润湿剂在叶面肥料中的应用研究

     如今复混肥的生产技术和占有比例是衡量一个国家化肥工业发达程度的重要方面。作为复混肥品种之一的叶面肥料的研制、生产和应用也日益受到重视。

叶面肥料具有针对性强、养分吸收快、肥料利用率高、环境污染小和成本低等特点。喷施到叶片表面的营养物质,主要是通过叶片细胞的外质连丝和气孔被作物吸收,因此,提高肥液在作物叶片上的润湿程度对提高叶面肥料利用率有着极为重要的作用。叶面肥料的研究在我国起步较晚,其润湿技术的系统研究仍未见详尽报道。本文就是研究不同表面活性剂对叶面肥料润湿性能的影响。

1基本原理

许多植物的叶片不易被水和叶面肥料润湿,这是因为它们表面常覆盖着一层疏水蜡质层,这一疏水蜡质层属低能表面,水和叶面肥料在上面会形成接触角θ>90°的液滴。加之蜡质层表面的粗糙会使θ进一步增大,造成叶面肥料对蜡质层的润湿性不好。根据杨氏方程:γ_SV-γ_SL=γ_LVCOSθ,其中γ_SV表示疏水蜡质层的表面张力(表面能);γ_SL为叶面肥料与蜡质层间的界面张力;γ_LV为叶面肥料的表面张力;θ为叶面肥料在蜡质层上形成的液滴与蜡质层间的接触角。如图1所示。　

图1表明加入润湿剂后,叶面肥料在蜡质层上的润湿状况得到改善甚至可以在其上铺展。其作用机理见图2。　

叶面肥料添加润湿剂后,润湿剂会以疏水基通过色散力吸附在蜡质层的表面,亲水基则伸入肥液中形成定向吸附膜取代了疏水的蜡质层。由于亲水基与肥液间有很好的相容性,所以γ_SL下降。润湿剂在肥液表面的定向吸附也使得γ_LV下降。为了维持杨氏方程两边相等,cosθ必须增大,接触角减小,这样叶面肥料润湿性将得到改善,如图2所示。随着表面活性剂在固液和气液界面吸附量的增加,γ_SV和γ_LV进一步下降,接触角由θ>90°变到θ<90°甚至θ=0°,使肥液完全在其上铺展。

Fox和Zisman研究发现,液体在同一固体表面的接触角随其表面张力降低而减小。因此,通过研究叶面肥料的表面张力可相应地反映出其润湿性能。

2实验及结果

2.1       实验原料

润湿剂　润湿剂有阴离子型和非离子型,阳离子型表面活性剂一般不用作润湿剂。本实验选用的表面活性剂主要有:

阴离子型　磺酸盐类:SAS-60,磺酸,SCI-65;硫酸酯盐类:K12A,AESA,AES;磷酸酯盐类:M

AP-K,MAP;羧酸盐类:MLD-30。

非离子型　烷基糖苷型:APG650,APG1200,APG2000;聚氧乙烯型:AEO-3,AEO-7-9,AEO-9;6501(1∶1),6501(1∶1.5),6501(1∶2)

两性离子型　甜菜碱型:CAB35叶面肥料　本课题组开发,含营养元素有:氮、磷、钾、铁、铜、锌、钼、锰、硼、镁等。

2.2　实验方法

本实验采用最大气泡压力法测量表面张力。实验装置见图3。　

向叶面肥料中分别加入不同种类、不同量的表面活性剂,用最大气泡压力法测其表面张力。

2.2       实验结果及讨论

叶面肥料的表面张力与表面活性剂的种类、加入量有很大的关系。考虑到叶面肥料的成本,重点研究了25℃时,低浓度区,其表面张力与表面活性剂浓度的关系,并将各类表面活性剂中,性能较好的作图如下(见图4～图6)。

由图4可看出,阴离子表面活性剂在低浓度区,硫酸酯盐类、磺酸盐类相对较好,羧酸盐类较差。　

由图5可以看出,非离子型表面活性剂在低浓度区,聚氧乙烯型优于烷基糖苷型。　

由图6可以看出,两性离子型表面活性剂在低浓度区对叶面肥料表面张力的影响,没有阴离子型和非离子型好,因而不宜用在叶面肥料上。

为进一步了解表面张力和润湿效果的关系,做如下实验:首先用水喷洗茶树叶片,让其自然干燥,采回已清洗干燥的相同部位的嫩叶,使叶片平整后,用微量滴定管,从相同的高度,以相同的速度,滴下0.1ml含不同浓度6501(1∶2)的肥液,润湿平衡后,测其润湿面积见表1(室温25℃)。由表1可以看出,随着表面活性剂浓度的提高,肥液的表面张力降低,润湿面积增大,肥液施用效果应该更好;但表面活性剂浓度超过0.01%时,肥液的表面张力、润湿面积随着表面活性剂浓度提高而变化的幅度较小,而肥液的成本却在增加。因此,控制肥液合适的表面张力应由成本分析决定。

3经济分析及结论

由于表面活性剂的价格较高,因此必须考虑添加表面活性剂造成叶面肥料成本增加的幅度,根据2001年6月份的市场价格,对几个典型的润湿剂进行经济分析(见图7)。

由图7可以看出,提高叶面肥料的润湿效果,较理想的表面活性剂是6501(1∶2)和磺酸。若选择6501(1∶2),每吨喷施液中表面活性剂的成本在1元以上,肥液的表面张力在34mN/m以下。若选择磺酸,每吨喷施液中表面活性剂的成本在1元以下,肥液的表面张力在34mN/m以上。

[参考文献]

[1]　张志明.复混肥料生产与利用指南[M].中国农业出版社,2000.

[2]　徐艳莉.表面活性剂的功能[M].化学工业出版社,2000.

[3]　天津大学物理化学教研室.物理化学(上)第3版[M].高等教育出版社,1995.157207.

[4]　Kao R L, E dwards D A, Wasan D T, et al. Measurement of interfacial dilatational viscosity at high rates of interface expansion using the maximum bubble pressure method[J].J Colloid Interface Sci,1992,(148):247260.