黄腐酸钾作为分散剂用于10%阿维菌素悬浮剂的开发

李浩林, 张大侠, 于 建, 张 鹏, 李北兴, 慕 卫, 刘 峰*,

(1. 山东农业大学 植物保护学院 农药毒理与应用技术重点实验室，山东 泰安 271018；2. 福建农林大学 植物保护学院闽台作物有害生物生态防控国家重点实验室，福州 350002；3. 山东农大肥业科技有限公司，山东 泰安 271699；4. 济南天邦化工有限公司，济南 251600)

黄腐酸钾源于腐植酸，目前广泛用作叶面肥和功能水溶肥，能促进植物生长及提高抗逆能力，对作物抗旱能力的提升有重要作用，而且具有增产和改善作物品质的作用。黄腐酸作为腐植酸中的活性组分[1-2]，来源广泛，普遍存在于泥炭、褐煤和风化煤中[3]，作为肥料使用时，一般从腐植酸中提取并通过与氧化钾反应制成黄腐酸钾[4]。黄腐酸钾是一种多价酚型芳香族化合物与含氮化合物的缩聚物[5]，外观为棕褐色粉末，无毒副作用。据报道，腐植酸类物质与农药混用具有增效作用，如将黄腐酸与杀虫脒复配，在施用剂量减半的情况下，对二化螟和稻纵卷叶螟的防效仍可提高20%～30%；腐植酸与百菌清复配后，对尖镰孢菌Fusarium oxysporum的抑制率可提高10%～20%[6]。

阿维菌素作为具有杀虫、杀螨及杀线虫活性的十六元大环内酯类化合物[7]，对螨类、线虫和昆虫具有胃毒和触杀作用[8]，常用于叶面喷雾。前期本研究团队在探究黄腐酸钾能否使阿维菌素增效的试验中发现，黄腐酸钾虽然未能提高阿维菌素对害虫的活性，但是将两者混用却能够提高阿维菌素原药在稀释液中的分散性。

悬浮剂加工时无粉尘污染，且以水为分散介质，环境相容性好，近年来在国内发展迅速[9]。由于悬浮剂为不稳定的多相体系，为防止药剂研磨后出现颗粒团聚，保证其悬浮性能，配方中的分散剂发挥着重要作用[10-11]。目前常用分散剂主要为木质素磺酸盐、聚羧酸酯钠盐、十二烷基聚氧乙烯醚磷酸酯和多芳基酚聚氧乙烯醚磷酸酯等[12]。木质素磺酸盐类是应用较为广泛的分散剂[13-14]，其结构中含有苯环和长碳链，以及羟基、醛基、酮基、羧基、甲氧基等多种官能团[15-16]。从黄腐酸钾的结构可以看出，其中也含有羟基及羧基等官能团[17-18]，据此推测如果将黄腐酸钾作为分散剂用于农药制剂中，或许可以使制剂同时具有药和肥的双重功效。

本研究以10%阿维菌素悬浮剂为例，评价了黄腐酸钾作为农药分散剂的可行性，以期为基于黄腐酸钾的药肥制剂的开发提供参考，同时也为拓展其应用范围提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 药剂和仪器 95%阿维菌素 (abamectin，B1a) 原药，河北兴柏药业集团有限公司；5%阿维菌素悬浮剂 (SC)，海利尔药业集团股份有限公司；黄腐酸钾 [符合HG/T 5334—2018。以干基计，黄腐酸质量分数为52%～55%，钾质量分数为12%～15%，余下组分为硫酸盐等无机盐，包括部分不溶于水的杂质]，山东农大肥业科技有限公司；木质素磺酸钠85A (相对分子质量 1.0 × 104～1.2 × 104，磺化度 0.85 mmol/g)，Meadwestvaco公司；乳化剂 OP-10、农乳1602#及宁乳34#，淄博云川化工有限公司；黄原胶，淄博中轩生化有限公司；硅酸镁铝，中材矿物材料公司；乙二醇(分析纯)，天津科密欧化学试剂有限公司；有机硅消泡剂X60，北京广源益农化学责任有限公司。

RW20 搅拌器，德国 IKA 公司；LS-POP(6)激光粒度分析仪，珠海欧美克仪器有限公司；DV-Ⅲ Ultra 流变仪，美国 Brookfield 公司；电热鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司；CX40 实验室生物显微镜，舜宇光学科技 (集团) 有限公司；安捷伦1200高效液相色谱仪 (HPLC)，安捷伦科技有限公司。

1.1.2 生物试材 南方根结线虫Meloidogyneincognita：于山东省齐河县番茄日光温室中采集感染的番茄植株根系，用NaClO溶液浸提虫卵，将虫卵铺于加水培养皿中的尼龙筛 (孔径30 μm) 上，于25 ℃下孵育。每天采集新生的二龄幼虫，4 ℃保存，用于室内试验。

1.2 试验方法

1.2.1 黄腐酸钾对阿维菌素的分散能力测定 称取1 g黄腐酸钾与1 g有效成分的阿维菌素原药，混匀，用去离子水补足至100 g体系后，研磨10 min，在400倍显微镜下观察颗粒分布情况。以不添加黄腐酸钾的处理为空白对照，以加入等量木质素磺酸钠的处理为阳性对照。

1.2.2 悬浮剂的制备 准确称取95%阿维菌素原药10.53 g，一定量的黄腐酸钾、OP-10、柠檬酸、黄原胶和硅酸镁铝，2 g乙二醇，加入砂磨杯中，用去离子水补足100 g，之后加入等体积的氧化锆珠，于2 000 r/min下研磨1 h，即可得到10%阿维菌素悬浮剂[19]。

1.2.3 配方筛选

1.2.3.1 分散剂用量筛选 为了确定黄腐酸钾的最佳添加量，按照1.2.2节中的方法，分别添加质量分数1%、2%、3%和4%的黄腐酸钾进行10%阿维菌素悬浮剂的制备。采用激光粒度分析仪对制剂粒径进行分析，评价不同用量黄腐酸钾条件下的研磨效率。同时在显微镜下观察制剂稀释液颗粒的粒径分布。

1.2.3.2 润湿剂种类及用量筛选 为了确定适宜的润湿剂种类及用量，在1.2.3.1节确定了最佳分散剂用量的基础上，选择常用乳化剂宁乳34#、农乳1602#和OP-10，添加量分别为质量分数 1%和3%，按照1.2.2节中的方法制备得到6个10%阿维菌素悬浮剂。在研磨1 h过程中，每间隔10 min取样1次，用激光粒度分析仪对制剂粒径进行分析，通过对比相同研磨时间下的制剂粒径大小，评价不同种类及用量润湿剂条件下的研磨效率。同时将制剂在54 ℃ ± 2 ℃下热贮14 d，考察热贮后制剂的析水率和悬浮率，评价不同种类及用量润湿剂的效果。

1.2.3.3 增稠剂筛选 为了确定适宜的增稠剂种类及用量，在上述确定的最佳分散剂及润湿剂条件下，加入不同质量分数的黄原胶-硅酸镁铝 (配比见表1)，按照1.2.2节的方法制备10%阿维菌素悬浮剂。并在54 ℃ ± 2 ℃下热贮24 h，对制剂的析水率进行测定，筛选出最佳的增稠剂种类及用量。

表1 增稠剂添加方案Table 1 Schemes of adding thickener

1.2.3.4 其他组分用量筛选 为了确保制剂的低温贮存稳定性，通常需要加入防冻剂。选用常用防冻剂乙二醇，添加量分别为质量分数1%、2%和3%，按照1.2.2节的方法制备悬浮剂，并对制剂冷贮后的性能进行考察。

由于体系偏碱性易导致阿维菌素的分解[20]，因此需调节pH值，确保制剂有效成分稳定。本研究采用添加1 mol/L的柠檬酸溶液调节制剂pH值，每次滴加20 μL，用实验室pH计对制剂pH值进行测定，确定柠檬酸溶液的最佳添加量。

1.2.4 添加黄腐酸钾的必要性验证 考虑到润湿剂同时也具有分散作用，为了排除润湿剂对制剂分散性能的影响，将筛选后的优选配方去除黄腐酸钾组分后再进行10%阿维菌素悬浮剂的制备。将所得制剂在54 ℃ ± 2 ℃条件下热贮14 d，在0 ℃ ± 1 ℃条件下冷贮7 d后，观察制剂的稳定性，以验证添加黄腐酸钾的必要性。

1.2.5 制剂理化性质测定

1.2.5.1 持久起泡性 按GB/T 28137—2011[21]测定。

1.2.5.2 倾倒性 按GB/T 31737—2015[22]测定。

1.2.5.3 pH值 按NY/T 1860.1—2016[23]测定。

1.2.5.4 细度 按GB/T 16150—1995[24]测定。

1.2.5.5 黏度 按NY/T 1860.21—2010[25]测定，采用SC4-18转子。

1.2.5.6 粒径分布 采用激光粒度分析仪测定10%阿维菌素悬浮剂样品的粒径及其分布，重复测定3次，取平均值。

1.2.5.7 悬浮率 按GB/T 14825—2006[26]测定。

1.2.5.8 冷贮稳定性 按GB/T 19137—2003[27]测定。

1.2.5.9 热贮稳定性 按GB/T 19136—2003[28]测定。

1.3 室内活性测定

用无菌水将采用最优配方制备的10%阿维菌素悬浮剂分别稀释配制成2.5、1.25、0.5、0.25及0.1 mg/L系列质量浓度的药液。采用24孔养虫板，每孔加入500 μL不同浓度药液及等体积的二龄南方根结线虫悬浮液，于25 ℃条件下保湿培养。每个浓度重复3次，以无菌水处理为空白对照。分别在处理后12 h及24 h检查线虫幼虫的存活及死亡数量，计算死亡率。线虫僵直不动为死虫，呈弯曲蠕动状态为活虫。

1.4 数据统计及分析

采用SPSS (V20.0) 对试验结果数据进行统计分析，所有图表均使用Origin 8.0软件制作。

2 结果与分析

2.1 黄腐酸钾对阿维菌素原药的分散能力

与空白对照及添加等量木质素磺酸钠的阳性对照组的颗粒分布情况 (图1) 比较发现，空白对照组制剂颗粒存在团聚现象，而添加黄腐酸钾与木质素磺酸钠的制剂颗粒均分布均匀。表明黄腐酸钾同木质素磺酸钠一样，有助于提高阿维菌素原药的研磨效率，并可使颗粒分散均匀。

2.2 黄腐酸钾用量对阿维菌素悬浮剂粒径的影响

将1.2.3.1节中添加不同量黄腐酸钾制备所得4个制剂同等倍数稀释后，在400倍显微镜下观察(图2A)，可以看出阿维菌素原药颗粒分散均较为均匀。利用激光粒度分析仪测定制剂粒径，结果(图2B) 表明，随着黄腐酸钾添加量升高，制剂粒径逐渐降低，表明其研磨效率随着黄腐酸钾用量的增加逐步升高。其中黄腐酸钾质量分数为3%和4%的 2 个制剂，其粒径D90值无显著性差异 (P>0.05)，但与黄腐酸钾质量分数为1%和2%的 2 个制剂间有显著性差异 (P>0.05)，且其粒径范围在0～3 μm 之间，达到悬浮剂的粒径要求[29]。综合考虑成本因素，最终确定黄腐酸钾的适宜添加量为质量分数3%。

2.3 润湿剂的确定

利用激光粒度分析仪测定1.2.3.2节中制得的6个10%阿维菌素悬浮剂的最终粒径。结果(图3A)表明，在确定黄腐酸钾质量分数为3%条件下，经过1 h的研磨，添加质量分数3% OP-10、1% OP-10和3%农乳1602#的3个制剂的粒径小于其他3个制剂，且这3个制剂之间D10、D50以及D90值差异不显著 (P> 0.05) (图3B)。

如图4所示，将1.2.3.2节中所得6个配方制剂在54 ℃ ± 2 ℃下热贮14 d，其中添加质量分数1% OP-10的制剂析水率最低。各制剂达到最小粒径时所用的研磨时间见表2，从中可看出：6种制剂的粒径均在40～60 min左右达到最小值，其研磨效率相差不大；热贮14 d后，添加1% OP-10的制剂析水率最低，为50.62% ± 1.07%，且6个配方制剂的悬浮率均大于94%。

表2 热贮14 d后不同配方10%阿维菌素悬浮剂的各项性能指标Table 2 Indexes of abamectin 100 SC with different formulations after hot storage for 14 days

综上可见，当添加质量分数为1%的OP-10时，所得制剂粒径最小且符合要求，同时热贮14 d 后的析水率也最低，因此最终选择1% OP-10作为润湿剂。

2.4 增稠剂的确定

按1.2.3.3节中所述方案配制10%阿维菌素悬浮剂，观察热贮24 h后制剂的析水率及流动性。结果 (表3) 表明，只有方案5所得制剂未发生分层且具有良好的流动性，所以确定选择方案5，即最终配方中适宜的增稠剂用量为黄原胶0.15%-硅酸镁铝0.5%。

表3 热贮24 h后不同配方10%阿维菌素悬浮剂的稳定性及流动性Table 3 Water extraction rate and fluidity of abamectin 100 SC with different formulations after heat storage for 24 hours

2.5 其他组分用量确定

2.5.1 防冻剂及消泡剂 研究表明，质量分数2%的乙二醇可以有效保证制剂的冷贮稳定性，0.1%的有机硅X60可有效抑制制剂气泡的产生。

2.5.2 pH调节剂 结果见图5，当柠檬酸溶液滴加量为100 μL，折算成质量分数为0.02%时，制剂pH值符合要求[30]。

2.6 10%阿维菌素悬浮剂的优选配方

综合上述试验结果，最终得到10%阿维菌素悬浮剂的优选配方 (表4)。优选配方下所得制剂外观见图6，54 ℃ ± 2 ℃下热贮14 d后制剂无明显析水。

表4 10%阿维菌素悬浮剂优选配方Table 4 Abamectin 100 SC optimization formula

2.7 10%阿维菌素悬浮剂的质量控制指标

按照1.2.5节方法，对采用优选配方制备的10%阿维菌素悬浮剂的持久起泡性、倾倒性及pH值等性能指标进行测定，结果见表5，均达到悬浮剂的基本要求[30]。

表5 10%阿维菌素悬浮剂质量控制指标Table 5 Physical and chemical properties of abamectin 100 SC

采用激光粒度分析仪测得优选配方制剂粒径的D50值为 (1.50 ± 0.03) μm (图7A)；通过流变仪测得不同剪切速率下制剂的黏度范围为16.50～146.28 mPa·s，表明其存在明显的剪切稀化现象(图7B)。

2.8 黄腐酸钾对制剂贮存稳定性的作用

按照1.2.2节方法制备得到的制剂在54 ℃ ±2 ℃条件下热贮14 d后，在显微镜下观察发现，不添加黄腐酸钾的空白对照制剂颗粒发生了严重的团聚，同时伴随晶体长大现象 (图8A)，而添加了黄腐酸钾的制剂中药剂颗粒分布均匀 (图8B)，表明黄腐酸钾在制剂稳定性方面发挥了重要作用。

2.9 10%阿维菌素悬浮剂对南方根结线虫的室内活性

由表6可以看出，添加黄腐酸钾后制备的阿维菌素悬浮剂与常规商品制剂对南方根结线虫的活性相当，表明以黄腐酸钾作为分散剂对制剂的活性没有影响。

表6 阿维菌素悬浮剂对南方根结线虫的室内活性Table 6 Indoor activity of abamectin SC against Meloidogyne incognita

3 结论与讨论

本研究将黄腐酸钾作为分散剂应用到阿维菌素悬浮剂制剂加工中，与润湿剂OP-10、增稠剂黄原胶和硅酸镁铝组合，搭配乙二醇和柠檬酸，通过研磨能够获得理化性能良好的阿维菌素悬浮剂。优选后的配方 (质量分数) 为黄腐酸钾3%，OP-10 1%，黄原胶0.15%，硅酸镁铝0.5%，柠檬酸0.02%，乙二醇2%，消泡剂X60 0.1%。

目前生产上对分散剂的要求主要包括绿色环保、成本适中、分散悬浮性能好和贮存稳定性好[31-33]，在性能方面一般要求其能够牢固吸附在农药有效成分粒子表面，提供必要的静电斥力和位阻障碍，防止颗粒聚集合并，以便药液能够在水中悬浮[34]。本研究表明，利用黄腐酸钾能够制备出性能稳定的10%阿维菌素悬浮剂，表明其符合农药分散剂的要求，具有一般分散剂的性能。但按照阿维菌素田间推荐用量对所得制剂进行稀释后，黄腐酸钾的质量浓度仅为3.33 mg/L，而其叶面施用的推荐质量浓度在10～100 mg/L之间，田间冲施用量为150～225 kg/hm2，因此本研究开发的10%阿维菌素悬浮剂尚不能达到同时具备药肥双效的预期，未来可以根据实际应用场景 (土壤或叶面) 对药剂和肥料的剂量需求，通过合理调节两者的比例来实现这一目标。至于黄腐酸钾是否适用于制备其他不同类型的农药悬浮剂，以及其对农药有效成分的分散稳定作用机理等还有待进一步明确。