công nghệ gia công hiện đại thuốc bảo vệ thực vật
ĐỀ TÀI Công nghệ gia công hiện đại thuốc bảo vệ thực vật MỞ ĐẦU 3 Chương 1 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT KINH DOANH VÀ PHÁT TRIỂN CÁC CHẾ PHẨM THUỐC BVTV 6 I. THỊ TRƯỜNG MỘT SỐ HÓA CHẤT NÔNG HÓA CHỦ YẾU 7 III. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SẢN XUẤT CÁC CHẾ PHẨM THUỐC BVTV 10 IV. XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN HIỆN TẠI CỦA CÁC SẢN PHẨM NÔNG HÓA AN TOÀN 12 Chương 2 PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CÁC CHẾ PHẨM THUỐC BVTV 14 I. GIỚI THIỆU CHUNG 15 II. MỘT SỐ DẠNG GIA CÔNG THÔNG DỤNG ĐỐI VỚI CHẾ PHẨM THUỐC BVTV 23 III. MỘT SỐ DẠNG CHẾ PHẨM THUỐC BVTV THẾ HỆ MỚI 37 IV. VẬT LIỆU BAO GÓI CÁC SẢN PHẨM THUỐC BVTV 59 KẾT LUẬN 63 NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT 64 MỞ ĐẦU Khoảng 20 năm trở lại đây trong ngành nông hóa đã có nhiều thay đổi về công nghệ: phát minh ra các hoạt chất mới, thay đổi phương pháp gia công, đóng gói và thay đổi cách sử dụng, v.v… Đồng thời với những sự biến đổi trên, người ta cũng thay đổi cả những quy định trong quản lý sản xuất và sử dụng các loại thuốc bảo vệ thực vật (BVTV). Năm 1973, ở Mỹ có xuất bản cuốn sách với tựa đề “Gia công thuốc trừ sâuâ € - Pesticid Formulation) [1] . Cuốn sách có trình bày một số phương pháp và kỹ thuật gia công, sản xuất các loại thuốc BVTV thời đó. Theo đánh giá, công nghiệp nông hóa toàn thế giới đã sản xuất ra các sản phẩm nông hóa, ước tính đạt 30 tỷ USD/ năm (1997) và ngành này đã đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế ở nhiều nước. Hiện nay trên thế giới sự tăng dân số và sự đô thị hóa, công nghiệp hóa đang buộc người ta phải chuyển từ quảng canh sang thâm canh và sử dụng đất đai dùng cho sản xuất nông nghiệp ngày càng hiệu quả hơn. Các chuyên gia của Liên Hợp Quốc tiên đoán dân số toàn thế giới sẽ có 10 tỷ người vào năm 2040 và đặc biệt tăng nhanh ở khu vực châu Á - Thái Bình Dương. Điều này dẫn đến yêu cầu càng cao về các sản phẩm nông nghiệp và kéo theo nhu cầu về thuốc BVTV. Trước đây vài chục năm người ta chú ý phát triển các loại hoạt chất mới, các phương pháp gia công mới và đưa ra các chế phẩm ít rủi ro hơn, an toàn hơn, dễ sử dụng và thân thiện với môi trường hơn. Ngoài ra cũng còn một yêu cầu rất thực tế nữa là lượng thuốc BVTV được sử dụng trên một diện tích canh tác càng ít càng tốt để giảm giá thành sản xuất nông nghiệp, vì giá của các chế phẩm thuốc BVTV, nhất là các chế phẩm mới, thường rất cao. Người ta ước lượng rằng chi phí để phát triển các chế phẩm mới, là vào cỡ 150 ÷ 200 triệu USD và phải cần mất 7 đến 10 năm từ khi hóa chất được phát minh đến khi có sản phẩm đầu tiên được đưa ra thị trường. Quá trình này cũng đòi hỏi