بخشی از مقاله
چکیده:
در این کار پژوهشی هیدروژل هایی برپایه نانوذرات نشاسته، پلی وینیل الکل حاوی آفت کش پاراکوات، به منظور رهایش کنترل شده این آفت کش تهیه گردید. نانوذرات نشاسته با روشی ساده به نام رسوبسازی نانو تهیه شد. هیدروژل های تهیه شده با استفاده از آنالیزهای SEM و FT-IR مورد شناسایی واقع شدند و تاثیر نانوذرات نشاسته در فرمولاسیونها بر روند رهایش آفتکش پاراکوات با استفاده از دستگاه UV-Vis بررسی شد که نشانگر رهایش آهسته آفتکش از این فرمولاسیونها بود. بررسی روند تورم هیدروژلهای تهیه شده نشان داد که فرمولاسیونهای حاوی نانوذرات نشاسته دارای میزان تورم کمتری نسبت به فرمولاسیونهای بدون این نانوذرات هستند که این میتواند به علت اثر تقویت کنندگی و جمع شدگی شبکههای پلیمری در اثر افزودن این نانوذرات باشد.
واژه های کلیدی: هیدروژل، پاراکوات، پلی وینیل الکل.
مقدمه
با افزایش مصرف آفتکشهای سمی و در برخی مواقع بی اثر شدن این آفتکشها و مقاوم شدن آفتها در برابر آنها در طی دهه گذشته، روش رهایش کنترل شده آفتکشها از هیدروژلها توجه فراوانی را به خود جلب نموده است. در روش-های متداول مقدار آفتکشهای مصرفی مورد استفاده بیش از حد مورد نیاز است تا اطمینان حاصل شود که مواد کافی برای مدت زمان لازم در دسترس خواهند بود. این مصرف بیش از حد نیاز باعث به هدر رفتن مواد شیمیایی شده و در بیشتر موارد ایجادمسمومیت برای ارگانیسمهای غیر هدف میکند .[1] همچنین این کار منجر به آلودگی خاک و آبهای زیرزمینی میشود.
بنابراین به منظور صرفهجویی در میزان مصرف آفتکشهای شیمیایی استفاده شده و بهبود عملکرد آفتکشها و اثر بخشی آنها برای مدت زمان طولانیتر، استفاده از روش رهایش کنترل شده آفتکشها با استفاده از هیدروژل ها ضروری به نظر می-رسد.هیدروژلهای تهیه شده از پلیمرهای طبیعی، به ویژه پلی ساکاریدها، به دلیل زیست تخریبپذیری، زیست سازگاری وویژگیهای زیستی مطلوب، برای کاربردهای زیست پزشکی و کشاورزی بسیار مفید هستند. مواد شیمیایی کشاورزی کپسوله شده بوسیله نشاسته برای رهایش آهسته و کنترل شده کودها بر اساس گیر انداختن مواد مغذی جامد یا مایع در داخل ماتریکس نشاسته می باشند.
مواد شیمیایی کشاورزی کپسوله شده بوسیله نشاسته به دلیل موثر بودن، اقتصادی بودن، زیست تخریب پذیر بودن، مضرات کم برای محیط زیست، ایمنی بالا در حمل و استفاده، از مهمترین روشهای افزایش بازده استفاده از مواد شیمیایی کشاورزی و حل نمودن مشکلات استفاده زیاد از مواد شیمیایی کشاورزی است. نشاسته به صورت دست نخورده و نیز به صورت اصلاح شده برای کپسوله نمودن مواد کشاورزی استفاده شده است. در کار پژوهشی که در سال 2014 توسط Li و همکاران [2] انجام گرفت، هیدروژلی بر پایه پلیساکاریدها بوسیله کراسلینک در محل از نانو ذرات بر پایه نشاسته و پلی وینیل آمین ساخته شد. در کار پژوهشی حاضر اقدام به تهیه هیدروژل برپایه پلی وینیل الکل و نانوذرات نشاسته حاوی آفت کش شد. بدین ترتیب که آفت کش ابتدا در نانوذرات لود گردید و به منظور بازداری از رهایش سریع در روکشی از پلی وینیل الکل قرار گرفت.
بخش تجربی
در کار پژوهشی حاضر ابتدا نانوذرات نشاسته با روش رسوب سازی نانو تهیه شد. بدین صورت که محلول 2 درصد وزنی/ حجمی نشاسته به وسیله حل کردن 2 گرم نشاسته در 100 میلیلیتر از محلول سود و اوره در شرایط محیطی آماده گردید. علاوه بر محلول فوق محلول سورفکتانت پلی سوربات80 برای پایدارسازی نانوذرات نشاسته آماده شد. حال مقادیر مساوی از محلول نشاسته ومحلول پلی سوربات80 مخلوط شد و به مدت یک ساعت همزده شد. سپس مقدار مشخصی از محلول مخلوط نشاسته و پلی سوربات80 ، قطره قطره به 15 میلیلیتر اتانول مطلق افزوده شد و یک ساعت همزده شد. مخلوط حاصل سانتریفیوژ گردید و دو بار با اتانول مطلق شسته شد و در آون تحت دمای 50-40 درجه سلسیوس خشک شد.
