สารลดแรงตึงผิวในสูตรยาฆ่าแมลง – หน้าที่และความสำคัญ

ประสิทธิภาพของการฉีดพ่นขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย หนึ่งในปัจจัยสำคัญคือความสามารถของสารละลายยาฆ่าแมลงในการคงอยู่บนพืช ความไม่ชอบน้ำตามธรรมชาติของใบพืชลดประสิทธิภาพของ ผลิตภัณฑ์ป้องกันพืช ลงอย่างมาก เนื่องจากหยดน้ำจะกระเด็นและไหลออกไป การเติมสารลดแรงตึงผิวลงในสูตรจะเปลี่ยนคุณสมบัติของยาฆ่าแมลงเหลว สารเหล่านี้มักเป็นโมเลกุลที่ออกฤทธิ์บนพื้นผิว ซึ่งออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อลดแรงตึงผิวของน้ำ ค่าที่สูงของสารลดแรงตึงผิวอาจเป็นความท้าทายอย่างร้ายแรงในอุตสาหกรรมต่างๆ รวมถึงการเกษตร [ 1, 2]

สารลดแรงตึงผิวทำงานอย่างไร?

ประสิทธิภาพการฉีดพ่นต่ำเป็นความท้าทายสำคัญในภาคเกษตรกรรม ขั้นตอนแรกในการเพิ่มประสิทธิภาพของสารกำจัดศัตรูพืชคือการทำความเข้าใจผลกระทบของส่วนประกอบแต่ละส่วนในสูตรที่มีต่อคุณสมบัติของสารนั้น ในบริบทนี้ สารลดแรงตึงผิวมีหน้าที่ที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน ^{[ 1, 2]} :

– ลดแรงตึงผิวของของเหลว – แรงตึงผิวของน้ำโดยธรรมชาติสูงมาก พื้นผิวของน้ำมีความต้านทานสูงต่อแรงภายนอก เนื่องจากโมเลกุลที่อยู่ใกล้ขอบเขตของเฟสจะถูกดึงดูดเข้าด้านในโดยโมเลกุลข้างเคียง สารลดแรงตึงผิวได้รับการออกแบบมาเพื่อลดแรงตึงผิว ซึ่งเป็นไปได้ด้วยโครงสร้างที่เป็นลักษณะเฉพาะ โมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวประกอบด้วยสองส่วน คือ ส่วนที่ชอบน้ำและส่วนที่ไม่ชอบน้ำ เมื่อถูกดูดซับที่ขอบเขตของเฟส ด้วยการจัดเรียงตัวที่เฉพาะเจาะจง พวกมันจะทำลายเครือข่ายพันธะไฮโดรเจนซึ่งเป็นตัวการสำคัญในการสร้างแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลแต่ละตัว

– เพิ่มพื้นที่สัมผัส – เมื่อหยดของเหลวกระทบกับพื้นผิวของแข็ง ในตอนแรกมันจะกระจายตัวออกไปเนื่องจากแรงเฉื่อย แต่พฤติกรรมต่อไปของมันขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย ที่สำคัญที่สุดคือขนาดของหยด ความเร็ว ความสามารถในการเปียกของพื้นผิว และแรงตึงผิว การลดมุมการเปียกทำให้ของเหลวกระจายตัวได้ดีขึ้น – มันสามารถครอบคลุมพื้นที่ได้มากขึ้น รวมถึงใบและลำต้นทั้งหมด เนื่องจากหยดทรงกลมและนูนจะแผ่ราบลงเพื่อสร้างชั้นที่สม่ำเสมอ ในทางกลับกัน การลดแรงตึงผิวจะลดพลังงานที่จำเป็นในการกระจายหยดไปทั่วพื้นผิว จึงทำให้คุณสมบัติการยึดเกาะของของเหลวอ่อนลงและเสริมสร้างคุณสมบัติการยึดเกาะของมัน

