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浙江工业大学硕士毕业论文 农药微乳剂的研究和开发 摘要 随着新农药品种研制和生产投资的风险越来越大，市场开发的周 期越来越长，加上有害生物抗药性的发展迅速，因此，提高农药有效 利用率，研究和开发农药新剂型，特别是发展农药水性化制剂是当务 之急。本文重点介绍了农药新剂型微乳剂的研究和开发。 1 、研制开发出4 只较为新颖的微乳剂：3 0 阿维菌素毒死蜱微乳 剂、2 0 氟磷脲毒死蜱微乳剂、3 0 - - - 唑磷氟磷脲微乳剂、3 5 吡虫啉甲氨基阿维菌素苯甲酸盐微乳剂。 2 、绘制了不同条件下3 0 阿维菌素毒死蜱微乳体系的拟三元相 图，讨论不同因素对微乳区形成的影响。结果表明：( 1 ) 采用复合表 面活性剂，不仅可以提高制剂中农药有效成分的含量，而且是降低表 面活性剂用量最为有效的途径。( 2 ) 随着醇碳链的增加，醇对微乳区 影响较大；( 3 ) 首次对多元醇进行相图研究，发现当醇超过一定量时， 因黏度过大，制剂不能透明；( 4 ) 温度、油相含量增加对相图影响不 大，微乳区无明显差别。 3 、运用拟三元相图，对微乳液形成热力学进行了定量研究，得出 结论：( 1 ) 助表面活性剂醇碳链的增长、体系温度的升高皆导致微乳 液形成过程a g 的绝对值增大，有利于微乳液形成；微乳液形成过程 标准焓变n h = 0 ，为无热效应过程，g 是由醇分子的混乱度s 决 浙江工业大学硕士毕业论文 定的；( 2 ) 分析了微乳形成和破坏的边界上其吉布斯自由能、焓值和 熵值的变化情况；( 3 ) 首次得出表面活性剂相对分子量越大，越不利 于微乳液形成。 关键词：农药，微乳剂，拟三元相图，热力学 i i 浙江工业大学硕士毕业论文 r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fp e s t i c i d e m i c r o e m u l s i o n a b s t r a c t w i t ht h e g r e a t e ri n c r e a s i n g i n v e s t m e n tr i s k s i n s y n t h e s i z e a n d p r o d u c t i o no f n o v e lp e s t i c i d e st h el o n g e rm a r k e tp e r i o da n dt h em o r er a p i d d e v e l o p m e n to fp e s tr e s i s t a n c e ，i tw a si m p o r t a n c et oe n h a n c ee f f i c a c ya n d r e s e a r c ha n dd e v e l o pt h en e wp e s t i c i d ef o r m u l a t i o n ，e s p e c i a l l yw a t e r - b a s e d p e s t i c i d ef o r m u l a t i o n t h en e wp e s t i c i d ef o r m u l a t i o n - - - - - - m i c r o e m u l s i o n s r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tw e r er e p o r t e di nt h i sp a p e r 1 、f o u rm i c r o e m u l s i o n sw h i c hw e r el e s sp r e p a r e d ，i n c l u d i n g3 0 a v e r m e c t i na n dc h l o r p y r i f o sm i c r o e m u l s i o n ，2 0 h e x a f l u m u r o na n d c h l o r p y r i f o s m i c r o e m u l s i o n ，3 0 h e x a f l u m u r o na n d t r i a z o p h o s m i c r o e m u l s i o n ， 3 5 i m i d a c l o p r i d a n de m a e c t i o n b e n z o a t e m i c r o e m u l s i o n 2 、a no v e r a l lp i c t u r eo ft h ep h a s ed i a g r a mo ft h ef o r m u l a t es t u d yo f 3 0 a v e r m e c t i na n d c h l o r p y r i f o s m i c r o e m u l s i o nw a s p r o t r