KR101226815B1

KR101226815B1 - 토양 안정화 담체

Info

Publication number: KR101226815B1
Application number: KR1020117014437A
Authority: KR
Inventors: 데니스 크라이시아크. 미첼; 다니엘 파울 마디간
Original assignee: 엔캡, 엘엘씨
Priority date: 2002-10-15
Filing date: 2003-10-15
Publication date: 2013-01-25
Anticipated expiration: 2023-10-15
Also published as: AU2003301437B2; KR20110091552A; KR20050070058A; BR0315366A; WO2004035633A3; US20040069031A1; CA2502002A1; WO2004035633A9; MXPA05003992A; EP1572834A4; JP2006502734A; JP2012052129A; CN1726270A; CN1726270B; AU2003301437A1; BR0315366B1; CA2502002C; US7503143B2; WO2004035633A2; EP1572834A2

Abstract

본 발명은 토양 안정화제를 토양에 적용시키는 방법으로서, 상기 토양 안정화제가 고형 담체와 혼합되고/거나, 그에 함침되고/거나, 그에 적용되는 방법에 관한 것이다.

Description

토양 안정화 담체{SOIL STABILIZER CARRIER}

본 발명은 토양 안정화제, 예컨대, 폴리아크릴아미드를 토양에 적용시키는 방법에 관한 것인데, 상기 토양 안정화제는 고형 담체와 혼합되고/거나, 그에 합침되고/거나, 그에 가해진다.

수용성 폴리아크릴아미드(PAM)는 다양한 농업용의 토양 개량제로서 제안되어 왔다. 폴리아크릴아미드(PAM)로 일반적으로 기재되는 수용성 폴리머는 배수, 침식 및 토양 피각화를 최소화하고, 토양의 구조를 안정화시키며, 토양내에서 양분과 미생물을 결합시킴을 포함하는 다양하게 유리한 토양 개량 성질을 지니는 듯하다.

1980년대 후반 이후로, 토양의 물리적인 개량을 위해서 수용성 폴리머를 사용하는 것에 대한 관심이 재고되고 있다. PAM은 1940년대 이래로 토양 구조 개량에 사용되고 있으며, 1950년대 이래로는 농업에 사용되고 있지만, 사용된 PAM의 종류 및 이의 적용 방법은 상이하다. 초기에 PAM의 분자량은 오늘날의 PAM 보다 저분자량이다. 이들은 높은 비율로 토양에 적용되었고, 경운에 의해서 토양에 혼입되었다.

토양 개량제로서의 음이온성 PAM에 대한 현재의 관심에 추가로, 이들은 그 밖의 용도로 광범위하게 사용되고 있다. PAM은 선광 및 선탄, 석유 생산, 제지, 수처리, 식품 가공, 및 그밖의 다양한 용도로 사용되고 있다.

폴리아크릴아미드는 아크릴아미드 단량체로부터 제조된 합성의 수용성 폴리머이다. 이는 물중의 토양 입자와 결합하고 고랑(furrow)에 물을 보유시켜, 입자의 크기를 증가시켜서 물이 필드 밖으로 입자들을 세척해버리는 것을 어렵게 한다.

폴리아크릴아미드는 토양으로부터 빠져나가서 연못, 호수, 시내(stream), 강, 및/또는 지하수로 흘러들어가기 전에 양분 및 불결한 미생물과 결합하는 화합물이다. PAM은 양분, 예컨대, 비료중의 질소 및 인이 관개 유출수중으로 농장으로부터 빠져나가는 것을 막는데 도움을 주는 것으로 밝혀졌다. 유사하게, PAM은 소, 돼지, 또는 물고기중에 있는 질환 유발 미생물과 유사한 질환 유발 미생물이 농장 구내 또는 가축 사육장의 범위를 넘어서 유출되는 것을 막는데 도움을 준다.

PAM의 3 가지의 가장 일반적인 형태는 건조 과립, 고형 블록(입방체) 및 에멀션화된 액체이다. 선택된 PAM의 적용 방법은 선택된 PAM의 형태에 좌우된다.

건조 과립형 PAM을 용수에 사용하는 것은 예상되는 계량 시스템의 이용을 필요로 하며, PAM이 용수 고랑에 도달하기 전에 우수하게 혼합되어야 하고 완전히 용해되어야 한다. PAM의 건조 과립은 고랑에 도달하기 전에 용수로에 직접적으로 용해시키거나, "패치 방법(patch method)"이라 공지된 방법을 이용함으로써 고랑에 직접 적용시킬 수 있다. 패치 방법은 물이 처음으로 닺는 고랑의 지점에 PAM을 놓고; 고랑의 약 3 내지 5 피트 거리의 아래에 이를 가하여 PAM이 고랑에 묻혀버리거나 고랑 아래로 세척되어 효과가 없거나 거의 없게 되는 위험을 감소시킴을 포함한다. 패치 방법은 고랑의 상부에서 일종의 겔-슬랩(gel-slab)을 형성시켜서, 물이 PAM을 서서히 용해시키고 PAM을 고랑 하부로 운반한다.

PAM을 용수로에서 액체에 적절하게 용해시키기 위해서, 적절한 진탕이 이루어져야 한다. 물에 아주 신속하게 용해되는 설탕 또는 소금과는 달리, 과립 PAM은 이것이 용해되도록 완전히 진탕되어야 한다. 진탕되지 않으면, PAM 구체가 형성되고, 그 후에, 구체는 고랑 침식에는 거의 영향이 없으면서 고랑 아래로 떠 내려갈 수 있다. 적용된 PAM이 완전히 용해되게 하는 방법은 수로가 적하 구조를 지녀서 이것이 고랑에 닿기 전에 물에 난류를 일으켜야 한다. 목적하는 용해를 달성하기 위해서 또 다른 팁(tip)이 관개 용수가 수로에 닿는 지점에 가깝게 적용되어야 한다. 콘크리트 수로에서는, 틴(tins) 또는 보드가 충분한 난류를 제공할 것이다. 흙 수로(earthen ditch)에서는, 낙하 댐(drop dam)이 잘 작용한다.

토양에 PAM을 적용시키는 현재 이용중인 적용방법은 많은 공지된 문제가 있다. 건조 포뮬레이션(formulation)은 다루기가 쉽지만, 이의 수분 친화성으로 인해서 건조한 상태를 유지시켜야 한다. 건조 물질은 수 파이프라인에 물질을 적용시키기가 어렵기 때문에 주로 개방형 수로에 적용된다. 최상의 결과를 위해서, 벌크 물질를 분배하는데 사용되는 적용기가 관개 세트의 상류 및 어떠한 물방울 튀김으로부터 떨어져서 위치된다.

수분에 노출되는 경우에, 폴리아크릴아미드 과립은 서로 및 낙하식 튜브에 들러붙어서 출구를 막을 수 있다. 과립 PAM의 유출 속도는 관개 용수의 유속 및 목적하는 농도에 따라서 분당 2 내지 33g의 범위이다. 계량된 PAM의 유출속도에서의 작은 오차는 관개 용수중의 큰 농도 차이를 유발할 것이다. 건조 PAM 적용기는 1 내지 35g/분의 분배 속도; 야외에서의 신속한 셋업을 위한 선조정 또는 용이한 조정; 운반성; 지속된 전력공급을 고려해야 한다.

폐쇄형 파이프 시스템의 경우에, 액체 포뮬레이션이 일반적으로 추천된다. 인젝터 펌프를 사용하면, 액체가 관개 파이프라인에 직접 주입될 수 있다. 파이프라인, 예컨대, 굽은 관에서의 난류는 PAM이 물과 혼합되는 것을 돕는다. 100 피트 이상 긴 파이프라인에서의 자연적인 난류는 혼합에 충분한 듯하다. 액체 물질은 그러나 용기의 외부에서 다루기가 어렵다. 액체 PAM에서 직면하는 어떠한 문제를 해소시키기 위해서는, PAM을 토양과 함께 "세척"하는 것이 일반적인 관행이다. PAM은 토양 입자에 유착되어 물에 의한 세척을 가능하게 한다.

액체 포뮬레이션은 또한 개방형 수로에 사용될 수 있지만; 펌프가 사용되지 않고, 액체가 물에 방울 방울 떨어지면, 액체의 점도가 온도에 따라서 변하여 조정된 전달 속도를 변화시킬 수 있다. 용기를 직접적인 태양광으로부터 피하도록 하면 이러한 문제를 감소시킬 수는 있어도 완전히 제거하지는 못한다.

액체 PAM은 용기로부터 직접 관개 수로에, 또는 직접 고랑내로, 또는 파이프 라인 또는 인젝터 펌프를 통해서 계량될 수 있다. 에멀션화된 PAM(특별한 액체 PAM 용액)은 과립형과 유사하게 관개 수로, 또는 고랑에 패치 방법을 이용함으로써 적용될 수 있다. 에멀션화된 PAM은 과립형에서와 같은 격렬한 혼합을 필요로 하지 않지만, 용해를 위해서 여전히 충분한 혼합을 필요로 한다. 에멀션화된 PAM은 무수 형태보다 용적이 더 크지만, 용해 시간에 있어서 유리하며, 스프링클러 관개 시스템으로 사용되는 유일한 PAM 형태인데, 그 이유는 라인을 막히게 하는 위험을 상당히 감소시키기 때문이다.

