살충제 제형 내 분산제 – 기능 및 중요성

살충제 제형은 다양한 물리적 형태를 가지고 있습니다. 그중 일부는 현탁 농축액 ( SC) 입니다. 이는 고체 형태의 불용성 활성 물질이 물에 현탁되고 다른 첨가제에 의해 지지되는 액체 제품입니다. 분무기에 넣으면 분산되어 분무에 적합한 안정적이고 균일한 현탁액을 형성합니다. ^[1]

또 다른 유형의 제형 은 오일 분산액(OD) 입니다. 이 제형은 물을 포함하지 않으며, 연속상은 일반적으로 활성 성분이 용해되지 않고 분산만 되는 오일입니다. 이 제형의 특성상 제형을 안정화하는 비수성 분산제와 분무액의 적절한 품질을 보장하는 수성 분산제를 모두 사용해야 합니다. ^[2]

현탁액과 유화액이 결합된 농축 현탁유화액(SE) 은 상당히 흥미로운 제형입니다. 이는 서로 다른 물리화학적 특성을 가진 살충제 물질, 예를 들어 유기 용매에 용해되는 물질과 유기 용매 및 물 모두에 용해되지 않는 물질을 결합할 수 있도록 하는 제형 유형 중 하나입니다. 이러한 유형의 제형은 내장된 보조제로서 오일이 함유되어 있기 때문에 ^{SC(고체상)} 보다 효과적입니다. 이러한 유형의 제형에서 계면활성제는 현탁액을 분산시키는 능력뿐만 아니라 오일 상을 유화시키는 능력 때문에 선택되는 경우가 많습니다. 물론, 수용성 분말(SP), 수용성 과립 ( SG), 수용액 현탁액 제조용 분말( 습윤성 분말, WP), 수용액 현탁액 제조용 과립(수분 산성 과립, WG)과 같은 느슨한 제형도 간과할 수 없습니다 . 이러한 유형 의 제형 또한 WP 및 수분산성 과립( WG) 의 사용을 필요로 합니다 . 이러한 제형은 또한 용해를 촉진하거나 분무액 내 활성 성분의 적절한 분산을 보장하기 위해 분산제를 사용해야 합니다 ^{. [ 4, 5]} .

액상 살충제 제형은 높은 생물학적 효능, 저렴한 비용 및 안전성을 포함한 여러 가지 장점을 가지고 있습니다. 그러나 이러한 제형은 열역학적으로 불안정한 시스템이며 입자의 응집 또는 응결이 발생하기 쉽고, 부분적으로 수용성인 물질의 경우 오스트발트 숙성(Ostwald ripening)이 발생하기도 합니다. 결과적으로 이는 침전을 유발하고 용기 바닥에 단단한 침전물( 케이크) 을 형성하며, 용매의 상층부가 분리되는 현상( 상층 분리 ) 을 초래합니다. 이러한 제형에서 흔히 발생하는 또 다른 문제는 완제품 분무액 내 현탁액의 안정성 부족으로 인한 침전이며, 결과적으로 식물에 물질이 전달되지 못하는 것입니다. 적절한 분산제를 사용하면 이러한 문제들이 해결됩니다 ^{[ 1, 2, 3]} .

살충제 제형에서 분산제의 중요성

분산제 는 액상 및 고체 살충제 제형 모두에 필수적입니다. 분산제는 제형의 응집, 침전 및 분리를 방지하고, 물로 희석한 후 제품을 적절히 분산시켜 생성된 분산액을 안정화합니다. 또한 오스트발트 숙성 현상을 방지할 수 있습니다. 이 현상은 온도 변화에 따라 발생하며, 고온에서는 작은 결정이 더 빨리 용해되고 저온에서는 큰 결정이 재결정화되는 현상입니다. 결과적으로 전체 입자 크기 분포가 변화하여 대부분의 결정 크기가 10µm를 초과하게 됩니다. 분산제는 이러한 큰 결정을 더 이상 잡아둘 수 없게 되어 침전 및 박리가 발생합니다. 이러한 효과는 적절한 이온성 및 비이온성 분산제 시스템을 선택함으로써 억제할 수 있습니다. 분산제는 결정에 장벽을 형성하여 용액에 용해되는 것을 방지합니다. ^{[ 1, 6]} .

