Pengemulsi dalam formulasi racun perosak – fungsi dan kepentingan

Agar formulasi racun perosak berfungsi dengan berkesan, bahan-bahannya mestilah digubah dan serasi dengan betul . Selain bahan aktif , bahan lengai seperti pembawa, pelarut danbahan tambahan adalah komponen penting dalam formulasi racun perosak . Walaupun yang terakhir tidak mempunyai kesan racun perosak secara langsung, ia ditambah ke dalam formulasi untuk meningkatkan keberkesanannya.

Banyak formulasi racun perosak yang terdapat di pasaran datang dalam bentuk pekatan yang boleh diemulsikan ( EC ) dan emulsi air dalam minyak (EW) pekat, yang merupakan sistem yang tidak stabil secara termodinamik . Semasa penyimpanan, ia mungkin mengalami fenomena buruk seperti penggabungan, penggumpalan, pemisahan fasa atau penghabluran bahan aktif . Kecekapan pengemulsian juga mungkin merosot, yang membawa kepada pemendakan krim atau minyak dalam cecair semburan sedia untuk digunakan. Kebanyakan bahan aktif dalam racun perosak adalah sebatian bukan polar yang tidak larut dalam air tetapi larut dengan baik dalam pelarut organik. Dalam kes sedemikian, pemilihan pelarut dan pengemulsi adalah agak mudah dan mudah untuk mengelakkan kecacatan yang dinyatakan di atas. Adalah lebih sukar untuk mencapai matlamat ini bagi bahan yang larut separa dalam air (contohnya tebukonazol) dan memerlukan pelarut tertentu, kerana dalam kes sedemikian, sukar untuk mencapai keterlarutan penuh bahan dalam formulasi sepanjang keseluruhan julat suhu penyimpanan dan, sebagai tambahan, kristal mudah termendak dalam cecair semburan siap. Oleh itu, sebagai tambahan kepada pelarut khas untuk kes yang sukar sedemikian, perencat penghabluran sering digunakan, yang seterusnya merumitkan sistem. Kombinasi pelarut dan bahan aktif yang berbeza memerlukan pengemulsi yang sesuai ^{[ 1, 2, 3]} .

Apakah itu pengemulsi?

Pengemulsi ialah sebatian kimia yang memudahkan pencampuran sistem cecair-cecair yang tidak boleh campur. Ia biasanya merupakan campuran pelbagai surfaktan yang tersusun dengan tepat, bukannya bahan tunggal.

Sifat-sifat pengemulsi ditentukan oleh struktur molekulnya . Berdasarkan strukturnya, pengemulsi boleh dibahagikan kepada ionik dan bukan ionik . Pengemulsi ionik (kebanyakannya sulfat anionik dan ester fosfat) biasanya terdiri daripada "kepala" hidrofilik dengan cas dan "ekor" hidrofobik. Struktur dwi ini dipanggil amfifilik dan merupakan kunci kepada fungsi pengemulsi. Molekul individu tertumpu pada sempadan antara dua fasa yang tidak boleh campur dengan kekutuban yang berbeza. "Kepala" pengemulsi berinteraksi dengan fasa hidrofilik, manakala "ekor" berinteraksi dengan fasa hidrofobik. Afiniti dwi ini membolehkan pengemulsi meletakkan diri mereka di sempadan fasa, mewujudkan penghalang yang menghalang penggabungan titisan emulsi dan juga menstabilkan emulsi secara elektrostatik. Dalam molekul pengemulsi ionik, selalunya terdapat rantai polioksietilena glikol antara kepala dan ekor, yang mana kehadirannya meningkatkan lagi keberkesanan pengemulsi ^{[ 4, 5]} .

Sebaliknya, pengemulsi bukan ionik hanya terdiri daripada serpihan yang tidak mempunyai cas elektrik. Peranan mereka juga sangat penting, kerana apabila molekul pengemulsi ionik menolak antara satu sama lain dan tidak dapat membentuk penghalang yang ketat di sempadan fasa, pengemulsi bukan ionik datang untuk menyelamatkan, dengan mudah mengisi jurang di antara mereka ^{[ 4, 5]} .

