Bevochtigingsmiddelen in pesticidenformuleringen – functie en betekenis

De effectiviteit van bespuiting hangt af van vele factoren. Een van de belangrijkste factoren is het vermogen van de pesticideoplossing om op de planten te blijven. De natuurlijke hydrofobiciteit van bladeren vermindert de effectiviteit van gewasbeschermingsmiddelen aanzienlijk, omdat de druppels eraf stuiteren en wegspoelen. De toevoeging van bevochtigingsmiddelen aan de formulering verandert de eigenschappen van vloeibare pesticiden. Dit zijn meestal oppervlakteactieve moleculen, speciaal ontworpen om de oppervlaktespanning van water te verlagen. De hoge waarde hiervan kan een serieuze uitdaging vormen in diverse industrieën, waaronder de landbouw [ 1, 2].

Hoe werken bevochtigingsmiddelen?

Een lage sproeiefficiëntie is een belangrijke uitdaging in de landbouw. ​​De eerste stap in het optimaliseren van de prestaties van bestrijdingsmiddelen is het begrijpen van de invloed van de afzonderlijke componenten van de formulering op de eigenschappen ervan. In deze context hebben bevochtigingsmiddelen strikt gedefinieerde functies ^{[ 1, 2]} :

– Het verlagen van de oppervlaktespanning van vloeistoffen – de oppervlaktespanning van water is van nature hoog. Het oppervlak biedt een sterke weerstand tegen externe krachten omdat moleculen nabij de fasegrens naar binnen worden getrokken door naburige moleculen. Bevochtigingsmiddelen zijn ontworpen om de oppervlaktespanning te verlagen. Dit is mogelijk dankzij hun karakteristieke structuur. Moleculen van bevochtigingsmiddelen zijn samengesteld uit twee delen: een hydrofiel en een hydrofoob deel. Geadsorbeerd aan de fasegrens, verbreken ze dankzij hun specifieke rangschikking het netwerk van waterstofbruggen dat verantwoordelijk is voor de cohesiekrachten tussen individuele moleculen.

– Vergroting van het contactoppervlak – wanneer een druppel vloeistof een vast oppervlak raakt, verspreidt deze zich aanvankelijk door inertie, maar het verdere gedrag hangt af van vele parameters, waarvan de belangrijkste de grootte van de druppel, de snelheid, de bevochtigbaarheid van het oppervlak en de oppervlaktespanning zijn. Het verkleinen van de bevochtigingshoek zorgt ervoor dat de vloeistof zich beter verspreidt – het kan een groter oppervlak bedekken, inclusief hele bladeren en stengels, omdat bolvormige, convexe druppels afvlakken tot een uniforme laag. Het verlagen van de oppervlaktespanning vermindert op zijn beurt de energie die nodig is om de druppels over het oppervlak te verspreiden, waardoor de cohesieve eigenschappen van de vloeistof verzwakken en de adhesieve eigenschappen worden versterkt.

– Ondersteuning van stomatale infiltratie – een effectievere verspreiding van de vloeistofspray betekent dat de actieve stoffen zelfs de moeilijk bereikbare delen van de plant bereiken. De verlaging van de oppervlaktespanning en de bevochtigingshoek door bevochtigingsmiddelen in pesticiden bevordert de penetratie van de spuitvloeistof door de huidmondjes, waardoor een diepere penetratie en absorptie in het plantenweefsel mogelijk is. Dit mechanisme verhoogt de effectiviteit van de behandeling, waardoor een lagere dosis van de gebruikte stof nodig is en het risico op fytotoxiciteit wordt geminimaliseerd.

– Het verlagen van de viscositeit van suspensies en het ondersteunen van de werking van dispergeermiddelen – suspensieformuleringen vereisen voorafgaande homogenisatie met behulp van een hogesnelheidsmixer en vermaling in een kogelmolen. Dankzij hun kleine moleculen zijn bevochtigingsmiddelen mobiel, bereiken ze snel nieuw gevormde oppervlakken tijdens het vermalen, adsorberen ze, verminderen ze de wrijving tussen de korrels en verlagen ze de viscositeit van de suspensie. Dit is belangrijk tijdens het vermalen, omdat het overmatige warmteontwikkeling voorkomt en de benodigde energie vermindert. Bevochtigingsmiddelen helpen de dispergeermiddelmoleculen ook om te adsorberen op de korrels en de ruimtes ertussen op te vullen, waardoor de suspensies stabieler worden.

