MIKROENKAPSULACIJA INSEKTICIDA S POLISEČNINO
Miha KavšekJanvit GolobBlaž Likozar
MIKROENKAPSULACIJA
• DEFINICIJA: proces oplaščanja mikronskih delcev trdne snovi in kapljic
tekočine ali plina z inertno lupino
• NAMEN: v primeru pesticidov zmanjšanje vplivov na okolje, zmanjšanje
porabe, kontrolirano sproščanje s podaljšanim časom delovanja
• PREDNOSTI:
o zmanjšanje toksičnosti za sesalce pri visoko toksičnih substancah,
o podaljšanje aktivnosti insekticida za enako količino aktivne substance,
o zmanjšanje izgub zaradi izhlapevanja,
o zaščita pred razgradnjo zaradi zunanjih vplivov,
o zmanjšanje kontaminacije okolja,
o manjša poraba aktivne substance…
MIKROKAPSULE
idealna mikrokapsula
vrstemikrokapsul
SPROŠČANJE AKTIVNE SUBSTANCE
• SPROŠČANJE: poškodba stene, difuzija
• I. Fickov zakon : enodimenzionalen zapis
stacionarno stanje
KINETIKA SPROŠČANJA
Optimalno sproščanje insekticida:
kinetika ničtega reda
hitrost in čas sproščanja neodvisna drug od drugega
Na hitrost sproščanja vplivamo z:o debelino membrane,o površino mikrokapsul,o prepustnostjo membrane.
Na čas sproščanja vplivamo s:o količino mikroenkapsuliranega
insekticida.
MIKROENKAPSULACIJSKE TEHNIKEMIKROENKAPSULACIJSKE TEHNIKE
KEMIJSKE TEHNIKEIN SITU
POLIMERIZACIJASUSPENZIJSKA
POLIMERIZACIJA
DISPERZIJSKA
POLIMERIZACIJA
EMULZIJSKA POLIMERIZA
CIJA
MEDFAZNA POLIMERIZACI
JA
FIZIKALNE TEHNIKEFIZIKALNO -
KEMIJSKE TEHNIKE
KOACERVACIJA
PLAST ZA PLASTJO
TEHNIKA Z ODSTRANJEV
ANJEM TOPILA
TEHNIKA Z UPORABO
SUPERKRITIČNEGA CO2
FIZIKALNO- MEHANSKE
TEHNIKERAZPRŠEVALNO
SUŠENJE
RAZPRŠEVALNO
MIKROKAPSULIRANJE
TEHNIKA VRTEČIH DISKOV
VAKUUMSKA ENKAPSULA
CIJA
ELEKTROSTATIČNA
ENKAPSULACIJA
MEDFAZNA POLIMERIZACIJA, KEMIZEM IZOCIANATOV
Medfazna polimerizacija• kondenzacijska polimerizacija dveh komplementarnih monomerov,• razlika od navadne stopenjske: reakcija poteka le s konci polimernih verig, dosti višje reakcijske hitrosti, višje molekulske mase
• prednosti:o ni potrebna molska stehiometrija,o hitre reakcije,o nizke temperature
Kemizem izocianatov
SINTEZA MIKROKAPSUL
POLISEČNINSKE MIKROKAPSULE (PS)
Ee
POLISEČNINSKO-POLIURETANSKEMIKROKAPSULE (PU)
disperzna faza
permetrin +
izocianat
kontinuirna faza
4 ut.% PVA
EMULGIRANJE6000 RPM
15 min
25 °C, 300 RPM
EDA
25 °C 1h60 °C 1h
disperzna faza
permetrin +
izocianat
kontinuirna faza
4 ut.% PVA
EMULGIRANJE11000 RPM
2 min
60 °C, 200 RPM, 1h
EDA
PEG +
DBTL
60 °C, 200 RPM, 2h
disperzna faza
permetrin +
izocianat
disperzna faza
permetrin +
izocianat
MERJENJE VISKOZNOSTI IN POVRŠINSKE NAPETOSTI
VISKOZNOST• rotacijski reometer z nastavljivo
strižno hitrostjo• iz striga pri določeni strižni
hitrosti dobimo strižno napetost,• naklon grafa strižna napetost
vs. strižna hitrost nam da viskoznost
Senzorski sistem: koaksialna valja
POVRŠINSKA NAPETOST• digitalni tenziometer• princip tehnike s ploščo
IZKORISTEK, PORAZDELITEV VELIKOSTI, MORFOLOGIJA, MEHANSKE LASTNOSTI
IZKORISTEK MIKROENKAPSULACIJE• razmerje med v reaktor vnesenimi
kemikalijami za jedro in membrano in suhim produktom sinteze
PORAZDELITEV VELIKOSTI MIKROKAPSUL
