（农药学专业论文）农药微乳剂形成与稳定的机理及其性能表征.pdf

摘要 农药微乳剂以水为连续相、不用或很少使用有机溶剂，毒性低、农药利用率高、环境相 容性好，是符合世界农药剂型“水性、粒状、缓释”发展潮流的农药新剂型，目前已经发展 成为我国农药产品结构中非常重要的组成部分。但是，由于我国对农药微乳化应用基础理论 的研究不够，农药微乳剂产业化转化中仍然存在农药有效含量低、表面活性荆用量大、贮存 与使用过程中存在相分离、农药有效成分分解等关键技术问题，严重影响了产品质量和安全 使用。 本文首先在正交实验设计、相溶解度曲线绘制的基础上。利用微乳体系拟三元相图、相 图中可向水角无限稀释微乳体系的电导性质，结合制剂主要技术指标提出了具有潜在应用价 值的农药微乳剂配方。然后，利用旋转滴法动界面张力仪、冷冻蚀刻电镜技术、光散射技术 研究探讨了农药徽乳剂形成与稳定的微观机制；采用动态潘析法测定了微乳液对农药有效成 分的包封率通过测定农药微乳剂不同浓度对水稀释药液中农药的降解率、在靶标上的接触 角、表面张力和有效滞留量，对农药微乳卉对的主要性能进行了表征，并在室内进行了生物活 性评价。 结果表明，采用非离子与阴离子表面活性剂适当比例复配，农药微乳荆拟三元相圈中单 相区和可对水无限稀释区面积均比表面活性剂单用明显增加，复合体系的最大增溶量也显著 提高，但对于不同农药有效成分其组成与用量存在明显不同。随着相图中体系组成由两相区 向单相区过渡，其动界面张力明显f 降当体系接近单相区到一定程度时，依靠试验使月；i 的 仪器已经测定不出体系动界面张力的存在。单相区中不同配方组成的农药微乳剂具有不同的 类型和微观结构，表现出不同的药剂包封率；尽管对水稀释仍然形成微乳液，但不同稀释倍 数之间药液分散质点的流体力学半径及分布存在明显差异，表现出了不同的物理化学稳定性 能。 与乳油相比，农药微乳剂的对水稀释药液性能在实际应用中体现出更高的药剂分散度和 药液稳定性；微乳药液中表面活性剂界面膜的存在，使微乳剂在较低浓度下即可有效润湿靶 标叶片和形成较高的有效沉积，从而表现出了明显好r 乳油的生物效果。 这在一定程度上说明了t 体系中动界面张力的急剧降低和离散、微细分散质点的形成娃 农药微乳剂形成与稳定的基础：采用阴离子与非离子表面活性剂适当比例复配使用，可以降 低农药制剂微乳化表面活性剂的用量、提高农药有效成分含量，从而提高农药微乳剂的质量 和市场竞争力。 关键词：农药微乳剂，增溶，相图，动界面张力，药效评价 a b s t r a c t p e s t i c i d em i c r o e m u l s i o nh a sb e e nav e r yi m p o r t a n t f o r m u l a t i o ni n t h e p e s t i c i d e s i n d u s t r i a l i z a t i o no fo u rc o u n l t y , a n dw i d e l ya c c e p t e da so n eo ft h en e wd e v e l o p i n gp e s t i c i d e f o r m u l a t i o n so f “w a t e r - b a s e d ，g r a n u l a t i o n , c o n t r o l - r e l e a s e ”i nt h ew o r l d ，b e c a u s ei tu t i l i z ew a t e r , w i t hal i r t l e o re v e nw i t h o u th a r m f u lo r g a n i cs o l v e n ta st h ec o n t i n u ep h a s e ，i sl e s st o x i c ，m o r e e f f e c t i v e a n dm o r ea m i a b i et ot h ee n v i r o n m e n t h o w e v e r , s o m ec r i t i c a lp r o b l e m ss t i l ln e e dt ob e r e s o l v e dt of u r t h e rp r o m o t et h ed e v e l o p m e n to f p e s t i c i d em i c r o e m u l s i o n s ，s u c ha s ，h o wt or e d u c et h e a m o u n to f s u r f a e t a n t sa n di n c r e a s et h eq u a n t i f i c a t i o no fa c t i v ei n g r e d i e n ti nt h ef o r m u l a t i o n s ，h o wt o e n s u r et h es t a b i l i t yo f t h ef o r m u l a t i o nd u