Смачивающие агенты в составах пестицидов – функция и значение

Эффективность опрыскивания зависит от многих факторов. Одним из ключевых является способность удерживать раствор пестицида на растениях. Естественная гидрофобность листьев значительно снижает эффективность распыления средств защиты растений из-за отражения и стекания падающих капель. Добавление, среди прочего, смачивающих веществ в состав изменяет свойства жидких пестицидов. Обычно это поверхностно-активные молекулы, специально разработанные для снижения поверхностного натяжения воды. Его высокое значение может представлять серьезную проблему в различных отраслях, в том числе в сельском хозяйстве ^{[1, 2]}.

Как действуют смачивающие агенты?

Низкая эффективность опрыскивания является ключевой проблемой в сельском хозяйстве. Первым шагом к оптимизации действия пестицидов является понимание влияния отдельных компонентов, входящих в состав формулы, на ее свойства. В этом контексте смачивающие агенты имеют строго определенные функции ^{[1, 2]}:

— Снижение поверхностного натяжения жидкости – поверхностное натяжение воды по своей природе высокое. Ее поверхность оказывает сильное сопротивление внешним силам, поскольку молекулы, находящиеся вблизи границы фаз, притягиваются внутрь соседними молекулами. Влагающие вещества призваны снизить значение поверхностного натяжения. Это возможно благодаря их характерной структуре. Молекулы смачивающих веществ состоят из двух частей: гидрофильной и гидрофобной. Адсорбированные на границе фаз, благодаря своему специфическому расположению, они разрывают сеть водородных связей, которые отвечают за силы сцепления между отдельными молекулами.

— Увеличение площади контакта – когда капля жидкости попадает на твердую поверхность, она сначала растекается по ней под действием силы инерции, но ее дальнейшая судьба зависит от многих параметров, среди которых наиболее важными являются размер капли, скорость, смачиваемость поверхности и поверхностное натяжение. Уменьшение угла смачивания приводит к тому, что жидкость лучше распределяется – она может покрыть большую поверхность, в том числе все листья и стебли, поскольку шарообразные выпуклые капли сплющиваются, образуя однородный слой. В свою очередь, снижение поверхностного натяжения уменьшает энергию, необходимую для распределения капель по поверхности, ослабляя таким образом когезионные свойства жидкости и усиливая ее адгезионные свойства.

— Способствование проникновению через устьица – более эффективное распределение жидкого опрыскивателя приводит к тому, что активные вещества достигают даже труднодоступных частей растения. Снижение поверхностного натяжения и угла смачивания смачивающими средствами в пестицидах способствует проникновению жидкого опрыскивателя через устьичные аппараты, что позволяет обеспечить более глубокое проникновение и поглощение растительными тканями. Этот механизм повышает эффективность обработки, что позволяет уменьшить применяемую дозу вещества и одновременно минимизировать риск фитотоксичности.

— Снижение вязкости суспензий и усиление действия диспергаторов – суспензионные формуляции требуют предварительной гомогенизации с помощью быстродействующего смесителя и измельчения на перловой мельнице. Благодаря небольшим молекулам смачивающие вещества являются мобильными, быстро достигают вновь образованных поверхностей во время измельчения, адсорбируются, уменьшая трение между зернами и снижая при этом вязкость суспензии. Это имеет большое значение при измельчении, поскольку позволяет избежать чрезмерного выделения тепла и снижает потребность в энергии. Смачивающие вещества также помогают адсорбироваться молекулам диспергаторов на зернах и заполняют пространства между ними, благодаря чему суспензии становятся более стабильными.

Смачивающие средства в сельском хозяйстве — ключ к эффективному опрыскиванию

Современное сельское хозяйство, несмотря на постоянный поиск новых решений, способствующих развитию сельскохозяйственного производства, не прекращает предпринимать инициативы по повышению эффективности уже существующих. Добавки к пестицидным составам значительно влияют на эффективность опрыскивания, решая проблемы, связанные с наличием гидрофобного кутикулярного слоя и волосков, покрывающих листья растений ^[3].

Одним из основных преимуществ использования смачивающих средств в сельском хозяйстве является значительное увеличение площади, покрытой опрыскиванием. Рабочая жидкость равномерно распределяется по всему растению, даже в труднодоступных местах. Пестицид, который беспрепятственно попадает на растение, действует более эффективно и, как следствие, позволяет подобрать оптимальную дозировку. Обычно более высокая эффективность опрыскивания означает необходимость использования меньших доз. Помимо защиты окружающей среды, это возможность снизить общие затраты и получить реальную экономию ^[3].

PCC Exol как производитель профессиональных смачивающих веществ для создания средств защиты растений?

Выбор подходящего смачивающего агента основан на нескольких важных критериях. Фундаментальным вопросом является совместимость с остальными компонентами формулы, а также отсутствие негативного воздействия на растения, на которые наносится пестицид. Не менее важны физико-химические свойства, такие как растворимость в воде и устойчивость к воздействию окружающей среды.

Для улучшения смачивающих свойств пестицидных составов используются вещества, называемые поверхностно-активными веществами. Это очень разнообразная группа соединений с поверхностно-активными свойствами. Их характерной особенностью является амфифильная структура молекулы, состоящая из так называемой «головы» (гидрофильной части с высоким сродством к полярным соединениям) и «хвоста» (сильно взаимодействующего с неполярными соединениями). Однако в большинстве случаев поверхностно-активные вещества имеют более сложную структуру, могут иметь длинные линейные цепи в качестве гидрофильных групп, разветвленные цепи в качестве гидрофобных групп, а также могут содержать несколько групп с гидрофильными или лиофильными свойствами в разных местах. Эта уникальная структура позволяет поверхностно-активным веществам снижать поверхностное натяжение между различными фазами, облегчая распределение жидкости и смачивание поверхности. Следует помнить, что кинетика поверхностно-активных веществ при снижении поверхностного натяжения в растворе пестицида зависит от функциональных гидрофильных и гидрофобных частей молекулярной структуры ^{[4, 5]}.