a c t e d i n d i f f e r e n ts i t u a t i o na n de v a l u a t e dt h ee f f e c t so fv a r i e so ff a c t o r so nt h e f o r m a t i o no fm i c r o e m u l s i f i c a t i o n t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h e c o m b i n a t i o no fs u r f a c t a n t sw o u l di m p r o v et h eq u a l i t yo fm i c r o e m u l s i o n a n db et h eb e s tw a yo fc u t t i n gd o w nt h ea m o u n to fs u r f a c t a n t ；( 2 ) t h ee f f e c t 浙江工业大学硕士毕业论文 o nt h ea r e am i c r o e m u l s i o nw a sh u g ea si n c r e a s i n go fh y d r o c a r b o no f c o s u r f a c t a n t ；( 3 ) t h ep a p e rr e v e a l e df i r s t l yt h a tt h ef o r m u l a t i o nc o u l d n tb e t r a n s p a r e n ta n di n c r e a s et h er i g i d i t yb ya d d i n gt h ec o n t e n to fp o l y b a s i c a l c o h o l ( 4 ) t h ea r e ao fm i c r o e m u l s i o nr e g i o nw a sa f f e c t e ds l i g h t l yb yt h e c o n t e n to fr a wa c t i v ec o m p o u n d si no i lp h a s e ，e x p e r i m e n tt e m p e r a t u r e 3 、t h ef o r m a t t e dt h e r m o d y n a m i c so fm i c r o e m u ls i o nw a ss t u d i e d q u a n t i t a t i v e l yb yt h ep h a s ed i a g r a m t h e r e s u l t sd i s c o v e r e dt h a ti t a u g m e n t e dt h e s t a n d a r df r e e e n e r g y sa b s o l u t ev a l u eb yi n c r e a s i n gt h e h y d r o c a r b o nc h a i no fc o s u r f a c t a n ta n de x p e r i m e n tt e m p e r a t u r ea n d h a d n oh e a te f f e c t i nt h em i c r o e m u l s i o nf o r m a t i o np r o c e s s ，t h es t a n d a r d e n t h a l p yc h a n g ew a sz e r o ，t h es t a n d a r df r e e - e n e r g yc h a n g ew a sb yt h e s t a n d a r de n t r o p yc h a n g e ；( 2 ) a c c o r d i n g l yc o m p a r et h es t a b i l i t yo fb e t w e e n t h ef o r m a t i o na n dd e s t r u c t i o no ft h em i c r o e m u l s i o n ，t h es t a n d a r d f r e e e n e r g yc h a n g e ，t h es t a n d a r de n t h a l p yc h a n g ea n d t h es t a n d a r de n t r o p y c h a n g ew e r ea n a l y z e d ；( 3 ) t h ep a p e rr e v e a l e df i r s t l yt h a tt h er e l a t i v e m o l e c u l a rw e i g h to fs u r f a c t a n tw a