PAM의 고형 포뮬레이션은 난류가 발생하는 지역에 넣는다. 물의 작용은 폴리아크릴아미드를 흐르는 물에 서서히 용해시킨다. 물에 가해지는 양을 조절하는 유일한 방법은 고형 PAM을 넣는 곳을 조절하는 것이고, 물에 놓아두는 시간을 조절하는 것이다. 분산 속도를 조정하는 것은 아직 결정되지 않았으며, 그로 인해서 시행착오법이 현재 이용되는 방법이다.

PAM 블록(또는 입방체)는 일반적으로 난류 지점의 수로중에 와이어 바구니에 넣는다. 와이어 바구니는 수로의 가장자리에 고정되어 블록이 수로로 쓸려내려가는 것을 방지해야 한다. 블록은 서서히 용해되어 소량의 PAM을 물에 방출한다. 상기 세 가지 형태중에 PAM 블록은 고랑 관개에서 액체 또는 과립 PAM 만큼 잘 작용하지 못할 수 있다. 그러나, PAM 블록은 정체된 연못을 처리하여 물의 정화를 가속시키고 응집을 촉진시키는데 유용한다. PAM 블록은 또한 조절되지 않은 침식을 유발하는 필드상의 집중된 유출 지역을 처리하는데 사용될 수 있다.

물에 폴리아크릴아미드를 가하는 것은 대부분의 다른 물질을 첨가하는 것과는 많은 차이가 있다. 예를 들어, 한 컵의 염수를 1 갤론의 물에 가하면, 염은 단시간내에 용해될 것이다. 그러나, 폴리아크릴아미드가 물에 첨가되는 경우, 충분한 혼합을 위해서 난류가 요구된다. 충분한 혼합이 없으면, 폴리아크릴아미드는 즉시 용해되지 않으며, PAM 구체가 형성될 것이다. 이어서, 이러한 구체는 필드로 유입되고, 고랑 아래로 떠내려갈 수 있다. 모두가 그런 것은 아니지만, 구체는 인젝터 시스템과 함께 사용되지 않는다. PAM이 센터 피봇(center pivot), 스프링클러 노즐로 적용되는 경우, PAM 용액이 잘 혼합되지 않는다면 막힘이 발생할 수 있다.

적용 방법은 선택된 물질에 좌우된다. 과립형 PAM은 어떠한 형태의 예정된 계량 시스템을 필요로 한다. 고형 블록은 와이어 바구니에 넣어야 하며 수로의 한측에 고정되어 블록이 하류로 쓸려내려가는 것을 방지해야 한다. 액체 PAM은 용기로부터 직접적으로 개방형 수로에 계량되거나 인젝터 펌프를 통해서 파이프라인내로 계량될 수 있다.

액체 또는 건조 PAM을 개방형 수로에 가하는 경우, 배출 지점이 흐르는 물로부터 2 피트 이상 떨어져서 유지된다. 소량의 물방울은 PAM이 출구에서 막히고 흐르지 못하게 할 수 있다. 물중의 난류가 물을 튀긴다면, 적용기를 이동시켜 물이 용기와 접촉되지 못하게 하거나 난류 흐름을 하류로 이동시켜야 한다.

또 다른 문제는 관개에 이용되는 물의 형태이다. 폴리아크릴아미드는 토양 입자에 결합되고 토양 입자를 함께 결합시키기 때문에, 물이 고랑에 유도되지 전에 많은 침전물을 함유하는 물이 침전물 침전을 발생시킬 수 있다. 일반적으로, 이러한 사항은 PAM의 효과에 영향을 주지 못하지만, 심각한 침전물 함유 관개수로 인해서, 침점물이 성장하고 공급 수로에서의 흐름을 제한할 수 있다. 이러한 사항은 또한 지하 수송 라인의 경우에 우려가 된다. 파이프에서의 물의 속도가 축적된 침점물을 운반하기에 불충분하면, 파이프 흐름은 제한될 수 있다. 파이프 흐름 속도가 감소되지만, 파이프는 완전히 막히지 않는데, 그 이유는 침전물이 파이프의 직경을 감소시켜서 물의 속도를 증가시키기 때문이다.

상이한 토성(soil texture) 및 필드 경사는 동일한 양의 PAM이 적용되는 경우에 상이한 결과를 초래할 수 있다. 10ppm 비율로부터 시작해서 필드를 흐르는 유거수의 투명도를 기준으로 농도를 증가시키거나 감소시킬 수 있다.

최대의 효과를 위해서, 적용전에 PAM을 관개수와 완전히 혼합한다. 개방형 수로에서는, 물이 고랑으로 흐르기 전에 물을 하나 이상의 낙하 구조물 또는 어떠한 수로 장애물을 통과하게 하여 난류를 유발시킨다. 흙 수로에서는, 낙하 댐이면 충분하고; 콘크리트 수로에서는, 보드가 사용되어 난류를 발생시킬 수 있다. 일부의 경우에, 물질을 물에 충분히 혼합하기 위해서 낙하를 발생시킨다. 개폐형 파이프에서, 파이프 나선형 작용은 일반적으로 제 2 내지 3 파이프 연결부에서 충분한 혼합을 발생시킬 것이다. 개폐형 파이프내의 압력이 비교적 낮은 경우에, 3 피트 이하의 크라우스 박스(Krause Box)가 사용되어 파이프라인내의 낙하 구조을 형성시킬 수 있다.

어떠한 형태의 PAM이 농부에게 공급되는지에 무관하게(건조 물질, 농축된 물질, 또는 미리 혼합된 원액), PAM을 수원(water source)에 적용시키는 지점에서 격렬하게 혼합(진탕)하는 것이 중요하다. 진탕 요건은 원액의 농도가 증가함에 따라서 증가하고, 건조 PAM을 직접 적용시키는 경우에 최대가 된다. 진탕은 주입 지점 근처에서 스트림 낙하 및 다중 흐름 장애물을 사용함으로써 제공된다. 수로의 격렬한 난류 25 내지 50ft(762.0015 to 1524.003 cm)는 첫 번째 사이펀 튜브 회수 또는 게이트 전에 원액을 혼합한다. 건조 PAM은 충분한 혼합을 위해서 보다 긴 수로 흐름을 필요로 한다. 게이트 파이프를 사용하는 경우, PAM 주입 지점 이후의 첫 번째 게이트 파이프는 하나 또는 두 개의 배플을 지녀서 혼합을 증진시켜야 한다. PAM은 어떠한 종류의 위드 스크린(weed screen) 또는 필터의 상류에 가해지지 않아야 한다. 원료 수용액을 가열하면 PAM의 용해 및 혼합이 상당히 증진된다.

고랑은 필드의 단부에 도달하는 경우에 처리되는 것으로 사료되며, 추가의 폴리머는 일반적으로는 그러한 관개에 요구되지 않는다. 많은 경우에, 작업자는 필드의 단부에 물이 진행할 때까지 PAM을 가하기 보다는 필드 전체의 50%이하로 물이 진행할 때까지 PAM을 가함으로써 보호가 충분하다는 것을 발견하였다. 이점은 필드 상부의 침식 억제, 필드 하부의 침전물 침전의 감소 및 적용 비용의 절감이다.

폴리아크릴아미드는 표면 근처의 토양에 결합하기 때문에, PAM 적용후의 경작 또는 관개는 효과의 손실을 초래한다. PAM은 경작 또는 도랑파기로 토양 표면을 뒤엎은 후에 다시 적용시켜야 한다. 한번 적용된 경우에, PAM은 모든 계절 동안 효과적이지는 않다. 그러나, 처음 적용 후에, PAM은 연속적인 관개 동안에 어떠한 침식 억제를 지속한다. 인자들, 예컨대, 토양의 형태, 필드 경사 및 관개 고랑 스트림 크기가 일회의 PAM 적용의 장시간 효과를 결정할 것이다.

PAM의 불충분한 혼합은 처음 몇 개의 고랑에 고도로 농축된 PAM이 적용되게 하며 주입 지점으로부터 더 먼 고랑에는 불충분한 PAM을 초래할 수 있다.

자동화된 타이머 또는 액체 차단 밸브를 사용하는 것은 PAM 주입을 조절하는 것이 문제일 수 있는데, 그 이유는 고랑 진행 시간을 정확하게 예측하는 것이 어렵기 때문이다. 진행 시간이 예상된 시간 보다 느리면, 필드의 하부가 PAM으로 처리되지 않을 것이다. 고랑 진행이 예상된 시간 보다 빠르면, 필요한 PAM 보다 많은 PAM이 적용될 것이고, 흐르는 물중의 PAM 손실이 발생할 수 있다.

스프링클러 관개로 PAM을 사용하면, 파이프가 PAM을 수류에 주입하기 전에 물이 전달되게 가압되어야 한다. 이러한 원안은 물이 파이프에 유입(이는 물을 PAM에 가하지 말라는 주의사항을 위반한다)되기 전에 PAM이 스프링클러 라인내에서 축적되지 않게 해야 한다. 스프링클러 관개로 PAM을 사용하는 이점은 고랑 관개에 의한 바에 비해 그리 크지 않다. 1 에이커(4.046873E10 cm²)당 2(0.9072kg) 내지 4 lb(1.8144kg)의 PAM을 적용시키면 침식을 감소시킬 수 있고 동일한 조건하에서 관개 동안 침투를 증가시킬 수 있다. 그러나, 유리한 효과는 단지 한번 또는 두번의 관개 동안 지속된다.