r i n gt r a n s p o r t a t i o na n da p p l i c a t i o np r o c e s s b a s e do nt h eo r t h o g o n a le x p e r i m e n t a ld e s i g na n dt h ep h a s es o l u b i l i t ym e t h o d ，t h ep e s t i c i d e m i c r c o m u l s i o n st h a ts p e c i a l l yd e s i g n e dd e r i v e df r o mt h ep h a s ed i a g r a m sh a v eb e e nr e p o r t e dt ob e c o n s i d e r e da sp o t e n t i a lc a n d i d a t e sf o rp r o t e c t i o na n dp r e p a r a t i o no fv e h i c l e sf o rd e l i v e r yo f p e s t i c i d e si n d u s t r i a l i z e d i nt h e p r a c t i c eb y t h e i n v e s t i g a t i o n o f p h a s eb e h a v i o r i nt h e p s e u d o - t e r n a r yp h a s ed i a g r a m s ，t h es t u d yo f c o n d u c t i v i t yi nt h ei s o t r o p i em o n o p h a s i cr e g i o nt h a tc a n b ed i l u t e dw i t hw a t e rt on e a r l y1 0 0 a n dt h em e a s u r e m e n to f t h em a i np h y s i c a l - c h e m i c a lp r o p e r t i e s a n dt h e nt h em i c r o s c o p i cm e c h a n i s m so fp e s t i c i d em i c r o e m u l s i o nf o r m a t i o na n ds t a b i l i t yw e r e s t u d i e d b ym e a n s o fs p i n n i n g d r o pi n t e r f i e a lt e n s i o m e t e r , f r e e z e - f i a c t u r e p h o t o - c o r r e l a t i o n s p e c t r o s c o p ya n dl i g h ts c a t t e r i n g t h ee n c a p s u l a t i o ne f f i c i e n c yo fp e s t i c i d e si n t h e o p t i m i z e d f o r m a t i o no fp e s t i c i d em i c r o e m u l s i o n sw a sa c h i e v e db yd y n a m i cd i f f u s i o nd i a l y s i s t h ep r o p e r t i e s o f t h eo p t i m i z e dp e s t i c i d em i c r o e m u l s i o n sw e r ec h a r a c t e r i z e db yt h ed e t e r m i n a t i o no f t h ep e s t i c i d e i n g r e d i e n t ss t o r a g es t a b i l i t i e s i nt h ew a t e rd i l u t e ds o l u t i o n s ，t h em e a s u r e m e n to fc o n t a c ta n g l e ， s u r f a c e t e n s i o na n dm a x i m u mr e t e n t i o n so nt h et a r g e t t h eb i o a c t i v i t yo f t h e p e s t i c i d e m i e r o e m u l s i o n sw e r ea l s oi n v e s t i g a t e db yl a b o r a t o r ya s s a y s t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ei s o t r o p i cm o n o p h a s i ca n dc o u l db ed i l u t e dw i t hw a t e rt on e a r l y 1 0 0 a t 鼬i nt h ep h 瓣d i a g r a m sa n dt h es o l u b i l i z a t i o nc a p a c i t yo fs u r f a c t a n t sm i x t u r e si n c r e a s e d s i g n i f i c a n t l ya st h ea n i o i cs u r f a c t a n ta n d t h en o n i o n i cs u r f a c t a n tw e r ec o m p o s e da tt h es u i t a b l em a s s r a d i o ，b u tt h ec o m p o s i t i o n sa n dt h ew e i g h tr a d i oi nd i f f e r e n tp e s t i c i d em i c r o e m u l s i o ni ss i g n i f i c a n t l y d i f i e r e n t t h er e s u l t so fd y n a m i cs u r f a c e t e n s i o nm e a s u r e m e n ts h o w st h a tt h ed y n a m i cs u r f a c e t e n s i o nd e c r e a s es i g n i f i c a n t l yb o u n d i n gw i t ht h en e a r b yt ot h eb o u n d a r yo fo n ep h a s er e g i o nf r o m t h et w op h a s er e g i o n ，a n dt h ed 3 ，n a m i es u r f a c e t e n s i o ni st o os l o wt oa c h i e v eu s et h ep r e s e n t i n s t r u m e n t ，w h e ni ti st o on e a rt ot h eo n ep h a s er e g i o n i ne a c hf o r m u l a t i o n si nt h eo n ep h a s er e g i o n ， d i f f e r e n tm i c r o e m u l s i o nh a sd i f f e r e n tt y p ea n dm i c r o s t r u c t u r ea n de n c a p s u l a t i o ne f f i c i e n c y a l t h o u g ht h ee m u l s i o nw i t hw a t e ri sa l s om i c r o e m u l s i o nt od i f f e r e n tp e s t i c i d em i c r o e m u l s i o n ，t h e h y d r o m e c h a n i c a lr a d i u sa n dd i s t r i b u t i o ni sm u c hm o r ed i f f e r e n ta td i f f e r e n td i l u t i o nl e v e la n dt h e e m u l s i o ns t a b i l i t yo f p e s t i c i d em i c r o e m u l s i o ni sc l o s e l yr e l a t e dt ot h eh y d r o m e c h a n i c a lr a d i u s c o m p a r i n gw i t he m u l s i f i a b l ec o n c e n t r a t e ( e c ) ，t h ed i l u t e dc o n c e n t r a t i o nw i t hw a t e ro f p e s t i c i d e i i m i c r o e m u l s i o nh a sm o r eh i g h e rd i s p e r s i o na n ds t a b i l i t yi nt h ep r a c t i c e s t a b i l i z e db yt h ei n t e r f a c i a l f i l mo f s u r f a e t a n t s ，t h ed i l u t e dc o n c e n t r a t i o nw i t hw a t e ro fp e s t i c i d em i c r o e m u l s i o nc o u l db ew e t t i n g t h et a r g e ts u r f a c em u c hm o r ee a s ya n dh a v eah i g h e rr e t e n t i o n ，s ot h ee f f i c a c yi sb e t t e rt h a nt h e e m u l s i f i a t , l ec o n c e n t r a t ea tt h ee n d i ts e e m st h a tt h ed e c r e a s eo f d y n a m i cs u r f a c et e n s i o na n dt h ed i s p e r s i o no f d i s c r e t es p h e r i c a lo r n e a r l ys p h e r i c a lo i ld r o p l e t si st h ef o u n d a t i o no fp e s t i c i d em i c r o e m u l s i o n s ，t h ec o m b i n a t i o no f n o n i o n i cs u r f a c t a n ta n da n i o i cs u r f a c t a n ta tas u i t a b l em a s sr a d i oi sb e n e f i t e dt ot h ed e c r e a s eo f s u r f a c t a n t sd o s a g ea n dt h ei n c r e a s eo f p e s t i c i d ea c t i v ei n g r e d i e n ti nt h ep e s t i c i d em i c r o e m u l s i o na n d i tw i l li m p r o v et h eq u a l i t yo fb e t a - c y p e r m e t h f i o nm i c r o e m u l s i o na n dm a k ei tm o r ec o m p e t i t i v ei n t h em a r k e t k e yw o r d s ：p e s t i c i d em i c r o e m u l s i o n ，s o l u b i l i z a t i o n ，p h a s ed i a g r a m ，d y n a m i cs u r f a c et e n s i o n ， b i o a c t i v i t ye v a l u a t i o n i i i 独创- | 生声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名：铆 时间：扣憎占年占月ib 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名 导师签名 锨良 ；壤焰 时间：2 卯石年6 月后r 时间：白一年二月，f 日 中国农业大学博士学位论文第一章引言 1 1 研究的目的意义 第一章引言 基于可持续发展、环境保护的需要，提高农药利用率和环境相容性成为当今世界农药剂 型工作者致力解决的主要问题【1 - 5 j 。来自降低生产成本、减少农药使用量日盏增加的压力，农 药生产企业对安全、商效农药剂型的需求，在某种程度上已经超过对全新化合物的需求【“。大 量低毒、高效、新型农药化合物及助剂成分已过专利保护期，为农药生产企业提供了更多的 选择机会1 7 j o 由于已有农药有效成分中，约9 0 以上属于疏水性有机合成化合物，生产实践中不可能 赢接对水施用，使农药剂型加工日益成为农药科学研究的重要环节。特别是目前安全、高效 农药剂型的研究开发已经成为当今农药科学研究的热点_ j 。 在这种形势下，传统的农药乳油制剂因耗用大量不可再生的石油类有机溶剂t 9 , , o j 而相继被 一些国家限制、甚至禁止使用 1 i j 2 1 。以水为连续相、不用或很少使用有机溶剂，毒性低、农药 利用率高、环境相容性好的农药微乳剂是符合世界农药剂型“水性、粒状、缓释”发展潮 流的农药新剂型”2 ”1 ，一经问世即引起了农药荆型研究f ：作者的高度关注和政府产业化转化的 青睐。“十五”期间我国政府相继立题进行农药制剂微乳化应用基础理论研究和产业化开发； 农药行业“十一五”发展规划也明确指出，将限制乳油、可湿性粉剂等农药有效利用率低、 消耗石油等自然资源、污染环境的传统剂型登记，鼓励开发和推，h 农药微乳剂、水分散粒剂 等新剂裂的生产和应用技术i l “。企业和用户对农药制剂的选择也更趋理性化，这促使了农药 微乳剂产品登记数量的急剧增加。臼上世纪9 0 年代我国真正开始农药微乳剂研究，即在我国 引起了研究人员的关注和许多企业的重视。