công nghệ gia công hiện đại thuốc bảo vệ thực vật

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 sâu†- Pesticid Formulation)[1] Cuốn sách có trình bày một số phương pháp và kỹ thuật gia công, sản xuất các loại thuốc BVTV thời

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

và một số hoa quả cao cấp Thị trường này cũng có cả các loại thuốc diệt cỏ

Các vùng miền phát triển các chế phẩm trên thế giới phải kể đến là Mỹ, Tây âu, Nhật Bản, Nam và Trung Mỹ Các nước Đông âu và các nước Cộng hòa thuộc Liên Xô cũ, Ấn Độ, Trung Quốc cũng đang bắt đầu thực hiện nghiên cứu và phát triển theo hướng này Tuy nhiên vẫn còn những vấn đề về liên quan đến sở hữu trí tuệ và những vấn đề này vẫn hạn chế sự phát triển việc nghiên cứu thuốc BVTV Mặc dù công ước

về thuế quan và thương mại (General Agreement on Tariffs and Trade - GATT), cũng đang dần được thay đổi

Có rất nhiều cách, theo đó người ta phát hiện ra các hợp chất mới dùng

để thử hiệu lực nông hóa Thông thường các hãng hay dùng phép thử nghiệm ngẫu nhiên để xác định hiệu lực của một chế phẩm Các chế phẩm có thể do một nhà hóa học tổng hợp hoặc lấy từ một bộ sưu tập các chất có nguồn gốc từ ngoài (mua từ các trường đại học, hoặc nhóm chuyên gia của các ngành hóa học khác)

Để có một chế phẩm ra thị trường, cần qua nhiều giai đoạn sàng lọc về sinh học và đánh giá về các phương diện khác

III.2 Tình hình gia công các chế phẩm nông hóa trên thế giới

Nông dân tại tất cả các vùng miền trên thế giới đều tin cậy vào các hóa chất bảo vệ cây trồng Các chế phẩm này đã giúp họ thỏa mãn nhu cầu ngày càng tăng về số và chất lượng nông sản vì thế họ càng tìm kiếm các chế phẩm có chất lượng cao hơn Trước đây các chế phẩm dạng bột

và dạng nhũ dầu đã được sử dụng nhiều Từ năm 1940 công nghiệp hóa chất đã cố gắng thỏa mãn các yêu cầu của nông dân Cũng từ đó xuất

hiện nhiều yêu cầu về công nghệ và kỹ thuật gia công chế phẩm, về các phụ gia, v.v để đạt được các tính chất hóa lý rất đa dạng cho các chế phẩm và phù hợp với hoạt chất sử dụng Ví dụ: hoạt chất tan trong nước cần được gia công thành dạng dung dịch nước hoặc dạng bột; trong khi đó hoạt chất dạng nhũ dầu, lỏng cần được gia công thành dạng nhũ tương đậm đặc hơn với nền hyđrocacbon; các hoạt chất rất ít tan trong cả nước và dầu hyđrocacbon thì có thể gia công thành dạng huyền phù, dạng bột hoặc dạng hạt phân tán trong nước, v.v

IV XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN HIỆN TẠI CỦA CÁC SẢN

PHẨM NÔNG HÓA AN TOÀN

Trên thế giới có nhu cầu càng ngày tăng đối với công nghiệp bảo vệ mùa màng với mục đích tiếp tục phát triển các sản phẩm mới và các hệ

có khả năng tối ưu về mặt an toàn cho con người, đảm bảo môi trường,

có hiệu quả sinh học, đồng thời có giá thành chấp nhận được Các sản phẩm nông hóa thường là các sản phẩm độc hại Chúng thường có độ độc cao và gây nhiều vấn đề khi phải tiếp xúc, sử dụng chúng Mọi nỗ lực hiện nay là cải thiện các chế phẩm BVTV thuận tiện trong quá trình chuyển từ bao gói (hoặc chai đựng) sang bình phun; dùng các hệ

chuyển kín và các kiến thức tiên tiến về áp dụng thuốc BVTV, đồng thời các nhà khoa học cũng đang cố gắng nghiên cứu tăng tối đa hoạt tính của các loại thuốc đặc thù Điều này có thể đạt được khi người ta nắm được phương cách tác động của hoạt chất BVTV, hiểu thuốc