st o oh i g ht of o r m u l a t em i c r o e m u l s i o n k e yw o r d ：p e s t i c i d e ，m i c r o e m u l s i o n ，p h a s ed i a g r a m ，t h e r m o d y n a m i c s i v 英文缩略表 浙江工业大学硕士学位论文 浙江工业大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育 机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 作者签名： 导师签名： l 、保密口，在 年解密后适用本授权书。 2 、不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“4 ) 日期：年月日 日期：年月日 浙江工业大学硕士学位论文 第一章文献综述 1 1 农药微乳剂的概述 早在上世纪4 0 年代，h o a r 和s c h u l m a n 1 j 等人发现油一水混合物借助表面活性剂 可以自发地形成透明的分散体系，由于所形成的液滴粒径非常小，在相当长的时 间内，这种体系分别被称为亲水的油胶 ( h y d r o p h i l i co l e o m i c e l l e s ) 或亲油的水胶团 ( o l e o p h i l i ch y d r o m i c e l l e s ) ，亦称为溶胀的胶团或增溶的胶团。直至1 9 5 9 年，s c h u l m a n 等才首次将上述体系称为“微乳状液 或“微乳液”。于是“微乳液 一词正式诞 生 2 ，3 ，4 1 ，开创了分散体系的一种新领域。微乳剂的英文名称为m i c r o e m u l s i o n ，简称 m e 。 目前微乳液的公认定义是由d a n i e l s o n 和l i n d m a n 提出的，即“微乳液是一个由 水、油、两亲性物质分子) 组成的、光学上各向同性、热力学上稳定且经时稳定的 外观透明或者近乎透明的胶体分散体系，微观上由表面活性剂界面膜所稳定的一 种或两种液体的微滴构成 。它介于乳状液和胶束溶液的性质，是一种热力学上稳 定、膨胀的大胶团( 或胶束) 分散体系【5 6 ，7 ，8 1 。 2 0 0 4 年我国出台农药剂型名称与代码国家标准( g b 厂r 1 9 3 7 8 _ 2 0 0 3 ) ，在我国 首次对农药微乳剂作了相关说明：透明或半透明的均一液体，用水稀释后形成微 乳液的制剂。除规定制剂外观形态之外，也首次对农药微乳剂使用中对水稀释药 液作了明确规定【9 1 。 一 1 2 农药微乳剂的物理特性 1 2 1 外观 外观为透明或半透明均匀液体。当微粒直径为0 1 加0 5 岬时乳液呈灰色半透 明状，直径在0 0 5i x m 以下呈透明状。 浙江工业大学硕士学位论文 1 2 2 液滴微细 微乳剂的半径一般为o 0 1 o 1m r n ，比可见波的波长( o 4 - 4 ) 8r t m ) 小，这就解 释了为什么它的外观是透明的原因，而且需要借助粒度仪或电子显微镜来测定其 颗粒大小及形状。 1 2 3 物理稳定性好 乳状液( e m u l s i o n s ) 在动力学理论上可在较长时间内保持稳定，但是由于分散质 点较大，易发生沉降、絮凝和聚结，随着时间的推移，最终会发生油水两相分离。 加入表面活性剂、高分子保护剂或稳定剂可以降低乳液凝聚速度。但不能改变减 少两相接触面积的推动力，通常认为它是热力学不稳定体系，在制备时需要给予 一定的能量来克服两相间界面自由能和液滴间凝聚速度。微乳液则不同，它是热 力学稳定体系，黏度较低，长期放置不会分层和破乳。在0 下，将酸性磷酸酣 h d e h p ( 碱金属及铁盐) 仲辛醇煤油水微乳液以4 2 0 0 0r m i n 的速度( 约1 4 0 0 0 个重 力加速度) 进行超速离心，也未见到水相析出【1 0 1 。在制备时它是自发形成的，只要 配方合适，稍加搅动即可形成微乳液。微乳液形成与配方组成有关，而与制备方 式无关。 1 2 4 导电性 西德赫斯特公司h r b c m i n g 首先测定了微乳剂的导电率，发现o w 型微乳剂的 导电率在水的范围内( 5 9 0p s ，即与水导电率相近) 或稍高，而乳油和超低容量制 剂的导电率却很低( 1 ，导电性能良好，与水的电导率相近；w o 型以油为连续相，导电性能较差， 而b c ( 双连续微乳区) 则介于两者之间。其他还包括稀释法、分光光度法等。 1 3 农药微乳剂的优势 农药微乳剂是微乳液科学研究与发展的重要分支。同三次采油、药物载体研究 等领域一样，微乳液所具有的超低界面张力以及随之产生的出色的增溶和超乎想 象的界面交换能力，使农药微乳剂具有其他农药剂型无可比拟的优点。 2 浙江工业大学硕士学位论文 1 3 1 较高的稳定性 农药微乳剂液滴微细，粒径在o 0 1 m ) 1p m 范围内，远小于一般乳状液的颗粒。 