微乳劑配方篩選方法探討

王堅強，聶正華，王金華，賈建強，楊家云，胡存中

（江蘇省蘇科農化有限責任公司，南京 210014）

農藥是人類防治農林病、蟲、草害的主要手段，農藥的使用確保了農業的增產增收。農藥同時也是公共衛生害蟲防治的主要手段，為人類的健康安全作出了貢獻。然而，在環境保護法規日臻完善和能源日漸枯竭的今天，減少農藥中有機溶劑污染和浪費的呼聲愈來愈強烈。

農藥微乳劑（microemulsion，ME）是20世紀70年代研究開發的一種農藥新劑型[1]。它是以水為分散介質，不用或僅用少量有機溶劑，含適量表面活性劑與其他助劑的透明單相液體制劑。微乳劑以水替代大量有機溶劑，減輕了藥劑生產過程中和施用后對環境的壓力，是一種環境友好型農藥劑型。

目前微乳劑研制中關鍵組分表面活性劑的篩選仍采用隨機法，尚無系統有效的指導方法[2-5]。采用隨機法篩選范圍廣、工作量大，難以得到性能穩定又經濟的最佳配方。此外，還有許多研究者采用擬三元相圖法進行農藥微乳劑的配方篩選[6-9]。相圖是研究多組分分散體系相行為直觀而有效的方法，通過相圖可以直觀地表現出微乳劑透明溫度區域與各組分比例的關系，對配方優化有一定的指導作用。但是，農藥微乳劑要求透明溫度區域比較寬，而擬三元相圖表現的是特定溫度下體系相態隨體系各組分比例的變化，各個組分的確定仍然具有隨機性和經驗性，工作量仍然巨大。作者根據多年從事農藥劑型研究的理論和經驗，提出了一種縮小微乳劑配方中表面活性劑篩選范圍的方法。通過篩選10%氰氟草酯微乳劑配方，證明該篩選方法的可行性。

1　試驗材料及儀器

1.1　試驗材料

原藥：97%氰氟草酯原藥（cyhalofop-butyl），由江蘇輝豐農化股份有限公司提供。

溶劑：丙酮、環己酮、乙腈、乙酸乙酯、二甲苯，均為分析純。

表面活性劑：烷基酚甲醛樹脂聚氧乙烯醚（700#），烷基酚聚氧乙烯醚（NP-7、NP-10、NP-15），苯乙基酚聚氧乙烯醚（601#、602#、603#），苯乙基苯酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚（1601#、1602#），均由南京科宏化工有限公司提供。

助表面活性劑：甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇、正戊醇，均為分析純。

防凍劑：乙二醇、1,2-丙二醇、丙三醇，均為分析純。

1.2　儀器設備

AL 204電子分析天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；85-2型恒溫磁力攪拌器，上海司樂儀器有限公司；DFY-5/20低溫恒溫槽，杭州大衛科教儀器有限公司；HH-601超級恒溫水浴鍋，金壇市杰瑞爾電器有限公司；HG101-2A型電熱恒溫鼓風干燥箱，南京實驗儀器廠；PHS-2C數顯酸度計，上海虹益儀器儀表有限公司；HP-1100型高效液相色譜分析儀，美國安捷倫公司。

2　試驗方法與結果

微乳劑的制備采用轉相法。將氰氟草酯原藥溶于有機溶劑，再加入助表面活性劑和防凍劑，然后與表面活性劑混合制成均相透明的油相。在連續攪拌下，慢慢將水加入油相中，先形成W/O型微乳劑，隨著水的繼續加入，使之轉相，最終制成O/W型透明微乳劑。

2.1　有機溶劑的篩選

根據資料中報道的氰氟草酯溶解度數據[10]以及農藥乳油中常用的溶劑，并參照中華人民共和國化工行業標準《農藥乳油中有害溶劑限量》（HG/T 4576―2013）要求，選取丙酮、環己酮、乙腈、乙酸乙酯、二甲苯5種有機溶劑進行篩選。稱取97%氰氟草酯原藥3.0 g于具塞試管中，分別按氰氟草酯原藥與有機溶劑質量比2∶1、1∶1、1∶2加入不同種類有機溶劑，觀察各有機溶劑的溶解情況。

將配制好的溶液在0℃下冷貯48 h，以不產生渾濁、分層或析晶的溶劑作為制備該微乳劑的有機溶劑。同時考慮用量、成本、毒性、采購等因素，選擇二甲苯為該微乳劑有機溶劑，且與有效成分質量比為1∶1。

2.2　表面活性劑的篩選

微乳劑形成的必要條件之一，就是表面活性劑在油水界面充分吸附。因此，合適的表面活性劑品種、不同表面活性劑的復配比例及使用量是制備微乳劑的關鍵因素。面對眾多的表面活性劑，根據相似相溶的原則，選擇親油基與農藥結構相似的表面活性劑，則被微乳化的農藥與表面活性劑的親油基就會具有足夠的親和力和相容性。

透明溫度區域是微乳劑的特征質量標準，檢測方法簡便快捷。本文選擇透明溫度區域作為氰氟草酯微乳劑配方篩選的質量指標。根據中華人民共和國國家標準《農藥低溫穩定性測定方法》（GB/T 19137―2003）中對乳劑和均相液體的質量要求，氰氟草酯微乳劑的透明溫度區域下限為0℃。由于配方以乙醇（沸點78.3℃）做助表面活性劑，所以文中微乳劑的透明溫度區域上限測定到70℃。透明溫度區域下限設為t1，透明溫度區域上限設為t2，透明溫度區域大于54℃的樣品為合格。

根據氰氟草酯的分子結構，選擇表面活性劑單體 700#、NP-7、NP-10、NP-15、601#、602#、603#、1601#和1602#，分別配制9種質量分數為1%表面活性劑水溶液，測定濁點，結果見表1。

表1　不同表面活性劑的濁點

由于表面活性劑NP-7不溶于水，不適宜配制O/W型微乳劑，未列入表中。

根據微乳劑研究經驗，預選乙醇為助表面活性劑，添加量為10%；預選乙二醇為防凍劑，添加量為4%；水相選用蒸餾水。選擇8種表面活性劑單體700#、NP-10、NP-15、601#、602#、603#、1601#和1602#，添加量均為30%，配制10%氰氟草酯微乳劑樣品。以602#、603#和1602#配制的樣品，在25℃左右的室溫下呈凝膠狀。以700#為表面活性劑配制的樣品在0～70℃的溫度區域內不透明。測定其余樣品的透明溫度區域，結果見表2。

以601#為表面活性劑配制的微乳劑樣品低溫下黏度較大。根據表2的結果，選擇透明溫度區域接近0～54℃的601#和NP-10復配。按601#與NP-10質量比9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5、4∶6、3∶7、2∶8復配作為表面活性劑，添加量為30%，制備10%氰氟草酯微乳劑樣品。測定每個樣品的透明溫度區域，結果見表3。

表2　不同表面活性劑配制微乳劑的透明溫度區域

表3　601#和NP-10不同質量比制備微乳劑的透明溫度區域

根據微乳劑樣品的透明溫度區域可知，601#與NP-10復配的最佳質量比為4∶6。對兩者復配表面活性劑的添加量進行優化。試驗結果表明，添加量以30%為宜。

2.3　助表面活性劑的篩選

以601#與NP-10（質量比4∶6）復配作為表面活性劑，使用量為30%；乙二醇為防凍劑，添加量為4%。固定助表面活性劑添加量為10%，改變助表面活性劑種類，分別使用甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇、正戊醇配制一系列10%氰氟草酯微乳劑樣品。測定各樣品的透明溫度區域，結果見表4。

表4　不同助表面活性劑配制微乳劑的透明溫度區域

表4結果表明，乙醇是合適的助表面活性劑。改變乙醇添加量，以確定最佳使用量。根據試驗結果，以乙醇為助表面活性劑，添加量為10%，微乳劑效果最理想。

2.4　防凍劑的選擇

由于微乳劑中含有大量水，在低溫地區生產和使用需考慮防凍問題。加入30%的601#＋NP-10復配表面活性劑（質量比4∶6）和10%的乙醇助表面活性劑，改變防凍劑種類，分別使用4%的乙二醇、1,2-丙二醇、丙三醇制備一系列10%氰氟草酯微乳劑樣品。測定各個樣品的透明溫度區域，結果見表5。

表5　不同防凍劑配制微乳劑的透明溫度區域

對表5中效果理想的防凍劑1,2-丙二醇進行使用量優化試驗。添加1%的1,2-丙二醇作為防凍劑，微乳劑透明溫度區域為0～57℃，既可防凍又可調節透明溫度區域。

2.5　不同水質的影響

在理想組分和最佳使用量的試驗結果基礎上，分別使用蒸餾水、純凈水和標準硬水制備微乳劑樣品，測定各個樣品的透明溫度區域。試驗結果表明，使用蒸餾水、純凈水或標準硬水3種不同水質的水，不影響樣品的透明溫度區域，均為0～57℃。綜合分析后，選擇純凈水為介質。

本試驗未選擇自來水進行試驗，是因為自來水的硬度隨地區、時期變化而變化，難以保證微乳劑產品的標準化生產。

2.6　微乳劑質量指標測定結果

該微乳劑為透明均相液體。氰氟草酯質量分數采用高效液相色譜外標法測定。

pH值按照中華人民共和國國家標準《農藥pH值的測定方法》（GB/T 1601—1993）進行。該樣品pH值范圍為5.0～6.5。

乳液穩定性按照中華人民共和國國家標準《農藥乳液穩定性測定方法》（GB/T 1603—2001）進行。該樣品乳液穩定性合格。

低溫穩定性按照中華人民共和國國家標準《農藥低溫穩定性測定方法》（GB/T 19137—2003）中乳劑和均相液體制劑低溫穩定性測定方法進行。微乳劑的低溫穩定性很重要，樣品一旦在低溫下析出晶體，常溫下較難恢復清澈透明。該樣品在0℃冷貯7 d，制劑保持清澈透明，樣品低溫穩定性合格。

熱貯穩定性按照中華人民共和國國家標準《農藥熱貯穩定性測定方法》（GB/T 19136―2003）中液體制劑熱貯穩定性測定方法進行。將10%氰氟草酯微乳劑裝瓶密封，放置在（54±2）℃電熱恒溫鼓風干燥箱中貯存14 d，取出，于24 h內完成有效成分質量分數的檢測。該微乳劑熱貯穩定性測定結果見表6。

表6　10%氰氟草酯微乳劑的熱貯穩定性測定結果

由表6結果可見，10%氰氟草酯微乳劑熱貯穩定性良好。

配制3個10%氰氟草酯微乳劑樣品，檢測質量分數后，分別將樣品裝入聚酯瓶密封，于室溫下長期保存，在自然狀態下觀察制劑隨時間的變化情況，考察其經時穩定性。試樣存放2年后，外觀性狀、流動性和乳化性能均無變化，并且氰氟草酯分解率低于5%，結果見表7。

表7　10%氰氟草酯微乳劑經時穩定性測定結果

由表7結果可見，10%氰氟草酯微乳劑經時穩定性良好。

在具塞試管中放入10 mL 10%氰氟草酯微乳劑樣品，置于低溫恒溫槽中，通過控制其升溫和降溫，觀察此過程中樣品的變化，記錄樣品析出晶體或變渾濁的最低溫度即透明溫度下限t1，以及樣品變渾濁的最高溫度即透明溫度上限t2，確定該微乳劑的透明溫度區域。結果顯示，所制10%氰氟草酯微乳劑透明溫度區域為0～56℃，透明溫度區域大于54℃，符合微乳劑質量標準要求。

3　結論

微乳劑加工中表面活性劑的選擇是關鍵，但目前表面活性劑的篩選大多采用隨機法或擬三元相圖法，兩者的試驗工作量很大。

本文提出了一種篩選微乳劑中表面活性劑的方法。根據相似相溶的原則，選擇一系列親油基結構與農藥分子結構相似的表面活性劑，保證表面活性劑的親油基與農藥有足夠的親和力和相容性，從而保證表面活性劑在油水界面上的充分吸附。采用初步篩選出的表面活性劑，配制一系列微乳劑樣品，分別測定每個樣品的透明溫度區域，選擇透明溫度區域接近0～54℃區域的表面活性劑復配，優化表面活性劑的配比和使用量，得出最佳的微乳劑配方。

根據上述篩選方法，確定10%氰氟草酯微乳劑配方：氰氟草酯10%、二甲苯10%、601#12%、NP-10 18%、乙醇10%、1,2-丙二醇1%，純凈水補足至100%。

所制10%氰氟草酯微乳劑外觀為均相透明的液體，透明溫度區域滿足0～54℃的標準要求，pH值范圍為5.0～6.5，乳液穩定性、低溫穩定性、熱貯穩定性均合格。自然狀態下貯存2年，分解率≤5%，外觀呈均相透明狀。

該微乳劑配方篩選方法可行，可以為其它微乳劑開發研究工作提供參考。

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