Bahan penyebar dalam formulasi racun perosak – fungsi dan kepentingannya

Formulasi racun perosak datang dalam pelbagai bentuk fizikal. Sebahagian daripadanya adalah pekat suspensi ( SC) . Ia membentuk produk cecair di mana bahan aktif pepejal yang tidak larut digantung di dalam air dan disokong oleh bahan tambahan lain. Apabila ditambah ke dalam penyembur, ia tersebar untuk membentuk suspensi yang stabil dan homogen untuk penyemburan ^[1] .

Satu lagi jenis formulasi ialah penyebaran minyak (OD) . Formulasi ini tidak mengandungi air, dan fasa berterusan biasanya minyak di mana bahan aktif tidak larut tetapi hanya tersebar. Sifat formulasi ini memerlukan penggunaan kedua-dua dispersan bukan akueus, yang menstabilkan formulasi, dan dispersan akueus, yang memastikan kualiti cecair semburan ^[2] yang sesuai.

Formulasi yang agak menarik ialah suspoemulsi pekat (SE) , yang merupakan gabungan suspensi dan emulsi. Ia merupakan salah satu jenis formulasi yang membolehkan bahan racun perosak dengan sifat fizikokimia yang berbeza digabungkan, contohnya bahan yang larut dalam pelarut organik dengan bahan yang tidak larut dalam pelarut organik dan air. Formulasi jenis ini lebih berkesan daripada SC kerana kehadiran minyak sebagai bahan tambahan terbina dalam. Dalam formulasi jenis ini, surfaktan sering dipilih bukan sahaja kerana keupayaannya untuk menyebarkan ampaian, tetapi juga kerana keupayaannya untuk mengemulsikan fasa minyak ^[3] .

Sudah tentu, kita tidak boleh mengabaikan formulasi longgar seperti: serbuk larut air (SP), granul larut air ( SG), serbuk untuk menyediakan ampaian dalam air ( serbuk basah, WP), dan granul untuk menyediakan ampaian dalam air ( granul larut air, WG) . Formulasi jenis ini juga memerlukan penggunaan WP), dan granul larut air ( WG) . Formulasi jenis ini juga memerlukan penggunaan dispersan untuk mempercepat pembubaran atau memastikan penyebaran bahan aktif yang mencukupi dalam cecair semburan ^{[ 4, 5]} .

Formulasi racun perosak cecair mempunyai beberapa kelebihan, termasuk bioefikasi yang tinggi, kos rendah dan keselamatan. Walau bagaimanapun, ia adalah sistem yang tidak stabil secara termodinamik dan tertakluk kepada aglomerasi atau penggumpalan zarah, dan kadangkala, dalam kes bahan yang larut dalam air separa, pematangan Ostwald berlaku. Akibatnya, ini menyebabkan pemendapan dan pembentukan sedimen padat di bahagian bawah bekas ( kek) dan membawa kepada pemisahan lapisan atas pelarut ( pembersihan atas ) . Masalah biasa dalam formulasi jenis ini juga ialah kestabilan suspensi dalam cecair semburan siap, yang membawa kepada pemendapan dan, akibatnya, kegagalan untuk menghantar bahan tersebut ke tumbuhan. Penggunaan dispersan yang sesuai menghapuskan masalah ini ^{[ 1, 2, 3]} .

Kepentingan dispersan dalam formulasi racun perosak

Penggunaan dispersan adalah penting dalam kedua-dua formulasi racun perosak cecair dan pepejal. Ia menghalang penggumpalan, pengagregatan, pemendapan dan pemisahan formulasi, dan juga menyebarkan produk dengan betul selepas pencairan dengan air dan menstabilkan penyebaran yang terhasil. Ia juga boleh menghalang pematangan Ostwald. Kesan ini bergantung pada amplitud suhu dan terdiri daripada pembubaran kristal yang lebih kecil dengan lebih cepat pada suhu yang lebih tinggi dan penghabluran semula pada kristal yang lebih besar pada suhu yang lebih rendah. Akibatnya, keseluruhan taburan saiz zarah berubah, dengan kebanyakan kristal melebihi saiz 10 µm. Dispersan tidak lagi dapat memegang kristal besar sedemikian, yang membawa kepada pemendapan dan penyingkiran. Kesan ini boleh dihalang dengan memilih sistem dispersan ionik dan bukan ionik yang sesuai, yang akan membentuk penghalang pada kristal dan menghalangnya daripada larut dalam larutan ^{[ 1, 6]} .

