Сурфактанты

Понимание химических веществ различных увлажняющих средств

Поверхностно-активное вещество (сурфактант) представляет собой увлажняющее средство, но увлажняющее средство может не быть поверхностно-активным веществом.

Увлажняющее средство — это любое соединение, которое заставляет жидкость легче распространяется по поверхности твердого вещества или проникать в него, за счёт уменьшения поверхностного натяжения жидкости.На сегодняшний день для гольф-полей на рынке существует множество продуктов, содержащих увлажняющее средство. Как общий класс средств по уходу за газоном, увлажняющие средства являются одними из наиболее часто используемых на полях для гольфа. Здравый смысл подсказывает, что не все поверхностно-активные вещества или увлажняющие средства одинаковы. Все фунгициды, гербициды и инсектициды для ухода за газоном организованы в свои собственные классификации, например, стробилурины, фосфиты и т. д. Было бы неплохо, если бы можно было также объединить увлажняющие средства и поверхностно-активные вещества в соответствующие категории в зависимости от различных химических веществ, из которых они получены. Это цель данной статьи.За прошедшие годы произошло постепенное изменение типа почв, используемых для строительства и обслуживания полей для гольфа. Произошел переход от использования смешанных верхних слоев почвы (типичные искусственные верхние слои почвы составляли смесь песка, почвы и торфа 1:1:1 по объему) до почти чистых песчаных почв, используемых сегодня. Песчаные почвы используются для устройства «гринов» и стартовых площадок и даже для песчаного покрытия гладких полей. Эти же песчаные почвы используются для посыпки этих областей. Пески заменили почвы. Это суть. Песчаные почвы имеют тенденцию быть или становиться гидрофобными (отталкивающими воду) в отличие других почв.

 Диагностика локализованного сухого пятна и гидрофобного сухого пятна в поле может быть относительно простой, особенно при обнаружении росы на траве. Там, где есть роса, хорошая влажность почвы. В противоположность этому, всего лишь через несколько дюймов на газоне росы нет. Пришло время проверить участки, используя почвенный зонд. См. следующее фото.

 Области без росы представляют собой сухую пыль (слева), тогда как образцы, взятые в прилегающей зоне с росой, показывают хорошую влажность почвы. Пылеобразная сухая почва является гидрофобной или водоотталкивающей. Никакой объём воды не увлажнит заново сухую область. Для повторного увлажнения почвы, контроля увядания газона (и его ухудшения), для экономии труда при ручном поливе и для улучшения внешнего вида и пригодности газона для игры необходимо увлажняющее средство, предпочтительно в сочетании с какой-либо формой поверхностной аэрации.

Одним из наиболее часто задаваемых вопросов является: «Какой продукт для увлажнения лучше всего использовать?» Это зависит от многих факторов. В частности, это зависит от того, чего вы хотите достичь с помощью этого продукта. Является ли это увлажнением заново сухой, водоотталкивающей почвы в результате развития изолированного сухого пятна? Или необходимо предотвратить развитие изолированных сухих пятен в первую очередь? Нужно ли сделать «воду влажнее», добавляя этот продукт в систему орошения вашего поля для гольфа, чтобы переместить воду по почве? Или необходимо повысить эффективность орошения и производительность газона, используя меньше воды? Использовать ли увлажняющие средства (правильно или неправильно) в качестве адъюванта при распылении гербицидов, инсектицидов, регуляторов роста или фунгицидов? Или это должно улучшить размещение в корневой зоне пестицидов и удобрений при почвенном применении или уменьшить их вымывание? На эти непростые вопросы нет простого ответа, потому что, опять же, доступно так много разных увлажняющих средств/почвенных поверхностно-активных веществ. Внимание: хотя увлажняющее средство является поверхностно-активным веществом, оно только увлажняет. Поверхностно-активное вещество может делать больше, чем просто увлажнять сухую почву.

 Слева — Обратите внимание на рисунок росы на этом участке испытания увлажняющего средства и почвенного поверхностно-активного вещества. Хотя увлажняющее средство является поверхностно-активным веществом, оно только увлажняет. Поверхностно-активное вещество может сделать больше, чем просто заново увлажнить почву. Справа — Сухие пятна и неравномерное увлажнение могут быть проблемой на любом участке поля для гольфа, включая «грин», стартовую площадку, область вне игры и, в данном случае, гладкое поле. В то время, как все типы почв могут стать гидрофобными, песчаные почвы (которые в любом случае содержат меньше влаги), по-видимому, имеют наиболее серьезные проблемы. Несмотря на то, что существует тенденция к «твердому, сухому и быстрому», бывают ситуации, когда газон страдает от постоянного увядания. В результате газон погибает, особенно когда машины для гольфа проезжают по увядающей увлажняющие средства и почвенные поверхностно-активные вещества могут быть использованы для увлажнения области заново, обеспечения более равномерного увлажнения почвы с течением времени и предотвращения повторения проблемы в будущем.