迄今为i r ，己发表相关研究论文近百篇，申请 专利几十项。截至2 0 0 4 年底，我国农药企业获得登记的农药微乳剂产品是过去l o 年登记总 数的1 5 倍：到2 0 0 5 年底我国已有1 5 0 多个农药生产企业获得6 0 多个农药有效成分、3 0 8 个农药微乳剂产品的农药登记，是2 0 0 4 年以前登记总数的3 倍多l l “。农药微乳剂已经成为我 国农药产品结构中非常重要的组成部分。 但毕竟农药微乳剂的研究开发较晚，国外2 0 世纪7 0 年代、我国2 0 世纪9 0 年代才开始 研究，微乳化技术在农药微乳剂配制中升来得到r 泛应用，农药微乳剂自发形成的动力学与 贮存稳定的热力学机制还没有被明确。目前，农药微乳剂仍然存在农药有效含量低、表面活 性剂用量大、贮存与使用过程中存在相分离、农药有效成分分解等关键技术问题，严重影响 了产品质量和安全使用口1 。在农业有害生物防治实践中，农药微乳剂也远未表现出应有的高 效剂量传递能力和精准的靶向释药特性p 珊i ，囿于室内实验或依靠经验设计的农药剂型所得到 的令人兴奋的结果在生产实践中却经常令人大失所望。 剂型研究是农药科学使用不可缺少的内容，剂型是控制农药剂量传递的有效方式”。但 我国农药剂型相对于医药剂型研究十分浅显，而且长期疏丁农药剂趔基础理论研究，对剂型 中国农业大学博士学位论文第一章引言 加工研究仅仅放在对有效成分“赋型”和加工工艺方面。在对农药有效成分进行剂型设计时 很少或几乎没有从应用毒理学或剂型毒理学角度开展农药制剂使用时所涉及的药液对靶润湿 与沾着、沉积与持留、渗透与传导等方面的研究，不能掌握药剂向生物体转移过程中的各种 机制、规律和条件以及所引发的毒理学上的变化。从而导致了大量药剂的“脱靶”、引发了对 环境和操作者的危险性剂量转移l 。j ”。农药利用率一般不到3 0 7 0 p 1 上的农药被浪费掉”i ， 由此造成的“农业立体污染”和对人类本身带来的不利影响更是不可估量i ”j ，严重制约了农药 微乳剂的健康发展。 深究其因并非仅限于载药体系本身的特征与性能，还与制剂对水稀释药液的性能以及 药液从喷洒机械喷出后到达作用靶标的整个剂量转移过程密切相关1 2 1 , 2 5 。 对于大多数农药有效成分来说，要完成药剂向靶标的剂量转移至少需要进行三次分散 e l 。 按照配方设计将农药原药与有机溶剂、表面活性剂等辅助成分混合均匀，形成具有一定农药 有效含量的物理化学稳定的农药制剂是农药的第一次分散：根据使用需要将农药制剂对水 或有机溶剂等稀释成具有一定形态的喷施药液，是农药的第二次分散：喷施药液借助施药器 械被分散到空气介质中形成具有一定运动特性的分散体系是农药的第三次分散。除了供直 接使用的农药剂型，大多数农药制剂在对水使用过程中其原始分教体系的结构会发生一定变 化，从而会改变原剂型中原始分散体系的构成状况和稳定性，并有可能影响到原剂型的某些 理化性质和实际使用效果。这属于农药剂型研究应该关注的问题，也是本文研究的主要内容。 而对下药液喷施形成的再次分散体系，以及雾滴运行过程中产生的药剂的蒸发、飘移、从靶 体表面脱落以及向非靶标生物体的无效转移，更多是涉及药械与使j = j 技术的问题，本文不作 研究。 根据国内外近3 0 多年农药微乳化的研究的发展情况，农药剂型设计仍主要着眼于表面活 性剂系统对农药剂型原始分散体系稳定的需要主要通过对现有乳化剂品种的大量组合筛选 通过反复考察制剂外观在配制时、贮存后的变化情况确定农药微乳剂表面活性剂混合体系的 组成与用量l ”i ；对农药徽乳荆制定的质量技术指标也只能参照乳油的标准及其他微乳荆制 剂已有的资料，包括按照行业规范进行的主要性能指标测定口”。而对制剂对水稀释形成的_ 二 次分散体系( 药液) 的稳定及相关性能研究不够，没有充分发挥农药微乳荆制剂体系中表面 活性剂潜在的对药效的促进作用。 农药微乳剂的形成与稳定机制完全不同丁乳油等传统溶液型制荆| 3 0 , 3 1 i ，原本且不相溶的油 ( 农药有效成分溶解其中) 、水两相在表面活性剂相作用f 自发形成各向同性的热力学稳定体 系，主要取决于表面活性剂的增溶作用( s o l u b i l i z a t i o n ) 口l ；而且这种增溶完全不同t # l 油等 传统溶液型制剂的溶解，被增溶物质并不拆散成单个的分子或离子，而是“成簇”( 分散液滴 流体力学半径在l o l o o n m 之间) 地处在表面活性剂形成的界面膜中，为光学透明或半透明熟 力学稳定( 在一定温度范围内) 体系，制剂外观等表观指标并不随体系中加入水量的变化而 表现出明显差异。这说明，目前农药剂型加工依据制剂外观及表观指标在配制、贮存前后的 变化来判断制剂性能的经典的经验筛选方法，并不能正确反映农药微乳体系的实质，不能有 效地表征表面活性剂混和体系的性能和农药微乳剂在贮存与使用中的稳定性。而这恰恰是农 2 中国农业大学博士学位论文 第一章引言 药微乳剂配方设计的关键所在。 从农药微乳剂的增溶原理来看，不管从微乳体系自发形成的动力学和贮存稳定的热力学， 所有影响体系增溶能力的因素，都会影响到农药微乳剂的形成与稳定。