Hiểu biết về Nhũ hóa dầu trong nước - Emulsion-in-water (EW)

Nhũ hóa dầu trong nước - Emulsion-in-water (EW)

Định nghĩa: nhũ hóa dầu trong nước Emulsion-in-water (EW) là sự phân tán giọt dầu trong pha nước và giữ ổn định bởi chất hoạt động bề mặt hoặc chất nhũ hóa.

Một số đặc điểm ngoại quan về hệ EW:

• Ngoại quan: nhũ dạng sữa, đục hoặc dạng đục
• Phương pháp: nhũ hóa năng lượng cao
• Độ ổn định: ổn định động
• Tải chất hoạt động bề mặt: rất thấp (<5%)
• Kích thước hạt: 0.5 µm - 100 µm

Nhũ tương đậm đặc, còn được gọi là nhũ tương dầu trong nước (EW), là công thức tạo ra nhũ tương ổn định của hoạt chất trong pha nước và được dùng để pha loãng trong nước trước khi sử dụng. Thành phần hoạt chất thường là chất lỏng phân tán trong pha dầu. Tuy nhiên, cũng có thể nhũ hóa một hoạt chất rắn hoặc lỏng được hòa tan trong dung môi không hòa tan trong nước. Nước được đưa vào công thức để tạo thành nhũ tương dầu trong nước ổn định nhờ lực khuấy cao.

Công nghệ nhũ tương trong nước (EW) tạo ra kích thước hạt nhỏ hơn so với trong công thức EC, giảm hiện tượng rửa trôi và nhiều thành phần hoạt tính tác động lên bề mặt lá hơn để cải thiện hiệu quả so với công thức EC. EW là giải pháp thay thế an toàn và thân thiện với môi trường hơn so với hệ nhũ hóa cô đặc (EC). Trong công thức EW, pha liên tục là nước.

Một số công thức tiêu biểu:

• 25% Isoprothiolane + 1.8% Kasugamycin
• Carbosulfan 200g/L
• Propiconazole 125g/L + Tebuconazole 100g/L
• Chlofenapyr 22% + Cypermethrin 2%
• Bifenthrin 10%
• Tebuconazole 250g/L
• Deltamethrin 2.5%
• Alpha cypermethrin 100g/L

Các thành phần của EW

Một nhũ tương nước đậm đặc chứa các thành phần sau:

• Hoạt chất - chức năng của sản phẩm
• Dầu / dung môi - để hòa tan bất kỳ hoạt chất rắn nào, tăng hiệu quả sinh học
• Chất nhũ hóa - để ổn định nhũ tương đậm đặc và nhũ hóa khi pha loãng trong nước
• Chất tạo đặc – tạo cấu trúc cho công thức
• Chống đông - để ngăn công thức đóng băng khi gặp lạnh
• Diệt khuẩn – để ngăn chặn sự phát triển vi sinh vật gây hại
• Phá bọt - để ngăn chặn bọt trong quá trình sản xuất và vận chuyển
• Nước – pha liên tục

Phát triển công thức EW – công thức chung

Phương pháp:

1. Nếu hoạt chất là chất rắn, xác định hệ thống dung môi phù hợp với công thức
2. Chọn chất hoạt động bề mặt phù hợp với hệ thống.
3. Trộn chất chống đông và chất tạo đặc, sau đó thêm nước, chất bảo quản và chất phá bọt. Khuấy cho đến khi đồng nhất (pha nước liên tục)
4. Kết hợp chất nhũ hóa và hoạt chất/dầu cho đến khi đồng nhất (pha phân tán dầu)
5. Thêm pha dầu vào pha nước với tốc độ khuấy thấp và sau đó khuấy ở tốc độ cao 10.000rpm để đồng nhất.

Quá trình xây dựng công thức bao gồm việc chuẩn bị pha dung môi bằng cách hòa tan hoạt chất rắn trong dung môi thích hợp và trộn nó với chất nhũ hóa. Tất cả các thành phần này được trộn bằng máy đồng hóa. Lượng nước cần thiết được thêm vào từ từ trong quá trình đồng nhất liên tục. Quá trình đồng nhất được tiếp tục sau khi bổ sung đầy đủ nước cho đến khi đạt được kích thước hạt mong muốn. Tốc độ của thiết bị đồng nhất hoặc thời gian dự kiến ​​có thể được điều chỉnh để đạt được kích thước hạt.

