III. MỘT SỐ DẠNG CHẾ PHẨM THUỐC BVTV THẾ HỆ MỚ
4.Đa nhũ tương (Multiple emulsion)
Một chế phẩm đa nhũ tương là một chế phẩm mà trong đó một giọt dầu có thể chứa nhiều giọt nước và chính giọt dầu lại bị nhũ hóa trong pha nền nước. Như vậy hệ cuối cùng sẽ là nhũ tương hệ “nước trong dầu trong nước†(W/O/W). Tương tự cũng có hệ “dầu trong nước trong dầu†(O/W/O). Dạng chế phẩm này được dùng nhiều trong dược phẩm và thuốc BVTV[5]. Pha dầu trong hệ W/O/W sẽ ngăn cho
thuốc BVTV trong hạt nhũ nước không bị đi vào pha nước nền. Loại chế phẩm đa nhũ sẽ có tác dụng giảm thiểu độc tính của thuốc BVTV.
Người ta thường dùng hệ đa nhũ W/O/W chứa một vài hoạt chất tan trong nước và cả tan trong dầu. Gần đây dạng đa nhũ được chú ý sử dụng làm chế phẩm có thể điều tiết hoạt lực cho các hoạt chất thuốc trừ sâu dạng tan trong nước hoặc tan trong dầu.
Việc phát triển các chế phẩm đa nhũ rất tốn kém và mất nhiều thời gian, trong khi việc áp dụng dạng chế phẩm này vẫn gặp nhiều trở ngại do hệ ít bền về mặt vật lý. Pha dầu được sử dụng dưới dạng chất HĐBM. Dạng đa nhũ tương của thuốc BVTV thường ở dạng EW còn loại WO, tuy dễ pha chế, nhưng ít được sử dụng hơn. Do chứa nhiều chất HĐBM nên các chế phẩm đa nhũ tương thường đắt so với EC truyền thống. Hệ đa nhũ tương chứa các vi hạt có kích thước nhỏ hơn 0,1µm với 3 thành phần:
- Chất dầu lỏng hoặc chất rắn hòa tan trong dung môi hữu cơ.
- Nước.
- Các chất HĐBM.
Các thành phần này tạo một pha duy nhất chứa các “mixel trương nở†, trong đó pha “không nước†của hoạt chất và dung môi hòa tan với nhau.
Trong các chế phẩm dạng này, có hai dạng chất HĐBM cần được sử dụng, đó là một tan trong nước và một tan trong dầu. Chất HĐBM tan trong nước thường là loại anionic hoặc non - ionic với giá trị HLB cao. Phần kỵ nước của phân tử sẽ liên kết với dầu. Các chất HĐBM tan trong dầu có giá trị HLB rất thấp (chẳng hạn hexanol). Nồng độ tổng cộng của các chất HĐBM cho đa nhũ tương thường khoảng 10 ÷ 30% (trong khi trong nhũ dầu trong nước (EW) chỉ khoảng 5%). Đa nhũ tương có nồng độ hoạt chất tương đối thấp nhưng hoạt tính sinh học của hoạt chất được nâng cao.
5. Hạt phân tán trong nước (Water dispersible granules - WG)
WG là một dạng chế phẩm tương đối mới và là dạng chế phẩm được phát triển nhằm tăng sự hấp dẫn thị trường. WG cũng là loại chế phẩm an toàn hơn so với các loại chế phẩm dạng bột thấm nước (WP) và huyền phù đậm đặc (SC). Các chế phẩm dạng WG đang ngày càng phổ biến hơn vì chúng rất tiện lợi trong đóng gói và sử dụng, không gây bụi, các hạt linh động dễ dàng phân tán khi thêm nước trong bình phun. WG là một bước cải thiện của WP và tương đương với các chế phẩm dạng lỏng về mặt an toàn khi tiếp xúc song ít gây các vấn đề phức tạp về tiêu huỷ bao bì đựng sau khi sử dụng.
