5%三氟氯氰菊酯水乳劑的安全環(huán)保配方

                                                          5%三氟氯氰菊酯水乳劑的安全環(huán)保配方
                                                 張保華，潘淑翠，王智，王瓊
                                  (青島農(nóng)業(yè)大學新農(nóng)藥創(chuàng)制研究所，山東青島266109)
    摘要：[目的]開發(fā)安全環(huán)保的5%三氟氯氰菊酯水乳劑。[方法]采用相轉移法，對溶劑及表面活性劑進行篩選，確定5%三氟氯氰菊酯水乳劑的最優(yōu)配方。[結果]最優(yōu)配方：三氟氯氰菊酯5%，溶劑二甲苯10%，602#乳化劑6%，OP-10-P乳化劑2%，乙二醇5%，消泡劑0.1%，水補足。經(jīng)常溫、熱貯(54±2)℃，14 d未出現(xiàn)析油、分層現(xiàn)象，有效成分分解率＜5%，制劑黏度小。[結論]5%三氟氯氰菊酯水乳劑各項指標均符合水乳劑的要求，具有良好的開發(fā)前景。
    關鍵詞：三氟氯氰菊酯；水乳劑；配方研究
    中圖分類號：TQ450.6文獻標志碼：A文章編號：1006-0413(2011)11-0813-04
    農(nóng)藥水乳劑(EW)是不溶于水的液態(tài)原藥或固態(tài)原藥溶于有機溶劑所得的不溶于水的溶液，被分散成1μm左右的乳化微粒于水中，形成的一種對環(huán)境友好型農(nóng)藥制劑，外觀為不透明的白色牛奶狀乳狀液。與乳油相比，水乳劑最大的優(yōu)點是用水代替了部分或全部的有機溶劑，從而減少了環(huán)境污染，符合節(jié)能減排的環(huán)保要求，另外還能降低對作物的藥害，是一種水基化環(huán)保的新型劑型[1]。
    三氟氯氰菊酯(cyhalothrin)又稱功夫菊酯、氯氟氰菊酯，是一種具有極強胃毒和觸殺作用的擬除蟲菊酯類殺蟲劑。三氟氯氰菊酯具有以下特點：1)化學性能穩(wěn)定(在水中不水解，不光解)；2)在水中溶解度極低，制得的水乳劑穩(wěn)定性好(避免奧氏熟化的產(chǎn)生)；3)在有機溶劑中有較大的溶解度。另外，菊酯類農(nóng)藥的劑型大多數(shù)以低含量劑型為主[2]�；�于以上對三氟氯氰菊酯理化性質、劑型、有效成分含量等因素的調查，對5%三氟氯氰菊酯水乳劑進行了配方研究。
    1·材料與方法
    1.1實驗材料
    原藥：三氟氯氰菊酯(含量95.2%，江蘇揚農(nóng)化工股份有限公司)。溶劑：甲苯、二甲苯、環(huán)己酮、N,N-二甲基甲酰胺，均為化學純。乳化劑：十二烷基苯磺酸鈣(農(nóng)乳500#)、苯乙基苯酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚(1601#、1602#)(濟南中農(nóng)化工有限公司)、苯乙基酚聚氧乙烯醚(601#、602#)、蓖麻油聚氧乙烯醚(BY-125、EL-40)、壬基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、壬基酚聚氧乙烯醚磷酸酯(OP-10-P)(山東淄博永發(fā)化工廠)、吐溫系列、司盤系列(天津巴斯夫化工有限公司)�？箖鰟�：乙二醇、丙二醇、己二醇、甘油、尿素、硫酸銨、氯化鈉、無水氯化鈣。消泡劑：有機硅消泡劑。水：自來水、蒸餾水、標準硬水(342 mg/L)、硬水(1140 mg/L)。
    1.2儀器設備
    JA5003N型電子天平(上海精密科學儀器有限公司)、磁力加熱攪拌器(常州國華電器有限公司)、密閉式實驗室乳化機BME型(江蘇啟東綠島冶金石化機械有限公司)、BT-9300H型激光粒度分布儀(遼寧丹東百特儀器分析公司)、雙列四孔電熱恒溫水浴鍋(北京長風儀器有限公司)、LC-10AT高效液相色譜儀(日本島津公司)、梅特勒-托利多DELTA320 pH計[梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司]、NDJ-1型旋轉黏度計(上海昌吉地質儀器有限公司)、ZK-82B型電熱真空干燥箱(上海實驗儀器廠有限公司)、冰箱(青島海爾股份有限公司)。
    1.3實驗方法
    1.3.1制備及加工工藝
    在室溫下將一定量的三氟氯氰菊酯原藥溶于有機溶劑中，將乳化劑加入其中，再充分混勻即為油相；將水、防凍劑等混合在一起，形成均勻水相。低速(轉速1300 r/min)下將水相緩慢加入油相中，體系逐漸變稠，最后將剩余的水補足，加入適量的消泡劑。滴畢，將轉速提高至3000 r/min，剪切5 min，即得到水乳劑。
    1.3.2質量指標
    乳液穩(wěn)定性實驗參考國家標準GB/T 1603—200《1農(nóng)藥乳液穩(wěn)定性測定方法》進行，冷貯穩(wěn)定性實驗參考國家標準GB/T 19137—2003《農(nóng)藥低溫穩(wěn)定性測定方法》進行，熱貯穩(wěn)定性實驗參考國家標準GB/T 19136—200《3農(nóng)藥熱貯穩(wěn)定性測定方法》進行。
    2·結果與分析
    2.1溶劑的選擇
    正常情況下比較適用的溶劑應具有溶解度較大、揮發(fā)性低、閃點高、價格適中等優(yōu)點。三氟氯氰菊酯常溫下為固體，溶劑的作用是將三氟氯氰菊酯原藥制成低溫下也穩(wěn)定的液體。根據(jù)對多種溶劑進行篩選，結果表明三氟氯氰菊酯在甲苯、二甲苯、環(huán)己酮、N,N-二甲基甲酰胺4種溶劑中具有較好的溶解性。但是由于環(huán)己酮和N,N-二甲基甲酰胺制備的水乳劑乳液穩(wěn)定性有分層現(xiàn)象，而甲苯的毒性比二甲苯稍大，因此選擇溶解度較大、極性較弱、毒性較甲苯稍低的二甲苯作為三氟氯氰菊酯的溶劑，其用量為10%。
    2.2乳化劑的選擇
    農(nóng)藥水乳劑中，乳化劑的作用是降低表面和界面張力，將油相分散乳化成微小油珠，懸浮于水相中，形成乳狀液。乳化劑選擇的準確與否對水乳劑的穩(wěn)定性至關重要。
    2.2.1單體乳化劑的篩選
    在水乳劑中，大部分陰離子型表面活性劑(磺酸鹽類、硫酸鹽類)都會引起水乳劑配方不穩(wěn)定，易引起分層，包括析水或析油(水乳劑允許有少量水析出而不允許有析油)。非離子表面活性劑一般選擇親水親油平衡(HLB)值在12~18之間，采用直接配方的方法，以乳化劑用量8%，對備選的乳化劑進行了篩選[3]，結果表明農(nóng)乳1601#、602#、BY-125、EL-40配制出的水乳劑，外觀為乳白色，流動性好，分散性達到了良以上，乳液穩(wěn)定性、低溫穩(wěn)定性、熱貯穩(wěn)定性各項指標均良好。因此，選擇1601#、602#、BY-125、EL-40進行復配乳化劑的篩選。
    2.2.2復配乳化劑的篩選
    已有的研究表明，將HLB值小的乳化劑和HLB值大的乳化劑復配使用，比單一乳化劑更容易達到理想效果，因此在試驗中，選擇農(nóng)乳500#和OP-10-P與以上選出的乳化劑進行復配乳化劑篩選。將親水和親油的乳化劑以3∶1(質量比)混合，總質量分數(shù)為8%，結果見表1。
            
    從表1可以看出：農(nóng)乳500#不論是與1601#、602#、EL-40還是BY-125復配，制得的三氟氯氰菊酯水乳劑效果都不好。因此，選定復配乳化劑602#+OP-10-P、EL-40+OP-10-P、BY-125+OP-10-P，進一步進行比例優(yōu)化調整。
    2.2.3復配乳化劑配比的優(yōu)化和用量確定
    在本實驗中采用比例法[4]，以不同比例混合制備水乳劑，復配乳化劑用量為8%，見表2。
            
    從表2可以看出：602#與OP-10-P的比例為3∶1時，制得三氟氯氰菊酯水乳劑的各項性能良好。因此，選用602#+OP-10-P比例為3∶1，作為穩(wěn)定配方的復配乳化劑。同時進行了復配乳化劑合適用量的測定，經(jīng)試驗最終確定用量為8%。
    2.3抗凍劑的篩選
    抗凍劑的使用主要是防止產(chǎn)品在貯存、運輸過程中出現(xiàn)結凍現(xiàn)象，從而影響制劑使用。常用的抗凍劑有乙二醇、丙二醇、甘油、己二醇、尿素、硫酸銨、氯化鈉、氯化鈣等[2-3]。通過實驗，發(fā)現(xiàn)乙二醇和丙二醇都可以作為本配方的防凍劑，處于經(jīng)濟的考慮，本配方選用價格相對較低的乙二醇作為抗凍劑，使用量為5%，但是乙二醇目前在國外已經(jīng)禁止使用，所以對于出口制劑應選用合適的防凍劑。
    2.4消泡劑的篩選
    為了消除加工過程中產(chǎn)生的氣泡，常需要加入消泡劑，其標準是不影響其外觀，加工時泡沫減少。根據(jù)實驗選定有機硅酮作為消泡劑，用量為0.1%。
    2.5水質對制劑穩(wěn)定性的影響
    水質對水乳劑影響主要是水中的Ca2+、Mg2+會破壞非離子表面活性劑的親水親油平衡，從而導致水乳劑穩(wěn)定性變化，這樣會給實際生產(chǎn)和使用帶來較大不便。在本實驗中，用自來水、蒸餾水、標準硬水(342 mg/L)和硬水(1140 mg/L)分別進行水乳劑配制，并進行相關指標測定(見表3)。
            
    從表3可以看出：水質硬度對該制劑穩(wěn)定性有一定的影響，但不是很大。因此，在生產(chǎn)過程中使用去離子水即可滿足要求，可使生產(chǎn)成本進一步降低。
    2.6不同加工工藝對制劑穩(wěn)定性的影響
    2.6.1不同加工設備對制劑穩(wěn)定性的影響
    通常機械能有利于小液滴的形成。首先，機械能可以使油水接觸面發(fā)生形變，形成小液滴；其次，機械能可以使小液滴破裂形成更小的微滴。乳液液滴越小，破裂這些液滴所需的壓力就越高，這些壓力可以通過機械能提供。本試驗檢測了磁力加熱攪拌器、BME型密閉式實驗室乳化機和超聲波制得的水乳劑的性能(見表4)。
            
    從表4可以看出：不同加工設備提供的機械能各不相同，磁力加熱攪拌器不能提供足夠的能量，液滴中位徑偏大，配制的樣品在熱貯、冷貯前后析水率都比較高。超聲波提供給水乳劑的能量可能更高，液滴中位徑較好，但用超聲波制備的水乳劑出現(xiàn)析水現(xiàn)象，且超聲波設備價格較為昂貴，不適合大生產(chǎn)。選擇BME型密閉式實驗室乳化機制備水乳劑，其中位徑達到0.9μm，熱貯和冷貯均沒有析水析油現(xiàn)象。
    2.6.2剪切速率對制劑穩(wěn)定性的影響
    按上述配方，選擇BME型密閉式實驗室乳化機用不同的剪切速率制備水乳劑，并測定中位徑(見圖1)。
            
    由圖1看出：在低于3000 r/min時，隨著剪切速率的不斷增大，其中位徑不斷減��；但當超過3000 r/min時，液滴粒徑不再減小，趨于平衡。因此，配制5%三氟氯氰菊酯水乳劑，剪切速率以3000 r/min較宜。
    2.6.3剪切時間對制劑穩(wěn)定性的影響
    剪切時間對乳化過程的影響很復雜，在乳化開始階段，攪拌可促使小液滴的形成，小液滴形成后繼續(xù)攪拌，可增加小液滴間的碰撞機會。因此，攪拌時間不宜過久也不宜過短。經(jīng)反復試驗驗證，配制5%三氟氯氰菊酯水乳劑，剪切時間以3~5 min較宜。
    2.7熱貯對粒徑的影響
    水乳劑的油珠粒徑一般在0.1~10μm之間。通過激光粒度分布儀測定5%三氟氯氰菊酯水乳劑熱貯前后的粒徑(見圖2、3)。
           
    從圖2、3可以看出：熱貯前5%三氟氯氰菊酯水乳劑的中位徑為1.06μm，貯后中位徑為1.15μm。結果表明：該水乳劑經(jīng)過熱貯后，油珠粒徑有所增大，粒度分布也有所增加，但熱貯后體系的穩(wěn)定性仍表現(xiàn)良好。2.8 5%三氟氯氰菊酯水乳劑優(yōu)選配方及產(chǎn)品質量檢測
    2.8.1優(yōu)選配方
    綜合上述三氟氯氰菊酯水乳劑配制的組分，經(jīng)反復實驗篩選，最終確定了5%三氟氯氰菊酯水乳劑的最佳配方：三氟氯氰菊酯5%，二甲苯10%，農(nóng)乳602#6%，OP-10-P 2%，乙二醇5%，消泡劑0.1%，自來水補足100%。
    2.8.2具體質量指標測定結果
    按上述優(yōu)選配方配制的5%三氟氯氰菊酯水乳劑的具體質量指標(見表5)。
           
    3·結論與討論
    采用相轉移法，通過對溶劑及表面活性劑的篩選和配伍，確定了5%三氟氯氰菊酯水乳劑的最優(yōu)配方：三氟氯氰菊酯5%，溶劑二甲苯10%，602#乳化劑6%，OP-10-P乳化劑2%，乙二醇5%，消泡劑0.1%，自來水補足100%。水乳劑劑型的研發(fā)過程中經(jīng)常會出現(xiàn)多種不穩(wěn)定形式，如分層或沉降、絮凝、聚結、破乳和奧式熟化等[5]，因此水乳劑配制的關鍵技術是如何保持體系的穩(wěn)定性，而乳化劑的選擇已經(jīng)成為關鍵問題之一。在試驗中，綜合采用了直接配方法、單因子實驗法、比例法，綜合多種影響水乳劑穩(wěn)定的因素進行配制和篩選，最終確定了合適的復配乳化劑以及其他的助劑。
    已有研究表明不同加工設備和加工工藝對水乳劑的穩(wěn)定性有影響。程敬麗等[6]研究了機械能與界面張力在多種水乳劑品種制備中的作用機理，發(fā)現(xiàn)選擇合適的加工設備、剪切速率及剪切時間對于制備穩(wěn)定的水乳劑有重要的影響。本文也通過試驗進一步驗證了不同加工設備和工藝對水乳劑穩(wěn)定性的影響，在本研究中選擇BME型密閉式實驗室乳化機制備水乳劑，剪切速率以3000 r/min，乳化時間以3~5 min較宜。
    5%三氟氯氰菊酯水乳劑是乳油的替代品種，以水為介質，不易燃易爆，生產(chǎn)安全，且減少了大量溶劑的使用，降低了加工成本，避免了大量溶劑對土壤、地下水的污染。所以，5%三氟氯氰菊酯水乳劑具有更高的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，符合當今農(nóng)藥的發(fā)展趨勢。
參考文獻：
[1]張梅鳳,范金勇,崔蕊蕊,等.水基性農(nóng)藥制劑及其加工技術[J].山東農(nóng)藥信息,2008,15(4):25-27.
[2]華純.擬除蟲菊酯類農(nóng)藥的進展和劑型[J].世界農(nóng)藥,2009,31(5):41-43.
[3]倪素美,林桂榕,陳映.2.5%功夫菊酯水乳劑及專用助劑的研究[J].中國農(nóng)藥,2009(10):31-34.
[4]魏方林,張小琴,魏曉林,等.比例法和對分法在農(nóng)藥水乳劑配方研制中的應用[J].現(xiàn)代農(nóng)藥,2005,4(1):28-30.
[5]華乃震.安全環(huán)保型的農(nóng)藥水乳劑[J].現(xiàn)代農(nóng)藥,2003,2(5):27-31.
[6]程敬麗,朱金文,魏方林,等.機械能與界面張力在農(nóng)藥水乳劑制備中的作用機理研究[J].農(nóng)藥學學報,2004,6(2):62-67.責任編輯：李新