20%異丙甲 ? 芐泡騰片劑的研制及其對稻田雜草的防治效果

延衛垚, 楊景涵, 馬英劍, 秦敦忠, 陳 旺, 陳志洋, 馮建國*,

(1. 揚州大學 園藝與植物保護學院，江蘇 揚州 225009；2. 江蘇擎宇化工科技有限公司，江蘇 揚州 211400)

異丙甲草胺(metolachlor)屬于選擇性芽前土壤處理劑，主要防治稗草、千金子等一年生禾本科雜草，但對闊葉雜草的防效較差[1-2]，而芐嘧磺隆(bensulfuron-methyl)對大部分闊葉雜草和莎草科雜草活性高[2-3]，因此，若將兩種除草劑同時期使用，推測可以有效防除稗草、千金子、鱧腸和莎草等雜草。然而，異丙甲草胺為油狀液體，芐嘧磺隆為粉狀固體，二者不便直接混用。目前，中國已有13 個異丙甲草胺與芐嘧磺隆的復配產品獲得登記，加工劑型包括可濕性粉劑(7 個)、細粒劑(3 個)和泡騰粒劑(3 個)，這些制劑主要通過藥土法撒施，用來防除水稻移栽田一年生雜草[2]。泡騰劑是一種投入水中能迅速產生氣泡并崩解擴散、可均勻充分發揮藥效的粒狀或片狀固體制劑，具有使用方便、環境污染小和高效低毒等優點[4-6]，符合農藥劑型的發展方向。鑒于此，本研究通過對填料、崩解劑、潤濕劑、分散劑和潤滑劑等的篩選，研制了可在稻田中自動崩解分散的20%異丙甲 ? 芐泡騰片劑，旨在為高效、安全和方便的稻田施藥提供思路。

1 材料與方法

1.1 供試材料

98%異丙甲草胺(metolachlor)原藥，山東濱農科技有限公司；96.6%芐嘧磺隆(bensulfuronmethyl)原藥，浙江天豐生物科學有限公司； 960 g/L異丙甲草胺乳油(EC)，山東綠霸化工股份有限公司；10%芐嘧磺隆可濕性粉劑(WP)，安徽圣豐生化有限公司；20% 異丙甲 ? 芐(有效成分質量比17 : 3)可濕性粉劑，美豐農業科技(上海)有限公司。酸源：檸檬酸和酒石酸，山東巨偉泰生物科技股份有限公司。堿源：碳酸鈉和碳酸氫鈉，濰坊海之源化工有限公司。分散劑：亞甲基雙萘磺酸鈉(NNO)，青島海洋化工有限公司；羧酸鹽分散劑D1003，北京漢莫克化學技術有限公司；分散劑Greensperse 202 (G202)，北京格林泰姆科技有限公司；十二烷基硫酸鈉，國藥集團化學試劑有限公司。潤濕劑：潤濕劑790A，南京捷潤有限公司；木質素磺酸鈉，上海庭若化工有限公司；烷基萘磺酸鹽(EFW)，阿克蘇諾貝爾公司；十二烷基苯磺酸鈉，國藥集團化學試劑有限公司。潤滑劑：滑石粉，平度市天一制粉有限公司；聚乙二醇6000 (PEG6000)，邢臺鑫藍星科技有限公司；硬脂酸鎂，高密市金福祥助劑有限公司。填料：硅藻土，吉林遠通礦業有限公司；有機膨潤土，常州恒潤化工有限公司；白炭黑，廣州利比新材料科技有限公；高嶺土，河北佳士力化工有限公司。

1.2 儀器和設備

QLF-120 氣流粉碎機，蘇州金遠勝智能裝備股份有限公司；Quadrasorb EVO 比表面分析及孔徑綜合分析儀，美國安東帕儀器公司；TDP-1.5T單沖壓片機，河北德科機械科技有限公司；YPD-200C 型片劑硬度儀，濟南千司生物技術有限公司。