분무액으로 사용되는 현탁액은 충분한 안정성을 가져야 합니다. 즉, 분산된 입자가 너무 빨리 바닥에 침전되지 않아야 합니다. 그렇지 않으면 분무 시 전체 물질이 작물에 고르게 분산되지 않고 일부만 분무기 바닥에 침전됩니다. 현탁액의 안정성이 좋지 않으면 펌프가 갑자기 너무 많은 침전물을 빨아들여 분무 노즐이 막힐 수도 있습니다. 적절하게 선택된 분산제 또는 분산제 조합은 이러한 문제를 방지합니다 ^{. [ 1, 6]} .

혼합 중 분산 속도 또한 중요합니다. 현탁액 및 분말 제형은 분무액 제조에 사용되는 전체 부피의 물에 빠르게 분산되어야 합니다. 부적절한 분산제를 사용하면 제형을 물에 첨가할 때 혼합하기 어려운 덩어리(첨가물)가 형성되는 것을 종종 관찰할 수 있습니다. 이러한 덩어리는 일반적으로 혼합 시간이 훨씬 더 오래 걸리고, 제대로 혼합되지 않으면 분무 노즐을 막히게 할 수도 있습니다. ^{[ 4, 5]} .

분산제의 작용 메커니즘

대부분의 분산제는 다양한 작용기를 가진 비교적 크고 복잡한 분자입니다. 효과적으로 분산시키기 위해서는 분자가 먼저 현탁 입자의 표면에 "고정", 즉 흡착되어야 하며, 이는 이러한 목적을 위해 설계된 작용기를 통해 이루어집니다. 물질의 구조와 결정 구조에 따라 표면은 소수성 또는 친수성 등 다양한 특성을 가집니다. 따라서 소수성 물질용 분산제는 일반적으로 알킬 및/또는 아릴기를 가지고 있으며, 친수성 물질용 분산제는 하이드록실기, 카르복실기, 카르보닐기, 아미노기 및/또는 아미드기를 가지고 있습니다. 분산제 분자가 물질 표면에 고정되면 나머지 작용기 ^를 이용하여 현탁액을 적절하게 분산시키기 시작합니다. 이온기를 포함하는 수용성 분산제의 경우, 계면 경계에서 일어나는 전기화학적 과정으로 인해 정전기적 반발력이 발생합니다. 수용액 환경에서 이온 그룹은 해리되어 양전하를 띤 양이온과 음전하를 띤 음이온으로 분해됩니다. 또한, 음이온성 분산제의 경우, 음이온 그룹은 분산제 분자에 결합되어 있어 이동성이 없으며, 양이온성 분산제의 경우에도 마찬가지입니다. 흡착된 분산제 분자 층은 입자 표면에 전하를 생성하여 소위 이중 전기층을 형성합니다. 동일한 이중 전기층을 가진 입자들이 서로 가까워지면 정전기적으로 반발합니다. 입자 표면의 분산제 분자는 입자들이 다시 서로 달라붙는 것을 방지하고 콜로이드 안정성을 보장하는 층을 형성합니다. 분산 효과는 제타 전위로 나타낼 수 있는데, 제타 전위 는 입자(분산제 층 포함)와 확산층 사이의 전위차를 나타내는 매개변수입니다. 제타 전위는 전기영동법, 전기음향법 또는 유동법을 사용하여 측정합니다. 제타 전위는 매질의 전기영동 이동도, 점도 및 전기 전도도의 영향을 받습니다. ^분산제는 또한 공간적 반발 또는 입체적 반발 현상을 이용합니다. 이는 분산제 분자로 덮인 입자 사이에 물리적 장벽이 생성됨으로써 발생합니다. 공간적 반발은 구조에 긴 사슬(일반적으로 고분자)을 가진 분산제의 특징이며, 이러한 사슬은 흔히 "꼬리"라고 불리며 입자의 응집을 방지합니다. 이러한 사슬은 일반적으로 물에 잘 용해되는 물질, 예를 들어 에틸렌 옥사이드 또는 아크릴산 ^으로 구성됩니다. 이온에 매우 민감한 OD 오일 현탁액용 비수성 분산제는 주로 공간적 반발에 기반합니다. 그러나 수성 분산제의 경우 공간적 반발은 정전기적 반발을 이상적으로 보완하여 이러한 분산제의 뛰어난 효율성을 나타냅니다. 이러한 이유로 이 분산제는 "정전기적" ^분산제 라고도 불립니다. 현탁액을 더욱 안정화하고 정전기적 분산제의 성능을 향상시키기 위해, 시스템에 공분산제를 첨가하는데, 이는 주로 중간 분자량의 선형 또는 분지형 EO/PO 중합체입니다. 공분산제 분자는 여러 가지 방식으로 주 분산제의 작용을 보조합니다. 질량과 구조로 인해 습윤성을 나타내고, 시스템의 극성과 이온 강도를 조절하며, 이동성이 더 높고 일반적으로 용액 내에 남아 있습니다. 일부 공분산제 분자는 과립 표면에 흡착되어 장벽을 더욱 밀봉할 수 있습니다. 또한, 용액 내의 공분산제 분자는 과립에 침착된 분산제 분자와 상호 작용하여 현탁액을 안정화합니다 ^.

