환경오염을 크게 나누면 대기환경오염, 수질환경오염, 토양환경오염, 폐기물, 유해화학물질로 분류될 수 있다. 이중에서 수질 및 토양환경오염의 주원인은 농약 등의 다량 사용에 의한 것이 주 원인이다. 그러나 인구증가에 따른 식량생산 증가는 필연적이며 이에 따른 농업생태계는 보다 빠른 작물의 성장과 병충해로부터 작물의 피해를 극소화시키기 위하여 노력하다보니 부가적인 농약 등에 더 많이 의존하는 현상이 발생하게 되었다. 특히 우리나라에서 사용하고 있는 농약은 주성분 기준으로 727종이고 단위면적당 사용량은 60년도(0.4kg/ha), 70년도(1.4kg/ha), 80년도(4.5kg/ha), 90년도(12.9kg/ha)로 사용량이 기하급수적으로 늘어나고 있으며 외국의 사용량(일본:3.8kg/ha, 미국:3.1kg/ha, 독일 :2.6kg/ha; 80년도)과 비교하여도 훨씬 많은 양을 사용하고 있어 환경에 직접적으로 악영향을 주고 있다.

이러한 농약 등의 과다 사용에 의한 수질 및 토양오염을 방지하고자 많은 노력을 기울이고 있으나 우리나라의 기후특성에 의한 농약의 과다 살포를 방지하기에는 역부족으로 보인다. 특히, 여름철 비가 많이 내리는 기후 때문에 작물재배시 살포되는 농약 등이 살포직후 비로 인하여 유실되어버리면 농민들은 병충해 방지를 위하여 다시 농약을 살포하지 않을 수 없는 현상이 발생하게 되어 과다 살포된 농약은 토양 속으로 스며들어 지하수 및 토양 오염을 발생시키거나 강으로 흘러들어 수질 오염을 발생시키며, 아울러 농약을 필요 이상으로 사용하게 되어 농민들은 경제적으로 큰 손실을 입게 된다.

 

따라서 본 연구에서는 잔류활성이 개선되고, 사용간격이 길어짐에 따라 사용량이 줄어들고, 환경상(빛, 공기, 습도, 미생물 등)에서 활성 물질이 안전하게 조절되고, 원제의 휘발 및 비산이 없어 사람 및 포유동물에 대한 독성이 감소하고, 포장, 저장 및 수송이 용이한 새로운 농약 제형을 개발하여 농약의 과다 사용을 방지함으로서 수질 및 토양환경오염을 감소시킬 수 있는 새로운 방법을 모색하고자 농약용출속도조절용 제형 소재로 미세중공구(Hollow Microsphere)를 제안하게 되었다. 미세중공구는 내부가 비어 있는 마이크로 크기의 입자로 내부에 농약을 함침 시킨 후 살포하면 비 혹은 빛에 의한 영향 없이 농약이 서서히 용출하게 되서 농약 원제의 과다 사용을 막을 수 있다. 결과적으로 농민들이 다시 농약을 살포하지 않게 되어 수질 및 토양환경오염을 예방할 수 있으며 농가의 경제적 손실도 줄일 수 있는 새로운 농약용출조절용 제형소재가 개발된다.

본 연구의 핵심 재료가 되는 실리카 중공 미세구 제조 조건 최적화, 실리카 중공 미세구의 두께 조절 조건 최적화, 실리카 중공 미세구 최적 사입량 결정, 처방에 따른 약효, 처방에 따른 약효발현기간 시험, 용출조절형 제형의 처방확립, 시제품 생산, 상업화 제품의 규격화 등을 연구한 결과 다음과 같은 성과를 얻었다.

1. 균일한 크기의 고분자 미세구를 Dispersion Polymerization에 의해 제조하고 이에 TEOS의 가수분해와 축합반응에 의해 생성되는 실리카 미립자를 코팅한 후 내부에 존재하는 고분자 핵을 제거하여 농약용출조절용 제형 소재로 사용할 실리카 중공 미세구를 제조하였다.

2. 실리카 중공 미세구의 크기 및 입도 분포는 핵으로 사용되는 고분자 미세구에 가장 큰 영향을 받으며 이의 공정변수인 교반속도, 계면활성제의 사용량 및 초음파 처리 시간 등이 증가할수록 크기는 감소하며, 계면활성제를 조절하는 방법으로 입도 분포는 1% 이내임을 확인하였다.

3. 농약 용출속도에 가장 크게 영향을 주는 요인인 실리카 중공