1. Hoạt chất: các thành phần hoạt chất có thể là chất lỏng, chất rắn hòa tan trong dung môi không tan trong nước. Các thành phần hoạt chất phải hòa tan hoàn toàn trong dầu theo khoảng nhiệt độ trong công thức. Các hoạt chất phải có độ hòa tan tối thiểu trong mọi điều kiện.

Nếu hoạt chất không phải là chất lỏng trong mọi điều kiện bảo quản thì tinh thể có thể hình thành. Kết tinh làm giảm sự ổn định vật lý của công thức, gây tắc nghẽn vòi phun và làm giảm hiệu quả sản phẩm.

Nếu một hoạt chất có độ hòa tan tăng theo nhiệt độ, thì dung dịch có thể siêu bão hòa. Khi nhiệt độ giảm, dung dịch siêu bão hòa có thể hình thành dạng lắng dầu, rất khó để treo được hệ.

2. Dầu/ Dung môi: dung môi nên được chọn với các cân nhắc về hiệu suất như sau:

Các hoạt chất phải duy trì trong dung dịch ở khoảng nhiệt độ của công thức

Cần cân nhắc điểm chớp cháy của dung môi, điểm chớp cháy thấp có thể gây nguy hiểm cho người dùng cuối

Mùi không ảnh hưởng đến hiệu suất, nhưng cần cân nhắc

Dung môi được sử dụng nhiều trong công nghiệp thường có giá rẻ

Dung môi phải đủ phân cực để có khả năng hòa tan tốt, nhưng dung môi quá phân cực hoặc ít tan trong nước có thể dẫn đến vấn đề kết tinh.

3. Chất nhũ hóa: hiệu suất nhũ hóa chủ yếu được quyết định bởi bản chất của các chất hoạt động bề mặt được chọn và ảnh hưởng đến sự sắp xếp dầu/nước. Do có khác biệt giữa EC và EW, các chất nhũ hóa không cần thiết hỗ trợ hình thành nhũ hệ nhũ mới trong quá trình sản xuất đậm đặc. Do đó điều quan trọng là chất nhũ hóa được chọn phải mang đến sự ổn định lâu dài cho công thức ở dạng đậm đặc và duy trì nhũ tương khi pha loãng.

Trong điều kiện lý tưởng, bản chất hóa học của chất hoạt động bề mặt cùng với độ đậm đặc tổng thể tỷ lệ tương đối và tính chất phân chia của chúng sẽ quyết định tốc độ hình thành nhũ tương và mức độ ổn định của nó khi hình thành. Trên thực tế, hiệu suất nhũ hóa cũng bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố bên ngoài bao gồm các chất điện phân (muối), độ cứng của nước, tỷ lệ pha loãng, nhiệt độ và sự hiện diện của các công thức khác trong hỗn hợp phun xịt.

Để tạo thành hệ nhũ tương đậm đặc có độ ổn định lâu dài trong nhiều điều kiện, nên sử dụng chất nhũ hóa polyme hiệu năng cao trong quá trình phát triển hệ EW. Kết hợp sử dụng giữa chất hoạt động bề mặt polyme có HLB thấp và cao để thu được nhũ tương đậm đặc có độ ổn định tuyệt vời. Sự kết hợp chất hoạt động bề mặt này đảm bảo công thức duy trì độ ổn định trong quãng nhiệt độ sử dụng.

Vì các chất hoạt động bề mặt polyme cần nhiều thời gian hơn để chiếm giữ mặt dầu/nước so với các chất hoạt động bề mặt đơn phân thông thường, nên phải đặc biệt chú ý đến điều kiện xử lý nhũ hóa.

