有机硅助剂在农业领域的应用

有机硅助剂在农业领域的应用 摘要：以有机硅为主要成分的表面活性剂已广泛应用于护肤品、护发品、美容品及抗汗剂、除臭剂、农药助剂等特殊品中。在农业领域，有机硅农用助剂符合农业助剂的最核心的要求，相比其他常规表面活性剂在许多方面具有优势，可提高农药功效，降低农药对环境的影响，减少农药喷施，包括用水、用工的综合成本，用量低，毒性低，环境友好。起初，有机硅农用助剂主要用于桶混 ，随着对产品特性的进一步了解，也为了市场的需求，制剂工程师逐渐将其用于农药配方中，例如用作润湿铺展剂、润湿渗透剂、油相增效剂和消泡剂等，选择合适的有机硅农用助剂可以改善农药配方的不足。本文简单介绍了有机硅助剂的结构、制备以及对各种蔬菜作用的应用效果，并对其发展方向做了简单分析。 关键词：有机硅助剂；农用；结构；制备；应用功效 0引言 有机硅材料具有许多独特的性能，如表面张力低、粘温系数小、压缩性高、气体渗透性高、耐高低温、电气绝缘、耐氧化稳定性、耐候性、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等，这些优异的性能使其在各领域得到了广泛应用。 有机硅在农业中应用的产品主要有农用有机硅表面活性剂和泡沫控制剂[1]。农用有机硅表面活性剂包括：农药配方助剂和喷雾助剂，其中应用量最大的是有机硅喷雾助剂，主要成分为聚醚改性三硅氧烷化合物，广泛地应用于杀虫剂、杀菌剂、除草剂、叶面肥、植物生长调节剂和生物农药[2]。这类助剂具有极强的展着性，耐雨水冲刷，可大大降低液体表面张力[3]，并能通过气孔快速吸收，使用它能降低农药用药量，提高农药有效利用率和减少农药对环境污染[4]。 1农药与表面活性剂[5] 农药制剂的加工离不开表面活性剂农药剂性(包括乳油、水乳剂、微乳剂、可湿粉、可溶粉、可分散性粒剂、颗粒剂等)的加工都要加入不同类别的表面活性剂。表面活性剂的加入大大降低了溶液的表面张力增强了药剂在植物或害虫体表的润湿、展布以及附着力从而提高药效。目前应用的农药表面活性剂的主要有脂肪醇聚氧乙烯类、烷基苯酚聚氧乙烯醚类、磺酸盐类、磺酸酯类、酰胺类、有机硅类等。农药表面活性剂本身没有杀虫和杀菌的效果但是其乳化性和展着性会影响农药的药效。目前有效成分、含量相同的国产剂性和跨国公司的剂性的主要差别就在于剂性中表面活性剂的应用上。如国产41%水剂和农达除草效果的差异；国产40%毒死蜱和陶氏公司乐斯本的杀虫效果的区别都是因为添加的表面活性剂的不同而造成的。 农药表面活性剂通常可以分为两种方式加入到农药剂性中应用。一种是直接和农药原药混用配置成剂型产品。另一种是作为桶混助剂在田间地头现混现用。现混现用的农用表面活性剂市场上有两类，第一类以高金噻酮、氮酮等为主要成分的具有渗透性功能的农用助剂。代表的企业是河南新乡高金药业的几个产品金刚钻、金粉、银粉、见菌杀。第二类以改性聚三硅氧烷如Fairland 2408Silwet 408B-204S-309为主要成分的复配而来的有机硅农用表面活性剂。有机硅表面活性剂可将水的表面张力降低至约20mN/m，是当前最佳的展布剂。它对于疏水性或易润湿的叶面，均可促成完全的覆盖[6]。 2有机硅表面活性剂的应用特性 2.1良好的湿润性 表面活性剂润湿的能力很大程度上决定于液滴和叶表面之间的接触角。而喷雾液在叶表面的接触角或延展面积与喷雾溶液的平衡表面张力、叶表面的化学特性、形态特征有关。虽然常规的非离子表面活性剂能增加喷雾液的润湿性，但是它们并不能在疏水叶面上完全润湿，这必将会使活性成分的吸收量减少和降低抗雨效果[7]。水溶液表面张力的大小与水溶液在固体表面尤其是疏水表面的润湿能力、润湿速度有直接关系。