Cinco tendencias en formulaciones
12 julio 2012 Por el Dr. George B. Beestman
Consultoría de formulaciones de Beestman
LA TENDENCIA que afecta más directamente a los formuladores es la evolución de compuestos pesticidas activos desde moléculas pequeñas, estables y de amplio espectro hasta moléculas grandes y complejas con actividad específica, inestabilidad química y alto costo. Estos compuestos a menudo se combinan en combinaciones sinérgicas con uno o más de otros compuestos. Los compuestos líquidos y fundibles que se formularían individualmente en formulaciones a base de emulsión ahora deben combinarse con compuestos sólidos cristalinos que normalmente se formulan en cristales finamente suspendidos en agua. Se espera que estas formulaciones complejas sean fáciles de usar, tengan una vida útil prolongada y sean benignas para el medio ambiente. Los disolventes deben ser no volátiles. Los inertes deben ser seguros y no tóxicos.
La estrecha cooperación entre los formuladores de proveedores de surfactantes y los formuladores de productores de pesticidas industriales asegura que sigan surgiendo nuevas herramientas para las cajas de herramientas de los formuladores. Se desarrollan polímeros que estabilizan suspensiones de cristales de pesticidas, aumentan la solubilidad en agua de los compuestos, mejoran la eficacia de los compuestos, agregan sistematización a los compuestos y compatibilizan las fases acuosas con las fases orgánicas en formulaciones complejas modernas. Otros polímeros retienen compuestos en el follaje y aumentan la movilidad de moléculas muy hidrófobas a través del suelo. Las suspensiones estables de plaguicidas finamente dispersos deben permanecer completamente dispersas tanto en el contenedor como en el tanque de aspersión.
Los absorbentes de luz ultravioleta se agregan a las formulaciones y se recubren directamente sobre las partículas de pesticidas. Se encuentran disponibles emulsionantes a base de azúcares y otros productos naturales. Los emulsionantes, polímeros y adyuvantes agregan propiedades viscoelásticas a las formulaciones líquidas para facilitar su uso, limpiar el vaciado de los contenedores y una limpieza más completa del equipo de aspersión. Se siguen desarrollando emulsionantes y polímeros que mejoran la eficacia del glifosato.
Se ofrecen otros polímeros y emulsionantes para compatibilizar el glifosato con muchos co-herbicidas que ahora se combinan con el glifosato. Están surgiendo adyuvantes y polímeros que reducen la volatilidad y el movimiento de plaguicidas fuera del objetivo. Los portadores granulares han evolucionado de arcilla calcinada molida, partículas irregulares, a partículas finamente pulverizadas transformadas en portadores granulares esféricos no polvorientos altamente adsorbentes.
■ Recubrimiento de semillas
Una tendencia importante en la aplicación de compuestos pesticidas es mediante el recubrimiento de las semillas. Casi todas las patentes y solicitudes de patentes que revelen nuevos compuestos pesticidas contendrán declaraciones que hagan referencia a su uso para su aplicación a las semillas.
Incluso las nuevas patentes y aplicaciones de compuestos herbicidas hacen referencia al recubrimiento de semillas. Se están creando formulaciones específicamente para su aplicación a semillas. Nuevamente, los polímeros están demostrando ser adyuvantes de formulación de revestimiento de semillas útiles, tal como se han utilizado para mejorar las formulaciones en general. Los tipos de formulación líquida y seca de almacenamiento estable se crean específicamente para recubrir semillas. Se utilizan polímeros termoendurecibles, polímeros hiperramificados y polímeros estructurados para retener compuestos en las superficies de las semillas.
Se pueden usar polímeros para revestir semillas antes de la aplicación de compuestos pesticidas, de modo que esos compuestos no sean fitotóxicos para las semillas. Se han utilizado ceras poliméricas para facilitar el flujo de semillas en la aplicación. Los polímeros que tienen funcionalidad reactiva se entrecruzan en la superficie de la semilla para formar películas que unen los pesticidas a la superficie de la semilla. Los inoculantes de células vivas se han aplicado a las semillas desde hace mucho tiempo. Los materiales naturales esenciales para la supervivencia celular ahora se combinan con polímeros y adyuvantes para tratamientos de semillas más robustos.
