李 嬌，劉變娥，高雪鋒，秦敦忠,張 宇,寇俊杰

（1.南開大學農(nóng)藥國家工程研究中心（天津），天津 300071；2.江蘇擎宇化工科技有限公司，江蘇儀征 211400）

吡唑醚菌酯（Pyraclostrobin）（圖1）是巴斯夫開發(fā)的甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑，中等毒性，可以防治多種真菌病原引起的植物病害。同多種殺菌劑復配，協(xié)同作用，可擴大殺菌譜，延緩抗藥性的產(chǎn)生[1]?，F(xiàn)有登記劑型包括懸浮劑、乳油、水分散粒劑、微囊懸浮劑、種子處理懸浮劑、微乳劑、水乳劑、可濕性粉劑、顆粒劑和懸浮種衣劑等，其中懸浮劑（SC）占比約57%。吡唑醚菌酯具有多種晶型，其中晶型Ⅱ和晶型Ⅳ是能夠穩(wěn)定存在的2種晶型[2]。吡唑醚菌酯（低熔點農(nóng)藥，熔點63.7～65.2℃）由于晶型不同，甚至不同生產(chǎn)廠家的同一晶型，制備的吡唑醚菌酯SC熱貯性能都不相同。因此在研發(fā)生產(chǎn)過程中，建立快速判斷吡唑醚菌酯SC穩(wěn)定性的方法非常必要。

圖1 吡唑醚菌酯的化學結(jié)構(gòu)式

流變學是研究物質(zhì)的流動與變形的科學，應(yīng)用于食品、日化、醫(yī)療和石油化工等行業(yè)[3-7]。農(nóng)藥懸浮劑是固體原藥以微小顆粒分散在介質(zhì)中形成的熱力學和動力學不穩(wěn)定體系，其流變學研究主要集中在懸浮體系的流變性參數(shù)與貯存穩(wěn)定性的相關(guān)性等方面[8-13]。顧中怡等[14]通過研究200 g/L氯蟲苯甲酰胺懸浮劑的屈服應(yīng)力、流動曲線、內(nèi)聚能和黏度等，發(fā)現(xiàn)其黏度低于400 mPa·s，或屈服應(yīng)力低于0.2 Pa，或內(nèi)聚能低于2×10-4Pa時，樣品穩(wěn)定能力迅速下降?，F(xiàn)階段農(nóng)藥懸浮劑體系的流變性測試多涉及屈服值、內(nèi)聚能、黏度、剪切應(yīng)力與剪切速率的流變曲線等，本研究在測試吡唑醚菌酯SC流變曲線的基礎(chǔ)上，進一步對其進行應(yīng)力掃描、頻率掃描和溫度掃描，探究吡唑醚菌酯SC流變性能與穩(wěn)定性的關(guān)系，旨在建立一種快速判斷吡唑醚菌酯SC穩(wěn)定性的方法。

1 材料與方法

1.1 藥劑與儀器

分散劑3275（聚羧酸分散劑）、3266（磷酸酯分散劑），江蘇擎宇化工科技有限公司；分散助劑（磺酸鹽分散劑）、吡唑醚菌酯原藥A、B、C、D，30%吡唑醚菌酯SC，市售。

SM-0.5L立式砂磨機，江陰市卓英干燥工程技術(shù)有限公司；ME20A電子天平，梅特勒-托利多儀器上海有限公司；DS-0506低溫恒溫槽，上海杜斯儀器有限公司；UPR-11-5T型超純水器，四川優(yōu)普超純科技有限公司；高級流變儀MCR 302，安東帕公司；BT-9300ST型激光粒度分布儀，丹東百特儀器有限公司；高效液相色譜儀，美國安捷倫公司。

1.2 25%吡唑醚菌酯SC的制備及性能測定

在水中加入乙二醇、分散劑（助劑3275、市售助劑、助劑3266）攪拌至完全溶解，再依次加入硅酸鎂鋁、吡唑醚菌酯原藥、消泡劑，混合均勻，和砂磨鋯珠（粒徑1.2～1.4 mm，珠料質(zhì)量比1.2∶1.0）一起加入砂磨罐，立式砂磨機（轉(zhuǎn)速1 400 r/min，0℃循環(huán)水冷卻）研磨2 h，具體配方見表1。以市售30%吡唑醚菌酯SC為對照進行性能測定。

