научная статья по теме ВЛИЯНИЕ ПРИРОДЫ И СОСТАВА СМЕШАННЫХ ПАВ НА СТАБИЛЬНОСТЬ ГЕРБИЦИДНЫХ ЭМУЛЬСИЙ НА ОСНОВЕ ФЕНОКСАПРОП-П-ЭТИЛА И КЛОКВИНТОСЕТ-МЕКСИЛА Химия

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ ПРИРОДЫ И СОСТАВА СМЕШАННЫХ ПАВ НА СТАБИЛЬНОСТЬ ГЕРБИЦИДНЫХ ЭМУЛЬСИЙ НА ОСНОВЕ ФЕНОКСАПРОП-П-ЭТИЛА И КЛОКВИНТОСЕТ-МЕКСИЛА»

КОЛЛОИДНЫЙ ЖУРНАЛ, 2014, том 76, № 6, с. 725-733

УДК 541.182

ВЛИЯНИЕ ПРИРОДЫ И СОСТАВА СМЕШАННЫХ ПАВ НА СТАБИЛЬНОСТЬ ГЕРБИЦИДНЫХ ЭМУЛЬСИЙ НА ОСНОВЕ ФЕНОКСАПРОП-П-ЭТИЛА И КЛОКВИНТОСЕТ-МЕКСИЛА

© 2014 г. Д. В. Дзарданов*, **, Л. С. Елиневская*, В. И. Ролдугин**

*ЗАО "Август " 129515 Москва, ул. Цандера, 6 **Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН 119071 Москва, Ленинский проспект, 31 E-mail: dzardanov@list.ru Поступила в редакцию 24.02.2014 г.

Изучена стабильность эмульсий гербицидов на основе феноксапроп-П-этила и клоквинтосет-мек-сила, различающихся своим составом. Оптическими методами исследована динамика эмульсий. Показано, что при образовании эмульсий формируются ансамбли с бимодальным распределением частиц по размерам. Прослежено изменение во времени параметров мод. Определены рецептуры, отвечающие наиболее устойчивым эмульсиям.

Б01: 10.7868/8002329121406007Х

ВВЕДЕНИЕ

Взаимодействие гербицидных эмульсий с растениями привлекает в последнее время все большее внимание исследователей. Понимание коллоидно-химических аспектов этого взаимодействия, очевидно, должно позволить в полной мере реализовать биологическую эффективность пестицида. Одним из факторов, влияющих на биологическую эффективность пестицида, является эффективность осаждения капель на растения, что диктует определенные требования к размеру образующихся при распылении капель [1—3]. Размер капель, как хорошо известно, определяется не только характеристиками распыляющих устройств, но и составом диспергируемой среды, что также требует обеспечения определенных коллоидно-химических характеристик получаемых пестицидных эмульсий.

В состав концентратов пестицидных эмульсий в качестве обязательного компонента входит поверхностно-активное вещество (ПАВ) или несколько ПАВ, играющих роль эмульгаторов при разведении концентратов эмульсий водой. В работах [4—6] было исследовано влияние природы ПАВ и других коллоидно-химических характеристик на процессы столкновения капель с поверхностью листьев и эффективность их захвата поверхностью. Отмечено, что процесс захвата достаточно сложным образом зависит от природы ПАВ, их химической структуры (содержания гидрофильных и гидрофобных фрагментов) и кон-

центрации, содержания активных ингредиентов, а также вида растения.

Само наличие ПАВ и его природа существенным образом влияют на смачивание каплями эмульсии поверхности листьев и растекание по ним. Этот фактор также играет весьма важную роль в применении гербицидных эмульсий [7—9]. Отметим, что в процессах смачивания важную роль играет и поверхность листьев, которая, как правило, является гидрофобной из-за наличия воскового слоя, так что для обычно используемых водных эмульсий возникают проблемы с удержанием осевших на листья капель. Все это вызывает необходимость более тщательного изучения как состава поверхностного слоя листьев, так и их структуры [10]. При использовании гербицидов существует необходимость [11] обеспечения хорошего смачивания эмульсиями не только влажных, но и сухих листьев. В противном случае эффективность их применения может оказаться невысокой. В результате практической необходимости исследования закономерностей растекания капель перешли на микроскопический уровень, когда во внимание принимается и структура поверхности листьев растений [12], и уже обычным стало использование в подобных исследованиях электронной микроскопии [13].

Достаточно очевидным представляется влияние испарения капель на их взаимодействие с поверхностью листьев и другими биологическими системами [14]. На скорость испарения, как хорошо известно, ПАВ оказывают самое существен-

ное влияние, в частности, через создание диффузионного барьера на поверхности капель. Так что, учитывая сказанное выше, можно рассматривать проблему создания гербицидных эмульсий как многопараметрическую задачу [15].

Стабильность является одним из основных требований, предъявляемых к эмульсиям, используемым для химической обработки растений. Предложены разнообразные подходы к усовершенствованию гербицидных эмульсий [16], основанные на использовании в процессе их приготовления полимеров и твердых компонентов. Одно из таких усовершенствований связано с созданием пестицидных микроэмульсий [17]. В этой работе показано, что повысить стабильность системы и эффективность ее распыления можно, если микроэмульсия является бинепрерывной. Как отмечено в [18], использование бинепрерыв-ных микроэмульсий способствует удержанию капель препаратов на поверхности листьев, а также увеличивает период эффективного действия пестицидов. Вместе с тем, создание микроэмульсий требует достаточно тонких технологий, а возможности управления устойчивостью эмульсий с помощью ПАВ далеко не исчерпаны [16], так что обеспечение стабильности пестицидных эмульсий и поиск рецептур концентратов эмульсий, не теряющих свои свойства от момента их получения до применения, все еще являются актуальными проблемами.