Việc phân loại WG khá phức tạp vì có nhiều công nghệ gia công được áp dụng khi sản xuất loại chế phẩm này. Tuy nhiên dù có được gia công theo công nghệ nào, thì cuối cùng cũng phải nhận được chế phẩm WG dễ phân tán vào nước trong bình phun và cỡ hạt phân tán cũng tương tự
như cỡ hạt từ bột hoặc nhũ dùng làm nguyên liệu. Để đạt được các yêu cầu này, thì việc lựa chọn chất HĐBM và các phụ gia khác cũng như phương pháp tạo hạt phải được lựa chọn thận trọng. Có một số kiểu tạo hạt cho WG như sau:
- Trong thùng chuyên dụng
- Theo phương pháp trộn
- Bằng cách đùn hạt
- Theo phương pháp tầng lỏng
- Theo phương pháp sấy phun
Người ta thấy có nhiều yếu tố quyết định đến các tính chất chính của sản phẩm cuối (kiểu hạt, cỡ hạt, tính dễ phân tán trong nước, v.v...). Những tính chất này sẽ đảm bảo các yêu cầu mong muốn.
Các chế phẩm WG thường chứa các chất làm ướt và chất phân tán giống như chế phẩm WP hoặc EC. WG cũng còn chứa các muối tan trong nước với mục đích chống sự tập hợp các pha trong thùng phun. Phần còn lại trong thành phần của WG là chất làm đầy (tan hoặc phân tán được trong nước).
Một mẫu WG điển hình thường có công thức sau (phần trăm trọng lượng):
Chất làm ướt 1 ÷ 5%
Chất phân tán 5 ÷ 20%
Chất chống tập hợp 0 ÷ 15%
Chất làm đầy (tan hoặc không tan) đến đủ 100%
Các chất làm ướt và chất phân tán thường được dùng trong WG là các chất tương ứng dùng trong WP hoặc SC.
6. Một số dạng chế phẩm có khả năng kiểm soát sự phóng hoạt chất (Controlled - release - CR)
Công nghệ sản xuất các chế phẩm kiểm soát được lượng tiết ra của hoạt chất đang rất được chú ý nghiên cứu phát triển vì các chế phẩm này có rất nhiều ưu điểm so với các chế phẩm truyền thống. Công nghệ tiết hoạt chất có kiểm soát là công nghệ nhờ đó các hoạt chất được điều chỉnh sao cho hướng đúng vào mục tiêu với nồng độ và khoảng thời gian tác động nhất định và nhằm tạo được hiệu quả đã định. Với các thuốc trừ sâu truyền thống thì lần sử dụng đầu, nồng độ thuốc thường đạt mức quá lớn, vượt quá rất nhiều nồng độ ức chế dịch hại tối thiểu. Còn ở các chế phẩm kiểm soát lượng hoạt chất tiết ra, thì nồng độ thuốc dùng được lựa chọn đủ để duy trì nồng độ hoạt chất cao hơn nồng độ cần để ức chế dịch hại trong suốt thời kỳ cần phải duy trì hoạt lực của chế phẩm.
Có 4 công nghệ được áp dụng để sản xuất các chế phẩm dạng kiểm soát mức tiết của hoạt chất là:
a. Tạo viên có vỏ bọc.
b. Tạo hệ polyme liên kết hóa trị với hoạt chất. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
c. Tạo hỗn hợp vật lý phù hợp chứa hoạt chất.
d. Tạo vi nang.
Các chế phẩm dạng kiểm soát lượng tiết hoạt chất được thiết kế để:
+ Tăng hoạt tính của hoạt chất và đảm bảo tác dụng sinh học lâu dài hơn các chế phẩm khác. Mức tiết của hoạt chất phụ thuộc vào mức khuếch tán ra phía ngoài viên thuốc, trong đó chủ yếu phụ thuộc độ dầy, độ chắc, độ xốp của lớp vỏ bọc.