PCC Exol 포트폴리오의 살충제 제형에 사용되는 분산제

살충제 제형은 종류에 따라 화학 구조가 다른 다양한 분산제를 사용합니다. PCC Exol 다양한 분산제 및 보조 분산제를 제공함으로써 살충제 제형 제조업체의 기대를 충족합니다. 가장 중요한 몇 가지 그룹은 아래에 소개하고 설명합니다.

• EO/PO 공중합체 " ROKAmer 시리즈 " 는 가장 단순한 화합물 그룹으로, 분산제로 자주 사용됩니다. 알콕시화 반응의 초기 분자인 "스타터"에 따라 구조는 분지형(ROKAmer G 또는 NP) 또는 선형(ROKAmer R 또는 PP)일 수 있습니다. 이는 중합에 참여하는 OH기의 수에 따라 결정됩니다. 이러한 공중합체의 분자량은 일반적으로 3,000~8,000 Da이며, 에틸렌 옥사이드 함량은 요구되는 HLB에 따라 20~80%입니다. 공중합체의 구조는 블록형(예: ROKAmer 6500 ), 랜덤형 또는 혼합형(예: ROKAmer B4000)일 수 있습니다. 블록 구조는 입자 표면에 잘 흡착되고 랜덤 구조는 낮은 발포성과 낮은 융점을 제공하기 때문에 혼합형 구조에서 가장 우수한 물성을 나타냅니다. EO/PO 공중합체는 또한 습윤 특성을 나타내므로 수계 시스템에서 습윤제로 자주 사용됩니다. ^{[ 8]} .
• 에톡실화 식물성 오일 및 당류(" ROKAcet R , ROKAcet OR,ROKwin 및 ROKwinol 시리즈 ") 는 대부분 가지형 구조와 유성 점성을 갖는 화합물입니다. 또한 구조를 더욱 확장하고 HLB 값을 낮추기 위해 지방산으로 에스테르화되는 경우도 많습니다(ROKAcet OR). 이러한 화합물은 OD 오일 현탁액에서 비수성 분산제로 자주 사용됩니다. 적절한 현탁액 안정성을 보장하는 것 외에도 분무액 제조 과정에서 오일 상을 매우 잘 유화시킵니다. 이들은 자연적으로 발생하는 화합물이며 생분해가 용이하고 환경에 무해하여 녹색 화학의 원칙에 부합합니다. 미생물에 독성 영향 ^을 미치지 않으므로 바실러스 또는 트리코더마 기반 생물 살충제에 널리 사용됩니다.
• 황산염 " SULFOROKAnol 시리즈 " 는 일반적으로 분자량이 1000~2000 Da인 알콕실화 황산 알코올로, 작은 분자에도 불구하고 정전기적 반발력과 공간적 반발력을 결합하여 분산성을 나타냅니다. 대부분의 경우, 이들은 이소트리데카놀( SULFOROKAnol IT2030 ) 또는 트리스티릴페놀(SULFOROKAnol TSP95)과 같이 상당히 분지된 구조를 가진 알코올이며, 이러한 구조 덕분에 해당 그룹에 의해 쉽게 고정되고 하전된 황산염 그룹으로 끝나는 긴 EO/PO 사슬에 의해 분산됩니다. 이들은 대부분 나트륨, 칼륨, 암모늄 또는 기타 염의 형태로 존재합니다. 이러한 분산제는 ^수성 제형에 널리 사용됩니다.
• 인산 에스테르 " EXOfos 시리즈 " 는 황산염과 마찬가지로 알콕시화 알코올을 고정기로 사용합니다. 인산기는 디에스테르 및 트리에스테르 생성을 가능하게 하여 분자량을 크게 증가시키고 구조를 확장시켜 분산 효율을 향상시킵니다. 이러한 화합물은 소수성 물질과 친수성 물질 모두에 대한 분산제로 사용될 수 있습니다. 친수성 물질은 하이드록실기 또는 아미노기를 통해 EXOfos 의 인산기와 상호작용하여 수소 결합 또는 배위 결합을 형성합니다. 결과적으로, 인산기(매우 우수한 전자 공여체)는 물질 표면에 고정되고, 여기에 결합된 지방 알코올 또는 EO/PO 공중합체는 입체적 보호막을 형성하여 입자 응집을 방지합니다. 이러한 특성으로 인해 인산 에스테르는 황산염보다 분산제로서 더 큰 잠재력을 지닙니다. 또한, 인산 에스테르는 필요에 따라 다양한 염으로 중화될 수 있습니다. 가장 인기 있는 것은 칼륨염(EXOfos PT-K25 및 PT-K60)과 트리에탄올아민염( EXOfos PT-A 및 PT-A75 ⁾ 입니다.