В зависимости от наличия групп и их заряда, поверхностно-активные вещества делятся на анионные, катионные, неионогенные и амфотерные, которые имеют как катионные, так и анионные группы.

Выбор подходящего поверхностно-активного вещества не является простым. Анионные поверхностно-активные вещества обладают хорошими пенообразующими свойствами, в то время как катионные (например, ROKAmin K15K) образуют значительно меньше пены, но оказывают токсическое воздействие на растения, связываясь с отрицательно заряженными фосфолипидами и повреждая клеточные мембраны, поэтому не рекомендуются для опрыскивания. При одинаковой концентрации и схожей структуре ионные поверхностно-активные вещества демонстрируют более высокое поверхностное натяжение и более слабую способность к организации на границе фаз, чем неионные поверхностно-активные вещества, из-за отталкивающего взаимодействия, вызванного одноименными группами. К этому добавляется также наличие зарядов, которые могут накапливаться на листьях. Обычно листья принимают отрицательные заряды, что связано с наличием карбоксильных и фенольных групп, а также лучшей адсорбцией анионов поверхностью листьев. Напротив, гораздо реже листья принимают положительные заряды, и они могут возникать только в определенных условиях ^{[4, 5]}.

Поэтому наиболее часто используемыми поверхностно-активными веществами являются неионогенные, а их концентрация часто определяется на основе зависимости снижения поверхностного натяжения, образования пены и эффективности роста растений в зависимости от концентрации. Не стоит превышать рекомендуемые концентрации смачивающих веществ, поскольку наблюдается, что после превышения критической концентрации мицелизации для данного поверхностно-активного вещества не достигается лучший эффект, а наоборот, таким образом можно снизить эффективность опрыскивания и даже затормозить рост культур. В целом, использование различных количеств поверхностно-активных веществ приводит к различиям в смачивающих свойствах ^{[4, 5]}.

Среди поверхностно-активных веществ особое внимание заслуживают кремнийорганические соединения, называемые полисилоксанами. Это полимеры, которые в своей структуре содержат атомы кремния и кислорода, соединенные в цепочки или сети. Они также могут быть модифицированы путем добавления полиэтиленгликолей (ПЭГ) для лучшего эмульгирования в воде. Добавки к формулам на основе полисилоксанов демонстрируют высокую эффективность. Эти поверхностно-активные вещества обеспечивают быстрое поглощение и высокую удерживаемость агрохимикатов в растениях. Они также устойчивы к вымыванию дождями или орошением по сравнению с другими смачивающими средствами. Они не токсичны, однако в ограниченной степени подвержены биоразложению из-за прочных связей кремний-углерод ^[4].

Другой широко используемой группой поверхностно-активных веществ являются соединения на основе спиртов – в основном алкоксилированные жирные спирты (группа продуктов ROKAnol). Обычно они характеризуются HLB в диапазоне 8-14. Этого достаточно, чтобы поверхностно-активные вещества растворялись в воде, и не слишком много, чтобы капли опрыскивания стали слишком гидрофильными. Соответствующее значение HLB способствует их лучшему распределению по кутикулярному слою листьев. Особого внимания здесь заслуживают ROKAnols серий: L, D, DB, GA, ID, IT и NL. Жирные спирты подвергаются не только этоксилированию, но и пропоксилированию, чтобы придать им низкопенные свойства. Примером здесь являются ROKAnols серии LP, которые не образуют пену. Их большим преимуществом является то, что они могут быть получены из натурального сырья, например, кокосового масла (ROKAнолы L и O) ^{[4, 5]}.

В качестве смачивателей можно также использовать блок-сополимеры EO/PO (группа продуктов ROKAmer), которые также имеют амфифильную структуру. Гидрофильную часть составляют звенья из этиленоксида, а гидрофобную часть — звенья из пропиленоксида. Иногда они также могут иметь рандомный фрагмент EO/PO (ROKAmer B4000), который снижает их температуру плавления и придает низкопенные свойства. После опрыскивания они удерживают влагу в течение длительного времени, что дает активному веществу больше времени для впитывания в растение. Кополимеры EO/PO также обладают диспергирующими и стабилизирующими свойствами суспензий (ROKAmer 6500, 6500W, 6500BW и ROKAmer 1010), особенно при средних молекулярных массах, поэтому они ценятся в составах SC и FS ^{[4, 5]}.

Немного реже в составах средств защиты растений используются смачивающие вещества, содержащие анионную группу. Обычно это сульфаты (группа продуктов SULFOROKAnol и SULFOBURSZTYNIAN) или фосфорные эфиры (группа продуктов EXOfos). Другой группой, на этот раз амфотерных поверхностно-активных веществ, являются бетаины (группа продуктов ROKAmina), особой популярностью пользуется ROKAmina K30B. Стоит также упомянуть, что они часто выбираются для рецептур SL с глифосатом из-за дополнительного синергетического эффекта. Упомянутые поверхностно-активные вещества реже выбираются из-за своих пенообразующих свойств, однако они также иногда используются, особенно в некоторых рецептурах SL ^{[4, 5]}.

Подводя итог: выбор смачивающих агентов, используемых в рецептурах средств защиты растений, очень широк, и постоянно разрабатываются новые продукты, чтобы удовлетворить требования производителей. В последнее время все большее значение приобретают поверхностно-активные вещества природного происхождения, легко разлагаемые, нейтральные для окружающей среды и не представляющие опасности для потребителей. Эта тенденция набирает силу и связана с растущей экологической осведомленностью общества.