научная статья по теме НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРЕПАРАТИВНОЙ ФОРМЫ ПЕСТИЦИДОВ Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРЕПАРАТИВНОЙ ФОРМЫ ПЕСТИЦИДОВ»

АГРОХИМИЯ, 2009, № 1, с. 33-37

- Пестициды

УДК 632.981

НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРЕПАРАТИВНОЙ ФОРМЫ ПЕСТИЦИДОВ

© 2009 г. Л. М. Нестерова, Л. С. Елиневская, Л. А. Березина

ЗАО Фирма "Август" 129515 Москва, ул. Цандера, 6, Россия Поступила в редакцию 28.05.2008 г.

Разработана новая препаративная форма пестицидных препаратов с наноразмерными частицами -концентрат наноэмульсии (КНЭ). Проведенные испытания препаратов в форме КНЭ показали, что применение новой препаративной формы обеспечивает снижение норм расхода и увеличение биологической эффективности препаратов.

В современной науке и производстве все большее внимание уделяется развитию нанотехноло-гий, т.е. получению и использованию материалов с размерами частиц от 0.1 до 200 нанометров (нм). Эти новации не обошли и отрасль химических средств защиты растений. Особенности поведения подобного вида частиц открывает широкие перспективы в получении препаратов с новыми физико-химическими и биологическими характеристиками. Изменяется растворимость, реакционная и каталитическая активность, а высокая адсорбционная способность вследствие высокоразвитой поверхности может облегчить транспорт контаминантов внутрь объекта.

В химии нанопрепараты известны с 1959 г., когда БИШшап [1] получил термодинамически-стабильные, прозрачные и низковязкие дисперсные системы, состоящие из воды, масла, поверхностно-активного вещества и спирта и впервые применил в отношении таких систем термин "микроэмульсия".

Более точное определение микроэмульсии было дано в 1981 г. Бате^оп и Ыпёшап [2], согласно которому микроэмульсия - "система из воды, масла и поверхностно-активного вещества, которая является однофазным, оптически изотропным и термодинамически стабильным раствором". Существенными отличиями микроэмульсий от макроэмульсии является то, что они образуются самопроизвольно, имеют гораздо меньший размер частиц (5-5000 нм) и стабильны неопределенно долгое время в некотором интервале температур. Макроэмульсии, с которым работают большинство наших сельхозпроизводителей, применяя широко распространенные концентраты эмульсий путем разведения их водой, имеют размер частиц от 1000 до 20000 нм и стабильны после разведения в течение нескольких часов.

Микроэмульсии (МЭ) в качестве препаративных форм ряда препаратов известны и зарегистрированы во многих странах мира. Наиболее перспективным является рецептурирование высокотоксичных пиретроидов в данной препаративной форме. Микроэмульсии на основе ципер-метрина, лямбда-цигалотрина (препараты шар-пей, МЭ и брейк, МЭ) зарегистрированы в России ЗАО Фирмой "Август" и широко применяются в сельском хозяйстве.

Изучение дисперсного состава препаратов шарпея, МЭ и брейка, МЭ с использованием электронного модульного микроскопа Olympus BX51 с объективом UPLF LN 100x, обеспечивающим 1000-кратное увеличение, показало, что размер частиц в этих препаратах меньше 200 нм и при разведении водой также получаются стабильные наноэмульсии, размер частиц которых ниже предела обнаружения микроскопа.

Таким образом, микроэмульсии в своем исходном состоянии и при разведении также могут быть отнесены к препаратам, содержащим нано-частицы.

Однако микроэмульсии, несмотря на ряд преимуществ, обусловленных пониженным, по сравнению с концентратами эмульсий, содержанием токсичных растворителей, имеют ряд недостатков. Препаративная форма "микроэмульсия" обычно применяется для малоконцентрированных рецептур. Обычно препараты в виде микроэмульсий обладают определенными температурными ограничениями при хранении, что связано с температурной инверсией микроэмульсий [3]. При разработке МЭ обычно для их стабилизации используется достаточно большое количество сурфактантов, причем их стоимость может превысить стоимость действующих веществ (д.в.), входящих в данный препарат. Все эти негативные

о

Наноэмульсии ^^ Миниэмульсии

Микроэмульсии

J_

Радиус, нм 101 102 103

Рис. 1. Классификация эмульсий по размеру частиц.

моменты вызвали к жизни необходимость поиска иных видов препаративных форм, содержащих в своем составе наночастицы, и в то же время лишенных недостатков микроэмульсий [4].

Говоря о разработке препаративных форм с наноразмерными частицами, можно сказать, что за последнее время большинство ведущих мировых компаний, работающих в области разработок препаративных форм пестицидов, уже заявили о создании новых наноформуляций (BASF, Bayer CropScience, Syngenta и др.). Существует несколько вариантов названия таких препаративных форм: наноэмульсии (nano-emulsions), микроэмульсионные концентраты, содержащие нано-размерные частицы (microemulsion concentrates containing nano-scale droplets), миниэмульсии (mini-emulsions), ультратонкие эмульсии (ultrafine emulsions), субмикронные эмульсии (submicron emulsions) [5]. Mason [6] предложена схема для определения типа эмульсии по размерам капель эмульсии (рис. 1).

