16%甲維鹽·茚蟲威懸浮劑穩定增效配方的研制

王 旭，朱晨江，張一恒，譚 劍，李曉華

（科萊恩化工科技（上海）有限公司，上海 201108）

近10年來農藥制劑中懸浮劑的登記狀態一直保持上升趨勢，其中以水懸浮劑居多。該劑型以水為環保型分散連續相，將低水溶性活性物原料和輔助功能性的潤濕分散劑、加強結構穩定的增稠劑、確保低溫穩定的防凍劑、加工與使用過程中提高效率的消泡劑等混合均勻，再由高效砂磨機精細研磨制成[1]。水懸浮劑可用水任意稀釋后使用，具有高效、快捷、耐雨水沖刷、防治效果穩定等優點，近年來在現代農藥劑型研究中占據非常重要的地位[2-3]。然而，懸浮劑自身的不穩定因素較多，又有重力作用、顆粒間的范德華力和奧斯瓦爾德熟化等作用影響[4]，產品在貨架期存在結底、膏化、析水、懸浮率差等現象，降低了制劑的商品性能[5-6]，因此，需要篩選適合的潤濕分散劑[7-8]和結構增稠劑，來提高該劑型配方的穩定性。

甲維鹽（Emamectin benzoate）是一種殺蟲活性優異且具有廣闊前景的新型半合成抗生素類生物型殺蟲劑。其作用機理與阿維菌素相似，主要在害蟲取食后，引發害蟲體內的神經細胞傳導功能紊亂和麻痹，進而停止取食[9]。甲維鹽多用于鱗翅目、纓翅目和部分刺吸式害蟲等在葉菜類蔬菜、蘋果、梨、水稻和大田玉米等農作物上的防治，市場潛力巨大。

茚蟲威（Indoxacarb）是一種新型 二嗪類殺蟲劑，對鱗翅目害蟲各齡期幼蟲和卵具有觸殺和胃毒作用，主要作用于昆蟲神經細胞的鈉離子通道[10-11]。茚蟲威對非靶標生物（哺乳動物、家畜）安全，在作物中殘留期短，可作為替代傳統有機磷類、菊酯類殺蟲劑的最佳推薦藥劑。該藥劑在美國登記后，又在世界多個國家取得登記使用。

殺蟲劑復配使用，除了擴大生物的有效防治范圍，還能降低單劑過量使用導致害蟲的抗藥性趨勢加重，一定程度保證了藥劑的持效期。查閱田間防效報告及農技推廣中心的推薦，甲維鹽和茚蟲威的復配作為防治草地貪夜蛾的首選推薦生物農藥，還對稻縱卷葉螟、斜紋夜蛾、甘藍夜蛾等害蟲有突出的防效[12-13]，但國內企業使用的甲維鹽原藥存在一個普遍的問題，即甲維鹽B1原藥含量較低（約為60%～80%），副產物較多（約為20%～40%）。這些因素易導致甲維鹽在砂磨和貯存過程中出現膏化、結塊和析水等現象，所以研究甲維鹽及其復配懸浮劑過程中，優先篩選合適的潤濕分散助劑[14-15]。通過與已登記甲維鹽·茚蟲威懸浮劑企業的溝通得知，其制劑成品仍存在貨架穩定期短，懸浮率逐步降低等棘手問題。本文在通過流點法優選助劑種類基礎上，采用正交試驗方法[16]對影響其物理穩定性的各因素進行分析，獲得甲維鹽·茚蟲威懸浮劑最佳配方。再以不同批次的原藥相互組合驗證，最終研制出各項指標優異的16%甲維鹽·茚蟲威懸浮劑，為提高甲維鹽和茚蟲威復配懸浮劑研發的成功率提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 供試藥劑

本試驗所用藥劑如表1所示。

表1 供試藥劑信息

1.2 試驗儀器

PE-075型立式砂磨機，德國耐馳機械儀器公司；T-25型均質高剪切分散機、ROTAVISC lo-vi Complete旋轉粘度計，德國IKA公司；BT-9300S型激光粒度儀，丹東百特儀器有限公司；primaide型高效液相色譜儀，日本日立高新有限公司；OGH-60型恒溫烘箱，賽默飛世爾科技有限公司；MIR-245低溫恒溫箱，日本松下電器有限公司；ML4002T型電子天平、S210-B型pH計，瑞士梅特勒-托利多有限公司；K-100型表面張力儀、DSA-25型接觸角測量儀，德國KRUSS科學儀器有限公司。