BVTV tác động với tá dược như thế nào và bằng cách nào để cho một

hỗn hợp thuốc có tác dụng sinh hóa tối ưu Cơ sở để nhà nghiên cứu lựa chọn một chế phẩm thích hợp là:

- Các tính chất hóa, lý của chế phẩm là gì

- Tính chất sinh học của chế phẩm (hoạt tính, tính chọn lọc với cây trồng) như thế nào

- Áp dụng chế phẩm ra sao

- Độ an toàn của chế phẩm thế nào

- Các yêu cầu về đăng ký chế phẩm ra sao

- Chi phí sản xuất và giá thành bao nhiêu

- Có thể sản xuất đại trà được không

- Vòng đời của chế phẩm ra sao

- v.v

Với thị trường thuốc BVTV trì trệ như hiện nay, cộng với các yêu cầu

về tính an toàn và môi trường, thì cách giải quyết khôn ngoan nhất là tìm mọi cách khai thác nhu cầu tối đa của khách hàng Đặc biệt, hiện nay với các hoạt động chăm sóc trách nhiệm (Responsoble care

– RC) thì người ta ngày càng yêu cầu các nhà sản xuất thuốc BVTV phải thông báo cho công chúng những lợi ích và rủi ro gặp phải khi sử dụng các thuốc BVTV Mục đích chính của vấn đề này là nhằm bảo vệ

môi trường, trong đó bao gồm bảo vệ nguồn lực liên quan đến sở hữu, sản xuất các loại thuốc BVTV tốt nhất Ngoài ra, mục đích của RC cũng nhằm giới thiệu các sản phẩm thân thiện môi trường, giảm thiểu chất thải trên cơ sở tối ưu quá trình thiết kế, sản xuất và đóng gói sản phẩm, v.v

Thực sự cho đến nay, người ta đã có nhiều tiến bộ trong thiết kế và phát triển các sản phẩm mới, đồng thời cũng đưa ra rất nhiều phương pháp đóng gói khác nhau Riêng việc giảm sử dụng các dung môi hữu cơ trong các chế phẩm dạng lỏng đã có thể làm giảm bớt các tác động có hại đến môi trường và tác động gây độc khi sản xuất và sử dụng các chế phẩm này Công nghệ bọc nang cũng góp phần làm giảm khả năng gây độc tiếp xúc của các hoạt chất BVTV Việc thay thế các chế phẩm dạng bột tan trong nước (WP) sang các chế phẩm dạng hạt phân tán trong nước (WG) hoặc bằng cách đóng gói chế phẩm dạng WP trong các bao tan trong nước cũng làm giảm thiểu khả năng gây bụi độc trong quá trình tiếp xúc Bằng công nghệ xử lý hạt giống và dùng trực tiếp khi cần vào đúng chỗ cần, người ta cũng đã giảm thiểu được lượng hóa chất cần sử dụng, v.v

Nguyên vấn đề cải thiện cách đóng gói chế phẩm cũng là vấn đề hay được xem xét nhất để nâng cao tính an toàn của chế phẩm

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CÁC CHẾ PHẨM

THUỐC BVTV

I GIỚI THIỆU CHUNG

Vào những năm 1980 - 1990, chính phủ các nước và người tiêu dùng đều nhấn mạnh đến các yêu cầu cao về sản phẩm thuốc BVTV cũng như các vấn đề liên quan đến gia công các sản phẩm này để đạt được các tính năng thuận tiện nhất cho người sử dụng, đồng thời sử dụng hiệu quả hơn, dùng liều lượng ít hơn, không độc hại đối với các loài sinh vật khác và thân thiện với môi trường

Trước đây, phương pháp hay sử dụng các loại chế phẩm thuốc BVTV

là phun sương, thường với nước, hoặc đôi khi với dầu Các chế phẩm cũng có thể ở dạng sử dụng trực tiếp rắc vào đất trồng trọt (xử lý đất)