表面张力越小，水溶液润湿固体表面的速度越快，润湿的面积或铺展的面积越大。有机硅比常规表面活性剂更能降低表面张力，大多数表面活性剂水溶液在临界胶束溶度之上的平衡表面张力约为30~40mN/m，而有机硅表面活性剂是例外，其值低于22mN/m，所以能促使农药乳液迅速润湿，渗透到植物的茎、叶、梗的每一个细小部位，使农药的作用发挥到最大效力，而且作用时间大大延长[8]。 2.2超级展扩性能[9] 超级展扩性能是聚醚改性三硅氧烷表面活性剂（TSS）特有的性能，含0.1%TSS水溶液的扩展面积是纯水面积的10倍以上，这种性能使药液在叶面上达到最大覆盖和附着，甚至可以使药液进入叶片背面，或在植物根部形成包覆层达到杀虫、杀菌等功效，极大的增强了农药的药效。M.He[10]研究了改性三硅氧烷表面活性剂水溶液的相形为和微观结构，并通过微观结构证实了具有超级展扩性的聚氧乙烯醚三硅氧烷化合物的结构。R.M.Hi[11]证实了具有超级展扩的三硅氧烷化合物的相形为是形成双层聚集体和层次液晶。 2.3 超强渗透性 在自然界中，许多植物叶片上都有一层厚厚的蜡质，药液很难在上面附着。有些叶片的特殊结构，如荷叶、芋头等，几乎很难让水停留。而害虫们为了逃避捕杀，往往都用尽心机。瞧，这棵甘蓝表面上没有受到什么损害，可是掰开叶子一看，里面已经被小菜蛾吃得惨不忍睹。狡猾的小菜蛾大口大口地啃食菜叶，但是它并不把它咬穿，而是留下一层薄薄的表皮，就像一把安全的保护伞，将它们保护在下面。有机硅超级的展着性能，使药液在蜡质的叶片上，也同样扩展自如。有机硅助剂还能够通过植物叶片上的气孔来促进农药的快速吸收。添加有机硅助剂可以提高使用内吸型药剂的可靠性。在雨季，减少重复喷雾带来的损失。有机硅的这种渗透性还可以用来对付那些有蜡质层、不容易被药液润湿的害虫[12]。 3 农用有机硅助剂的结构及制备 3.1结构 农药助剂用有机硅表面活性剂大多以硅氧键（—Si—O—Si—）为骨架组成的聚硅氧烷，属螺旋结构，T型结构，具有由甲基化硅氧烷组成的骨架，从骨架上连接一个或以上的聚醚链段。其中的甲基面向外侧覆盖于芯部的—Si—O—Si—主链，甲基表面能很低，遮盖了高极性的硅氧主链，导致了聚硅氧烷的分子间力很弱，表面张力非常低。有机硅表面活性剂主要由硅油和聚醚组成，一般是通过硅氢加成反应制得，亲水性的聚醚链段赋予其水溶性，疏水性的硅氧烷链段赋予其低表面张力。通过改变硅氧烷和聚醚的分子量、聚醚链末端官能团的种类，可以使其具有不同特性。在实际应用中，可根据实际情况，合成出适合于不同结构、不同用途的有机硅表面活性剂[13]。 3.2制备 按亲水基的化学性质，农用有机硅表面活性剂一般分为非离子型和离子型。 3.2.1非离子型有机硅类表面活性剂的制备 非离子型有机硅类表面活性剂主要是由含Si—H键的硅氧烷和含C=C键的聚醚在催化剂存在下通过硅氢加成反应制得，常用的催化剂有氯铂酸异丙醇溶液、铂配合物（如二乙烯基四甲基二硅氧烷合铂配合物，即Karstedt′s催化剂）等[14]。 3.2.2离子型有机硅类表面活性剂的制备 虽然目前农药用有机硅助剂大都是非离子型三硅氧烷表面活性剂，但非离子型三硅氧烷对草甘膦在植物体内的吸收有明显拮抗作用，因此需要进行改性，以扩大其用途。改性方法可以先在聚硅氧烷中引入环氧基、氨基等反应性基团，再经亲核加成反应进一步制成阴离子、阳离子和两性离子型产品[14]。 4农用有机硅助剂的应用功效 硅元素被国际土壤界认为是继氮、磷、钾之后的底种植物营养元素。因此，有机硅助剂不仅作为表面活性剂起到润湿、节水省药的作用[15]，还能被植物吸收，促进蔬菜植株生长，提高蔬菜抗性等[16]。 林春丽等[17]通过对比实验，证明有机硅助剂混配具有提高杀菌的药效作用，从而提高了对水稻穗颈瘟的防治效果。