KR100726421B1 - 시설원예재배용 고농도 탄산가스 발생재 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

환기가 전혀 없는 밀폐된 비닐하우스, 온실 등의 시설원예작물 재배에 있어서는 탄산가스가 부족하여 광합성을 제한하게 된다.

이러한 조건에서는 광, 온도, 습도 등의 환경요인이 만족된다 하더라도 탄산가스의 부족으로 인하여 광합성 작용이 제대로 이루어지지 못하게 된다.

따라서 환기가 되지 않는 시설원예재배의 경우에는 외부에서 탄산가스를 보충, 공급해주는 방법으로 광합성을 더욱 왕성하게 하여 재배작물의 생육을 촉진시키고 품질을 향상시킬 수 있다.

일반적으로는 액화탄산가스나 연소식 탄산가스 발생기 등을 이용한 탄산시비가 행해지고 있으나 기구가격, 설치비용, 유해가스 발생 등의 문제점이 있다.

본 발명에서는 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 초고농도 고체분말형 탄산가스 발생제 및 촉진제를 개발하였다.

본 발명에서 얻어진 탄산가스 발생재료는 종래의 방법에 비해 새로운 개념의 탄산가스 발생법이며, 종래의 탄산가스 발생제의 탄산가스 발생량에 비해 40배 이상의 탄산가스를 발생시키는 물질이다.

Description

시설원예재배용 고농도 탄산가스 발생재 및 그 제조방법{High concentration carbon dioxide evolution material for horticulture and Manufacturing method thereof}

탄산가스는 광합성에 필수적인 요소로 식물이 햇빛 에너지를 뿌리로부터 흡수한 물에다 탄산가스를 흡수하여 이를 탄수화물로 변화시키는 중간 매체로 볼 수 있다.

따라서 식물이 필요로 하는 무기염류와 같이 탄산가스도 필수 영양이므로 특히 밀폐된 비닐하우스, 온실 등의 시설원예재배에는 탄산가스 시비는 필수적이다.

노지에서의 원예작물 재배시에는 탄산가스의 관리가 어렵지만 시설재배는 탄산가스 농도가 생육의 제한요인이 되기 때문에 액화탄산가스, 연소식 탄산가스 발생기 등을 이용한 탄산가스 시비가 보편화 되어 있다.

일반적으로 탄산가스를 사용하면 생육이 촉진되고 재배기간의 단축, 조기수확 및 색상과 당도가 향상된다.

대기 중에는 약 300ppm 정도의 탄산가스가 존재하고 있으나 충분한 광합성을 하기에는 부족하며 밀폐된 시설 내에는 낮 동안 탄산가스의 농도가 저하되어 정상적인 탄소동화작용이 어려워진다.

따라서 적정농도의 탄산가스를 공급해주므로서 광합성 효율을 증대시켜 식물의 개 화 및 생장을 촉진하고 품질 및 수량의 증대효과를 가져온다.

시설원예작물 재배시의 탄산가스 공급기술로서 다음과 같은 몇 가지 기술이 제시되고 있다.

그 한 가지 방법은 프로판, 경유 등을 연소시켜 탄산가스를 공급하는 연소식 탄산가스 발생법이 있으나 이 방법에서는 일산화탄소, 에틸렌, 아황산가스, 질산가스 등 의 유해가스 발생으로 작물이 해를 입을 수 있으며 탄산가스의 농도 제어에 문제점이 있다.

또 다른 방법으로는 액화 탄산가스를 이용하여 시설 내로 탄산가스를 공급하는 방법이 있다.

액화 탄산가스의 경우에는 20∼30㎏의 가스통을 시설 밖의 그늘진 곳에 설치하고 배관하여 시설 내부로 공급하므로 설치비용 및 유지관리에 문제점이 있다.

이러한 문제점을 보완하기 위하여 최근에 개발된 또 하나의 방법으로 고체분말형 탄산가스 발생방법이 있다.

연소식 탄산가스 발생법과 액체 탄산가스 발생법은 유해가스 발생, 고가의 설치비용 등에 많은 문제점을 가지고 있으나 고체분말형 탄산가스 발생제를 사용할 경우에는 이를 적당한 용기에 담아 놓기만 하면 되므로 다른 특별한 설비나 장치가 필요 없고 일정한 기간이 지난 후에는 발생제만 보충하면 되므로 사용이 매우 편리하여 종래의 방법에 비하면 새로운 개념의 탄산가스 공급방법이라 할 수 있다.

