BR102017019554B1

BR102017019554B1 - Sistemas de liberação controlada de insumos agrícolas à base de polímeros de glicerol

Info

Publication number: BR102017019554B1
Application number: BR102017019554-6A
Authority: BR
Inventors: Juliano Elvis De Oliveira; Eliton Souto De Medeiros; Igor Fernandes Pimenta; Lucas Ricardo Fernandes Figueiredo
Original assignee: Universidade Federal De Lavras; Fundação De Amparo À Pesquisa De Minas Gerais
Filing date: 2017-09-13
Publication date: 2023-08-01

Abstract

A presente invenção consiste no desenvolvimento de sistemas de liberação controlada, obtidos por reação de policondensação através da combinação do glicerol com outros monômeros tais como diácidos e anidridos de cadeias curtas e longas para liberação controlada de insumos agrícolas, não limitados a, mas preferencialmente, fertilizantes, micro e macronutrientes, pesticidas e herbicidas.

Description

Campo da Invenção

[001] A presente invenção refere-se ao desenvolvimento de “sistemas de liberação controlada de insumos agrícolas à base de polímeros de glicerol”, que consiste em poliésteres obtidos por reação de policondensação do glicerol através combinação de monômeros tais como diácidos e anidridos de cadeias curtas e longas para liberação controlada de insumos agrícolas, não limitados a, mas preferencialmente, fertilizantes, nutrientes, pesticidas e herbicidas.

[002] Utilizando diferentes tipos de polímeros derivados do glicerol e dos ácidos e/ou anidridos, com concentrações variadas de fertilizantes, são produzidos diferentes perfis de liberação. Além disso, a escolha do tipo e das proporções de monômeros usados com o glicerol resulta em polímeros com distintos graus de hidrofilicidade e perfis de liberação que podem ser ajustados conforme a necessidade de um determinado tipo de cultura específica.

[003] Uma especificidade da invenção é a utilização de polímeros biodegradáveis que atuam no equilíbrio dos solos e no encapsulamento dos fertilizantes, comparada a técnicas convencionais que depositam os fertilizantes diretamente ao solo gerando perdas significativas por processos de lixiviação.

[004] Uma outra especificidade da invenção é a possibilidade de escolha da razão entre a concentração de monômeros ou tipos de monômeros para produzir polímeros com hidrofilicidade, degradação e liberação controlável, variando de uma liberação rápida, para monômeros hidrofílicos e de fácil degradação, a uma liberação lenta, para monômeros hidrofóbicos e de degradação lenta. Esta característica permite adequar os polímeros e seus perfis de liberação a uma determinada necessidade nutricional de um dado tipo de cultura.

[005] Outra especificidade da invenção ainda é a possibilidade de controlar a disponibilidade do insumo acessível à planta através do teor e da escolha da forma do encapsulamento dos insumos tais como discos, partículas ou pó de granulometria controlada.

Fundamentos da Invenção

[006] Os polímeros usados no desenvolvimento dos sistemas de liberação controlada são produzidos através da policondensação do glicerol com monômeros de ácidos e anidridos bi- ou multifuncionais, não limitado a, mas preferencialmente usando quantidades equimolares entre os grupos carboxilas e hidroxilas ([COOH]=[OH]) presentes nessas moléculas. Estes polímeros à base de glicerol são usados no encapsulamento de fertilizantes, micro ou macronutrientes, pesticidas ou herbicidas para liberação controlada. Atualmente os principais mercados consumidores de glicerol são as indústrias alimentícias, de bebidas, cosméticos, papel, tintas, lubrificantes e de resinas, novos estudos para novos tipos de aplicações, vêm sendo testados. Como também patente com matérias ou processos derivados do glicerol vêm sendo depositadas.

[007] A patente BR1020120039990A8 refere-se a uma formulação de um fertilizante de liberação lenta/controlada de potássio, o processo consiste na intercalação do acetato de potássio com o argilomineral caulim por meio mecanoquímico (simples moagem da mistura a seco ou úmido) ou através de métodos químicos utilizando solventes, inclusive água processada, sendo dispersos em uma mistura de amido termoplástico, obtido do amido de mandioca (polímeros biodegradáveis).

