Въведение
В областта на защитата на селскостопанските култури маслените състави за растителна защита-т.е. пестицидни емулгируеми концентрати или водни емулсии-служат като критичен носител за доставяне на активни съставки към целевите култури. Емулгаторите, като основни адюванти, определят дали течността за пръскане може да образува стабилна емулсия, да се разпространи равномерно върху повърхностите на листата и да позволи на активните съставки да проникнат ефективно.
Сред многобройните налични опции за емулгатори, PGE (полиглицеролови естери на мастни киселини) и DATEM (диацетил винена киселина естери на моно- и диглицериди) са два вида, които привлякоха значително внимание. PGE вече се очерта като виден играч в областта на пестицидните адюванти, използвайки своята уникална молекулярна структура и превъзходни свойства на повърхността, за да стане важен кандидат за нови зелени адюванти. DATEM, широко признат като мощен емулгатор в хранително-вкусовата промишленост, също изисква изследване за потенциалните му приложения в растителната защита.
Тази статия систематично сравнява ефективността на PGE и DATEM в системите за формулиране на масла за растителна защита от четири измерения: молекулярна структура, поведение на повърхността, ефекти от приложението и безопасност за околната среда.
Сравнение на основните характеристики на PGE и DATEM
1.1 PGE: Полиглицеролни естери на мастни киселини
PGE е нейонен емулгатор, произведен чрез естерифициране на полиглицерол с мастни киселини. Неговата основна структурна характеристика е хидрофилната полиглицеролова главна група, състояща се от множество глицеролови единици, свързани с етерни връзки, образуващи „много-разклонена“ три-измерна структура.
Структурни характеристики:
Хидрофилна глава: Полиглицерол със средна степен на полимеризация 1-3, осигуряващ множество хидроксилни места
Хидрофобна опашка: вериги на мастни киселини с 8-16 въглеродни атома (напр. каприлова киселина, капринова киселина, лауринова киселина)
Молекулярна конфигурация: „дендритно“ или „звездообразно“ разпределение със значително пространствено препятствие
Основни предимства:
Отличен капацитет за адсорбция на повърхността, ефективно намаляване на напрежението на повърхността на масло-вода
Като нейонен емулгатор, нечувствителен към електролити и промени в pH
Произведен от възобновяеми растителни суровини с добра биоразградимост
Може да служи като „вграден-забавител на дрейфа, като ефективно контролира дрейфа на капките по време на пръскане
1.2 DATEM: Естери на диацетил винена киселина на моно- и диглицериди
DATEM е известен в хранително-вкусовата промишленост като „кралят на укрепването на тестото“. Молекулярната му структура съдържа уникална група диацетил винена киселина, която придава специални характеристики на хидрофилен-липофилен баланс.
Структурни характеристики:
Хидрофилна глава: Група на винената киселина с две ацетилни групи, осигуряваща умерена хидрофилност
Хидрофобна опашка: моно- и диглицеридни естерни вериги на мастни киселини
Молекулна конфигурация: „клинообразна-форма“ със значителна пространствена пречка
Основни предимства:
Отлична разтворимост в масло, напълно смесима с масла и повечето масло{0}}разтворими разтворители
Добър стабилизиращ ефект върху интерфейсите масло{0}}вода
Доказан превъзходен капацитет за укрепване-на глутен при печене
3 Бързо сравнение на характеристиките
| Характеристика | PGE | ДАТА |
|---|---|---|
| Химически тип | Нейонни | Нейонни |
| Хидрофилна глава | Полиглицеролова верига (2-3 глицеролни единици) | Група диацетил винена киселина |
| Хидрофобна опашка | C8-C16 мастни киселини | Моно/диглицеридни естери на мастни киселини |
| HLB диапазон | Широка, регулируема по степен на полимеризация | Приблизително 9-10 |
| Разтворимост във вода | Варира в зависимост от степента на полимеризация | Ниско, диспергируемо във вода |
| Маслена разтворимост | добре | Отличен (напълно смесим) |