그러나, 현재까지 알려진 고체분말형 탄산가스 발생제의 탄산가스 발생량은 극히 미미하기 때문에 실제 시설원예작물 재배에서는 효과가 거의 없어 사용되지 않고 있는 실정이다.

밀폐된 공간에서 식물의 원활한 생장을 위해서는 탄산가스의 공급이 필수적이지만

앞에서 열거한 현재까지의 방법 들은 농도제어, 설치비 부담, 사용의 용이성 등의 측면에서 많은 문제점이 있다.

고체분말형 탄산가스 발생제의 경우에는 설치가 간편하며 비용면에서도 유리한 점이 많으므로 종래의 방법에 비해 한 단계 높은 탄산가스 발생법이라 할 수 있다.

그러나, 현재 시설재배에 사용되고 있는 고체분말형 탄산가스 발생제의 탄산가스 방출농도는 극히 낮기 때문에 근본적인 해결방안에는 이르지 못하였다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 종래의 탄산가스 발생제에 비해 40배 이상의 탄산가스 발생량을 나타내는 초고농도 탄산가스 발생재료의 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 시설원예작물재배용 고농도 탄산가스 발생재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 고농도 탄산가스 발생재는 고체형 탄산가스 발생원료, 고체형 촉진제 및 지지제로 구성되어 있으며, 발생원료와 촉진제를 혼합함으로써 고농도의 탄산가스가 지속적으로 발생하도록 구성되어 있다.

고체형 탄산가스 발생원료로는 촉매의 첨가 또는 가열에 의해서 탄산가스를 방출할 수 있는 무기염인 탄산암모늄((NH₄)₂CO₃·H₂O), 탄산수소암모늄(Na₄HCO₃), 탄산망간 (MnCO₃), 탄산바륨(BaCO₃), 탄산나트륨(Na₂CO₃), 탄산스트론튬(SrCO₃) 중 한가지 또는 두가지 이상의 혼합물로 구성되어 있다.

이들은 상온에서는 탄산가스를 거의 방출하지 않으나 촉매 또는 가열에 의해 쉽게 탄산가스를 방출할 수 있는 물질이다.

또한 이들 탄산무기염을 사용한 경우에는 탄산수소나트륨(NaHCO₃), 탄산칼슘(CaCO₃)

을 사용한 경우에 비해 월등한 탄산가스 방출량이 나타난다.

고체형 탄산가스 발생 촉진제로는 유기방향족 화합물인 비스페놀 A(bisphenol A), 프탈산(phthalic acid), 테레프탈산(Terephthalic acid) 중 한 가지 또는 두 가지 이상의 혼합물로 구성되어 있다.

상기 발생제와 촉진제를 담지시켜 주는 지지제로서는 표면개질 실리카로 구성되어 있다. 표면개질 실리카는 다공성 실리카와 3 - 아미노프로필트리에틸실란(3 - aminopropyltriethylsilane)을 반응시켜 얻었다.

이때 사용되는 다공성 실리카는 25Å의 세공경과 700㎡/g의 표면적을 가지는 것을 사용하였으며 이 범위를 벗어 나는 다공성 실리카를 사용하였을 경우에는 탄산가스 발생량이 현저하게 저하되었다.

구체적으로는 상기에서 언급한 물성의 다공성 실리카 3중량부를, 10중량부의 3 - 아미노프로필트리에틸실란(3 - aminopropyltriethylsilane)과 100중량부의 벤젠(benzene)용액이 혼합된 용액에 첨가하여 30분간 상온에서 교반한 후 여과하여 건조시키면 표면개질 실리카가 얻어진다.

표면개질 실리카에 살리실알데히드(salicylaldehyde)를 적하하면 표면개질 실리카 의 표면이 노란색으로 발색하여 실리카에 아미노(amino)기가 도입되었다는 것을 쉽게 확인 할 수 있다.

상기 세 가지 요소 즉 발생제, 촉진제, 지지제를 아래와 같은 비율로 혼합하면 필요로 하는 농도의 탄산가스를 지속적으로 방출할 수 있게 된다.

〔혼합비율〕 탄산가스 발생제 : 70 ∼ 75중량부

촉진제 : 10 ∼ 15중량부

지지제 : 10 ∼ 20중량부

상기의 혼합물 중 탄산가스 발생원료와 지지제를 미리 교반.혼합한 후 촉진제를 첨가함으로써 고농도 탄산가스 발생재를 얻을 수 있다.