• tri-laserski merilec z dvema statičnima detektorjema
• 780 nm, 3 mW, od 0, 0215 do 1408 μm
o delež posamezne frakcijeo kumulativni deležo povprečna velikost mikrokapsul
MORFOLOGIJA MIKROKAPSUL• optična mikroskopija (400x,
1000x) 20-kratna redčitev• SEM (1000x, 3000x, 10000x)
MEHANSKE LASTNOSTI• tlačna obremenitev 1, 3 in 5 barov 1, 3, 5 kg/1 cm2
60 s
5 g suspenzije
centrifugiranje
11000 RPM45 min sušenje
40 °Cdo konstantne
mase
3x
UČINKOVITOST, SPROŠČANJE INSEKTICIDA
UČINKOVITOST INSEKTICIDA• 1 ut.% vodna raztopina emulzije• 0,2 g emulzije/50 cm2
• umetno staranje: 14 dni na 54 °C
SPROŠČANJE INSEKTICIDA• v vodo (v sintetizirano emulzijo)• na 10 dni, do 80 dni• gravimetrična določitev centrifugiranje, 7 min, 11000 RPM sušenje na 80 °C do konstantne
mase
KEMIJSKA SESTAVA IN DEBELINA POLIMERNE MEMBRANE
KEMIJSKA SESTAVA• FTIR• prisotnost izocianata v
mikrokapsulah• tabletke: 5 mg suhega
vzorca/95 mg KBr
DEBELINA POLIMERNE MEMBRANE• računsko z upoštevanjem
konstantnega razmerja mas polimerne membrane in jedra
de…premer mikrokapsuldm...debelina membranedj…premer jedra
REZULTATI MERITEV VISKOZNOSTI IN POVRŠINSKE NAPETOSTI
• ↑viskoznost → ↓ povprečni premer mikrokapsul
• večja viskoznost izocianata poveča viskoznost disperzne
faze
• ↑ površinska napetost → ↑ povprečni premer mikrokapsul
• večja površinska napetost poveča viskoznost disperzne faze
IZKORISTEK MIKROENKAPSULACIJE
• izkoristek je praktično 100 %• domneva: PVA kemijsko vezan na
polimerno membrano• največ PVA v PS III, najmanj v PU
IV
PORAZDELITEV VELIKOSTI MIKROKAPSUL
• najožja porazdelitev: PS• najširša porazdelitev: PU
MORFOLOGIJA MIKROKAPSUL
PS I PU IV
PS IIIPS IIPU II
PU IPU III PU V
MEHANSKA TRDNOST, UČINKOVITOST
• pri 5 barih vse mikrokapsule poškodovane,
• mikrokapsule PS I in PS III najbolj trde,
• najbolj krhke mikrokapsule PU I
• kriterij učinkovitosti: čas pogina mravlje• maksimalni čas testiranja: 10 ur
SPROŠČANJE INSEKTICIDA
• sproščanje se ustali v 50-60 dneh • najustreznejše PS II in PS III• sproščanje mikrokapsul PS poznejše, dosežena ravnotežna koncentracija je višja kot od mikrokapsul PU
KEMIJSKA SESTAVA
• 3350-3300 cm-1 : (-OH skupina PVA),• 2280-2260 cm-1 : (-N=C=O), • 1655-1610 cm-1 : (sečninski karbonil (-C=O))• 1585, 1728 cm-1 permetrin
• delež polisečnine narašča od PS I do PS III, pri sintezah PU delež polisečnine pada od PU I do PU V.
DEBELINA POLIMERNE MEMBRANE
• debelina membrane pri mikrokapsulah sintez PS I, PS II in PS III narašča z naraščanjem utežnega deleža izocianata
• najdebelejša polimerna membrana: PU I, PU II
• mikrokapsule sintez PS imajo najtanjšo polimerno membrano
ZAKLJUČEK
• mikrokapsule s polisečninsko membrano izkazujejo boljše lastnosti od mikrokapsul s polisečninsko—poliuretansko membrano,
• 600 nm mikrokapsule s 25 nm membrano,
• na lastnosti mikrokapsul vplivamo z izbiro izocianata,
• sproščanje v vodo predstavlja realno sliko emulzij,
• sintetizirane mikrokapsule s polisečninsko membrano se lahko z nadaljnjo optimizacijo prevedejo v učinkovit insekticidni produkt