采用Zeta电位法研究生物源农药多杀菌素悬浮剂配方

夏红英，王顺利，胡仲禹

(江西科技师范大学 化学化工学院，江西 南昌 330013)

多杀菌素(spinosad)是一种具有杀虫活性的、在刺糖多胞菌发酵液中提取的大环内酯类化合物，其具有低毒、高效、广谱等特性［1］。多杀菌素通过刺激昆虫的神经系统，导致昆虫非功能性的肌肉收缩、衰竭，并伴随颤抖和麻痹，实现对昆虫具有快速触杀和摄食毒性的效果［2-3］。多杀菌素有效防治缨翅目、双翅目和鳞翅目害虫及鞘翅目和直翅目中某些大量取食叶片的害虫种类对农作物、蔬菜、果树、园艺的危害。多杀菌素在环境中主要通过光降解和微生物降解最终变成碳、氢、氧、氮等自然组分。多杀菌素降解迅速，在土壤、水和叶面上其光降解半衰期分别为9～10 d、1 d和1.6～16 d。另外，合理使用多杀菌素，其沥滤性非常低，对地下水不会构成威胁［4］。多杀菌素具有高效、低毒、低残留、对昆虫天敌安全、自然分解速度快等优点，从而获得美国“总统绿色化学品挑战奖”［5］。

悬浮剂是一种重要的水基型农药制剂，是有微细固体颗粒悬浮的水基液体，不添加任何有机溶剂，并且具有良好的流动性、分散性、展着性和生物活性。与其他剂型相比，水悬浮剂加工和使用过程中无粉尘飞扬，对生产者和使用者以及环境都更为安全［6］。悬浮剂体系中固体颗粒表面电荷密度越高，Zeta电位的绝对值越大，颗粒间静电排斥力越强，体系稳定越好。Zeta电位作为颗粒选择分散条件的重要依据，已经在农药悬浮剂用得到应用［7］。目前，多杀菌素农药制剂的报道很少，李慧明等［8］在2.5%多杀菌素悬浮剂配方的研制中研究多杀菌素悬浮剂的配方及工艺优化;陈蔚艳等［9］在12%多杀菌素油悬浮剂的研制中研究了以植物油为载体制备性能良好的12%多杀菌素油悬浮剂。但高含量的多杀菌素悬浮剂并没有报道过，悬浮剂中固体含量越高，其颗粒之间的间距越小，聚集、凝聚和絮凝的可能性越大，贮存稳定性更难解决。本文采用Zeta电位法与正交实验法通过对助剂和配方的筛选，以及对其性能研究，研制各项性能符合要求的20%多杀菌素悬浮剂。

1 材料与方法

1.1 原药与助剂

多杀菌素原药:美国陶氏农业科学公司生产。

润湿分散剂:苯乙基酚聚氧乙烯醚(农乳601#)、烷基酚聚氧乙烯醚甲醛缩合物(农乳700#)、三苯乙基苯酚聚氧乙烯嵌段聚合物(1601#)、壬基酚聚氧乙烯十醚(NP-10)、蓖麻油聚氧乙烯醚(BY125)(江苏钟山化工有限公司);聚羧酸盐阴离子高分子分散剂(SP-2728)、松香聚氧乙烯聚氧丙烯醚高分子润湿剂(SP-SC29)、松香聚氧乙烯聚氧丙烯醚高分子分散剂(SP-SC3)、改性壬基酚聚醚非离子润湿剂(SP-21R)、改性壬基酚聚醚非离子润湿磷酸酯类分散剂(SP-SC3060)(江苏擎宇化工科技有限公司);磷酸酯类阴非离子复配助剂(FS3000)(世杰化工(上海)有限公司);萘磺酸盐甲醛缩合物(NNO)(秦兴市恒源化学厂)。

消泡剂:有机硅类消泡剂(630)(威来惠南集团有限公司)。

增稠剂:硅酸镁铝(泗洪县汇智精细化工有限公司);黄原胶(郑州凯利化生物科技有限公司);羟甲基纤维素钠(山东宁津烁丰纤维素有限公司)。

防冻剂:乙二醇;丙三醇;尿素。

1.2 主要仪器

Agilent 1100 Series高效液相色谱仪(上海尤尼柯仪器有限公司);BCD-200冰箱(博西华家用电器有限公司);BGD-750型多功能砂磨机(广东标格达实验室用品有限公司);BSA2202S型电子天平(赛多利斯科学仪器有限公司);BT-9300H型激光粒度分布仪(丹东百特仪器有限公司);DNJ-1S型黏度计(上海安德仪器设备有限公司);JC101型热鼓风干燥箱(南通嘉诚仪器有限公司);JS94H型微电泳仪(上海中晨数字技术设备有限公司);PHS-3E型pH计(上海仪电科学仪器股份有限公司);T-25型均质机(IKA)。

1.3 悬浮剂加工方法

将多杀菌素、水与各种助剂按照一定比例配好，将物料与锆珠按体积比1∶1.2至于砂磨桶中，研磨至颗粒细度在2～5 μm之间。

1.4 润湿分散剂的选择方法

本实验采用流点法与Zeta电位法相结合的方法筛选悬浮剂中的润湿分散剂。

1.4.1 流点法筛选润湿分散剂 将润湿分散剂配成质量分数为5%的水溶液，然后分别称取2～5 g(精确至0.01 g)多杀菌素原药于50 mL烧杯中，连同不锈药匙一起称重，用滴管将配制好的润湿分散剂水溶液逐滴滴加到烧杯中，边滴边搅拌，不时将药匙提起直至有液滴开始滴下时，停止滴加，再次将烧杯和不锈药匙一起称重，记录滴加溶液重量。流点L的计算如公式(1)所示。

选用流点较低的润湿分散剂以质量分数为4%的比例与多杀菌素原药按1.3中加工方法制备水悬浮剂半成品，观察加工过程中起泡情况，并测定其黏度，选用起泡量少或易于消除的润湿分散剂。据此初步确定适合本悬浮体系的润湿分散剂种类，可以很大程度上减少盲目性，确定下一步正交试验的因素。

1.4.2 Zeta电位法对润湿分散剂的选择 将悬浮液离心后，取少量上层清液缓慢注入电泳杯(防止气泡产生)，采用微电泳仪测定其Zeta电位值，均进样3次，每次重复记录3次，取其平均值。

1.5 水悬浮剂的性能指标测定

热贮稳定性测定参考GB/T 19136—2003的方法;冷贮稳定性测定参考GB/T 19137—2003的方法;pH值测定参考NY/T 1860.1—2010的方法;粘度测定参考NY/T 1860.21—2010的方法;悬浮率测定参考农药悬浮剂GB 14825—2006-T中4.4的悬浮率方法;分解率测定采用高效液相色谱(HPLC)法。

2 结果与分析

2.1 助剂的筛选

2.1.1 润湿分散剂的筛选 农药悬浮剂中颗粒之间表面自由能很大，易发生吸附凝聚［10］。适量的分散剂可以吸附在分散相粒子上从而形成空间位阻，或形成双电层，通过空缺稳定作用使分散体系趋于稳定，从而在贮存过程中不发生凝聚和结块等问题［11-12］。润湿分散剂可以改变药液的表面张力，降低表面能，不仅可以使砂磨过程中能耗降低，还也可以改善喷雾液滴在靶标表面的扩散效果，从而提高制剂的药效［13］。

表1 表面活性剂流点测试结果Tab.1 The results of surfactant flow point tests

表2 表面活性剂的优化组合Tab.2 The combination of the surfactant

本试验共测定12种润湿分散剂对多杀菌素原药的流点，其结果见表1，为粗选润湿分散剂提供依据。将流点在1.0以下的润湿分散剂用于20%多杀菌素悬浮剂的制备，通过Zeta电位、黏度、流动性、悬浮率、分散性等初步评价，结果见表2。结果表明用SP-2728和SP-SC29润湿分散剂组合所制得的制剂产品分散性优良，悬浮率高，黏度适中，流动性好，可以初步认为是适合于多杀菌素悬浮剂的润湿分散剂组合。

图1 SC29在润湿分散剂不同含量(质量百分比)对20%多杀菌素悬浮剂Zeta电位的影响Fig.1 Effect of different SC29 content(mass percent)of wetting dispersant on Zeta potential of 20%diflufenican suspension concentrate

研究分散剂SP-2728和润湿剂SP-SC29不同配比对多杀菌素悬浮剂的影响，结果见图1。由于Zeta电位的绝对值越大，悬浮剂的悬浮稳定性越好，Zeta电位测定结果显示分散剂SP-2728和润湿剂SP-SC29的比例为3∶2时，Zeta电位的绝对值最大，说明这组润湿分散剂组合是20%多杀菌素悬浮剂的最优润湿分散剂组合。