| Биоразградимост | Добър (възобновяеми суровини) | Разградим, но в различни области на приложение |
| Основно приложение | Пестицидни адюванти, храни, козметика | Предимно печени изделия |
Ключови показатели за ефективност във формулите на масла за растителна защита
В приложенията за растителна защита, оценката на емулгаторните системи обикновено включва следните ключови показатели:
- Стабилност на емулсията: Дали емулсията остава равномерно диспергирана без отделяне или утаяване
- Намаляване на междуфазното напрежение: Намаляване на напрежението между течността за пръскане и повърхността на листата за подобрено разпръскване и омокряне
- Контрол на дрифта: Намаляване на дрейфа на капките по време на пръскане, за да се подобри ефективността на целевото отлагане
- Подобряване на проникването на листата: Улеснява проникването на активната съставка през листната кутикула
- Безопасност на околната среда: Биоразградимост, профил на безопасност на културите
Ефективност на PGE във формулировките на масла за растителна защита
1 Доказани предимства
Емулгиране и междуфазна активност
Като нейонно повърхностноактивно вещество, PGE ефективно стабилизира интерфейсите масло-вода. Изследванията показват, че естерите на мастни киселини на глицерол (основната структура на PGE) могат едновременно да намалят както повърхностното напрежение на капчиците, така и междинното напрежение между капчиците и повърхностите на листата, като значително подобряват омокряемостта и разпръскването на пестицидите.
Контрол на дрейфа
Продуктът Synergen™ PGE на Clariant, с полиглицеролов естер като основна съставка, служи като „вграден -забавител на дрейфа“ във водни формулировки, като значително намалява дрейфа на капките по време на пръскане, като същевременно подобрява задържането на пръскане и безопасността на културите.
Зелена устойчивост
PGE се извлича от растителни масла (напр. кокосово масло), проявява добра биоразградимост, не изисква опасно етикетиране и е нежен за културите. Това съвпада перфектно с текущата тенденция в индустрията към „намалена доза с повишена ефикасност и екологична защита на околната среда“.
Съвместимост на формулировката
PGE може да се комбинира с метилирано масло от семена (MSO) и други компоненти за образуване на синергични системи. Например, когато PGE се смеси с MSO, PGE стабилизира емулсията, докато MSO набъбва повърхностната структура на листата и улеснява бързото проникване на активните съставки.
2 Ограничения
Изследванията върху PGE в защитата на културите остават развиваща се област. Известните ограничения включват:
PGE продуктите с различни степени на полимеризация и естерификация показват значително различни профили на ефективност, изискващи прецизен подбор по време на дизайна на формулата
Някои видове PGE с висока{0}}полимеризация може да имат проблеми с кристализацията при ниски температури
Потенциален анализ на приложението на DATEM в маслени формули за растителна защита
1 Прехвърляеми предимства на DATEM
Въпреки че DATEM понастоящем се използва предимно в хранително-вкусовата промишленост, неговите физикохимични свойства предполагат потенциал за кръстосано-прилагане за защита на културите:
- Отлична маслена разтворимост
- DATEM е напълно смесим с масла и повечето масло{0}}разтворими разтворители, което позволява плавно интегриране в маслено-системи за формулиране.
- Възможност за междинна стабилизация
- В хранителните системи DATEM е доказано ефективен при стабилизиране на маслени -водни емулсии-способност, която също може да бъде ценна във формулите за защита на културите EW (емулсия във вода) и SE (суспензионна емулсия).
- Вдъхновение от изграждането на мрежа за глутен
- DATEM укрепва протеиновите мрежови структури в тестото чрез хидрофобни взаимодействия. По аналогия тази способност за „междуфазово сглобяване“ може да допринесе за образуването на по-стабилни и по-дълготрайни филми с активна съставка върху повърхностите на листата.