组成合适的微乳剂可自发形成而且不会发生液滴凝聚作用，能保持较高的稳定性， 可长期放置而不发生相分离。水乳剂处于热力学的不稳定状态，不能自发形成， 它必须借助特定的外力作用以形成均匀的乳化液粒。悬浮剂是经过机械粉碎及搅 拌将固体原药悬浮在水介质中形成的悬浮体系，在储存静止过程中更易出现析水 沉淀现象。因此只有微乳剂真正解决了稳定性问题。 1 3 2 增溶渗透作用 农药有效成分多数是不溶或难溶于水的。适当的表面活性剂和助表面活性剂对 这些成分可以起到增溶作用。增溶的结果增加了原药与昆虫及植物表皮间的浓度 梯度，有助于农药成分向昆虫及植物组织半透膜的渗透，提高了药效。 1 3 3 高的传递效率 微乳体系因含有高浓度的表面活性剂，可有效地降低表面张力，改善了雾滴和 靶标之间的相互作用，使雾滴达到植物叶面后不发生反弹，使其在植物表面更易 粘附、润湿和铺展，大大提高了药液的吸收效率【1 2 】。另外，许多微乳剂农药液滴 在蒸发浓缩时生成黏度很高的液晶相，能牢固地将农药粘附在植物表面上，不易 被雨水冲刷掉，这是微乳剂较同等含量的其他剂型药效明显提高的一个重要因素。 1 3 4 安全性 农药微乳制剂中含有大量水，既节省有机溶剂又减小对环境的污染，有利于 生态环境质量的改善，对生产者和使用者的毒性也大为减轻，以水为分散介质， 使微乳剂在生产、贮运过程中不会发生燃烧及爆炸现象，安全性较乳油大大提高 1 3 1 。 1 4 国内外农药微乳剂发展概况 7 0 年代，美、英、西德和日本等国家都有微乳液的研究报导，包括了微乳剂的 配方研究，并解决有效成分热贮稳定性问题。8 0 年代，日本曾报导用非一阴离子 浙江工业大学硕士学位论文 复配得到农药微乳剂；美国h r t o n 声称，应用乳化剂和聚电介质，已开发了制造微 乳剂的方法。到3 9 0 年代，农用微乳剂才真正进入研究和开发阶段，1 9 9 2 年研制 成功第一个农药微乳剂8 氰戊菊酯微乳剂1 4 】。由于微乳剂本身价格因素等原 因，开始仅涉及到家庭卫生用药的农药微乳剂，后有5 氰戊菊酯和1 0 高效苯醚 菊酯微乳剂商品化并真正用到农业中。 同时微乳剂作为药物载体，己经证明具有其它传统剂型所没有的优良性能 1 5 , 1 6 , 1 7 】。而在目前石油价格升高，人们环境意识的增强，微乳剂这种以水为连续相， 不用或少用对人类自身和环境有害的有机溶剂，既节省了资源，又保护了环境。 而且农药微乳剂能借助表面活性剂作用形成胶束，将农药原药包裹起来，可减少 有机磷等农药的气味，农药微乳剂正逐渐被人们所接受。目前已开发出1 氟氰苯 唑微乳剂 1 8 】、1 0 残杀威微乳剂【1 9 】、5 啶虫脒微乳剂【2 0 1 、1 5 - - - 唑磷微乳剂圳 等等。 近年来，微乳剂在我国的发展非常快，登记的产品每年以倍数增加，特别是进 入2 1 世纪后，而国外在华登记的产品很少。表2 1 是我国近十年微乳剂登记数量。 从图中可以看出我国微乳剂的发展现状。 图2 一l 我国近1 0 年微乳剂登记数量( 单位：个) 3 6 0 r 一 一一一 一一一 3 2 0 2 8 0 2 4 0 2 0 0 羹1 6 0 1 2 0 8 0 4 0 o i 口单剂 i 混剂 口总数 1 9 9 4 、1 9 9 81 9 9 9 、2 0 0 12 0 0 2 、2 0 0 32 0 0 42 0 0 5 年份 从总体来看，农药微乳剂的发展现状表现出以下几个特点： ( 1 ) 农药微乳剂发展速度加快，混剂数量超过单剂，成为主流 这主要是由于新农药品种研制和生产的投资与风险越来越大，市场开发的周期 越来越长，再加上有害生物抗药性发展迅速，使得有害药剂的供应越发的短缺。 4 浙江工业大学硕士学位论文 农药的合理混用在延缓有害生物的抗性、提高防效、降低成本、延长使用寿命， 减少农药对环境的污染等方面均起到了重要作用 2 2 ，2 3 1 。但我们从表1 1 中也可以 看到混剂在各个品种间发展不平衡。杀虫剂远高于其他种类，其原因是杀菌剂、 除草剂多数找不到良好溶剂，故被加工成固体制剂。 表l l 近2 年登记的微乳剂分类情况( 单位：个) ( 2 ) 农药微乳剂新产品不断涌现 2 0 0 0 年以前我国农药登记的3 3 个微乳剂产品中，主要涉及阿维菌素、杀虫单、 高效氯氰菊酯、吡虫啉等几个农药有效成分，较为单一。现在，一些附加值较高 的产品，如氟铃脲、苯醚甲环唑，阿维菌素的衍生物甲氨基阿维菌素苯甲酸盐等 进入国内市场，成为各企业新产品发展的对象。 ( 3 ) 有效含量提高 微乳剂极易发生转相和析出晶体，一般需要使用相当于原药含量的2 5 倍的乳 化剂辅助乳化剂，所以导致有效含量较低，且同剂量下其加工成本往往比水悬剂 和水乳剂高【2 4 1 。目前，由于研究人员对助剂的研究和精细化工产业的发展，特别 是引进国外先进乳化剂产品，使国内微乳剂产品的有效含量有了很大提高。已有 高含量的产品有：阿维菌素炔螨特微乳剂已达5 6 ( o 3 + 5 5 7 ) ，毗虫啉微乳剂含 量也高达4 5 2 5 。但陈福良等人认为4 5 n t t 虫啉微乳剂由于加入大量极性溶剂而形 成油包水的微乳剂，并非目前大多数人认同的水包油体系，而认为该制剂并非真 正意义上的农药微乳刹2 6 1 。