• 나프탈렌 유도체 "Rodys 시리즈 " 는 주로 알킬나프탈렌술폰산과 포름알데히드(ANS)의 축합물로, 중간 분자량을 가지며 나트륨 또는 칼륨염 형태로 존재합니다. 이들은 매우 효율적인 전기적 입체 분산제로, 단 1%의 농도에서도 수용액 현탁액을 충분히 안정화시킬 수 있습니다. 또한, 현탁액의 유동성 개선에도 매우 효과적입니다. 알킬 사슬 덕분에 물질 표면에 잘 고정되어 소수성 물질에 주로 사용됩니다. 나프탈렌술폰산과 포름알데히드(NSF)의 축합물도 중간 분자량을 가지며 나트륨 또는 칼륨염 형태로 존재하지만, 로디스 시리즈만큼 효과적이지는 않고 일반적으로 더 높은 농도가 필요합니다. 이들은 분말 및 과립 제형뿐만 아니라 수용액 현탁액에도 쉽게 사용할 수 있습니다. 이러한 분산제의 단점은 생분해성이 낮고 환경에 부정적인 영향을 미친다는 것입니다. 이러한 이유로 리그닌 유도체 또는 폴리카르복시에테르 ^를 기반으로 하는 분산제로 점차 대체되고 있습니다.
• 리그닌 유도체 는 주로 아황산 펄프 생산 공정에서 부산물로 생성되는 리그노술폰산염입니다. 이들은 소수성 아릴 및 알킬기와 친수성 술폰산염기를 모두 포함하는 상당히 복잡한 구조를 가지고 있습니다. 또한, 특성을 개선하기 위해 변형될 수도 있습니다. 리그노술폰산염은 특히 분말 또는 과립 제형에서 수분산제로 사용됩니다. 그러나 나프탈렌 유도체만큼 효과적이지는 않으며, 그 효과는 리그닌의 원료와 품질에 크게 영향을 받습니다. 그럼에도 불구하고, 리그노술폰산염은 훨씬 더 환경 친화적이며 생분해가 용이합니다.
• 폴리카르복실 산 에테르(PCE) "EXOdis AG-13" 은 아크릴산, 메타크릴산, 말레산 또는 스티렌 단량체로 구성된 주 사슬에 긴 폴리에테르 사슬이 부착된 공중합체입니다. 별 모양 구조를 가진 이 공중합체는 매우 효과적인 분산성을 가지며, 주 사슬은 물질 입자의 표면에 고정되고 부착된 폴리에테르 조각은 입체적으로 분산됩니다. 사용된 단량체에 따라 이러한 분산제는 각 단량체의 비율에 따라 소수성 물질(메타크릴산, 스티렌) 또는 친수성 물질(아크릴산)에 적합할 수 있습니다. PCE는 일반적으로 수성 현탁액 농축액으로 사용됩니다. 이러한 공중합체는 나프탈렌 유도체보다 생분해성이 훨씬 뛰어나고 환경에 덜 해롭습니다. 그러나 중합 공정 자체는 특별한 조건과 제어가 필요하므로 더 어렵고 비용이 ^많이 듭니다.

요약하자면, 시장에는 다양한 분산제가 있으며, 수성 현탁액, 유성 현탁액, 분말 또는 과립 형태의 살충제 제형 제조업체의 요구를 충족하기 위해 새로운 분산제가 끊임없이 개발되고 있습니다. 환경과 소비자에게 안전한 천연 분산제 개발 추세가 증가함에 따라 제조업체는 새로운 과제에 직면하고 있습니다. 천연 대체제를 개발하여 기존 분산제의 효과와 가격 경쟁력을 동시에 확보하는 것은 항상 쉬운 일은 아닙니다.