2 Пропуски в приложението за DATEM в растителната защита
Понастоящем систематичните изследвания на DATEM във формулировките на масла за растителна защита остават недостатъчни. В съществуващата литература DATEM се появява по-често в каталозите на хранителните добавки, отколкото в списъците с пестицидни адюванти. Това се дължи на няколко фактора:
- Различни истории на приложения: Разработката и приложението на DATEM отдавна са фокусирани върху хранително-вкусовата промишленост; между{0}}разширяването на домейни изисква допълнително валидиране
- Различни цели на молекулярния дизайн: Молекулярната структура на DATEM е ориентирана към протеинови взаимодействия, а не към повърхностно поведение на повърхността на листата на растението
- Регулаторни бариери: Пестицидните адюванти изискват специализирани токсикологични и екотоксикологични данни; Регулаторните данни на DATEM в областта на растителната защита са относително липсващи
Изчерпателно сравнение на двете емулгаторни системи
| Сравнително измерение | PGE система | Система DATEM |
|---|---|---|
| Интерфазна активност | ★★★★★ Добре-проверено | ★★★ Зряло в хранителни системи; се нуждае от валидиране в защитата на културите |
| Контрол на дрейфа | ★★★★★ Търговско приложение | ☆ Няма налични доклади за изследвания |
| Зелени атрибути | ★★★★★ Биоразградим, без етикетиране на опасност | ★★★ Ядливи, но недостатъчни данни за безопасност при защита на културите |
| Зрялост на формулировката | ★★★★ Предлагат се множество търговски продукти | ★★ Предимно на лабораторен или концептуален етап |
| Ценова-ефективност | ★★★★ Сравнително зрял | ★★ Изисква допълнително валидиране |
Ключово заключение:
Във формулировките на масла за растителна защита,системата PGE в момента има ясно предимство. Ефективността му е потвърдена в действителни търговски продукти, особено превъзходни в контрола на отклонението, стабилизирането на емулсията и екологичната устойчивост. Докато DATEM притежава теоретичен потенциал за кръстосано-прилагане, липсва му систематично емпирично валидиране в сценарии за защита на културите и не може директно да замени позицията на PGE в селскостопанските адюванти в краткосрочен план.
Гранични тенденции: иновация на емулгаторите в съставите на зелени пестициди
Успехът на PGE в пестицидните адюванти отразява по-широка тенденция-формулировките на пестициди преминават от „високо-токсичност, висока-ефективност“ към „ниско-токсичност, висока-ефективност, зелени и устойчиви“.
През последните години растителни етерични масла (EO) с антимикробна активност са регистрирани и използвани като зелени ботанически пестициди. Традиционните повърхностноактивни -стабилизирани емулсии на етерични масла обаче страдат от бързо изпаряване, ниски нива на използване и потенциална биотоксичност на повърхностноактивните вещества. Това стимулира разработването на нови зелени емулгатори:
- Технология нанолист Janus: Екип от университета Shihezi разработи танинова киселина-титан/полистирол Janus нанолистове, които могат да заменят традиционните повърхностноактивни вещества за ефективно емулгиране, като същевременно намаляват цитотоксичността с 29,17%
- Многофункционални PGE{0}}извлечени системи: Въвеждане на функционални групи в гръбнака на PGE за постигане на интегрирано "емулгиране + подобряване на ефикасността + контролирано освобождаване"
Тази тенденция показва, че конкуренцията между емулгаторите за маслени формули за растителна защита няма да бъде само между PGE и DATEM, но ще се развива къммногофункционален, екологичен и{0}}ориентиран към прецизнострешения.
Заключение
Резюме с едно-изречение:
PGE успешно премина от хранителна съставка към "електростанция" в пестицидните адюванти, установявайки водеща позиция във формулите на масла за растителна защита чрез превъзходни свойства на повърхността, възможности за контрол на дрейфа и зелени атрибути. DATEM, въпреки своите структурни акценти и кръстосано-потенциал за приложение, изисква повече емпирично валидиране-изборът на емулгатор за растителна защита в крайна сметка зависи от реалните-показания на полето.