不管这些制剂是不是真正意义上的农药微乳剂，仅从 有效含量的提高以及使用中药液所可能具有的高度分散性，也代表了农药剂型加 工的一种进步。 ( 4 ) 已开始对农药微乳剂的应用研究 农药微乳液由于成分多，组分之间的作用非常复杂，涉及到许多学科的理论与 技术，不同于其他剂型的研究，目前国内外已开始对农药微乳剂形成和稳定的研 5 浙江工业火学硕士学位论文 究。例如在指导配方筛选方面，宋芳【27 j 等人测定不同影响因素对二嗪磷微乳剂物 理稳定性的影响；王新伟【2 8 】、孙华掣2 9 1 分别建立了表面活性剂混剂、助表面活性 剂与高效氯氰菊酯、氰戊菊酯、高效氯氟氰菊酯最大加入量三者的数学统计模型； 在相行为方面，郭荣【3 0 】等人研究溶剂对d b s c i o h 2 l o h 溶剂体系的相行为与结构的 影响；k o h s a k uk a w a l ( 锄i 【3 1 等人研究溶解力对较弱药物的吸收能力影响；通过荧 光和动态光散射3 2 1 、核磁共振 3 3 】、冷冻蚀刻电镜 3 4 1 、电导测量【3 5 等先进手段对微 乳液增溶机理进行研究；在热力学方面，郭荣p 6 】等人用热力学方法测定c t a b c n h 附l o h h 2 0 体系的热力学和电化学性质，沈兴海【3 。7 】等人利用稀释法求微乳液体的 结构参数等等。这些研究将有助于提高农药微乳剂的质量与技术水平，并在一定 程度上促进农药微乳液性能的有效表征和指导高效专用农药微乳化表面活性剂的 开发。 1 5 农药微乳剂组成及制备方法 1 5 1 农药微乳剂的组成 微乳剂的基本组成包括农药有效活性成分、乳化剂和水，但为了得到符合质量 标准的微乳剂，根据需要有时还需加入适量溶剂、助溶剂、稳定剂和增效剂等其 他助剂。 1 5 1 2 农药活性组分】 ( 1 ) 在制备微乳剂时，必须保证有效成分即农药原药在水中有较好的稳定性。 一般而言，拟除虫菊酯类的农药在水中较稳定，故较适合用于制各微乳剂；有机 磷农药在水中易水解、氧化而导致严重分解，故采用增加别的助剂以提高其稳定 性；( 2 ) 生物活性；( 3 ) 农药原药的物性和含量，最好是液态农药，因其流动性 好，便于配制，贮藏也较稳定。如原药为粘稠状或固态时，则可选择溶解度大而 不会影响药效和配制效果的溶剂，将其溶解为溶液后再用；( 4 ) 原药含量高时， 体系中油相比例相对较小，有利于配制，且乳化剂的用量相对减少，成本降低。 尤其要求原药质量稳定，配方才能相对稳定【3 8 】。 目前国内微乳剂农药活性组分的选择以高效低毒为标准，主要有有机氯杀虫 剂、拟除虫菊酯类杀虫剂、氨基甲酸酯类杀虫剂、有机磷类杀虫剂、沙蚕毒类杀 6 浙江工业大学硕上学位论文 虫剂、矿物油类杀虫剂、环戊二烯类杀虫剂及多聚氯环烷等化学农药【3 9 】。 现今应运生物农药作为微乳剂单剂或与其他农药复配己成为研究热点，可以说 随着人类对环境保护要求的提高和对“无公害产品”需求的增加，生物农药正在 取代或部分取代毒性较高的化学农药【4 0 1 。但是生物农药作用见效慢，一般在施药 后的3 、4 天见效，不符合农民用药心理药到虫死。一方面需要通过宣传等手 段调整农民的用药心理，增强农民综合防治、保护环境和可持续发展的意识和要 求，一方面通过复配，使其具有速效性。 国外有许多公司也一直在开展微乳剂剂型的相关研究。已报道的农药微乳剂药 物品种除常见的有机磷类、拟除虫菊酯类杀虫剂等，t h a ib a s i lo i l s 4 1 1 ，精甲霜到4 2 1 ， 金属螯合化合物【4 3 1 ，氟铃脲、氟虫脲、虱螨脲等脲类与烯虫酯、吡丙醚复配【4 4 1 、 啶虫脒【4 5 】等。涉及到的专利还有u s 5 3 8 9 2 9 7 4 6 1 ，u s 6 3 6 9 0 1 4 7 1 ，w 0 2 0 0 5 1 0 2 2 5 6 4 8 】， u s 2 0 0 5 0 0 3 8 1 7 8 【4 9 】，u s 2 0 0 7 0 0 7 8 0 5 7 【5 0 】等等。 目前，国内微乳剂的发展势头比前几年要有所减缓，减少了盲目开发的低端产 品，在品质方面得到提升。品种主要集中在生物农药单剂和其它复配制剂，包括 植物源印楝素 5 l 】，鬼臼毒素系列衍生物【5 2 】，漏芦【5 3 】，雷公藤 5 4 1 ，橙萜烯【5 5 】，动物 源斑螯素【5 引，植物激活蛋白等较为新颖的生物农药。 选择高效、超高效低毒农药不仅是人们对农药制剂绿色化的要求，更是微乳剂 本身发展的延伸。由于微乳剂的成本较其它液剂高，虽然同一含量下，微乳剂的 药效一般比乳油高5 ，但这样还远远不够。所以选择附加值较高的组分作为主要 活性组分是微乳剂发展的趋势之一。它与其它农药相比，在同一剂量下，乳化剂 含量相差无几，但药效是原有农药的几倍，也就达到了节约能源、减少成本的目 的。 1 5 1 3 乳化剂 微乳剂的发展是与乳化剂品种的发展以及高效优化是分不开的。对同一个微乳 剂配方研究来说，选择不同的乳化剂，其外观、乳化效果等差异较大。这就要求 在选择乳化剂时，考虑单体的结构、亲水基亲油基的比例、与农药及溶剂的配伍 性、乳化剂自身的配伍性等，它同时要考虑乳状液的形状、粒度及在植物或靶标 单位面积上农药的颗粒数、展着面积【5 7 1 。在农药制剂配方中，乳化剂在乳油中的 配伍已基本满足要求，但针对微乳剂的乳化剂仍很少，所以现阶段乳化剂主要选 浙江工业大学硕士学位论文 择的范围还是针对乳油的表面活性剂， 鉴于农用助剂在剂型配置中的重要作用，研究人员相继开发了一系列新型表面 活性剂。它们有些是在已有表面活性剂的基础上进行结构修饰；有些是本来不具 备活性的物质进行结构修饰；有些是在天然产物中提取表面活性物质；有些在新 合成的物质中进行筛选。重点开发立体结构分子量大的高表面活性的助剂：例如， 线性烷基链接亲水端基组成的缩合葡萄糖化合物烷基聚糖或糖醚；烷基葡萄糖酰 胺；双子型表面活性剂，这类表面活性剂具有优良的水溶性、较高的表面活性、 协同效应良好以及其他的独特性能，但价格昂贵，目前国外已经合成出了一系列 阴离子、阳离子、非离子及两性型的新品种，国内见报导的较少，如2 0 0 2 年西南 石油学院合成的一种名为h k l 2 的双子型表面活性剂【5 8 】。 目前，新型表面活性剂研究的热点转移到生物表面活性剂如大豆磷脂、槐糖酯 及其衍生物等，应用较为广泛；g e m i n i 型表面活性剂如季铵盐阳离子、葡萄糖酰 胺类非离子g e m i n i 型表面活性剂等，但除烷基二苯醚双磺酸盐，其它尚未工业化： 传统表面活性剂改性，女 1 s h e l l 和p & g 公司对a s ，l a s 的改性，降低了他们的克拉 夫( k r a f f t ) 点；功能性表面活性剂及助剂，如烷基甘油醚磺酸盐；可裂解表面活 性剂，如酯剂铵盐；反应型表面活性剂，与所吸附的基体发生化学反应，从而键 合到基体表面，对基体起表面活性作用【5 9 1 。 主要应用于农药的表面活性剂有：脂肪醇聚氧乙烯类、烷基苯酚聚氧乙烯醚类、 磺酸盐类、磺酸酯类、酰胺类、有机硅类掣删。特别是有机硅类表面活性剂，自 孟山都新西兰公司于1 9 8 5 年率先将世界上第一个有机硅表面活性剂l 一7 7 推入市 场，研究人员对它的特性与应用进行了深入研究。在农用上可作为喷雾改良剂、 叶面吸收助剂、与除草剂的混用、生长调节剂等，效果显著，是一类新型高效的 农药助剂。商品化的有聚亚氧烷基改性聚甲基硅氧烷、二甲聚硅氧烷共聚多醇等， 已成s i l w e t 系列【6 1 1 。 国外对微乳剂专用乳化剂也有不少研究：如1 9 9 4 年的美国专利报道了用两种 非离子型表面活性剂组合配制三唑类杀菌剂微乳剂；h o b b s 公司申请的专利中公开 了一种由脂肪醇环氧乙烷加合物、油溶性磺酸盐和聚氧乙烯的混合物组成的微乳 专用乳化剂；1 9 8 4 年日本一家公司利用阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂混 配得到除草、杀虫和杀菌剂的微乳专用乳化剂；美国h o r t o n 公司也公开了制造微 乳剂的专用乳化剂；b a y e r 公司生产的s t a b a x o lp 和s t a b a x o li 可作为例如双虫脒 8 浙江工业大学硕上学位论文 这类水解性农药原药的抗水解剂【6 2 1 。去水山梨糖醇单油酸酯或g m o 与亲水性乳 化剂制得微乳剂【3 4 】：利用反应性高分子表面活性剂提高微乳剂物理稳定性【6 3 】等等。 可以预见，随着乳化剂的品种和质量的提高，意味着乳化剂用量的减少，微乳 剂品质与含量可进一步提高。由于目前国际原油价格的上扬，以及人们环保意识 的加强，以水基代替油基的微乳剂不仅要提倡剂型的绿色化，符合中国国情，作 为剂型“味精的农用助剂的也应选择易生物降解、节能增效、改进微乳剂质量， 推进产品的环境友好化的品种。 1 5 1 4 溶剂 溶剂主要是对原药起溶解和稀释作用，帮助微乳剂在水中乳化分散，改善微乳 剂的流动性。而且溶剂应对有效成分无分解作用或分解作用很小。应选用水溶性 较大的极性溶剂并且对农药原药有较大的溶解度删。 1 5 1 5 助溶剂 助溶剂的加入一方面是为了增强溶剂对农药原药的溶解度，另一方面助溶剂还 可以改善制剂的外观稳定性，扩大微乳剂的透明温度范围，助溶剂的加入量尽可 能少，易溶解原药或改善制剂外观情况而定。但是有些溶剂对绝大多数农药都有 很好的溶解度，却通常很少做主溶剂，多与芳烃溶剂混合做助溶剂使用，一般选 择一些醇类、酮类、酯类等溶剂。 1 5 1 6 其他助剂 为实现农药的可持续发展战略，发展高效农药需要高效助剂代替常规助剂。目 前，增效助剂的发展较快，例如( 甲基) 增效磷、八氯二丙醚等成功地应用于有 机磷和菊酯类杀虫剂的配伍中。另外高效助剂的问世给农药助剂带来了新的含义。 例如，这些年问世的氮酮等就显示了良好的效果，对降低用药量，提高药效，减 轻农药对环境压力方面都有重要意义。 在考虑用高效助剂的同时，对所开发的微乳剂体系应有全面的了解。调整好制 剂酸碱度，可防止其活性成分因长期置于水中，引起化学分解【6 4 1 。赵玉烈6 5 等人 发现当采用氨基硅油制备微乳剂时，通过在体系中引入酸( p h 值控制在4 5 ) ，可 使h + 与氨基作用，在微乳粒子表面形成带弱正电荷的双电层，阻止微乳粒子的聚 9 浙江工业人学硕士学位论文 结，有利于微乳液的稳定。