2-陳福良-高分子乳化劑在水乳劑中的應(yīng)用

高分子乳化劑在水乳劑中的應(yīng)用中國農(nóng)科院植保所陳福13661206041chenful2005@目錄1-水乳劑的概念和特點(diǎn)2-常規(guī)小分子乳化劑制備水乳劑存在的問題3-高分子乳化劑的概念和特點(diǎn)4-水乳劑物理穩(wěn)定性的測定方法5-高分子乳化劑在水乳劑中的應(yīng)用水乳劑概念水乳劑又稱濃乳劑或粗乳劑,是一種以水為連續(xù)相的水包油(O/W)乳狀液分散體系通過加入適當(dāng)?shù)闹鷦┘疤厥獾募庸すに?，使不溶于水的原藥液體或原藥溶于有機(jī)溶劑中，并以微小的液珠分散在連續(xù)相水中，成非均相乳狀液體制劑外觀通常為乳白色液體(乳狀液)粒徑一般在0.1~10μm之間，較理想的范圍是1μm左右油溶性原藥的水基化需要向體系內(nèi)輸入外界的能量屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定體系特點(diǎn)概念水乳劑有效成分共乳化劑有機(jī)溶劑水乳化劑水乳劑的特點(diǎn)與乳油相比，水乳劑具有以下優(yōu)點(diǎn)水乳劑大量降低了有機(jī)溶劑用量，從而降低制劑對人畜和環(huán)境的污染，減輕對靶標(biāo)的藥害，在生產(chǎn)中對加工和使用者都比較安全表面活性劑用量少，形成乳狀液使用的乳化劑用量大大低于形成微乳液的乳化劑用量，一般也低于需要乳化大量有機(jī)溶劑的乳油制劑降低生產(chǎn)成本，由于水乳劑乳化劑用量低，大量的水替代了有機(jī)溶劑，使其原料成本在水基化制劑中是最低的用水替代了有機(jī)溶劑，制劑不易揮發(fā)，閃點(diǎn)較高，水乳劑不易燃、易爆，生產(chǎn)、貯存和運(yùn)輸均很安全水乳劑的特點(diǎn)水乳劑的不足之處加工難度比乳油高，形成乳狀液需要輸入外界的能量，才能形成較小粒徑的油珠顆粒，一般加工設(shè)備需要高速剪切機(jī)或均質(zhì)機(jī)，能耗較高藥效不如乳油，由于乳化劑的用量低，稀釋液的表面張力高于乳油，潤濕、展著均不如乳油(有機(jī)溶劑的滲透性較高)，影響了在靶標(biāo)的有效沉積制劑穩(wěn)定性比乳油差，水乳劑是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，開發(fā)難度比乳油大，而且要達(dá)到2年的經(jīng)時穩(wěn)定性也比較困難對有效成分的適應(yīng)范圍比乳油窄，有效成分在水中穩(wěn)定制約了應(yīng)用范圍常規(guī)小分子乳化劑制備的水乳劑存在問題制劑穩(wěn)定性較差，表現(xiàn)在制劑分層、大量析水、乳化效果較差藥效不佳，乳化劑用量低某些乳化劑對環(huán)境相容性差，NP系列的壬基酚需要引入新型的乳化劑，以期制備出“名副其實(shí)”對環(huán)境友好的水乳劑水乳劑的藥效為何比乳油差？水乳劑親水性較強(qiáng)不易滲透進(jìn)蠟質(zhì)層乳化劑用量較低，達(dá)不到在靶標(biāo)表面有效潤濕、展著、附著的作用乳油親油性較強(qiáng)與蠟質(zhì)層有親和性易于在靶標(biāo)潤濕、展著、附著有機(jī)溶劑雖然本身不具有生物活性，但具協(xié)助有效成分滲透進(jìn)植物體內(nèi)的作用高分子乳化劑的概念常規(guī)小分子乳化劑，一般的分子量小于2000顧名思義，高分子乳化劑具有巨大的分子量一般的高分子乳化劑分子量在5000以上-幾萬，而今天要引入的高分子乳化劑分子量巨大，可達(dá)到500萬-2000萬，這么高的分子量是由其化學(xué)結(jié)構(gòu)決定的這類乳化劑可通過交聯(lián)劑形成疏松的微交聯(lián)結(jié)構(gòu)高分子乳化劑的結(jié)構(gòu)高分子乳化劑結(jié)構(gòu)一般由主鏈及側(cè)鏈組成主鏈通常為陰離子、陽離子、非離子單體及其組合通過聚合構(gòu)成，側(cè)鏈通常由長鏈的疏水單體（如F-C，Si-C，C-C，F(xiàn)-Si）構(gòu)成。G系列：依靠交聯(lián)劑（以共價鍵交聯(lián)）的支撐，并通過分子間氫鍵和電荷作用，在水中形成疏松的立體網(wǎng)狀微交聯(lián)結(jié)構(gòu)，具有空間立體網(wǎng)狀的親水高分子乳化劑，具有很強(qiáng)的增稠、懸浮、乳化作用。N系列：具有線性體的高分子聚合物與可以配伍增效的特殊小分子乳化劑（不含苯酚結(jié)構(gòu)）復(fù)配而成N系列乳化劑基本性質(zhì)名