1.3 制備方法

使用吸附性填料吸附異丙甲草胺原藥(原油)至有良好流動性，然后與芐嘧磺隆、分散劑、潤濕劑和潤滑劑按比例混合，在氣流粉碎機中粉碎至75 μm (200 目)以下。待其冷卻后，稱取混合物進行壓片，得到泡騰片劑。加工工藝流程見圖1。

圖1 泡騰片劑加工工藝流程Fig. 1 Process for the preparation of effervescent tablets

1.4 相關指標測試方法

1.4.1 崩解時間 將泡騰片劑投入水槽中，從片劑接觸水面開始計時，直到完全崩解分散后結束計時。除另有規定外，各片劑均應在8 min 內崩解完成[7]。

1.4.2 懸浮率 按文獻[8]中的4.3 節進行。

1.4.3 潤濕性測定 按文獻[9]中的第6 節進行。

1.4.4 熱貯穩定性 按文獻[10]中的2.3 節進行。

1.4.5 硬度 采用YPD-200C 型片劑硬度儀測試，重復3 次，取平均值。

1.4.6 顆粒間孔隙率和豪斯納比 將20 g 待測樣品緩慢勻速地加入到50 mL 量筒中，輕輕抹平表面，讀取待測顆粒的體積(Va)，計算松密度(Da)；將上述盛有待測顆粒的量筒，同一高度上下振動200 次，讀取待測顆粒的體積(Vc)，計算振實密度(Dc)[11]。

由松密度和振實密度按公式(1)計算顆粒間孔隙率(Ie)[11]。

1.4.8 吸濕率 參考文獻方法[12]測定樣品在溫度為25 ℃ ± 1 ℃、相對濕度為80 % ± 2%條件下的吸濕率。

1.5 氮氣吸附

取約0.5 g 粉碎至粒徑150 μm (100 目)的樣品，真空110 ℃干燥12 h，充分除去孔隙殘余流體，在77 K 和相對壓力為0.010～0.993 范圍內獲得樣品的氮氣吸附曲線。

1.6 二氧化碳釋放量測定

采用失重法[7]。稱量并分別記錄泡騰片發泡前和發泡完全后的質量，計算釋放二氧化碳的質量。

1.7 田間防治效果試驗

試驗在揚州市城北鄉槐南村進行，試驗地水肥及栽培條件均一，土地平整，沙質土壤。防除對象為4 種稻田雜草：稗草Echinochloa crusgalli(L.) Beauv.、千金子Leptochloa chinensis(L.)Nees、莎草Cyperus rotundusL.和鱧腸Eclipta prostrata(L.) L.。設置5 個處理：處理1 為20%異丙甲 ? 芐泡騰片(有效成分120 g/hm2)；處理2為20%異丙甲 ? 芐泡騰片(有效成分180 g/hm2)；處理3 為10%芐嘧磺隆可濕性粉劑(有效成分120 g/hm2)；處理4 為960 g/L 異丙甲草胺乳油(有效成分120 g/hm2)；處理5 為20%異丙甲 ? 芐可濕性粉劑(有效成分120 g/hm2)；處理6 為清水對照。試驗設計4 次重復，每小區面積20 m2，隨機區組排列，小區間筑田埂隔開。水稻播后5 d 施藥，分別于藥后20 d 和40 d 調查防治效果[13]。

2 結果與分析

2.1 填料選擇

吸附性填料主要用于吸附原油，其吸油能力是篩選的主要依據之一，而吸油能力與粒子表面性能、粉體比表面積以及粉料顆粒間空隙有關[14]。由不同填料的氮氣吸附曲線(圖2)可以看出，4 種填料的氮氣吸附能力由大到小排序為：白炭黑 >膨潤土 > 高嶺土 > 硅藻土，其中白炭黑的氮氣吸附量(> 30 cm3/g)遠高于其他3 種，比表面積最大。同時，吸附原油后的流動性、顆粒間孔隙率呈現出與氮氣吸附相一致的結果(表1)，白炭黑的顆粒間孔隙率最大，流動性最優，膨潤土次之。