sự liên kết của nhiều cơ sở nghiên cứu và các đơn vị sản xuất. Bởi vì có nhiều hoạt chất được sử dụng, nên thực tế đã có rất nhiều dạng chế phẩm được gia công, sản xuất. Điều này phụ thuộc vào các tính chất hóa lý của hoạt chất đã dùng. Trước đây, hầu hết các chế phẩm gia công đều là các dung dịch tan trong nước thông thường, hoặc là dạng huyền phù đậm đặc trong một dung môi nào đó, hoặc dạng bột phân tán. Xu hướng mới đây trong gia công các chế phẩm là hạn chế tối đa sử dụng các dung môi gốc dầu mỏ và thay thế bằng nước hoặc bằng các dung dịch huyền phù (hoặc nhũ tương) nền nước. Ngoài ra còn có xu hướng không dùng các loại bột khô gây bụi, đồng thời chuyển sang dùng các loại chế phẩm dạng hạt phân tán trong nước và không gây bụi. Sự thay đổi mạnh các công nghệ gia công các chế phẩm nông hóa đã đòi hỏi người ta ngày càng phải sử dụng nhiều các loại phụ gia sản xuất khác nhau. Quan trọng nhất trong các loại phụ gia này là các chất hoạt động bề mặt (HĐBM). Đây là các chất đóng vai trò quan trọng làm chất phân tán và huyền phù hóa. Các chất HĐBM được biết trước đây thường đi từ các chế phẩm tự nhiên (xà phòng). Tuy nhiên hiện nay các chất HĐBM tổng hợp lại đóng vai trò chính trong lĩnh vực này. Trong đầu thế kỷ 20, các chất HĐBM sunfat và sunfonat với mạch cacbon dài đã được phát triển mạnh. Cuối thế kỷ 20 còn ra đời một số chất HĐBM có một số tính chất riêng do người ta đã thêm vào phân tử của chúng một số nhóm chức đặc biệt. Ngoài ra các chất HĐBM non - ionic, với nhóm ưa nước chứa nhóm chức etylen oxit, cũng được sử dụng nhiều. Nhìn chung, các chất HĐBM được dùng để cải thiện tính thấm nước, tính phân tán, tính tạo nhũ và ổn định dung dịch trong quá trình gia công chế biến các loại thuốc BVTV. Chính các chất HĐBM sẽ xác định nồng độ tối đa của chế phẩm, hoặc các tính chất về cỡ hạt, cỡ giọt, thời gian ổn định và đôi khi cả hoạt tính sinh học của hỗn hợp phun của chế phẩm. Một số phụ gia khác cũng được sử dụng tùy theo mục đích đề ra như: phụ gia chống lắng, chống lạnh đông, chống bọt, phụ gia làm đầy hoặc chống vón cục, v.v… Ngoài ra, chất phụ gia bảo quản cũng được sử dụng để tăng khả năng bảo quản của chế phẩm, tránh tình trạng bị phân hủy sinh học trong quá trình bảo quản, lưu kho, nhất là những chế phẩm có chứa nước, hydratcacbon hoặc chế phẩm đang dùng dở. Các cơ sở gia công các chế phẩm thuốc BVTV hiện nay cũng còn phải chú ý đến vấn đề bao gói, sao cho chế phẩm làm ra phải thực sự an toàn đối với người dùng. Liên quan đến vấn đề này, các vấn đề như tráng rửa và thải bỏ các loại chai lọ, bao bì đựng chế phẩm thuốc BVTV cũng là những vấn đề rất quan trọng. Các công trình nghiên cứu cho thấy khi phun các chế phẩm thuốc BVTV vào cây cối cần bảo vệ, thì chỉ có 10 ÷ 