1.3 懸浮劑加工方法

預先用粉碎機將甲維鹽原藥和茚蟲威原藥粉碎，再將潤濕分散劑等各組分按配方比例添加，充分混均5 min后移至研磨機，隨后加入1.5倍量的氧化鋯珠，并通入冷卻水在1 500 r/min轉速下進行研磨。1.5 h后，用BT-9300S型激光粒度儀檢測粒徑范圍，待粒徑D90≤5 μm，過濾，即可得到16%甲維鹽·茚蟲威懸浮劑成品。

1.4 潤濕分散劑種類的選擇

稱取研磨后的甲維鹽和茚蟲威混合物5.0 g（精確至0.000 1 g）在容器內，逐步滴加所選的5%潤濕分散劑的水溶液，用玻璃棒充分研磨攪拌，記錄糊狀混合物從玻璃棒上滴下時，滴加分散劑水溶液的劑量（精確至0.000 1 g），需至少重復3次[17]。計算分散劑的流點，為分散劑水溶液的滴加量與農藥混合物的質量的比值。

1.5 潤濕分散劑配方的選擇

參考李北興等[5]試驗設計，試驗共設分散劑磷酸酯、聚羧酸酯和潤濕劑EO/PO嵌段類聚醚3個因素，每個因素設3個水平，選取L9（33）正交設計表的前3列進行試驗（表2）。根據篩選出流點較低的潤濕分散劑，采用正交設計，考慮不同因素水平下的組合，結合懸浮劑體系中因變量的技術指標測定，如熱貯穩定性、析水率、熱貯后懸浮率和粒徑漲幅情況，確定出最適合的配方選用量。

表2 潤濕分散劑用量的正交試驗設計表

1.6 懸浮劑各項性能指標測定

懸浮劑產品檢測項目指標為外觀狀態、入水分散性、pH值、黏度和貯存穩定性等[17]，操作方法如下。

（1）根據國際農藥分析協作委員會（CIPAC）《懸浮劑自發分散性MT160》[18]，測定分散性。

（2）根據GB/T 20693—2006《甲氨基阿維菌素原藥》[19]和HG/T 4933—2016《茚蟲威原藥》[20]，測定有效成分含量及分解率。

（3）根據GB/T 14825—2006《農藥懸浮率測定方法》[21]，測定農藥懸浮率。

（4）根據GB/T 1601—1993《農藥pH值測定方法》[22]，測定pH值。

（5）根據GB/T 31737—2015《農藥傾倒性測定方法》[23]，測定傾倒性。

（6）根據GB/T 28137—2011《農藥持久起泡性測定方法》[24]，測定持久起泡性。

（7）根據NY/T 1860.21—2016《農藥理化性質測定試驗導則第21部分：黏度》[25]，測定黏度。

（8）根據GB/T 19136—2021《農藥熱貯穩定性測定方法》[26]，測定熱貯穩定性。

（9）根據GB/T 19137—2003《農藥低溫穩定性測定方法》[27]，測定低溫穩定性。

（10）根據NY/T 1860.32—2016《農藥理化性質測定試驗導則 第32部分：粒徑分布》[28]，測定粒徑大小。

1.7 懸浮劑表面張力和接觸角的測定

采用K-100型表面張力儀進行表面張力測定。在25℃條件下配制1 000倍的稀釋處理液。將稀釋液放置于KRUSS測試皿中，將鉑金板懸掛至水平鉤上，使用操作盤的“上升”鍵，使鉑金板懸置于至液體表面上方5～7 mm處停止，點擊“測試開始”，機器將自動記錄，重復3次取平均值。

采用DSA-25型接觸角測量儀進行接觸角測定。以石蠟紙片為固定面，在25℃條件下配制1 000倍的稀釋處理液。開機后點開測量軟件，通過顯示觀察，微調工作臺與注射器頭至最佳位置，然后注液，保持液滴懸掛于針頭，控制工作臺上升，當液滴接觸到固定面時，讓工作臺快速脫離，捕捉液滴兩側夾角與固定面水平線重合的圖像，運行軟件的切線法測量，重復3次取平均值。

1.8 田間藥效試驗

試驗設在江蘇省邳州市新河鎮閆老莊村的水稻田，在稻縱卷葉螟發生期且1～2齡幼蟲較集中的地塊進行試驗。本試驗共設置5個處理，其中4組處理分別為含3%不同增效劑的制劑樣品，另設置市售成品16%甲維鹽·茚蟲威懸浮劑為對照，各處理均按16%甲維鹽·茚蟲威懸浮劑用量36 g a.i./hm2（即制劑1 000倍稀釋）進行對比，每個處理3次重復，隨機排列，于藥后3、7和14 d調查各小區活蟲數，統計蟲口數，并按式（1）、（2）分別計算蟲口減退率和防效。