稱N-100N-200N-300外觀（25℃）乳白至淡黃色膏體淡黃色透明溶液淡黃色透明溶液類型離子型，親水離子型，親水非離子型，親油固含量≥37.0%≥37.0%≥95.0%pH值(2.0%水溶液，25℃)7.0～9.07.0～9.05.0～8.0G系列乳化劑的基本性質(zhì)名

稱G-100G-200G-300

外觀（25℃）乳白至淡黃色膏體類型離子型，親水固含量≥25.0%≥25.0%≥55.0%pH值(2.0%水溶液，25℃)7.0～9.07.0～9.04.5～6.5高分子乳化劑的穩(wěn)定機(jī)理主鏈單體彼此間往往能通過氫鍵、離子鍵、范德華力等形成相對有序的排列，大量的側(cè)鏈?zhǔn)杷鶊F(tuán)會產(chǎn)生締合作用，形成很強(qiáng)的空間位阻作用通過多點(diǎn)緊密吸附在油珠表面，形成牢固的界面膜，親水鍵基團(tuán)于水中伸展開形成相應(yīng)厚度的水合層，其特有的微交聯(lián)結(jié)構(gòu)能穩(wěn)定油珠的分散狀態(tài)，同時又不引起顆粒間纏結(jié)(架橋絮凝)，從而使水乳劑具有長期的物理穩(wěn)定性大多數(shù)高分子乳化劑帶有電荷，可以形成擴(kuò)散雙電層，具有很強(qiáng)的靜電斥力比常規(guī)的非離子表面活性劑具有雙重的穩(wěn)定機(jī)制空間位阻作用力當(dāng)液滴吸附了表面活性劑分子或高聚物分子時，液滴之間存在著空間位阻作用力。當(dāng)帶有吸附層的兩個液滴相互接近時，則在兩吸附層產(chǎn)生了兩種相互作用。第一種相互作用為吸附層的混合效應(yīng)，吸附層發(fā)生相互重疊、互相滲透，高聚物濃度增大出現(xiàn)滲透壓，相應(yīng)產(chǎn)生滲透斥力位能，使液滴不能聚并第二種相互作用是體積限制效應(yīng)或彈性作用，產(chǎn)生彈性斥力位能，使液滴之間產(chǎn)生排斥作用空間位阻作用力影響因素取決于高聚物的分子結(jié)構(gòu)，一般嵌段或接枝聚合物，形成的空間位壘，阻礙液滴聚并高聚物的分子量和吸附層厚度，分子量高的位阻作用大，吸附層越厚，乳狀液越穩(wěn)定分散介質(zhì)的影響。靜電作用力該作用力來源于液-液界面的電荷分離，是一種排斥力。電荷分離是由于表面存在無機(jī)的電離基團(tuán)、吸附的離子表面活性劑或聚電解質(zhì)的結(jié)果?？