Микросферы для сельскохозяйственно-активных соединений и способ их получения

Микросферы для сельскохозяйственно-активных соединений и способ их получения

Реферат

 

Описывается способ получения микросфер, содержащих сельскохозяйственно-активное вещество, включающий получение жидкой фазы, содержащей жидкое сельскохозяйственно-активное вещество, смешение полученной жидкой фазы с водной фазой, содержащей поливиниловый спирт, с получением эмульсии и последующую сушку распылением для инкапсулирования сельскохозяйственно-активного вещества, отличающийся тем, что для смешения жидкой фазы, содержащей жидкое сельскохозяйственно-активное вещество, используют водную фазу, содержащую от 1 до 25 мас.% поливинилового спирта с последующим добавлением к полученной эмульсии от 5 до 40 мас.% относительно смеси тонкодисперсной глины. Технический результат - получение микросфер высокого качества, хорошо диспергируемое в воде для разбрызгивания. 2 с. и 9 з.п. ф-лы, 4 табл.

Изобретение относится к получению твердых микросфер для использования при контролируемом высвобождении сельскохозяйственно-активных веществ, в частности жидких веществ.

Из области техники известно несколько способов получения композиций для контролируемого высвобождения подобных веществ. Среди них можно назвать методы инкапсулирования соединений в оболочки из различных полимеров. Капсулы могут содержать активные вещества, применяемые в сельском хозяйстве, в различной физической форме. В некоторых способах капсулы получают, изготавливая эмульсию жидкого активного ингредиента (притом либо ингредиент сам по себе может быть в жидкой форме, либо может представлять собой раствор в подходящем растворителе) во второй фазе в присутствии одного или большего количества мономеров или форполимеров, а затем проводят последующие стадии с целью получения оболочки из полимера, которая окружает эмульгированные капли активного жидкого вещества. В других способах активный жидкий ингредиент может быть в форме эмульсии, раствора или суспензии микросфер меньшего размера внутри капсул, образованных полимером.

Один из методов получения композиций для контролируемого высвобождения активных ингредиентов в виде микросфер включает диспергирование жидкого нерастворимого в воде активного ингредиента (который может быть как самим ингредиентом, так и его раствором в несмешивающемся с водой растворителе) в водной среде, содержащей поливиниловый спирт, и формирование микрокапсул или микросфер сушкой методом распыления образовавшейся дисперсии с целью удаления растворителя и воды. Этот способ в целом раскрыт в Патенте США 4244836 (Frensch et.).

Модификации и улучшения указанного способа раскрыты в Патентах США 5073191 и 5160530 (второй из них является выделенным из первого), выданных Misselbrook et al. В способе, приведенном в указанных патентах, низкоплавкое активное вещество, применяемое в сельском хозяйстве, в расплавленной форме смешивают с водным раствором водорастворимого пленкообразующего полимера, такого как поливиниловый спирт, при температуре, достаточной для поддержания активного соединения в расплавленном состоянии. Затем активное соединение диспергируют или эмульгируют в водном растворе и полученную дисперсию или эмульсию далее сушат распылением при температуре в интервале приблизительно от 50^oC до 220^oC таким образом, чтобы получить либо микрокапсулы либо микросферы, содержащие активный ингредиент. В водную фазу с целью модификации природы полимерной стенки микрокапсулы или микросферы могут вноситься добавки, такие как пластификаторы, смачивающие агенты и средства для предотвращения комкования. В патенте указано, что продукт, полученный по указанному способу, представляет собой сухой, легко текучий порошок или гранулы. Тем не менее проблемы возникали в том случае, когда методики, приведенные в патентах Misselbrook et al., применяли в попытке получить микрокапсулы или микросферы, содержащие низкоплавкий инсектицид лямбда-цигалотрин, - [(S^*),3(Z)-() циано-(3-феноксибензил)-3-(2-хлор-3,3,3-трифтор-1-пропенил) -2, 2- диметилпропанкарбоксилат. Хотя конечный продукт в виде микросфер, полученный по указанной методике, внешне имеет хорошее качество, он плохо диспергируется при смешении с водой для разбрызгивания; вследствие низкой температуры плавления активного ингредиента это вещество плавится, слипается и забивает отверстия форсунок.

В ЕР N 0380325 раскрывается способ получения микросфер, содержащих сельскохозяйственно-активные вещества с низкой температурой плавления, включающий приготовление жидкой фазы, содержащей жидкое активное вещество, применяемое в сельском хозяйстве, смешение этой жидкой фазы с водной фазой, содержащей поливиниловый спирт, и последующую сушку полученной эмульсии методом разбрызгивания с целью инкапсулирования активного вещества.

