6%双唑草腈水乳剂的研制及生物活性研究

李彦飞，冯泽腾，张小军

(中农立华生物科技股份有限公司，北京 100052)

双唑草腈(pyraclonil)，化学名称：1-(3-氯-4,5,6,7-四氢吡唑并[1,5-a]吡啶-2-基)-5-[甲基(丙-2-炔基)氨基]吡唑-4-腈，其为德国先令公司(现为拜耳公司)发现的具有吡唑并吡啶环的新颖结构的水稻田除草剂[1-5]。双唑草腈属于原卟啉原氧化酶(PPO)抑制剂，作用迅速，使用3～7 d，杂草即可出现干枯死亡的症状。它对稗草及同时发生的一年生具芒碎米莎草科萤蔺、牛毛毡、阔叶杂草车前状雨久花、陌上菜以及多年的野慈菇、荸荠等广范围杂草有很高的活性。

目前在我国登记的双唑草腈制剂产品主要是2%双唑草腈颗粒剂[6]，此产品的商品名为稻田盛夫，登记企业为湖北相和精密化学有限公司。水乳剂由于基质大部分为水，乳化剂用量较少，雾化粒径大，药液漂移较少，生产成本低，对环境污染小，因此备受关注[7-10]。本文以6%双唑草腈水乳剂为研究对象，进行了大量的配方筛选试验，以期研制出性能合格的水乳剂，从而为未来产业化开发提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

双唑草腈原药(英文通用名：pyraclonil；97%，湖北相和精密化学有限公司)、溶剂油S-200(江苏华伦化工有限公司)、DMF(分析纯，国药集团)、正丁醇(分析纯，国药集团)、Genagen NBP [科莱恩化工(中国)有限公司]、环己酮(分析纯，北京化工厂)、Armid DM10 (阿克苏诺贝尔公司)、NMP(分析纯，国药集团)、γ-丁内酯(分析纯，国药集团)、DMSO (分析纯，国药集团)、吐温-80 (分析纯，国药集团)、EL-20(邢台市燕诚化学助剂有限公司)、EL-40 (邢台市燕诚化学助剂有限公司)、EL-80 (邢台市燕诚化学助剂有限公司)、AEO-3 (邢台市燕诚化学助剂有限公司)、Emulsogen 3510 (科莱恩化工(中国)有限公司)、Soprophor SC (索尔维集团)、乙二醇(A.R.，国药集团)、1,2-丙二醇(分析纯，国药集团)、丙三醇(分析纯，国药集团)、尿素(分析纯，国药集团)、氯化钠(分析纯，国药集团)、消泡剂SAG 1522 (迈图高新材料集团)、黄原胶(河北创之源生物科技有限公司)、卡松(北京广源益农化学有限责任公司)、去离子水及标准硬水。

1.2 主要仪器设备

GHP-9080隔水式恒温培养箱(上海一恒科学仪器有限公司)、SYP智能玻璃恒温水浴槽(巩义英峪予华仪器厂)、IKA RW 20 D S25数显型顶式搅拌器(广州仪科实验室技术有限公司)、AL204/01分析天平(梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司，精度为0.000 1 g)、HI2221 pH计(意大利哈纳公司)、FYL-YS-100LL福意联冷藏箱(上海一恒科学仪器有限公司)、安捷伦HPLC1220 (安捷伦科技有限公司)、BT-9300ST激光粒度分布仪(丹东百特科技有限公司)、IKA/T25数显型高速分散机(广州仪科实验室技术有限公司)、DSA-100光学接触角测量仪(德国KRUSS公司)、具塞量筒(250 mL和500 mL，北京化玻站)。

1.3 试验方法

先将双唑草腈原药用溶剂溶解(适当加热到50 ℃)至透明均一，后将油相乳化剂加入到溶解好的原药溶液中，搅拌均匀，作为油相备用。将水相乳化剂、防冻剂加入水中充分搅拌分散，作为水相备用。将油相分批缓慢地加入到高速剪切(8 000～10 000 r/min)的水相中形成均匀的白色乳状液，剪切完毕(约10 min)后加入适量的消泡剂和增稠剂搅拌均匀即可得稳定的水乳剂。

1.4 水乳剂的测定

用液相色谱法进行测定有效成分双唑草腈的含量；参照《GB/T 1601-1993农药pH值的测定方法》测定pH；参照《GB/T 28137-2011农药持久起泡性测定方法》测定持久起泡性；参照《GB/T 1603-2001农药乳液稳定性测定方法》测定乳液稳定性(稀释200倍)；参照《GB∕T 31737-2015农药倾倒性测定方法》测定倾倒性；参照《GB/T 19136-2003农药热贮稳定性测定方法》测定热储稳定性(54 ℃，14 d)；参照《GB/T 19137-2003农药低温稳定性测定方法》测定冷储稳定性(0 ℃，7 d)。