– สนับสนุนการแทรกซึมผ่านปากใบ – การกระจายตัวของสเปรย์ของเหลวที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นหมายความว่าสารออกฤทธิ์จะเข้าถึงส่วนต่างๆ ของพืชที่เข้าถึงยากได้ การลดแรงตึงผิวและมุมเปียกโดยสารลดแรงตึงผิวในยาฆ่าแมลงช่วยส่งเสริมการแทรกซึมของของเหลวที่ฉีดพ่นผ่านปากใบ ทำให้สามารถแทรกซึมและดูดซึมเข้าสู่เนื้อเยื่อพืชได้ลึกขึ้น กลไกนี้เพิ่มประสิทธิภาพของการรักษา ทำให้สามารถลดปริมาณสารที่ใช้ลงได้ ในขณะเดียวกันก็ลดความเสี่ยงต่อความเป็นพิษต่อพืชให้น้อยที่สุด

– การลดความหนืดของสารแขวนลอยและสนับสนุนการทำงานของ สารช่วยกระจายตัว – สูตรสารแขวนลอยจำเป็นต้องมีการผสมให้เป็นเนื้อเดียวกันเบื้องต้นโดยใช้เครื่องผสมความเร็วสูงและการบดในเครื่องบดลูกปัด เนื่องจากโมเลกุลขนาดเล็ก สารลดแรงตึงผิวจึงเคลื่อนที่ได้ง่าย เข้าถึงพื้นผิวที่เกิดขึ้นใหม่ได้อย่างรวดเร็วในระหว่างการบด ดูดซับ ลดแรงเสียดทานระหว่างเม็ด และลดความหนืดของสารแขวนลอย ซึ่งมีความสำคัญในระหว่างการบด เนื่องจากช่วยป้องกันการเกิดความร้อนสูงเกินไปและลดพลังงานที่ต้องการ สารลดแรงตึงผิวยังช่วยให้โมเลกุลของสารช่วยกระจายตัวดูดซับลงบนเม็ดและเติมเต็มช่องว่างระหว่างเม็ด ทำให้สารแขวนลอยมีความเสถียรมากขึ้น

สารช่วยให้เปียกในภาคเกษตรกรรม – กุญแจสำคัญสู่การฉีดพ่นอย่างมีประสิทธิภาพ

แม้ว่าเกษตรกรรมสมัยใหม่จะมองหาวิธีการใหม่ๆ เพื่อสนับสนุนการผลิตทางการเกษตรอย่างต่อเนื่อง แต่ก็ยังคงริเริ่มหาวิธีเพิ่มประสิทธิภาพของวิธีการที่มีอยู่เดิม สารเติมแต่งในสูตรยาฆ่าแมลงมีผลอย่างมากต่อประสิทธิภาพของการฉีดพ่น ช่วยแก้ปัญหาที่เกิดจากชั้นคิวติเคิลที่ไม่ชอบน้ำและขนที่ปกคลุมใบพืช ^{[ 3]} ข้อดีหลักประการหนึ่งของการใช้สารช่วยให้เปียกในทางการเกษตรคือ การ เพิ่มพื้นที่การฉีดพ่นอย่างมีนัยสำคัญ ของเหลวที่ใช้ในการฉีดพ่น จะกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งต้นพืช แม้ในบริเวณที่เข้าถึงยาก สารกำจัดศัตรูพืชที่เข้าถึงพืชได้โดยไม่ขาดตอนจะทำงานได้ดีขึ้น และส่งผลให้สามารถเลือกปริมาณที่เหมาะสมได้ โดยปกติแล้ว ประสิทธิภาพการฉีดพ่นที่สูงขึ้นหมายความว่าต้องใช้ปริมาณยาน้อยลง นอกจากการปกป้องสิ่งแวดล้อมแล้ว นี่เป็นโอกาสในการลดต้นทุนโดยรวมและประหยัดค่าใช้จ่ายได้อย่างแท้จริง ^{[ 3]}

PCC Exol เป็นผู้ผลิตสารลดแรงตึงผิวระดับมืออาชีพสำหรับใช้ในการผลิตผลิตภัณฑ์ป้องกันพืชใช่หรือไม่?

