Środki zwilżające w formulacjach pestycydowych – funkcja i znaczenie

Skuteczność oprysków jest uwarunkowana wieloma czynnikami. Jeden z kluczowych to zdolność retencji roztworu pestycydu na roślinach. Naturalna hydrofobowość liści znacząco zmniejsza efektywność rozpylania środków ochrony roślin, ze względu na odbijanie i uciekanie spadających kropel. Dodanie m.in. środków zwilżających do formulacji, zmienia właściwości ciekłych pestycydów. Zwykle są to cząsteczki powierzchniowo czynne, specjalnie opracowane w celu zmniejszenia napięcia powierzchniowego wody. Jego wysoka wartość, może stanowić poważne wyzwanie w różnych branżach, również w rolnictwie ^{[1, 2]}.

Jak działają środki zwilżające?

Niska efektywność oprysku to kluczowe wyzwanie w rolnictwie. Pierwszym krokiem do zoptymalizowania działania pestycydów jest zrozumienie wpływu poszczególnych składników wchodzących w skład formulacji na jej właściwości. W tym kontekście, środki zwilżające mają ściśle zdefiniowane funkcje ^{[1, 2]}:

– Zmniejszenie napięcia powierzchniowego cieczy – napięcie powierzchniowe wody naturalnie jest wysokie. Jej powierzchnia stawia silny opór siłom zewnętrznym, ponieważ cząsteczki znajdujące się w pobliżu granicy faz są przyciągane do wewnątrz przez sąsiednie molekuły. Substancje zwilżające mają za zadanie obniżyć wartość napięcia powierzchniowego. Jest to możliwe dzięki ich charakterystycznej budowie. Cząsteczki zwilżaczy zbudowane są z dwóch części: hydrofilowej i hydrofobowej. Zaadsorbowane na granicy faz, dzięki specyficznemu ułożeniu, przerywają sieć wiązań wodorowych, które odpowiadają za siły spójności między poszczególnymi cząsteczkami,

– Zwiększenie powierzchni kontaktu – kiedy kropla cieczy uderza w stałe podłoże, początkowo rozprzestrzenia się po nim z powodu siły bezwładności, ale jej dalszy los zależy od wielu parametrów, z których najważniejsze to rozmiar kropli, prędkość, zwilżalność podłoża i napięcie powierzchniowe. Zmniejszenia kąta zwilżania sprawia, że ciecz lepiej się rozprowadza – może pokryć większą powierzchnię, w tym całe liście oraz łodygi, gdyż kuliste, wypukłe krople rozpłaszczają się tworząc jednolitą warstwę. Z kolei obniżenie napięcia powierzchniowego zmniejsza energię potrzebną do rozprowadzenia kropli na powierzchni, osłabiając w ten sposób kohezyjne właściwości cieczy i wzmacniając jej właściwości adhezyjne,

– Wspomaganie infiltracji szparkowej – skuteczniejsze rozprowadzanie ciekłego oprysku powoduje, że substancje czynne docierają nawet do trudno dostępnych części rośliny. Obniżenie napięcia powierzchniowego i kąta zwilżania przez środki zwilżające w pestycydach sprzyja wnikaniu cieczy opryskowej przez aparaty szparkowe, co pozwala na głębszą penetrację i absorpcję do tkanek roślinnych. Ten mechanizm zwiększa skuteczność zabiegu, co pozwala zredukować stosowaną dawkę substancji i jednocześnie minimalizując ryzyko fitotoksyczności,

– Obniżanie lepkości zawiesin i wspomaganie działania dyspergatorów – zawiesinowe formulacje wymagają wstępnej homogenizacji za pomocą mieszadła szybkościnającego i mielenia na młynie perełkowym. Środki zwilżające dzięki małym molekułom są mobilne, szybko docierają do nowopowstałych powierzchni podczas mielenia, adsorbują się, zmniejszając tarcie między ziarenkami i obniżają przy tym lepkość zawiesiny. Ma to duże znaczenie podczas mielenia, ponieważ pozwala uniknąć zbyt dużego wydzielania ciepła i zmniejsza potrzebną energię. Zwilżacze pomagają również adsorbować się cząsteczkom dyspergatorów na ziarenkach i wypełniają przestrzenie między nimi, dzięki czemu zawiesiny są stabilniejsze.

