正交試驗法在辛硫磷微乳劑配方選擇中的應(yīng)用研究*

蘇學(xué)軍，吳小林

（泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 泰州 225300）

近年來，隨著人們對環(huán)境安全的日益重視，傳統(tǒng)的乳油劑型因使用大量的芳烴類有機溶劑而逐漸被各種水性化農(nóng)藥新劑型所代替。農(nóng)藥微乳劑是由油性活性成分、表面活性劑、水組成的均相透明的熱力學(xué)穩(wěn)定體系，具有藥效高、成本低、使用安全等優(yōu)點，但由于其配制的過程中往往使用有機極性溶劑和較多的表面活性劑而使得其存在爭議[1，2]。若在配方研制的過程中，通過正交試驗法對復(fù)配表面活性劑的配比、用量及助表面活性劑的用量進行篩選優(yōu)化，可達(dá)到保證高藥效的情況下使此劑型負(fù)面效應(yīng)降到最低。

辛硫磷是一種高效、低毒、廣譜性有機磷殺蟲劑，以觸殺和胃毒作用為主，常用來防治地下害蟲，尤其對多種鱗翅目害蟲的幼蟲作用效果明顯[3]。目前市場上主要以乳油產(chǎn)品居多，有少量水性化劑型，但其配方鮮有報道。根據(jù)辛硫磷的理化特點，可將其加工成為微乳劑型。微乳體系為多組分體系，其配方的研制的重點側(cè)重于表面活性劑和助表面活性劑的篩選優(yōu)化[4]。若采用單因素試驗法篩選配方需做大量實驗，本文通過單因素試驗法與正交試驗法相結(jié)合的方法，用較少的試驗次數(shù)初步獲得了該微乳劑型的配方，為進一步進行該配方的研究和應(yīng)用提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

原藥：辛硫磷（質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥90%，工業(yè)品）；乳化劑：OP-10、農(nóng)乳 500#、602#、700#、寧乳 33#、農(nóng)乳（1601、1602）、BY-140、EL-40，均為工業(yè)品；溶劑與助表面活性劑：冰醋酸、甲苯、丙酮、環(huán)己酮、乙醇、正丙醇、正丁醇、乙二醇，均為化學(xué)純；有機硅消泡劑X-10C。

1.2 儀器設(shè)備

HH數(shù)顯型恒溫水浴鍋（江蘇金城國勝實驗儀器廠）；精密溫度計（常州新華儀器廠）；sartorius電子天平（北京賽多利斯儀器有限公司）；CJ78-1B磁力攪拌器（姜堰分析儀器廠）；CJ78-1B生化培養(yǎng)箱（姜堰分析儀器廠）；BCD-216ZDJ海爾冰箱。

2 試驗方法與結(jié)果

2.1 微乳劑的配制

采用油相加入水相工藝配制10%辛硫磷微乳劑。將辛硫磷與溶劑、復(fù)配表面活性劑、助表面活性劑充分混合并攪拌數(shù)分鐘，然后加入水相，控制好轉(zhuǎn)速，加完物料后繼續(xù)攪拌30min，最后得到黃色均相透明的微乳劑。

2.2 微乳劑濁點的測定

將配好的一系列微乳劑置于具塞試管內(nèi)，插入精密溫度計，于水浴中緩慢升溫，攪拌溶液同時觀察溶液由清變濁或由濁變清時的溫度，二者溫度的平均值即為濁點，重復(fù)測定3次。

2.3 助表面活性劑的選擇

辛硫磷原藥是液體，體系中加入適宜的助表面活性劑可以改善溶液流動性。同時由于助表面活性劑是小的極性分子，在微乳劑中可以被吸附在油水界面上，有助于油水界面間界面張力的降低，并能降低界面膜的彈性模量，大大改善表面活性劑的性能，使微乳劑中的微粒結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，一般選用低碳鏈的醇作助表面活性劑[5]。根據(jù)前文研究[3]，若選用C3以上的醇作助表面活性劑，微乳液的透明溫度區(qū)域變窄，濁點降低，導(dǎo)致制劑熱貯外觀不合格。故本研究中選用乙醇作為助溶劑、乙二醇作為冷凍劑。

2.4 表面活性劑種類篩選

根據(jù)辛硫磷及選用溶劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)，選用HLB值在13～16之間的非離子型表面活性劑進行試驗。復(fù)配表面活性劑的使用可充分發(fā)揮表面活性劑之間的協(xié)同效應(yīng)，微乳劑中常見的組合為非離子/非離子、非離子/陰離子兩種形式。在進行種類篩選時，首先要考慮使用的復(fù)配表面活性劑的總量，通過經(jīng)濟核算，表面活性劑的總量若超過17%經(jīng)濟效益不明顯。在初定配方時，復(fù)配表面活性劑的用量可適當(dāng)增多，能提高界面膜的完整性和機械強度，因而固定復(fù)配表面活性劑的總量為17%、配比為1∶1，進行種類篩選，結(jié)果見表1。

表1 表面活性劑的篩選結(jié)果Tab.1 The results of the selection of emulsifiers

由表1可知，所列的二元復(fù)配表面活性劑均不能制得合格的微乳劑。采用三元復(fù)配表面活性劑用量17%，配比為寧乳33#∶1602#∶500#=1∶1∶1制得的產(chǎn)品合格，下面便可采用正交試驗法對此用量、配比進行優(yōu)化。

2.5 正交試驗法篩選最優(yōu)表面活性劑和助溶劑

采用正交設(shè)計的關(guān)鍵要素之一是要確定合適的考察指標(biāo)，即因變量。透明溫度區(qū)域是反應(yīng)微乳劑穩(wěn)定性的一個重要指標(biāo)，本研究中在溶劑和農(nóng)乳500#選定的情況下，各微乳劑的透明溫度低限值變化幅度不大，因此，以透明溫度上限值（濁點溫度）作為主要的考察指標(biāo)進行研究。設(shè)定4個因素：復(fù)配表面活性劑的用量、表面活性劑的配比、乙醇用量、消泡劑用量，每個因素選取3個水平，制定因素水平表，按正交設(shè)計表L9（34）進行試驗，見表2、3。

利用正交設(shè)計助手軟件對試驗數(shù)據(jù)進行處理，由表3極差分析可以看出，對微乳劑濁點高低影響因素排序為C＞B＞D＞A，在所選因素水平范圍內(nèi)，得出理論上最佳的組合為A2B3C3D2，即表面活性劑的總用量為15%、配比為2∶1、乙醇用量5%、消泡劑0.2%。同時選擇A列、D列進行方差分析，結(jié)果見表4。

表2 因素水平表Tab.2 Factors and levels in orthogonal test

表3 正交試驗結(jié)果Tab.3 Results of orthogonal test

表4 正交試驗方差結(jié)果Tab.4 Results of analysis of variance

從表4可以看出，4種因素對濁點結(jié)果影響的程度，C因素對試驗結(jié)果具有顯著影響，而其余因素對濁點影響不大，說明此微乳劑配方中助表面活性劑的用量不宜少；A因素對濁點影響較小，因而在不影響制劑性能的情況下，為節(jié)約配方成本，可降低表面活性劑的使用量。最終結(jié)合生產(chǎn)成本，實際配方確定為A1B3C3D2。

2.6 配方優(yōu)選結(jié)果驗證

按正交設(shè)計得到的優(yōu)化配方A1B3C3D2進行5次重復(fù)試驗配制10%辛硫磷微乳劑，測得其平均濁點為68.0℃，要稍高表1的最好組合，但復(fù)配表面活性劑的使用量減少了2%，有利于降低成本。制得的微乳劑為清澈透明液體，用30℃硬水進行200倍稀釋，微乳液呈淡黃色透明狀，說明乳液穩(wěn)定性合格，其冷貯、熱貯指標(biāo)均符合制劑要求，熱貯分解率＜5%。

3 結(jié)論

微乳劑配方研制的重點往往是表面活性劑、助表面活性劑的種類、配比及含量的確定，在用單因素法、均勻設(shè)計法或基于其它理論篩選出表面活性劑種類后，使用正交試驗法選擇一個或多個因變量為考核指標(biāo)對配方中各成分的含量、配比進行快速優(yōu)化，在減少試驗次數(shù)的情況下，可優(yōu)選出合適的配方，并可降低生產(chǎn)成本。配方優(yōu)選表明：對于微乳體系透明溫度下限變化幅度較小的情況，僅選用濁點作為微乳劑性能考察指標(biāo)是方便可行的。

［1］魏方林，魏曉林，劉迎，等.農(nóng)藥新劑型-微乳粒劑配制的可行性研究［J］.農(nóng)藥學(xué)學(xué)報，2011，13（3）：319-326.

［2］趙譜超，趙軍，林雨佳，等.農(nóng)藥水乳劑、微乳劑研發(fā)與生產(chǎn)中存在的問題及對策［J］.農(nóng)藥科學(xué)與管理，2011，32（2）：26-30.

［3］蘇學(xué)軍，戴小波，陳艷，等.辛硫磷微乳劑濁點影響的因素分析［J］.化工時刊，2011，（12）：34-36.

［4］魏方林，吳慧明，程敬麗，等.多因素試驗設(shè)計方法在農(nóng)藥微乳劑配方研制中的應(yīng)用研究［J］.農(nóng)藥學(xué)學(xué)報，2009，11（3）：373-380.

［5］聶思橋，吳志華，等.10%殘殺威微乳劑的研制［J］.農(nóng)藥，2006，45（9）:587-590.