การเลือกสารลดแรงตึงผิวที่เหมาะสมนั้นขึ้นอยู่กับเกณฑ์สำคัญหลายประการ ประเด็นพื้นฐานคือความเข้ากันได้กับส่วนผสมอื่นๆ ในสูตร รวมถึงการไม่มีผลกระทบเชิงลบใดๆ ต่อพืชที่ใช้สารกำจัดศัตรูพืช นอกจากนี้ คุณสมบัติทางกายภาพและเคมี เช่น ความสามารถในการละลายในน้ำและความทนทานต่อสภาพแวดล้อมก็มีความสำคัญไม่แพ้กัน

สารที่เรียกว่า สารลดแรงตึงผิว ถูกนำมาใช้ เพื่อ ปรับปรุงคุณสมบัติการลดแรงตึงผิวของสูตรสารกำจัดศัตรูพืช สารกลุ่มนี้มีความหลากหลายมากและมีคุณสมบัติในการลดแรงตึงผิว คุณลักษณะเด่นของสารกลุ่มนี้คือโครงสร้างโมเลกุลแบบแอมฟิฟิลิก ซึ่งประกอบด้วยส่วนที่เรียกว่า "หัว" (ส่วนที่ชอบน้ำและมีความสัมพันธ์สูงกับสารประกอบที่มีขั้ว) และ "หาง" (ที่ทำปฏิกิริยาอย่างรุนแรงกับสารประกอบที่ไม่มีขั้ว) อย่างไรก็ตาม ในกรณีส่วนใหญ่ สารลดแรงตึงผิวจะมีโครงสร้างที่ซับซ้อนกว่า โดยมีโซ่เชิงเส้นยาวเป็นกลุ่มที่ชอบน้ำ โซ่กิ่งเป็นกลุ่มที่ไม่ชอบน้ำ และอาจมีกลุ่มที่ชอบน้ำหรือกลุ่มที่ไม่ชอบน้ำหลายกลุ่มในตำแหน่งต่างๆ กัน โครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์นี้ทำให้สารลดแรงตึงผิวสามารถลดแรงตึงผิวระหว่างเฟสต่างๆ ทำให้ของเหลวแพร่กระจายและพื้นผิวเปียกได้ง่ายขึ้น ควรสังเกตว่าจลนศาสตร์ของสารลดแรงตึงผิวในการลดแรงตึงผิวในสารละลายยาฆ่าแมลงขึ้นอยู่กับส่วนที่ชอบน้ำและไม่ชอบน้ำของโครงสร้างโมเลกุล ^{[ 4, 5]} โดยขึ้นอยู่กับการมีอยู่ของกลุ่มและประจุ สารลดแรงตึงผิวแบ่งออกเป็น ประจุลบ ประจุบวก ไม่มีประจุ และ แอมโฟเทอริก ซึ่งมีทั้งกลุ่มประจุบวกและประจุลบ การเลือกสารลดแรงตึงผิวที่เหมาะสมไม่ใช่เรื่องง่าย สารลดแรงตึงผิวประจุลบมีคุณสมบัติในการสร้างฟองที่ดี ในขณะที่สารลดแรงตึงผิวประจุบวก (เช่น ROKAmin K15K ) สร้างฟองน้อยกว่ามาก แต่เป็นพิษต่อพืชโดยการจับกับฟอสโฟลิปิดที่มีประจุลบและทำลายเยื่อหุ้มเซลล์ ดังนั้นจึงไม่แนะนำให้ใช้ในการฉีดพ่น ที่ความเข้มข้นเท่ากันและมีโครงสร้างคล้ายกัน สารลดแรงตึงผิวแบบไอออนิกจะมีแรงตึงผิวสูงกว่าและมีความสามารถในการจัดเรียงตัวที่ขอบเขตเฟสได้น้อยกว่าสารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีไอออนิก เนื่องจากปฏิกิริยาผลักกันที่เกิดจากหมู่ที่มีชื่อคล้ายกัน นอกจากนี้ยังมีประจุที่สามารถสะสมบนใบได้ โดยปกติใบจะมีประจุลบเนื่องจากมีหมู่คาร์บอกซิลและฟีนอล และการดูดซับแอนไอออนที่ดีกว่าบนผิวใบ ในทางกลับกัน ใบจะมีประจุบวกได้น้อยกว่ามาก และจะเกิดขึ้นได้ภายใต้เงื่อนไขบางประการเท่านั้น ^{[ 4, 5]} ดังนั้น สารลดแรงตึงผิวที่ใช้กันทั่วไปจึงเป็นแบบไม่มีไอออนิก และความเข้มข้นของสารเหล่านี้มักถูกกำหนดโดยพิจารณาจากความสัมพันธ์ระหว่างการลดแรงตึงผิว การเกิดฟอง และประสิทธิภาพการเจริญเติบโตของพืชเป็นฟังก์ชันของความเข้มข้น ไม่ควรใช้สารลดแรงตึงผิวเกินความเข้มข้นที่แนะนำ เนื่องจากพบว่าการใช้สารลด แรงตึงผิว เกินความเข้มข้นวิกฤตของการเกิดไมเซลสำหรับสารลดแรงตึงผิวที่กำหนดจะไม่ให้ผลลัพธ์ที่ดีขึ้น ในทางตรงกันข้าม มันสามารถลดประสิทธิภาพของการฉีดพ่นและอาจยับยั้งการเจริญเติบโตของพืชได้ โดยทั่วไป การใช้สารลดแรงตึงผิวในปริมาณที่แตกต่างกันจะส่งผลให้คุณสมบัติการเปียกแตกต่างกัน ^{[ 4, 5]} .