20% lượng chế phẩm phun ra bám vào mục tiêu. Phần chế phẩm còn lại sẽ trộn lẫn vào đất, hoặc chuyển vào môi trường. Như vậy phải thấy ngoài các hoạt chất thì các phụ gia của chế phẩm cũng tham gia vào quá trình gây ô nhiễm. Vấn đề thải bỏ các chất thải của các nhà máy sản xuất, gia công thuốc BVTV cũng như của các nông trại có dùng chế phẩm BVTV, hiện đang là những vấn đề nhạy cảm được xã hội hết sức lưu ý. Giảm thiểu chất thải và nước thải bằng cách tái sinh hoặc quay vòng, đang là vấn đề được khuyến khích và là tiêu điểm trong thiết kế, đầu tư các cơ sở gia công, sản xuất các chế phẩm thuốc BVTV. Tại đây, chúng tôi sẽ giới thiệu một số khả năng công nghệ đang được áp dụng nhiều trên thế giới trong lĩnh vực gia công, chế biến và sản xuất các chế phẩm thuốc BVTV. Nhằm đáp ứng những yêu cầu mới về an toàn và môi trường, những dạng chế phẩm mới đang là sự lựa chọn của nhiều nhà sản xuất các chế phẩm nông hóa. Tuy nhiên, tùy điều kiện về đầu tư cũng như đặc tính của hệ cây trồng mà người ta có thể lựa chọn một số dạng chế phẩm thích hợp nhất. Chương 1 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT KINH DOANH VÀ PHÁT TRIỂN CÁC CHẾ PHẨM THUỐC BVTV I. THỊ TRƯỜNG MỘT SỐ HÓA CHẤT NÔNG HÓA CHỦ YẾU I.1. Yêu cầu áp dụng khoa học công nghệ (KHCN) trong phát triển các chế phẩm nông hóa Nhu cầu về thuốc BVTV vẫn tăng do nhu cầu cho nông nghiệp vẫn tăng. Đến năm 2050 dân số toàn thế giới được đánh giá là trên 11 tỷ người và lượng lương thực cũng phải tăng tương ứng. Nếu như năm 1960 lượng đất canh tác cho một đầu người là 0,5 ha thì vào năm 1989 con số này chỉ còn 0,33 ha. Với tỷ lệ tăng dân số thế giới cỡ 1,7%/ năm (thêm 90 triệu người cần được cung cấp lương thực và quần áo mỗi năm) trong khi tốc độ tăng đất canh tác chỉ nhỏ hơn 1/10 tốc độ tăng dân số (chỉ vào khoảng 0,15%/ năm, nghĩa là diện tích canh tác chỉ tăng khoảng 50 - 60 triệu ha cho năm 2010). Chỉ ít năm nữa diện tích đất canh tác bình quân ứng với mỗi đầu người chỉ còn xấp xỉ 0,2 ha. Điều này cho thấy để có đủ lương thực nuôi sống nhân loại thì chỉ còn cách ngoài tăng năng suất cây trồng, còn phải tính đến cải thiện khả năng bảo vệ mùa màng. Điều này sẽ không thể thực hiện được nếu như không tăng cường áp dụng KHCN trong canh tác và áp dụng các hoạt chất bảo vệ mùa màng mới. Cải tiến chất lượng các chế phẩm nông hóa nằm trong định hướng chung về tăng cường áp dụng KHCN trong phát triển nông nghiệp. I.2. Thị trường các loại thuốc BVTV Doanh số các loại sản phẩm nông hóa toàn cầu tăng hàng năm ở mức từ 4 đến 5%. Thị trường chủ yếu các sản phẩm nông hóa toàn thế giới do 25 nhà sản xuất lớn nhất (chiếm đến 90% doanh thu) kiểm soát. Điều này cho thấy muốn thành công trong công nghiệp các thuốc BVTV, cần phải có một tổ chức