Innovative Zusammensetzungen tragen ebensoviel zum Erfolg eines Pflanzenschutzmittels bei wie die biologische Wirkung des aktiven Bestandteils selbst.

Auch wenn es vielleicht nicht offensichtlich ist, profitieren wir jeden Tag vom Know-how der Formel-Wissenschaftler. Diese Spezialisten kombinieren aktive Chemikalien auf innovative Art mit anderen wichtigen Bestandteilen und erzielen so für den Kunden bessere Ergebnisse als man je für möglich gehalten hätte. Angesichts des Erfolgs von Produkten wie Bleichmittel mit grösserer Konsistenz, Spülmittel in Tablettenform, Zahnpasta mit Streifen und Schmerzmitteln in Brauseform wird klar, wie sehr wir die Vorteile ausgefeilter Formeln bei Produkten des täglichen Lebens schätzen.

Auch bei Pflanzenschutzmitteln war schon immer Formel-Know-how gefragt. Vor Jahrzehnten bestand die Aufgabe einfach darin, sicherzustellen, dass sich das Produktekonzentrat schnell und gleichmässig mit dem Wasser in den Sprühanlagen der Landwirte vermischte und nicht die Düsen verstopfte. Später nutzte man die Vorteile von Zusatzstoffen, insbesondere von bestimmten harmlosen Lösungsmitteln und Salzen, die selbst keine Wirkstoffe waren, um Pflanzenschutzmittel beim Eindringen in Unkräuter, Pilze und Insekten zu unterstützen. So liess sich die für den gleichen Effekt nötige Menge an Pflanzenschutzmitteln verringern. Heutzutage kann die Einkaufsliste eines Formelspezialisten lang und anspruchsvoll sein. Der Schwerpunkt ist dabei, die Auswirkungen auf Umwelt und Verbraucher möglichst gering zu halten und gleichzeitig den Effekt für den Pflanzenzüchter zu maximieren.

Ausserdem hängt der langfristige Erfolg eines Agrounternehmens mehr und mehr von der Fähigkeit der Formel-Wissenschaftler ab, neue chemische Erfindungen mit neuen Wirkungen älterer aktiver Bestandteile zu ergänzen. Dank neuer Technologien konnten sie dieser Aufgabe bisher gerecht werden. Unter diesen Technologien sticht die Mikroverkapselung als Technik hervor, mit der sich solche neuen und überraschenden Effekte mit Hilfe bekannter Bestandteile erreichen lassen. Die entsprechen-den Umsätze steigen ebenso schnell, als ob ein brandneuer aktiver Bestandteil entwickelt worden wäre.

Elektronenmikroskopische Aufnahme von Mikrokapseln, die kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haars sind

Aber vielleicht sollte uns das nicht allzu sehr überraschen. Erinnern Sie sich noch an Kohlepapier? Dessen Schicksal war besiegelt, als man mikroverkapselte Tinte entwickelte und sie auf die Rückseite von Papier aufbrachte. Damit wurden saubere Sofortkopien direkt beim Beschreiben möglich. Die in der Landwirtschaft bekannten Mikrokapseln lösen ähnlich revolutionäre Veränderungen aus. Indem das Pflanzenschutzmittel in mikroskopisch kleine Kapseln eingeschlossen wird (linkes Foto), lassen sich aus Flüssigkeiten Pulver machen, entzündliche Lösungsmittel werden überflüssig, unangenehme Gerüche verschwinden wie durch Magie, und die Wirksamkeit der Produkte lässt sich verlängern (siehe Kasten unten).

Mögliche Vorteile durch Mikroverkapselung länger anhaltende biologische Wirksamkeit geringere Anbindung an den Boden sorgt für bessere Bekämpfung von Schädlingen im Boden Arbeiter sind dem Mittel weniger stark ausgesetzt sicherer, da keine entzündlichen Lösungsmittel Pflanzen werden weniger geschädigt weniger Verluste durch Verdunstung des Pestizids weniger Auswirkungen auf andere Spezies geringere Umweltbelastung verhindert, dass aktive Bestandteile durch Sonnenlicht zerstört werden, bevor sie wirken können sicherer und einfacher Umgang mit konzentrierten Pflanzenschutz-mitteln durch den Pflanzenzüchter.

Die grosse Leistungsfähigkeit der Mikroverkapselung zeigt sich besonders bei wasserunlöslichen Pflanzenschutzmitteln. Diese haben den Formelspezialisten schon immer Kopfschmerzen beim Versuch bereitet, das Mittel gleichmässig im Wasser der Sprühanlagen der Landwirte zu verteilen. Traditionell erfordert dies oberflächenaktive Substanzen mit einer Menge organischem Lösungsmittel, das in der Regel entzündlich ist, schlecht riecht und teuer zu transportieren ist. Durch Mikroverkapselung wird die Arbeit mit diesen schwierigen Stoffen zum Kinderspiel - man muss nur wissen, wie es geht! Der Formelspezialist fügt dem Pflanzenschutzmittel auf Ölbasis einfach reaktive Bausteine (Monomere) hinzu.

Zusammen mit Wasser wird daraus eine Emulsion angerührt, die aus in Wasser gelösten Mikrotröpfchen (ähnlich wie bei Milch) des Pflanzenschutzmittels besteht. Dann sorgt man dafür, dass sich die Monomere durch Erhitzen oder durch Zugabe eines Katalysators zu einem festen Polymer verbinden. Dies geschieht an der Oberfläche des Tröpfchens (siehe Kasten links). Dabei entsteht bei einem „Grenzflächen-Polimerisation“ genannten Vorgang eine mikroskopische Schale, die das Pflanzenschutzmittel einschliesst.