Suspensi yang digunakan sebagai cecair semburan mesti mempunyai kestabilan yang mencukupi, yang bermaksud zarah yang tersebar tidak boleh mendap terlalu cepat ke dasar. Jika tidak, keseluruhan bahan tidak akan diagihkan secara sekata ke atas tanaman semasa penyemburan, tetapi hanya sebahagian daripadanya akan mendap di bahagian bawah penyembur. Kestabilan ampaian yang lemah juga boleh menyumbang kepada penyumbatan muncung semburan jika terlalu banyak sedimen tiba-tiba ditarik masuk oleh pam. Penyebar atau gabungan penyebar yang dipilih dengan betul menghalang masalah ini ^{[ 1, 6]} .

Kelajuan penyebaran semasa pencampuran adalah sama pentingnya. Formula ampaian dan serbuk harus tersebar dengan cepat ke seluruh isipadu air yang digunakan untuk menyediakan cecair semburan. Dengan penyebar yang tidak sesuai, selalunya pembentukan serpihan yang sukar dicampur (serupa dengan ketulan) dapat diperhatikan semasa menambah formulasi ke dalam air. Ini biasanya memerlukan masa pencampuran yang lebih lama dan, jika tidak dicampur dengan betul, juga akan menyumbat muncung semburan ^{[ 4, 5]} .

Mekanisme tindakan penyebar

Kebanyakan dispersan adalah molekul yang agak besar dan kompleks dengan pelbagai kumpulan berfungsi. Untuk tersebar dengan berkesan, molekul tersebut mesti terlebih dahulu "menambat" dirinya sendiri, iaitu menjerap ke permukaan zarah terampai, dan ia mencapai matlamat ini melalui kumpulan berfungsi yang direka untuk tujuan ini. Bergantung pada bahan, ia mempunyai permukaan yang berbeza, lebih kurang hidrofobik atau hidrofilik, bergantung pada struktur dan struktur kristalnya. Oleh itu, dispersan untuk bahan hidrofobik biasanya dilengkapi dengan kumpulan alkil dan/atau aril, manakala dispersan untuk bahan hidrofilik dilengkapi dengan kumpulan hidroksil, karboksil, karbonil, amino dan/atau amida. Sebaik sahaja molekul dispersan menambat diri pada permukaan bahan, ia mula menyebarkan ampaian dengan cara yang sesuai menggunakan kumpulan berfungsi yang tinggal ^[7] .

Dalam kes dispersan akueus yang mengandungi kumpulan ionik, tolakan elektrostatik berlaku akibat proses elektrokimia yang berlaku di sempadan antara muka. Kumpulan ionik dalam persekitaran akueus mengalami penceraian, iaitu ia terurai kepada kation bercas positif dan anion bercas negatif. Tambahan pula, dalam kes dispersan anionik, kumpulan anionik tidak bergerak kerana ia terikat pada molekul dispersan, dan perkara yang sama berlaku untuk dispersan kationik. Lapisan molekul dispersan yang terserap menghasilkan cas pada permukaan zarah dan membawa kepada pembentukan lapisan elektrik berganda yang dipanggil. Apabila zarah dengan lapisan berganda yang sama mendekati satu sama lain, ia ditolak secara elektrostatik. Molekul dispersan pada permukaan zarah membentuk lapisan yang menghalangnya daripada melekat bersama lagi dan memastikan kestabilan koloid. Keberkesanan penyebaran ditunjukkan oleh potensi zeta, parameter yang menentukan perbezaan potensi antara zarah (termasuk lapisan dispersannya) dan lapisan resapan. Kaedah elektroforetik, elektroakustik atau aliran digunakan untuk menentukan potensi zeta. Potensi zeta dipengaruhi oleh mobiliti elektroforetik, kelikatan dan kekonduksian elektrik medium ^[7] .

Penyebar juga menggunakan fenomena tolakan ruang, atau tolakan sterik. Ini berlaku akibat daripada penciptaan penghalang fizikal antara butiran yang dilitupi molekul penyebar. Tolakan ruang adalah ciri penyebar dengan rantai panjang (biasanya polimer) dalam strukturnya, yang sering dirujuk sebagai "ekor", yang menghalang penggumpalan butiran. Rantai ini biasanya diperbuat daripada mere yang larut dengan baik dalam air, contohnya etilena oksida atau asid akrilik ^[7] .

Penyebar bukan akueus untuk suspensi minyak OD, di mana sistem agak sensitif terhadap ion, terutamanya berdasarkan tolakan ruang. Walau bagaimanapun, dalam kes penyebar akueus, tolakan ruang adalah pelengkap ideal kepada tolakan elektrostatik, yang diterjemahkan kepada kecekapan super penyebar ini. Itulah sebabnya penyebar ini juga dirujuk sebagai "elektrostatik" ^[7] .

