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悬乳剂技术发展新思路——不添加有机溶剂

作者:遇璐 等 更新时间:2019-11-15 点击量:1352

摘要:[目的]采用不加入溶剂的方式制备悬乳剂,获得物性合格、生物活性优良的悬乳剂产品。[方法]筛选不同结构类型表面活性剂,通过配方工艺的调整,开发出3%双氟·唑草酮悬乳剂SE,并对产品的制剂理化?#38405;?#21450;生物活性进行研究。[结果]通过该技术的研究获得了?#38405;?#25351;标优良、对猪殃殃的ED90值为3.6 g a.i./hm2明显优异于市售对照产品4.8 g a.i./hm2的悬乳剂产品,探究?#23435;?#28342;剂悬乳剂开发的可能性。[结论]产品?#38405;?#32467;果显示,分散稳定性合格,悬浮率为99%,其各项控制指标均符合悬乳剂的相关标准。生物活性数据表明,该制剂具有较优的生物活性,从环保意义和农药制剂探索方面均有重要意义。

 

悬乳剂SE是悬浮体系和乳液体系混配的多相复合体系,可以把几?#27835;?#24615;不相容的农药活性组分放在一个体系,制备为一?#25351;?#37197;制剂产品,是改善药效、扩大应用范围和延缓抗性的重要手段之一,是一种较新的环保剂型。近年来,国外农化公司在悬乳剂开发方面所获成绩人瞩目,在国内有15个悬乳剂产品登记。?#28909;?#32654;国FMC公司的春收®产品3%双氟·唑草酮SE用于一年生阔?#23545;?#33609;的防治效果显著,?#30340;?#21453;响优良。悬乳剂技术也引起国内同行的注意和重视,加快了该剂型的开发和研究悬乳剂已经成为我国农药制剂研发中的重要剂型,目前有337个产品登记,主要是除草剂,还有少?#21487;本?#21058;和杀虫剂。悬乳剂开发中?#35805;?#38656;要使用有机溶剂,溶解一种有效成分使其以乳液状态在体系中存在。本研?#23458;?#36807;助剂体系的筛选和配方工艺的研究,在无溶剂加入的条件下,制备了3%双氟·唑草酮SE,获得了?#38405;?#25351;标优良、生物活性良好的悬乳剂产品。在如今溶剂禁限用的大环境下,为悬乳剂制剂技术提供了另一种切实可行的绿色研究思路。

 

1  试验设计思路

本试验主要从制剂绿色环保发展角度,探索一?#27835;?#28342;剂悬乳剂开发的可能性。试验预期通过探索适?#29616;?#21058;体系的筛选以及工艺路线,在不加入溶剂的前提下,完成悬乳剂的制备。预期可以获得各项物性指标合格、生物活性优良的悬乳剂产品。

 

2  材料与方法

2.1 试验药品助剂

试验中所用主要药品试剂为AEO3、Tween80邢台燕诚化学SP21R、SP2728、SPSC3江苏擎宇化工SK20TX上海星飞化工Atlox4913、Atlox4894英国禾大D425、NS500LQ、D3020南京捷润YUS FS3000上海杰士化工3%双氟·唑草酮SE苏州富美实

 

2.2  仪器与设备

试验中所用的主要仪器设备如下:立式砂磨机沈阳格瑞斯机械有限公司、高剪切乳化机德国Wiggen Hauser公司、电子天平万分之一,梅特?#23637;?#21496;、高效液相色谱仪安捷伦公司、激光粒度仪丹东市百特仪器有限公司、精密pH计上海佑科仪器仪表有限公司

 

2.3  研究方法

2.3.1  悬乳剂的制备工艺及方法

试验未加入溶剂,采用2种悬乳剂工艺进行样品制备。

 

1步法制备?#28023;?/FONT>1)按比例称取唑草酮、分散剂、乳化剂,加入需补足水量,于45~50℃水浴中搅拌约30 min,至唑草酮原药完全乳化于水中。2)称量加入其他组分,初步混合均匀,以下步骤同悬浮剂制备,即高剪切机?#22336;?#30862;-砂磨机?#25913;?调配混合。

 

2步法制备?#28023;?/FONT>1)水相制备。按比例称取双氟磺草胺原药、分散剂、增稠剂、抗冻剂,按照悬浮剂制备工艺进行,即高剪切机粗磨-砂磨机?#25913;?调配混合。2)乳液相制备。按比例称取唑草酮原药、乳化剂、补足水分,于45~50℃水浴中搅拌约30 min,即得。3)混合。将水相与乳液相1∶1混?#38686;?#24471;。

 

2.3.2  制剂配方中助剂体系的筛选

由于未加入溶剂,本悬乳体系中仅唑草酮作为油相存在因此,需要筛选与之匹配的乳化剂体系。乳化剂可降低油水表面张力,使油相乳化分散在水相中,在唑草酮无溶剂溶解的前提下,提供油滴间的静电斥力和空间稳定力。乳化剂还可起到改善乳液与悬浮液在浓缩和稀释状态时的配伍问题。常用的乳化剂有烷基苯磺酸盐类、脂肪醇聚乙烯醚类、苯乙烯基酚聚氧乙烯醚类、多元醇脂肪酸酯及其聚氧乙烯加成物等。本试验从各类型乳化剂中进行筛选复配,确定种类以及最?#38597;?#26041;,最后测定配方的制剂?#38405;?#26469;筛选合适的体系。

 

2.3.3  制备工艺条件的选择

砂磨过?#35752;?#30722;磨介质使用量的多少,对砂磨效?#31034;?#26377;很大的影响因此,有必要对砂磨介质的配比进行选择。用平均?#26412;?#20026;1.5 mm的氧化锆珠或者硅酸锆珠作为介质,以2倍的物介比制备3%双氟·唑草酮悬乳剂样品,在转速为1 400 r/min?#20445;?#30722;磨时间为2 h,测定样品的粒度大小及粒度分?#35760;?#20917;。

 

2.3.4  室内生物活性测试方法

以市售3%双氟·唑草酮SE样品为对照,在?#29575;?#26465;件下测定所开发样品对猪殃殃[Galium aparine L. var. tenerum(Gren. et Godr.) Rcbb.]的活性。

 

将定量的猪殃殃种子播于高度为9 cm的一次性纸杯中,播后覆土0.5 cm,镇压、淋水后在?#29575;?#20869;按常规方法培养。待猪殃殃叶期长至3?#36136;保?#25353;试验设计剂量进行茎叶喷雾处理,试验重复3次。试材处理后,待药液自然风干后,放于?#29575;?#20869;按常规方法管理,观察并记录杂草对药剂的?#20174;?#24773;况,定期目测调查药剂对杂草的防除效果。应用DPS 2000数据处理系统求出各个药剂对供试杂草的直线回归方程及ED90值,评价供试药剂的除草活性。

 

2.3.5  悬乳剂的表征方法

1)pH值的测定方法

称取3%双氟·唑草酮悬乳剂试样1 g于100 mL烧杯中,加入蒸馏水,搅拌1 min,静置1 min,将冲洗干净的玻璃电极饱和?#20351;?#30005;极插入试样溶液中,测定pH值,重复3次,以其算术平均值即为该试样pH值。

 

2)悬浮率的测定称取

称取3%双氟磺草胺·唑草酮悬乳剂样品1 g精?#20998;?/FONT>0.000 2 g放人盛有标?#21152;?#27700;30±1℃的200 mL烧杯中,并用玻璃棒搅匀,将其全部洗入250 mL?#23458;?#20013;,并稀释?#37327;?#24230;,盖上塞子,以?#23458;?#19978;部225 mL?#23458;?#24748;浮液移出。抽液时吸管沿?#23458;?#20869;壁随液面下降而下移,避免下部沉淀物被搅动。测定试样和留在?#23458;?#24213;部25 mL悬浮液中有效成分的含量。

 

样品悬浮率x[%(m/m]按下式计算:

 

 

式中:m1为样品中有效成分含量gm2为留在?#23458;?#24213;部25 mL悬浮液中有效成分质量g

 

3)筛析的测定

《农药粉剂 可湿性粉剂细度测定方法?#32602;?/FONT>GB/T 16150—1995)中的“湿筛法”进行。

 

4)持久起泡性的测定

加标?#21152;?#27700;至?#23458;?#30340;180 mL刻度线处,置?#23458;?#20110;天平上,加入试样1.0 g精?#20998;?/FONT>0.1 g,加硬水至距?#23458;?#22622;底9 cm的刻度线上,盖上塞后,以?#23458;?#24213;部为中心,上下颠倒30次每次2 s。于试验台上静置1 min,记录泡沫体积。

 

5)低温稳定性试验

80 mL的试样置于100 mL烧杯中,在制冷器中冷却至0±2℃,保持1 h,每间隔15 min搅拌1次,每次15 s,观察外观有无变化。将烧杯放回制冷器,在0±2℃放置7 d。7 d后,将烧杯取出,?#25351;?#33267;室温,测试筛析、悬浮率或其他必要的物化指标。

 

6)热贮稳定性试验

用注射器30 mL 3%双氟·唑草酮SE试样注入洁净的安?#31216;?#20013;,置于安?#31216;?#20869;至室温,封口后放在54±2℃烘箱中贮存14 d,在贮存前后分别用高效液相色谱?#27835;?#26377;效成分的含量及测定其他指标悬浮率、pH值、倾倒性变化情况。热贮后,双氟磺草胺、唑草酮的质量分数分别不低于热贮前的95%,且悬浮率、pH值、倾倒性仍符合标准要求。

 

3  结果与讨论

3.1  无溶剂体系的筛选

在悬乳剂中使用的表面活性剂?#35805;?#21487;选用制备悬浮剂和水乳剂中使用的乳化剂和分散剂。本试验通过乳化剂和分散剂复配,来解决无溶剂制备悬乳剂的技术难题。筛选的助剂结构类型包括烷基苯磺酸盐、烷基酚聚氧乙烯醚类、苯乙烯基酚聚氧乙烯醚类、多元醇脂肪酸酯及其聚氧乙烯加成物等,非离子与阴离子复配助剂也应用于本研究。复配的分散剂有木质素磺酸盐、烷基萘磺酸盐甲醛缩合物、烷基芳基聚氧乙烯醚及其磷酸酯或盐和EO-PO嵌段共聚物等。

 

本试验在无溶剂的前提下,发现通过选用一种不可逆吸附的聚合表面活性剂,像梳型共聚物类,牢固地吸附在固体粒子表面,不会脱附和转移,建立一?#27835;?#23450;的分散液体系,使油相即唑草酮活性组分,在没有溶剂的条件下,与双氟磺草胺、分散剂和水相成为均一的固液分散体系。同时避免在悬乳剂中产生杂?#24066;?#20957;的问题,最终获得稳定的悬乳剂。

 

通过不同乳化剂和分散剂的初步筛选,检测制剂外观、物理稳定性分层情况、粒径来初步判断该助剂对无溶剂悬乳剂体系的匹配性表面活性剂的初步筛选结果可以看出:AEO3、SP21R、Tween80、D425、NS500LQ、D3020的使用,可以部分满足要求,但是从无溶剂制备的体系外观看,均有油滴出现(表1)

 

1  表面活性剂的初步筛选

 

选择相对轻微油滴的助剂进行复配,以?#26893;?#26080;溶剂体系的缺陷表面活性剂的复配筛选结果可以看出:7组样品中B/E/F分层较少、外观优良、粒度相对较小、乳化分散?#38405;芙霞选?#21021;步得出3%双氟·唑草酮SE的基本助剂体系的3个配方AEO3/SP21R/Tween80/D425/NS500LQAEO3/SP21R/Atlox4913/Atlox4894/Tween80AEO3/SP21R/Atlox4913/Atlox4894/D3020?#38405;?#36739;优(表2)

 

2  表面活性剂的复配筛选

 

3.2  制备工艺研究

对筛选出配方开展1步法、2步法研究。以配方B为例,按照2.3.1方法制备悬乳剂,将制备样品进行粒度测定。

 

测定结果可以看出:在无溶剂的前提下,制剂采用2步法制备后,粒度有明显降低,中间步骤黏度有增加,但混合完全后,制备成悬乳剂后,黏度可?#25351;矗?#20174;制剂稳定性方面,热贮后2步法的热贮稳定性明显变差,分层百分比明显增大(表3)

 

3  较优配?#35762;?#23450;结果及稳定性

 

3.3  室内生测试验

在?#29575;?#26465;件下,利用盆栽的试验方法比较研究的3个制剂样品与对照样品的除草活性,探索在无溶剂条件下不同助剂体系制备的悬乳剂的除草活性的差异,同时为其无溶剂悬乳剂产品的开发提供可能性。

 

由室内生物活性试验结果可以看出:在2 g a.i./hm2剂量下,3%双氟·唑草酮SE 01#、3%双氟·唑草酮SE 02#、3%双氟·唑草酮SE 03#和对照药剂3%双氟·唑草酮SE市售对猪殃殃的目测防效分别是80%、75%、60%和75%(表4)。应用DPS 2000数据处理系统统?#21697;治?#20379;试药剂对猪殃殃的目测防效数据,计算出供试药剂对猪殃殃的ED9053%双氟·唑草酮SE 01#、3%双氟·唑草酮SE 02#、3%双氟·唑草酮SE 03#和对照药剂3%双氟·唑草酮SE市售对猪殃殃的ED90值分别为3.6 g a.i./hm23.8 g a.i./hm26.2 g a.i./hm24.8 g a.i./hm2。供试药剂对猪殃殃的活性顺序由高?#38477;?#26159;:3%双氟·唑草酮SE 013%双氟·唑草酮SE 02#、对照药剂3%双氟·唑草酮SE市售3%双氟·唑草酮SE 03#。

 

4  3%双氟·唑草酮SE对猪殃殃的防效处理后24 d

 

5  供试药剂对猪殃殃的ED90

 

3.4  最?#38597;?#26041;及物性指标

3%双氟·唑草酮SE经过筛选得出一组理化性质和生物活性较优的配方6,对优选配方样品进行控制指标,由检测结果可以看出,优选配方的各项?#38405;?#25351;标优良(表7)

 

6  3%双氟·唑草酮SE优选配方配方E

 

7  3%双氟·唑草酮SE优选配方样品检测

 

4  结论

本试验采用无溶剂的创新思路开发悬乳剂,通过匹配乳化剂和分散剂的筛选以及制备工艺的研究,确定适合无溶剂悬乳剂体系的配方及工艺,成功获得?#23435;?#28342;剂悬乳剂产品。该技术下制备的3%双氟·唑草酮SE除草活性优秀,且各项物性指标优良。本研究从制剂绿色环保发展角度,探索了农药悬乳剂不使用有机溶剂的可能性,为其他悬乳剂技术的发展提供了一个新思路和可能性。


来源:遇1,2, 吴元华2, 崔东亮1, 丑靖宇1. 无溶剂悬乳剂3%双氟·唑草酮的开发. 农药, 2019, 58(8): 576-579

作者单位介绍:1.沈阳中化农药化工研发有限公司 新农药创制与开发国家重点实验室2.沈阳农业大学 植物保护学院


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