2.1.2 增稠剂 本文对黄原胶(A)、硅酸镁铝(B)、羟甲基纤维素钠(C)进行了筛选，结果见表3。根据其调节制剂黏度的能力、溶解难易程度、对产品稳定性的作用等因素，以及对悬浮剂各项性能的影响，最终选择黄原胶和硅酸镁铝作为最佳黏度调节剂。Zhang等［14］研究发现黄原胶能有效改善农药水乳剂的物理稳定性问题;陶晡等［15］发现黄原胶与硅酸镁铝的协同作用能提高悬浮剂的物理稳定性。

表3 增稠剂筛选结果Tab.3 The result of thickener screening

2.1.3 防冻剂 本实验通过冷贮试验研究不同防冻剂对多杀菌素悬浮剂产品质量的影响，实验结果表明乙二醇和丙三醇的防冻效果较好，并且得到的悬浮剂各项性能指标均符合标准，尿素冷冻后在安瓿瓶底部有沉淀产生，且析水严重。综合成本因素考虑选用乙二醇作为多杀菌素悬浮剂的防冻剂。

表4 正交实验因素水平表Tab.4 Factor levels of orthogonal experiment

2.1.4 正交试验优化配方 根据上述试验结果，将润湿分散剂组合E(SP-2728与SP-SC29按3:2)、黄原胶、硅酸镁铝和乙二醇进行正交试验优化，确定各组分的最佳用量。正交试验共设4个因素，每个因素3个水平，采用L9(34)正交表，具体因素、水平及试验结果分析见表4、表5。

表5 正交实验结果分析表Tab.5 Orthogonal experiment results analysis table

经(54±2)℃ 热贮14 d的析水率为试验指标，根据各因素的极差大小，得到影响悬浮剂吸水率的主次因素为A＞B＞D＞C，并且得到正交试验最优方案为A2B3C2D1，即最优组合为:润湿分散剂6%，黄原胶0.14%，硅酸镁铝1.0%，乙二醇3%。该方案经冷、热贮存后未出现分层、析水、凝聚沉淀等不合格现象，可以进一步试验研究。以析水率为指标的结果和Zeta电位测试结果相对应，说明Zeta电位能很好的反应出农药悬浮剂物理稳定性的好坏。

2.2 最佳配方及性能指标

本试验通过对各种助剂的筛选最终得到20%多杀菌素悬浮剂的最佳配方为:多杀菌素20.0%，SP-2728 3.6%，SP-SC29 2.4%，黄原胶 0.14%，硅酸镁铝 1.0%，乙二醇 3.0%，有机硅消泡剂 630 0.3%，防腐剂苯甲酸钠0.3%，水补足至100%。在常温条件下，对根据上述试验确定的最优配方制备的悬浮剂的性能指标检测，结果(表6)表明所测定指标均符合要求。

表6 最佳配方组合的性能分析结果Tab.6 The analysis results of the performance of best formulation

3 结论与讨论

本试验通过Zeta电位法与流点法研究发现聚羧酸盐阴离子高分子分散剂和松香聚氧乙烯聚氧丙烯醚高分子润湿剂两种润湿分散剂组合为20%多杀菌素悬浮剂的最佳润湿分散剂组合。Zeta电位法在润湿分散剂的筛选以及对悬浮剂的物理稳定性的预测将会引起农药剂型研发工作者的重视。与传统的方法相比，Zeta电位法能够有效的预测悬浮剂贮存稳定性问题。

润湿分散剂用量不同，其在固体颗粒表面的吸附量亦不同，进而影响固体颗粒表面双电层的厚度，相应的Zeta电位发生改变，影响颗粒之间的静电排斥力，从而影响颗粒悬浮体系的稳定性。黄原胶与硅酸镁铝的协同使用能有效提高20%多杀菌素悬浮剂物理稳定性。增稠剂使介质黏度增大，从而降低颗粒之间的碰撞几率并且延长了粒子的沉降时间，有效的改善悬浮剂的物理稳定性。正交试验在农药悬浮剂配方的研发过程中能够减少大量的工作，即可获得优化的配方。本文通过Zeta电位法与正交试验相结合对20%多杀菌素悬浮剂配方的筛选，可获得性能优越、品质稳定、黏度适合、分散性好的产品。其工艺简单易行，冷、热贮性能稳定，倾倒性合格，质量可靠，并且多杀菌素易降解，毒性低，对环境友好，对使用者安全。

农药悬浮剂是一种水基化的环保农药剂型，符合农药剂型与环境友好的发展趋势。与含有机溶剂的剂型相比，其节省大量有机溶剂，也大大降低了成本，并且对环境污染小。农药悬浮剂是乳油等传统农药剂型很好的替代产品，其在农药剂型中具有重要地位。

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