Поэтому целью настоящего изобретения является способ получения микрокапсул или микросфер, содержащих активное соединение, применяемое в сельском хозяйстве (в частности, расплавленное низкоплавкое твердое вещество, жидкий активный ингредиент, эмульсию или раствор), которое образует микросферы высокого качества и которое хорошо диспергируется в воде для разбрызгивания.

Краткое описание изобретения.

В настоящем изобретении заявляется способ получения микросфер, содержащих активное вещество, применяемое в сельском хозяйстве, который включает стадии: а) приготовления жидкой фазы, содержащей активное вещество, применяемое в сельском хозяйстве; b) смешения указанной жидкой фазы с водной фазой, содержащей приблизительно от 1 до приблизительно 25% вес. поливинилового спирта; с) добавления к смеси, полученной на стадии (b), тонкодисперсного вещества, выбранного из глин, кремнеземов, водорастворимых крахмалов, производных крахмала и их сочетаний, в количестве приблизительно от 5 до приблизительно 40% от общего вещества смеси; и d) сушки полученной суспензии методом распыления с целью инкапсулирования активного вещества в поливиниловом спирте.

В изобретении заявляются также микросферы, полученные по вышеуказанному способу.

Подробное описание изобретения Способ по настоящему изобретению используют для получения полимерных микросфер, содержащих активное вещество, применяемое в сельском хозяйстве.

В способе по настоящему изобретению активное вещество, применяемое в сельском хозяйстве, если оно уже не находится в жидкой форме, вначале превращают в жидкость. Жидкие формы активного соединения, которые могут использоваться в настоящем способе, включают расплавы низкоплавких твердых соединений; вещества, применяемые в сельском хозяйстве, которые представляют собой жидкости при той температуре, при которой их используют; эмульсии; дисперсии и растворы в воле и органических растворителях.

Активное вещество, применяемое в сельском хозяйстве, которое заключено внутри указанных микросфер по настоящему изобретению, может быть как жидким, так и твердым. Твердые вещества с целью получения микросфер вначале растворяют или суспендируют в растворителе, однако в конечном продукте, представляющем собой микросферы, они содержатся в первоначальном твердом виде, поскольку растворитель испаряется в процессе получения микросфер.

Активные вещества, применяемые в сельском хозяйстве, которые могут использоваться по настоящему изобретению, включают инсектицид лямбда-цигалотрин, другие пиретроидные инсектициды, а также гербициды, такие как сульфосат (триметилсульфониевая соль N-фосфонометилглицина), напропамид (N,N-диэтил-альфа-нафтоксипропионамид), трифлуралин (,,- трифтор-2,6-динитро-N,N-дипропил-пара-толуидин), паракват (соли 1,1'-диметил-4,4'-бипиридиния), тиокарбаматные гербициды, такие как ЕРТС, бутилат и вернолят (возможно с гербицидным антидотом) и фумигант метам натрия (N-метилдитиокарбамат натрия). Сульфосат и паракват, например, представляют собой растворимые в воде соли, которые являются твердыми веществами при обычной температуре и которые для использования по настоящему изобретению необходимо растворить в воде.

При использовании в способе по настоящему изобретению с целью получения микросфер, содержащих вещества, которые не растворимы в воде, готовят органические и водные фазы. Для удобства изобретение поясняется на примере именно таких двухфазных систем.

Если используют органический растворитель, то его отбирают по трем критериям. Во-первых, растворитель должен растворять активный ингредиент, а также любые другие компоненты органической фазы. Во-вторых, растворитель преимущественно должен иметь относительно низкую температуру кипения, так чтобы он легко удалялся при сушке распылением. Температура кипения растворителя не должна превышать приблизительно 220^oC. В-третьих, растворитель не должен смешиваться с водой. Подходящие растворители включают углеводороды, такие как пентан, гексан, гептан, циклогексан и т.п., хлорсодержащие растворители, такие как дихлорметан, N-алкилпирролидоны, гамма-бутиролактон, циклогексанон, метилциклогексанон, метанол, сложные эфиры жирных кислот и изофорон.

