在农药和叶面肥的施用时,都要求溶液能很好地润湿植物或虫体的表面,但它们的表面往往都含有蜡质层,不易为水所润湿。表面活性剂分子是两亲分子,能对界面的润湿性能产生显著影响。由于表面活性剂的分子结构不同,在界面上的吸附速度和溶液表面张力的降低速度和程度也各不相同。溶液对植物的润湿作用和附着能力与溶液的表面张力及其变化､植物表面的性质､液滴的大小等有关。因此,表面活性剂的结构不同,对植物的润湿作用也有所不同。
植物叶面带有均匀光滑的蜡质层,纯水在叶面上易形成小水珠,粘附不牢,无法润湿。如果在水中加入一定量的表面活性剂,则其附着和润湿作用就会有所改善。表面活性剂溶液的表面张力､吸附速度以及在固体界面上的润湿作用已有一些报道。
该试验研究了几种表面活性剂的结构､浓度和它在界面上的吸附速度等关系,并测定润湿能力及其变化。
1 材料和方法
1.1 材料
以旱金莲花(Tropaeolummajus)为试材。表面活性剂为:脂肪醇聚氧乙烯醚(平平加C12H25O(C2H4O)nH,n=15～16),工业品;聚乙二醇辛基苯基醚(OP-10C8H17(C6H4)O(C2H4O)10H)),化学纯;聚氧乙烯(20)山梨醇酐单月桂酸酯(Tween-20C11H23O7(C2H4O)20H),化学纯;蔗糖脂肪酸酯(SFEC15H31COO(C6H11O5);HLB:15),化学纯。
1.2 方法
动表面张力的测定。采用滴体积法,控制液滴的滴速,连续接取10～100滴,测出液滴的重量,计录滴落时间,即可计算出每一滴的滴落时间和重量,从而计算出溶液随时间变化的动表面张力。
测定水滴在叶面上的曲率半径与宽度的相对误差。用削平尖端的微量注射器,在旱金莲叶面上注射大小不一的水滴,当达到平衡状态时,用读数显微镜测水滴的高度､曲率半径和宽度。通过计算曲率半径与1/2宽度以计算相对误差,据此判断水滴是否为球形。
测定不同表面活性剂溶液在叶面上的接触角。利用相对误差的结果,把表面活性剂的液滴控制在水滴近似为球形的范围内,并在其处于平衡状态时,用读数显微镜测液滴的高度和宽度,便可算出表面活性剂在叶面上的接触角。
2 结果与讨论
2.1 表面活性剂的浓度与表面张力及流速的关系
图1表明,H2O的表面张力呈水平直线变化,保持在70.11mN/m左右,即纯水的表面张力不变。
4种表面活性剂的表面张力在相同时间内,有随浓度增加而下降的趋势,浓度越大表面张力变化趋势越明显。因为浓度越大,在单位时间内扩散到表面的分子数量越多,因此表面张力下降越多。在0.5～20s内,浓度相同的表面活性剂,表面张力随液滴流速下降而下降;这是因为在该时间范围内,表面活性剂在界面上的吸附量随流速增加而增加之故。20s以后,表面活性剂的吸附量已经足够,故表面张力不再随流速下降而下降。
4种表面活性剂间的表面张力差异明显,每种表面活性剂的表面张力随流速以及浓度不同时而下降的速度不一致,即在界面上的吸附速度不一。其中,SFE系列变化幅度最小,在2s时,表面张力的变化只有0.5～3mN/m,即使延长至40s时,表面张力也只有60～66mN/m,这表明SFE水溶液对植物的润湿效果不很理想。其它3个表面活性剂溶液的变化则较为明显,表明它们的水溶液对植物的润湿能力比SFE强,尤其是200mg/kg的OP-10在不到2s时,表面张力下降达26mN/m,即它在界面上的吸附速度相当快。10s以后,表面张力变化趋于平缓,吸附速度变化很少,说明它在10s以后,在界面上的吸附量已足够大了。
表面活性剂在界面上的吸附主要是由碳氢链脱离水环境所引起,其吸附速度与分子的碳氢链长度呈负相关。OP-10的碳氢链最短,只有8个碳,因此在界面上的吸附速度最快,达到最大吸附量的时间最短。SFE的碳氢链最长,吸附速度最慢。
表面张力越小的表面活性剂,在叶面上的润湿能力越强。由此可知,在4种表面活性剂中,OP-10的润湿作用最好。
2.2 水滴在叶面的曲率半径与宽度的相对误差
图2表明,随着液滴宽度减少,相对误差下降。相对误差在5%左右,即液滴在宽度3mm时,可近似地看作球形。
图2 水滴在旱金莲叶面上的曲率半径与1/2宽度的相对误差
2.3 表面活性剂溶液在叶面上的接触角
附表表明,水的接触角为63°。不同表面活性剂在叶面上的接触角不同;同种表面活性剂在不同浓度时接触角不同。SFE即使在浓度较大(2000mg/kg)时,其接触角也只有70°。而OP-10的变化很明显,从70～105°。在100mg/kg时,Tween-20在叶面上的接触角最大,为86～88°。
在生产中,常把接触角定为润湿性标准,角越大,润湿能力越好。试验表明,OP-10的润湿性能最好,平平加､Tween-20次之,SFE几乎不能改善水对叶面的润湿能力。这与表面活性剂碳氢链越短,润湿性能越好的报道相符,并与动表面张力的试验结果基本一致。
3 小 结
表面活性剂碳氢越短,表面张力下降越快,吸附速度越快,达到最大吸附量的时间越短,而且接触角越大,在植物叶面上的润湿性能越好。
当在纯水中加入一定量的表面活性剂后,对溶液在叶面上的润湿作用有所改善,对于其它植物,也可能改善它在叶面上的润湿作用。
通过动表面张力的测定,可以反映表面活性剂溶液对植物叶面的润湿作用。
参 考 文 献
1 李学刚著.表面活性剂物理化学及其在农业方面的应用.重庆:西南师范大学出版社,1997.19
2 赵国玺著.表面活性剂物理化学.北京:北京大学出版社,1991.359
3 周祖康,顾惕人,马季铭著.胶体化学基础.北京:北京大学出版社,1987.127
4 赵国玺著.表面活性剂物理化学.北京:北京大学出版社,1991.344
5 李学刚著.表面活性剂物理化学及其在农业方面的应用.重庆:西南师范大学出版社,1997.320
6 李学刚著.表面活性剂物理化学及其在农业方面的应用.重庆:西南师范大学出版社,1997.37
7 赵国玺著.表面活性剂物理化学.北京:北京大学出版社,1991.497
