KR20210123303A - 캡슐화된 살충제 - Google Patents

Abstract

살충제(예를 들어 글리포세이트)를 캡슐화하는 방법은
(a) 4 내지 100 센티포이즈의 점도를 갖는 알기네이트인 제1 바이오폴리머(20℃에서 1% 수용액)와 용액 중 제2 바이오폴리머를 혼합하는 단계,
(b) 단계 (a)의 생성물을 살충제 용액에 첨가하는 단계, 및
(c) 계면활성제를 단계 (b)의 생성물에 첨가하는 단계
를 포함한다.

Description

캡슐화된 살충제

본 발명은 살충제를 캡슐화하는 방법, 특히 에멀션을 형성할 필요가 없는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 방법에 따라 형성된 캡슐화된 살충제, 및 보조제와 함께 또는 보조제 없이 상기 살충제를 사용하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 제초제인 살충제에 관한 것이다.

제초제는 재배되는 농산물의 생산성 및 품질을 개선하기 위해 농업에서 흔히 사용된다. 세계 제초제 시장은 2020년까지 315억 달러에 이를 것으로 추정된다. 아시아 태평양 지역은 제초제 사용의 2/5를 차지하는 지배적인 시장인 반면, 북미 지역은 제초제 시장에서 발생하는 전세계 수익의 1/3에 해당한다.

현재, 세계에서 가장 널리 사용되는 제초제는 글리포세이트이며, 이는 낮은 제조 비용 및 적은 환경 영향으로 인해 매년 100억 달러 이상의 전세계 매출을 올리고 있다.

제초제의 장기간 사용의 결과로, 잡초는 내성을 갖게 되고, 이는 기하급수적으로 증가하고 있으며 전세계적으로 217종 이상의 잡초가 현재 내성을 갖고 있다. 대부분의 경우, 주어진 제초제로 처리된 토지에서 3년 이내에 잡초 내성이 나타날 것으로 추정된다.

현재 해결책은 새로운 제초제를 개발하거나 글리포세이트 레디(glyphosate-ready) 작물에서 글루포시네이트 레디(glufosinate-ready) 작물로 전환하는 것이다. 두 가지 대안 모두 비용이 높으며 잡초가 3년 내지 5년 후에 내성을 갖지 않을 것이라는 보장이 없다. 제초제 글루포시네이트의 경우, 잡초 내성이 이미 보고되었다. 잡초 내성의 첫 번째 케이스는 2009년에 보고되었으며 제초제 사용의 증가는 광범위한 내성을 유발할 수 있다.

다른 대안은, 더 많은 양의 글리포세이트를 사용하는 것으로서, 이는 환경에 해로울 수 있으며, 또는 극한 상황에서는 잡초를 육체 노동으로 제거하는 것으로서, 이는 노동 집약적이다. 두 가지 대안 모두 비용이 많이 들거나 비옥한 땅을 황폐하게 할 위험이 있다.

EP 1 499 183 B2(Rothamsted Research Institute Limited et al.)는 기질 해충의 살충제에 대한 내성을 방지하거나 감소시키는 방법을 개시하며, 상기 방법은 기질 또는 해충에 대사 효소 억제제(예컨대 피페로닐 부톡시드-PBO) 및 (실질적으로 동시에) 분해성 캡슐에 캡슐화된 살충제(예컨대 피레트로이드 살충제)를 투여하는 단계를 포함한다. 상기 캡슐은 억제제가 기질에 대한 억제 효과를 개시할 때까지 유효량의 살충제가 해충에 흡수되는 것을 방지한다. 이 경우에 사용되는 제제는 Syngenta에서 제조하는 PVA 캡슐화 살충제(람다-시할로트린)인 Karate Zeon®이다.

EP 0427991 A1(Sumitomo Chemical Co.)은 수불용성 마이크로캡슐로 형성된 캡슐화된 부분과 물에 유화되거나 현탁된 유동성 부분의 혼합물인 살충 및/또는 살비(acaricidal) 및/또는 살선충(nematicidal) 조성물을 개시한다.

US 2015/320036 A1은 아자디라크타 인디카 에이. 주스(Azadirachta indica A. Juss)(멀구슬나무(Neem))를 포함하는 바이오폴리머 나노입자를 얻는 방법을 개시하며, 상기 방법은, 단계 I에서, 멀구슬나무 오일 및 추출물의 수성 에멀션을 제조하는 단계, 단계 II에서, 유기 용매 중의 바이오폴리머 용액, 이어서 단계 I 및 단계 II의 혼합물을 제조하는 단계, 및 단계 III에서, 계면활성제의 수성 에멀션을 제조하고 이를 단계 I 및 단계 II의 혼합물에 첨가하여, 안정화된 나노입자 현탁액을 얻는 단계를 포함한다. 얻어진 바이오폴리머 나노입자 및 분말 마이크로입자도 기재되어 있다.