Diese Schale ist gleichzeitig sehr fein (siehe elektronenmikroskopische Aufnahme rechts) und stark. Durch die kleinen Abmessungen der Mikrokapseln - im Allgemeinen sind sie wesentlich kleiner als die Dicke eines menschlichen Haars - und ihre beeindruckende Widerstandsfähigkeit bleiben sie auch dann intakt, wenn sie vom Pflanzenzüchter mit herkömmlichen Maschinen versprüht werden.

Absichtlich aufgebrochene Mikrokapsel mit einem Durchmesser von etwa 10 Mikrometern

Auf diese Art lassen sich Formeln mit überraschend hohen Pflanzenschutzmittelkonzentrationen realisieren (bis zu 480 Gramm aktiver Bestandteil pro Liter des Mittels). Die Vorteile sind geringe Transportkosten und natürlich die Tatsache, dass ein Produkt auf Wasserbasis sehr einfach und sicher in der Anwendung ist.

Die Freisetzungsraten des Pflanzenschutzmittels lassen sich durch unterschiedliche Kapselgrössen, Wandarten und Wandstärken variieren. Dies reicht von sofortiger Freisetzung, bei der die Kapseln auf den behandelten Blättern aufplatzen, sobald das Wasser verdunstet, bis zu verzögerter Freisetzung, bei der die Pflanzen längere Zeit wirksam geschützt sind. Manche Formeln für schnelle Freisetzung enthalten Mikrokapseln, die nur ganze 2,5 Mikrometer gross sind - Ein menschliches Haar hat einen Durchmesser von etwa 30 dieser Kapseln! (Das rechte Foto zeigt die elektronenmikroskopische Aufnahme einer Mikrokapsel auf einem Haar.) Durch Mischen verschiedener Kapselarten lassen sich die Freisetzungsraten über längere Zeiträume hinweg steuern.

Da die äussere Kapseloberfläche ausserdem andere chemische Eigenschaften besitzt als das eingeschlossene Pflanzenschutzmittel, kann das Mittel dazu gebracht werden, sich ganz anders zu verhalten als das ursprüngliche Produkt. Indem man die Oberfläche so modifiziert, dass sie positive oder negative Ladungen trägt, sorgt man dafür, dass sie von entgegengesetzt geladenen Blattoberflächen angezogen wird und diese so maximal abdeckt. Alternativ kann man verhindern, dass sich die Kapseln an Bodenpartikel anlagern. So kommt ein Maximum davon bei den Insektenlarven an den Wurzeln der Pflanzen an.

Das Spektrum der so entwickelten Effekte wächst ständig. Das neueste Forschungsthema ist die durch einen Auslöser veranlasste Freisetzung, bei der das Pflanzenschutzmittel nur in bestimmten Umgebungen freigesetzt werden soll. Es sind noch viele weitere Möglichkeiten vorstellbar. Wir dürfen also in Zukunft auf viele Neuentwicklungen gespannt sein!

Syngenta ist bei Mikroverkapselungs-Technologien weltweit führend und war wegbereitend für deren Einsatz mit Pflanzenschutzmitteln. Zu den verkapselten Produkten, die zurzeit von Syngenta erhältlich sind, gehören das Pyrethroid-Insektizid Karate Zeonä, das die Eigenschaften aussergewöhnlich kleiner Mikrokapseln mit nur etwa 2,5 Mikrometer Durchmesser nutzt. Jeder Liter dieses Mittels enthält etwa 50 Billionen Kapseln. Karate Zeonä ist bei der Bekämpfung von Baumwollschädlingen ebenso wirksam wie andere Formeln, besitzt aber eine bessere Konsistenz, wirkt dauerhafter, ist sicherer für den Benutzer und hat ein besseres Umweltverträglichkeitsprofil. Ein anderes mikroverkapseltes Pyrethroid-Produkt, Force CS, wird bei Samen zur Bekämpfung von Bodenschädlingen eingesetzt, die keimende Sämlinge befallen. Bei dieser effektiven Methode ist pro Flächeneinheit nur sehr wenig Insektizid erforderlich. Die Umwelt wird daher kaum beeinträchtigt. Die Formel-Wissenschaftler bei Syngenta haben ausserdem ein verkapseltes Insektizid, Demand CSä, für den Einsatz in Innenräumen und im Freien entwickelt. Mit diesem Mittel lassen sich Haushaltsschädlinge wie Schaben, Ameisen und Käfer bekämpfen. Es ist sicherer und wirkt langanhaltend. Ein weiteres verkapseltes Produkt, Iconetä, ist für die dauerhafte Behandlung von Moskitonetzen und Vorhängen in tropischen Ländern gedacht. Es übernimmt eine Schlüsselrolle im Kampf gegen die Ausbreitung tropischer Krankheiten wie Malaria, die durch Moskitos übertragen werden. Zurzeit arbeiten die Wissenschaftler bei Syngenta an bahnbrechenden Forschungen im Bereich auslöserabhängiger Kapseln, deren Aussenschale sich nur unter speziellen Bedingungen öffnet. So liesse sich zum Beispiel durch Kapseln, die sich erst im Darm eines Schadinsekts öffnen, eine ausserordentliche Selektivität erreichen. Andere Forschungsarbeiten beschäftigen sich mit den Vorteilen der Verkapselung feinpudriger Feststoffe.

Mikroverkapselung in anderen Branchen:

• Kosmetik und Druckwesen:
  http://www.celessence.co.uk/micro.htm
• Auf Mikroverkapselung spezialisierte Unternehmen mit einer Reihe von Anwendungen:
  http://www.microteklabs.com/
  http://microencapsulation.swri.org/

Weitere Informationen zu Syngenta:

• Forschung und Technologie:
  http://www.syngenta.com/de/about_syngenta/
  research_tech.aspx
• Produkte:
  http://www.syngenta.com/de/products_services/index.aspx