ФУНГИЦИДНОЕ СРЕДСТВО И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
FUNGICIDAL AGENT AND METHOD OF ITS PRODUCTION

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к созданию фунгицидных препаратов, и может найти применение в защите посевов зерновых культур от корневой гнили и других заболеваний.
Тебуконазол - техническое название действующего вещества /4,4-диметил-3-(1Н-1,2,4-триазол-1-илметил)-1-n-хлорфенилпентан-3-ол/ относится к классу органических соединений (а именно к классу триазолов), а по биологической активности - к системным фунгицидам широкого спектра действия для борьбы с болезнями листьев и колосьев зерновых (фузариозом, септориозом, ржавчиной, мучнистой росой и другими), серой гнилью винограда, некоторыми заболеваниями сои, рапса, подсолнечника, овощных и плодовых культур методом опрыскивания и протравителя семян для борьбы с твердой и пыльной головней, септориозом зерновых культур [Мельников Н.Н., Новожилов К.В., Белан С.Р. Справочник. Пестициды и регуляторы роста растений. М.: Химия, 1995].
Ввиду плохой растворимости действующего вещества в воде (32 мг/л), эффективность препаратов на основе тебуконазола (Тебу, Барьер-Колор, Раксил, Виал-Траст, Стингер и др.) не столь высока и нормы расхода препаратов составляют 0,5-1,2 кг/т семян. Известными методами изменения технологических показателей тебуконазола (в том числе водорастворимости) являются разработка различных препаративных форм применения [Методические рекомендации по контролю за качеством препаративных форм ХСЗР и исходного сырья для их приготовления. Черкассы, НИИТЭХИМ, 1984, 48 с.].
Такими формами для тебуконазола являются препаративные формы в виде суспензионных концентратов (Барьер-Колор, Виал-Траст, Стингер, Алт-Сил) и масляных эмульсий (Тебу, Скарлет) [Государственный каталог пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации. М., 2010, 840 с.]. Для приготовления суспензионных форм субстанцию препарата диспергируют в шаровых и бисерных мельницах в водной (или водно-органической) среде с добавками ПАВ, стабилизаторов и других наполнителей. Масляные эмульсии готовят путем растворения субстанции препарата в органическом растворителе (или смеси растворителей) с добавлением ПАВ, образующего с водой устойчивую эмульсию [Методические рекомендации по контролю за качеством препаративных форм ХСЗР и исходного сырья для их приготовления. Черкассы, НИИТЭХИМ, 1984, 48 с.].
В качестве прототипа для излагаемого ниже изобретения выбрана препаративная форма тебуконазола в виде препарата «Раксил», КС (60 г/л), которая рекомендована для протравливания семян зерновых культур в борьбе с корневой гнилью [Государственный каталог пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации. М., 2010, 840 с.]. Эта препаративная форма получается способом мокрого измельчения действующего вещества препарата «Раксил» (тебуконазола) с вспомогательными веществами препаративной формы (смачиватели, диспергаторы, эмульгаторы, ПАВ и др.) в жидкой среде.
Известен также способ получения фунгицидного средства (ЕР 2269581, опубл. 05.01.2011), содержащего фунгицид в виде наночастиц и натуральные или синтетические водорастворимые полимеры в соотношении фунгицид:полимеры 1:(1-100).
Однако известный способ требует присутствия растворителей, энергоемких процессов распылительной или сублимационной сушки, отличается многостадийностью процесса.
Задачей настоящего изобретения является увеличение растворимости фунгицидного средства в воде и повышение его фунгицидной активности.
Решение поставленной задачи достигается за счет создания фунгицидного средства, содержащего тебуконазол и водорастворимые полимеры в массовом соотношении (1:1-5) соответственно. В качестве водорастворимых полимеров используют синтетические и природные полимеры, например полиэтиленгликоль, поливинилпирролидон, бета-циклодекстрин, арабиногалактан, гидроксиэтилкрахмал и пектин. Фунгицидное средство представлено в форме водорастворимого порошка, при этом размеры его частиц находятся в интервале значений до 10 мкм, а содержание нанофракций составляет 41-96%.