+ Giảm hao hụt vì bay hơi do gió và ảnh hưởng của thời tiết.
+ Giảm mức độc hại cho môi trường. Hầu hết các thuốc BVTV được phun ra sẽ tụ tập trong đất. Các chế phẩm kiểm soát lượng tiết hoạt chất thường dùng ở mức độ hoạt chất thấp hơn nhiều nên có thể làm giảm ảnh hưởng bất lợi cho môi trường (nước mặn, nước ngầm, không khí, đất...) và các loài động thực vật khác, nghĩa là có khả năng giảm độ độc hại sinh thái.
+ Giữ cho thuốc BVTV khỏi bị hư hỏng do các yếu tố môi trường (ánh nắng, vi khuẩn, gió, mưa, v.v...).
+ Giảm độc cho người sử dụng.
+ Giảm bốc mùi.
+ Chống bị nước mưa rửa trôi sau khi phun thuốc.
+ Cải thiện khả năng phun của bình phun.
Mặc dù các công trình nghiên cứu về các chế phẩm thuốc BVTV có khả năng kiểm soát sự phóng hoạt chất của nhiều hãng sản xuất nông dược lớn đã được đưa ra khoảng 20 năm trở lại đây, song việc thương mại hóa và áp dụng các chế phẩm dạng này lại tương đối chậm.
Các chế phẩm vi nang (microencapsulation) là những chế phẩm được áp dụng khá phổ biến trong vài năm gần đây. Các chế phẩm vi nang thường được gia công ở dạng huyền phù. Gọi là huyền phù vi nang (microencapsulated suspension - CS).
Một dạng huyền phù vi nang (CS) của chế phẩm thuốc BVTV điển hình thường có thành phần sau (phần trăm trọng lượng):
Hoạt chất 10 ÷ 30%
Chất nhũ hóa 1 ÷ 5%
Polyme 10 ÷ 15%
Dung môi 5 ÷ 15%
Nước vừa đủ 100%
Giống như trong trường hợp với SC và EC các loại chế phẩm CS được ổn định hóa bằng các chất HĐBM và chất làm đặc quen thuộc thường dùng. Hiện đang có một số chế phẩm thuốc BVTV dạng CS trên thị trường. Đó là một số chế phẩm trừ cỏ có đặc điểm chọn lọc cao và dùng ít dung môi, một số chế phẩm trừ sâu ít độc với người nhưng có hoạt lực lâu dài hoặc một số pheromon (chất dẫn dụ) duy trì mùi lâu dài (từ 10 đến 14 ngày). ưu điểm của các chế phẩm dạng CS so với các chế phẩm thông thường khác là ở chỗ chúng có hoạt tính sinh học cao hơn, đồng thời hàm lượng tác động tối ưu của hoạt chất được duy trì trong khoảng thời gian dài hơn.
Công nghệ vi nang là công nghệ chính để tạo ra các chế phẩm dạng này. Công nghệ này được dùng nhiều trong dược phẩm, văn phòng phẩm, mỹ phẩm. Dù đã áp dụng rất thành công trong các chế phẩm thuốc BVTV, nhưng công nghệ này vẫn chưa thực sự được áp dụng rộng rãi trong lĩnh vực nông hóa.
Các chế phẩm có viên nang cỡ 100 ÷ 1000 µm thì được gọi là bao nang macro (macroencapsulation) và loại này ít được dùng trong các sản phẩm nông hóa dạng phun.
Loại vi nang có cỡ hạt đến 100nm được phân vào nhóm viên nang nanô.
Gần đây người ta đã áp dụng công nghệ hỗn hợp để điều chế loại chế phẩm hạt phân tán trong nước (WG) bằng cách bao nang theo cách
phun sương. Ví dụ trifluralin được nhũ hóa vào nước và người ta tiến hành sấy phun nhũ tương tạo ra cùng với một polyme tạo màng tan trong nước.
Một số phương pháp bao nang
Hiện có nhiều phương pháp bao nang, cả hóa học và vật lý.