PAM 처리는 일반적으로 소량의 진한 원액을 공급 관개수에 주입함으로써 이루어진다. 직접적인 분말 첨가가 용이하다는 일부 설명이 있지만, 이러한 첨가는 광범위하게 시험되지 않았다. PAM은 관개수를 통해서 물리적인 침식의 진행, 실링 및 그러스트를 형성하는 토양의 작은 부분에만 적용된다.

물-적용된 PAM은 토양 응집을 증가시키고 노출된 토양 입자를 보다 견고하게 결합시킴으로써 고랑과 접촉하는 응집체를 강화시킨다. 이러한 사항은 탈착 및 관개 유출수중의 토사의 수송을 크게 감소시킨다. 토양수 계면에서의 토양 침식성은 개선된 상호 응집성 결합 및 표면 거칠기의 우수한 유지에 의해서 감소된다. PAM은 또한 침강제로서 작용한다. PAM은 미세한 입자를 응집(함께 뭉쳐짐)시킨다. 관개가 조정되지 않는다면, 상부의 과습화 및/또는 하단부의 저습화가 악화될 수 있다.

대부분의 상태는 농업용 화합물(PAM과 같은 토양 개량제을 포함)이 안전해야 하고 주정부 표지화 요건을 만족시켜야 한다. 현재 표지화된 PAM은 0.05% 미만의 EPA 및 FDA 단량체 한도에 부합되는 수용성, 음이온성(11 내지 20%), 높은(천만 내지 천오백만)의 분자량 화합물이다. PAM은 하기된 바와 같은 몇 가지 형태로 구입할 수 있다: 80 내지 95% 활성 성분(Al)을 함유하는 건조 분말 또는 과립; 30 내지 50% Al을 함유하는 역 오일-에멀션 액체 농축물(PAM은 오일 매트릭스중에 떠 있는 비말중에 용해되어 있다) 및 <3% PAM를 함유하는 미리 혼합된 PAM-물 용액.

첫 번째 관개 및 토양이 흐름 및/또는 경작에 의해서 교란된 경우에는 PAM을 최소량으로 사용되어야 한다. 표지량 또는 그 미만의 추가의 적용은 전체 계절동안 침식를 완벽하게 억제하는 것으로 사료될 수 있다. PAM이 첫 번째 관개에서 적용되고 후속되는 관개에서 물중에 PAM이 없는 경우, 침식 억제 및 침투가 각각의 비처리 관개로 약 50% 감소될 것으로 예측될 수 있다. 따라서, 세 번째 관개에 의해서 효과가 거의 유지되지 않는다. 침식이 자연적으로 계절 중간에 감소하는 농작물의 경우에, 자연적인 침식 감소 성질이 발생된 후에는 PAM이 적용될 필요가 없이다.

폴리아크릴아미드(PAM)는 폐수를 세정하는데 일반적으로 사용되는 장쇄 분자이다. 오늘날, 이러한 화합물에 대한 주요 소비는 시의 폐수 처리 설비이다. 이러한 화합물은 처리수중의 미세한 고형물이 충분히 커져서 침전되거나 필터에 의해서 포획되어 하수 슬러지가 형성될 때까지 상기 고형물을 서로 응집시킨다.

PAM은 음전하를 띠는 점토 입자의 파괴된 에지를 찾아내고 그에 결합한다. 필드의 토양 표면상의 토양 입자의 응집성을 증가시킴으로써, PAM은 오물이 그 위로 흐르는 물에 의해서 발생되는 높은 침식성 전단력에 대해서 보다 내성이 생기게 한다. 이러한 결합은 응집이라 칭한다. 응집은 개개 입자간의 브리지를 형성하는 중합물질의 작용을 기술하는데 사용된다. 폴리머 사슬의 단편이 상이합 입자상에 흡착되고 입자의 응집을 돕는 경우에 브리지가 형성된다. 응집체는 입자의 전하를 상쇄하는 전하를 지닌 활성 그룹을 지닌다. 응집체는 입자상에 흡착되고 브릿지화 또는 전하중화에 의해서 탈안정화가 유발된다. 음이온성 응집체는 일반적으로 양으로 하전된 현탁액(양성 제타 전위)과 반응할 것이다. 이러한 사항은 염 및 금속성 수산화물의 경우이다. 양이온성 응집체는 실리카 또는 유기물질과 유사한 음으로 하전된 현탁액(음성 제타 전위)과 반응할 것이다.

가장 일반적인 폴리머는 비이온성 폴리머인 폴리아크릴아미드를 기본으로 하는 폴리머이다. 이들의 효과는 폴리머 사슬에 의한 입자들 사이의 브릿지에 기인한다. 폴리머는 아크릴아미드를 아크릴산과 공중합시킴으로써 음이온 특징을 지닐 수 있다. 양이온성 폴리머는 아크릴아미드를 양이온성 단량체와 공중합시킴으로써 제조된다. 모든 이용 가능한 아크릴아미드 기재 폴리머는 일정한 정도의 이온 특성을 주는 특정량의 이온성 단량체를 지닌다. 이들 폴리머는 특이적 평균 분자량(즉, 사슬 길이) 및 소정의 분자 분포를 지닌다. 각각의 현탁액의 경우, 특정한 정도의 음이온, 양이온 또는 비이온 성질이 유리하다. 일반적으로, 고유의 응집력은 분자량과 함께 증가한다. 폴리아크릴아미드는 천만 내지 이천만 범위로 합성된 산업용 화합물중에서 가장 큰 분자량을 지닌다. 그 밖의 폴리머는 특이적 성질을 나타내며 특정의 조건하에 사용된다. 이들은 대체로 폴리에틸렌-이민, 폴리아미드-아민, 폴리아민, 폴리에틸렌-옥사이드, 술폰화된 화합물이다.

음이온성 PAM은 식수처리, 오물 슬러지의 탈수, 과일 및 채소의 세척 및 알칼리액-박피, 당 함유 쥬스 및 알코올 음료의 정화, 식품와 접촉되는 접착제 및 페이퍼, 동물 사료 증점제 및 현탁제, 화장료, 제지, 및 다양한 채광 및 드릴링 적용에 광범위히게 사용되는 "오프 더 셰프(Off the Shelf)" 산업용 응집제이다.

미국특허 제6,357,176호는 비이오-셀룰오로즈성 부직 섬유 매트 및 그래스 스프리그(grass sprig)을 함유하는 무그래스종자-잔디 전구물질 및 토양에 관한 것이다. 잔디 전구물질은 경기장, 골프 코스 및 잔디밭을 건설하는데 유용한 무토양 잔디를 생산하기 위해서 사용될 수 있다. 상기 매트는 바이오-셀룰오로즈성 섬유에 추가로 다른 물질을 함유할 수 있다. 그러한 매트는 그 밖의 형태의 섬유, 예컨대, 목질 섬유 또는 합성 유기 섬유를 함유할 수 있다. 목질 섬유는 매트의 수분 보유성을 증가시킨다. 유기 섬유의 예에는 아크릴, 셀룰로오즈 에스테르, 엘라스토머, 올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드 및 폴리비닐 알코올 섬유가 포함된다. 합성 유기 폴리머가 결합제로서 작용할 수 있다. 상기 매트는 또한 비섬유성 폴리머, 예컨대, 다당류, 단백질, 폴리아크릴아미드 및 그 밖의 수분 보유제를 함유할 수 있다. 종래 기술의 특허는 매트의 수분 보유성을 증가시키기 위해서 폴리아크릴아미드를 사용한다.

미국특허 제5,900,038호는 배양 기질 및 그를 제조하는 방법에 관한 것이다. 배양 기질은 낫 그래스(knot grass), C4 식물 및 대마초(cannabis) 및 딕소니아속(Dicksonia genuses)의 식물로부터 선택되는 분쇄된 식물을 함유하고, 피트 대체물(peat subtitute)로서 적합하다. 분쇄 과정 동안 또는 그 후에, 첨가제가 이후의 배양 기질의 사용에 따라서 첨가될 수 있다. 폴리아크릴아미드 과립, 점토 무기질 혼합물, 분쇄된 화산암, 속돌(pumice), 벤토나이트, 모래, 폐지, 갈탄 연소로부터의 재, 갈탄 폐기물 및 모든 종류의 비료가 첨가제로서 적합하다. 폴리아크릴아미드 과립은 뿌리 보호를 위한 높은 수분 저장 능력을 지닌다는 점에서 본 발명의 배양 물질를 개선시킨다. 예를 들어, 폴리플랜트 GmbH(Polyplant GmbH)로부터의 명칭 폴리워터-아쿠아-플러스로 얻을 수 있는 크산텐과 같은 겔링 가교된 폴리아크릴아미드 과립이 특히 유리하다. 이러한 종래 기술 특허는 피복(mulch)의 수분 저장 능력을 증가시키기 위해서 폴리아크릴아미드를 사용한다.

