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