2 結果與分析

2.1 潤濕分散介質的篩選

2.1.1 潤濕分散劑種類的初篩

在懸浮劑加工過程中，原藥粒子在研磨中被不斷擠壓粉碎后會加劇其比表面積的增大，并且體系內界面能增強，而粒子間更容易受范德華引力的作用，發生聚集、絮凝、結塊等問題，從而降低懸浮劑的穩定性[29]。利用潤濕分散劑對原藥的流點差異，可縮小潤濕分散劑種類及用量范圍[30]。通過15種潤濕分散劑流點測試（表3），初步篩選出流點值較低的Dispersogen LFH、Dispersogen C 4020和Synergen 848不同類型的潤濕分散劑，說明該3種助劑對原藥有較高的分散性能。

表3 不同種類潤濕分散劑流點的測試結果

2.1.2 潤濕分散劑最佳配方的篩選

由表4可知，除了樣品Q1～Q2有嚴重的凝固現象外，Q3～Q9入水分散性優良，產品析水率在8.0%～23.0%，沒有發生絮凝、結塊現象。熱貯前樣品Q1～Q9的檢測粒徑D50值為1.551～2.566 μm，D90值為4.397～9.464 μm，樣品在熱貯后的粒徑增長范圍在15%～40%內。

表4 不同潤濕劑正交試驗各樣品性能測試結果

為了得到最佳的配方配比，本方案著重因變量參考標準來判定懸浮劑的穩定性。在分散劑方面：對比熱貯流動性及入水分散性結果可以得到2.0%～3.0%的Dispersogen LFH遠好于1.0%水平；觀察熱貯析水率與研磨效率結果也同上，3.0%的Dispersogen LFH最佳。對比熱貯懸浮率的結果，Dispersogen C 4020用量為1.5%水平時，性能指標與用量為2.5%和3.5%時相差不大；單從熱貯析水率的結論看，用量為1.5%水平的熱貯析水率最低可到8%。在潤濕劑方面：在衡量熱貯析水率，熱貯懸浮率及粒徑漲幅控制上，Synergen 848最優用量為2.0%，為樣品Q8，其熱貯后析水率最低可達8.0%，以及95%以上的懸浮率和15%以內的粒徑漲幅。從5種因變量指標綜合考慮，得出最佳配方配比為潤濕分散劑Dispersogen LFH、C 4020和Synergen 848搭配使用且用量分別為3.0%、1.5%和2.0%時，析水率最低，研磨粒徑最小，漲幅最低，制劑熱貯流動性良好，懸浮率較高，穩定性好。

2.2 pH調節劑的選擇及加入量的確定

農藥的分解率是產品質量控制的重要指標，但有效成分在不同酸堿度條件下的分解率各不相同。農藥有效成分一般在貯存環境pH值為6.8～7.2范圍內穩定，個別原藥如功夫菊酯、噻蟲嗪等需要在酸性條件下確保穩定。查閱資料得知，茚蟲威在弱酸（pH值4～6）條件下分解率更低[31]。因此，本方案選取冰乙酸、檸檬酸和硼酸等酸性pH調節劑，經過熱貯14 d來檢測其對甲維鹽與茚蟲威含量和穩定性的影響。由表5可知，該體系在處于pH值6.0～6.5之間時穩定性相對較高，再以甲維鹽與茚蟲威熱貯分解率為判定依據，最終選擇0.3%檸檬酸（w/w）和0.2%硼酸（w/w）配比作為本方案的pH調節劑最佳組合。

表5 不同pH值對懸浮劑體系穩定性與原藥熱貯分解率的影響

2.3 增稠劑的選擇及用量的確定

結構型增稠劑是懸浮劑體系中物理穩定性關鍵的成分。據報道，pH值較低時，檸檬酸導致黃原膠復配體系的黏度下降，分子間氫鍵開鏈與舒展[32]。本試驗通過在檸檬酸與硼酸的酸性體系下，篩選不同常用類型的結構增稠劑，及最佳用量來確保制劑黏度范圍的穩定性[17]。其篩選種類及用量見表6。

由表6可知，黃原膠和硅酸鎂鋁SF-04在上述酸性體系下，配方的分散性或穩定性不合格，而在僅使用氣相二氧化硅或者有機膨潤土時，體系黏度較低，穩定性仍需提高，因此選擇有機膨潤土和氣相二氧化硅搭配使用。通過對黏度、入水分散性及熱貯情況觀察，確定16%甲維鹽·茚蟲威懸浮劑最終增稠劑加入量為2.0%有機膨潤土F102＋2.0%氣相二氧化硅HDK N20。