Środki zwilżające w rolnictwie – klucz do efektywnego oprysku

Współczesne rolnictwo, mimo, że stale poszukuje nowych rozwiązań wspierających produkcję rolną, nie zaprzestaje podejmowania inicjatyw w celu zwiększenia skuteczności już istniejących. Dodatki do formulacji pestycydowych znacząco wpływają na efektywność oprysków, rozwiązując problemy wynikające z obecności hydrofobowej warstwy kutykularnej i włosków pokrywających liście roślin ^[3].

Jedną z głównych zalet stosowania środków zwilżających w rolnictwie jest znaczące zwiększenie powierzchni pokrytej opryskiem. Ciecz robocza jest równomiernie rozprowadzana po całej roślinie, nawet w trudno dostępnych miejscach. Substancja pestycydowa, która trafia w sposób niezakłócony do rośliny, działa lepiej, a w konsekwencji pozwala na dobór optymalnej dawki. Zwykle większa skuteczność oprysku to potrzeba stosowania mniejszych dawek. Poza ochroną środowiska jest to szansa na obniżenie ogólnych kosztów i realne oszczędności ^[3].

PCC Exol jako producent profesjonalnych środków zwilżających do formacji środków ochrony roślin?

Wybór właściwego środka zwilżającego opiera się na kilku ważnych kryteriach. Fundamentalnym zagadnieniem jest kompatybilność z pozostałymi składnikami formulacji, a także brak negatywnego wpływu na rośliny, na których stosowany jest pestycyd. Równie ważne są właściwości fizykochemiczne, takie jak rozpuszczalność w wodzie i odporność na warunki środowiskowe.

W celu poprawy właściwości zwilżających formulacji pestycydowych, wykorzystywane są substancje nazywane surfaktantami. Jest to bardzo zróżnicowana grupa związków o właściwościach powierzchniowo czynnych. Ich cechą charakterystyczną jest amfifilowa budowa cząsteczki składająca się z tzw. „głowy” (część hydrofilowa o wysokim powinowactwie do związków polarnych) oraz „ogona” (silnie oddziałującego ze związkami niepolarnymi). Jednak w większości przypadków surfaktanty mają bardziej skomplikowaną budowę, mogą mieć długie liniowe łańcuchy jako grupy hydrofilowe, rozgałęzione łańcuchy jako grupy hydrofobowe. a także mogą zawierać kilka grup o hydrofilowych lub liofilowych w różnych lokalizacjach. Ta unikalna struktura umożliwia surfaktantom redukcję napięcia powierzchniowego między różnymi fazami, ułatwiając rozprowadzanie cieczy i zwilżanie powierzchni. Należy pamiętać, że kinetyka surfaktantów w redukcji napięcia powierzchniowego, w roztworze pestycydu, zależy od funkcjonalnych hydrofilowych i hydrofobowych części struktury cząsteczkowej ^{[4, 5]}.

W zależności od obecności grup i ich ładunku, surfaktanty dzieli się na anionowe, kationowe, niejonowe oraz amfoteryczne, które posiadają zarówno grupy kationowe, jak i anionowe.

Wybór odpowiedniego surfaktantu nie jest łatwy. Anionowe środki powierzchniowo czynne mają dobre właściwości pieniące, podczas gdy kationowe (jak na przykład ROKAmin K15K) generują znacznie mniej piany, ale działają toksycznie na rośliny przez wiązanie z ujemnie naładowanymi fosfolipidami i uszkadzanie błon komórkowych, dlatego nie są zalecane do oprysków. Przy takim samym stężeniu i podobnej strukturze, jonowe środki powierzchniowo czynne wykazują większe napięcie powierzchniowe i słabszą zdolność do organizacji się na granicy faz niż niejonowe środki powierzchniowoczynne, ze względu na odpychające oddziaływanie spowodowane grupami jednoimiennymi. Do tego dochodzi również obecność ładunków, jakie mogą być gromadzone przez liście. Zazwyczaj liście przyjmują ładunki ujemne, wynika to z obecności grup karboksylowych i fenolowych oraz lepszej adsorpcji anionów przez powierzchnię liści. Natomiast znacznie rzadziej liście przyjmują dodatnie ładunki i mogą one wystąpić tylko w określonych warunkach ^{[4, 5]}.

Dlatego najczęściej stosowanymi surfaktantami są niejonowe, a ich stężenie często jest określane na podstawie zależności obniżania napięcia powierzchniowego, generowania piany i efektywności wzrostu roślin w funkcji stężenia. Nie warto przekraczać zalecanych stężeń środków zwilżających, ponieważ obserwuje się, że po przekroczeniu krytycznego stężenia micelizacji dla danego surfaktanta, nie uzyskuje się lepszych efektów, a wręcz przeciwnie można w ten sposób zmniejszyć efektywność oprysku, a nawet hamować wzrost upraw. Ogólnie rzecz biorąc, zastosowanie różnych ilości surfaktantów prowadzi do zróżnicowanych właściwości zwilżających ^{[4, 5]}.