미국특허 제4,337,117호는 균류 및 그 밖의 미생물에 의한 부패에 내성이며 신발 제조, 및 피복 페이퍼(mulch paper) 등에 유용한 합성 시이트 물질에 관한 것이다. 이러한 물질은 매트릭스 또는 결합제 내에 균일한 분포의 셀룰로오즈 및 임의의 합성 섬유를 포함하며, 섬유; 물질의 부패에 내성을 주는 금속성 퀴놀리놀레이트; 폴리머 콜로이드, 예컨대, 후속해서 첨가된 엘라스토머성 결합제의 금속성 퀴놀리놀레이트에 의한 응고를 방지하는 아크릴계 라텍스(latex); 및 합성 시이트 물질중의 금속성 퀴놀리놀레이트에 대한 보유제로서 작용하는 양이온성 폴리머로부터 형성된다. 부패 내성 시이트 물질은 일반적으로 제지공정에 의해서 형성된다. 양이온성 폴리머는 폴리아크릴아미드 폴리머일 수 있다. 폴리아크릴아미드는 시이트 물질에 부패 내성을 주기 위해서 사용된다.

미국특허 제5,429,741로 및 제5,641,458호는 다른 물질, 예를 들어, 표면활성제, 세정제, 계면활성제, 폴리머 및/또는 유기 폴리머와 혼합된 가공 셀룰로오즈 물질로 슬러지를 처리하는 방법에 관한 것이다. 셀룰로오즈 플레이크 및 이들을 제조하는 방법은 개시되어 있다. 이들은 동물용 변기 또는 깔짚, 식품 또는 비료로 사용될 수 있다. 두 번째 액체중에 또는 그 위에 떠 있는 첫 번째 액체를 흡수, 제거, 및 청소하는 방법이 개시되어 있으며, 그러한 방법은 흡수 펠릿을 사용한다. 슬러지 조절에 유용한 전형적인 계면활성제는 폴리아크릴아미드와 같은 에멀션을 포함한다. 이러한 종래 기술 문헌은 슬러지 처리를 위한 계면활성제로서 PAM을 사용하였다.

미국특허 제5,456,733호는 미립성의 수용성, 팽창성, 겔-형성 폴리머를 펠릿 형성 조성물에 혼입시킴으로써 폐지 스크랩으로부터의 신규한 멀칭 펠릿(mulching pellet)의 제법에 관한 것이다. 형성된 펠릿은 살포되어 물에 함침된 후에 팽창하고 붕해되어, 그들의 지면 보호 범위를 확장하고, 어떠한 포함된 양분 또는 종자를 방출하며, 수분 흡수성을 지니는 폴리머 입자를 지니고 있다.

상기 발명은 미립의 폐지 및 팽윤제를 함유하며 간단한 살포장치로 적용될 수 있고, 높은 흡습성 및 수분 보유성이 있는 건식 압출된 멀칭 펠릿을 제조하는 방법에 관한 것이다. 가해진 물 또는 빗물에 함침되는 경우, 상기 펠릿은 팽윤되고, 팽창하며 붕해되어 이들의 지면 보호 면적이 증가되고 수분의 유출을 억제하며 토양중에 수분의 유지를 돕는 수분 흡수 표면 보호를 제공한다. 폴리아크릴아미드는 펠릿의 수분 흡수를 증가시킨다. 팽윤된 펠릿의 붕해 또는 산포는 또한 노출된 피복 표면적을 증가시키고 토양으로의 종자의 방출 및 양분의 방출을 용이하게 하여 토양에서의 종자 및 식물의 발아 및 성장을 촉진한다.

상기 방법 및 피복 펠릿의 가장 기본적인 특징은 수-불용성, 팽윤성, 겔-형성, 친수성 폴리머 물질를 포함하며, 실질적인 양의 물을 흡수할 수 있는 팽윤제를, 폐지 입자를 포함하는 펠릿에 혼입시키는 것이다. 상기 방법은 거의 전부가 미립의 폐지로 이루어지고, 소량으로, 10중량% 까지의 수용성, 필름-형성제, 폴리머 결합 물질, 및 미립자 형태로 페릿 전체에 분포된 수-불용성, 수 팽윤성, 겔형성, 소수성 폴리머 물질을 포함하는 10중량% 까지의 팽윤제를 함유한다. 피복 펠릿은 약 99중량%까지의 미립의 폐지를 포함하며, 그러한 폐지는 중량 기준으로 소량의 수용성 필름 형성 결합제, 예컨대, 폴리비닐 알코올 및/또는 셀룰로오즈 결합제, 예컨대, 카르복시메틸 셀룰로오즈를 함유하여 제지 공정에서 목질 섬유를 결합시킨다. 필수적인 첨가제는 수-불용성, 겔 형성, 친수성 폴리머이며, 이는 분말 형태로 균일하게 혼합된다. 조성물은 통상의 펠릿 밀에 제공되어 펠릿화된다. 폴리머의 예는 가교된 폴리아크릴아미드 폴리머 또는 폴리아크릴레이트 폴리머이다. 이러한 종래 기술은 펠릿의 팽윤성에 유리한 PAM을 사용하였다.

미국특허 제6,349,499호는 확인되는 종자의 밀도와 유사한 밀도를 지니는 박편화된 피복 생성물로서, 밀도가 종자의 50%내로 조정되고 응집 및 압축된 천연의 원료를 포함하는 박편화된 피복 생성물에 관한 것이다. 이러한 발명은 목질 섬유성 피복 생성물을 제공한다. 원료에 다양한 첨가제, 예컨대, 염료 및 안료, 발아 보조제, 비료, 및 하나 이상의 계면활성제 및/또는 수분 흡수 물질을 첨가할 수 있다. 계면활성제는 신속한 수분 흡수 및 보유를 증진시키기 위해서 첨가될 수 있다. 수분 흡수제, 예컨대, 폴리아크릴산, 및 그 밖의 폴리아크릴레이트 등이 사용될 수 있다. 일부의 경우에, 그러한 합성 폴리머는 또한 결합제, 예컨대, 폴리아크릴산, 폴리아크릴아미드, 및 다양한 아크릴레이트, 아크릴산, 및 아크릴아미드 코폴리머 및 터폴리머(terpolymer)로서 작용할 수 있다. 이러한 종래 기술 참고 문헌은 피복 생성물을 위한 결합제로서 PAM을 사용하였다.

미국특허 제6,360,478호는 천연 섬유 및 상호 결합 가능한 권축 천연섬유를 함유하는 기계적으로 결합된 다공성 섬유 피복 매트릭스를 형성하는 완전히 생분해 가능한 피복 제품에 관한 것이며, 상기 권축 천연 섬유는 영구적인 방수 권축을 유도하는 공정에 의해서 권축된다.

폴리머 기제 수분 흡수제는 섬유 피복 전체에 분산되어 피복의 수분 흡수 용량을 증가시킬 수 있다. 폴리머 기제 수분 흡수제는 바람직하게는 피복 중량의 약 5% 내지 15%의 양으로 존재한다. 수분 흡수제는 바람직하게는 분말, 예컨대, 물을 자체 중량에 비해서 아주 많은 배수로 흡수할 수 있는 폴리아크릴아미드-기제 폴리머 분말이다. 폴리머 기제 흡수제는 이어서 섬유 피복에 분산되어 그의 수분 흡수 용량을 증가시킨다. 수분 흡수제는 바람직하게는 혼합된 피복 섬유 권축된 합성 섬유 피복내로 기계적으로 분산된다. 이러한 종래기술 참조 문헌은 피복 생성물에 유리한 PAM을 사용하였다.

미국특허 제5,741,832호, 제5,779,782호 및 제5,942,029호는 기계적으로 결합된 수분 흡수 섬유 피복로서, 친밀하게 혼합되어 기계적으로 결합된 섬유 피복을 형성하는 천연의 권축된 합성 섬유를 포함하는 피복에 관한 것이다. 수분 흡수 폴리머 기제 물질은 섬유 피복가 전체적으로 분산되어 이의 수분 흡수 용량을 증가시킨다. 폴리머 기제 수분 흡수제는 바람직하게는 피복 중량의 약 5 내지 15%로 존재한다. 수분 흡수제는 바람직하게는 분말, 예컨대, 물을 자체 중량에 비해서 아주 많은 배수로 흡수할 수 있는 폴리아크릴아미드-기재 코폴리머 분말이다. 폴리머 기제 흡수제는 이어서 섬유 피복에 분산되어 그의 수분 흡수 용량을 증가시킨다. 수분 흡수제는 바람직하게는 혼합된 천연 섬유 합성 섬유 피복내로 기계적으로 분산된다. 이러한 참조 종래 기술은 피복 생성물에 유리한 PAM을 사용하였다.

참조 종래 기술은 PAM을 토양에 적용시키는 수단으로서 고형 담체를 사용하지 않았다. 종래 기술에서, PAM은 피복에 계면활성제로서 및 수분 흡수 폴리머로서 포함되어 피복의 상태를 변경시키고(습화되는 경우에 피복의 팽창을 유발), 피복 크기를 증가시켜 종자 베드를 우수하게 덮고, 보다 많은 물을 흡수하여 잉여의 물의 양을 줄이는 피복의 능력을 증가시키고, 그로 인해서 수분 유출 및 그로 인한 토양 손실을 감소시키고, 결합제로서 피복을 함께 고정하고, 피복의 점착성을 증가시켜 피복을 제자리에 유지시킨다.