梢杂脕斫忉岇o電的相互作用，如果陰離子表面活性劑在界面上吸附，表面帶負(fù)電荷并均勻分布在液滴的表面，負(fù)電荷靠吸附相反離子(帶正電荷)得到補(bǔ)償，反離子形成雙電層，其中一層靠近表面，形成了緊密層(即所謂Stern平面內(nèi)層或吸附層、固定層)，另一層具有擴(kuò)散性質(zhì)，形成了擴(kuò)散層。雙電層模型靜電作用力當(dāng)兩個有擴(kuò)散雙電層的液滴相互接近，兩個雙電層的擴(kuò)散層部分開始重疊，其結(jié)果導(dǎo)致兩個液滴的相互排斥。采用陰離子表面活性劑，使吸附層表面帶上負(fù)電荷，帶電后的液滴相互靠近，而由于帶同種電荷的靜電作用產(chǎn)生的排斥作用，減少油相液滴相互碰撞的機(jī)會，降低液滴聚并或絮凝的機(jī)率，使乳狀液穩(wěn)定。作用機(jī)理高分子乳化劑的特點(diǎn)高分子乳化劑配制的水乳劑比其他水乳劑更穩(wěn)定。高分子乳化劑廣泛應(yīng)用于日化行業(yè)，毒性小，可以取代傳統(tǒng)的具有環(huán)境激素毒性的烷基酚聚氧乙烯醚乳化劑高分子乳化劑分子量大，如G系列分子量通常在500萬~2000萬之間，不易滲入靶標(biāo)表皮內(nèi)，減少了外源物質(zhì)進(jìn)入食物鏈的風(fēng)險高分子乳化劑制備的水乳劑噴灑在靶標(biāo)上，易形成藥膜，提高藥液在靶標(biāo)上的附著，增加藥液的沉積量，從而提高藥效。水乳劑穩(wěn)定性檢測方法熱貯穩(wěn)定性冷貯穩(wěn)定性常溫穩(wěn)定性凍融穩(wěn)定性離心穩(wěn)定性粒徑大小及分布測定光散射技術(shù)凍融穩(wěn)定性預(yù)測水乳劑在惡劣環(huán)境下長期貯存穩(wěn)定性和貯存期限的試驗(yàn)方法方法1：以24h為一周期，在-5℃~50℃波動一次，每24h檢查一次。循環(huán)數(shù)在5以上認(rèn)為是合格的方法2：-15℃下貯存16h，之后于24℃貯存8h為一循環(huán)，3次循環(huán)之后外觀無明顯變化表明制劑穩(wěn)定。方法3：類似于方法1，見下圖-10℃~5℃下貯存24h室溫下貯存24h54℃下貯存24h方法3：凍融穩(wěn)定性循環(huán)示意圖分層現(xiàn)象觀察：加速觀察制劑的分層或沉降4000r/min，15min制劑穩(wěn)定

