6%雙唑草腈水乳劑的研制及生物活性研究

李彥飛，馮澤騰，張小軍

(中農立華生物科技股份有限公司，北京 100052)

雙唑草腈(pyraclonil)，化學名稱：1-(3-氯-4,5,6,7-四氫吡唑并[1,5-a]吡啶-2-基)-5-[甲基(丙-2-炔基)氨基]吡唑-4-腈，其為德國先令公司(現為拜耳公司)發現的具有吡唑并吡啶環的新穎結構的水稻田除草劑[1-5]。雙唑草腈屬于原卟啉原氧化酶(PPO)抑制劑，作用迅速，使用3～7 d，雜草即可出現干枯死亡的癥狀。它對稗草及同時發生的一年生具芒碎米莎草科螢藺、牛毛氈、闊葉雜草車前狀雨久花、陌上菜以及多年的野慈菇、荸薺等廣范圍雜草有很高的活性。

目前在我國登記的雙唑草腈制劑產品主要是2%雙唑草腈顆粒劑[6]，此產品的商品名為稻田盛夫，登記企業為湖北相和精密化學有限公司。水乳劑由于基質大部分為水，乳化劑用量較少，霧化粒徑大，藥液漂移較少，生產成本低，對環境污染小，因此備受關注[7-10]。本文以6%雙唑草腈水乳劑為研究對象，進行了大量的配方篩選試驗，以期研制出性能合格的水乳劑，從而為未來產業化開發提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

雙唑草腈原藥(英文通用名：pyraclonil；97%，湖北相和精密化學有限公司)、溶劑油S-200(江蘇華倫化工有限公司)、DMF(分析純，國藥集團)、正丁醇(分析純，國藥集團)、Genagen NBP [科萊恩化工(中國)有限公司]、環己酮(分析純，北京化工廠)、Armid DM10 (阿克蘇諾貝爾公司)、NMP(分析純，國藥集團)、γ-丁內酯(分析純，國藥集團)、DMSO (分析純，國藥集團)、吐溫-80 (分析純，國藥集團)、EL-20(邢臺市燕誠化學助劑有限公司)、EL-40 (邢臺市燕誠化學助劑有限公司)、EL-80 (邢臺市燕誠化學助劑有限公司)、AEO-3 (邢臺市燕誠化學助劑有限公司)、Emulsogen 3510 (科萊恩化工(中國)有限公司)、Soprophor SC (索爾維集團)、乙二醇(A.R.，國藥集團)、1,2-丙二醇(分析純，國藥集團)、丙三醇(分析純，國藥集團)、尿素(分析純，國藥集團)、氯化鈉(分析純，國藥集團)、消泡劑SAG 1522 (邁圖高新材料集團)、黃原膠(河北創之源生物科技有限公司)、卡松(北京廣源益農化學有限責任公司)、去離子水及標準硬水。

1.2 主要儀器設備

GHP-9080隔水式恒溫培養箱(上海一恒科學儀器有限公司)、SYP智能玻璃恒溫水浴槽(鞏義英峪予華儀器廠)、IKA RW 20 D S25數顯型頂式攪拌器(廣州儀科實驗室技術有限公司)、AL204/01分析天平(梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司，精度為0.000 1 g)、HI2221 pH計(意大利哈納公司)、FYL-YS-100LL福意聯冷藏箱(上海一恒科學儀器有限公司)、安捷倫HPLC1220 (安捷倫科技有限公司)、BT-9300ST激光粒度分布儀(丹東百特科技有限公司)、IKA/T25數顯型高速分散機(廣州儀科實驗室技術有限公司)、DSA-100光學接觸角測量儀(德國KRUSS公司)、具塞量筒(250 mL和500 mL，北京化玻站)。

1.3 試驗方法

先將雙唑草腈原藥用溶劑溶解(適當加熱到50 ℃)至透明均一，后將油相乳化劑加入到溶解好的原藥溶液中，攪拌均勻，作為油相備用。將水相乳化劑、防凍劑加入水中充分攪拌分散，作為水相備用。將油相分批緩慢地加入到高速剪切(8 000～10 000 r/min)的水相中形成均勻的白色乳狀液，剪切完畢(約10 min)后加入適量的消泡劑和增稠劑攪拌均勻即可得穩定的水乳劑。

1.4 水乳劑的測定

用液相色譜法進行測定有效成分雙唑草腈的含量；參照《GB/T 1601-1993農藥pH值的測定方法》測定pH；參照《GB/T 28137-2011農藥持久起泡性測定方法》測定持久起泡性；參照《GB/T 1603-2001農藥乳液穩定性測定方法》測定乳液穩定性(稀釋200倍)；參照《GB∕T 31737-2015農藥傾倒性測定方法》測定傾倒性；參照《GB/T 19136-2003農藥熱貯穩定性測定方法》測定熱儲穩定性(54 ℃，14 d)；參照《GB/T 19137-2003農藥低溫穩定性測定方法》測定冷儲穩定性(0 ℃，7 d)。

2 配方篩選

2.1 溶劑的選擇

選擇水乳劑的溶劑時應考慮其對有效成分溶解度高、閃點高、毒性小及價格適中等因素，本研究選用常規溶劑油S-200作為主溶劑，然后搭配適當極性溶劑作為助溶劑，最大程度的提升溶劑體系對原藥的溶解度。本試驗將雙唑草腈原藥分別溶解于DMF、NMP、Genagen NBP、γ-丁內酯、正丁醇、環己酮、Armid DM10及DMSO等助溶劑與溶劑油S-200組成的溶劑體系中，充分攪拌直至溶液均一透明，制備成 6%雙唑草腈水乳劑，并置于-20 ℃的冷藏箱中放置72 h，取出后置于室溫下，觀察水乳劑外觀是否有變化。若外觀無變化，則將溶劑使用量降低，重復上述試驗，找出溶劑的最適用量。篩選結果見表1。

表1 溶劑的篩選結果

由表1可知，雙唑草腈在環己酮與溶劑油S-200搭配體系中的溶解度隨溫度變化相對較小，所制水乳劑相對穩定。因此，最終選定環己酮與溶劑油S-200搭配作為最佳溶劑，添加量定為10%+25 %。

2.2 乳化劑的選擇

水乳劑中的乳化劑能有效降低油水兩相的界面張力，通過空間位阻或靜電斥力保持油相均勻分散在水相中形成熱力學相對穩定的體系。對于已選定的乳化劑，其用量在一定濃度范圍內雖對水乳劑常溫穩定性及冷儲穩定性影響不大，但對熱儲穩定性影響較大[11-12]，只有乳化劑用量足夠時才能制備出合格、穩定的水乳劑，乳化劑用量一般為2%～10%。本試驗以2.1篩選的溶劑為基礎，試驗考察了EL-20、EL-40、EL-80、T-80、AEO-3、Emulsogen 3510 和Soprophor SC等乳化劑單用及復配后對水乳體系流動性、乳液穩定性及熱儲穩定性影響，結果見表2。

表2 乳化劑的篩選結果

由表2可知，當乳化劑EL-40與Soprophor SC以質量比3∶2復配時，可獲得乳液穩定性及冷儲穩定性優良的水乳劑體系。因此最終選定 EL-40(3% )+ Soprophor SC (2%)作為最佳乳化劑。

2.3 防凍劑的選擇

水乳劑在貯存、運輸過程中易出現結冰現象，從而影響其使用和穩定性，為了避免這種情況發生通常會在配方中加入適量的防凍劑。在前述確定的溶劑和乳化劑的基礎上進行防凍劑篩選，本試驗分別選用乙二醇、1,2-丙二醇、丙三醇、尿素和氯化鈉作為防凍劑，加工成水乳劑后觀察制劑的冷儲穩定性、熱儲穩定性及(-20±2) ℃時的凍融恢復后的情況，以確定最佳防凍劑，結果見表3。

表3 防凍劑的篩選結果

由表3可知，選用尿素作為防凍劑時，該水乳劑在冷儲和熱儲時的穩定性及(-20±2) ℃時的凍融恢復情況均表現最佳，因此，最終選定尿素作為最佳防凍劑，添加量為5%。

2.4 增稠防腐劑的選擇

水乳劑是熱力學不穩定體系，增稠防腐劑的篩選對保證水乳劑有較好的貯存穩定性至關重要。按照Stockes公式，即沉降速度與體系的黏度成反比，體系黏度越高，沉降速度越慢，但超過某一閾值，就會增加生產和包裝難度。本試驗選用常規的黃原膠(卡松)作為增稠防腐劑，通過進行一系列梯度試驗，最終確定最佳增稠防腐劑用量為黃原膠0.16%、卡松0.16%。

2.5 配方的確定及指標檢測

通過大量配方篩選試驗，最終確定6%雙唑草腈水乳劑最佳配方：雙唑草腈 6.0%、EL-40 3.0%、Soprophor SC 2.0%、環己酮 10%、溶劑油 S-200 25%、尿素5.0%、SAG 1522 0.2%、黃原膠0.16%、卡松0.16%、去離子水補足至100.0%。對6%雙唑草腈水乳劑配方樣品進行指標檢測，結果見表4。