[008] A patente BR1020150164548 trata-se de um desenvolvimento de sistemas de liberação controlada de fertilizantes do tipo NPK (5 e 10% em massa) e incorporado em nanopartículas de bentonita modificadas (m-Bent) (15 e 30% em massa). Utilizando o poli(hidroxibutirato) (PHB) como matriz, através de processamento no estado fundido. Além da liberação em solução, os sistemas apresentam degradação em solo com diminuição de até 77% de sua massa em 90 dias, liberando os componentes gradativamente à medida em que o polímero se fragmenta.

[009] A patente PI0705580-3A2 propõe uma fabricação de um material, através de uma intercalação da ureia por processo simples, com polímero natural, natural modificado e/ou sintético por dispersão obtendo grânulos (ou partículas de diferentes formatos), gerando um fertilizante de liberação lenta de nitrogênio, o qual além de cumprir o seu papel de fornecedor de um nutriente essencial para as plantas, não agride o meio ambiente, sendo totalmente biodegradável.

[0010] A patente CN201210497247 refere-se a sistemas de liberação controlada de insumos e prevenção de insetos. É composto de ureia revestida com enxofre e 5% de resina termoplástica reciclada. A mistura é feita a seco, com de bactérias actinomicetes, bactéria Neurosporae penicilium e bentonita. A invenção proporciona ainda um método de preparação e aplicação do fertilizante para a plantação de flores. Fornece também prevenção simultânea contra doenças transmitidas pelo solo e por insetos, prolongando a eficiência do fertilizante.

[0011] No setor de bicombustíveis, o grande desafio é minimizar a problemática da crise enérgica, a melhoria da eficiência dos seus produtos e redução do impacto ambiental causado por excesso do glicerol que é gerado como subproduto do biodiesel. Já no setor de insumos agrícolas, evitam-se perdas de nutrientes por volatilização e lixiviação, além dos altos custos de produção que podem resultar também em prejuízos financeiros e contaminação de lençóis freáticos. A ideia de uma alternativa para solucionar esses problemas, tanto do glicerol, quanto dos fertilizantes, é o desenvolvimento de sistemas de liberação controlada usando polímeros derivados do glicerol como matrizes encapsuladoras de fertilizantes. Tais sistemas não apenas agregam valor ao glicerol, subproduto do biodiesel, como também são uma alternativa para o seu uso em larga escala, transformando em polímeros biodegradáveis que podem auxiliar a mitigação dos problemas supracitados em zonas agricultáveis.

Vantagens da Invenção

[0012] Uma das vantagens desses sistemas, além de agregação de valor a um subproduto do biodiesel e redução das perdas por lixiviação, é que a disponibilidade do insumo às plantas pode ser controlada pela concentração do fertilizante e pelo controle do tipo de polímero produzido, que determina o tempo de liberação. Isto faz com que dosagens corretas em épocas certas possam ser disponibilizadas às plantas e sejam ajustadas para uma cultura específica. Dessa forma, este processo visa à otimização dos processos agrícolas por requerer menos etapa de adubação (que poderá ser feita em conjunto com o plantio), além de evitar perdas maiores por processos de intemperismos como, por exemplo, lixiviação e/ou volatilização. Além disso, sistemas de liberação controlada poderão ser produzidos na forma de pastilhas, grânulos ou pó, conforme conveniência do plantio.

Objetivo da Invenção

[0013] O objetivo principal da presente invenção é desenvolver sistemas de liberação controlada de insumos agrícolas a partir do glicerol com ácidos di- e trifuncionais e/ou anidridos por reação de policondensação utilizados como encapsuladores de fertilizantes, nutrientes, pesticidas e herbicidas.

Descrição da Invenção

[0014] Os polímeros de glicerol foram sintetizados utilizando quantidades equimolares entre as carboxilas e hidroxilas ([COOH]=[OH]) para o glicerol e os ácidos envolvidos. São eles: poli(adipato de glicerol),PGA; poli(citrato de glicerol), PGC; poli(succinato de glicerol),PGSU; poli(adipato-co-citrato de glicerol), PGCA; poli(succinato-co-citrato de glicerol), PGCSU.

[0015] Os polímeros foram polimerizados entre120 a 150°C, sob uma agitação constante, em uma atmosfera inerte de argônio (Ar). Ao atingir a pré- polimerização (número ácido calculado), o fertilizante é adicionado de forma mecânica, nas proporções mássicas de 2,5 a 40%, referente ao peso dos pré- polímeros e em seguida foram curados no formato de pastilhas com dimensões de 1,5cm de diâmetro e 0,6 cm de altura, e pós-curados em uma estufa à vácuo a 120°C por 48 horas.