还有一些抗冻剂、p h 调节剂等一些助剂。目前抗冻剂、 p h 调节剂主要选择乙二醇、甘油、乙醇、乙二胺、梨酸钠等。这些助剂不仅可以 作为表面活性剂，还可以作助溶剂，这样可减少成本，减少有机溶剂用量。 另外，为了增加微乳农药的物化稳定性，有时需加入稳定剂，以减缓其分解， 一般用量0 5 3 o ，常用的稳定剂有3 一氯一1 ，2 一环氧丙烷、苯基缩水甘油醚、聚 乙烯基乙二醇二缩水甘油醚、甲基脲、乙基脲、尿素、无机盐等。除上述之外， 有时还要考虑有机溶剂的选择、水质的影响，适当的时候还要加入增效剂、渗透 剂等。助剂可根据具体品种的配制需要决定取舍，尽可能地使配方简单化。 1 5 2 农药微乳剂的制备方；去【1 1 】 a 、常规法( 见图1 2 所示) 将乳化剂和水混合后制成水相，然后将油溶性农药在搅拌下加入水相，制成透 明的o w 型微乳剂。该方法要求乳化剂在水中有一定的溶解度，有时也将高级醇 加入其中，但是很多乳化剂黏度较大，难以与水混溶，因此，该方法不具备普遍 使用的优势。 图l 2 常规法制备微乳剂 b 、可乳化法( 见图1 3 所示) 将乳化剂溶于农药油相中，形成透明溶液，然后将油相提入水中，搅拌成透 明的o w 型微乳剂，相反，将水相滴入油相中，形成w o 型微乳剂。该方法比较 简便实用，是配方研制时最常用的方法，只是操作稍复杂，而且在油相滴加过程 中容易黏着在容器壁上，导致转移不彻底。在滴加过程中，搅拌必须同时进行， 搅拌时间和转相温度是成乳稳定的关键性因素。 l o 浙江工业大学硕士学位论文 图1 3 可乳化法制备微乳剂 c 、转相法( 见图l 一4 所示) 又称p i t ( 相转换温度) 。将农药与乳化剂，溶剂充分混合成均匀透明的油相， 在搅拌下慢慢加入去离子水形成w o 型乳状液，再经搅拌加热，使之迅速转相成 o w 型乳状液，冷至室温使之平衡后过滤制得o w 型微乳剂。该方法是比较常用 的方法，优点是可以将水直接加入，简化了操作；缺点是该方法需要一个转相过 程，因此得到的微乳剂容易不稳定，要达到彻底的水油平衡还需要反复的试验， 风险性比较大。 图l 4 转相法制各微乳液 d 、二次乳化法( 见图1 5 所示) 当体系中存在水溶性和油溶性两种不同性质的农药时，可采用二次乳化法调 制成w o w 型乳状液用于农药剂型。首先，将农药水溶剂和低h l b 值的乳化剂 或a b a 嵌段聚合物混合，使它在油相中乳化，经过强烈搅拌，得到粒子在11 t m 以下的w o 乳状液，在将它加到含有高h l b 的乳化剂的水溶液中，平稳混合， 浙江工业大学硕士学位论文 可制得w o w 型乳状液。该方法比较复杂，不易操作，一般作为用其他方法不能 得到时的备用方法。 图1 5 二次乳化法制备微乳液 有专利报道【删一种生产农药微乳剂的方法，无需添加任何有机溶剂或助溶剂， 就可以生产出高效的农药微乳剂。步骤：按照对原药有效成分含量要求，准备好 适量原料、水和表面活性剂；加热混合，在4 0 至3 0 0 温度下将上述准备好的物 料搅拌混合至常温，得到外表透明均一的微乳剂。但该方法对所用原料和表面活 性剂有较高要求。 另外，根据魏方林【6 7 】等人的研究发现由于输入能量的不同，采用震荡法与高剪 切乳化法制备的水乳剂粒径分布、中位径和离心稳定性存在前者较宽、较大，后 者则较窄、较小的规律，因此相比较而言，采用震荡法制备较好。而微乳剂与水 乳剂的制备，具有相似的机理，所以该方法也可以应用到微乳剂上。 1 6 农药微乳剂的形成机制与热力学稳定性【6 8 】 已报道，关于微乳液的形成理论有多种，1 9 4 3 年，s c h u l m a n 6 9 等人提出，油一 水一表面活性剂体系要形成微乳，体系的界面张力必须降到零。1 9 7 3 年，g e r b a c i a 和r o s 锄o 【7 0 , 7 1 1 认为，微乳液的形成与助表面活性剂( 如乙醇) 沿着界面迁移有关，这 种迁移作用暂时将界面张力降到零，使得液滴重组为更小的液滴，一旦迁移结束， 助表面活性剂又像表面活性剂那样使高表面能的液滴稳定下来。有时助表面活性 剂的加入也不能形成微乳，其原因是不能使这些更小的液滴稳定下来，这些小液 滴就聚结起来形成粒径较大的乳液。而f r i b e r g 7 2 等认为微乳液是增溶了液相而溶 1 2 浙江工业大学硕士学位论文 胀的表面活性剂胶团的分散体系，如果改变试剂添加顺序，就会形成逆胶团溶液， f 曲e r g 认为w o 型微乳液是逆胶团溶液。s h i n d a 和h i m o k o 7 0 则认为，微乳液中观 测到的迁移现象与胶团溶液中出现的现象没有本质区别。这些理论都说明微乳液 的形成是十分复杂的，不仅与助表面活性剂在界面吸附有关，而且与微乳液附近 及其周围形成超低界面张力有关。有关微乳体系的形成机理，目前存在瞬时负界 面张力理论、双重膜理论、几何排列理论、r 比理论【7 3 】以及胶团增溶理论，并且 有关微乳体系的研究方法正在不断增加。 1 6 1 农药微乳剂的形成机制 1 6 1 1 瞬时负界面张力理论 在乳状液形成的过程中，由于表面活性剂的参与使油一水界面张力大幅度下 降，成了稳定的乳状液。