Таким образом внедрение в практику ХСЗР препаративных форм в виде наноэмульсий может привести к получению препаратов, обладающих более высоким быстродействием и, как следствие, возможно, меньшей гектарной нормой применения.

Экспериментальную работу в этом направлении проводили с гербицидом метрибузином и фунгицидами пропиконазолом и тебуконазолом.

Метрибузин - один из основных гербицидов для борьбы с однолетними двудольными и злаковыми сорняками в посевах картофеля, томата, сои и кукурузы. До недавнего времени основными препаративными формами применения метрибузи-на являлись сухие формуляции: смачивающиеся порошки или водно-диспергируемые гранулы.

Одним из первых продуктов такого рода являлся смачивающийся порошок зенкор (содержание метрибузина 700 г/кг), выпускаемый фирмой "Bayer CropScience". Существенным недостатком такой препаративной формы, помимо высокой пожаро-, взрывоопасности и ингаляционной ток-

сичности за счет значительного пылеобразова-ния при применении, является довольно большой размер частиц (на уровне десятков микрон). Известно, что гербицидная активность веществ и их быстродействие обусловлены в том числе их способностью проникать в те или иные органы растения, перемещаться в них, влиять на процессы жизнедеятельности растения, а также подвергаться метаболизму под действием ферментов или других веществ, содержащихся в растении и почве. Таким образом, размер частиц действующего вещества в препарате является одной из ключевых характеристик, влияющей на его эффективность.

Исследования 0.5%-ной рабочей суспензии препарата зенкор, СП, проведенное с использованием лазерного анализатора Fritsch Analysette 22 Compact и электронного модульного микроскопа Olympus BX51 с объективом UPLF LN 100х, обеспечивающим 1000-кратное увеличение, показало, что размер частиц в этом препарате составляет от 5 до 20 мкм (рис. 2, 3).

Анализируя полученный результат, можно предположить, что размеры частиц смачивающегося порошка препарата зенкор в рабочей суспензии существенно превышают размеры пор в клеточных мембранах целевых биологических объектов, что делает невозможным проникновение препарата внутрь клетки.

Сейчас хорошо известно, что использование в агрохимии препаративных форм, в которых размеры частиц составляют 10 и более мкм, позволяет реализовывать биологический потенциал действующего вещества не более чем на 25-30%, что связано с рядом биологических и физико-химических факторов, в том числе с низкой удерживае-мостью крупных частиц на поверхности биологического объекта.

Нами была разработана жидкая препаративная форма на основе метрибузина - препарат лазурит-супер (содержание метрибузина 270 г/л). Его препаративная форма была определена нами как концентрат наноэмульсии (КНЭ) в связи с

Рис. 2. Частицы в 0.5%-ной рабочей суспензии препарата зенкор, СП.

ез(х)

100н

90 80706050 40302010 0

¿ОЗ(Х) 10

5 10 50 100

Размер частиц, мкм

500 1000

Рис. 3. График распределения частиц по размерам в 0.5%-ной рабочей суспензии препарата зенкор, СП.

тем, что препарат по своим основным физико-химическим характеристикам соответствовал классическому концентрату эмульсии, в то же время при разведении водой КНЭ образовал прозрач-

ный гомогенный термодинамически стабильный раствор (наноэмульсию), в котором не происходит флокуляция или коалесценция капель дисперсной фазы в течение длительного времени.

Таблица 1. Влияние препарата лазурита супер (содержание метрибузина 270 г/л), КНЭ и препарата зенкора (содержание метрибузина 700 г/кг), СП на засоренность посадок картофеля и безрассадного томата

Препарат,

Даты

Количество сорных растений

нормы расхода учетов экз./м2 снижение, % от контроля

Безрассадный томат

Лазурит супер, КНЭ 1.2 л/га (однократно) (324 г д.в./га) 08.06 103 -

08.07 5 96

Зенкор, СП 1.2 г/га (однократно) (840 г д.в./га) 08.06 90 -

08.07 24 81

Контроль (H2O) 08.06 107 -

08.07 124 -

Картофель

Лазурит супер, КНЭ 1.0 + 0.6 л/га (двукратно) (270 + 162 г д.в./га ) 22.05 101 -

12.06 9 94

Зенкор, СП 1.0 + 0.3 г/га (двукратно) (700 + 210 г д.в./га) 22.05 106 -

12.06 19 87

Контроль (H2O) 22.05 96 -

12.06 147 -

Фотографии рабочих растворов этого препарата, сделанные на модульном микроскопе, показали, что при концентрациях препарата в водных рас-

творах до 0.5% не удается увидеть частицы препарата. Поскольку разрешение микроскопа составляет менее 200 нм, то размер частиц в препарате был меньше этой величины.

Проведенные испытания этого препарата в нормах расхода смачивающего порошка показали, что использование жидкой препаративной формы метрибузина позволяет существенно снизить нормы расхода действующего вещества без потери в эффективности. Малые размеры частиц в такой препаративной форме и, как следствие, высоко развитая поверхность способствовали быстрому проникновению препарата в растение, что привело к снижению нормы расхода препарата, уменьшению числа обработок и увеличению биологической эффективности (табл. 1).

Помимо гербицида на основе метрибузина, был разработан фунгицидный препарат для злаковых на основе пропиконазола и тебуконазола с наноразмерными частицами (робигон, КНЭ), который при разведении в воде образует прозрачный раствор с размером частиц ме

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком