發(fā)布時間：2017-12-09 07:00

  本文關(guān)鍵詞：表面活性劑對液滴在靶標表面潤濕粘附行為的影響機制及調(diào)控

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【摘要】：潤濕是日常生活中的常見現(xiàn)象,在諸多方面發(fā)揮著重要作用,尤其是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。農(nóng)藥藥液在作物葉片表面潤濕鋪展,從而實現(xiàn)農(nóng)藥有效成分的滲透和傳遞,使作物免受有害生物的侵襲。但是,農(nóng)藥及其代謝物具有生物毒性,且易殘留于農(nóng)產(chǎn)品表面,因而需限制其用量。資料顯示,我國農(nóng)藥利用率為36.6%,大量藥液在葉片表面或聚并流失,或彈跳滾落,并在大氣、土壤和水環(huán)境中富集,嚴重危害生態(tài)環(huán)境安全。因此,實現(xiàn)農(nóng)藥液滴在作物表面的有效潤濕,是減少農(nóng)藥用量的關(guān)鍵因素。本文通過研究不同靶標固體的界面結(jié)構(gòu)特性,探討了表面活性劑分子結(jié)構(gòu)、濃度等對靶標表面潤濕粘附行為的影響規(guī)律及作用機制,以此為基礎(chǔ),制備得到高附著高潤濕的水基型和油基型農(nóng)藥增效助劑,實現(xiàn)了表面活性劑對潤濕粘附過程的有效調(diào)控,提高藥液在植物葉片上附著,減少農(nóng)藥用量。研究了非離子表面活性劑Triton X-100在5種光滑固體表面潤濕粘附行為,發(fā)現(xiàn)其潤濕狀態(tài)符合Young方程。表面活性劑分子在固-液界面吸附的驅(qū)動力主要為疏水相互作用、靜電相互作用及Lifshitz-van der Waals作用力,其吸附量與固體表面自由能及分量有關(guān)。當液滴與固體表面無限接近過程中,粘附力的突躍值隨濃度增加而升高,原因為表面活性劑分子向固體表面前體水膜中遷移,同時表明液滴更易粘附于固體表面。表面活性劑間的協(xié)同或拮抗作用對潤濕粘附過程也有重要影響。利用座滴法研究了非離子表面活性劑Triton X-100在植物葉片表面接觸角,考察濃度對接觸角、粘附張力、固-液界面張力及潤濕狀態(tài)影響。通過對比三種不同分子結(jié)構(gòu)表面活性劑,發(fā)現(xiàn)Triton X-100提升潤濕粘附能力最強,SDS次之,DTAB最差。由于植物葉片表面粗糙,在低濃度下,表面活性劑分子在氣-液界面和固-液界面吸附量相似,形成了不飽和吸附層,接觸角保持不變,其潤濕狀態(tài)為Cassie-Baxter狀態(tài);當濃度進一步增加,液滴突破葉片表面三維立體結(jié)構(gòu)中存在的釘扎效應,取代空氣層而處于Wenzel狀態(tài),接觸角陡降。在小麥葉片表面,當濃度超過CMC時,表面活性劑分子在氣-液界面和固-液界面形成飽和吸附層,并產(chǎn)生毛細管效應,使溶液在葉片三維立體結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生半滲透過程。與小麥葉片相比,水稻葉片疏水性更強,其在高濃度下才能實現(xiàn)潤濕狀態(tài)轉(zhuǎn)化為Wenzel狀態(tài)。同時,隨著TrtionX-100濃度增加,液滴在水稻葉片表面粘附力逐漸(最大值、突躍值及殘留)提升,說明其有利于其表面粘附和持留。根據(jù)表面活性劑對液滴在作物葉片表面潤濕粘附行為的影響機制,制備得到了兩種農(nóng)藥增效助劑。在田間藥效試驗中發(fā)現(xiàn),在農(nóng)藥使用量減少25%的情況下,其防治效果依舊達到90%,實現(xiàn)農(nóng)藥藥液有效潤濕和傳遞,以此提高農(nóng)藥利用率,減少農(nóng)藥用量,保障生態(tài)環(huán)境安全和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全。
【學位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TQ450.1;O647.1

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