这并不仅仅取决于表 面活性剂的性质，也与被增溶物的性质有关p “。当改变体系中油、水、表面活性剂任何一个 变量时，体系的微观结构也将发生相应变化，其间可能出现o w 型微乳液、g 或双连续、w o 型微乳液等。而且，这种体系结构类型的转变是渐进的，一般不存在外观上的明显变化f 3 2 l 。 农药微乳剂形成与稳定所涉及的基础科学领域是胶体化学和界面化学。利用高速摄影i ”】、荧 光示踪p 、电子显微镜等技术研究雾滴的运行与沉降规律以及同位素示踪9 6 喀技术研究药 物进入有害生物体内对微观生理机制的毒理发现，制剂中表面活性剂系统仍然发挥着非常重 要的作用：药物向生物体转移过程中的各种机制和条件以及所引发的毒理学上的变化，仍然 属于胶体与界面科学研究的问题。 这说明，农药剂型研究工作者已经到了必须改变农药剂型设计传统观念的时候如同现 代药剂学在经历了物理药剂学、生物药剂学和临床药剂学三个重复阶段后逐渐吸收了系统 工程理论的思想，于2 0 世纪末进入了药物传递系统( d r u gd e l i v e r ys y s t e m ，d d s ) i ”】的新时代。 农药剂型的设计也应全面分析和追踪农药制剂分散体系以及药液等再次分散体系的性能，以 及影响这种性能的机制及其调控技术和方法。借鉴胶体与界面科学业已取得的理论与方法， 分析、解决农药微乳剂研发中存在的问题从微观上探讨农药微乳化形成与稳定的机理、建 立有效的农药微乳化性能表征手段，指导农药微乳剂商效专用表蕊活性剂开发、实现农药制 剂的“高效、糟准”输送、给药：并最终实现在保证植物保护健康发展的前提下，科学实现“农 药减量”，减少环境污染、节约石油资源。无疑具有重要的现实意义。 1 2 农药微乳剂概述 1 2 1 农药微乳剂的含义 农药微乳剂( m i c r o e m u l s i o n m e ) 是2 0 世纪7 0 年代，首先在国外出现的一种农药新剂型 我国2 0 世纪8 0 年代才开始研究尚没有形成成熟与独立的理论体系【1 ”。目前文献报道的对其 含义的理解仍然基于传统的微乳液定义l l t ”j ：由油、水、表面活性荆等组成的，光学透明的、 热力学稳定的单相分散体系。作者在利用冷冻蚀刻电镜技术获得毒死蜱微乳荆微观结构的基 础上认为：农药微乳剂是借助复合表面活性剂体系的增溶作用，将液体或固体农药的有机溶 剂溶液均匀分散在水中形成的光学透明或半透明的分散体系。微观结构上是由表面活性剂界 面膜所稳定的一种或两种液体的微细液滴( 1 0 1 0 0 r i m ) 构成属t o w 型多缎分分散体系【1 3 , 3 9 1 。 陈福良 2 9 1 等根据多年来配制农药微乳剂的经验，将农药微乳剂定义为水包油的微乳液，认为： 农药微乳剂中要达到一定的用水量才行，并建议微乳荆用水量应在3 0 以上。若用水量太少， 则成为油包水的微乳液，和乳油没有什么区别对保护环境亦没有意义。 2 0 0 4 年我国出台农药剂型名称与代码国家标准( g b t1 9 3 7 8 2 0 0 3 ) ，在我国首次对农药微 乳荆作了相关说明：透明或半透明的均一液体用水稀释后成微乳状液体的制剂。除规定了 中国农业大学博士学位论文第一章引言 制剂外观形态之外，也是首次对农药徽乳剂使用中对水稀释药液作了明确规定。 由此可见，在保证制剂理化性能指标符合相关标准要求的前提下，农药微乳荆制剂分散 体系并不仅仅拘泥于水包油型微乳液体系；对水稀释药液的性能在某种程度上显得更为重要。 1 2 2 农药微乳剂的特点 农药微乳剂是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它农药剂型无可比拟的优点。 1 2 2 1 有效成分的高度分散性农药微乳剂对水稀释仍然形成微乳状液f 4 “农药有效成分或 其有机溶剂溶液在表面活性剂作用下被高度分散在水中，分散液滴粒径在0 叭0 1 m 范围 内远小于传统剂型乳油对水稀释所形成乳状渡的颗粒粒径( o 1 l ou i n ) 。从几何分割来看， 若把同等边长为l c m 的立方体颗粒分割成边长为1 0 0 ui n 和1 0um 的农药颗粒，那么在颗粒 总体积不变的情况下，分割后所形成的颗粒个数、颗粒总表面积、颗粒对靶体的覆盖面积等 将呈数量级的变化。这种农药液滴分散度的增加将真接与实际防效相关。可以说，农药微 乳剂是成功实现农药有效成分使用过程中高度分散的少见剂型之一。 i 2 2 2 分散体系的热力学稳定性微乳液与普通乳状液的根本医别就在于：微乳剂分散褶质 点小，外观透明或近乎透明，属于热力学稳定体系；普通乳状液分散相质点大外观不透明， 属丁热力学不稳定体系”“”1 。农药微乳剂制荆分散体系属于热力学稳定的微乳液体系，使用中 对水稀释自发形成的二次分散体系同样属于热力学稳定的微乳液体系，农药有效成分分散液 滴间不会发生凝聚作用，能保持较高的稳定性可长期放置而不发生相分离。传统的乳油制 荆分数体系属于熟力学稳定的溶液体系但是对水稀释形成的二次分散体系一般属于热力学 不稳定的乳状液，分散液滴间容易发生聚并，只能在较短的时间内保持相对稳定( 国标要求： 制剂2 0 0 倍对水稀释液3 0 士l 静置1 h 。