Netzmittel in Pestizidformulierungen – Funktion und Bedeutung

Die Wirksamkeit von Spritzungen hängt von vielen Faktoren ab. Einer der wichtigsten ist die Fähigkeit, die Pestizidlösung auf den Pflanzen zu halten. Die natürliche Wasserabweisung der Blätter verringert die Wirksamkeit von Pflanzenschutzmitteln erheblich, da die Tropfen abprallen und abfließen. Die Zugabe von Benetzungsmitteln zur Formulierung verändert die Eigenschaften flüssiger Pestizide. In der Regel handelt es sich dabei um oberflächenaktive Moleküle, die speziell zur Verringerung der Oberflächenspannung von Wasser entwickelt wurden. Ein hoher Wert kann in verschiedenen Branchen, darunter auch in der Landwirtschaft, eine große Herausforderung darstellen ^{[1, 2]}.

Wie wirken Netzmittel?

Die geringe Sprüheffizienz ist eine zentrale Herausforderung in der Landwirtschaft. Der erste Schritt zur Optimierung der Wirkung von Pestiziden besteht darin, den Einfluss der einzelnen Bestandteile der Formulierung auf deren Eigenschaften zu verstehen. In diesem Zusammenhang haben Netzmittel genau definierte Funktionen ^{[1, 2]}:

– Verringerung der Oberflächenspannung von Flüssigkeiten – Die Oberflächenspannung von Wasser ist von Natur aus hoch. Seine Oberfläche leistet externen Kräften starken Widerstand, da die Moleküle in der Nähe der Phasengrenze von benachbarten Molekülen nach innen gezogen werden. Benetzungsmittel haben die Aufgabe, die Oberflächenspannung zu verringern. Dies ist dank ihrer charakteristischen Struktur möglich. Die Moleküle von Benetzungsmitteln bestehen aus zwei Teilen: einem hydrophilen und einem hydrophoben Teil. An der Phasengrenze adsorbiert, unterbrechen sie dank ihrer spezifischen Anordnung das Netzwerk der Wasserstoffbrückenbindungen, die für die Kohäsionskräfte zwischen den einzelnen Molekülen verantwortlich sind.

– Vergrößerung der Kontaktfläche – wenn ein Flüssigkeitstropfen auf einen festen Untergrund trifft, breitet er sich aufgrund der Trägheitskraft zunächst aus, aber sein weiteres Schicksal hängt von vielen Parametern ab, von denen die wichtigsten die Größe des Tropfens, die Geschwindigkeit, die Benetzbarkeit des Untergrunds und die Oberflächenspannung sind. Durch die Verringerung des Benetzungswinkels verteilt sich die Flüssigkeit besser – sie kann eine größere Fläche bedecken, einschließlich der gesamten Blätter und Stängel, da sich die kugelförmigen, gewölbten Tropfen zu einer gleichmäßigen Schicht ausbreiten. Die Verringerung der Oberflächenspannung wiederum reduziert die Energie, die zum Verteilen der Tropfen auf der Oberfläche benötigt wird, wodurch die Kohäsionseigenschaften der Flüssigkeit geschwächt und ihre Adhäsionseigenschaften verstärkt werden.

– Unterstützung der Spaltinfiltration – Durch eine effektivere Verteilung des flüssigen Spritzmittels gelangen die Wirkstoffe auch an schwer zugängliche Stellen der Pflanze. Die Verringerung der Oberflächenspannung und des Benetzungswinkels durch Benetzungsmittel in Pestiziden begünstigt das Eindringen der Sprühflüssigkeit durch die Spaltöffnungen, was eine tiefere Penetration und Absorption in das Pflanzengewebe ermöglicht. Dieser Mechanismus erhöht die Wirksamkeit der Behandlung, wodurch die verwendete Substanzmenge reduziert und gleichzeitig das Risiko der Phytotoxizität minimiert werden kann.

– Verringerung der Viskosität von Suspensionen und Unterstützung der Wirkung von Dispergiermitteln – Suspensionsformulierungen erfordern eine Vorhomogenisierung mit einem Hochgeschwindigkeitsrührer und eine Vermahlung in einer Perlmühle. Dank ihrer kleinen Moleküle sind Netzmittel mobil, gelangen während des Mahlens schnell zu neu entstandenen Oberflächen, adsorbieren dort, verringern die Reibung zwischen den Körnern und senken dabei die Viskosität der Suspension. Dies ist beim Mahlen von großer Bedeutung, da es eine zu starke Wärmeentwicklung verhindert und den Energiebedarf senkt. Benetzungsmittel helfen auch dabei, die Dispergiermittelpartikel an den Körnern zu adsorbieren und die Zwischenräume zwischen ihnen auszufüllen, wodurch die Suspensionen stabiler werden.