表6 不同種類增稠劑及用量對體系穩定性的測定結果

2.4 防凍劑的選擇

因為懸浮劑的應用區域較廣，為確保市場上懸浮劑貯存貨架期的質量穩定，尤其北方低溫貯存條件下，配方中需選用性能優異并提升穩定性的防凍劑。結合市場需求及凍融試驗結果，選擇加入5%乙二醇、5%丙二醇、5%丙三醇和5%尿素來測試。通過對低溫析晶現象、粒徑漲幅變化、熱貯穩定性等因素來確定防凍劑。由表7可知，在以上主流的防凍劑中，除了尿素在低溫有微析晶且恢復室溫無法恢復外，其他3種防凍劑低溫均無析晶現象發生，而乙二醇、丙二醇在熱貯后析水率均比丙三醇高50%以上，且粒徑增幅大于60%，唯有丙三醇粒徑漲幅不足25%，因此確定該制劑體系的防凍劑為丙三醇。

表7 防凍劑的篩選結果

2.5 增效劑的選擇及田間藥效試驗

為積極響應國家提倡的“減量增效”策略，提高對害蟲的防治效果，遂本文開展了增效劑的篩選工作。首先仍以穩定性等技術指標來判定，再測定增效劑在相同質量濃度下（農田用藥的推薦劑量36 g a.i./hm2）對比其表面張力[33]和接觸角大小及田間藥效來確定最終結果（表8、表9）。

由表8可知，除增效劑KT出現熱貯凝固外，其余增效劑JFC、APG 0810和GA在熱貯穩定性觀察中都僅是析水問題。本文還發現增效劑APG 0810在低溫貯存中有微量析晶現象，且Synergen GA熱貯析水率最低，為5.2%。KT具有較低表面張力和接觸角，即低于作物水稻、茄子、豇豆等蔬菜的葉片臨界表面張力值（37.1～44.2 mN·m-1），從而表現出潤濕性能更好，有利于藥劑的鋪展，提高害蟲取食后的積累量。

表8 不同增效劑對懸浮劑的穩定性與潤濕性能的影響

由表9可知，含不同增效劑的制劑對稻縱卷葉螟3 d的防效比市售成品對照高10%以上，而且在7和14 d的防治效果依然穩定；使用Synergen GA為增效劑的防治效果持效期較好，施藥14 d后防效略高于其他3組增效劑處理。因此，綜合考慮制劑穩定性及田間防治效果，確定選用Synergen GA為增效劑。

表9 含不同增效劑的制劑對田間稻縱卷葉螟的防效

2.6 配方的確定及質量控制指標

根據以上試驗結果，當16%甲維鹽·茚蟲威懸浮劑含有質量分數為3% Dispersogen LFH、1.5%Dispersogen C 4020、2% Synergen 848、3% Synergen GA時較為理想；pH值調節劑：0.3%檸檬酸、0.2%硼酸；增稠劑：2.0%有機膨潤土F102、2.0%氣相法二氧化硅HDK N20、5%丙三醇和0.2%消泡劑SGA 1572，用去離子水補足至100%。

甲維鹽和茚蟲威懸浮劑的質量控制指標及檢測結果見表10。16%甲維鹽·茚蟲威懸浮劑能夠滿足企業質量控制的各項指標，尤其在制劑的經時穩定性方面較好。

表10 16%甲維鹽·茚蟲威懸浮劑質量控制指標及檢測結果

2.7 配方的通用性與適應性測定

分別收集到68.0%、70.3%、72.8%、73.3%和74.0%甲維鹽原藥；95.0%和95.4%茚蟲威2批次原藥。隨后相互組合進行配方穩定性測試10次，結果見表11。16%甲維鹽·茚蟲威懸浮劑各批次間原藥組合的低溫及熱貯穩定性均良好，符合標準要求，說明該配方適應性較好。

表11 甲維鹽與茚蟲威相互組合穩定性測試結果

3 結 論

通過對潤濕分散劑不斷精篩用量，以及改變常規增稠劑體系，選擇抗凍性最佳的丙三醇和體系穩定性影響最小的增效劑GA，可得到質量可靠、穩定性優異的16%甲維鹽·茚蟲威懸浮劑配方。

本配方的懸浮率指標高，傾倒后殘余物較少，且粒徑分布范圍窄，有利于提高生產效率。其中，研磨粒徑D50值穩定在2 μm以內，D90值在5 μm以內。該懸浮劑與傳統的甲維鹽微乳劑相比，沒有使用VOC有機溶劑，對生產者與使用者安全；助劑總量低，在降低生產成本時，有較好的潤濕鋪展性能和良好的經時穩定性，確保在市場使用時藥效發揮的穩定性，提高了甲維鹽與茚蟲威復配懸浮劑的市場應用程度。