rộng, có khả năng đầu tư mạnh vào lĩnh vực nghiên cứu, phát minh (trong đa số các trường hợp), phát triển sản xuất và phát triển thị trường. Thực tế có một số cơ sở sản xuất đã thành công trong việc gia công chế phẩm đã từng được phát minh trước đây. Chính các nhà gia công này đã sản xuất và đưa ra thị trường nhiều loại sản phẩm nông hóa. Đa phần trong số 25 công ty lớn nhất đã đặt mục tiêu nghiên cứu tổng hợp các hóa chất mới có cấu trúc mới, có kiểu tác động mới, liều lượng sử dụng ít. Những chế phẩm mới này có thể được đăng ký bản quyền và tạo lợi thế lớn cho người phát minh trước các đối thủ cạnh tranh. Khi đánh giá về thị trường các chế phẩm BVTV, có thể thấy trong các nước phát triển, thị trường thuốc BVTV chủ yếu đáp ứng cho các loại cây lấy hạt như đậu tương, ngô, lúa và thị phần các loại thuốc diệt cỏ là lớn nhất (48%) trong khi thị phần thuốc trừ sâu nhỏ hơn (28%) còn thị trường thuốc nấm bệnh còn nhỏ hơn nữa (19%). Trái lại, ở các nước phát triển, thuốc trừ sâu lại chiếm thị phần chủ yếu vì sâu là yếu tố gây hại mạnh nhất, có khả năng làm mất mùa nông sản ở các vùng này. Các sản phẩm còn lại chỉ chiếm thị phần nhỏ hơn, trong đó các thuốc điều hòa sinh trưởng chiếm thị phần khá lớn. II. GIỚI THIỆU MỘT SỐ THUỐC BVTV - Thuốc trừ cỏ: Thuốc trừ cỏ có rất nhiều chủng loại, tùy theo kiểu tương tác, theo phản ứng quang hóa, phản ứng tổng hợp sinh học amino axit, tổng hợp sinh học lipid, hoặc theo ảnh hưởng tới các hocmon (như hoạt chất 2,4D; MePA ), tới sự phân chia tế bào, tới sự tổng hợp sinh học các xenlulô và tới các hoạt động sống khác của cỏ dại. - Thuốc trừ sâu: Thông thường các thuốc trừ sâu tác động đến sâu bọ, côn trùng là theo cơ chế đầu độc các chức năng thần kinh. Cũng do điều này mà nhiều loại thuốc trừ sâu gây ngộ độc không mong muốn đến các đối tượng động vật khác (kể cả thiên địch) và con người. Các hoạt chất trừ sâu thường dùng là hoạt chất cơ phốtpho (phá hủy hệ thống enzym của sâu bọ), hoạt chất cacbamat (phá hủy hệ thống enzym của sâu bọ và gây hậu quả mất nước ở sâu bọ) và giết chết sâu bọ. Các hoạt chất tương tác với các vị trí phát các tín hiệu thần kinh hoặc vào kênh dẫn ion (như DDT) hoặc tác động vào quá trình vòng đời của côn trùng, v.v - Các loại thuốc trừ nấm: Các loại thuốc trừ nấm được dùng để kiểm soát nấm bệnh trên cây trồng. Có thể có các loại thuốc phòng ngừa hoặc diệt nấm. Hầu hết các loại thuốc diệt nấm cũng có tính độc hại và chúng thường có tính diệt nấm bệnh một cách chọn lọc. Các chế phẩm phòng ngừa nấm thường được dùng trước đây là các muối của đồng, thiếc và thủy ngân. Đây thường là các chất khá độc và ngày nay người ta có xu hướng thay thế chúng bằng các loại khác ít độc hơn. Cơ chế trừ nấm của các chế phẩm chứa muối kim loại