ในบรรดาสารลดแรงตึงผิว สารประกอบออร์กาโนซิลิคอน ที่รู้จักกันในชื่อโพลีไซล็อกเซน สมควรได้รับความสนใจเป็นพิเศษ สารเหล่านี้เป็นพอลิเมอร์ที่มีโครงสร้างประกอบด้วยอะตอมของซิลิคอนและออกซิเจนที่เชื่อมต่อกันเป็นโซ่หรือเครือข่าย นอกจากนี้ยังสามารถดัดแปลงได้โดยการเติมโพลีเอทิลีนไกลคอล (PEG) เพื่อให้เกิดการอิมัลซิฟิเคชันในน้ำได้ดีขึ้น สารเติมแต่งในสูตรที่ใช้โพลีไซล็อกเซนมีประสิทธิภาพสูง สารลดแรงตึงผิวเหล่านี้ช่วยให้พืชดูดซึมและกักเก็บสารเคมีทางการเกษตรได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพสูง นอกจากนี้ยังทนต่อการชะล้างโดยน้ำฝนหรือการชลประทานได้ดีกว่าสารลดแรงตึงผิวชนิดอื่นๆ พวกมันไม่เป็นพิษ แต่สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพในระดับจำกัดเนื่องจากพันธะซิลิคอน-คาร์บอนที่เสถียร ^{[ 4]}

สารลดแรงตึงผิวอีกกลุ่มหนึ่งที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือ สารประกอบที่มีแอลกอฮอล์เป็นส่วนประกอบหลัก โดยส่วนใหญ่เป็นแอลกอฮอล์ไขมันอัลคอกซิเลต ( กลุ่มผลิตภัณฑ์ ROKanol ) โดยทั่วไปจะมี ค่า HLB อยู่ในช่วง 8-14 ค่านี้เพียงพอสำหรับสารลดแรงตึงผิวที่จะละลายในน้ำ และไม่สูงเกินไปจนทำให้ละอองสเปรย์มีคุณสมบัติชอบน้ำมากเกินไป ค่า HLB ที่เหมาะสมช่วยให้สารเหล่านี้กระจายตัวได้ดีขึ้นบนชั้นคิวติเคิลของใบ สาร ในกลุ่ม ROKAnol ซีรีส์ L, D, DB, GA, ID, IT และ NL สมควรได้รับความสนใจเป็นพิเศษ แอลกอฮอล์ไขมันไม่เพียงแต่ผ่านกระบวนการเอทอกซิเลชัน แต่ยังผ่านกระบวนการโพรพอกซิเลชันเพื่อให้มีคุณสมบัติในการเกิดฟองน้อย ตัวอย่างเช่น สาร ในกลุ่ม ROKAnol ซีรีส์ LP ซึ่งไม่ก่อให้เกิดฟอง ข้อดีอย่างมากของสารเหล่านี้คือสามารถสกัดได้จากวัตถุดิบธรรมชาติ เช่น น้ำมันมะพร้าว (ROKAnole L และ O) ^{[ 4, 5]}