US 2016/0330952 A1은 캡슐화 폴리머 용액과 혼합되고 이어서 초미세 섬유로 형성되는 휘발성 유기 화합물의 안정한 에멀션을 형성함으로써 휘발성 유기 화합물을 캡슐화하는 방법을 개시한다. 캡슐화된 휘발성 유기 화합물을 포함하는 초미세 섬유는 부패성 제품을 보존하는 데 사용하기 위한 다양한 형식으로 형성될 수 있다.

본 출원인은 개선된 캡슐화된 살충제를 제공하고자 하는 국제 특허 출원 제PCT/GB2018/051864호(본 출원의 출원일 현재 미공개)를 출원하였다. 본 출원은 추가적인 개선, 특히 캡슐화된 살충제의 산업적 제조에 상업적으로 적합한 개선된 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 제1 측면에 따르면, 살충제를 캡슐화하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 용액 중 살충제를 제1 바이오폴리머 및 제2 바이오폴리머 및 계면활성제와 조합하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 상기 방법은

(a) 용액 중에서 제1 바이오폴리머와 제2 바이오폴리머를 혼합하는 단계,

(b) 단계 (a)의 생성물을 살충제 용액에 첨가하는 단계, 및

(c) 계면활성제를 단계 (b)의 생성물에 첨가하는 단계

를 포함한다.

특히 바람직한 실시양태에서, 제1 바이오폴리머는 알기네이트이고, 제2 바이오폴리머는 펙틴이며 계면활성제는 코코아민 계면활성제이다.

본 발명의 방법은 에멀션(수중유 또는 유중수)을 생성할 필요 없이 캡슐화된 살충제를 제조할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이는 환경적으로(유기 용매를 사용할 필요가 없음) 및 상업적으로(고비용의 세척 단계가 필요하지 않기 때문에) 상당한 이점을 갖는다. 또한, 상기 방법은 단일 용기에서 수행될 수 있어서, 원심분리 또는 여과 단계가 필요하지 않다. 생성물은 또한 적절한 살충제 방출 특성을 갖는다.

제1 바이오폴리머는 바람직하게는 (예를 들어 1 w/v% 용액의 경우) 점도가 4 내지 100 센티포이즈인 알기네이트이다. 점도가 낮은 알기네이트를 사용하여 (예를 들어) 형성된 생성물이 식물에 적용하기에 적합한 유변학적 특성을 갖는 것을 보장한다.

바람직한 실시양태에서, 칼슘 이온이 첨가될 수 있는데, (이론에 제한되지 않고) 칼슘 이온이 보다 안정한 캡슐화된 생성물을 생성할 수 있다고 여겨지기 때문이다. 경수를 사용하는 것은 충분한 수준의 칼슘 이온을 제공하는 것으로 여겨진다.

본 발명의 다수의 바람직한 실시양태가 첨부 도면을 참조하여 첨부 도면에 도시된 바와 같이 기술되며,
도 1은 에멀션-겔화법을 통한 마이크로캡슐의 제조를 도시하는 개략도이고;
도 2는 본 발명에 따라 캡슐화된 캡슐에서의 시간에 따른 누적 글리포세이트 방출을 도시하는 그래프이다.

실험

재료

모든 화학물질을 Aldrich 또는 Fisher Scientific에서 구입하였고, 용매는 Fisher Scientific에서 구입하였다.

· 갈조류 유래의 알긴산나트륨염(Aldrich; 제품 번호 A0682).

· 갈락타론산이 74% 이상인 감귤 껍질 유래의 펙틴(Aldrich; 제품 번호 P9135).

· 85% 이상 탈아실화된 게 껍질 유래의 키토산(Aldrich; 제품 번호 48165).

· 약 75 블룸(bloom)의 소 피부 유래의 젤라틴(Aldrich).

· 무수 염화칼슘 분말(Fisher Scientific; 제품 번호 1.02378.2500).

· 빙초산(Fisher Scientific; A/0360/PB17).

· 인산(Aldrich; 제품 번호 79617).

· 글리포세이트(99%, Aldrich; 제품 번호 455251).

· 67%의 글리포세이트 이소프로필암모늄 용액을 Pangea Chemicals로부터 공급받았다.

· 이소프로필아민(Aldrich; 제품 번호 471291).

· 해바라기유(슈퍼마켓 브랜드; ASDA).

비교예 A

에멀션-겔화법

· 4%(w/w)의 코팅 재료의 수용액을 증류수에서 제조하였다. 유일한 예외는 키토산이며 1%의 용액을 1%(v/v) 아세트산에서 제조하였고, 이 또한 증류수에서 제조하였다.