Предлагаемое фунгицидное средство обладают следующими преимуществами:
- использование доступных и дешевых водорастворимых полимеров, способных образовывать механохимические комплексы с тебуконазолом;
- водорастворимость комплексов в молекулярной форме, а не в виде водных суспензий или водно-органических эмульсий, позволит улучшить фунгицидные свойства тебуконазола;
- использование полезных технологических и биологических свойств самих водорастворимых полимеров, что позволит не только улучшить показатели качества механохимических комплексов, но и достичь эффекта синергизма в фунгицидном действии тебуконазола.
Решение поставленной задачи достигается также тем, что заявляемое фунгицидное средство получают путем механохимического взаимодействия тебуконазола и водорастворимых полимеров в соотношении 1:(1-5). В качестве водорастворимых полимеров используют синтетические и природные полимеры, например полиэтиленгликоль, поливинилпирролидон, бета-циклодекстрин, арабиногалактан, гидроксиэтилкрахмал и пектин.
В качестве аппаратов для механохимической обработки могут быть использованы шаровые валковые, планетарные, вибрационные, виброцентробежные и т.п. мельницы, т.е устройства ударно-истирающего воздействия. Процесс масштабируется от шаровых лабораторных мельниц с загрузкой в несколько грамм до проточных виброцентробежных мельниц с производительностью до 100 кг/ч и более.
Смесь тебуконазола и полимеров, взятых в массовом соотношении от 1:1 до 1:5, подвергают механохимической обработке в вышеуказанных измельчителях-активаторах ударно-истирающего типа. В процессе механической обработки происходит диспергирование молекул тебуконазола во внутренние и внешние поры полимера, образуя твердый раствор, представляющий собой разупорядоченную твердую фазу, в которой молекулы тебуконазола и полимера испытывают нековалентные неионные взаимодействия. Во время растворения этой твердой дисперсии высвобождение тебуконазола происходит в виде его комплексов и поэтому наблюдается высокий показатель водорастворимости.
Таким образом, достигаются заявленные преимущества механохимических комплексов - высокий показатель водорастворимости, обуславливающий соответствующий показатель фунгицидного действия. При этом также достигаются следующие заявленные преимущества способа получения - приготовление механохимических комплексов происходит в одну технологическую стадию механической обработки в измельчителе-активаторе, не требуется участия жидких фаз, исключается энергоемкий и длительный процесс сушки материала, отсутствуют отходы растворителей.
Отсутствуют специальные требования к контролю влажности помещений, так как вещества обрабатывают в герметичном внутреннем объеме мельниц. Во всех случаях процесс проводят фактически в одну стадию, он не требует дорогостоящего оборудования и прост в реализации.
Для лучшего понимания изобретения приведены следующие примеры.
Пример 1. Получение фунгицидного средства на основе тебуконазола и арабиногалактана.
В металлические барабаны (два спаренных барабана по 100 мл) измельчителя-активатора MAC-1-2 загружают 0.6 г тебуконазола (ТБК), 3.0 г арабиногалактана (АГ) и 89 г шаров (диаметр 4-5 мм). Активацию проводят при энергонапряженности 40 g в течение 5 мин. После активации продукт в виде сыпучего порошка выгружают и характеризуют по данным анализа на дисперсность (табл.1а) и водорастворимость (табл.1).
Пример 2. Получение фунгицидного средства на основе тебуконазола и поливинилпирролидона (ПВП).
Аналогично примеру 1: из 0.6 г ТБК и 3.0 г ПВП в мельнице MAC-1-2 получают сыпучий порошок механохимического комплекса ТБК и ПВП.
Пример 3. Получение фунгицидного средства на основе тебуконазола и полиэтиленгликоля (ПЭГ).
Аналогично примеру 1: из 0.6 г ТБК и 3.0 г ПЭГ в мельнице MAC-1-2 получают сыпучий порошок механохимического комплекса ТБК и ПЭГ.
Пример 4. Получение фунгицидного средства на основе тебуконазола и бета-циклодекстрина.
В металлические барабаны (два спаренных барабана по 50 мл) измельчителя-активатора АГО-2 загружают 2.0 г тебуконазола (ТБК), 2.0 г бета-циклодекстрина (ЦД) и 96 г шаров (диаметр 4-5 мм). Активацию проводят при энергонапряженности 40 g в течение 5 мин. После активации продукт в виде слегка гигроскопичного порошка выгружают и характеризуют по данным анализа на дисперсность и водорастворимость.