ПОЧВЕННЫЕ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА (СУРФАКТАНТЫ)

Почвенные сурфактанты изготавливаются из нескольких различных классов поверхностно-активных химических веществ. Эти классы химических веществ имеют молекулы с различной структурой, и поэтому у них разные способы действия при взаимодействии с водой и почвой. В этой статье будут обсуждаться различные классы химических поверхностно-активных веществ и их различные молекулярные структуры. Определяя возможности каждого класса химических поверхностно-активных веществ и определяя, какой класс или классы поверхностно-активных веществ каждый конкретный продукт содержит, менеджеры гольф-полей лучше поймут, какой продукт лучше использовать для решения конкретной проблемы управления. Внимание: эта статья не предназначена создать рекомендации в пользу какого-то продукта в ущерб другим. Все увлажнители/поверхностно-активные вещества имеют конкретные применения. Цель статьи — обеспечить информацией, чтобы лучше понять эти продукты и принять решение конечным пользователям, менеджерам гольф-полей, какой продукт лучше всего соответствует их потребностям.

ХИМИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА СУРФАКТАНТОВ

1. Анионные поверхностно-активные вещества и смеси с ними.

Анионные увлажняющие средства являются отрицательно заряженными поверхностно-активными веществами. Они могут предложить быстрое смачивание, но, в зависимости от нормы внесения, могут быть фитотоксичными для газона. Из-за своего отрицательного ионного заряда анионные поверхностно-активные вещества могут вызвать дисперсию глинистых частиц, что может отрицательно повлиять на структуру почвы в мелкотекстурированных природных почвах. В сельскохозяйственной химической промышленности эти соединения часто используются для содействия диспергированию глин в текучих или суспензионных составах концентратов. Иногда называемые «старыми химическими препаратами», анионные увлажняющие средства были представлены на рынке ухода за газонами в 1950-х годах.

2. Неионогенные поверхностно-активные вещества.

2.1. Полиоксиэтилированные (ПОЭ) ПАВ. Эти ПАВ (также называемые алкилфенолэтоксилатными) также являются увлажняющими веществами «старой химической технологии». Подобно анионной группе поверхностно-активных веществ, ПОЭ также могут быть фитотоксичными для газона на мелкотекстурированных почвах при использовании в некоторых ситуациях. Изначально они были разработаны для исправления локализованных засушливых областей, поэтому они помогают устранять водоотталкивающие свойства, но не так хорошо, как увлажняющие средства новых химических классов, которые были разработаны и внедрены в 1990-х годах. Этот химический класс может улучшить перемещение воды в почву. 2.2. Блок-сополимерные ПАВ. Этот химический класс увлажнящих средств сегодня наиболее широко используется на рынке ухода за газонами. Эти соединения значительно безопаснее для газона на мелкотекстурированных почвах, чем ПОЭ, и очень эффективны для уменьшения водоотталкивающих свойств почвы, улучшения влагоудерживающей способности почвы и увеличения доступной для растений воды. Используются две основные химические структуры:Прямые блок-сополимеры. Полевые наблюдения показывают усиленное движение воды в почве, что может быть полезно в программах выщелачивания.Обратные блок-сополимеры. Полевые наблюдения показывают усиленное удержание влаги в корневой зоне, что может быть особенно полезно в почвах, которые не содержат много воды. Некоторые компании называют эти соединения «поверхностно-активными веществами удерживающего типа». Эти материалы были внедрены в промышленность в 1995 году.Смеси прямых и обратных блок-сополимеров. Ученые пытались найти способы использовать характеристики соответствующих поверхностно-активных химических веществ. Исследования показали, что смесь прямых и обратных блок-сополимеров была более эффективной в исправлении локализованных сухих пятен и улучшении качества газона, чем прямой или обратный блок-сополимер, используемый отдельно.

Внимание: «полевые смеси» увлажняющих средств различных химических классов становятся все более распространенными. То есть два или более увлажняющих средства/ почвенных сурфактанта смешивают в резервуарах, чтобы попытаться добиться увлажнения заново, удержания и перемещения избыточной воды через почвенный профиль.