Kedua-dua pengemulsi ionik dan bukan ionik tidak semestinya mempunyai struktur kepala dan ekor seperti yang biasa; ia juga boleh terdiri daripada bahagian hidrofobik di sisi dan bahagian hidrofilik di tengah, atau sebaliknya, yang membolehkan penciptaan mikroemulsi yang sangat stabil. Ia juga boleh mempunyai bahagian hidrofobik bercabang dan bahagian hidrofilik linear, atau terdiri daripada beberapa bahagian hidrofobik dan hidrofilik linear yang dicantumkan bersama. Struktur kompleks sedemikian menstabilkan emulsi dengan sangat baik secara sterik, dan kerumitannya adalah hasil daripada pelbagai sintesis dan ujian aplikasi ^{[4, 5]} .

Pengemulsi melakukan pelbagai fungsi:

• Mereka mengurangkan tenaga bebas antara muka.
• Mereka mengurangkan tegangan permukaan.
• Ia membentuk lapisan atau penghalang di sekeliling titisan fasa yang tidak bercampur.
• Mereka memudahkan pengemulsian.
• Ia menyebabkan penstabilan elektrostatik dan sterik ^{[4, 5]} .

Kepentingan pengemulsi dalam formulasi racun perosak

Pengemulsi, sebagai komponen formulasi racun perosak, tidak mengawal perosak itu sendiri, tetapi ia memainkan peranan penting di dalamnya. Kepentingannya boleh diringkaskan dalam beberapa perkara utama ^{[ 6]} :

– Penstabilan emulsi – kestabilan emulsi ialah keupayaan untuk menahan pengagregatan zarah, yang akan menyebabkan pemisahan fasa. Emulsi ialah sistem yang tidak stabil secara termodinamik dengan tenaga bebas yang tinggi. Kestabilan emulsi yang rendah ialah masalah biasa yang dihadapi oleh petani. Jika pengemulsi tidak dipilih dengan sewajarnya, fasa individu emulsi akan cepat terpisah.

– Ciri aplikasi yang dipertingkatkan – pengemulsi memastikan penyebaran bahan aktif yang seragam di seluruh isipadu penyediaan. Selepas menyembur, formulasi yang disediakan dengan baik memastikan pengedaran racun perosak yang sekata dan tepat pada tanaman, yang penting untuk kawalan perosak yang berkesan.

– Peningkatan kecekapan penyemburan – pengemulsi juga bertindak sebagai bahan tambahan terbina dalam. Disebabkan molekulnya yang kecil dan mudah alih, ia cepat mencapai sempadan titisan yang baru terbentuk semasa penyemburan dan mengawal saiznya semasa pembahagian titisan sekunder. Ini menghalang pembentukan titisan yang terlalu besar, yang cepat jatuh ke tanah, atau terlalu kecil, yang mudah ditiup angin. Molekul pengemulsi yang sama, dengan mengurangkan ketegangan permukaan, menghalang titisan daripada melantun dan mengalir keluar dari daun apabila bersentuhan. Pengemulsi berasaskan minyak sayuran atau asidnya, sebaliknya, juga melonggarkan lilin kutikula dengan baik, yang memudahkan penyerapan racun perosak sistemik.

Pengemulsi – kunci kepada emulsi yang stabil

Pemilihan pengemulsi untuk formulasi racun perosak merupakan isu penting yang mempunyai kesan langsung terhadap keberkesanan penyemburan.

Kemudahan penggunaan adalah sama pentingnya. Kelikatan dan takat lebur pengemulsi yang rendah membolehkan peringkat pemanasan dipintas dan membolehkannya dipam dengan mudah melalui sistem. Semasa penyimpanan formulasi yang telah siap, pengemulsi tidak boleh menyebabkan penguraian bahan aktif, penggumpalan atau pemendakan; sebaliknya, ia mesti menstabilkan formulasi. Selepas dicairkan dengan air, ia harus mengurangkan tegangan permukaan, mengemulsikan formulasi racun perosak dengan betul, dan memastikan liputan dan penembusan daun yang mencukupi oleh semburan. Yang penting, pengemulsi mestilah lengai dan tidak berinteraksi secara kimia dengan mana-mana bahan lain dalam formulasi ^{[ 6]} .

Keberkesanan penyemburan bergantung pada sama ada racun perosak memenuhi keperluan tertentu. Oleh itu, adalah penting untuk mempertimbangkan struktur pengemulsi, termasuk kumpulan berfungsi, bilangannya, keseimbangan hidrofilik-lipofilik (HLB) , keserasian dengan pelarut, dan sebagainya. Ini selalunya memerlukan banyak ujian makmal, diikuti dengan ujian di bawah keadaan dunia sebenar ^{[ 6, 7]} .