Bevochtigingsmiddelen in de landbouw – de sleutel tot effectief spuiten

Hoewel de moderne landbouw voortdurend op zoek is naar nieuwe oplossingen ter ondersteuning van de landbouwproductie, neemt zij ook initiatieven om de effectiviteit van bestaande oplossingen te vergroten. Toevoegingen aan pesticideformuleringen hebben een aanzienlijke invloed op de effectiviteit van het spuiten en lossen problemen op die voortkomen uit de aanwezigheid van een hydrofobe cuticulaire laag en haartjes die de bladeren van planten bedekken ^{[ 3]} . Een van de belangrijkste voordelen van het gebruik van bevochtigingsmiddelen in de landbouw is een aanzienlijke vergroting van het bespoten oppervlak . De werkzame vloeistof wordt gelijkmatig over de gehele plant verdeeld, zelfs op moeilijk bereikbare plaatsen. De pesticide, die de plant ongestoord bereikt, werkt beter en maakt daardoor de selectie van de optimale dosis mogelijk. Meestal betekent een hogere spuitefficiëntie dat kleinere doses nodig zijn. Naast de bescherming van het milieu biedt dit de mogelijkheid om de totale kosten te verlagen en daadwerkelijke besparingen te realiseren ^{[ 3]} .

PCC Exol als fabrikant van professionele bevochtigingsmiddelen voor de formulering van gewasbeschermingsmiddelen?

De keuze van het juiste bevochtigingsmiddel is gebaseerd op verschillende belangrijke criteria. De belangrijkste factor is de compatibiliteit met de andere ingrediënten in de formulering, evenals de afwezigheid van negatieve effecten op de planten waarop het bestrijdingsmiddel wordt gebruikt. Even belangrijk zijn fysisch-chemische eigenschappen zoals wateroplosbaarheid en weerstand tegen omgevingsomstandigheden.

Stoffen die oppervlakteactieve stoffen worden genoemd, worden gebruikt om de bevochtigende eigenschappen van bestrijdingsmiddelen te verbeteren. Dit is een zeer diverse groep verbindingen met oppervlakteactieve eigenschappen. Hun kenmerkende eigenschap is de amfifiele structuur van het molecuul, bestaande uit een zogenaamde "kop" (een hydrofiel deel met een hoge affiniteit voor polaire verbindingen) en een "staart" (die sterk interageert met niet-polaire verbindingen). In de meeste gevallen hebben oppervlakteactieve stoffen echter een complexere structuur, met lange lineaire ketens als hydrofiele groepen, vertakte ketens als hydrofobe groepen, en kunnen ze ook meerdere hydrofiele of lyofiele groepen op verschillende plaatsen bevatten. Deze unieke structuur stelt oppervlakteactieve stoffen in staat de oppervlaktespanning tussen verschillende fasen te verlagen, waardoor de verspreiding van vloeistoffen en de bevochtiging van oppervlakken wordt vergemakkelijkt. Het is belangrijk op te merken dat de kinetiek van oppervlakteactieve stoffen bij het verlagen van de oppervlaktespanning in een pesticideoplossing afhangt van de functionele hydrofiele en hydrofobe delen van de moleculaire structuur ^{[ 4, 5]} . Afhankelijk van de aanwezigheid van groepen en hun lading worden oppervlakteactieve stoffen onderverdeeld in anionische , kationische , niet-ionische en amfotere stoffen , die zowel kationische als anionische groepen bevatten . Het kiezen van de juiste oppervlakteactieve stof is niet eenvoudig. Anionische oppervlakteactieve stoffen hebben goede schuimvormende eigenschappen, terwijl kationische oppervlakteactieve stoffen (zoals ROKAmin K15K ) aanzienlijk minder schuim genereren, maar giftig zijn voor planten doordat ze zich binden aan negatief geladen fosfolipiden en celmembranen beschadigen. Daarom worden ze niet aanbevolen voor bespuiting. Bij dezelfde concentratie en met een vergelijkbare structuur vertonen ionische oppervlakteactieve stoffen een hogere oppervlaktespanning en een zwakkere mogelijkheid tot organisatie aan de fasegrens dan niet-ionische oppervlakteactieve stoffen, vanwege de afstotende interactie tussen gelijknamige groepen. Daarbij komt nog de aanwezigheid van ladingen die door bladeren kunnen worden geaccumuleerd. Bladeren nemen doorgaans negatieve ladingen op door de aanwezigheid van carboxyl- en fenolgroepen en een betere adsorptie van anionen door het bladoppervlak. Aan de andere kant nemen bladeren veel minder vaak positieve ladingen op, en dit kan alleen onder bepaalde omstandigheden gebeuren ^{[ 4, 5]} . Daarom zijn de meest gebruikte oppervlakteactieve stoffen niet-ionisch, en wordt hun concentratie vaak bepaald op basis van de relatie tussen oppervlaktespanningsverlaging, schuimvorming en plantengroeiefficiëntie als functie van de concentratie. Het is niet raadzaam de aanbevolen concentraties van bevochtigingsmiddelen te overschrijden, aangezien is gebleken dat het overschrijden van de kritische micellisatieconcentratie voor een bepaalde oppervlakteactieve stof geen betere resultaten oplevert; Integendeel, het kan de effectiviteit van het sproeien verminderen en zelfs de gewasgroei remmen. Over het algemeen leidt het gebruik van verschillende hoeveelheden oppervlakteactieve stoffen tot verschillende bevochtigingseigenschappen ^{[ 4, 5]} .