پس از تهیه نانوذراتنشاسته اقدام به تهیه هیدروژل حاوی آفت کش پاراکوات کردیم. بدین صورت که ابتدا محلولی از پلی وینیل الکلآماده سازی شد. همزمان با این کار، آفتکش پاراکوات به سوسپانسیون حاوی مقدار مشخصی از نانوذرات نشاسته افزوده شد و یک ساعت همزده شد. سپس سوسپانسیون حاصل به محلول پلی وینیل الکل اضافه گردید. محلول فوق به مدت 1 ساعت در دمای اتاق همزده شد و سپس محلول 1٪ گلوتار آلدهید بعنوان کراسلینکر قطره قطره به محلول فوق افزوده شد سپس 5 دقیقه تحت توان 50 وات سونیکیت شد و تحت خشک کردن انجمادی خشک شد.
نتایج و بحث
طیف سنجی FT-IR از روشهای متداولی است که از سالها پیش برای تجزیه و شناسایی پلیمرها و برخی افزودنیهای آنها، استفاده میشود. طیف FT-IR مربوط به پاراکوات، پلی وینیل الکل، نانوذرات نشاسته و هیدروژل بر پایه نانوذرات نشاسته و پلی وینیل الکل حاوی پاراکوات در شکل - - 2 نشان داده شده است. مولکولهای پاراکوات یک باند خیلی قوی در 1638cm -1 به دلیل ارتعاش کششی –C=C– آروماتیک، باند 1558cm-1 مربوط به ارتعاش کششی پیوند –C=N– و در - cm 34351 مربوط به ارتعاش کششی پیوند C-H آروماتیک را نشان میدهد .[3] همانگونه که در طیف FT-IR مربوط به نانوذرات نشاسته - شکل - 2 دیده میشود، باندهای جذبی ویژه مربوط به ارتعاشات گروه هیدروکسیل به ترتیب در نواحی 3431cm-1 و 1649 ظاهر میشوند. ارتعاشات کششی پیوند C-O در گروههای C-O-H و C-O-C مربوط به حلقه گلوکز بدون آب در نواحی 1163cm-1، 1032 و 885 مشاهده میشوند.
پیک مربوط به ارتعاش حلقه C-O-C در نانوذرات نشاسته در 765cm-1 دیده میشود .[4] در طیف FT-IR پلی وینیل الکل پیکهای اصلی مربوط به گروههای هیدروکسیل و استات دیده میشود. پیک پهن در 3438cm-1 به دلیل ارتعاش کششی است که پیوند هیدروژنی درون مولکولی انجام داده است. پیکهای موجود در 2940cm -1 و 2913cm -1 به علت وجود ارتعاشات گروه C-H آلکیل میباشند. باندهای جذبی موجود در 1716cm-1 و cm-16501 مربوط به ارتعاشات کششی C=O و C-O گروه استات در پلی وینیل الکل میباشند .[5] طیف FT-IR مربوط به هیدروژل حاوی پاراکوات تلفیقی از باندهای جذبی پلی وینیل الکل و نانوذرات نشاسته بوده و هیچگونه پیک مشخصه مربوط به پاراکوات را از خود نشان نمیدهد در نتیجه پاراکوات با موفقیت در هیدروژل حبس گردیده است.
پروفایل رهایش آفتکش پاراکوات از فرمولاسیونهای تهیه شده بر پایه نانوذرات نشاسته و پلی وینیل الکل با استفاده از اسپکتروسکوپی UV-Vis در طول موج ماگزیمم پاراکوات در 256 نانومتر مورد بررسی قرار گرفت. سپس رهایش تجمعی پاراکوات برای تمامی فرمولاسیونها بدست آمده و به صورت تابعی از زمان در شکل - - 2 رسم گردید. همانطور که دیده می-شود، در تمامی فرمولاسیونها با گذشت زمان غلظت پایینی از آفتکش پاراکوات در محیط رها میشود و با افزایش مقدارنانوذرات نشاسته میزان رهایش دارو آهسته تر میشود و کنترل شده تر است. در واقع در فرمولاسیونهای حاوی نانوذرات نشاسته، آفت کش ابتدا در نانوذرات لود میشود و در روکشی از پلی وینیل الکل قرار میگیرد و از رهایش سریع پاراکوات بازداری میشود. فرمولاسیون FSt 0.2 PQ رهایش را در 40 درصد پایدار نگه میدارد و بعنوان بهترین فرمولاسیون انتخاب میشود.
نتیجه گیری
در کار پژوهشی حاضر ابتدا نانوذرات نشاسته با اندازه ذرات کمتر از 100 نانومتر تهیه شد و سپس آفت کش در آن لود گردید و در روکشی از پلی وینیل وینیل الکل قرار گرفت. تصاویر SEM برای هیدروژل بر پایه نانو ذرات نشاسته و پلی وینیل الکل دارای ساختاری نسبتا متخلخل میباشد. مطالعات FT-IR نیز نشان داد که آفت کش با موفقیت در هیدروژلها لود گردیده است. بررسی پروفایل رهایش برای فرمولاسیونها نشان داد که افزودن نانوذرات نشاسته باعث کاهش سرعت رهایش آفتکش پاراکوات و آهسته رهش بودن آفتکش میشود. مطالعات تورم هیدروژلهای ساخته شده نشان داد که افزودن نانوذرات نشاسته در همه فرمولاسیونها باعث کاهش مقدار تورم هیدروژلها شده است.