■ Formulaciones líquidas
Rara vez los pesticidas o sus sales son suficientemente solubles en agua para formar soluciones acuosas suficientemente concentradas para ser comercialmente viables. Las excepciones son el glifosato y los herbicidas de tipo auxina. Se están desarrollando adyuvantes de formulación para mejorar y aumentar la velocidad de la eficacia biológica del glifosato. Y, como se mencionó anteriormente, compatibilizar los compuestos para combinarlos con glifosato.
Hay polímeros y adyuvantes disponibles para reducir el crecimiento de cristales de herbicidas auxina en glifosato y para reducir la volatilización de estos herbicidas para reducir el movimiento fuera del objetivo. Están surgiendo adyuvantes para prevenir la degradación de compuestos como las sulfonilureas cuando se combinan con glifosato.
Los pesticidas microencapsulados también se están suspendiendo con éxito en formulaciones acuosas de glifosato. Están evolucionando emulsionantes y polímeros que toleran la salinidad del glifosato y las soluciones salinas.
Los pesticidas insolubles en agua también son más comunes. Se están desarrollando nuevos disolventes a partir de fuentes naturales para disolver y distribuir estos pesticidas. Estos disolventes tienen baja volatilidad pero alto grado de solvencia. Cada vez más, se emplean combinaciones de disolventes para producir formulaciones estables de plaguicidas modernos complejos.
Se están desarrollando microemulsiones y formulaciones en gel. Las microemulsiones son sistemas ópticamente transparentes termodinámicamente estables que se utilizan como adyuvantes y también como portadores de pesticidas en formulaciones de microemulsión. La vida útil y la espontaneidad de estas formulaciones en agua requieren nuevos emulsionantes y adyuvantes. Los plaguicidas en polvo sólidos cristalinos se muelen típicamente a un tamaño pequeño y se suspenden en agua. Sin embargo, se están desarrollando suspensiones de plaguicidas a base de solventes, particularmente para plaguicidas susceptibles a la hidrólisis.
Las suspensiones de plaguicidas en polvo cristalino se combinan con compuestos co-plaguicidas disueltos en formulaciones más complejas. Se están desarrollando polímeros para mantener las partículas de pesticidas suspendidas tanto en el paquete como cuando se diluyen en el tanque de aspersión. Los tamaños de partículas finales en las formulaciones de suspensión están disminuyendo mediante el uso de nuevos polímeros de suspensión y nuevas tecnologías de molienda.
■ Formulaciones secas
Las formulaciones granulares convencionales aplicadas como fertilizantes granulares siguen siendo un tipo de formulación de nicho preferido por algunos cultivadores. Las innovaciones en las formulaciones granulares incluyen gránulos que se dispersan en partículas más pequeñas cuando entran en contacto con el agua o forman películas después del contacto con el agua. Se han fabricado portadores de gránulos de arcilla modificados que reducen la fitotoxicidad de los compuestos pesticidas en el césped. Se encuentran disponibles vehículos granulares no arcillosos de materiales orgánicos naturales.
La mayoría de las formulaciones granulares son gránulos dispersables en agua preparados para aplicación por aspersión. Los nuevos polímeros y adyuvantes unen los polvos como gránulos no polvorientos que se dispersan rápidamente en el agua para formar partículas primarias pulverizables de tamaño micrométrico. Estos compuestos suspendidos permanecen suspendidos en el agua, se adhieren al follaje y proporcionan una alta actividad unitaria. Estos gránulos pueden conservar compuestos químicamente inestables para una vida útil más prolongada.