để xử lý hạt giống trước khi gieo, hoặc để bảo quản nông sản trong kho khỏi các tác nhân phá hoại (nấm, côn trùng, chuột ), vì ở một số nước

và khu vực, chính các tác nhân này đã có thể làm thiệt hại đến 30 - 40% mùa màng

Các hoạt chất BVTV thường bao gồm hàng loạt hóa chất, mỗi chất có tính chất hóa, lý và kiểu tác động riêng Danh mục các chất BVTV gồm các thuốc trừ cỏ, trừ côn trùng (sâu), trừ nấm, điều hòa sinh trưởng, trừ sên và chuột Hiện tại đã có nhiều công trình nghiên cứu về kiểu tác động và các hiệu ứng sinh lý của các hoạt chất cũng như ảnh hưởng của loại hình gia công chế phẩm thuốc BVTV đối với các đối tượng gây hại

[2]

Việc sử dụng có hiệu quả một hoạt chất trong chế phẩm thuốc BVTV phụ thuộc trực tiếp vào dạng chế phẩm được gia công Theo đó thuốc phải đảm bảo bảo vệ được cây trồng với sự rủi ro tối thiểu cho người sử dụng, ít độc cho các loài sinh vật khác (kể cả thiên địch) và ít ảnh

hưởng đến môi trường nói chung Các chế phẩm BVTV mới nhất đều

là dạng bột, hạt, dung dịch nước và nhũ dầu trong nước Gần đây người

ta có xu hướng phát triển các phương pháp gia công hiện đại và tinh tế (sophisticate) hơn Các phương pháp này dựa trên đặc tính của các chất HĐBM mới hoặc các chất phụ gia mới và trên cơ sở hiểu biết sâu hơn

về hóa học chất keo và hóa học bề mặt Công nghệ chế biến mới cũng được phát triển để tạo ra các chế phẩm hạt mịn hơn, bền hơn, hoạt động hơn, đặc biệt với các hoạt chất không tan trong nước hoặc trong các dung môi

Hiện nay, mục tiêu chính của các phương pháp gia công thuốc BVTV

là tạo được các chế phẩm dễ sử dụng, an toàn, không bị hỏng trong thời gian bảo quản và đảm bảo cho các hoạt chất thể hiện được tối đa hoạt tính vốn có của chúng

Các yếu tố chủ yếu được chú ý lựa chọn khi gia công các chế phẩm như

đã trình bày ở mục IV, Chương 1, trong đó chú ý nhất là các yếu tố:

- Các tính chất hóa - lý

- Hoạt tính sinh học và kiểu tác động

- Phương pháp áp dụng

Dưới đây là một số dạng thương phẩm của các chế phẩm BVTV trên thị trường:

- Hạt (Granules - GR)

- Dung dịch đậm đặc (Solution concentrates - SL)

- Nhũ tương đậm đặc (Emulsifiable concentrates - EC)

- Nhũ tương cô đặc (Concentrated emulsion - CE)

- Bột thấm nước (Wetlatle powders - WP)

- Huyền phù đậm đặc (Suspension concentrates - SC)

- Nhũ tương dầu/ nước (O/W emulsions - EW)

- Nhũ tương - huyền phù (Suspoemulsions - SE)

- Vi nhũ tương (Microemulsions - ME)

- Hạt phân tán trong nước (Water - dispersible granules - WG)

- Huyền phù vi nang (Microcapsulated suspension - CS)

- Thuốc xử lý hạt giống (Seed treatments - DS, WS, LS, FS)

- Chất thấm ướt

- Chất phân tán

- Chi phí sản xuất và bao bì rẻ

- Dễ vận chuyển

- Không dùng dung môi hữu cơ

mà dùng nước

- Gây bụi độc

- Khó đong đo và pha trộn

- Dễ bị nước mưa rửa trôi

- Đóng cặn ở vòi

phun

- Có thể bị giảm hoạt tính khi qua lọc

- Dùng cho các hoạt chất không tan trong nước,

độ nóng chảy thấp

- Hiệu lực cao

- Chi phí đóng gói và chuyên chở cao

- Dễ bị đông lạnh

- Có thể ăn mòn kim loại, chất dẻo

- Độc

Hạt (GR) - Hoạt chất

- Binđơ (chất kết dính)