발명의 요약

본 발명은 PAM을 토양에 적용시키는 방법으로서, PAM이 토양 담체에 정밀하게 상호 혼합되고/거나, 그에 함침되고/거나, 그에 적용되는 방법에 관한 것이다. 토양 담체는 토양에 적용될 수 있는 유기물 및/또는 무기물을 포함할 수 있다. 이들 물질은 비료, 토양 개량제, 토양 조절제, 및/또는 폐기물을 함유할 수 있다. 고형 담체는 응집에 의해서 생산될 수 있다. 응집을 기술하는데 일반적으로 사용된 그 밖의 용어는 과립화 및 압축이며, 이들 두 용어는 모두 입자 크기 확대에 관련된다. 이러한 고형 담체가 토양 안정화제, 예컨대, PAM의 전달 시스템으로 작용한다. 토양에 계량된 고형 담체의 비율을 조절함으로써, 토양에 계량된 PAM의 양을 조절할 수 있다. 본 발명은 통상의 수단, 예컨대, 살포기로 적용될 수 있는 어떠한 고형 담체에 관한 것이다. 바람직한 양태에서, 이들 산업에는 농업 및 원예 산업이 포함된다. PAM은 토양에 용이하게 적용되지 않는다. PAM은 현재 관개 시스템을 통해서 또는 건조한 과립 형태로 적용된다. 적은 비율의 적용이지만, 많은 연구가 있었다.

본 발명은 PAM을 고형 담체에 가하고, 고형 담체를 토양에 적용시키고; 물을 고형 담체에 적용시키고; 고형 담체로부터 토양으로 PAM을 침출시키는 것에 관한 것이다. 물은 빗물 또는 인공수단에 의해서 적용된 형태의 자연수일 수 있다. 물은 그것 없이는 어떠한 성분도 토양 및/또는 식물 생명에 많은 가치를 제공하지 안는다는 점에서 활성화제 또는 촉매이다. 활성제 또는 PAM을 건조 과립 형태로 제조하는 것이 본 발명의 목적이다. 고형 담체가 피복 또는 비료를 포함하도록 하는 것이 본 발명의 목적이다. 비료 및/또는 토양 개량제를 고형 담체에 가하는 것이 본 발명의 목적이다. 고형 담체가 섬유질 물질을 포함하도록 하는 것이 본 발명의 목적이다. 고형 담체가 과립, 압출된 펠릿, 직포 매트, 플레이크 및/또는 박편 및/또는 성형된 베일 또는 크기 감소된 입자의 형태로 제조하는 것이 본 발명의 목적이다. 고형 담체가 종자를 함유하도록 하는 것이 본 발명의 목적이다. 고형 담체에 살충제 또는 제초제를 가하는 것이 본 발명의 목적이다. 고형 담체에 비료를 가하는 것이 본 발명의 목적이다. 고형 담체가 질환 매개 미생물, 예컨대 이에 첨가된 동물 분뇨를 지니도록 하는 것이 본 발명의 목적이다. PAM을 토양에 적용시키는데 사용되는 고형 담체가 피복 및 PAM을 포함하도록 하는 것이 본 발명의 목적이다. 고형 담체에 황산알루미늄 및/또는 산화칼슘을 가하는 것이 본 발명의 목적이다. 이들 구성요소를 PAM과 함께 가하면 유출수 중의 인의 손실을 감소시키는데 도움이 된다.

본 발명은 토양 안정화제를 토양에 적용시키는 방법으로서, 토양 안정화제를 고형 담체에 가하고 고형 담체를 토양에 적용시킴을 포함하는 방법에 관한 것이다. 물이 고형 담체에 적용되고 고형 담체로부터 토양으로 토양 안정화제가 방출된다. 토양 안정화제가 스타트 크산테이트, 산 가수분해된 셀룰로오즈 미세섬유, 키틴, 석고, PAM, 하이드로콜로이드성 폴리사카라이드, 아크릴계 코폴리머, 및/또는 나트륨 아크릴레이트 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로 부터 선택되게 하는 것이 본 발명의 목적이다.

토양 안정화제의 중량을 전체 토양 담체 중량의 50% 미만으로 하는 것이 본 발명의 목적이다.

토양 안정화제를 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌-이민, 폴리아미드-아민, 폴리아민, 폴리에틸렌-옥사이드, 및 술폰화된 화합물로 이루어진 군으로부터 선택하는 것이 본 발명의 목적이다.

토양 안정화 성질을 지니는 성분으로 미리 처리된 물질을 고형 담체가 포함하도록 하는 것이 본 발명의 목적이다.

상기 물질이 식수처리, 오물 슬러지의 탈수, 과일 및 채소의 세척 및 알칼리액-박피, 당 함유 쥬스 및 알코올 음료의 정화, 식품와 접촉되는 접착제 및 페이퍼, 동물 사료 증점제 및 현탁제, 화장료, 제지, 및 다양한 채광 및 드릴링 적용으로부터 유도되게 하는 것이 본 발명에 목적이다. .

고형 담체에 무기원소를 포함시키는 것이 본 발명의 목적이다. 토양 안정화제를 토양중의 무기원소에 고정시키는 것이 본 발명의 목적이다. 토양중에서는 식물성장에 필수인 것으로 인식되는 13가지의 무기 원소가 있다. 식물내의 이들 원소의 양은 아주 다양하고; 그로 인해서, 이들은 성장에 요구되는 상대적인 양에 따라서 다량영양소, 2차 영양소, 및 미량영양소로 구분된다. 다량영양소는 질소, 인 및 칼륨이다. 2 차 영양소는 황, 칼슘 및 마그네슘이다. 미량영양소는 철, 망간, 붕소, 구리, 아연, 몰리브덴 및 염소이다.

본 발명은 가교된 폴리아크릴아미드를 토양에 적용시키는 방법으로서, 가교된 폴리아크릴아미드를 토양 담체에 가함을 포함하는 방법에 관한 것이다. 고형 담체가 토양에 적용된다. 물이 이어서 토양 담체에 적용된다. 이러한 과정은 토양 담체로부터 토양으로 가교된 폴리아크릴아미드를 방출시킨다.

본 발명은 고형 담체 및 가교된 폴리아크릴아미드를 포함하며 가교된 폴리아크릴아미드를 토양에 적용시키는데 사용되는 고형 담체에 관한 것이다.

본 발명은 토양 안정화제를 고형 담체에 가함을 포함하여 토양 안정화제를 토양에 적용시키는 방법에 관한 것이다. 고형 담체는 직경이 1mm 초과 입자가 약 25% 이상이다. 고형 담체가 토양에 적용된다. 물이 고형 담체에 적용되어 고형 담체로부터 토양으로 토양 안정화제를 방출시킨다.

고형 담체는 진탕, 가압, 액체 및 열을 포함하는 다양한 응집화 공정에 의해서 제조될 수 있다. 진탕 응집은 텀블링(tumbling), 혼합 (mixing), 과립화 (granulation), 펠릿화 (pelletizing), 볼링 (balling), 컨디셔닝 (conditioning) 및 인스턴트화(instantizing) 방법을 포함한다. 가압 응집은 괴성화(briquetting), 콤팩팅 (compacting), 압출 (extrusion), 펠릿 (pelleting), 모울딩 (molding), 정제화 (tabletting), 및 등압 프레싱 (isostatic pressing)을 포함한다. 액체 응집은 스프레이 건조 (spray drying), 스프레이 과립화 (spray granulation), 유동층 과립화 (fluid bed granulation), 프릴링(prilling), 액체 매질중의 응집 (agglomeration in liquid media), 오일응집 (oil agglomeration) 및 구체화(globulation) 방법을 포함한다. 열 응집은 소결 (sintering), 경화 (induration), 노듈화(nodulizing), 하소 (calcining), 건조 (drying)/고형화 (solidification), 부분적 가스화 (partial gasification)/탄화 (charring) 및 플레이킹(flaking) 방법을 포함한다.

진탕 응집은 하기 장치: 혼합기(플라네테리 믹서, 콘형 믹서, 리본형 믹서, 핀형 믹서, 드럼형 믹서, 역류 믹서, 버티컬 믹서, 패들 믹서, 퍼그밀), 디스크 펠레타이저(disc pelletizer)(팬형 과립기), 드럼형 펠레타이저, 콘형 펠레타이저를 사용할 수 있다. 가압 응집은 하기 장치: 롤러 프레스(롤 브리켓터, 롤 콤펙터), 피스톤/램 프레스, 펠릿 밀(링 다이, 플랫 다이, 압출기(오거(auger), 스크루, 스크린, 바스켓(basket)), 타정 프레스를 사용할 수 있다. 액체 응집은 하기 장치: 그프레이 건조기, 프릴 타워(prill tower), 스프레이/유체 층, 과립화기, 오일 응집을 위한 믹서를 사용할 수 있다. 열 응집은 하기 장치: 소결 스트랜드(sinter strand), 이동화격자(travelling grate), 회전 가마, 고로(shaft furnace) 및 드럼/벨트 박편화기(drum/belt flaker)를 사용할 수 있다.

고형 담체는 물질이 보다 작은 입자 크기로 작아지는 크기 감소 공정을 통해서 제조될 수 있다. 한 가지 양태에서, 고형 담체는 액체 또는 슬러리 상태가 아닌 물질로 구성된다.