Một số quá trình như polyme hóa tại chỗ và polyme hóa bề mặt phân cách... được áp dụng rộng rãi để bao nang các chế phẩm, kể cả chế phẩm BVTV. Một số công nghệ đã được thương mại hóa. Dưới đây là một số phương pháp bao nang dùng cho chế phẩm thuốc BVTV.
a. Polyme hóa bề mặt tiếp giáp các pha (gọi tắt là polyme hóa bề mặt) là phương pháp được áp dụng rộng rãi để chế tạo các polyme ngưng tụ. Phương pháp này khác các phương pháp tổng hợp polyme khác ở chỗ phản ứng polyme hóa chỉ xảy ra trên vùng tiếp giáp giữa 2 pha không trộn lẫn mà không xảy ra trong lòng một pha đơn lẻ.
Thủ thuật cơ bản để bao nang một vật liệu khá đơn giản. Đầu tiên một monome được hòa tan trong vật liệu tạo vỏ. Sau đó dung dịch được phân tán trong một pha liên tục (thường là nước) có chứa một vài tác nhân phân tán hoặc/ và tác nhân nhũ hóa. Monome thứ hai được bổ sung vào pha nước của nhũ tương nhận được bên trên. Khi đó sẽ xảy ra phản ứng tạo vỏ tại vùng tiếp giáp pha dầu/ nước của các vi hạt nhũ. Huyền phù nhận được (vi nang) có thể được xử lý tiếp để nhận được sản phẩm cuối. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Công nghệ polyme hóa bề mặt tiếp giáp các pha là công nghệ quan trọng nhất để bao nang các thuốc BVTV.
Một trong những quá trình tạo huyền phù vi nang theo phương pháp này được áp dụng trên thực tế có thể được mô tả như sau:
Hoạt chất, thường là các chất lỏng hoặc chất rắn dạng sáp, được hòa tan trong dung môi thơm (chứa 9 hoặc 10 nguyên tử cacbon, thường dùng cho EC). Một monome tan trong dầu (như toluen diisoxyanat - TDI) được hòa tan tiếp tục vào hỗn hợp. Người ta nhận được một nhũ tương dầu nước (O/W) bằng cách khuấy cao tốc một dung dịch nước chứa chất nhũ hóa và một amin phản ứng (như etylen điamin chẳng hạn). Hệ nhũ tương chứa các vi giọt có đường kính 10 - 30 µm được hình thành và quá trình polyme hóa giữa isoxyanat với amin sẽ xảy ra tại bề mặt tiếp xúc pha dầu - nước để tạo ra màng polyme bao quanh các vi giọt. Còn một phương pháp khác nữa để polyme hóa là cho isoxyanat phản ứng với nước tại bề mặt tiếp xúc để tạo ra amin tại chỗ, sau đó amin lại phản ứng tiếp với isoxyanat để tạo ra màng polyurê[6].
b. Phương pháp đồng phát triển phức (complex coacervation). Trong phương pháp này vỏ bao nang xung quanh hạt hoạt chất không tan trong nước được tạo ra khi một polyme anionic tan trong nước phản ứng với vật liệu cationic (có thể là polyme thứ hai). Kết quả là tạo ra các tập hợp không tan trong nước và tách khỏi dung dịch. Nếu có một pha phân tán trong dung dịch thì vật liệu copolyme tạo ra có xu hướng bọc các tiểu phân lại và tạo thành các vi nang. Một ví dụ hay được biết
đến về quá trình tạo copolyme là phản ứng của gelatin với gôm arabic. Đây là phản ứng quen thuộc để sản xuất các chế phẩm áp dụng quá trình polyme hóa bề mặt các pha.