2 配方筛选

2.1 溶剂的选择

选择水乳剂的溶剂时应考虑其对有效成分溶解度高、闪点高、毒性小及价格适中等因素，本研究选用常规溶剂油S-200作为主溶剂，然后搭配适当极性溶剂作为助溶剂，最大程度的提升溶剂体系对原药的溶解度。本试验将双唑草腈原药分别溶解于DMF、NMP、Genagen NBP、γ-丁内酯、正丁醇、环己酮、Armid DM10及DMSO等助溶剂与溶剂油S-200组成的溶剂体系中，充分搅拌直至溶液均一透明，制备成 6%双唑草腈水乳剂，并置于-20 ℃的冷藏箱中放置72 h，取出后置于室温下，观察水乳剂外观是否有变化。若外观无变化，则将溶剂使用量降低，重复上述试验，找出溶剂的最适用量。筛选结果见表1。

表1 溶剂的筛选结果

由表1可知，双唑草腈在环己酮与溶剂油S-200搭配体系中的溶解度随温度变化相对较小，所制水乳剂相对稳定。因此，最终选定环己酮与溶剂油S-200搭配作为最佳溶剂，添加量定为10%+25 %。

2.2 乳化剂的选择

水乳剂中的乳化剂能有效降低油水两相的界面张力，通过空间位阻或静电斥力保持油相均匀分散在水相中形成热力学相对稳定的体系。对于已选定的乳化剂，其用量在一定浓度范围内虽对水乳剂常温稳定性及冷储稳定性影响不大，但对热储稳定性影响较大[11-12]，只有乳化剂用量足够时才能制备出合格、稳定的水乳剂，乳化剂用量一般为2%～10%。本试验以2.1筛选的溶剂为基础，试验考察了EL-20、EL-40、EL-80、T-80、AEO-3、Emulsogen 3510 和Soprophor SC等乳化剂单用及复配后对水乳体系流动性、乳液稳定性及热储稳定性影响，结果见表2。

表2 乳化剂的筛选结果

由表2可知，当乳化剂EL-40与Soprophor SC以质量比3∶2复配时，可获得乳液稳定性及冷储稳定性优良的水乳剂体系。因此最终选定 EL-40(3% )+ Soprophor SC (2%)作为最佳乳化剂。

2.3 防冻剂的选择

水乳剂在贮存、运输过程中易出现结冰现象，从而影响其使用和稳定性，为了避免这种情况发生通常会在配方中加入适量的防冻剂。在前述确定的溶剂和乳化剂的基础上进行防冻剂筛选，本试验分别选用乙二醇、1,2-丙二醇、丙三醇、尿素和氯化钠作为防冻剂，加工成水乳剂后观察制剂的冷储稳定性、热储稳定性及(-20±2) ℃时的冻融恢复后的情况，以确定最佳防冻剂，结果见表3。

表3 防冻剂的筛选结果

由表3可知，选用尿素作为防冻剂时，该水乳剂在冷储和热储时的稳定性及(-20±2) ℃时的冻融恢复情况均表现最佳，因此，最终选定尿素作为最佳防冻剂，添加量为5%。

2.4 增稠防腐剂的选择

水乳剂是热力学不稳定体系，增稠防腐剂的筛选对保证水乳剂有较好的贮存稳定性至关重要。按照Stockes公式，即沉降速度与体系的黏度成反比，体系黏度越高，沉降速度越慢，但超过某一阈值，就会增加生产和包装难度。本试验选用常规的黄原胶(卡松)作为增稠防腐剂，通过进行一系列梯度试验，最终确定最佳增稠防腐剂用量为黄原胶0.16%、卡松0.16%。

2.5 配方的确定及指标检测

通过大量配方筛选试验，最终确定6%双唑草腈水乳剂最佳配方：双唑草腈 6.0%、EL-40 3.0%、Soprophor SC 2.0%、环己酮 10%、溶剂油 S-200 25%、尿素5.0%、SAG 1522 0.2%、黄原胶0.16%、卡松0.16%、去离子水补足至100.0%。对6%双唑草腈水乳剂配方样品进行指标检测，结果见表4。