圖2 不同填料的氮氣吸附曲線Fig. 2 Nitrogen adsorption curves of different fillers

表1 不同填料的物理性質Table 1 Physical properties of different fillers

由于在實際操作中單獨以白炭黑為填料制備泡騰片難以成片，故將吸油率較大的白炭黑與有機膨潤土進行復配。參考文獻方法[15]，先固定配方中填料的種類和其他組分，只變換兩種填料的比例。本研究中固定異丙甲草胺(質量分數，下同)16%、芐嘧磺隆4%、酒石酸20%、碳酸氫鈉20%、烷基萘磺酸鹽 (EFW) 6%、分散劑G202 4%、硬脂酸鎂3%和填料27%條件下，測定兩種填料不同比例下的崩解時間、懸浮率和硬度，結果見表2。

表2 填料選擇Table 2 Filler selection

從表2 可以看出，以不同比例的白炭黑和有機膨潤土為填料制備的泡騰片劑，其崩解時間和懸浮率相差不多，且均能滿足要求，但當硬度過低時在運輸途中容易破裂，不能滿足實際要求，因此，選擇以m(白炭黑) :m(有機膨潤土) = 9 : 18作為填料。

2.2 崩解劑選擇

崩解劑是利用碳酸根或碳酸氫根的堿與酸根離子遇水產生CO2的原理，幫助泡騰片在水中自動崩解擴散，酸、堿的種類和比例均會影響其反應速率和CO2釋放量。崩解劑的性能主要取決于崩解時間、吸濕率和CO2釋放量[16-17]。在前期試驗基礎上，一方面固定其他組分為16%異丙甲草胺、4% 芐嘧磺隆、9% 白炭黑、18% 有機膨潤土、6% EFW、4% G202 和3%硬脂酸鎂；另一方面，固定酸堿總質量分數為40%，變換酸堿比例，從檸檬酸、酒石酸、碳酸鈉和碳酸氫鈉中篩選出合適的崩解劑。

從表3 數據可以看出，當選擇m(酒石酸) :m(碳酸氫鈉) = 20 : 20 為崩解劑，且總用量(質量分數)為40%時反應完全，泡騰片崩解時間最短(407 s)，CO2釋放量最高(0.202 g)。這是由于酒石酸和碳酸氫鈉的相對分子質量較小，相同質量的酸堿可以電離出更多的羧基和碳酸氫根離子參與反應，產生更多的CO2。各組泡騰片劑的吸濕率差異不大，24 h 吸濕率均低于7%，抗吸水性能較好，適應一般條件下保存和運輸。

表3 崩解劑選擇Table 3 Disintegrant selection

2.3 潤濕劑選擇

潤濕劑可以使疏水性顆粒易于被水潤濕，有利于快速崩解[18-20]。固定其他組分為16%異丙甲草胺、4%芐嘧磺隆、18%有機膨潤土、9%白炭黑、20% 酒石酸、20% 碳酸氫鈉、4% G202 和3% 潤滑劑硬脂酸鎂，以790A、十二烷基硫酸鈉、木質素磺酸鈉和EFW 為潤濕劑進行測試，質量分數均為6%。表4 是添加不同潤濕劑后母粉的潤濕效果，可以看出，以質量分數為6%的EFW作為潤濕劑潤濕時間最短(43 s)。

表4 潤濕劑選擇Table 4 Wetting agent selection

2.4 分散劑選擇

分散劑在泡騰片崩解過程中可以吸附到固體粒子表面，降低粒子表面自由能，防止團聚，從而提高崩解后體系的懸浮穩定性[21-23]。固定其他組分為16%異丙甲草胺、4%芐嘧磺隆、18%有機膨潤土、9%白炭黑、20%酒石酸、20%碳酸氫鈉、6%EFW 和3%潤滑劑硬脂酸鎂，以十二烷基苯磺酸鈉、NNO、D1003 和G202 為分散劑進行試驗。分散劑的質量分數一般為4%～8%，由于潤濕劑兼具分散性能，本研究中取其用量下限4%，以懸浮率為指標篩選分散劑。