PAM을 음이온성이 되게 하는 것이 본 발명의 목적이다. PAM을 중성이 되게 하는 것이 본 발명의 목적이다. PAM을 양이온성이 되게 하는 것이 본 발명의 목적이다. 토양 안정화제가 영구적인 식생이 정착되기 전에 경사용 침식 매트가 요구되는 것을 감소되게 하는 것이 본 발명의 목적이다. PAM의 토양에 대한 침투성을 증가시키는 것이 본 발명의 목적이다. PAM을 토양에 결합시켜 토양내의 비료 및 물의 침투를 증가시키는 것이 본 발명의 목적이다.

토양 안정화제가 토양의 수분 침투를 개선시켜서, 물을 흡수하는 토양의 능력을 개선시키는 것이 본 발명의 목적이다. 토양 안정화제가 토양의 수분 침투성을 증가시켜 토양에 필요한 물의 양 및/또는 빈도를 줄이는 것이 본 발명의 목적이다. 토양 안정화제가 토양 패킹 및 크래킹을 감소되게 하는 것이 본 발명의 목적이다. 토양 안정화제가 토양의 경운 적합성을 증진시키는 것이 본 발명의 목적이다. 토양 안정화제가 토양 중의 크러스트억제제(anticrusting agent)인 것이 본 발명의 목적이다. 토양 안정화제가 토양의 릴링(rilling)을 감소시키는 것이 본 발명의 목적이다.

PAM이 비료에 결합하여 토양내의 비료의 침출을 감소시키는 것이 본 발명의 목적이다. PAM을 토양 및 비료에 결합시켜 토양으로부터의 비료의 유출을 감소시키는 것이 본 발명의 목적이다. PAM을 토양 및 비료에 결합시켜 토양 중에 비료를 고정시키는 것이 본 발명의 목적이다. 토양 안정화제가 토양의 침식을 감소되게 하여, 비료의 침식을 감소시키고, 1 에이커당 비료 사용 및 비료 비용을 감소시키는 것이 본 발명의 목적이다. 토양 안정화제가 토양의 수분 침투를 증진되게 하여, 비료의 침식을 감소시키고, 1 에이커당 비료의 사용 및 비료의 비용을 감소시키는 것이 본 발명의 목적이다. 토양 안정화제가 토양중에 양분을 고정되게 하여, 1 에이커당 비료 사용 및 비용을 감소시키는 것이 본 발명의 목적이다.

식물 양분을 적절한 토양 조절 물질과 혼합함으로써, 더 많은 식물 양분이 표적 식물에 의해 흡수될 수 있다. PAM은 양분과 결합하고 토양을 안정화시키기 때문에, 비료의 침출 및 유출을 감소시킨다. 효과에 있어서 이는 비료에 대해서 PAM 댐으로 작용함에 따라, 양분과 관련하여 토양의 기능을 최대화시키는 역할을 한다. PAM은 토양에 대한 원조제로서 작용하여 식물에 의한 사용에 적합한 장소에 양분을 고정하는 토양의 능력을 개선시킨다.

토양 안정화제가 토양 중의 미생물의 유출 및 침출을 감소되게 하는 것이 본 발명의 목적이다. 토양 안정화제가 양분, 살충제 및 그 밖의 물질을 함유하는 침강물의 이동을 억제하는 것이 본 발명의 목적이다. 토양 안정화제가 황산 알루미늄 및/또는 산화칼슘을 포함하는 것이 본 발명의 목적이다. 토양 안정화제가 토양으로부터 전체 분원성대장균 박테리아 및 분원성 연쇄구균 침출 및 유출을 감소시키는 것이 본 발명의 목적이다. 토양 안정화제가 토양을 제자리에 고정시키고 토양을 함께 이온적으로 결합시켜 입자크기를 증가시킴으로서 침식력을 억제하는 것이 본 발명의 목적이다.

토양 안정화제가 식물의 생존 및 성장을 증진시키는 것이 본 발명의 목적이다. 토양 안정화제가 토양내에서 종자 출아 시간을 감소시키는 것이 본 발명의 목적이다. 토양 안정화제가 토양내에서 식물의 뿌리 성장을 증진시키는 것이 본 발명의 목적이다. 토양 안정화제가 토양내에서 작물의 수확을 증진시키는 것이 본 발명의 목적이다. 토양 안정화제가 토양에 가하지는 경우게 보다 깨끗한 뿌리 작물의 수확을 유도하는 것이 본 발명의 목적이다. 토양 안정화제가 작물 성숙을 촉진하는 것이 본 발명의 목적이다.

토양 안정화제가 관목, 나무, 및/또는 식물 이식의 생존율을 증가시키는 것이 본 발명의 목적이다. 토양 안정화제가 토양에 식물 뿌리를 깊게 하는 것이 본 발명의 목적이다. 토양 안정화제가 토양을 더 신속하게 건조시킴으로써 파종일을 앞당기는 것이 본 발명의 목적이다. 토양 안정화제가 토양중의 작물 품질을 개선시키는 것이 본 발명의 목적이다. 토양 안정화제가 토양중의 종자의 발아율을 증가시키는 것이 본 발명의 목적이다. 토양 안정화제가 토양 내의 토양 매개 질환을 감소시키는 것이 본 발명의 목적이다.

본 발명은 통상의 적용 장치로 고형 담체를 토양에 적용시킴을 포함하여 토양 침투성을 증진시키는 방법에 관한 것이다. 고형 담체는 토양 안정화제를 포함한다. 물이 고형 담체에 가해져서, 토양 안정화제를 토양으로 방출시킨다.

본 발명은 통상의 적용 장치로 고형 담체를 토양에 적용시킴을 포함하여 토양 침식을 감소시키는 방법에 관한 것이다. 고형 담체는 토양 안정화제를 포함한다. 물이 고형 담체에 가해져서, 토양 안정화제를 토양으로 방출시킨다.

본 발명은 통상의 적용 장치로 고형 담체를 토양에 적용시킴을 포함하여 비료 유출 및 침출을 감소시키는 방법에 관한 것이다. 고형 담체는 토양 안정화제를 포함한다. 물이 고형 담체에 가해져서, 토양 안정화제를 토양으로 방출시킨다.

수용성 폴리아크릴아미드(PAM)이 다양한 농업 목적의 토양 개량제로 제안되어 왔다. 일반적으로 폴리아크릴아미드(PAM)으로 기재되는 수용성 폴리머는 수분 유출, 침식, 및 그러스트화의 최소화, 및 토양 구조의 안정화를 포함한 다양하게 유익한 토양 개량 성질을 지니고 있는 듯하다. 이러한 이점은 비료, 살충제 및 제초제의 일반적인 유출 감소까지 확대된다.

PAM은 토양 입자를 함께 결합시키는 강화제로서 작용하는 장쇄 합성 폴리머이다. 물이 이러한 보다 크고 무거운 토양 입자를 빠져나가는 것은 더 어렵다. 관개수중에 적용된 PAM은 폴리머가 적용되지 않은 관개수에 비교할 때 95% 초과까지 고랑중의 토양 침식을 감소시킨다.

본 발명은 사용자가 필드에서 PAM을 혼합하지 않도록 한다. 본 발명의 PAM은 위드 스크린(weed screen), 필터 또는 소폭 사이펀(siphon)이 요구되지 않으므로 이들을 막히게 하지 않는다. 또한 본 발명의 방법은 사용자가 건조한 농축물을 취급하는 위험을 피할 수 있게 한다. 본 발명은 또한 종래기술에서 PAM을 적용시키는데 사용되었던 거대한 장치를 필요로 하지 않는다. 본 발명은 큰 필드에 요구되는 대량의 원액을 필요로 하지 않거나, 진행 속도가 느린 곳에서 상당한 시간이 소요되고 전용의 장치를 요하는 농축물로부터 필드 용액을 혼합하는 것을 필요로 하지 않는다.

본 발명의 방법은 액체 농축물(오일-에멀션)을 토양에 직접 가하는 단점을 피한다. 본 발명의 방법을 이용하면, 적용은 표준 살포장치를 사용함으로써 수행되며 균일한 계량을 얻기 위한 걱정(미리 혼합된 용액에 비해서)을 할 필요가 없다. 본 발명은 작물에 공지된 이점을 제공하지 않는 오일 및 게면활성 성분을 필요로 하지 않는다.

PAM이 어떠한 물리적인 상태로 본 발명에 의해서 토양 담체에 혼입될 수 있지만, 건조한 PAM이 바람직한데, 그 이유는 그 밖의 PAM의 형태 보다 더 용이하게 고형 담체에 함침되기 때문이다. 또한, 건조한 PAM은 구매해서 저장할 수 있으며, 가장 저렴한 PAM의 형태일 수 있다. 또한, 본 발명의 방법에 의해서 PAM을 적용시킴으로써, 적용 장치가 막히지 않을 뿐만 아니라, 위드 스크린 및 필터를 필요로 하지 않는다. 기계에 충전시키는 동안 PAM 분진의 흡입에 의한 질식 위험이 없다. 사람이 건조한 PAM을 필드에 직접 적용시켜야 한다면, 필드로부터 PAM의 손실이 더 클 수 있는데, 그 이유는 용해를 덜 조절하기 때문이다. 또한, 건조한 APM을 토양에 직접 적용시킴에 의해서, 분포 균일성이 본 발명 보다 더 불량하다. PAM 첨가 속도는 전체 관개수 유입 속도, 필드에 대한 침식 포텐셜, 및 요구되는 주입 농도를 기준으로 해야 한다.