表4 6%双唑草腈水乳剂控制指标检测

由表4可知，该6%双唑草腈水乳剂配方的各项指标均满足水乳剂的标准要求。

2.6 静态表面张力与动态接触角

2.6.1 静态表面张力(EST)的测定

通常用悬滴法测定农药制剂稀释药液的表面张力。分别将6%双唑草腈水乳剂(上述配方制样)、100 g/L双草醚 SC (浙江中山化工集团股份有限公司)和10%噁唑酰草胺EC (江苏瑞邦农化股份有限公司)按照设定的田间施药浓度进行稀释，利用德国KRUSS光学接触角测量仪DSA-100测定稀释药液的静态表面张力，重复测量 3次，取平均值。试验温度为(20±1) ℃，试验误差范围为±1.0 mN/m。结果见表5。

表5 3种制剂样品在规定稀释浓度下的静态表面张力(20 ℃)

由表5可知，各制剂稀释药液的表面张力均低于纯水的表面张力72.3 mN/m，且相同制剂稀释倍数越低，表面张力越小；在规定的稀释浓度下，6%双唑草腈EW的静态表面张力明显低于另外两种制剂，因此其药液的铺展润湿效果会更好。

2.6.2 动态接触角(DCA)的测定

农药药液是通过喷雾装置喷施于靶标上，其到达靶标的时间只有几秒钟，这是一个动态过程，所以研究药液在靶标表面的动态接触角就十分有意义。用德国KRUSS光学接触角测量仪DSA-100分别测量2.6.1中的各制剂稀释液，以内径φ=0.8 mm的针头取一滴液滴于水稻叶片表面上，每0.5 s测一次接触角，测10～30 s，重复3～4次，拍摄0、5、10、15、20、25、30 s液滴形状(图1)。试验温度为(20±1) ℃，试验误差范围为 1°。

图1 3种制剂样品稀释液的液滴在水稻叶片表面的润湿铺展情况

由图1可见，6%双唑草腈水乳剂高浓度稀释液的接触角小于低浓度的；随着时间的进一步推移，液滴的形状也在发生着明显的改变，接触角越来越小。以各药液液滴润湿铺展时间对动态接触角作图，即可得到相应制剂稀释液的动态接触角变化趋势(图2)。

图2 3种制剂样品在规定稀释浓度下在水稻叶片上的动态接触角变化趋势图

由图2可知，在所测的时间范围内，不同药液的接触角均随时间的推移而比较平缓地下降，其中6%双唑草腈水乳剂在所设定的稀释浓度下，润湿铺展性能明显优于另外两种制剂稀释药液的，且高浓度水溶液的润湿铺展性能明显优于低浓度的。

3 药效试验

为了进一步验证药效，本试验选取上述6%双唑草腈水乳剂配方制备样品作为试验药剂，对照药剂选用100 g/L双草醚悬浮剂(浙江中山化工集团股份有限公司)和 10%噁唑酰草胺乳油(江苏瑞邦农化股份有限公司) ，以清水作为空白对照。试验地点设在湖北省监利县植保站试验田，试验地地势平坦，水分充足，灌溉方便。水稻品种为五优 308。水稻田杂草以稗子、鳢肠、萤蔺和水莎草为主，且杂草处于1～2叶期。

试验方法：按照试验小区面积和药剂用量，将各药剂称好，兑水(450 L/hm2)稀释，选用除草剂专用的扇形喷头对试验田中的杂草进行茎叶喷雾。每处理重复4次，分别在药后15 d和30 d调查试验区杂草死亡情况，并计算防效，此外，药后不定期观察水稻的生长情况。试验结果见表6。

表6 6%双唑草腈水乳剂对水稻田杂草的防效

由表5可见：当6%双唑草腈EW制剂用量在150～225 mL/hm2时，药后15 d和30 d，对稗子、鳢肠和萤蔺的防效均能达到90%以上，对水莎草的防效也达到了85%以上。与对照药剂相比，该制剂用量较低，但防效突出。此外，安全性调查发现不同处理对水稻均较安全，水稻叶色无明显发黄，各处理对株高和分蘖均无影响，安全性较好。

4 结 论

本试验所确定的 6%双唑草腈水乳剂具有原料易得、环保安全、加工成本低等优点。按照配方制得的制剂样品各理化性能指标均合格。该产品属水基化制剂，制备过程安全性高，贮存稳定，成本低，储运过程中不易燃不易爆炸，符合国家对绿色环保剂型的发展要求。此外，该配方药剂对水稻田杂草防治效果显著，使用成本低，具有较好的推广和研究价值。