上无浮油、下无沉油或沉淀即为合格) ，药液不能久簧 后使用。水乳剂、悬浮莉等更是连制捌分敬体系也来从根本上解决热力学稳定性，贮存和使 片i i 中皆存在热力学不稳定问题。从某种意义上讲。微乳剂属于真正从根本上解决了制剂稳定 性闯题的稳定体系。 1 2 2 3 较高的农药有效利用率徽乳体系由于含有高浓度的表面活性剂，可以对不溶或难溶 于水的农药有效成分起到增溶作用通过增溶增加了原药与昆虫及植物表皮间的浓度梯度 有助r 农药成分向昆虫及植物组织半透膜的渗透，提高药效。；同时还可有效地降低表面张 力，改善雾滴和靶标之间的相互作用，使雾滴到达植物叶面后不发生反弹，利丁其在植物表 面的粘附、润湿和铺展，从而提高药液的吸收效率”“。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 使微乳剂较同等含量的其它剂型药效明显提高的一个重要因素l 。 1 2 2 4 良好的环境相容性农药微乳剂以水为连续相，不用或很少使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，有利于生态环境质量的改善；水无色，无味、 无毒借助表面活性剂的作用将农药有效成分有效地包疆起来，减少了农药气味，降低了对 4 中嗣农业大学博士学位论文 第一章引言 生产者和使用者的毒性：另外水不易燃、不易爆，也增加了农药制剂在生产、贮运过程中 的安全性。 1 2 3 农药微乳剂的发展现状 2 0 世纪7 0 年代微乳液开始应用于农业，美国专利( 1 9 7 4 年) 、日本专利( 1 9 7 8 年) 记载了微 乳液应用于农药制莉加工的报道，但是由于制荆中表面活性剂的用量较大，限制了其在生产 实际中的应用”4 “1 ，至今农药外企尚没有农药微乳剂产品在我国进行登记。 我国在上世纪8 0 年代后期开始研究开发涉及家庭卫生用药的农药微乳剂，1 9 9 2 年研制成 功第1 个农药微乳剂8 氰戊菊酯微乳剂”1 。但真正得到较快发展和普遍应用，是进入2 l 世纪以后的事情。环境保护的压力、石油能源的危机、微乳液应用理论与试验技术的进步， 加快了农药微乳剂产业化的发展。据不完全统计，我国登记农药微乳剂产品截止2 0 0 0 年仅有 3 3 个，到2 0 0 3 年达到6 6 个，2 0 0 4 年达到9 9 个，2 0 0 5 年更是一个大的跨越，截至年底已达到3 0 8 个。 从总体来看，农药微乳剂的发展现状表现出以下特点。 1 2 - 3 1 农药微乳剂新产品不断出现2 0 0 0 年以前我国农药登记的3 3 个微乳剂产品中，阿维杀 单就有9 个主要涉及阿维菌素、杀虫单、高效氯氰菊酯、毗虫琳等几个农药有效成分，制剂 有效含量最高为3 0 。目前登记的农药微乳剂产品中涉及了更多的农药有效成分、更高的有效 含量和更多新的化合物。近几年进入国内市场的氟虫氟、氟硅唑、咪鲜胺、苯醚甲环唑、甲 胺基阿维菌素、炔螨特等皆已有微乳剂产品( 含复配制剂) 登记，阿维菌素一炔螨特微乳剂含 量已达5 6 ( o 3 + 5 5 ，7 ) ，吡虫啉微乳剂含量也达到4 5 ”。 且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能，也代表了农药剂型加一 的一种进步。 1 2 3 2 农药徽乳剂的应用研究得到重视相比较农药徽乳剂早期研究以配方筛选为主近期 的研究更多地注重了农药微乳荆的应埔研究。几种农药微乳剂与其他相应剂型的药效对比”、 不同表面张力的杀虫单微乳剂药滴在水稻叶面的行为特性h “、渗透剂t 在农药微乳剂中的应 用即l 、微乳剂与乳油等两种不同剂型农药对稻纵卷n t 螟的防效比较，微乳剂低温稳定性的研究 1 4 5 1 、不同影响因子对二嗪磷微乳剂物理稳定性的影响研究p “、农药微乳剂乳液稳定性研究” 等，这在一定程度上表明了农药微乳剂在当今农药剂型发展中的地位。 1 2 3 3 已经开始开展农药微乳化基础理论的研究农药制荆微乳化是一个非常复杂的问题， 涉及到许多学科的理论与技术，在制剂的形成，稳定以及许多理化特性的理解与解释方面。 完全有别于传统的乳油等液态制剂。由r 形成微乳液各组分之间复杂的相互作用，很难依据 组分本身的性质从理论上预测微乳液的形成和区域大小【”l ，依靠传统的经验筛选和表观指 标测定等研究方法，已不能有效地表征表面活性剂混和体系的性能和农药微乳剂使用中对水 分散液的稳定性。张晓光i ”增2 0 0 3 年、孙华川等2 0 0 5 年、夏茹等2 0 0 5 年通过绘制仲丁威、 氰戊菊酯、三氟氯氰菊酯微乳剂油一水表面活性剂相图和测定农药微乳剂分散体系的电导率研 中国农业大学博士学位论文第一章引占 究了农药微乳剂的相行为、结构类型及结构转变，n i s s i mg a r t i l 5 3 1 等2 0 0 4 年在利用相图研究微 乳体系增溶能力时发现，油相中加入一种漠代杀茵剂后体系的增溶能力发生了显著变化。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 2 3 4 仍然存在一些问题表1 _ 1 、1 - 2 分别是2 0 0 4 、2 0 0 5 两年我国登记的微乳剂分类及相同产 品登记情况。 