- Chất mang

- Dễ cầm nắm, tiếp xúc và đóng gói

- Không chứa dung môi

- Ít bị rửa trôi

- Có thể bị chim ăn phải

- Vận chuyển đắt hơn

- Khi sử dụng cần dùng các dụng cụ chuyên dụng và cần

- Hiệu lực kéo dài

- Rẻ và dễ sản xuất

- Không dùng dung môi

- Ít bay hơi

- Ít độc

- Dễ pha trộn

- Chi phí đóng gói và chuyên chở cao

- Dễ bị đông lạnh

- Có thể ăn mòn kim loại

- Nồng độ hoạt chất thường thấp

- Dễ bị nước mưa rửa trôi

- Chất thấm ướt

- Chất phân tán

- Không chứa dung môi

- Nồng độ hoạt chất có thể cao

- Dễ pha trộn, lưu trữ

- Khó sản xuất

- Có thể bị lắng khi lưu trữ

- Dễ bị đông lạnh

- Độc

- Chất làm đặc

- Chất chống đông

- Chất bảo quản

- Nước

- Tương hợp với các chế phẩm dung dịch đậm đặc

- Nhạy cảm với đặc tính của từng loại hoạt chất

- Chất chống bọt

- Chất bảo quản

- Nước

- Ít gây viêm mắt và da

- Ít hoặc không chứa dung môi

- Ít độc

- Dễ tương hợp với các tá dược

- Tốn nhiều thời gian sản xuất

- Có hoặc phát sinh các vấn đề liên quan đến tiêu hủy bao bì đựng

- Khó linh hoạt trong sản xuất

- Dễ bị đông lạnh

- Vẫn đảm bảo độ đặc cả khi ở nhiệt độ cao

- Chi phí bao bì cao

Viên (Tablets) - Hoạt chất

- Chi phí bao bì tối thiểu

Chỉ thích hợp với các loại hoạt chất cao cấp

- Chỉ phân tán tốt ở nhiệt độ thấp

Các dạng chế phẩm cần được gia công để có thể hòa tan ngay trong bình phun Để đạt mục đích này, chế phẩm phải được tạo dạng sao cho

nó dễ dàng trộn lẫn và hòa tan Có một vài trường hợp, một số chế phẩm cũng được trộn lẫn và hòa tan ngay trong bình phun cùng với môi chất trợ phun Các chế phẩm dạng hạt hoặc một số chất để xử lý hạt giống có thể dùng theo kiểu rắc trực tiếp dạng không tan vào đất Có một số ít chế phẩm được tạo dạng để dễ hòa tan và phun với dung môi dầu hoặc được gia công dưới dạng mồi bả, viên đặt, bình xông khói, bình xịt khí, v.v tùy theo mục đích sử dụng

II MỘT SỐ DẠNG GIA CÔNG THÔNG DỤNG ĐỐI VỚI CHẾ PHẨM THUỐC BVTV

- Không chứa dung môi

Nồng độ các hoạt chất trong hạt thuốc thường vào cỡ 1 ÷ 40% và cỡ hạt thường là 250 - 1000 µm (0,25 ÷ 1mm) Chế phẩm dạng hạt cần không được đóng vón, không gây bụi, không dính nhau và dễ tan rã trong đất để giải phóng hoạt chất

Các hạt thường được gia công hoặc bằng cách bọc bột mịn trên một chất mang (ví dụ cát) cùng với một loại keo dính (ví dụ dung dịch PVP) hoặc dùng một loại dung môi cho ngấm trên bề mặt chất mang có khả năng hấp thụ Người ta dùng các loại nhựa hoặc polyme phun lên bề mặt hạt để điều chỉnh mức giải phóng hoạt chất của hạt Chất mang hấp thụ có thể là chất khoáng hoặc các sản phẩm thực vật

