타내었다.
| 구분 | 비교예 | 실시예 | 상대밀도(%) |
| 잔디 | 10.45 | 19.57 | 187.27 |
상기 [표 2]를 참조하면, 실시예에 따라 제조된 원예용 포트에서 재배된 잔디가, 비교예에 따라 제조된 원예용 포트에서 재배된 잔디에 비해 높은 밀도를 나타내고 있음을 확인할 수 있었다.
이는 실시예에 따라 제조된 원예용 포트에서 재배되는 경우 높은 밀도 내에서의 성장이 가능함을 확인할 수 있었다.
2. 진드기 기피성 시험
실시예에 따라 제조된 원예용 포트와, 비교예에 따라 제조된 원예용 포트의 진드기 기피성 시험을 수행하였는데, 상기 진드기 기피성 시험은 시험관법(단위 : 진드기수/g)을 이용하였으며, 그 결과를 하기의 [표 3]에 나타내었다.
| 구분 |
초기 진드기수 | 진드기 생존수 | 기피율(%) | |||
| D.farinae | D.pteronyssinus | D.farinae | D.pteronyssinus | D.farinae | D.pteronyssinus | |
| 비교예 | 4.1 ×104 | 4.4 ×104 | 6.8 ×105 | 6.7 ×105 | - | - |
| 실시예 | 4.1 ×104 | 4.4 ×104 | 0 | 0 | 99.9 | 99.9 |
상기 [표 3]을 참조하면, 실시예에 따라 제조된 원예용 포트는 사용공시충 큰다리 먼지 진드기(D.farinae) 및 세로무늬 먼지 진드기 (D.pteronyssinus)에 대해 시험관법에서 모두 99.9%의 기피율을 나타내어 진드기 억제에도 효과가 있음을 알 수 있다.
3. 살충 시험
복숭아순나방의 알이 놓인 비닐 시트편을, 1㎝ 두께로 둥글게 절단한 실크 메이트 상에 접종하였는데, 복숭아순나방의 알이 실크 메이트에 접하지 않는 방향에서 얹어 실크 메이트에 알을 접종하였다. 상기 알이 접종된 실크 메이트를, 실시예와 비교예에 따라 제조된 원예용 포트 각각에 1개씩 넣어 밀봉하였고, 상기 실시예와 비교예에 따라 제조된 원예용 포트를 샬렛에 넣었다
그리고 상기 샬렛을, 1일에 15시간 동안 조명이 점등되도록 설정된 25℃의 항온실에 넣었다. 알 접종으로부터 12일 경과 후, 샬렛을 꺼내어 생존 유충수를 세었다.
방제율은 하기의 식으로 산출하였고, 그 결과를 하기의 [표 4]에 나타내었다.
방제율(%) = 100 × (1 - 처리구 생존율/무처리구 생존율)
| 구분 | 공시 알수 | 생존 유충수 | 생존충률(%) | 방제율(%) | 포트 상태 |
| 실시예 | 10 | 1 | 10 | 88.89 | 양호 |
| 비교예 | 10 | 9 | 90 | - | 양호 |
상기 [표 4]를 참조하면, 실시예에 따라 제조된 원예용 포트는 살충성 물질이 포함되어 살충성이 우수하여 곤충이나 해충이 모이거나 번식하는 것을 방지할 수 있음을 확인할 수 있었다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 일 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10; 원예용 친환경 포트
100; 포트층
200; 코팅층
100; 포트층
200; 코팅층
Claims (4)
- 용기 형상으로 구성되어 작물이 생육할 수 있는 공간을 제공하는 포트층, 및 상기 포트층 표면에 형성된 코팅층을 포함하고,
상기 포트층은 재생종이, 톱밥발효물, 석고, 플라이애쉬, 패각분말, 커피박 성형체, 황토 및 정제수를 일정한 중량 비율로 혼합하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물을 포트 형상으로 성형함으로써 제조되며,
상기 포트층은 재생종이 8 내지 12 중량부, 톱밥발효물 5 내지 10 중량부, 석고 10 내지 15 중량부, 플라이애쉬 1 내지 3 중량부, 패각분말 3 내지 7 중량부, 커피박 성형체 2 내지 6 중량부, 황토 17 내지 23 중량부 및 정제수 40 내지 60 중량부의 중량 비율로 혼합하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물을 포트 형상으로 성형한 후 140 내지 160℃ 온도에서 1 내지 5시간 동안 가열 건조하고, 이후 20 내지 40℃ 온도에서 냉각함으로써 제조되며,
상기 코팅층은 코팅조성물을 상기 포트층 표면에 도포한 후 건조함으로써 형성되되, 상기 코팅조성물은 PLA(Polylactic Acid) 수지, 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트 수지(Polybutylene Adipate Terephthalate), 흡착제, 살충성 물질, 소태나무 추출액, 인산칼륨(K3PO4), 마그네사이트, 인광석(Rock phosphate) 및 UV 안정제를 포함하는 것을 특징으로 하는 원예용 친환경 포트.
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 코팅조성물은 PLA(Polylactic Acid) 수지 60 내지 80 중량부, 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트 수지(Polybutylene Adipate Terephthalate) 90 내지 110 중량부, 흡착제 5 내지 10 중량부, 살충성 물질 1 내지 5 중량부, 소태나무 추출액 3 내지 7 중량부, 인산칼륨(K3PO4) 1 내지 5 중량부, 마그네사이트 1 내지 5 중량부, 인광석(Rock phosphate) 1 내지 5 중량부 및 UV 안정제 4 내지 8 중량부의 중량 비율로 포함된 것을 특징으로 하는 원예용 친환경 포트.
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