Benetzungsmittel in der Landwirtschaft – der Schlüssel zu einer effektiven Sprühbehandlung

Die moderne Landwirtschaft ist zwar ständig auf der Suche nach neuen Lösungen zur Unterstützung der landwirtschaftlichen Produktion, unterlässt es jedoch nicht, Initiativen zu ergreifen, um die Wirksamkeit bereits bestehender Lösungen zu verbessern. Zusatzstoffe für Pestizidformulierungen haben einen erheblichen Einfluss auf die Wirksamkeit von Spritzmitteln, indem sie Probleme lösen, die durch die hydrophobe Kutikula und die Haare auf den Blättern der Pflanzen entstehen ^[3].

Einer der Hauptvorteile der Verwendung von Netzmitteln in der Landwirtschaft ist die deutliche Vergrößerung der mit dem Sprühmittel behandelten Fläche. Die Sprühflüssigkeit wird gleichmäßig über die gesamte Pflanze verteilt, selbst an schwer zugänglichen Stellen. Das Pestizid, das ungehindert auf die Pflanze gelangt, wirkt besser und ermöglicht somit die Auswahl der optimalen Dosierung. In der Regel bedeutet eine höhere Sprühwirksamkeit, dass geringere Dosierungen erforderlich sind. Neben dem Umweltschutz ist dies eine Chance, die Gesamtkosten zu senken und reale Einsparungen zu erzielen ^[3].

PCC Exol als Hersteller professioneller Netzmittel für die Herstellung von Pflanzenschutzmitteln?

Die Auswahl des richtigen Netzmittels basiert auf mehreren wichtigen Kriterien. Von grundlegender Bedeutung ist die Kompatibilität mit den übrigen Bestandteilen der Formulierung sowie die Abwesenheit negativer Auswirkungen auf die Pflanzen, auf denen das Pestizid angewendet wird. Ebenso wichtig sind physikalisch-chemische Eigenschaften wie Wasserlöslichkeit und Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen.

Um die Benetzungseigenschaften von Pestizidformulierungen zu verbessern, werden Substanzen verwendet, die als Tenside bezeichnet werden. Dabei handelt es sich um eine sehr vielfältige Gruppe von Verbindungen mit oberflächenaktiven Eigenschaften. Ihr charakteristisches Merkmal ist die amphiphile Molekülstruktur, die aus einem sogenannten „Kopf” (hydrophiler Teil mit hoher Affinität zu polaren Verbindungen) und einem „Schwanz” (stark mit unpolaren Verbindungen wechselwirkend) besteht. In den meisten Fällen haben Tenside jedoch eine komplexere Struktur, sie können lange lineare Ketten als hydrophile Gruppen und verzweigte Ketten als hydrophobe Gruppen aufweisen. Außerdem können sie mehrere hydrophile oder lyophile Gruppen an verschiedenen Stellen enthalten. Diese einzigartige Struktur ermöglicht es Tensiden, die Oberflächenspannung zwischen verschiedenen Phasen zu reduzieren, wodurch die Verteilung von Flüssigkeiten und die Benetzung von Oberflächen erleichtert wird. Es ist zu beachten, dass die Kinetik von Tensiden bei der Verringerung der Oberflächenspannung in einer Pestizidlösung von den funktionellen hydrophilen und hydrophoben Teilen der Molekülstruktur abhängt ^{[4, 5]}.

Je nach Vorhandensein von Gruppen und deren Ladung werden Tenside in anionische, kationische, nichtionische und amphotere Tenside unterteilt, die sowohl kationische als auch anionische Gruppen aufweisen.

Die Auswahl des richtigen Tensids ist nicht einfach. Anionische Tenside haben gute Schaumeigenschaften, während kationische Tenside (wie z. B. ROKAmin K15K) deutlich weniger Schaum erzeugen, aber toxisch auf Pflanzen wirken, indem sie sich an negativ geladene Phospholipide binden und die Zellmembranen schädigen. Daher werden sie nicht für Spritzungen empfohlen. Bei gleicher Konzentration und ähnlicher Struktur weisen ionische Tenside aufgrund der abstoßenden Wirkung gleichnamiger Gruppen eine höhere Oberflächenspannung und eine geringere Fähigkeit zur Organisation an der Phasengrenze auf als nichtionische Tenside. Hinzu kommt die Anwesenheit von Ladungen, die von den Blättern aufgenommen werden können. In der Regel nehmen Blätter negative Ladungen auf, was auf das Vorhandensein von Carboxyl- und Phenolgruppen sowie auf eine bessere Anionenadsorption durch die Blattoberfläche zurückzuführen ist. Dagegen nehmen Blätter viel seltener positive Ladungen auf, die nur unter bestimmten Bedingungen auftreten können ^{[4, 5]}.

Daher sind die am häufigsten verwendeten Tenside nichtionische Tenside, deren Konzentration häufig auf der Grundlage der Abhängigkeit der Verringerung der Oberflächenspannung, der Schaumbildung und der Effizienz des Pflanzenwachstums in Abhängigkeit von der Konzentration bestimmt wird. Es lohnt sich nicht, die empfohlenen Konzentrationen von Netzmitteln zu überschreiten, da beobachtet wurde, dass nach Überschreiten der kritischen Mizellierungskonzentration für ein bestimmtes Tensid keine besseren Ergebnisse erzielt werden, sondern im Gegenteil die Wirksamkeit des Spritzmittels verringert und sogar das Wachstum der Pflanzen gehemmt werden kann. Im Allgemeinen führt die Verwendung unterschiedlicher Mengen an Tensiden zu unterschiedlichen Benetzungseigenschaften ^{[4, 5]}.