· 혼합 코팅을 포함하는 제제의 경우; 균질한 혼합물을 보장하기 위해 글리포세이트염을 첨가하기 전에 5분 동안 개별 코팅 용액의 필요한 w/w 비를 교반하여 혼합 코팅 용액을 제조하였다.

· 자기 교반기를 사용하여 200 rpm에서 2분 동안 코팅 재료의 수용액(25 g)을 67%(w/w) 글리포세이트 이소프로필암모늄 용액의 수용액(5 g)과 혼합하였다.

· 형성된 용액을 해바라기유(100 ml)를 포함하는 교반된 250 ml 브레이커(breaker)에 적가하여, 1,000 rpm에서 블레이드 직경이 27 mm인 균질화기(IKA)를 사용하여 에멀션을 형성하였다.

· 30분 후, 염화칼슘(1 g) 분말을 10분에 걸쳐 천천히 첨가하였다. 분말이 반응 용기 전체에 고르게 분포되도록 하기 위해 스테인리스 스틸 스패츌러를 사용하여 소량의 분말(0.1 g)을 뿌렸다. 염화칼슘은 코팅 재료와 접촉하면 즉시 반응한다.

· 형성된 반응 혼합물을 균질화기를 사용하여 1,000 rpm에서 30분 동안 추가로 교반하였다. 브레이커 바닥에 가라앉는 백색 캡슐의 형성을 관찰한다.

· 형성된 반응 혼합물을 2개의 원심분리 튜브(50 ml)에 분리하고 3,300 rpm에서 10분 동안 원심분리하였다.

· 상청액을 제거하였다.

· 헥산(50 ml)을 각 원심분리 튜브(50 ml 부피)에 첨가하고 현탁액을 3,300 rpm에서 10분 동안 원심분리하였다.

· 상청액을 디캔팅하고 상기 과정을 다시 한 번 반복하였다.

· 마이크로캡슐을 고진공 하에 밤새 두어 남은 용매 잔류물을 제거하였다.

실시예 B

글리포세이트 120 g/l CS - 1000Lts의 실험적 제조

단계 1: 예비혼합물 A

스테인리스 스틸 리본 블렌더에서, 하기 성분을 혼합하였다:

30 킬로그램의 저점도 알긴산나트륨(점도가 20 cps 미만인 1% 용액)

10 킬로그램의 펙틴, 에스테르화가 26% 미만임을 시사하는 74% 초과의 갈락투론산 사양.

상기 성분을 30분 동안 5 내지 10 RPM의 속도로 혼합하였다.

단계 2: 예비혼합물 B

적절한 추출, 혼합 및 온도의 깨끗한 스테인리스 스틸 혼합 용기에, 267 킬로그램의 글리포세이트-이소프로필암모늄염 620 g/kg(대략 122 g/l를 제공함)을 첨가하였다.

가온하고 45℃ 초과 55℃ 이하를 유지하였다.

액체에 와류를 생성하는 속도로 프로펠러 혼합기를 작동하기 시작했다.

두드러진 덩어리가 형성되지 않는 속도로 와류에 예비혼합물 A(40 킬로그램)를 천천히 첨가하였다.

첨가시, 추가적인 공기가 용액에 첨가되지 않도록 하는 속도로 혼합기를 느리게 하고, 열원을 제거하고 온도가 주위 온도로 돌아오는 동안 생성물을 교반하였다.

**** 샘플 액체, 모든 예비혼합물 A는 글리포세이트 IPA 염에 용해되어야 하며, 이는 알기네이트/펙틴 공급원에 따라 2 내지 24시간이 소요될 수 있다.

단계 3: 최종 생성물

307 킬로그램의 단계 2의 생성물을 취하였다.

느린 교반을 유지하여, 어떠한 기포도 혼입되지 않게 하였다.

100 킬로그램/시의 속도로 622.5 킬로그램의 WHO 표준 경수를 천천히 첨가하였다(필요한 칼슘은 물의 경도로부터 공급된다).

이어서

160.0 킬로그램의 계면활성제 LKD 1559

2.5 킬로그램의 애시드 블루 9(Acid Blue 9) 농축물

0.1 킬로그램의 시트러스 버스트(Citrus Burst) WS

총 = 1,092.1 킬로그램/1,000 리터

를 첨가하였다.

결과

캡슐 특성

캡슐화 효율(ee)

· 칼륨 이수소 포스파이트 완충 수용액(5 ml)에서 막자사발과 막자를 사용하여 1시간에 걸쳐 15분 간격으로 1분 동안 주기적으로 캡슐(100 mg)을 완전히 분쇄하여 캡슐의 ee를 측정하였다.