Keseimbangan hidrofilik-lipofilik (HLB) pengemulsi merupakan faktor penting apabila memilihnya untuk digunakan dalam formulasi racun perosak. Skala HLB yang paling terkenal dan digunakan secara meluas telah diterangkan oleh Griffin pada tahun 1954. Skala ini berkisar antara 1 hingga 20, di mana 1 mewakili hidrofobisiti tertinggi dan 20 mewakili hidrofilisiti tertinggi. HLB pengemulsi dikira mengikut skala ini menggunakan formula berikut ^{[ 6, 7]} :

Di mana:

Mh – berat molekul bahagian hidrofilik molekul

M – berat molekul keseluruhan molekul

Formulasi racun perosak biasanya menggunakan pengemulsi dengan nilai HLB antara 7 dan 17, dan dalam kebanyakan kes, kedua-dua pengemulsi HLB rendah dan pengemulsi HLB tinggi harus digunakan dalam satu formulasi, kerana telah diperhatikan bahawa kombinasi sedemikian menghasilkan emulsi yang lebih stabil daripada penggunaan pengemulsi tunggal dengan nilai HLB tertentu. Satu lagi kelebihan larutan ini ialah fleksibilitinya, yang membolehkan HLB keseluruhan sistem ditingkatkan atau dikurangkan dengan mudah dengan mengubah nisbah dua pengemulsi ^{[ 6, 7]} .

Walaupun kaedah Griffin sangat mudah untuk mengira HLB, tidak boleh diabaikan bahawa ia sangat umum – ia hanya mengambil kira nisbah bahagian hidrofilik dan hidrofobik. Pendekatan ini berfungsi dengan baik untuk molekul ringkas dengan struktur bukan ionik. Walau bagaimanapun, kaedah empirikal lebih sesuai untuk menentukan HLB pengemulsi dengan struktur kompleks dan selalunya ionik, yang paling popular ialah kaedah Davies. Pada tahun 1957, Davies menganalisis sebilangan besar pengemulsi dengan struktur yang berbeza dan mendapati bahawa setiap kumpulan berfungsi mempunyai kesan yang berbeza terhadap sifat pengemulsi. Oleh itu, beliau mencadangkan persamaan berikut untuk mengira HLB ^{[ 6, 8]} :

Di mana:

H _h – Nilai HLB kumpulan hidrofilik

H _l – Nilai HLB kumpulan hidrofobik

Jadual di bawah menunjukkan beberapa contoh kumpulan berfungsi dan nilai HLBnya:

Jadual 1. Contoh nilai kumpulan berfungsi mengikut Davies.

Pendekatan ini membolehkan anggaran HLB pengemulsi yang lebih tepat. Terdapat beberapa kaedah empirikal lain untuk menentukan HLB yang menggunakan perkara berikut untuk pengiraan: kepekatan misel kritikal, titik awan, sifat pengemulsi dan sifat pembuih. Spektroskopi resonans magnetik nuklear ( ) juga sangat membantu dalam menentukan HLB, kerana ia membolehkan struktur pengemulsi ditentukan dan HLB dikira berdasarkan spektrum yang diperoleh ^{[6, 8]} .

PCC Exol sebagai pembekal pengemulsi untuk formulasi produk perlindungan tumbuhan

PCC Exol memenuhi jangkaan pengeluar formulasi racun perosak dengan menawarkan pelbagai jenis pengemulsi dengan struktur kimia dan sifat aplikasi yang berbeza.

Dalam formulasi racun perosak yang boleh diemulsi atau bahan tambahan minyak, banyak kumpulan bahan kimia digunakan sebagai pengemulsi. Yang paling popular ialah alkohol alkoksilasi ( kumpulan produk ROKANOL ) atau asid lemak ( kumpulan produk ROKAcet ) , yang mempunyai bahagian lipofilik linear atau bercabang dan bahagian hidrofilik linear. Alkoksilat sedemikian sering disulfatkan tambahan (kumpulan produk SULFOROKAnol ) atau difosforilasi (kumpulan produkEXOfos ) dan dineutralkan kepada garam yang sesuai untuk mendapatkan pengemulsi elektrosterik dengan struktur ionik. Minyak sayuran alkoksilasi juga sering digunakan sebagai pengemulsi, dan biasanya dicirikan oleh struktur bercabang. Terutamanya yang perlu diberi perhatian ialah etoksilat minyak jarak ( siri ROKAcet R ) , yang digunakan secara meluas dalam formulasi EC, EW dan OD , di mana, disebabkan oleh struktur bercabangnya, ia juga menstabilkan ampaian minyak terhadap pemendapan ^[9] .