表卜1 近两年登记的微乳剂分类情况( 单位：个) t a b l e1 - 1t y p e so f r e g i s t e r e dp e s t i c i d em ei no u rc o u n t r yo v e rt h ep a s tt w oy e a r s s i n g l e 4 51251 2 f o r m u l a t i o n s 混剂 p r e p a e k e d 2 902 m i x t u r e s 2 0 0 5 单剂 s i n g l e 1 3 063 f o m a u l a t i o n s 混荆 p r e p a c k e d 1 7 8 5 1 m i x t u r e s o 1 3 7 表卜2 近两年相同微乳剂产品登记情况( 单位：个) t a b 1 - 2 t h es a m e p r o d u c t so f p e s t i c i d e m e r e g i s t e r e d i n o u rc o u n t r y o v e r t h ep a s t t w oy e a r s 高效氯氟菊酯阿维菌素 旦! 塑蔓埋型! 堕! 叁! 墅! 璺堕地 单剂混荆单荆混剂 s i n g l ep r e p a c k e ds i n g l ep r e p a c k e d f o r m u l a t i o n sm i x t u r e sf o r m u l a t i o n sm i x t u r e s 年份 y e a r 2 0 0 4 2 0 0 5 3 3 2 7 1 0 3 2 4 7 1 8 8 2 从表中数据可以看出，目前我国农药微乳剂的研发仍然存在一定问题：混剂产品较多。 杀虫剂明显多于杀菌剂和除草剂。重复登记情况严重。 另外，从登记农药微乳剂的有效禽量( 图i i ) 来看低含量制剂仍占较大比重，这些产 品井不因为制荆中有效含量低而使用较少的表面活性剂。对丁高含罐农药微乳剂仅从配方 组成即可知道其不可能是水包油型微乳剂，特别是对_ 丁性状特殊的农药有效成分，也极有可 能就是农药有效成分与表面活性荆的有机溶剂溶液。严格意义上讲已经不属于农药微乳剂 范畴。这一方面体现了我国农药微乳剂研发技术水平的不平衡，也说明对农药微乳剂分教体 系的认识尚待统一。 6 中国农业大学博士学位论文 第一章引言 1 2 4 制约农药微乳剂发展的关键技术 农药微乳剂热贮存稳定的微观机制及宽透明温区微乳剂的制备是制约农药微乳剂发展的 关键技术。目前还没有发现有关农药微乳剂热贮存微观机制及其宽透明温区制剂制备的报道。 好在其它领域有关油一水一表面活性剂微乳体系的研究成果可以借鉴。 圈1 - i 我国农药徽乳剂( 不舍卫生杀虫剂) 登记有效含量( ) 分布图( 2 0 0 5 ) f i g 1 - 1t h ea c t i v ec o n c e n t r a t i o n s ( ) o f p e s t i c i d em e f w i t h o u th y g i e n i ci n s e c t i c i d e s ) r e g i s t e r e di n o u rc o u n l r y ( 2 0 0 5 ) 1 2 4 1 热贮存稳定的微观机制控制农药热贮存分解是农药微乳剂制各的关键。一般地讲， 微乳体系中水的形态及有效成分在微乳液中的定位在热贮存稳定中起重要作用。 郭霞”等2 0 0 1 年采用循环伏安法和荧光骅灭法研究了吩嚷嚷在s d s b a 水微乳液中的定 位结果表明吩噻嗪位f 微乳液膜相中靠近表面活性剂极性头基一侧。周国伟7 等2 0 0 1 年用 f o u r i e r 变换红外光谱技术对 0 t 异辛烷水形成的油包水( w o ) 微乳液中水分子o _ 州伸缩 振动进行曲线分峰拟合确定了w o 徽乳液中水存在的4 种状态。钱俊红1 等2 0 0 2 年利用荧 光探针法研究了青霉素g 钾盐在c t b 胶柬中的定位，明确了其水解反应的机制并找到了抑制 水解的方法。郝京诚”等1 9 9 7 年利用冷冻蚀刻、电镜技术研究了中相徽乳液的微观结构，获 得了微乳液微观结构的图象。这些结论的获得，为分析农药微乳剂热贮存稳定的可能机制提 供了理论依据。 1 2 4 2 宽透明温区徽乳剂的制备农药微乳剂透明温区的宽窄，是其物理稳定性的核心技术。 表面活性剂在油一水一表面活性剂微乳体系中的溶解度受温度影响较大尤其是非离子型表 面活性剂对温度更为敏感”。使得微乳液一般只在较窄温度范嗣内( 1 0 - - 2 0 c ) 稳定，实 际应用受到限制。所以，拓宽微乳剂的透明温区( 0 5 4 ) 对保证制剂在使 j 中稳定非常重 要。 一个重要方法就是采用非离子和阴离子复合表面活性剂。利用温度对阴离子、非离 子体系的影响不同选择合理的阴离子非离子表面活性剂组合可能使混合物对温度的敏感性 降低从而使微乳体系对温度变化不敏感。 7 中国农业大学博士学位论文 第一章引言 梁文平”