3750r/min，5h（r=10cm）1年

（自然條件）不分層不分層離心穩(wěn)定性測定方法離心法可以觀察到水乳劑的分層或沉降，確定不同離心速度下的沉降速率常數(shù)，根據(jù)離心力估計(jì)出重力，則可以對乳狀液體系在自然重力條件下的分層或沉降做出判斷。水乳劑的重要性能指標(biāo)—油珠粒徑定義水乳劑的重要指標(biāo)之一。油珠顆粒粒徑越小，水乳劑越穩(wěn)定。測定可用激光粒徑測定儀測定或顯微鏡下測量水乳劑細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)一般為0.1-10μm，較理想的在1μm左右。細(xì)度小于0.5μm的水乳劑穩(wěn)定性更高，但需要更多的乳化劑。這也是諾普信公司提出的二代水乳劑的概念粒徑大小及分布球形液滴的沉降速率與液滴直徑的平方成正比，水乳劑液滴粒徑越小，沉降速率越慢，水乳劑越穩(wěn)定。在生產(chǎn)中，水乳劑體系因受剪切設(shè)備、表面活性劑、溶劑、原藥等影響，不可能完全均質(zhì)化，剪切的粒徑大小不一，若粒徑分布過寬，容易上浮或下沉，也較易產(chǎn)生奧氏熟化，使水乳劑不穩(wěn)定。制備水乳劑時，粒徑分布比粒徑大小對穩(wěn)定性的影響更大?？刂埔旱未笮》植伎梢杂行б种茒W氏熟化，控制液滴的大小分布越窄，小液滴不斷增大成大液滴的進(jìn)程越慢，水乳劑越穩(wěn)定。V=G(ρ1-ρ2)D2/18η粒徑大小及分布作用粒徑大小及分布測定方法以體積中徑D50表征粒徑大小，跨度表征粒徑分布跨度=(D90-D10)/D50其中D10、D50、D90分別為油珠顆粒體積達(dá)到10%、50%、90%時的粒徑激光粒度分布儀光散射技術(shù)在水乳劑物理穩(wěn)定性中的應(yīng)用TurbiscanLab分散穩(wěn)定性分析儀主要用于分析乳狀液和懸浮液的穩(wěn)定性，能快速分析乳狀液、懸浮液等分散體系的沉淀、乳化、絮凝、聚結(jié)、分相等不穩(wěn)定現(xiàn)象?？赏瑫r采集、檢測背散射光和透射光的強(qiáng)度，利用隨機(jī)軟件可計(jì)算出粒子的移動速率、澄清層和浮油層的厚度、顆粒的平均粒徑以及分散體系的體積濃度隨時間的動態(tài)變化等上述現(xiàn)象所發(fā)生的速率，并給出試樣的分散穩(wěn)定性參數(shù)SI，評價分散體系的穩(wěn)定性測定參數(shù)穩(wěn)定性參數(shù)為水乳劑提供量化評價指標(biāo)量化評價指標(biāo)的獲得更有利于設(shè)計(jì)水乳劑正交試驗(yàn)，進(jìn)行水乳劑物理穩(wěn)定性的研究。透射光探測器反射光探測器光散射技術(shù)原理高分子乳化劑在水乳劑中的應(yīng)用N系列和G系列乳化劑復(fù)配乳化穩(wěn)定效果最好N系列、G系列乳化劑均可以和常規(guī)農(nóng)藥乳化劑復(fù)配N-300為非離子乳化劑，具親油性，可與其他的N系列乳化劑復(fù)配G-200可以和非離子與陰離子乳化劑復(fù)配，G-100和G-300只能與非離子乳化劑復(fù)配適配性較好兩種高分子乳化劑組合—N-300+G-200乳化劑系統(tǒng)/%丙三醇/%低溫穩(wěn)定性乳液穩(wěn)定性離心穩(wěn)定性粒徑大小與分布N-300G-200D50/μm跨度2.51.5

合格合格合格1.082.393.02.0

合格合格分層1.552.863.02.03.0合格合格稍析水0.801.592.52.53.0合格合格合格0.661.67高效氯氟氰菊酯水乳劑中的乳化劑系統(tǒng)篩選2.5%+1.5%組合配制的水乳劑易于絮凝，增加乳化劑的用量，使組合為3.0%+2.0%，但粒徑及分布均趨于增大，出現(xiàn)了雙峰，導(dǎo)致離心分層加入共乳化劑降低界面膜的表面張力，使粒徑顯著變小，分布變窄高速離心上層稍有析水，表明親水性稍差，減少親油性高分子乳化劑N-300，增加親水性高分子乳化劑G-200，調(diào)節(jié)兩者乳化劑的比例為2.5%+2.5%，各項(xiàng)技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)優(yōu)良高效氯氟氰菊酯水乳劑光散射掃描圖高效氯氟氰菊酯水乳劑穩(wěn)定性參數(shù)兩種高分子乳化劑組合—N300+G200甲維鹽水乳劑中的乳化劑系統(tǒng)篩選N-300G-200D50/μm跨度低溫穩(wěn)定性熱貯