從表5 可以看出，以質量分數為4%的G202作為分散劑制備的泡騰片劑的懸浮率最高，而以十二烷基苯磺酸鈉等其余3 種分散劑制備的泡騰片劑的懸浮率相差不大，且都低于85%，因此選擇4%的G202 作為分散劑。

表5 分散劑選擇Table 5 Dispersant selection

2.5 潤滑劑選擇

添加潤滑劑可以增加顆粒的流動性，減少顆粒與沖模之間的摩擦，有利于成型，并使得藥片表面光滑美觀[24]。固定其他組分為16%異丙甲草胺、4%芐嘧磺隆、9%白炭黑、18%有機膨潤、20% 酒石酸、20% 碳酸氫鈉、6% EFW 和4%G202，以滑石粉、PEG6000 和硬脂酸鎂為潤滑劑進行試驗，質量分數均為3%。

從表6 可以看出，以硬脂酸鎂作為潤滑劑制備的片劑表面光滑，且不黏附沖頭，因此選擇質量分數為3%的硬脂酸鎂作為潤滑劑。

表6 潤滑劑選擇Table 6 Lubricant selection

2.6 包裝材料選擇

在制備和儲存過程中，泡騰片劑對水分比較敏感，容易吸水后發生脹袋，因此，包裝材料應具有較好的氣密性和防水性能[25]。試驗中將泡騰片放入包裝袋內，抽成真空并封口，在54 ℃、相對濕度大于60%的環境下貯存14 d，檢查是否脹袋。結果(表7)表明，用水溶袋和PE 袋包裝泡騰片劑熱儲14 d 后，出現脹袋現象，不崩解；而以鋁箔袋進行包裝，則無脹袋現象，且容易崩解，因此，選擇鋁箔袋作為包裝材料。

表7 包裝材料選擇Table 7 Packaging material selection

2.7 優化配方確定及其性能指標

通過以上試驗，確定制備20%異丙甲 ? 芐泡騰片劑的優化配方為(質量分數)：16%異丙甲草胺，4% 芐嘧磺隆，9% 白炭黑，18% 有機膨潤土，20%酒石酸，20%碳酸氫鈉，6% EFW，4%G202，3%硬脂酸鎂。

2.7.1 CO2釋放量 泡騰片劑在貯存過程中，CO2釋放量是檢測片劑穩定性的重要指標之一，試驗對比了熱貯前后釋放CO2的質量。結果(表8)表明，隨機選取的泡騰片在熱貯前后CO2釋放量無明顯變化，證明所制備的20%異丙甲 ? 芐泡騰片劑在久貯后不會產生因酸堿損耗而無法崩解的現象。

表8 熱貯前后CO2 釋放量Table 8 Release amount of CO2 before and after the thermal storage

2.7.2 熱貯穩定性 按照國家標準中泡騰片劑熱貯穩定性的測試條件，在(54 ± 2) ℃條件下貯存14 d，要求分解率不大于6%[26]。對按照上述優化配方制備的20%異丙甲 ? 芐泡騰片劑樣品進行熱貯穩定性測試。結果(表9)表明，熱貯前后有效成分含量和懸浮率無明顯變化，盡管崩解時間延長，但仍符合要求。

表9 20%異丙甲 ? 芐泡騰片熱貯穩定性Table 9 Thermal storage stability of metolachlor +bensulfuron-methyl 20% effervescent tablets