Органическая фаза содержит также эмульгатор, который может быть представителем любого известного типа эмульгаторов, которые способны образовывать эмульсии при смешении органической и водной фазы. Типичными эмульгаторами являются поверхностно-активные вещества, такие как простые эфиры полиэтиленгликоля с линейными спиртами, этоксилированные нонилфенолы, нафталинсульфонаты, алкилсульфаты щелочных металлов и другие соли и т.д. Предпочтительным эмульгатором является смесь анионных и неионогенных соединений, поступающих в продажу под названием Atlox 3409F. В любой из фаз могут также содержаться и другие добавки, такие как диспергаторы и смачивающие средства. Типичные диспергаторы включают конденсаты нафталина с формальдегидом, лигносульфонаты и нафталинсульфонаты. Предпочтительным диспергатором является Soprophor S/40P (смесь этоксилированных тристирилфенолов). Смачивающие средства включают нафталинсульфонаты, сульфатированные алкилкарбоксилаты и сульфосукцинаты; предпочтительным смачивающим средством является Stepwet 95 (лаурилсульфат натрия).

Органическая фаза обычно содержит приблизительно от 10 до приблизительно 95% вес. , преимущественно приблизительно от 30 до приблизительно 95% вес., активного вещества, применяемого в сельском хозяйстве, и приблизительно от 1 до приблизительно 20% вес., преимущественно приблизительно от 2 до приблизительно 4% вес., эмульгатора (если в органической фазе присутствует эмульгатор). Если активное вещество, применяемое в сельском хозяйстве, растворяют в растворителе, то он содержит приблизительно от 10 до приблизительно 90% вес. , преимущественно приблизительно от 40 до приблизительно 70% вес., органической фазы. Диспергаторы, если их используют, содержатся в количестве приблизительно от 1 до приблизительно 20% вес., смачивающие средства, если они применяются, содержатся в количестве приблизительно от 0,5 до приблизительно 5% вес.

Водная фаза включает водный раствор поливинилового спирта и необязательно буфер. Обычно он содержит приблизительно от 1 до приблизительно 25% вес., преимущественно приблизительно от 2 до 5% вес., поливинилового спирта. Если в водную фазу добавляют эмульгатор, то его содержание составляет приблизительно от 2 до приблизительно 4% от веса водной фазы.

Органическую и водную фазы смешивают, получая эмульсию. Стадию получения эмульсии проводят при температуре приблизительно от 10 до приблизительно 100^oC обычно при комнатной температуре. Если органическая фаза включает активное вещество, применяемое в сельском хозяйстве, в расплавленном виде, то на стадии эмульгирования поддерживают температуру, достаточную для сохранения указанного вещества в расплавленном состоянии.

Стадию эмульгирования проводят при перемешивании. Размер получаемых в конечном итоге микросфер в значительной степени зависит от скорости перемешивания при проведении стадии эмульгирования. Чем больше скорость перемешивания, тем меньшие по размеру капли активного ингредиента с полимером образуются в водной фазе. В общем случае для получения микросфер по настоящему изобретению скорость перемешивания должна составлять приблизительно от 500 до приблизительно 5000 об/мин, предпочтительно приблизительно от 500 до приблизительно 2500 об/мин. Диаметр полученных микрокапсул будет составлять приблизительно от 3 до приблизительно 200 микрон, преимущественно приблизительно от 3 до 10 микрон.

К эмульсии при перемешивании добавляют тонкодисперсное вещество, выбранное из группы, включающей глины, оксиды кремния, водорастворимые крахмалы и производные крахмала. Подходящими глинами являются такие, которые способны диспергироваться в воде и которые способны объединяться с поливиниловым спиртом с образованием микросфер по настоящему изобретению, и включают, например, аттапульгит, каолин, монтмориллонит и диатомовую землю. Оксиды кремния, которые можно использовать по настоящему изобретению, включают гидрофильные и гидрофобные осажденные или плавленные оксиды кремния. Водорастворимые крахмалы и их производные включают предварительно желатинизированный и нежелатинизированный крахмал, мальтодекстрины и циклодекстрины. Одним из таких веществ является метилированный бета-циклодекстрин, водорастворимое производное крахмала, которое под торговым названием Beta W7 M1.8 поставляется на рынок компанией "Waker - -Chemie GmbH". Могут также применяться комбинации различных тонкодисперсных веществ.

Для использования по настоящему изобретению тонкодисперсное вещество должно содержать частицы с размером приблизительно 0,1-30 микрон, кристаллы игольчатого или пластинчатого типа; оно не должно взаимодействовать с другими используемыми соединениями, не должно быть гигроскопичным и не должно влиять на вязкость.

Тонкодисперсное вещество суспендируют в эмульсии.