穩(wěn)定性244.151.19合格析油1%2.53.51.731.47合格析油2%333.868.49析油1%析油5%342.931.75析水1%析油10%甲維鹽屬于強(qiáng)極性的有效成分，在乳化劑系統(tǒng)中提高親水性高分子乳化劑G-200有助于提高水乳劑的穩(wěn)定性，而隨著親油性乳化劑用量的提高，熱貯析油明顯增大N-300與G-200的比例為2+4，雖然熱貯析油最少，但是油珠粒徑偏大(D50達(dá)到4.15μm)，水乳劑存在著不穩(wěn)定性的風(fēng)險篩選高分子乳化劑N-300+G-200為2.5%+3.5%為最佳乳化劑組合環(huán)己酮+二甲苯+N-甲基吡咯烷酮為5%+5%+2%，丙三醇3%甲維鹽水乳劑光散射掃描圖甲維鹽水乳劑光散射穩(wěn)定性參數(shù)兩種高分子乳化劑組合—N-200+G-200高分子乳化劑傾倒性水乳劑穩(wěn)定性測定N-200G-200離心冷貯熱貯凍融14差合格合格合格合格23好合格合格合格合格2.52.5好合格合格合格合格32好合格合格合格合格41好分層分層分層分層22好合格合格合格合格13好合格合格合格合格高效氟氯氰菊酯水乳劑中的乳化劑系統(tǒng)篩選兩種高分子乳化劑組合—N-200+G-200組合比例室溫下粒徑大小及分布冷貯后的粒徑大小及分布熱貯后的粒徑大小及分布D50/μm跨度D50/μm跨度D50/μm跨度1：40.781.4922.11.521.061.762：30.711.387.423.341.091.712.5：2.50.701.310.721.560.751.513：20.691.638.324.320.691.584：10.823.500.823.240.693.752：20.701.330.691.380.761.511：30.751.620.751.751.322.70高效氟氯氰菊酯水乳劑中的粒徑大小及分布G-200具增稠作用，免去了添加增稠劑或其他的助劑，用自來水即可配制穩(wěn)定的水乳劑采用高分子乳化劑方便了企業(yè)生產(chǎn)，并為企業(yè)降低了生產(chǎn)成本，且穩(wěn)定性比常規(guī)的水乳劑高得多高效氟氯氰菊酯水乳劑光散射掃描圖兩種高分子乳化劑組合—N-300+G-100原料名稱用量（W/W，%）95%精噁唑禾草靈原藥7.3環(huán)己酮14高分子乳化劑N-3002.0高分子乳化劑G-1002.0乙二醇5.0自來水補(bǔ)足100%6.9%精惡唑禾草靈水乳劑最佳配方6.9%精惡唑禾草靈水乳劑性能檢測質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)測定值檢測方法離心穩(wěn)定性合格4000r/min，15min粒徑及分布D50=0.59μm，跨度=1.07激光粒度儀冷貯穩(wěn)定性合格GB/T19137熱貯穩(wěn)定性合格GB/T19136乳液穩(wěn)定性合格GB/T

16036.9%精惡唑禾草靈水乳劑粒徑及分布6.9%精惡唑禾草靈水乳劑穩(wěn)定性掃描3種高分子乳化劑組合—N-300+N-100+G-100原料名稱用量（W/W，%）95%阿維菌素B1a原藥5.3二甲苯5.0環(huán)己酮10高分子乳化劑N-3000.25高分子乳化劑N-1001.0高分子乳化劑G-1002.0乙二醇5.0自來水補(bǔ)足100%5%阿維菌素B1a水乳劑最佳配方5%阿維菌素B1a水乳劑性能檢測質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)測定值檢測方法離心穩(wěn)定性合格4000r/min，15min粒徑及分布D50=1.16μm，跨度=1.83激光粒度儀冷貯穩(wěn)定性合格GB/T19137熱貯穩(wěn)定性合格GB/T19136乳液穩(wěn)定性合格GB/T

16035%阿維菌素B1a水乳劑穩(wěn)定性掃描5%阿維菌素B1a水乳劑穩(wěn)定性參數(shù)與其他常規(guī)乳化劑組合制備的水乳劑毒死蜱水乳劑中的乳化劑系統(tǒng)篩選乳化劑系統(tǒng)低溫穩(wěn)定性熱貯穩(wěn)定性離心穩(wěn)定性粒徑大小與分布種類用量/%D50/μm跨度N-300+G200