โคพอลิเมอร์แบบบล็อก EO/PO ( กลุ่มผลิตภัณฑ์ ROKAmer ) ซึ่งมีโครงสร้างแบบแอมฟิฟิลิก สามารถใช้เป็นสารช่วยให้เปียกได้เช่นกัน ส่วนที่ชอบน้ำประกอบด้วยหน่วยเอทิลีนออกไซด์ และส่วนที่ไม่ชอบน้ำประกอบด้วยหน่วยโพรพิลีนออกไซด์ บางครั้งอาจมีส่วนประกอบ EO/PO แบบสุ่ม (ROKAmer B4000) ซึ่งทำให้จุดหลอมเหลวลดลงและมีคุณสมบัติการเกิดฟองน้อย หลังจากฉีดพ่นแล้ว สารเหล่านี้จะกักเก็บความชื้นได้นานขึ้น ทำให้พืชมีเวลาดูดซึมสารออกฤทธิ์ได้มาก ขึ้น โคพอลิเมอร์ EO/PO ยังมีคุณสมบัติในการกระจายตัวและทำให้สารแขวนลอยคงตัว ( ROKAmer 6500 , 6500W , 6500BW และ ROKAmer 1010 ) โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่น้ำหนักโมเลกุลปานกลาง ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงมีคุณค่าในสูตร SC และ FS ^{[ 4, 5]} สารลดแรงตึงผิวที่มีกลุ่มประจุลบนั้นใช้ในสูตรผลิตภัณฑ์ป้องกันพืชค่อนข้างน้อย โดยทั่วไปจะเป็นซัลเฟต (กลุ่มผลิตภัณฑ์ SULFOROKAnol และ SULFOBURSZTYNIAN ) หรือฟอสฟอริกเอสเทอร์ ( กลุ่มผลิตภัณฑ์ EXOfos ) สารลดแรงตึงผิวอีกกลุ่มหนึ่ง ซึ่งเป็นสารลดแรงตึงผิวแบบแอมโฟเทอริก คือ เบทาอีน (กลุ่มผลิตภัณฑ์ ROKAmina) โดย ROKAmina K30B เป็นที่นิยมเป็นพิเศษ นอกจากนี้ยังควรกล่าวถึงว่า สารเหล่านี้มักถูกเลือกใช้ในสูตร SL ร่วมกับไกลโฟเสต เนื่องจากมีผลเสริมฤทธิ์เพิ่มเติม สารลดแรงตึงผิวเหล่านี้ไม่ค่อยถูกเลือกใช้เนื่องจากคุณสมบัติในการเกิดฟอง แต่ก็ยังมีการใช้ โดยเฉพาะในสูตร SL บางสูตร ^{[ 4, 5]}

โดยสรุป: การเลือกใช้สารลดแรงตึงผิวในสูตรผลิตภัณฑ์ป้องกันพืชนั้นมีความหลากหลายมาก และมีการพัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่ๆ อย่างต่อเนื่องเพื่อตอบสนองความต้องการของผู้ผลิต เมื่อเร็วๆ นี้ สารลดแรงตึงผิวที่ได้จากธรรมชาติ ซึ่งย่อยสลายได้ง่าย เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และไม่เป็นภัยต่อผู้บริโภค กำลังได้รับความสำคัญมากขึ้น แนวโน้มนี้กำลังได้รับความนิยมและเชื่อมโยงกับความตระหนักด้านสิ่งแวดล้อมที่เพิ่มขึ้นของสังคม

อ่านเพิ่มเติม: สารลดแรงตึงผิวในปุ๋ยทางใบ