Lignine verhoogt de stabiliteit en effectiviteit van nanodeeltjes van herbiciden, blijkt uit onderzoek

Een recente studie heeft aangetoond dat een fractie verkregen uit lignine, een organisch polymeer dat verantwoordelijk is voor de stijfheid van plantencelwanden, de prestaties van nanodeeltjes met herbicide kon verbeteren.

Het werk is gepubliceerd in het journaal ACS Duurzame Chemie & Engineering en stond onlangs op de cover.

De studie werd uitgevoerd door onderzoekers van drie onderzoeksinstellingen in de staat São Paulo, Brazilië: São Paulo State University (UNESP), de State University of Campinas (UNICAMP) en de Federale Universiteit van São Carlos (UFSCar).

“Lignine heeft antioxiderende eigenschappen en is een van de belangrijkste componenten van plantaardige biomassa, maar het wordt nog steeds onderbenut en vaak behandeld als afval van de pulp- en papierindustrie. Daarom zocht onze groep naar duurzamere manieren om waarde toe te voegen aan dit overvloedige en hernieuwbare materiaal”, zegt Leonardo Fraceto, professor aan het Institute of Science and Technology van de UNESCO, Sorocaba-campus.

De stof werd verkregen uit Eucalyptus urograndis, een hardhoutboom, en werd vervolgens onderworpen aan een groenproces. Bij dit proces werd azijnzuur als oplosmiddel gebruikt om verschillende fracties met verschillende structurele en chemische eigenschappen te verkrijgen. Vervolgens zijn nanodeeltjes geproduceerd met atrazine, een onkruidbestrijdingsmiddel.

Deze nanodeeltjes ondergingen een reeks fysische, chemische en thermische analyses om hun structuur en gedrag te onderzoeken.

“We ontdekten dat de verschillende ligninefracties zeer verschillende eigenschappen hebben. Sommige zijn rijker aan fenolgroepen, andere hebben een hogere molmassa of bevorderen een grotere thermische stabiliteit. Deze verschillen hebben een directe invloed op de vorming en prestaties van de nanodeeltjes”, legt Fraceto uit.

Sommige fracties zijn effectiever in het beschermen van polymere materialen (bijvoorbeeld samengesteld uit macromoleculen, eiwitten en cellulose) tegen door ultraviolette straling geïnduceerde afbraak, terwijl andere werken als stabilisatoren in systemen voor het vrijgeven van stoffen. Deze resultaten laten zien dat lignine niet één uniform afvalproduct is, maar eerder een materiaal dat kan worden aangepast voor verschillende toepassingen.

Volgens Fraceto is deze bevinding significant, omdat hoewel het gebruik van lignine als oppervlakteactieve stof veelbelovend is voor de efficiënte distributie van actieve ingrediënten in agrochemische formuleringen, er verschillende uitdagingen moeten worden overwonnen. Een groot probleem is de variabiliteit in de structuur ervan, die de consistentie en prestaties als stabilisator kan beïnvloeden.

In het geval van atrazine-nanodeeltjes verhoogde het gebruik van de ligninefractie de stabiliteit en efficiëntie van de afgifte van herbiciden. Het gebruik van specifieke ligninefracties was cruciaal voor het optimaliseren van de prestaties van nanodeeltjes. De ontwikkelde formuleringen bestreden op effectieve wijze Black Jack (Bidens pilosa L.) en Green Pigweed (Amaranthus viridis L.), wat hun potentieel voor duurzame plaagbestrijding in de landbouw aantoont.

“We konden niet alleen een eenvoudig, milieuvriendelijk proces gebruiken, maar we profiteerden ook van een overvloedig bijproduct in Brazilië, waardoor er mogelijkheden ontstonden voor de bio-economie”, legt Fraceto uit. “Dit soort onderzoek verbindt materiaalwetenschap, duurzaamheid en technologische innovatie, waardoor de academische wereld dichter bij oplossingen komt voor de huidige uitdagingen, zoals het ontwikkelen van groenere landbouwinputs.”