Цель данной работы состоит в исследовании закономерностей изменения во времени физико-химических параметров гербицидных эмульсий и выборе оптимального состава, обеспечивающего наиболее высокую стабильность их коллоидно-химических характеристик.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Широко используемой препаративной формой средств защиты растений является концентрат эмульсии (КЭ), представляющий собой раствор действующего вещества и эмульгаторов в несмеши-вающемся с водой органическом растворителе.

Опыты проводили с эмульсиями, полученными из концентратов, которые содержали гербицид феноксапроп-П-этил ((Я)-2-[4-[(6-хлор-2-бен-зоксазолил)окси]фенокси]пропаноат, Hoechst) и антидот клоквинтосет-мексил (1-метилгексил(5-хлорхинолин-8-илокси)ацетат, Syngenta) в количестве около 70 и 40 г/л, соответственно (7.29 и 4.13 мас. %). В качестве органической фазы использовали растительное масло (Sigma-Aldrich).

В качестве ПАВ использовали: 1) додецилбен-золсульфонат кальция (растворимость в воде при 25°C = 20 г/100 мл, логарифм коэффициента распределения в системе октанол/вода lgPow = 0.45, гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ) = 9,

критическая концентрация мицеллообразования (ККМ) = 7.0 х 10-4 М [19]) и 2) оксиэтилирован-ный (n = 10) нонилфенол (а-(4-нонилфенил)-ю-гидрокси-дека(окси-1,2-этандиил)) — неионо-генное ПАВ, хорошо растворяющееся в воде (температура помутнения водного раствора концентрацией 10 г/л равна 66 ± 3°C, ГЛБ = 13.3, растворим в воде, спиртах и ароматических углеводородах, ККМ = 7.6 х 10-5 М [20]; среднепенный смачиватель и эмульгатор). Оба ПАВ производства Sigma-Aldrich.

Структурные формулы перечисленных выше соединений представлены в табл. 1.

Отметим, что близкая по составу система (до-децилбензолсульфонат кальция + оксиэтилиро-ванные нонилфенолы с n = 13, 20 и 30) была исследована в [21], где было отмечено, что подобные смеси ПАВ являются эффективными эмульгаторами для систем, использующихся при обработке растений, однако в каждом конкретном случае необходимо подбирать оптимальный состав.

В экспериментах использовали семь рецептур (табл. 2). В рецептурах 1—5 в качестве эмульгаторов использовали, основываясь на результатах работы [21] и предварительных экспериментах, одинаковые количества анионного и неионоген-ного ПАВ. В рецептурах 6 и 7 при оптимальном по суммарному количеству ПАВ составе (по данным представленных ниже экспериментов) варьировали соотношение компонентов. Данные для этих двух рецептур приведены в Приложении. В основной части статьи представлены результаты для систем, в которых концентрация каждого из ПАВ варьировалась от 6 до 14 мас. %.

Для оценки стабильности эмульсий исследовали их характеристики методом лазерной дифракции на приборе Malvern Mastersizer 2000 (Malvern Instruments Ltd., Великобритания). Данный прибор позволяет находить распределение по размерам частиц в диапазоне изменения их диаметров от 0.02 до 2000 мкм через измерение углового распределения рассеянного света красного (X = 632.8 нм) и синего (X = 470 нм) лазеров и сравнения результатов измерений с расчетной моделью, основанной на теории Ми. Объединение теории Ми с законом Бугера—Ламберта—Бера позволяет также рассчитать объемную концентрацию капель эмульсии Cv через соотношение

Cv = -

100 lnT

VQ d:

где X — длина волны лазерного излучения, Т — прозрачность дисперсии (величина между 0 и 1, измеряемая непосредственно прибором), V — общий объем частиц с размерами, принадлежащими фракции I, — их геометрический коэффици-

Таблица 1. Структурные формулы использованных соединений

Соединение Структурная формула

Феноксапроп-П-этил CVrV СНз kj^if 0 V_/ 0_4.....С°2СН2СНз

Клоквинтосет-мексил Cl ^^^^^ СН3 0СН2С02-СН(СН2)4СН3

а-(4-Нонилфенил)-ю-гидрокси-дека(окси-1,2-этандиил) СН^ С9Н19 "0Н 10

Додецилбензолсульфонат кальция O „-V0 0 Ca2+

Таблица 2. Состав ПАВ в использованных рецептурах

Рецептура 1 2 3 4 5 6 7

Содержание оксиэтилированного (n = 10) нонилфе-нола/додецилбензолсульфоната кальция, мас. % 6/6 8/8 10/10 12/12 14/14 8/12 12/8

ент, dj — средний размер частиц фракции /. Принимали, что коэффициент преломления воды равен 1.33, а дисперсной фазы — 1.51.

Эксперименты проводили следующим образом. В модуль диспергирования Hydro S анализатора Mastersizer 2000, содержащий 175 мл воды, при включенных насосе и мешалке (1750 об./мин) вводили 30—60 мкл того или иного КЭ до показания затемнения луча красного лазера 18—20%. Затем выключали миксер, выдерживали эмульсию в течение 3 мин и измеряли ее характеристики в течение 6 ч с интервалами в 1 ч.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

На рис. 1а представлены распределения частиц по размерам, полученные для эмульсий сразу после их приготовления на основе КЭ различного состава (номера кривых на этом и всех последующих рисунках соответствуют номерам

рецептур КЭ в табл. 2). Видно, что во всех случаях распределение носит полимодальный характер с двумя ярко выраженными модами. Высокодисперсная мода для всех частиц приходится на область размеров 0.1—0.2 мкм. Грубодисперсная мода соответствует области размеров от нескольких единиц до нескольких десятков микронов. Представляется достат

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