[0016] Tabela 1. Composição dos polímeros biodegradáveis derivados do glicerol e aplicados em sistemas de liberação controlada de insumos agrícolas

[0017] Estudos da cinética de liberação controlada por espectrometria no UV- Visível (FIGURA 1) demonstraram que é possível ajustar o comportamento de liberação através do controle da síntese desses polímeros com base nas escolhas dos monômeros usados na polimerização com o glicerol. Em geral, monômeros polares e de fácil hidrólise geram perfis de liberação mais rápidos enquanto monômeros menos polares e de mais difícil hidrólise, como diácidos de cadeias longas, retardam a liberação do nutriente.

[0018] Além disso, para um dado polímero, o teor do nutriente liberado é proporcional à sua concentração nesse polímero, exceto em polímeros com hidrólise rápida, como o poli(citrato de glicerol), cuja degradação hidrolítica suplanta a difusão do fertilizante, sendo praticamente independente de sua concentração. A combinação do(s) tipos de monômeros usados com o glicerol e do teor de fertilizante pode modular o processo e o tempo de liberação de forma que este seja projetado sob medida para uma determinada cultura. A figura 1 apresenta os valores de liberação do nutriente cloreto de potássio em função do tempo, de alguns polímeros de glicerol, poli(adipato de glicerol),PGA; poli(citrato de glicerol),PGC; poli(succinato de glicerol),PGSU; poli(adipato-co- citrato de glicerol), PGCA; poli(succinato-co-citrato de glicerol),PGCSU com concentrações de 10 a 40% do fertilizante para fins de comparação dos perfis de liberação.

Claims

1. Sistemas de liberação controlada de insumos agrícolas à base de polímeros de glicerol caracterizados por serem obtidos por reação de policondensação do glicerol através combinação de monômeros tais como diácidos e anidridos de cadeias curtas e longas, tais como as composições apresentadas na TABELA 1.

2. Sistemas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizados pelo fato de o insumo ser recoberto ou encapsulado por material polimérico obtido pela policondensação do glicerol com a função de controlar a sua liberação, não limitados a, mas preferencialmente, fertilizantes, micro e macronutrientes, pesticidas e herbicidas.

3. Sistemas, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizados por poderem ser utilizados em qualquer tipo de cultura, como: silvicultura, cafeicultura, horticultura, citricultura e frutíferas em geral, cana-de-açúcar, floricultura, grama, paisagismo, hidrossemeadura, produção e transporte de mudas, proteção de raízes nuas, decoração floral, entre outros tantos na adubação do solo, como na prevenção contra doenças transmitidas por insetos e/ou pragas simultaneamente prolongando a eficiência dos do material encapsulado.

4. Sistemas, de acordo com as reivindicações 1, 2 e 3, caracterizados pelo fato dos perfis de liberação poderem ser modelados de acordo com a necessidade de cada meio de cultura (plantio), através da combinação de monômeros de diácidos e anidridos e/ou do controle da concentração e/ou tipo de insumo agrícola adicionado.

5. Sistemas, de acordo com as reivindicações 1 a 4, caracterizados pelo uso dos polímeros supramencionados em inóculos para fixação de nitrogênio (usando o rizóbio).

6. Sistemas, de acordo com as reivindicações 1 a 4, caracterizados pelo fato dos polímeros produzidos serem aplicados na forma de grânulos de granulometria controlada, discos ou pastilhas de tamanho controlado, para aumentar ou diminuir o contato com o solo, respectivamente, aumentando ou diminuindo a liberação do(s) insumo(s) agrícola(s) neles contidos.

7. Sistemas, de acordo com a reivindicação 6, caracterizados pelo fato da liberação ser controlada pelo formato e/ou concentração de grânulos, disco ou pastilhas que serão usadas na adubação.

8. Sistemas, de acordo com as reivindicações 5 a 7, caracterizados por minimizar a necessidade de acompanhamento da disponibilidade de (nutrientes) e/ou (pesticidas e herbicidas) no solo, quando usados de maneira correta, reduzindo assim as perdas por lixiviação, volatilização, fixação e ao mesmo tempo a diminuição do impacto ambiental.