Chất hoạt động bề mặt polyme có nhiều ích lợi hơn chất hoạt động bề mặt đơn thông thường vì:

• Ổn định ở quãng nhiệt độ rộng
• Ít nhạy cảm với các chất điện giải
• Ít bọt
• Chịu tải cao
• Có hiệu quả ở nồng độ thấp

4. Các chất tạo đặc

Nếu EW có cấu trúc không tốt, có thể vỡ công thức dẫn đến pha dầu hoặc dạng kem nổi trên bề mặt hoặc lắng đáy tùy theo tỷ trọng tương đối. Điều này dẫn đến giảm thời gian sử dụng, độ ổn định và hiệu suất. Để khắc phục vấn đề này, tăng lên độ nhớt để cải thiện sự ổn định, hình thành rào cản việc lắng đáy và tạo kem. Độ nhớt có thể được thay đổi bằng cách thêm chất tạo đặc.

Nhũ tương trong nước đậm đặc chủ yếu sử dụng các chất tạo đặc polymer như xanthan gum để ngăn tạo kem nhũ và lắng. Chất tạo đặc polysaccharide là các polyme trọng lượng phân tử cao tạo độ nhớt trong pha liên tục thông qua sự không tương thích có kiểm soát với nước.

Chất tạo đặc được sử dụng ở tỷ lệ % thấp trong công thức, tuy nhiên khả năng phân tán trong nước bị ảnh hưởng bởi các chất điện phân nồng độ cao (phân bón) và gây các vấn đề về sự tương thích.

Một công thức sử dụng các chất tạo đặc polymer thay đổi độ nhớt khi thay đổi nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng, độ nhớt giảm. Điều này dẫn đến các vấn đề công thức tách dầu khi lưu trữ ở nhiệt độ cao.

5. Chất chống đông:

Hệ nhũ tương nước đậm đặc có thể thay đổi độ nhớt khi bị đóng băng và tan băng. Suy giảm vật lý của nhũ tương trước hết là ở nộng độ hoạt chất, nồng độ càng cao thì hệ bị phá vỡ sau chu kỳ đóng băng, rã đông càng lớn.

Có 2 cách để giải quyết vấn đề này

• Ghi nhãn sản phẩm (không bảo quản dưới 0^oC)
• Bổ sung chất chống đông

6. Chất kháng khuẩn

Nếu sử dụng chất tạo đặc xanthan gum thì đây là môi trường hoàn hảo cho sự phát triển của vi khuẩn. Điều này sẽ gây mùi khó chịu và chuyển sang màu đen cho công thức, ảnh hưởng đến cấu trúc của sản phẩm. Ngoài ra một số vi khuẩn thực sự có thể làm giảm lượng hoạt chất và nếu các khuẩn lạc đủ lớn có thể gây nghẹt vòi phun. Do đó chất kháng khuẩn được thêm vào ở nồng độ thấp để ngăn sự hình thành các khuẩn lạc vi khuẩn.

7. Chất phá bọt

Bọt có thể hình thành khi nhũ tương đậm đặc khuấy ở tốc độ cao. Bọt có thể ảnh hưởng xấu đến hiệu quả của thiết bị sản xuất và mật độ khối trong suốt quá trình đóng gói. Do đó chất phá bọt được thêm vào công thức.

8. Nước: thành phần và chất lượng nước có thể ảnh hưởng đến hiệu suất sản xuất hoặc khi lưu trữ. Trong nước có muối hòa tan gây ảnh hưởng xấu đến phần hoạt động bề mặt.

Tư vấn khắc phục sự cố

Vấn đề: kết tinh hoạt chất

Giải pháp: nếu dung môi quá phân cực, hoặc có độ hòa tan trong nước thấp, hoạt chất có thể di chuyển từ pha dầu sang pha nước dẫn đến sự hình thành tinh thể và kết tủa hoạt chất. Thử một dung môi không hòa tan trong nước.

Vấn đề: tách hoặc tạo nhũ kem

Giải pháp: tăng lượng chất tạo đặc để làm chậm quá trình kết tụ hoặc thử nghiệm hệ chất nhũ hóa khác phù hợp hơn với chỉ số HLB công thức. Giảm tỷ lệ thêm pha dầu vào pha nước sẽ làm giảm kích thước giọt của nhũ tương.