李英[18]研究了有机硅助剂在防护小麦蚜虫上的应用效果，试验研究表明，施用助剂对小麦蚜虫有一定的防治效果，其效果因用药浓度不同而有显著差异。郭泗明[19]将有机硅喷雾助剂与12.5%欧得悬浮剂混配进行实验，结果表明有机硅喷雾助剂能显著改善药液的界面性能，并且当两者比例恰当时，能显著提高药剂对葱锈病的防效。 张宇[20]、刘保友[21]等人研究了加有机硅超润湿剂的农药杀虫和保叶作用，结果表明添加少量的有机硅助剂即可显著提高毒死蜱乳油对稻纵卷叶螟的杀虫效果。袁斌[22]、王奇君[23]等研究了有机硅助剂S240对小菜蛾防治的增效作用，表明添加S240能明显提高阿维菌素对小菜蛾的室内毒力与田间防效。朱金文[24]、张江[25]等研究了有机硅喷雾助剂对草甘膦在空心莲子草上的沉积与生物活性的影响，研究结果表明，添加有机硅喷雾助剂促进了草甘膦在空心莲子草中的向下传导性能，提高了草甘膦水剂在空心莲子草叶片的耐雨水冲刷性能，但会降低草甘膦药液在空心莲子草上的最大稳定持留量。 5结束语 助剂与农药发展密切相关，农药助剂在农药剂型的配制和赋予有效成分最佳效力等方面起到了重要作用。正是由于农药助剂的迅速发展，今日才会有众多新剂型和高质量的制剂产生。有机硅表面活性剂代表了一类新型、高效的农药助剂，应用前景十分广阔。 今后农药助剂用有机硅表面活性剂的发展方向为：新型结构三硅氧烷表面活性剂的开发，各种不同结构有机硅表面活性剂的推出，以适应不同农药、不同制剂的要求，给农药制剂配方研究带来新的观念和思路。 参考文献： [1] 廖洪流.有机硅助剂在农业中的应用进展[J].应用科技，2008，16（14）：26-27 [2] 禹文成，钱浩.浅谈农用有机硅的应用[J].山东农药信息，2009（1）：37-38 [3] 关成宏.农用有机硅助剂应用技术[J].现代化农业，2009（2）：8 [4] 华乃震.有机硅助剂的性能与应用[J].农药市场信息，2011，（9）：16-18 [5] .农用有机硅助剂介绍[J].有机硅氟资讯，2009（3）：36-38 [6] 高德霖.农药应用助剂的构成和作用机制（续二）[J]. 精细化工基地信息通讯，2000（6）7-10,6 [7] 邓锋杰，曹顺生，温远庆.农药用有机硅表面活性剂的研究进展[J].化学研究与应用，2002,14（6）：723-724 [8] 尹丹娜，郑成，张利萍.农用有机硅表面活性剂的研究进展[J].广州化工，2009,37（5）：44-47 [9] 李晓光，周宏慧，李妍，等.表面活性剂的特性及在农药中的应用[J].广东化工，2010,37（10）：69-70 [10] He M,Hill R M,Lin Z,et al[J].J Phys Chem B,1993,97:8820-8834. [11] Hill RM.[J].Langmuir,1994,10:1724-1734. [12] 王少丽，朱国仁，张友军.农用有机硅喷雾助剂在害虫化学防治中的应用[J].长江蔬菜，2010（18）：112-115 [13] 陈杰，何亮.有机硅表面活性剂在农药中的应用[J].吉林化工学院学报，2012,29（9）：29-31 [14] 黄良仙，郝丽芬，袁俊敏，等.农用有机硅表面活性剂的制备及应用研究新进展[J].有机硅材料，2010,24（1）：59-64 [15] 缪玉刚，赵钢，杨福丽.有机硅助剂在农药使用中的节水省药研究[J].当代生态农业，2009（21）：53-56 [16] 王振学，史红志，张林.有机硅在保护地蔬菜上的应用[J].中国种业，2011（1）：69-70 [17] 林春丽，王玉荣.有机硅助剂对杀菌剂增效作用试验总结[J].黑龙江科技信息，2011（8）：210