Bảng 2 Một số loại chất mang sử dụng khi gia công thuốc BVTV

Đất sét pha Attapulgit, montmorillonit, cao lanh, bột talc,

mica, vermiculit

Khoáng cacbonat Calxit (đá vôi), dolomit

Hóa chất tổng hợp Canxi silicat, silic oxit kết tủa, bụi silic oxit

Sản phẩm thực vật Hạt ngô xay mảnh, trấu, hạt mảnh gáo dừa,

Dung lượng hấp thụ của chất mang là một thông số quan trọng và thông

số này phụ thuộc vào yếu tố bề mặt riêng cũng như cấu trúc tinh thể của hạt chất mang Để đánh giá đặc trưng dung lượng hấp thụ của chất mang, người ta dùng trị số hấp thụ dầu của chất mang để so sánh (bảng 3)

Bảng 3 Độ hấp thụ dầu của một số loại chất mang

Các loại chế phẩm trừ sâu dạng WP đã được sản xuất và sử dụng từ lâu,

và thường được sản xuất từ các loại hoạt chất dạng rắn có nhiệt độ nóng chảy cao, thích hợp để nghiền khô bằng máy nghiền búa, nghiền mơn, hoặc một số kiểu nghiền đặc biệt khác

Chế phẩm WP thường chứa các chất HĐBM dạng khô, có tác dụng là tác nhân thấm ướt và phân tán Ngoài ra, WP còn chứa cả các chất mang trơ và các chất làm đầy WP thường chứa đến hơn 50% hoạt chất Nồng độ cao nhất của hoạt chất tùy thuộc vào khả năng đưa chất độn trơ (ví dụ silic oxit) vào khi gia công Các chất độn trơ có tác dụng ngăn không cho các hạt hoạt chất bị nóng chảy trong quá trình nghiền khô Còn khi cần tránh cho sản phẩm khỏi bị đóng vón khi lưu giữ trong kho, thì người ta cho thêm chất độn là cao lanh hoặc talc Các loại WP thường chứa đa phần các hạt cỡ nhỏ hơn 5µm và tất cả các hạt đều qua được sàng lỗ 44 µm Lượng của chất HĐBM cần phải đủ

để các hạt phun ra phải thấm ướt và phân tán đều trên toàn bề mặt mục tiêu, đồng thời các hạt này phải khó bị nước mưa rửa trôi

Hơn nữa, tác nhân làm ướt còn có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt giữa các hạt rắn và nước và đảm bảo cho bột dễ được thấm ướt và dễ dàng trộn lẫn với nước trong bình phun Ngoài ra khi gia công người ta còn thêm tác nhân phân tán để ngăn cho các hạt trong bình phun không

bị kết vón và duy trì trạng thái huyền phù của dung dịch phun trong suốt cả quá trình phun thuốc

Một số tác nhân thấm ướt hay được sử dụng là:

- Natri đôđêxibenzen sunfonat

- Natri lauryl sunfat

- Natri dioctyl sunfosuccinat

- Etoxylat của rượu no

- Nonylphenol etoxylat (giống như trong trường hợp gia công EC) Một số tác nhân phân tán hay được sử dụng là:

Chất độn trơ (chất mang, chất làm đầy) vừa đủ 100%

Một số chế phẩm WP có thể được gia công từ hoạt chất BVTV dạng lỏng bằng cách dùng chất độn hấp thụ như diatomit hoặc silic oxit xốp (có bề mặt riêng cao) Tuy nhiên trong những trường hợp này nồng độ

hoạt chất chỉ giới hạn dưới 40% Nhiều thuốc BVTV như các loại

thuốc trừ cỏ, trừ nấm v.v cũng được gia công dưới dạng WP Tuy nhiên, nhìn chung do quá trình gia công thường với công nghệ thấp và giản đơn nên các sản phẩm này hay nẩy sinh vấn đề về gây độc hại khi tiếp xúc Vì vậy dạng này đang dần được thay thế bằng dạng huyền phù đậm đặc (suspension concentrate - SC) hoặc dạng hạt phân tán trong nước (water - dispersible granules - WG)

II.2 Các loại chế phẩm dạng lỏng

Đây là các chế phẩm được nông dân ưa thích vì có nhiều đặc tính thích hợp khi chuẩn bị thuốc phun, dễ đong đo bằng cách đo thể tích, dễ mang sách khi di chuyển, dễ tự tạo thành dung dịch nhũ bền và phân tán, dễ thiết kế bao bì dựng, dễ tráng rửa bao bì đã qua sử dụng, v.v Hiện tại có một số chế phẩm dạng lỏng hay được sản xuất sau đây:

1 Dạng dung dịch đậm đặc (Solution concentrate - SL)

Đây là dạng gia công đơn giản nhất dùng cho các chế phẩm thuốc

BVTV thông dụng Khi dùng chỉ cần pha loãng SL vào bình phun bằng nước Tuy nhiên nhiều chế phẩm trừ sâu lại không thể dùng kiểu gia công này vì chúng ít tan trong nước và bị phân hủy khi tiếp xúc lâu dài với nước Một số chế phẩm kiểu SL có chứa chất HĐBM (thường là condensat etylen oxit non-ionic) với mục đích tăng khả năng làm ướt

bề mặt lá cây Các chế phẩm dạng SL thường khá bền nên không gây phiền phức về vấn đề lưu kho Tuy nhiên một số chế phẩm dạng SL đôi

khi lại bị kết tủa hoặc gây ăn mòn thùng đựng hoặc bình phun Thường các chế phẩm dạng SL có nồng độ (% trọng lượng) như sau:

Hoạt chất 20 ÷ 50%

Chất làm ướt 3 ÷ 10%

Chất chống đông lạnh 5 ÷ 10%

Nước (hoặc dung môi hòa tan trong nước) đủ đến 100%

Nonyl phenol hoặc các amin etoxylat thường được dùng làm chất làm ướt cho các chế phẩm dạng SL

2 Nhũ tương đậm đặc (Emulsifiable concentrates - EC)

Các chế phẩm dạng EC rất phổ biến đối với hầu hết các loại chế phẩm thuốc trừ sâu Các chế phẩm EC thường được chế tạo từ các hoạt chất dạng dầu hoặc các dạng sáp, dạng rắn có nhiệt độ nóng chảy thấp và tan được trong các dung môi hyđrocacbon không phân cực (như xylen, các dung môi C9 - C11, naptha, dầu hỏa)

EC là dạng được dùng nhiều nhất, song EC cũng có một số nhược điểm,

đó là hầu hết các chế phẩm EC đều chứa các hyđrocacbon thơm (kiểu như xylen) độc, dễ bay hơi và bắt cháy Khi kết hợp với một số dung môi phân cực khác (như N-metyl pyrolidon hoặc đimetyl focmamid) thì

có thể tạo ra loại chế phẩm EC hiệu quả cao Hiện nay, người ta đang

cố gắng nghiên cứu thay thế các dung môi thơm bằng một số dung môi

khác như dầu thực vật alkyl hóa (như metyl oleat, alkyl canolat ), alkyl pyrolidon hoặc một số dầu béo với các este glycol của chúng, v.v

N-Các chất HĐBM dùng làm chất nhũ hóa được bổ sung vào các chế phẩm dạng EC với mục đích đảm bảo chế phẩm tự hóa nhũ và tạo độ bền trạng thái nhũ ngay trong bình phun khi sử dụng Các chất tạo nhũ cũng phải được lựa chọn để đảm bảo dung dịch nhũ bền trong mọi điều kiện khí hậu, nhiệt độ và độ cứng của nước pha loãng Hạt nhũ phải có kích thước 0,1 ÷ 5µm khi chế phẩm EC được trộn lẫn với nước

20 năm trở lại đây, việc gia công các chế phẩm EC dễ dàng hơn do người ta đã phát triển thêm nhiều tác nhân nhũ hóa mới, trong đó phần

ưa nước của phân tử các chất này có chứa mạch polyetylen oxit Các chất HĐBM non-ionic thường dùng là nonyl phenol có mạch kỵ nước chứa 12 (hoặc hơn) phân tử etylen oxit Một thành phần khác trong hệ cân bằng cũng có thể là một chất HĐBM anionic như muối canxi của axit đôđêxibenzen sunfonic (DBSA) (có thể tan trong dầu)

Gần đây, các nonylphenol etoxylat bị nghi là ảnh hưởng đến hoạt động nội tiết khi chất này ngấm vào nguồn nước uống và đang có các công trình nghiên cứu về vấn đề này