〔실시 예1〕

탄산가스 발생원료(탄산수소암모늄) 70 중량부(70g), 지지제(표면개질 실리카) 10 중량부(10g)를 교반하여 섞은 후 촉진제(비스페놀 A) 20 중량부(20g)를 첨가한 후 밀폐된 용기에 넣어 20℃에서 탄산가스 발생량을 측정한다.

〔실시 예2〕

탄산가스 발생원료를 탄산나트륨을 사용한 것을 제외하고는 (실시 예1)과 동일한 공정 및 조건을 사용하였다.

〔실시 예3〕

촉진제를 프탈산을 사용한 것을 제외하고는 (실시 예1)과 동일한 공정 및 조건을 사용하였다.

〔실시 예4〕

탄산가스 발생원료를 탄산망간/탄산나트륨( 1 : 1 )을 사용한 것을 제외하고는 (실시 예1)과 동일한 공정 및 조건을 사용하였다.

〔비교 예1〕

시판품 A제품 100g을 사용한 것을 제외하고는 (실시 예1)과 동일한 온도 및 조건을 사용하였다. 여기서 시판품 A제품은 탄산수소나트륨 65 중량부, 습윤제 5 중량부, 용매 10 중량부로 구성되어 있다.

〔비교 예2〕

시판품 B제품 100g을 사용한 것을 제외하고는 (실시 예1)과 동일한 온도 및 조건을 사용하였다. 여기서 시판품 B제품은 탄산칼슘 60 중량부, 용매 10 중량부, 색소 5 중량부로 구성되어 있다.

탄산가스 발생량의 비교 평가는 다음의 〈표1〉과 같다.

〈표1〉 탄산가스 발생량의 비교 ( 온도: 20℃ )

구 분	실시 예1	실시 예2	실시 예3	실시 예4	비교 예1	비교 예2
발생량(ppm)	4,200	4,000	4,500	4,300	80	100

또한 이들의 농도는 40일간 지속된다.

상기 기술한바의 구성요소를 갖는 본 발명의 고농도 탄산가스 발생재료는 시설원예작물재배용 탄산가스 공급재이며, 종래의 탄산가스 공급방법에 비해 시설비가 필요치 않고, 매일 규칙적으로 시설 내부에 탄산가스를 공급해야하는 부담을 일소할 수 있으며, 탄산가스 이외의 작물의 생장에 피해를 주는 유해가스가 발생되지 않는 특성을 가진다.

또한, 일정량을 일정용기에 배합하여 담아두면 고농도의 탄산가스가 40일 동안 일정한 농도로 발생할 수 있게 합성 제조할 수 있다.

Claims (11)

1. 삭제
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6. 삭제
7. 삭제
8. 탄산암모늄, 탄산수소암모늄, 탄산망간, 탄산바륨, 탄산나트륨, 탄산스트론튬, 탄산칼륨 중 한 가지 또는 두 가지 이상의 혼합물로 구성된 탄산가스 발생원료 70∼75 중량부와, 비스페놀 A, 프탈산, 테레프탈산 중 한 가지 또는 두 가지 이상의 혼합물로 구성된 촉진제 10∼15 중량부와, 표면개질 실리카로 된 지지제 10∼20 중량부로 이루어진 것에 특징이 있는, 시설원예재배용 고농도 탄산가스 발생재.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 표면개질 실리카는 다공성 실리카와 3 - 아미노프로필트리에틸실란(3 - aminopropyltriethylsilane)을 반응시켜 얻는것에 특징이 있는, 시설원예재배용 고농도 탄산가스 발생재.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 다공성 실리카는 25Å의 세공경과 700㎡/g의 표면적을 가지는 것을 특징으로 하는, 시설원예재배용 고농도 탄산가스 발생재.
11. 탄산암모늄, 탄산수소암모늄, 탄산망간, 탄산바륨, 탄산나트륨, 탄산스트론튬, 탄산칼륨 중 한 가지 또는 두 가지 이상의 혼합물로 구성된 탄산가스 발생원료 70∼75 중량부와, 다공성 실리카와 3 - 아미노프로필트리에틸실란(3 - aminopropyltriethylsilane)을 반응시켜 얻은 표면개질 실리카로 구성된 지지제 10 ∼20 중량부를 교반하여 혼합한 후 여기에 비스페놀 A, 프탈산, 테레프탈산 중 한 가지 또는 두 가지 이상의 혼합물로 구성된 촉진제 10∼15 중량부를 첨가하는것에 특징이 있는, 시설원예재배용 고농도 탄산가스 발생재의 제조방법.