là tác động lên hệ enzym của nấm bệnh. Ngoài ra người ta còn dùng các chế phẩm chứa các hoạt chất hữu cơ họ ditiocacbamat (maneb, mancozeb ) và dimetylditiocacbamat (thiram, v.v ) hoặc các chất chứa hyđrocacbon thơm như quitozene, N- trihalometyltio, v.v để phòng trừ nấm bệnh cho cây. Một số hoạt chất khác lại gây ảnh hưởng đến sự phân chia tế bào cùng nhiều cơ chế sinh hóa khác của nấm. - Các chất điều hòa sinh trưởng cây trồng. Các chất điều hòa sinh trưởng cây trồng thường chiếm vị trí thứ yếu trong số các chế phẩm nông hóa do những vấn đề có liên quan đến lượng dư của các chất này trong thực phẩm. III. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SẢN XUẤT CÁC CHẾ PHẨM THUỐC BVTV III.1. Tình hình nghiên cứu phát hiện và phát triển các chế phẩm thuốc BVTV Hiện nay trên thế giới có một thị trường hết sức rộng lớn cho các loại thuốc BVTV, chủ yếu là các chế phẩm cho các loại cây nông sản như lúa mì, lúa mạch, lúa nước, ngô, đậu tương, bông, các loại cây có múi và một số hoa quả cao cấp. Thị trường này cũng có cả các loại thuốc diệt cỏ. [...]... hin nhiu yờu cu v cụng ngh v k thut gia cụng ch phm, v cỏc ph gia, v.v t c cỏc tớnh cht húa lý rt a dng cho cỏc ch phm v phự hp vi hot cht s dng Vớ d: hot cht tan trong nc cn c gia cụng thnh dng dung dch nc hoc dng bt; trong khi ú hot cht dng nh du, lng cn c gia cụng thnh dng nh tng m c hn vi nn hyrocacbon; cỏc hot cht rt ớt tan trong c nc v du hyrocacbon thỡ cú th gia cụng thnh dng huyn phự, dng bt... ch phm Cỏc ch phm cú th do mt nh húa hc tng hp hoc ly t mt b su tp cỏc cht cú ngun gc t ngoi (mua t cỏc trng i hc, hoc nhúm chuyờn gia ca cỏc ngnh húa hc khỏc) cú mt ch phm ra th trng, cn qua nhiu giai on sng lc v sinh hc v ỏnh giỏ v cỏc phng din khỏc III.2 Tỡnh hỡnh gia cụng cỏc ch phm nụng húa trờn th gii Nụng dõn ti tt c cỏc vựng min trờn th gii u tin cy vo cỏc húa cht bo v cõy trng Cỏc ch phm... phỏt trin cỏc phng phỏp gia cụng hin i v tinh t (sophisticate) hn Cỏc phng phỏp ny da trờn c tớnh ca cỏc cht HBM mi hoc cỏc cht ph gia mi v trờn c s hiu bit sõu hn v húa hc cht keo v húa hc b mt Cụng ngh ch bin mi cng c phỏt trin to ra cỏc ch phm ht mn hn, bn hn, hot ng hn, c bit vi cỏc hot cht khụng tan trong nc hoc trong cỏc dung mụi Hin nay, mc tiờu chớnh ca cỏc phng phỏp gia cụng thuc BVTV l to... l to c cỏc ch phm d s dng, an ton, khụng b hng trong thi gian bo qun v m bo cho cỏc hot cht th hin c ti a hot tớnh vn cú ca chỳng Cỏc yu t ch yu c chỳ ý la chn khi gia cụng cỏc ch phm nh ó trỡnh by mc IV, Chng 1, trong ú chỳ ý nht l cỏc yu t: - Cỏc tớnh cht húa - lý - Hot tớnh sinh hc v kiu tỏc ng - Phng phỏp ỏp dng - an ton khi s dng - Giỏ gia cụng - Trin vng th trng Tng yu t k trờn s c xỏc nh bng... sõu cú hot cht phụpho hu c v