■ Lanzamiento controlado
La microencapsulación de pesticidas líquidos y de bajo punto de fusión es ahora una tecnología de uso común. Los pesticidas sólidos cristalinos también se microencapsulan cuando se disuelven en solventes. Continúan desarrollándose innovaciones en microencapsulación. Los polímeros se utilizan para retardar la cristalización de modo que se formen paredes de concha antes de que los compuestos cristalicen, lo que permite encapsular los pesticidas con éxito a temperaturas más bajas y con menos disolvente. Los plaguicidas no encapsulados se combinan con plaguicidas microencapsulados. Las microcápsulas de liberación lenta se combinan con microcápsulas de liberación rápida para permitir una sincronización óptima de los ingredientes activos o separar los compuestos protectores de los compuestos pesticidas activos. Los aminoácidos añadidos a la fase acuosa antes de emulsionar los plaguicidas para la microencapsulación dieron como resultado gotas de emulsión del rango de tamaño nanométrico y se produjeron nanocápsulas.
El recubrimiento directo de cada especificación de polvo de un polvo cristalino de pesticida no es posible, porque las partículas de pesticida lo suficientemente pequeñas como para ser biológicamente activas no se pueden fluidizar en el aire para separar las partículas para la deposición del polímero en sus superficies. Son lo suficientemente pequeños como para comenzar a adquirir propiedades de flujo de líquidos. Cuando estas partículas diminutas se suspenden en agua, los polímeros de revestimiento forman una matriz de muchas partículas diminutas que forman perlas demasiado grandes para la aplicación por pulverización. Las tecnologías de procesamiento distintas del recubrimiento de lecho fluido común ahora hacen posible recubrir directamente micropartículas cristalinas de pesticidas. También se ha logrado el recubrimiento de micropartículas individuales suspendidas en agua. Los polímeros estructurados se pueden usar para suspender partículas finas para molerlas en agua hasta el rango de tamaño de micrómetros de los pesticidas agrícolas. Luego, los polímeros estructurados se reticulan sobre las superficies de los cristales del pesticida. Los polímeros se utilizan para asegurar la deposición de polímeros de recubrimiento sobre las superficies de partículas diminutas suspendidas en agua y no formar perlas con múltiples cristales pequeños.
Los polímeros extruidos en películas, redes, nanofibras y nanotubos se utilizan para controlar la liberación de pesticidas. Las nanopartículas de polímero y las partículas de látex de polímero también se utilizan como portadores de pesticidas para controlar la velocidad de liberación. Los polímeros sintetizados en presencia de pesticidas forman composiciones poliméricas que son huellas moleculares del pesticida específico. Estos polímeros con impronta molecular están ganando uso en la formulación de pesticidas. Las emulsiones de pickering son suspensiones de aceite en agua que se crean con pequeñas partículas inorgánicas que cubren la superficie de las gotas de aceite en lugar de emulsionantes. Cuando se utilizan partículas emulsionantes reactivas, estas partículas pueden reticularse para formar paredes de cáscara inorgánicas. Por tanto, se crean paredes de concha inorgánica para proteger los compuestos de la luz ultravioleta.
Conclusión
El contenido de este artículo es una instantánea de las tendencias y desarrollos extraídos de las patentes de Estados Unidos y las solicitudes de patentes de 2011. Cada patente está disponible en www.beestmanconsulting.com. Este artículo cubre solo una parte de los desafíos que enfrentan los formuladores modernos. Se están creando nuevos emulsionantes, adyuvantes y solventes para resolver los desafíos de formulación más difíciles. Están surgiendo avances en nanotecnología y recubrimientos de respuesta a estímulos. Al mirar hacia atrás en las formulaciones de los últimos 10 años, podemos sorprendernos con los desarrollos recientes. Creo que cuando volvamos a mirar atrás dentro de 10 años a las tecnologías actuales, volveremos a sorprendernos del progreso.
El Dr. George Beestman es un químico de formulaciones de plaguicidas reconocido internacionalmente con 21 años de experiencia en Monsanto, 10 años en DuPont, y actualmente es consultor de formulaciones de plaguicidas y asesor editorial de Farm Chemicals International. Posee 10 patentes estadounidenses, incluidas patentes pioneras en microencapsulación de alta concentración y recubrimiento de partículas cristalinas finas. Es autor de cuatro capítulos de libros y es editor de tres libros de Formulation Symposia. Puede ser contactado a través de su sitio web en www.beestmanconsulting.com.
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