Пример 5. Получение фунгицидного средства на основе тебуконазола и гидроксиэтилкрахмала (ГЭК).
10.0 г тебуконазола (ТБК), 20.0 г ГЭК и 900 г металлических шаров (диаметр шаров 23-25 мм) загружают в металлический барабан объемом 500 мл и обрабатывают в валковой мельнице ВМ-1 в течение 2 часов при ускорении мелющих тел 1 g. Полученный после активации сыпучий порошок комплекса состава ТБК-ГЭК (1:2) анализируют на водорастворимость и дисперность.
Пример 6. Получение фунгицидного средства на основе тебуконазола и пектина.
Аналогично примеру 5: из 5.0 г ТБК и 15.0 г пектина в валковой мельнице ВМ-1 получают сыпучий порошок механохимического комплекса ТБК-пектин (1:5).
Пример 7. Определение водорастворимости фунгицидных средств ТБК с полимерами.
Определение водорастворимости исходного ТБК и его механохимических комплексов с полимерами проводят методом ВЭЖХ при следующих условиях:
- хроматограф Agilent 1200;
- колонка Zorbax Eclipse XDB-C18, 4.6×150 мм;
- температура колонки 30°С;
- элюент - 25% ацетонитрил+75% вода; скорость потока - 1 мкл/мин;
- детектор диодно-матричный, детектирование в диапазоне 230-280 нм.
Согласно данным времени удерживания рассчитывают показатель водорастворимости анализируемых продуктов. Результаты представлены в таблице 1.
Пример 8. Определение степени дисперсности (тонины) фунгицидных средств ТБК с полимерами.
Определение дисперсности исходного, измельченного ТБК и его механохимических комплексов проводят на лазерном анализаторе размеров частиц "SALD-7101" (SALD-7101 Nanoparticle Size Analyzer) компании "Shimadzu". Обработка данных проводилась по методике стандартного программного обеспечения Windows XP Professional. Результаты анализа приведены в таблице 1а. Из данных таблицы видно, что механохимические комплексы имеют значительно низкую величину дисперсности частиц, что еще раз подтверждает включение частиц в поры полимера. Кроме того, в композициях с АГ и ГЭК наблюдается значительное образование так называемых нанофракций, которые ответственны за высокую фунгицидную активность.
Фунгицидная активность препарата определяется множеством факторов (препаративная форма, прилипаемость, способ обработки и пр.). Одним из основных параметров, определяющих фунгцидную активность тебуконазола, является его растворимость. Нам удалось при совместной механохимической обработке субстанции тебуконазола с полимерными веществами изменить показатель водорастворимости (табл.1), что существенно увеличило фунгицидное действие заявляемых комплексов.
Для понимания сути предлагаемого изобретения сравним фунгицидную активность предлагаемых механохимических комплексов с препаратом «Раксил» (см. табл.2-5).
Пример 9. Проведение испытаний на фунгицидную активность.
Лабораторные опыты проводились на семенах яровой пшеницы "Воронежская". Заявляемые композиции изучались в качестве протравителей семян пшеницы против основных возбудителей болезней корневой гнили: Bipolaris sorokiniana (Helminthosporium sativum), Fusarium graminierum, Fusarium culmorum и грибов рода Penizillium spp. по известным методикам:
- Методические указания по Государственным испытаниям фунгицидов, антибиотиков и протравителей семян сельскохозяйственных культур. М.: Колос, 1985;
- Голышин Н.М. Фунгициды в сельском хозяйстве. М.: Колос, 1970, с.161-170.
Испытания проводились с искусственно зараженными семенами смешанной инфекции. Заражение проводили в сосуде с суспензией конидий и спор грибов, после чего зерно подсушивали.
Протравливание семян проводили в круглодонных колбах полусухим способом по общепринятой методике [Доспехов Б.А. Методика полевого опыта с основами статистической обработки результатов. М.: Колос, 1979, 416 с.] за 2-3 дня до проращивания.
Обработанные семена с определенной нормой расхода инкубировали во влажных фильтрах в чашках Петри при температуре t - 23-25°С.
Обеззараживающие свойства препаратов, а также их влияние на всхожесть семян определяли через 7дней от начала проращивания.