 Рисунок живого и увядшего газона на песчаной стартовой площадке. Для песчаных почв управление водой всегда является проблемой, особенно в жаркую и сухую погоду.

 «Твердые, сухие и быстрые» условия хороши для гольфа, но для менеджера гольф-поля непросто найти способы максимально эффективного и рационального использования воды, избегая при этом чрезмерной сухости, которая может повредить газон, особенно при движении машин для гольфа, как четко показывает это изображение. Увлажняющие средства и почвенные поверхностно-активные вещества могут быть важными инструментами управления для достижения этой цели, независимо от того, распыляются они на газон или вводятся в оросительные системы.

2.3 Алкилполиглюкозидные поверхностно-активные вещества изготавливаются из молекулы сахара, прореагировавшей с жирной кислотой, и считаются поверхностно-активными веществами природного происхождения (но их не следует путать с органическими). Как и многие поверхностно-активные вещества, алкилполиглюкозиды могут уменьшать водоотталкивающие свойства почвы. Однако, при смешивании с поверхностно-активным веществом из блок-сополимера было показано, что эти составы увеличивают просачивание(проникновение) больше, чем один компонент увлажняющего средства в отдельности. Это явление синергетической работы поверхностно-активного вещества по увлажнению — первое явление, о котором сообщалось в отношении увлажнителей почвы, привело к получению патентов на эту технологию в США и во всем мире. Эта смесь химического состава увлажняющих средств улучшает скорость проникновения воды в почву по сравнению с прямыми блочными сополимерными продуктами. Эти средства, по-видимому, улучшают доступность воды в корневой зоне для улучшения условий выращивания и повышения эффективности орошения. Независимые университетские исследования показали, что обработка привела к улучшению воды, доступной растению и улучшению качества газона, даже когда затраты на орошение были снижены до менее, чем 50% -ной замены эвапотранспирации. Эти химические вещества стали применяться в 2000 году.

2.4 Модифицированные блок-сополимеры с метильным «хвостом». Этот класс увлажняющих средств является запатентованным вариантом класса блок-сополимеров. Структура молекулы была модифицирована путем замены концевых групп -ОН на -СН3 «хвосты». Это небольшое изменение в структуре молекулы модифицировало гидрофильность концевых групп. Группы -ОН являются гидрофильными или влаголюбивыми, в то время как -CH3 (метильные группы) являются гидрофобными или отталкивающими воду. В результате метильные группы придают небольшую гидрофобную характеристику концевым группам. Эта модификация изменяет способ, которым поверхностно-активное вещество связывается с гидрофобными покрытиями, вызывающими водоотталкивающие свойства. Это приводит к получению более тонких, более непрерывных пленок воды вокруг частиц почвы и поверхностей органического вещества, что уравновешивает соотношение воздуха и воды в почве для (мы надеемся) лучшей среды роста в почве. Полевые испытания показали разнообразные преимущества в доступности почвенной влаги, производительности газона и устойчивости газона к стрессу. Этот химический класс, получивший патенты в США и во всем мире, был внедрен в использование в 2004 году.

2.5 Молекулы перераспределения гуминовых веществ. Этот класс увлажняющих добавок был запатентован компанией Milliken & Co. и представлен Aqua-Aid в индустрии газонов в 2003 году. Эти молекулы обеспечивают проникновение воды через почвенный профиль, разрушая гидрофобные супрамолекулярные гуминовые ассоциации, наиболее распространенные в верхних 1-2 сантиметрах почвы, что приводит к локализованным сухим пятнам. Уменьшение размера крупных гидрофобных ассоциаций до более мелких, более растворимых конформаций приводит к увеличению проникновения воды и позволяет перераспределять эти «меньшие соединения» с поверхности, где они вызывают проблемы с управлением водными ресурсами, через профиль почвы, где они могут быть полезными для контроля влажности.

2.6 Мультиразветвленные регенерирующие увлажняющие средства. Эти молекулы отличаются от традиционных молекул линейного сополимера тем, что они имеют значительно более высокую молекулярную массу и имеют множество интерактивных участков, так что каждая ветвь сама по себе является увлажняющим веществом. Разветвление в сочетании с более высокой молекулярной массой не только увеличивает взаимодействие увлажняющего вещества и почвы, но также влияет на профиль биоразложения. Поскольку одна ветвь удаляется посредством биоразложения, регенерируется новый поверхностно-активный вид с более низкой молекулярной массой, чтобы продолжать управлять водой в профиле почвы. Использование этих молекул на газонных травах было запатентовано в 2005 году компанией Milliken & Co. Подобные соединения содержит продукт PBS-150®.