Суспензию, содержащую активное вещество, применяемое в сельском хозяйстве, затем превращают в микросферы, обеспечивающие его контролируемое высвобождение, путем сушки распылением с целью удаления растворителя и воды. Сушку распылением проводят с температурой на входе приблизительно от 100 до приблизительно 300^oC, предпочтительно приблизительно от 150 до приблизительно 220^oC, и с температурой на выходе приблизительно от 50 до приблизительно 100^oC, предпочтительно приблизительно от 60 до приблизительно 75^oC. Полученные таким способом микросферы, если необходимо, можно подвергнуть дальнейшей переработке в другие физические формы, такие как таблетки, чешуйки, гранулы или порошки.

Если активное вещество, применяемое в сельском хозяйстве, представляет собой растворимое в воде твердое вещество или смешивающуюся с водой жидкость, то нет необходимости создавать двухфазную систему. Можно либо приготовить две фазы и смешать их, либо все ингредиенты, в том числе тонкодисперсное вещество, можно смешать в одну стадию и получить суспензию. Подобное одностадийное смешение можно считать эквивалентным приведенному ранее двухстадийному смешению, включающему приготовление жидкой фазы и смешение жидкой фазы с водным раствором, содержащим поливиниловый спирт.

Микрокапсулы по настоящему изобретению обладают способностью быстро выделять активное вещество, применяемое в сельском хозяйстве. Исследование под микроскопом показывает, что микросферы образуют небольшие кластеры и (по сравнению с микросферами, полученными по методу Misselbrook et al.) быстро диспергируются в воде и не забивают форсунки или другие части оборудования.

Далее приводятся примеры получения отдельных микросфер по настоящему изобретению.

Общая методика Готовят органическую фазу, содержащую указанное количество либо расплавленного лямбда-цигалотрина, либо лямбда-цигалотрина, растворенного в растворителе. Готовят водную фазу, содержащую поливиниловый спирт. Две фазы смешивают при перемешивании, получая эмульсию, при этом эмульгатор либо включают в органическую фазу, либо добавляют на стадии эмульгирования. Затем добавляют тонкодисперсное вещество и суспензию сушат путем разбрызгивания, получая микросферы.

В приведенных ниже табл. 1-4 указано количество ингредиентов, взятых в качестве исходных соединений, и их содержание в микросферах, полученных после сушки разбрызгиванием. Используют водные растворы поливинилового спирта с концентрацией 5-20%; количество раствора указано в таблицах. Обычно высушенные микросферы не содержат воду. Применяемый лямбда- цигалотрин имеет техническую степень чистоты - содержание основного вещества в нем составляет 85,6%.

Формула изобретения

1. Способ получения микросфер, содержащих сельскохозяйственно-активное вещество, включающий получение жидкой фазы, содержащей жидкое сельскохозяйственно-активное вещество, смешение полученной жидкой фазы с водной фазой, содержащей поливиниловый спирт, с получением эмульсии и последующую сушку распылением для инкапсулирования сельскохозяйственно-активного вещества, отличающийся тем, что для смешения жидкой фазы, содержащей жидкое сельскохозяйственно-активное вещество, используют водную фазу, содержащую от 1 до 25 мас.% поливинилового спирта, с последующим добавлением к полученной эмульсии от 5 до 40 мас.% относительно смеси тонкодисперсной глины.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что активное вещество, применимое в сельском хозяйстве, растворяют в органическом растворителе в жидкой фазе.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что активное вещество, применяемое в сельском хозяйстве, используют в жидкой фазе в расплавленном виде.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что активное вещество, применяемое в сельском хозяйстве, представляет собой растворимое в воде твердое соединение, а жидкая фаза представляет собой водный раствор этого твердого соединения.

5. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что либо в жидкую фазу, либо в водную фазу дополнительно вводят диспергатор и/или смачивающее средство.

6. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что жидкую фазу эмульгируют в водной фазе.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что жидкая фаза содержит приблизительно от 70 до приблизительно 85 мас.% активного вещества, применяемого в сельском хозяйстве.

8. Способ по п.6, отличающийся тем, что стадию эмульгирования проводят при скорости перемешивания приблизительно от 500 до приблизительно 5000 об/мин и температуре приблизительно от 10 до 100^oC.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве активного вещества, применяемого в сельском хозяйстве, используют лямбда-цигалотрин.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве активного вещества, применяемого в сельском хозяйстве, используют сульфосат.

11. Микросферы, содержащие активное вещество, применяемое в сельском хозяйстве, изготовленные по способу любого из пп.1 - 10.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3