Биологическую эффективность фунгицида (%) в соотношении распространенности болезни в сравнение с контролем рассчитывают [Доспехов Б.А. Методика полевого опыта с основами статистической обработки результатов. М.: Колос, 1979, 416 с.] по формуле
,
где Р и р - распространенность болезни, соответственно, в контроле и опытном варианте.
Результаты испытаний приведены в табл.2-5.
Из табл.2 видно, что все механохимические комплексы ТБК с полимерами обладают 100%-ной активностью при стандартной норме протравливания 30 г/т семян и превышают таковую для стандартного образца (ТПС-суспензионный концентрат тебуконазола), причем заявляемые композиции также проявляют высокую активность и на грибах Penizillium spp.
Для понимания сути заявляемого изобретения (состав комплексов с включением полимеров) нами проведены лабораторные испытания препаратов при нормах, ниже рекомендуемых, а именно заявляемые механохимические комплексы испытаны при нормах расхода от 5 до 30 г/т, тогда как рекомендуемая норма расхода стандартных форм тебуконазола (ТПС и Раксил) составляет 30 г/т семян. При этом показано, что предлагаемые супрамолекулярные комплексы обладают 100%-ной эффективностью даже в нормах 10-15 г/т семян, при которых стандартный образец (ТПС-суспензионный концентрат) обладает более низкой эффективностью (табл.3).
Для подтверждения полученных данных по фунгицидной активности проведены испытания (табл.4-5) по сравнению с прототипом - препаратом «Раксил», результаты которых подтвердили высокую эффективность заявляемых нами комплексов.
Таким образом, проведенные испытания на фунгицидную активность подтвердили высокую эффективность заявляемых комплексов по сравнению с аналогами - суспензионный концентрат /ТПС/ тебуконазола и известный препарат «Раксил».
Заявляемое техническое решение позволяет получать препараты тебуконазола, обладающие высокой растворимостью в воде, повышенной фунгицидной активностью и невысокой себестоимостью.
Таблица 1
Водорасторимость тебуконазола (ТБК) и его механохимических комплексов с полимерами, полученными в измельчителях MAC-1-2 и АГО-2 при следующих условиях активации (модуль процесса 1:24; время активации - 5 мин; энергонапряженность 40 g)
№
Состав механохимического комплекса (массовое соотношение)
Растворимость, мг/л (метод ВЖЭХ)
1
ТБК-исходная субстанция
23
2
ТБК: арабиногалактан=1:5
488
3
ТБК:пектин=1:5
97
4
ТБК: полиэтиленгликоль=1:5
71
5
ТБК:бета-циклодекстрин=1:1
528
6
ТБК:поливинилпирролидон=1:5
185
7
ТБК-гидроксиэтилкрахмал=1:2
356
Таблица 1a
Дисперсность тебуконазола (ТБК) и его механохимических комплексов с полимерами
Название образца (тип измельчителя-активатора)
Максимальный размер частиц (мкм) в выделенных фракциях
25%
50%
75%
100%
ТБК-исходный образец
54,55
118,30
150,34
244,11
ТБК-измельчен MAC-1-2
16,54
27,59
38,87
87,07
ТБК-АГ (1:5) - MAC-1-2 (57,5%)*
0,023
0,045
4,80
31,06
ТБК-ГЭК (1:2) - MAC-1-2(41,6%)*
0,052
0,178
8,91
38,20
ТБК-ЦД (1:1) - MAC-1-2
2,10
4,20
7,48
25,27
ТБК-АГ (1:5)- АГО-2 (96,5%)*
0,037
0,052
0,074
0,18
* - содержание нанофракций в комплексах
Таблица 2
Фунгицидная активность тебуконазола (ТБК) и его механохимических комплексов с полимерами
Препарат
Норма расхода препарата по д.в., г/т
Всхожесть лабораторная, %
Микрофлора, %
Helminthosporium spp + Fusarium spp.
Penizillium spp.