Nồng độ tổng cộng của các chất nhũ hóa trong chế phẩm dạng EC thường vào cỡ 5 ÷ 10% trọng lượng Hiện nay chưa có một quy tắc chặt chẽ để xác định tỷ lệ của các chất HĐBM nhóm anionic và nhóm non-ionic trong chất nhũ hóa hỗn hợp, song người ta cũng hướng dẫn

pha theo cân bằng ưa nước - ưa dầu (hyđrophile - lipophile balance - HLB) HLB càng cao thì chất nhũ hóa càng ưa nước (tức là dễ tan trong nước) Chất nhũ hóa có HLB cỡ 8 - 18 được coi là trung bình và sẽ cho khả năng tạo nhũ dầu trong nước tốt nhất Tỷ lệ tối ưu của các chất HĐBM ionic/ các chất HĐBM non-ionic thường được xác định bằng thực nghiệm Với tỷ lệ này thuốc BVTV có thể tự tạo nhũ trong nước

và cho dung dịch nhũ tương bền

Các chế phẩm dạng EC chỉ được hạn chế áp dụng trong một số các nhóm hoạt chất nhất định Một số hoạt chất thuốc trừ sâu không có độ hòa tan thích hợp để gia công theo dạng chế phẩm này Tuy nhiên

người ta cũng có thể làm tăng độ tan của một số hoạt chất bằng cách bổ sung thêm các dung môi phân cực thích hợp Một số chế phẩm loại EC thông thường có thành phần sau (% trọng lượng):

Hoạt chất 20 - 70%

Hỗn hợp chất tạo nhũ 5 ÷ 10%

Dung môi các loại vừa đủ 100%

Người ta thấy đôi khi sự có mặt của các dung môi và chất nhũ hóa lại làm tăng hiệu quả sinh học của chế phẩm dạng EC Nhiều loại thuốc trừ sâu có hoạt chất phôpho hữu cơ và pyrethroid (là các chất tan trong dầu) thường được gia công thành dạng EC, trong đó có một số ít các hoạt chất cần được bổ sung các dung môi khi gia công để nâng cao hơn hoạt tính sinh học của hoạt chất

Các dung môi gốc dầu mỏ đang chịu áp lực về môi trường vì gây hại sức khỏe cho người sử dụng nên chúng đang có xu hướng bị loại bỏ trong công nghệ gia công các loại chế phẩm EC

Tuy nhiên không phải tất cả các dung môi có thể bị loại bỏ và thay thế hết Vì vậy, vấn đề đưa ra các kiểu bao gói mới nhằm giảm sự tiếp xúc giữa thuốc BVTV và người sử dụng đang được xúc tiến nghiên cứu và

áp dụng mạnh mẽ

3 Huyền phù đậm đặc (Suspension concentrat - SC)

Đây là dạng chế phẩm được ưa dùng vài chục năm trước đây SC chính

là hệ phân tán đậm đặc 50 - 80% (trọng lượng hoặc thể tích) hoạt chất BVTV dạng vi hạt rắn có cỡ hạt 0,5 ÷ 5µm Vấn đề khó nhất trong sản xuất dạng chế phẩm này là làm sao cho chế phẩm ổn định, bền ít nhất 2 năm kể cả khi có sự thay đổi nhỏ về thành phần các chất trong

đó Việc bổ sung một số tá dược (phụ gia) cũng có thể làm tăng thêm hoạt lực của hoạt chất trong chế phẩm SC

Ngay từ những năm 70 của thế kỷ trước, công nghệ gia công SC đã được áp dụng phổ biến để gia công các thuốc BVTV có hoạt chất là tinh thể rắn Hoạt chất có thể được huyền phù hóa trong một pha dầu, song thường thì người ta hay tạo SC ngay trong nước Những năm gần đây người ta đã sản xuất SC trong pha nước theo công nghệ nghiền bi ướt Một số chất HĐBM được dùng làm tác nhân thấm ướt SC trên cơ

sở pha nước có nhiều ưu điểm như cho phép nồng độ hoạt chất cao, dễ chuyên chở và sử dụng, an toàn và đảm bảo môi trường, giảm giá thành