음이온성 PAM 혼합물의 적용 속도는 토양 형태, 경사, 및 표적하는 침식 형태(즉, 바람 또는 물)를 기준으로 조정될 필가 있을 수 있다. 음이온 PAM혼합물은 다른 침식 조절 BMP, 예컨대, 종자 및 피복 또는 침식 매트와 함께 사용되는 경우에 보다 가파른 경사에 적용될 수 있다.

한 가지 양태로서, 가교된 폴리아크릴아미드는 토양에 적용되는 고형 담체에 가해진다. 물이 고형 담체에 가해져서 고형 담체로부터의 가교된 폴리아크릴아미드를 토양내로 방출시킨다. 초흡수성 가교된 폴리아크릴아미드가 수용액을 흡수하는 몇 가지 형대의 적용으로 사용된다. 폴리머는 어떠한 물 기재 물질을 고형화하는데 사용될 수 있다. 이들 폴리머는 필요시에 식물에 사용되는 물의 저장소로서 작용하여 식물 쇼크 및 가뭄의 영향을 감소시킨다. 토양에 가해지는 경우, 식물 뿌리가 직접 수분 팽윤된 폴리머내로 성장하여, 필요시에 저장액을 이용한다. 그러한 폴리머의 예에는 가교된 칼륨 폴리아크릴레이트/폴리아크릴아미드 코폴리머가 포함된다.

한 가지 양태로서, 토양 안정화제를 고형 담체에 가하고, 이어서, 고형 담체를 토양에 적용시킨다. 물이 고형 담체에 적용되고, 이어서, 고형 담체로부터 토양으로 토양 안정화제가 방출된다. 토양 안정화제의 예는 스타트 크산테이트(start xanthate), 산 가수분해된 셀룰로오즈 미세섬유, 키틴, 석고, PAM, 하이드로콜로이드성 폴리사카라이드, 아크릴계 코폴리머, 및/또는 나트륨 아크릴레이트 및 이들의 조합물이다. 세가지의 폴리사카라이드(스타트 크산테이트, 산 가수분해된 셀룰로오즈 미세섬유 및 키틴)가 토양 손실을 감소시키는 것으로 밝혀졌다. 폴리사카라이드는 글리코시트 결합에 의해서 결합된 모노상카라이드의 장쇄이다. 세가지의 중요한 폴리사카라이드, 전분, 글리코겐 및 셀룰로오즈는 글루코스로 구성된다. 전분 및 글리코겐은 각각 식물 및 동물에서 단시간 에너지 저장소로서 작용한다. 글루코스 단량체는 글리코시드 결합에 의해서 결합된다. 수용성 PAM과 유사한 성질을 지니는 생분해 가능한 폴리머가 잇다. 본 발명의 양태로서, 이들 폴리사카라이드가 첨가제 또는 PAM에 대한 대체 성분으로 사용된다.

PAM과 혼합되는 경우에 석고는 토양 손실 및 수분 유출 둘 모두를 감소시키는데 효과적이다. 모든 결과는 이들 표면 처리, 예컨대, 경운, 피복, 캐노피(canopy), 석고 및 PAM의 적절한 조합이 경작지상의 수분 유출 및 토양 손실을 방지하는데 유용하며 효과적이다. 본 발명의 한 가지 양태로서, 석고는 본 발명의 PAM에 대한 첨가제로서 사용된다.

구아검(guar gum)은 글루코시드 결합에 의해서 혼합되어 칼락토만난으로 화학적으로 기재될 수 있는 갈락탄과 만난으로 구성된 천연의 고분자량 하이드로콜로이드성 폴리사카라이드이다. 이는 여러해 동안 토양 안정화제로서 일반적으로 사용되어 왔다. 이는 백색에서 황색을 띤 백색 분말이다. 이는 냉수 또는 고온수에 용해되며 높은 점도의 점질물을 형성한다. 본 발명의 양태로서, 구아검은 본 발명의 PAM에 대한 첨가제 또는 대체물로서 사용된다.

아크릴계 코폴리머는 토양 안정화제로서 일반적으로 사용된다. 또한, 나트륨 아크릴레이트는 수용성 PAM과 일반적으로 혼합되며 토양 안정화제로서 사용된다. 아크릴레이트는 프로펜산의 염 또는 에스테르이다. 본 발명의 양태로서, 이들은 PAM에 대한 첨가제 또는 대체물로서 사용된다.

구체예로서, 토양 안정화제가 상기 고형 담체에 부가되는 바, 상기 고형 담체는 약 25% 이상이 직경이 1mm를 초과하는 입자로 구성된다. 고형 담체는 토양에 적용된다. 물이 이어서 고형 담체에 적용되고, 토양 안정화제가 고형 담체로부터 토양으로 방출된다. 폴리머와 비료, 토양 개량제, 토양 피복, 및 담체, 농경에 영향을 주는 한 입자 크기 사항, 과립화 미 과정 수행, 및 배합, 저장, 조작 및 적용성를 다루는 경우에, 일반적으로, 입자 크기가 작으면 작을수록, 용해는 더욱 더 신속하다. 대략 1950년 이전에는 대부분의 모든 비료가 비교적 비세한 분말 또는 작은 결정으로 생산되엇다. 그 결과, 비료는 일반적으로 처리동안 분진이 발생되고 파일이나 백에 저장 동안 결질 케이크화에 아주 민감했다. 과립화의 성장(응집)은 저장, 처리 및 적용성을 상당히 개선시켰다. 이러한 성장은 우수한 흐름성 및 과립성 제품의 케이크화의 감소에 이점이 있는 적용 장치의 개선과 함께 개선되었다. 미국에서, 과립성 비료 제품의 전형적인 크기 범위는 약 1 내지 3.35mm이다. 유럽 및 일본에서, 크기는 일반적으로 2 내지 4mm 범위이다. 바람직한 양태로서, 고형 담체는 약 5/16 내지 약 30 메시(mesh)(0.0234인치 또는 600마이크론)의 크기 범위에 있다.

본 발명의 한 가지 양태로서, 고형 담체는 수분을 함유하고 이를 PAM과 함께 함침하고 있는 페이퍼 섬유 기재 제품을 이용함으로써 제조된 피복이다. 추가의 양태로서, 피복는 또한 토양 개량제 및 보강성분(fortifier)이 함침될 수 있다. 믹서가 피복을 생성시키는데 사용될 수 있으며, 바람직하게는, 핀 믹서, 그러나, 팬 펠릿타이저, 패들형 믹서, 드럼 과립화기 또는 그 밖의 형태의 믹서가 사용될 수 있다. 페이퍼 섬유 기재 제품은 바람직하게는 제지 공정의 부산물로 이루어진다. 오물 슬러지가 페이퍼 섬유 보다도 보강된 피복을 생성시키는데 사용될 수 있다.

이하 핀 믹서를 사용하여 본 발명의 고형담체(종자 확립 피복)를 제조하는 방법에 대한 실시예를 기재한다.

실시예

핀 믹서:

핀 믹서에서, 고정 실리더형 쉘내에 고속 중심 로터 샤프트상에 설치된 방사상 연장 핀이 물질 및 스프레이된 액체 결합제에 진탕력을 전달하는 경우에 응집이 발생된다. 이는 전마 운동을 유발시켜 치밀화시킨다.

핀 배열:

몇 가지 상이한 형태의 핀이 피복을 생성시키는 최상의 핀 배열을 위해서 시험하였다. 이중 나선 핀 배열이 둥글며 보다 균일한 펠릿을 생성시켰다. 내부 케이싱 길이 및 직경은 각각 23인치 및 6 인치였다. 샤프트 및 핀의 치수는 2-인치 직경 샤프트 및 2-인치 길리 핀을 포함한다. 속도(RPM)를 변화시키면 펠릿 크기에 영향을 준다는 결론을 얻었다. 속도를 증가시키면 입자 크기가 감소된다. 핀 믹서를 650RPM으로 설정하면 대부분 최종 크기(-6, +16) 제품으로 구성된 제품이 생산된다는 것을 발견하였다. 물질은 쉘을 형성시키지만, 이의 전류량은 증가하지 않았다. 핀 믹서를 통해서 피복가 용이하게 응집되었고, 배출된 제품은 크기 및 모양에 있어서 균일하였다.

체류 시간:

피복의 체류 시간을 측정하기 위해서 시험을 수행하였다. 물질은 2초에서 배출되기 시작하였고, 23초에서 종결되었다. 물질의 대부분은 8초가 소요되었다. 작은 입자는 짧은 체류시간이 소요되지만 큰 입자는 장시간이 소요된다.