Untuk menstabilkan lagi ampaian dan meningkatkan prestasi penyebar elektrosterik, penyebar bersama ditambah ke dalam sistem, selalunya polimer EO/PO, linear atau bercabang dengan berat molekul sederhana. Molekul bersama penyebar menyokong tindakan penyebar utama dalam beberapa cara. Disebabkan jisim dan strukturnya, ia mempamerkan sifat pembasahan, mengubah suai kekutuban dan kekuatan ionik sistem, lebih mudah alih dan biasanya kekal dalam larutan. Sebahagian daripada molekul penyebar bersama mungkin terjerap pada permukaan granul dan menutup lagi penghalang. Di samping itu, molekul penyebar bersama dalam larutan berinteraksi dengan molekul penyebar yang termendap pada granul dan menstabilkan ampaian ^[7] .

Bahan penyebar yang digunakan dalam formulasi racun perosak dalam portfolio PCC Exol

Bergantung pada jenisnya, formulasi racun perosak menggunakan dispersan yang berbeza dengan struktur kimia yang berbeza. PCC Exol memenuhi jangkaan pengeluar formulasi racun perosak dengan menawarkan pelbagai jenis dispersan dan ko-dispersan. Beberapa kumpulan yang paling penting dibentangkan dan diterangkan di bawah.