2.8 藥效試驗結果

以960 g/L 異丙甲草胺乳油、10%芐嘧磺隆可濕性粉劑和20%異丙甲 ? 芐(17 : 3)可濕性粉劑為對照藥劑，測定了泡騰片劑對稗草、千金子、鱧腸和莎草4 種水稻田雜草的田間防治效果。結果(表10)表明：藥后20 d，20%異丙甲 ? 芐泡騰片劑有效成分120 和180 g/hm22 個處理對總草的株防效分別為91.42%和94.05%；藥后40 d，這2 個處理對總草的株防效分別為86.03% 和88.90%，對總草的鮮重防效分別為90.05%和93.19%，明顯優于10%芐嘧磺隆可濕性粉劑和960 g/L 異丙甲草胺乳油處理對總草的鮮重防效和株防效。由藥劑對各總草的防效可以看出：相同劑量(有效成分120 g/hm2)下，20%異丙甲 ? 芐泡騰片劑處理對莎草的鮮重防效稍優于20%異丙甲 ? 芐可濕性粉劑，對稗草、千金子和鱧腸的防效與20%異丙甲 ? 芐可濕性粉劑相當，各處理間差異不顯著。

表10 20%異丙甲 ? 芐泡騰片劑對稻田雜草的株防效和鮮重防效Table 10 The control efficacy of metolachlor + bensulfuron-methyl 20% effervescent tablets based on the weed number and fresh weight in rice fields

續表10Table 10 (Continued)

3 討論與結論

稗草、千金子、鱧腸和莎草等雜草在稻田發生量大，會對水稻的產量和品質產生重大影響，已成為水稻高產豐收的主要障礙之一。異丙甲草胺屬于播后苗前除草劑，對稗草和千金子等稻田一年生雜草高效。芐嘧磺隆屬于選擇性內吸傳導型稻田除草劑，能有效防除一年生及多年生闊葉雜草和莎草。在實際生產中，通過將異丙甲草胺與芐嘧磺隆復配，不僅可以擴大殺草譜，而且可以提高安全性、節省用工、促進水稻增產。當前，異丙甲草胺與芐嘧磺隆復配產品的加工劑型主要是可濕性粉劑和細粒劑[2]，在稻田使用時需要拌細沙撒施，人工成本高，使用不方便。泡騰劑是一種投入水中能迅速產生氣泡并崩解擴散、均勻充分發揮藥效的固體制劑，具有使用方便、環境污染小和高效低毒等優點，符合農藥劑型的發展方向，也為植保作業提供了省力化途徑。目前，盡管已有異丙甲草胺與芐嘧磺隆復配的泡騰粒劑獲得了登記，但是泡騰粒劑需要在不添加水的條件下進行復雜的造粒工序，且在運輸、貯存過程中容易破損，影響崩解效果和防除效果。泡騰片劑則是以片為單位劑量，使用時無需專業器械，直接將藥劑投入水田中，每公頃稻田一般只需十幾分鐘即可完成施藥，明顯減少了施藥次數和施藥者工作量，提高了工作效率。盡管農藥泡騰劑在國內應用起步較晚，但其在勞動強度和使用技術等方面的突出優勢，在一定程度上會推動我國農藥使用技術邁上新的臺階[4,14]。

盡管泡騰片劑在農藥省力化使用方面具有優勢，但是篩選獲得性能優異的配方仍存在一定難度[4]，尤其是當泡騰片劑配方中有液體原藥存在時，對于填料的吸附性能和流動性能要求較高，而填料篩選的傳統方法主要依靠劑型工程師通過肉眼觀察其吸附性和流動性，相對粗放，準確率低。本試驗引入吸附量、顆粒間孔隙率、休止角和豪斯納比等指標可以量化的篩選方法，使得配方篩選更加精準。

本文試驗通過單一變量法篩選獲得了20%異丙甲 ? 芐泡騰片劑的優化配方(質量分數)：16%異丙甲草胺，4%芐嘧磺隆，18%有機膨潤土，9%白炭黑，20%酒石酸，20%碳酸氫鈉，6% EFW，4% G202 和3%潤滑劑硬脂酸鎂。田間藥效試驗表明，該泡騰片劑在有效成分120～180 g/hm2的用量范圍內能有效防除稻田雜草，兩種除草劑復配的防效明顯優于單劑，防效與已登記的可濕性粉劑相當，持效期達40 d 以上，省時省工，具有推廣價值。因此，及時發現和解決稻田除草劑使用中存在的問題，對保證我國水稻豐產及稻米安全有重要的現實意義。