Onder de oppervlakteactieve stoffen verdienen organosiliciumverbindingen , ook wel polysiloxanen genoemd, speciale aandacht. Dit zijn polymeren waarvan de structuur silicium- en zuurstofatomen bevat die in ketens of netwerken met elkaar verbonden zijn. Ze kunnen ook gemodificeerd worden door toevoeging van polyethyleenglycolen (PEG) voor een betere emulgering in water. Toevoegingen aan formuleringen op basis van polysiloxanen zijn zeer effectief. Deze oppervlakteactieve stoffen zorgen voor een snelle opname en een hoge retentie van landbouwchemicaliën in planten. In vergelijking met andere bevochtigingsmiddelen zijn ze ook bestand tegen uitspoeling door regen of irrigatie. Ze zijn niet-toxisch, maar wel in beperkte mate biologisch afbreekbaar vanwege hun stabiele silicium-koolstofbindingen ^[4] . Een andere veelgebruikte groep oppervlakteactieve stoffen zijn verbindingen op alcoholbasis – voornamelijk gealkoxyleerde vetalcoholen ( productgroep ROKanol ). Deze hebben doorgaans een HLB-waarde tussen 8 en 14. Deze waarde is voldoende om de oppervlakteactieve stoffen in water op te lossen en niet zo hoog dat de sproeidruppels te hydrofiel worden. De juiste HLB-waarde zorgt ervoor dat ze zich beter over de cuticulaire laag van de bladeren verspreiden. De ROKAnol series L, D, DB, GA, ID, IT en NL verdienen hier speciale aandacht. Vetalcoholen ondergaan niet alleen ethoxylering, maar ook propoxylering om ze schuimarme eigenschappen te geven. Een voorbeeld hiervan is de ROKAnol LP-serie , die geen schuim genereert. Hun grote voordeel is dat ze kunnen worden verkregen uit natuurlijke grondstoffen, bijvoorbeeld kokosolie (ROKAnol L en O) ^[4,5] . EO/PO-blokcopolymeren ( ROKAmer -productgroep ) , die ook een amfifiele structuur hebben, kunnen ook als bevochtigingsmiddelen worden gebruikt. Het hydrofiele deel bestaat uit ethyleenoxide-eenheden en het hydrofobe deel uit propyleenoxide-eenheden. Soms kunnen ze ook een willekeurig EO/PO-fragment bevatten (ROKAmer B4000), wat hun smeltpunt verlaagt en ze minder schuimvormende eigenschappen geeft. Na het spuiten behouden ze langer vocht, waardoor de werkzame stof meer tijd heeft om door de plant te worden opgenomen. EO/PO-copolymeren vertonen ook dispergerende en suspensiestabiliserende eigenschappen ( ROKAmer 6500 , 6500W , 6500BW en ROKAmer 1010 ), vooral bij gemiddelde molecuulgewichten, waardoor ze waardevol zijn in SC- en FS-formuleringen ^{[4, 5]} . Bevochtigingsmiddelen met een anionische groep worden iets minder vaak gebruikt in gewasbeschermingsmiddelen. Dit zijn meestal sulfaten (productgroepen SULFOROKAnol en SULFOBURSZTYNIAN ) of fosforzure esters ( productgroep EXOfos ). Een andere groep, ditmaal amfotere oppervlakteactieve stoffen, zijn betaïnen (ROKAmina productgroep), waarbij ROKAmina K30B bijzonder populair is. Het is ook de moeite waard om te vermelden dat ze vaak worden gekozen voor SL-formuleringen met glyfosaat vanwege hun extra synergetische effect. Deze oppervlakteactieve stoffen worden minder vaak gekozen vanwege hun schuimvormende eigenschappen, maar ze worden ook gebruikt, met name in sommige SL-formuleringen ^{[ 4, 5]} .

Samenvattend: De keuze aan bevochtigingsmiddelen die worden gebruikt in formuleringen van gewasbeschermingsmiddelen is zeer breed en er worden constant nieuwe producten ontwikkeld om aan de eisen van fabrikanten te voldoen. De laatste tijd winnen natuurlijk afgeleide oppervlakteactieve stoffen die gemakkelijk biologisch afbreekbaar, milieuneutraal en niet-bedreiging voor consumenten zijn, aan belang. Deze trend wint aan momentum en is gekoppeld aan het groeiende milieubewustzijn van de samenleving.

Lees ook: Bevochtigingsmiddelen in bladmeststoffen