c. Phương pháp bay hơi dung môi. Phương pháp này thường được áp dụng cho chế tạo dược phẩm và hầu như chưa được áp dụng cho các chất nông hóa. Trong phương pháp này vỏ nang được tạo thành khi polyme được hòa tan vào một dung môi không tan trong nước. Cả hoạt chất và polyme đều tan được trong dung môi song không tan trong nhau. Dung dịch hoạt chất và dung dịch polyme được nhũ hóa trong nước với một chất HĐBM thích hợp. Sau đó cho bay hơi dung môi (đun nóng, giảm áp suất, v.v...) polyme tách ra sẽ tạo nên một lớp trên bề mặt của vi giọt nhũ tương.
d. Tạo nang bằng cách phun. Đây là một kỹ thuật tạo nang lâu đời nhất và hiện nay được chia ra nhiều phương pháp thực hiện. Hầu hết các phương pháp tạo nang theo kỹ thuật này dùng không khí làm pha liên tục khi phun. Kỹ thuật này được áp dụng để sản xuất các chế phẩm dạng khô. Kỹ thuật chính được áp dụng là sấy phun một hệ nhũ tương (hoặc huyền phù) có vật liệu nhân nang (hoạt chất BVTV) được phân tán trong một dung dịch nước. Khi nước bay hơi, vật liệu tạo vỏ sẽ lưu lại và bao bọc vật liệu nhân. Tạo nang bằng kỹ thuật này sẽ nhận được các vi nang kích thước cỡ 10 ÷ 150µm; lớn hơn so với bằng một số phương pháp khác.
Tuy phương pháp này đã được sử dụng từ lâu nhưng hiện vẫn ít dùng để sản xuất các chế phẩm thuốc BVTV do cỡ hạt nang thường lớn và công suất sản xuất của hầu hết các thiết bị hiện có kiểu này thường nhỏ, khó đáp ứng yêu cầu thực tế sản xuất.
e. Polyme hóa tại chỗ: Là một công nghệ được áp dụng để nang hóa tại chỗ. Thực ra thuật ngữ này bao gồm 2 quá trình tạo nang khác nhau sử dụng cho hoạt chất BVTV không tan trong nước. Một phương pháp là áp dụng quá trình tạo vỏ nang nhờ polyme hóa polyamin với một andehyd trong môi trường nước (melamin formaldehyd hoặc urê formaldehyd). Phương pháp còn lại là nang hóa tại chỗ, trong đó vỏ polyme được tạo thành ngay trong pha dầu có chứa hoạt chất BVTV phân tán do sự thủy phân của một isocyanat.
Phản ứng tạo vỏ nang trong trường hợp phương pháp đầu được mô tả kỹ qua phản ứng tạo polyamin formaldehyd [7][8][9] còn quá trình tạo vỏ nang bằng thủy pha isocyanat [10][11][12].
Ngoài ra còn một số công nghệ bao nang khác.
Một số ưu điểm của các chế phẩm vi nang
Người ta sản xuất các chế phẩm vi nang theo nhiều yêu cầu khác nhau, chẳng hạn để làm giảm độ độc cấp của chế phẩm, hạn chế sự biến chất, giảm sự bay hơi hoặc làm biến tính hoạt tính sinh học của hoạt chất và làm giảm khả năng rửa trôi hoạt chất do mưa, v.v...
* Kiểm soát được sự phóng hoạt chất: Điều này sẽ góp phần làm cho thuốc BVTV có hiệu lực lâu dài hơn.
* Có khả năng tăng tính chọn lọc của thuốc BVTV, hướng tác động của thuốc vào mục tiêu.
* Giảm độ độc cấp tính của chế phẩm đối với người và gia súc.
* Làm chậm sự biến chất của hoạt chất.
* Giảm sử dụng dung môi.
* Giảm sự thất thoát hoạt chất do bay hơi.
* Giảm sự rò rỉ hoạt chất độc ra môi trường.
* Giảm mùi (khó chịu) của chế phẩm.
* Cải thiện độ bền của hoạt chất, tăng hiệu lực của chế phẩm.
* Giảm khả năng bị rửa trôi do mưa, v.v...