Wśród surfaktantów na szczególną uwagę zasługują związki krzemoorganiczne, zwane polisiloksanami. To polimery, które w swojej strukturze zawierają atomy krzemu i tlenu połączone w łańcuchy lub sieci. Mogą być również modyfikowane przez dołączanie glikoli polietylenowych (PEG) w celu lepszego emulgowania w wodzie. Dodatki do formulacji oparte na polisiloksanach wykazują wysoką efektywność. Surfaktanty te zapewniają szybkie wchłanianie i wysoką retencję agrochemikaliów w roślinach. Są również odporne na wypłukiwanie przez opady deszczu lub nawadnianie, w porównaniu z innymi środkami zwilżającymi. Nie są toksyczne, jednak w ograniczonym stopniu ulegają biodegradacji z powodu trwałych wiązań krzem–węgiel ^[4].

Inną szeroko stosowaną grupą surfaktantów są związki na bazie alkoholi – głównie alkoksylowane alkohole tłuszczowe (grupa produktów ROKAnol). Zazwyczaj charakteryzują się HLB w przedziale 8-14. Jest to wartość wystarczająca, aby surfaktanty rozpuszczały się w wodzie oraz nie na tyle wysoka, aby krople oprysku stały się zbyt hydrofilowe. Odpowiednia wartość HLB sprawia, że lepiej rozprzestrzeniają się one po warstwie kutykularnej liści. Na szczególną uwagę zasługują tutaj ROKAnole serii: L, D, DB, GA, ID, IT i NL. Alkohole tłuszczowe są poddawane nie tylko etoksylacji, ale również propoksylacji w celu nadania im właściwości niskopiennych. Przykładem są tutaj ROKAnole serii LP, które nie generują piany. Dużą ich zaletą jest to, że mogą być pozyskiwane z surowców naturalnych, np. oleju kokosowego (ROKAnole L i O) ^{[4, 5]}.

Jako zwilżacze można również stosować kopolimery blokowe EO/PO (grupa produktów ROKAmer), które również mają budowę amfifilową. Część hydrofilową stanową człony z tlenku etylenu, a część hydrofobową człony z tlenku propylenu. Czasami mogą również posiadać fragment randomowy EO/PO (ROKAmer B4000), który obniża ich temperaturę topnienia i nadaje niskopienne właściwości. Po oprysku zatrzymują wilgoć na dłuższy czas, co daje substancji aktywnej więcej czasu na wchłonięcie się do rośliny. Kopolimery EO/PO wykazują również właściwości dyspergujące i stabilizujące zawiesiny (ROKAmer 6500, 6500W, 6500BW i ROKAmer 1010), zwłaszcza przy średnich masach cząsteczkowych, dlatego są cenione w formulacjach SC i FS ^{[4, 5]}.

Nieco rzadziej używane w formulacjach środków ochrony roślin są środki zwilżające posiadające grupę anionową. Zazwyczaj są to siarczany (grupa produktów SULFOROKAnol i SULFOBURSZTYNIAN) lub estry fosforowe (grupa produktów EXOfos). Inną grupą, tym razem surfaktantów amfoterycznych, są betainy (grupa produktów ROKAmina), szczególną popularnością cieszy się ROKAmina K30B. Warto również wspomnieć, że są one chętnie wybierane do formulacji SL z glifosatem, ze względu na dodatkowe działanie synergiczne. Wspomniane surfaktanty są rzadziej wybierane ze względu na swoje właściwości pianotwórcze, jednak również bywają stosowane, zwłaszcza w niektórych formulacjach SL ^{[4, 5]}.

Podsumowując: Wybór środków zwilżających stosowanych w formulacjach środków ochrony roślin jest bardzo szeroki i cały czas opracowywane są nowe produkty, aby sprostać wymogom producentów. W ostatnim czasie na znaczeniu zyskują surfaktanty pochodzenia naturalnego, łatwo biodegradowalne, neutralne dla środowiska i niezagrażające konsumentom. Trend ten przybiera na sile i jest powiązany z rosnącą świadomością środowiskową społeczeństwa.

Przeczytaj również: Środki zwilżające w nawozach dolistnych