· 1시간 후, 분쇄된 혼합물을 여과하고(0.45 ㎛) 샘플을 HPLC로 분석하여 글리포세이트 농도를 측정하였다. 각각의 캡슐에 대하여 각 실험을 3회 반복하였다.

비교예 A 및 실시예 B의 캡슐에 대한 결과를 하기 표 1에 나타낸다:

글리포세이트 방출 연구

HPLC를 사용하여 연구를 수행하였다. 시험할 캡슐을 투석 튜브에 배치하고(50 ml 물 중 1 g) 25℃ 및 35% 습도에서 150 rpm으로 혼합하였다.

이어서 캡슐을 다양한 시간에 샘플링하여 HPLC를 사용하여 글리포세이트 방출을 분석하였다.

비교예 A("버밍엄"으로 라벨링함) 및 실시예 B("AgroSmart 캡슐"로 라벨링함)의 캡슐의 방출 프로파일을 하기 도 1에 도시한다. 캡슐화 방법의 차이에도 불구하고 비슷한 방출 프로파일이 얻어짐을 알 수 있다.

기술된 실시양태 및 종속항의 모든 선택적이고 바람직한 특징 및 변형은 본원에 교시된 본 발명의 모든 측면에서 사용 가능하다. 또한, 종속항의 개별 특징, 뿐만 아니라 기술된 실시양태의 모든 선택적이고 바람직한 특징 및 변형은 서로 조합 가능하고 상호교환적이다.

본 출원이 우선권을 주장하는 영국 특허 출원 제1821031.0호 및 본 출원에 첨부된 요약의 개시내용은 본원에 참조로 포함되어 있다.

Claims (26)

1. (a) 4 내지 100 센티포이즈의 점도를 갖는 알기네이트인 제1 바이오폴리머(20℃에서 1% 수용액)와 용액 중 제2 바이오폴리머를 혼합하는 단계,
   (b) 단계 (a)의 생성물을 살충제 용액에 첨가하는 단계, 및
   (c) 계면활성제를 단계 (b)의 생성물에 첨가하는 단계
   를 포함하는, 살충제를 캡슐화하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 제2 바이오폴리머는 펙틴 또는 키토산인 방법.
3. 제2항에 있어서, 펙틴은 시트러스 펙틴인 방법.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 펙틴이 에스테르의 형태로 존재하는 것인 방법.
5. 제4항에 있어서, 에스테르화 정도가 30% 이하인 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 계면활성제는 코코아민 계면활성제인 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 계면활성제의 양은 3% 내지 30%인 방법.
8. 제7항에 있어서, 계면활성제의 양은 약 16%인 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 바이오폴리머 대 제2 바이오폴리머의 비는 9:1 내지 1:9인 방법.
10. 제9항에 있어서, 제1 바이오폴리머 대 제2 바이오폴리머의 비는 약 3:1인 방법.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (b)에서 생성물을 500 내지 3,000 RPM의 교반 속도로 교반하는 것인 방법.
12. 제11항에 있어서, 생성물을 30분 내지 24시간 동안 연속적으로 교반하는 것인 방법.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 불활성 가스, 임의로 질소의 블랭킷(blanket) 하에서 생성물을 교반하거나 휘젓는 것인 방법.
14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 생성물을 프로펠러, 앵커, 용해기, 패들, 스위블(swivel), 비터 및 터빈, 4중 블레이드 임펠러 또는 게이트 믹서로 교반하는 것인 방법.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 살충제는 글리포세이트, 글루포시네이트, 또는 임의의 수용성 살충제인 방법.
16. 제15항에 있어서, 살충제는 암모늄, 디암모늄, 디메틸암모늄, 이소프로필암모늄, 칼륨 또는 세스퀴나트륨의 염 형태의 글리포세이트인 방법.
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (b)를 40℃ 내지 60℃의 온도에서 수행하는 것인 방법.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 수용액 중에서 수행되는 방법.
19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 살충제를 물 중 62% 용액의 형태로 제공하는 것인 방법.
20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 연속 공정으로 또는 배치 공정으로 수행되는 방법.
21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 최종 생성물 중 살충제의 양은 0.2 w/v% 내지 40 w/v%인 방법.
22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항의 방법에 의해 얻을 수 있거나 얻어지는 캡슐화된 살충제.
23. 제22항에 있어서, 0.36 w/v%, 0.72 w/v%, 12 w/v% 또는 18 w/v%의 활성을 갖는 캡슐화된 살충제.
24. 제22항 또는 제23항의 생성물을 식물에 적용하는 방법으로서, 상기 생성물을 보조제와 함께 적용하는 단계를 포함하는 방법.
25. 제24항에 있어서, 보조제는 PBO인 방법.
26. 제22항 또는 제23항의 생성물을 식물에 적용하는 방법으로서, 상기 생성물을 보조제 없이 적용하는 단계를 포함하는 방법.

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