핀 믹서: 물질 공급 속도

분쇄된 습윤 페이퍼:

습윤 페이퍼를 33 lbs(14.9688kg)/hr로 가하지만, 생성물은 균일하지 않았고 둥글지 않았으며, 그래서 공급물은 200 lbs(90.72kg)./hr로 감소시켰다. 균일한 생성물을 이러한 속도에서 얻었다. 200 lbs(90.72kg)/hr의 속도를 이용하는 것이 바람직하지만, 200 (90.72kg)내지 300 lbs(136.08kg)/hr의 속도가 또한 허용될 수 있다. 습윤 페이퍼는 그크루 공급기에서 브릿징되었다. 3" 급지기가 가장 적합하였다.

PAM:

PAM을 6 lbs(2.7216kg)/hr의 건식 과립 속도로 핀 믹서에 가하였다. PAM을 피복 과립으로 성공적으로 함침시키면서 균일한 생성물을 상기 속도에서 얻었다.

물:

첨가된 36 lbs(16.3296kg)/hr의 물을 핀 믹서내로 계량하였다. 페이퍼중의 수분 백분율은 52.3%였다. 200 lbs(90.72kg)/hr의 습윤 슬러지가 핀 믹서에 계량되는 경우 전체 140.6 lbs(63.776kg)/hr의 수분이 도입된다.

NPK:

질소 인 칼륨 보강제를 핀에 28 lbs(12.700kg)/hr의 속도로 가하였다. 진동 공급기가 그러한 저속으로 공급하는데 요구되었다. 비료는 공급 호퍼에 첨가되기 전에 선별되어야 한다.

코팅 드럼 습윤 피복 펠릿:

습윤 피복 펠릿을 회전 드럼에 수작업으로 공급하였다. 드럼은 저속 또는 고속 공급 속도에 명백한 문제가 없었다. 회전 건조기를 코팅 드럼 공급 속도로 제한하였다. 대부분(>90%)의 응집이 핀 믹서에서 발생되었다. 코팅 드럼내로 넣은 물질은 펠릿의 형태이기 때문에, 물질은 용이하게 회전했다.

건조기:

입구 및 출구 공기 온도를 각각 100 ℉ 및 180 ℉(37.77778 ℃ 및 82.22222℃)였다. 이러한 설정에서의 샘플은 150 내지 175℉( 65.55556℃ 내지 79.44444℃)범위의 물질 출구 온도 및 2.5%의 수분 함량을 나타냈다.

시브 분석(Sieve Analysis):

시브 분석을 스크린을 사용하여 수행하였다. 최종 크기는 6 내지 16 메시(mesh)였다. 3 시간 연속 작동으로 생산하고 건조하고 선별하였다. 그 결과 전체 300 lbs(136.08kg)의 물질, 206 lbs(93.4416kg)의 크기(68.7%), 53 lbs(24.0408kg), 언더-사이즈(under-size) (17.7%), 및 41 lbs(18.5976), 오버-사이즈(over-size) (13.7%)를 얻었다.

*피복을 통상의 살포기로 적용시켰다. 바람직한 적용 속도가 설정되었으며 1과 1/2 인치 개방시에 달성되었다. 생성물을 바람직한 적용 속도인 50 lbs(22.68kg)/1,000(30480.06) sq. ft(cm).의 속도로 적용시켰다.

실시예 2

실험실 시험을 수행하여 43 대 1의 비로 비료 과립(DAP)에 PAM을 함침시켰다. 원료를 정확하게 측정하고 계량된 건조 PAM 입자와 함께 암모이아발생기-과립화기내로 공급하였다. 과립화기는 최종 고형 담체를 성공적으로 응집시켰다. 고형 담체을 이어서 건조시키고 크기를 선별하였다. 고형 담체를 이어서 통상의 적하 살포기가 있는 터프 스탠드(turf stand)에 계량하였다. 물을 가한 후에 고형 담체를 정확한 양의 양분 및 PAM을 터프 스탠드에 성공적으로 전달하였다.

Claims

폴리아크릴아미드 (PAM)을 토양에 적용시키는 방법으로서,
수용성 PAM을 고형 담체에 함침시키거나 적용시키고,
고형 담체로부터 PAM을 물과 함께 토양으로 방출시키고,
PAM을 상기 토양에 결합시키는 단계들을 포함하며,
상기 토양으로의 고형 담체의 시용량 (application rate)은 상기 토양에서 요구되는 PAM의 측량될 양과 관련됨을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 고형 담체가 살포기를 통해서 토양에 적용됨을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 물이 빗물임을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 PAM이 응집제, 침전제 또는 이 둘 모두로서 작용함을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 PAM이 건조 과립 또는 에멀션화된 상태로 존재함을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 비료, 토양 개량제 또는 이 둘의 조합물을 상기 고형 담체에 첨가하는 것을 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 고형 담체가 섬유 물질, 종자, 짚 및 PAM으로 사전 처리된 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하며;
상기 PAM으로 사전 처리된 물질은 선광, 석유 생산, 제지, 수처리 및 식품 가공으로부터의 물질을 포함하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 고형 담체가 질소, 인 및 칼륨으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 살충제 또는 제초제를 상기 고형 담체에 첨가하는 것을 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 고형 담체가 종자 및 피복 (mulch) 또는 침식 매트를 포함하는 침식 조절 BMP임을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 PAM이 음이온성임을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 PAM이 토양에서 세균의 침출 및 유출을 감소시키거나, 토양내의 토양 매개 질환을 감소시키거나, 살충제, 제초제 또는 비료의 침출을 감소시킴을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 고형 담체가 과립, 압출 펠릿, 직포 매트, 플레이크 , 성형 베일(formed bale) 또는 이들의 조합물의 형태임을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 PAM이 토양으로의 물의 침투를 증진시켜 물을 흡수하는 토양을 기능을 증진시키거나; 상기 토양에 요구되는 물의 양 또는 빈도를 감소시키거나; 토양에서 크러스트억제제(anticrusting agent)로서 작용하거나; 토양을 정위에 고정시키고 토양을 함께 이온적으로 결합시켜 입자 크기를 증가시킴으로서 침식력을 조정함을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 고형 담체가 비료를 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 고형 담체가 동물 분뇨를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 고형 담체가 황산알루미늄, 산화칼슘 또는 이들 둘 모두를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
폴리아크릴아미드 (PAM)를 토양에 적용시키는 방법으로서,
수용성 PAM을 고형 담체에 함침시키거나 적용시키고;
상기 고형 담체를 토양에 적용시키고;
상기 고형 담체에 물을 적용시키고;
상기 고형 담체로부터 상기 PAM을 토양으로 방출시키고;
상기 PAM을 상기 토양에 결합시키는 단계들을 포함하며,
상기 토양으로의 고형 담체의 시용량은 상기 토양에서 요구되는 PAM의 측량될 양과 관련됨을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 고형 담체가 개량제, 토양 조절제 및 폐기물로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함함을 특징으로 하는 방법.
폴리아크릴아미드 (PAM)를 토양에 적용시키는 방법으로서,
수용성 PAM을 고형 담체에 함침시키거나 적용시키고;
상기 고형 담체를 토양에 적용시키고;
상기 고형 담체에 물을 적용시키고;
상기 고형 담체로부터 상기 PAM을 토양으로 방출시키고;
상기 PAM을 상기 토양에 결합시키는 단계들을 포함하며,
상기 토양으로의 고형 담체의 시용량은 상기 토양에서 요구되는 PAM의 측량될 양과 관련되며, 상기 고형 담체가 응집체임을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 고형 담체가 진탕 공정, 가압 공정, 액체 공정 및 열 공정을 포함하는 크기 축소 또는 응집화 공정에 의해 제조되며;
상기 진탕 공정은 텀블링 (tumbling), 혼합, 과립화, 펠릿화 (pelletizing), 볼링, 컨디셔닝 및 인스턴트화 (instantizing)로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하며;
상기 가압 공정은 괴성화(briquetting), 콤팩팅, 압출, 펠릿 (pelleting), 모울딩, 정제화 (tabletting) 및 등압 프레싱 (isotatic pressing)으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하며;
상기 액체 공정은 스프레이 건조, 스프레이 과립화, 유동층 과립화, 프릴링(prilling), 액체 매질중의 응집, 오일응집 및 구체화(globulation)로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하며;
상기 열 공정은 소결, 경화, 노듈화(nodulizing), 하소, 건조/고형화, 부분적 가스화/탄화 및 플레이킹(flaking)으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함함을 특징으로 하는 방법.
고형 담체 및 수용성 폴리아크릴아미드 (PAM)을 포함하는, 토양에 PAM을 적용시키는데 사용되는 전달 기기로서,
상기 고형 담체가 진탕, 가압, 액체 및 열을 포함하는 크기 축소 또는 응집화 공정에 의해 제조되며;
상기 토양으로의 고형 담체의 시용량은 상기 토양에서 요구되는 PAM의 측량될 양과 관련되며;
상기 수용성 PAM은 상기 토양에 결합함을 특징으로 하는 전달 기기.
폴리아크릴아미드 (PAM)을 토양에 적용시키는 방법으로서,
수용성 PAM을 고형 담체에 함침시키거나 적용시키고,
상기 고형 담체로부터 상기 PAM을 물과 함께 토양으로 방출시키고,
상기 PAM을 상기 토양에 결합시키는 단계들을 포함하며;
상기 고형 담체는 섬유 물질을 포함하며;
상기 토양으로의 고형 담체의 시용량은 상기 토양에서 요구되는 PAM의 측량될 양과 관련됨을 특징으로 하는 방법.
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