пораженность %
эффективность %
пораженность %
эффективность %
Контроль
-
82,0
56,1
-
14,6
-
Тебуконазол (60 г/л) ТПС
30,0
97,0
2,1
96,3
2,1
85,6
(эталон)
ТБК-бетациклодекстрин
30,0
95,0
0
100,0
0
100,0
(1:1)
ТБК-арабиногалактан
30,0
90,0
0
100,0
0
100,0
(1:5)
ТБК-пектин (1:5)
30,0
93,0
0
100,0
2,1
85,6
ТБК-гидроксиэтикрахмал
30,0
94,0
0
100,0
1,1
92,5
(1:2)
ТБК-полиэтиленгликоль
30,0
92,0
0
100,0
3,3
77,4
(1:5)
ТБК-
30,0
95,0
0
100,0
0
100
поливинилпирролидон (1:5)
Таблица 3
Фунгицидная активность тебуконазола (ТБК) и его механохимических комплексов с полимерами при более низких нормах расхода
Препарат/ паспорт-вещество
Норма расхода препарата по д.в., г/т
Всхожесть лабораторная, %
Микрофлора, %
Helminthosporium spp + Fusarium spp.
Penizillium spp.
пораженность %
эффективность %
пораженность %
эффективность %
Контроль
-
65,0
66,2
-
16,9
-
Тебуконазол (60 г/л)- ТПС (эталон)
5
78,0
7,0
89,4
6,4
62,1
10
89,0
3,4
94,9
6,7
60,4
15
91,0
1,1
98,3
6,6
60,9
30
86,0
0
100,0
2,3
86,4
ТБК-бетациклодекстрин (1:1)
5
86,0
2,3
96,5
9,3
45,0
10
84,0
1,2
98,2
4,8
71,6
15
90,0
1,1
98,3
6,7
60,4
30
86,0
0
100,0
2,3
86,4
ТБК-гидроксиэтикрахмал (1:2)
5
87,0
2,3
96,5
5,7
66,3
10
90,0
0
100,0
5,6
66,9
15
92,0
0
100,0
3,3
80,5
30
85,0
0
100,0
4,7
72,2
ТБК-арабиногалактан (1:5)
5
86,0
5,8
91,2
9,3
45,0
10
89,0
2,2
96,7
5,6
66,9
15
90,0
0
100,0
3,3
80,5
30
90,0
0
100,0
2,1
87,6
ТБК-пектин (1:5)
5
89,0
5,6
91,5
10,1
40,2
10
90,0
1,1
98,3
5,6
66,9
15
86,0
0
100,0
4,2
75,1
30
82,0
0
100,0
2,4
85,8
Таблица 4
Фунгицидная активность ТБК и его механохимических комплексов с арабиногалактаном и бета-циклодекстрином (повторные испытания по сравнению с препаратом «Раксил» - как эталоном)
Препарат
Норма расхода препарата по д.в., г/т
Всхожесть лабораторная, %
Микрофлора, %
Helminthosporium spp + Fusarium spp.
Penizillium spp.
пораженность %
эффективность %
пораженность %
эффективность %
Контроль
-
72,0
43,1
-
12,5
-
Раксил 60 г/л (эталон)
30,0
90,0
2,2
82,4
2,2
82,4
ТБК-арабиногалактан (1:5)
10,0
85,0
5,9
86,3
6,3
49,6
15,0
80,0
3,8
91,2
3,8
69,6
30,0
89,0
0
100,0
0
100,0
ТБК-бетациклодекстрин (1:1)
10,0
88,0
3,4
92,1
2,2
82,4
15,0
90,0
0
100,0
1,1
91,2
30,0
86,0
0
100,0
0
100,0
Таблица 5
Фунгицидная активность ТБК и его механохимических комплексов с полиэтиленгликолем и поливинилпирролидоном (повторные испытания по сравнению с препаратом «Раксил» - как эталоном)
Препарат
Норма расхода препарата по д.в., г/т
Всхожесть лабораторная, %
Микрофлора, %
Helminthosporium spp + Fusarium spp.
Penizillium spp.
пораженность %
эффективность %
пораженность %
эффективность %
Контроль
-
84,0
25,0
-
17,9
-
Тебуконазол (60г/л) ТПС
30,0
90,0
0
100,0
0
100,0
(эталон)
ТБК-полиэтиленгликоль (1:5)
10,0
85,0
8,2
67,2
3,5
80,4
15,0
89,0
3,4
86,4
2,2
87,7
30,0
93,0
2,2
91,2
1,1
93,8
ТБК-поливинилпирролидон (1:5)
10,0
93,0
2,1
91,6
2,1
88,3
15,0
90,0
2,2
91,2
1,1
93,8
30,0
88,0
4,5
82,0
0
100,0