3. Катионные ПАВ. Эта группа поверхностно-активных веществ обычно не используется в качестве увлажняющих средств для почвы из-за их сильной биоцидной активности. Многие из этих соединений являются эффективными дезинфицирующими средствами и могут быть особенно агрессивными по отношению к тканям растений, что приводит к серьезному повреждению растений при применении в норме расхода, эффективной для уменьшения водоотталкивающих свойств. Как положительно заряженная молекула, они плотно связываются с частицами почвы и, как сообщалось, приводят к тому, что обработанные почвы становятся более водоотталкивающими при повторном использовании. Насколько нам известно, катионные поверхностно-активные вещества не предлагаются в качестве увлажняющих средств в сельском хозяйстве.

4. Новые химические вещества. Без сомнения, в будущем появятся новые увлажняющие средства/поверхностно-активные вещества и смеси. Способность модифицировать и управлять водой более продуктивно и более эффективно продолжает оставаться долгосрочной целью. Точно так же будут разработаны новые продукты, которые позволят более равномерно увлажнять почву и более эффективно использовать воду в этой почве, а также лучше справляться с текущими проблемами, связанными с изолированными сухими местами и плохими почвами.

УПРАВЛЕНИЕ

Одной из основных тем управления, которая не обсуждалась в этой статье, является использование и управление увлажняющими средствами и почвенными поверхностно-активными веществами. Часто эти продукты добавляют в виде вспомогательных средств при распылении «просто потому, что». Это создает совершенно новый набор взаимодействий, которые трудно измерить. Например, немного дополнительно увлажняющего средства в резервуаре помогает при применении фунгицида или снижает эффективность фунгицида? Все эти вопросы можно обсудить с техническим представителем.

 Слева — Гибель газона из-за локализованных сухих пятен. Решением является программа применения увлажняющих средств или почвенных поверхностно-активных веществ, которая позволяет траве восстанавливаться и предотвращать повторное возникновение проблемы в будущем. Справа — Полное восстановление. Локализованное сухое пятно повторно не возникло, благодаря корректировке ухода за газоном путем использования увлажняющих средств и почвенных поверхностно-активных веществ.

Как лучше всего управлять орошением — еще одна важная тема управления. В частности, если ваша цель состоит в том, чтобы повторно увлажнить сухую гидрофобную почву, лучше всего подготовить участок, осуществив каким-либо способом поверхностную аэрацию, предварительно полить участок, нанести увлажняющее средство или почвенное поверхностно-активное вещество и пролить участок, чтобы переместить это вещество в почвенный профиль. Для максимальной эффективности в этом случае лучше не давать увлажняющему средству высохнуть. Необходимо полить быстро и обильно. Поэтому добавление других продуктов может ухудшить их действие либо из-за слишком большого количества воды, либо ухудшить действие поверхностно-активного вещества из-за нехватки достаточного количества воды.

 Стилизованное представление о том, как выглядит разветвленная молекула увлажняющего средства. (Изображение предоставлено Milliken & Co.)

При подготовке этой статьи почти каждый участник сделал следующее замечание: с имеющимися у нас сегодня вариантами увлажняющего средства, вы либо обрабатываете воду, либо обрабатываете почву. Существуют различные химические составы увлажняющих веществ для решения любой проблемы, которая может возникнуть. Кроме того, увлажняющие средства и почвенные поверхностно-активные вещества, доступные сегодня, намного сложнее, чем продукты, используемые много лет назад.Увлажняющие средства и почвенные поверхностно-активные вещества в настоящее время используются на газонах и полях для гольфа разными способами и для решения различных задач. Важно подумать о том, чего вы пытаетесь достичь, применяя любые средства по уходу за газоном, в том числе увлажняющие средства и почвенные поверхностно-активные вещества. ПРОЧИТАЙТЕ ЭТИКЕТКУ. Если на ваши вопросы нет ответа, свяжитесь с консультантами. Это стоит сделать, чтобы убедиться, что продукт, который вы используете, применяется правильно.

Авторы: STANLEY J. ZONTEK и DR. STANLEY J. KOSTKA

Перевод: Анна Устименко, SAP berry club.