表4 6%雙唑草腈水乳劑控制指標檢測

由表4可知，該6%雙唑草腈水乳劑配方的各項指標均滿足水乳劑的標準要求。

2.6 靜態表面張力與動態接觸角

2.6.1 靜態表面張力(EST)的測定

通常用懸滴法測定農藥制劑稀釋藥液的表面張力。分別將6%雙唑草腈水乳劑(上述配方制樣)、100 g/L雙草醚 SC (浙江中山化工集團股份有限公司)和10%噁唑酰草胺EC (江蘇瑞邦農化股份有限公司)按照設定的田間施藥濃度進行稀釋，利用德國KRUSS光學接觸角測量儀DSA-100測定稀釋藥液的靜態表面張力，重復測量 3次，取平均值。試驗溫度為(20±1) ℃，試驗誤差范圍為±1.0 mN/m。結果見表5。

表5 3種制劑樣品在規定稀釋濃度下的靜態表面張力(20 ℃)

由表5可知，各制劑稀釋藥液的表面張力均低于純水的表面張力72.3 mN/m，且相同制劑稀釋倍數越低，表面張力越小；在規定的稀釋濃度下，6%雙唑草腈EW的靜態表面張力明顯低于另外兩種制劑，因此其藥液的鋪展潤濕效果會更好。

2.6.2 動態接觸角(DCA)的測定

農藥藥液是通過噴霧裝置噴施于靶標上，其到達靶標的時間只有幾秒鐘，這是一個動態過程，所以研究藥液在靶標表面的動態接觸角就十分有意義。用德國KRUSS光學接觸角測量儀DSA-100分別測量2.6.1中的各制劑稀釋液，以內徑φ=0.8 mm的針頭取一滴液滴于水稻葉片表面上，每0.5 s測一次接觸角，測10～30 s，重復3～4次，拍攝0、5、10、15、20、25、30 s液滴形狀(圖1)。試驗溫度為(20±1) ℃，試驗誤差范圍為 1°。

圖1 3種制劑樣品稀釋液的液滴在水稻葉片表面的潤濕鋪展情況

由圖1可見，6%雙唑草腈水乳劑高濃度稀釋液的接觸角小于低濃度的；隨著時間的進一步推移，液滴的形狀也在發生著明顯的改變，接觸角越來越小。以各藥液液滴潤濕鋪展時間對動態接觸角作圖，即可得到相應制劑稀釋液的動態接觸角變化趨勢(圖2)。

圖2 3種制劑樣品在規定稀釋濃度下在水稻葉片上的動態接觸角變化趨勢圖

由圖2可知，在所測的時間范圍內，不同藥液的接觸角均隨時間的推移而比較平緩地下降，其中6%雙唑草腈水乳劑在所設定的稀釋濃度下，潤濕鋪展性能明顯優于另外兩種制劑稀釋藥液的，且高濃度水溶液的潤濕鋪展性能明顯優于低濃度的。

3 藥效試驗

為了進一步驗證藥效，本試驗選取上述6%雙唑草腈水乳劑配方制備樣品作為試驗藥劑，對照藥劑選用100 g/L雙草醚懸浮劑(浙江中山化工集團股份有限公司)和 10%噁唑酰草胺乳油(江蘇瑞邦農化股份有限公司) ，以清水作為空白對照。試驗地點設在湖北省監利縣植保站試驗田，試驗地地勢平坦，水分充足，灌溉方便。水稻品種為五優 308。水稻田雜草以稗子、鱧腸、螢藺和水莎草為主，且雜草處于1～2葉期。

試驗方法：按照試驗小區面積和藥劑用量，將各藥劑稱好，兌水(450 L/hm2)稀釋，選用除草劑專用的扇形噴頭對試驗田中的雜草進行莖葉噴霧。每處理重復4次，分別在藥后15 d和30 d調查試驗區雜草死亡情況，并計算防效，此外，藥后不定期觀察水稻的生長情況。試驗結果見表6。

表6 6%雙唑草腈水乳劑對水稻田雜草的防效

由表5可見：當6%雙唑草腈EW制劑用量在150～225 mL/hm2時，藥后15 d和30 d，對稗子、鱧腸和螢藺的防效均能達到90%以上，對水莎草的防效也達到了85%以上。與對照藥劑相比，該制劑用量較低，但防效突出。此外，安全性調查發現不同處理對水稻均較安全，水稻葉色無明顯發黃，各處理對株高和分蘗均無影響，安全性較好。

4 結 論

本試驗所確定的 6%雙唑草腈水乳劑具有原料易得、環保安全、加工成本低等優點。按照配方制得的制劑樣品各理化性能指標均合格。該產品屬水基化制劑，制備過程安全性高，貯存穩定，成本低，儲運過程中不易燃不易爆炸，符合國家對綠色環保劑型的發展要求。此外，該配方藥劑對水稻田雜草防治效果顯著，使用成本低，具有較好的推廣和研究價值。