Unter den Tensiden verdienen organische Siliziumverbindungen, sogenannte Polysiloxane, besondere Aufmerksamkeit. Es handelt sich dabei um Polymere, deren Struktur Silizium- und Sauerstoffatome enthält, die zu Ketten oder Netzwerken verbunden sind. Sie können auch durch die Zugabe von Polyethylenglykolen (PEG) modifiziert werden, um eine bessere Emulgierung in Wasser zu erreichen. Zusätze zu Formulierungen auf Polysiloxanbasis weisen eine hohe Wirksamkeit auf. Diese Tenside sorgen für eine schnelle Aufnahme und hohe Retention von Agrochemikalien in Pflanzen. Im Vergleich zu anderen Netzmitteln sind sie außerdem resistent gegen Auswaschung durch Regen oder Bewässerung. Sie sind nicht toxisch, jedoch aufgrund ihrer stabilen Silizium-Kohlenstoff-Bindungen nur begrenzt biologisch abbaubar ^[4].

Eine weitere weit verbreitete Gruppe von Tensiden sind Verbindungen auf Alkoholbasis – hauptsächlich alkoxylierte Fettalkohole (Produktgruppe ROKAnol). Sie zeichnen sich in der Regel durch einen HLB-Wert im Bereich von 8 bis 14 aus. Dieser Wert reicht aus, damit sich die Tenside in Wasser lösen, ist aber nicht so hoch, dass die Sprühtropfen zu hydrophil werden. Durch den geeigneten HLB-Wert verteilen sie sich besser auf der Kutikula der Blätter. Besonders hervorzuheben sind hier die ROKAnol-Serien L, D, DB, GA, ID, IT und NL. Fettalkohole werden nicht nur ethoxyliert, sondern auch propoxyliert, um ihnen schaumarme Eigenschaften zu verleihen. Ein Beispiel hierfür sind die ROKAnol-Serien LP, die keinen Schaum bilden. Ihr großer Vorteil besteht darin, dass sie aus natürlichen Rohstoffen, z. B. Kokosöl (ROKAnole L und O), gewonnen werden können ^{[4, 5]}.

Als Netzmittel können auch EO/PO-Blockcopolymere (Produktgruppe ROKAmer) verwendet werden, die ebenfalls amphiphile Eigenschaften aufweisen. Der hydrophile Teil besteht aus Ethylenoxid-Einheiten, der hydrophobe Teil aus Propylenoxid-Einheiten. Manchmal können sie auch einen zufälligen EO/PO-Anteil (ROKAmer B4000) aufweisen, der ihre Schmelztemperatur senkt und ihnen schaumarme Eigenschaften verleiht. Nach dem Sprühen halten sie die Feuchtigkeit für längere Zeit zurück, wodurch der Wirkstoff mehr Zeit hat, von der Pflanze aufgenommen zu werden. EO/PO-Copolymere weisen auch dispergierende und suspensionsstabilisierende Eigenschaften auf (ROKAmer 6500, 6500W, 6500BW und ROKAmer 1010), insbesondere bei mittleren Molekulargewichten, weshalb sie in SC- und FS-Formulierungen geschätzt werden ^{[4, 5]}.

Etwas seltener werden in Pflanzenschutzmitteln Benetzungsmittel mit einer Anionengruppe verwendet. In der Regel handelt es sich dabei um Sulfate (Produktgruppe SULFOROKAnol und SULFOBURSZTYNIAN) oder Phosphorsäureester (Produktgruppe EXOfos). Eine weitere Gruppe, diesmal amphoterer Tenside, sind Betain (Produktgruppe ROKAmina), wobei ROKAmina K30B besonders beliebt ist. Erwähnenswert ist auch, dass sie aufgrund ihrer zusätzlichen synergistischen Wirkung gerne für SL-Formulierungen mit Glyphosat gewählt werden. Die genannten Tenside werden aufgrund ihrer schaumbildenden Eigenschaften seltener gewählt, kommen jedoch auch zum Einsatz, insbesondere in bestimmten SL-Formulierungen ^{[4, 5]}.

Zusammenfassend lässt sich sagen: Die Auswahl an Netzmitteln, die in Pflanzenschutzmittelformulierungen verwendet werden, ist sehr groß, und es werden ständig neue Produkte entwickelt, um den Anforderungen der Hersteller gerecht zu werden. In letzter Zeit gewinnen Tenside natürlichen Ursprungs an Bedeutung, die leicht biologisch abbaubar, umweltneutral und für Verbraucher unbedenklich sind. Dieser Trend gewinnt an Bedeutung und hängt mit dem wachsenden Umweltbewusstsein der Bevölkerung zusammen.

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