Amina ( kumpulan produk ROKAmin ) juga boleh digunakan sebagai pengemulsi. Amina biasanya mempunyai struktur bukan ionik dan penggunaannya meningkatkan pH sistem. Sebaliknya, jika amina sedemikian mengalami kuaternisasi dan peneutralan, ia menjadi surfaktan kationik dan boleh digunakan dalam sistem yang memerlukan surfaktan kationik ^[9] .

Derivatif sorbitol, iaitu alkohol gula dengan 6 kumpulan hidroksil dalam struktur terbuka atau 4 dalam struktur tertutup, juga sangat penting sebagai pengemulsi. Ester sorbitol dan asid lemak (sorbitan – kumpulan produk ROKwin ) diketahui digunakan sebagai pengemulsi HLB rendah, dan sorbitol etoksilat (polisorbat – kumpulan produk ROKwinol ) digunakan sebagai pengemulsi HLB tinggi. Selain sifat pengemulsinya, derivatif sorbitol juga mempunyai sifat penyebaran dan penstabilan yang baik, yang menjadikannya berharga sebagai penyebar bukan akueus dalam suspensi minyak OD. Derivatif gula lain juga diketahui: glukosa – alkil poliglikosida, ester sukrosa, manosa atau laktosa, yang juga boleh digunakan sebagai pengemulsi ^[9] .

Kumpulan terakhir yang perlu disebut ialah kopolimer blok EO/PO atau BO (kumpulan produk ROKAmer ) , yang, bergantung pada kandungan mere individu, mempunyai nilai HLB dan saiz zarah tertentu. Di sini juga, bergantung pada starter dan susunan pelekatan, bukan sahaja struktur linear tetapi juga bercabang boleh diperolehi, yang mungkin mempunyai struktur blok dan terdiri daripada blok hidrofilik dan hidrofobik yang berselang-seli. Kopolimer rawak tidak berfungsi dengan baik sebagai pengemulsi kerana struktur bukan dwi ^[9] .

Kes khas ialah formulasi CS , di mana semasa pempolimeran in situ , emulsi homogen dengan saiz misel tertentu mesti dipastikan. Oleh itu, kami mengesyorkan produk seperti SULFOROKAnol L227/1 , SULFOROKAnol L430/1 , SULFOROKAnol TSP95, EXOfos PB 136 dan EXOfos PB 139. Perlu diingatkan bahawa sulfat biasanya membolehkan kapsul yang lebih kecil diperoleh daripada ester fosforik, tetapi ia lebih sensitif terhadap kehadiran ion dan turun naik pH, oleh itu gabungan sulfat dengan sedikit penambahan ester fosforik sering digunakan untuk menstabilkan sistem. Pengemulsi bukan ionik juga harus ditambah, dan di sini kami mengesyorkan: ROKAnol TSP16 , ROKAnol L30/65 , ROKAnol IT40/70 , ROKAnol UD28/70 dan ROKAnol UD40/70 . Sebagai koloid pelindung, kami mengesyorkan polivinil alkohol PVA, polivinilpirolidon PVP, hidroksimetilselulosa HEC atau karboksimetilselulosa CMC, tetapi kami tidak menawarkan produk ini ^[9] .

Secara ringkasnya: Pilihan pengemulsi adalah sangat luas, dan molekul baharu sentiasa dibangunkan untuk memenuhi keperluan pengeluar formulasi racun perosak yang boleh diemulsi. Pengemulsi berdasarkan bahan semula jadi, yang selamat untuk pengguna dan neutral alam sekitar, menjadi sangat penting. Trend ini semakin mendapat momentum dan dikaitkan dengan kesedaran alam sekitar yang semakin meningkat di kalangan pengeluar, yang secara aktif berusaha untuk mengurangkan penggunaan sebatian toksik dan berbahaya dan cuba menggantikan bahan mentah berasaskan petroleum dengan bahan yang berasal dari semula jadi.