但在乳状液中仍然存在着油一水界面张力，因此乳状液 是热力学上的不稳定体系。而微乳液的油水界面张力低至不可测，是热力学上的 稳定体系。表面活性剂的确可以降低油一水界面张力；但由于僦( 临界胶束浓度) 或溶解度的限制，使界面张力无法降低至零附近。添加性质完全不同的第二种表 面活性剂如大小适中的醇类如戊醇、己醇和庚醇等被称之为助表面活性剂，就可 以使界面张力进一步降低至很小，甚至会出现瞬间的负值，由s c h u l m a n 和p r i n c e 7 4 】 等人针对微乳液的形成提出了瞬时负界面张力理论可以用g i b b s 的多组分体系的 吸附方程来加以说明。 d 丫= 一r ：1 d 肛= 一r ：l r 财1 1 1c f ( 1 1 ) ii 式中，丫是表面张力或界而张力，以是组分i 的化学势，g 为i 组分的浓度，r f 是i 物质的吸附量( 也称表面过剩) 。由式( 1 1 ) 所示：若将一种新的表面活性剂( 助 表面活性剂) 加入到这个体系中，若此助表面活性剂在界面上为正吸附，将会使丫进 一步降低。假如丫降至负值，如图1 1 虚线所示。那么体系的界面会自动扩展， 结果是液珠的细化，自发地形成了微乳液。出于界面的扩展，被吸附的表面活性 剂在界面上的浓度会降低，使丫又变为正值。这种情况被认为是“自动乳化作用”。 由此可以看出助表面活性剂在微乳液自发形成过程占有的重要地位，微乳液中的 浙江工业大学硕士学位论文 液珠由于热运动会使液珠易于聚结而变大，一旦变大，则又形成暂时的负界面张 力，从而又必须使其分散，以扩大界面面积，使负界面张力消除，使体系处于平 衡。因此微乳液是无限稳定体系，由图1 6 所示随助表面活性剂( s a ) 的增加c m c 减小，且丫也降低甚至可瞬间为负值【7 5 1 。由虚线表示。 t ；、，1 0 c m c 、一 图l 6 不同助表面活性剂下表面张力【7 6 】 丫随表面活性剂浓度的对数变化的曲线图。 图1 7 微乳界面膜弯曲示意图【7 6 】 i ； 瞬时负界面张力理论可以解释微乳液的形成和稳定性，但不能说明微乳液形成 的类型以及无法测定负界面张力的大小，并且事实上一些双链离子型表面活性剂 如a o t 和非离子表面活性剂也能形成微乳液而无需加人助表面活性剂，所以该理 论有一定的局限性。 1 4 浙江工业大学硕士学位论文 1 6 1 2 双重膜理论 s c h u l m a n 和b o w c o t t 等人认为在水一油表面活性剂一助表面活性剂体系中， 表面活性剂和助表面活性剂形成混合膜，吸附在油水界面下构成双重膜的形式。 由于混合膜具有非常高的柔性，易于在油水界面上弯曲，这种弯曲的程度和方向 导致了不同的w o 型、o w 型的微乳液的形成，表面活性剂和助表面活性剂的极 性基团和非极性基团的性质对微乳类型的形成至关重要。s e a r 和s c h u l m a n 7 7 研究 发现，通常形成o a v 型微乳液所需醇与表面活性剂的质量比较低，形成w o 型微 乳液所需醇与表面活性剂的质量比较高。 并根据实验，总结出微乳液形成的两个必要条件：在油水界面有大量表面 活性剂和助表面活性剂混合物的吸附；界面具有高度的柔性。 条件要求所用的表面活性剂的h l b 值与具体体系相匹配，这可以通过选择合 适的h l b 值的表面活性剂混合物，加入助表面活性剂，或改变体系的盐度、温度 来实现。条件通常是通过加入助表面活性剂( 如对离子型表面活性剂) 或调节温度 ( 如对非离子型表面活性剂) 来满足。因此，醇在微乳液的形成中特别是使用离子型 表面活性剂的体系中起了重要的作用。 1 6 1 3 几何排列理论 r o b b i n s ，m i t c h e l l 和n i n h a m 等7 8 , 7 9 1 从表面活性剂聚集体中分子的几何排列考 虑，提出了界面膜排列的几何模型。该理论认为表面活性剂极性的亲水基团和非 极性的烷基链分别与水和油构成分开的均匀界面。从几何角度来讲，设定填充系 数v a o 三。，( 其中v 是表面活性剂分子中烷基链的体积；a o 是表面活性剂极性头的 截面积；l 。是烷基链的长度) ： 当v a 口三。= 1 时，油水界面是平的，体系为层状液晶相； 当v a o l 。 1 时，界面发生凸向油相的优先弯曲，导致形成w o 微乳体系； 当1 3 v l 。 1 ，油水体系不需要 加人助表面活性剂即可形成w o 型微乳体系。几何排列理论成功的解释了界面膜 的优先弯曲和微乳液的结构问题。 浙江工业大学硕士学位论文 1 6 1 4r 比理论 和上面几种微乳液形成的理论相比，r 比理论从最直接的分子间相互作用出 发，认为表面活性剂和助表面活性剂与水和油之间存在相互作用，并定义 8 1 】为： r = ( a c 0 一a o o a l l ) ( a c w - - a w w - - a h h ) ( 1 2 ) 式中a e o 为表面活性剂亲油基与油分子间的内聚能；a o o 为油分子间的内聚 能；a l l 为亲油基间的内聚能；a c w 为亲水基与水之间的作用能；a w w 为水分子 之间的作