• Kopolimer EO/PO " siri ROKAmer " – merupakan kumpulan sebatian paling ringkas, sering digunakan sebagai penyebar kond. Bergantung pada "pemula", iaitu molekul awal yang mengalami alkoksilasi, strukturnya boleh bercabang (ROKAmer G atau NP) atau linear (ROKAmer R atau PP). Ini bergantung pada kumpulan OH yang tersedia yang menjalani pempolimeran. Jisim kopolimer ini biasanya antara 3,000 dan 8,000 Da, dan kandungan etilena oksida antara 20 dan 80%, bergantung pada HLB yang diperlukan. Struktur kopolimer juga boleh berbentuk blok (cth. ROKAmer 6500 ), rawak atau campuran (cth. ROKAmer B4000). Sifat terbaik diperhatikan dalam struktur campuran, kerana serpihan blok menjerap dengan baik pada permukaan butiran dan serpihan rawak bertanggungjawab untuk pembuih yang rendah dan takat lebur yang rendah. Kopolimer EO/PO juga mempamerkan sifat pembasahan, oleh itu ia sering digunakan sebagai agen pembasahan dalam sistem akueus ^[8] .
• Minyak sayuran dan gula tertoksilasi " ROKwinol ROKAcet R , ROKAcet OR,ROKwin dan ROKwinol" – ini selalunya merupakan sebatian dengan struktur bercabang dan konsistensi berminyak. Ia juga sering diesterifikasi dengan asid lemak ( ROKAcet OR) untuk mengembangkan lagi strukturnya dan menurunkan HLBnya . Sebatian ini sering digunakan sebagai dispersan bukan akueus dalam suspensi minyak OD. Selain memastikan kestabilan suspensi yang mencukupi, ia mengemulsikan fasa minyak dengan sangat baik semasa penyediaan cecair semburan. Ini adalah sebatian yang berlaku secara semula jadi, mudah terbiodegradasi dan tidak berbahaya kepada alam sekitar, selaras dengan prinsip kimia hijau. Ia tidak mempunyai kesan toksik pada mikroorganisma dan oleh itu digunakan secara meluas dalam biopestisid berasaskan Bacillus atau Trichoderma ^[8] .
• Sulfat " Siri SULFOROKAnol " – biasanya alkohol sulfat teralkoksilasi dengan berat molekul 1000––2000 Da, yang, walaupun molekulnya kecil, mempunyai sifat penyebaran, menggabungkan tolakan elektrostatik dan spatial. Dalam kebanyakan kes, ini adalah alkohol dengan struktur yang agak bercabang, seperti isotridecanol ( SULFOROKAnol IT2030 ) atau tristyrylphenol (SULFOROKAnol TSP95), yang mana ia mudah diikat oleh kumpulan ini dan disebarkan oleh rantai EO/PO panjang yang ditamatkan dengan kumpulan sulfat bercas. Ia paling kerap berlaku dalam bentuk natrium, kalium, ammonium atau garam lain. Penyebar ini digunakan secara meluas dalam formulasi akueus ^[8] .
• Ester fosforik " siri EXOfos " – seperti sulfat, alkohol alkoksilat juga digunakan di sini sebagai kumpulan penambat. Kumpulan fosfat membolehkan penghasilan ester die dan juga trie, yang meningkatkan berat molekul dengan ketara dan mengembangkan strukturnya, yang mempunyai kesan positif terhadap kecekapan penyebaran. Sebatian ini boleh menjadi penyebar untuk kedua-dua bahan hidrofobik dan bahan hidrofilik. Sebatian ini berinteraksi dengan kumpulan fosfat EXOfos melalui kumpulan hidroksil atau amino, yang dengannya ia membentuk ikatan hidrogen atau koordinasi. Hasilnya, kumpulan fosfat (penderma yang sangat baik) ditambat pada permukaan bahan, dan alkohol lemak atau kopolimer EO/PO yang melekat padanya membentuk cangkerang sterik dan mencegah penggumpalan butiran. Ini memberikan ester fosfat potensi yang lebih besar sebagai penyebar daripada sulfat. Ester fosfat juga boleh dineutralkan kepada pelbagai garam bergantung pada keperluan. Yang paling popular ialah garam kalium (EXOfos PT-K25 dan PT-K60) dan garam trietanolamina ( EXOfos PT-A dan PT-A75) ^[8] .
• Derivatif naftalena " siri Rodys " – kebanyakannya merupakan kondensat asid alkilnaftalena sulfonik dengan formaldehid (ANS) dengan berat molekul sederhana, yang terdapat dalam bentuk garam natrium atau kalium. Ia merupakan penyebar elektrosterik yang sangat cekap, yang dapat menstabilkan suspensi akueus dengan secukupnya pada kepekatan hanya 1%. Di samping itu, ia mempunyai kesan yang sangat bermanfaat terhadap reologi suspensi. Ia paling biasa digunakan untuk bahan hidrofobik kerana ekor alkilnya, yang melekatkannya dengan baik pada permukaan bahan. Asid naftalena sulfonik yang terkondensat dengan formaldehid (NSF) juga diketahui, juga dengan berat molekul sederhana dan dalam bentuk garam natrium atau kalium, tetapi ia tidak begitu berkesan dan biasanya memerlukan kepekatan yang lebih tinggi. Ia mudah digunakan dalam formulasi serbuk dan granul serta dalam suspensi akueus. Kelemahan bahan penyebar ini adalah kebolehuraian biologinya yang lemah dan kesan negatif terhadap alam sekitar, oleh itu ia semakin digantikan dengan bahan penyebar berasaskan derivatif lignin atau polikarboksieter ^[8] .
• Derivatif lignin – selalunya lignosulfonat yang terbentuk sebagai hasil sampingan dalam proses pengeluaran pulpa sulfit. Ini adalah struktur yang agak kompleks yang mengandungi kumpulan aril dan alkil hidrofobik dan kumpulan sulfonat hidrofilik. Ia juga boleh diubah suai untuk meningkatkan sifatnya. Ia digunakan sebagai penyebar air, terutamanya dalam formulasi serbuk atau granul. Walau bagaimanapun, ia tidak seberkesan derivatif naftalena, dan keberkesanannya amat dipengaruhi oleh sumber dan kualiti lignin. Walau bagaimanapun, ia jauh lebih mesra alam dan mudah terbiodegradasi.
• Polikarboks y eter (PCE) "EXOdis AG-13" ialah kopolimer di mana rantai utamanya terdiri daripada monomer akrilik, metakrilik, maleik atau stirena yang dilekatkan padanya rantai polieter panjang. s dengan struktur berbentuk bintang mempunyai sifat penyebaran yang sangat berkesan, di mana rantai utama berfungsi untuk melekatkan dirinya pada permukaan butiran bahan dan serpihan polieter yang dilekatkan tersebar secara sterik. Bergantung pada monomer yang digunakan, dispersan sedemikian mungkin sesuai untuk bahan hidrofobik (asid metakrilik, stirena) atau bahan hidrofilik (asid akrilik), bergantung pada perkadaran setiap monomer. PCE biasanya digunakan dalam pekatan ampaian akueus. Kopolimer ini jauh lebih terbiodegradasi daripada derivatif naftalena dan kurang berbahaya kepada alam sekitar. Walau bagaimanapun, proses pempolimeran itu sendiri memerlukan syarat dan kawalan khas, yang menjadikannya lebih sukar dan mahal ^[8] .

Secara ringkasnya: Pasaran menawarkan pelbagai pilihan dispersan, dan yang baharu sentiasa dibangunkan untuk memenuhi keperluan pengeluar formulasi racun perosak dalam bentuk suspensi berasaskan air, suspensi berasaskan minyak, atau serbuk atau granul. Disebabkan trend yang semakin meningkat ke arah membangunkan dispersan semula jadi yang selamat untuk alam sekitar dan pengguna, pengeluar menghadapi cabaran baharu. Alternatif semula jadi tidak selalunya mudah untuk dibangunkan supaya ia dapat menandingi keberkesanan dispersan konvensional dan menarik dari segi harga pada masa yang sama.