pyrethroid (l cỏc cht tan trong du) thng c gia cụng thnh dng EC, trong ú cú mt s ớt cỏc hot cht cn c b sung cỏc dung mụi khi gia cụng nõng cao hn hot tớnh sinh hc ca hot cht Cỏc dung mụi gc du m ang chu ỏp lc v mụi trng vỡ gõy hi sc khe cho ngi s dng nờn chỳng ang cú xu hng b loi b trong cụng ngh gia cụng cỏc loi ch phm EC Tuy nhiờn khụng phi tt c cỏc dung mụi cú th b... xut dng ch phm ny l lm sao cho ch phm n nh, bn ớt nht 2 nm k c khi cú s thay i nh v thnh phn cỏc cht trong ú Vic b sung mt s tỏ dc (ph gia) cng cú th lm tng thờm hot lc ca hot cht trong ch phm SC Ngay t nhng nm 70 ca th k trc, cụng ngh gia cụng SC ó c ỏp dng ph bin gia cụng cỏc thuc BVTV cú hot cht l tinh th rn Hot cht cú th c huyn phự húa trong mt pha du, song thng thỡ ngi ta hay to SC ngay trong... nghin bi t Mt s cht HBM c dựng lm tỏc nhõn thm t SC trờn c s pha nc cú nhiu u im nh cho phộp nng hot cht cao, d chuyờn ch v s dng, an ton v m bo mụi trng, gim giỏ thnh gia cụng, v.v Ngoi ra trong khi gia cụng ngi ta cũn thờm mt s ph gia c bit nõng cao hiu qu ca hot cht Cỏc ch phm dng SC thng c nụng dõn thớch dựng hn l loi bt thm nc (WP) vỡ loi ny khụng gõy bi v d ong rút vo bỡnh phun Tuy nhiờn loi... dng ch phm cn c gia cụng cú th hũa tan ngay trong bỡnh phun t mc ớch ny, ch phm phi c to dng sao cho nú d dng trn ln v hũa tan Cú mt vi trng hp, mt s ch phm cng c trn ln v hũa tan ngay trong bỡnh phun cựng vi mụi cht tr phun Cỏc ch phm dng ht hoc mt s cht x lý ht ging cú th dựng theo kiu rc trc tip dng khụng tan vo t Cú mt s ớt ch phm c to dng d hũa tan v phun vi dung mụi du hoc c gia cụng di dng... MT S DNG GIA CễNG THễNG DNG I VI CH PHM THUC BVTV II.1 Cỏc ch phm dng rn 1 Dng ht (Granules - GR): Dng ny thng c dựng phõn tỏn trc tip trờn rung phũng nga c di hoc dit cụn trựng trong t Nng cỏc hot cht trong ht thuc thng vo c 1 ã 40% v c ht thng l 250 - 1000 àm (0,25 ã 1mm) Ch phm dng ht cn khụng c úng vún, khụng gõy bi, khụng dớnh nhau v d tan ró trong t gii phúng hot cht Cỏc ht thng c gia cụng... cỏc ht phun ra phi thm t v phõn tỏn u trờn ton b mt mc tiờu, ng thi cỏc ht ny phi khú b nc ma ra trụi Hn na, tỏc nhõn lm t cũn cú tỏc dng lm gim sc cng b mt gia cỏc ht rn v nc v m bo cho bt d c thm t v d dng trn ln vi nc trong bỡnh phun Ngoi ra khi gia cụng ngi ta cũn thờm tỏc nhõn phõn tỏn ngn cho cỏc ht trong bỡnh phun khụng b kt vún v duy trỡ trng thỏi huyn phự ca dung dch phun trong sut c quỏ trỡnh . ĐỀ TÀI Công nghệ gia công hiện đại thuốc bảo vệ thực vật MỞ ĐẦU 3 Chương 1 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT KINH DOANH VÀ PHÁT TRIỂN CÁC CHẾ PHẨM THUỐC BVTV. lý sản xuất và sử dụng các loại thuốc bảo vệ thực vật (BVTV). Năm 1973, ở Mỹ có xuất bản cuốn sách với tựa đề †Gia công thuốc trừ sâuâ € - Pesticid