表1 25%吡唑醚菌酯SC配方

對制備得到的樣品及對照樣品進行性能測試，采用激光粒度分布儀測試其粒徑；采用高效液相色譜檢測其有效成分含量；分別按照GB/T 14825—2006《農(nóng)藥懸浮率測定方法》[15]、GB/T 32775—2016《農(nóng)藥分散性測定方法》[16]、GB/T 19136—2003《農(nóng)藥熱貯穩(wěn)定性測定方法》[17]、GB/T 19137—2003《農(nóng)藥低溫穩(wěn)定性測定方法》[18]測定其懸浮率、分散性、熱貯穩(wěn)定性、低溫穩(wěn)定性。綜合各項性能進行分析。

1.3 穩(wěn)態(tài)流變學研究

1.3.1 流變曲線

使用MCR 302高級流變儀，轉(zhuǎn)子CC17，測試溫度為25℃，剪切速率0.1～1 000 s-1（對數(shù)規(guī)律變化），分析供試吡唑醚菌酯SC樣品和對照藥劑30%吡唑醚菌酯SC黏度（η）和剪切應(yīng)力隨剪切速率（γ）的變化情況。應(yīng)力曲線通過Herschel-Bulkley方程擬合，得到屈服應(yīng)力。

1.3.2 觸變性

采用3ITT-旋轉(zhuǎn)-旋轉(zhuǎn)-旋轉(zhuǎn)3段測試法測試，使用MCR 302高級流變儀，轉(zhuǎn)子CC17，測試溫度25℃。低剪切速率（0.1 s-1）剪切25 s，之后高剪切速率（100 s-1）剪切1 s，之后繼續(xù)用低剪切速率（0.1 s-1）剪切500 s，分析供試吡唑醚菌酯SC樣品和對照藥劑30%吡唑醚菌酯SC的黏度隨著剪切速率的變化情況。

1.4 動態(tài)流變學研究

1.4.1 應(yīng)變掃描

使用MCR 302高級流變儀，轉(zhuǎn)子CC17，測試溫度25℃，角頻率10 rad/s，剪切應(yīng)變0.01%～100%（對數(shù)規(guī)律變化），測試吡唑醚菌酯SC樣品和對照藥劑30%吡唑醚菌酯SC儲能模量（G'）和損耗模量（G"）隨剪切應(yīng)變的變化情況。

1.4.2 頻率掃描

使用MCR 302高級流變儀，轉(zhuǎn)子CC17，測試溫度25℃，剪切應(yīng)變1%，角頻率0.1～100 rad/s（對數(shù)規(guī)律變化）。測試吡唑醚菌酯SC樣品和對照藥劑30%吡唑醚菌酯SC G'和G"隨著角頻率的變化情況。

1.4.3 溫度掃描

使用MCR 302高級流變儀，轉(zhuǎn)子CC17，剪切速率50 s-1，測試溫度從0℃上升至56℃（線性變化，0.5℃/min），然后在56℃下恒溫10 min，溫度再從56℃下降到0℃（線性變化，0.5℃/min），測試黏度隨著溫度的變化情況。

2 結(jié)果與分析

2.1 25%吡唑醚菌酯SC的性能參數(shù)

25%吡唑醚菌酯SC性能參數(shù)測試結(jié)果見表2和表3，從測試結(jié)果可以看出吡唑醚菌酯SC的部分性能不合格，其中市售助劑制備的25%吡唑醚菌酯SC熱貯后，體系會有不同程度的析水，粒徑略有增長；助劑3266、原藥A、B制備的25%吡唑醚菌酯SC，粒徑增長、體系析水；助劑3266、原藥C、D制備的25%吡唑醚菌酯SC，粒徑增長，體系膏化；對照樣品30%吡唑醚菌酯SC常溫貯存3個月以后，體系析水。

表2 吡唑醚菌酯SC的性能參數(shù)測試結(jié)果

表3 吡唑醚菌酯SC的粒徑測試結(jié)果

2.2 穩(wěn)態(tài)流變學研究

2.2.1 流變曲線

從圖2可以看出，25%吡唑醚菌酯SC樣品黏度隨剪切速率的增加而減小，具有剪切變稀的性質(zhì)。流變曲線是指流體的剪切應(yīng)力與剪切速率之間的關(guān)系曲線?？梢酝ㄟ^冪律方程：τ=K·γn（式中τ為剪切應(yīng)力，K為流體的稠度系數(shù)，γ為剪切速率，n為流動指數(shù)）來描述，冪律方程中，當n=1時，為牛頓流體；n＜1時，為剪切變稀的非牛頓流體，即假塑性流體；當n＞1時，為剪切變稠的非牛頓流體，又叫漲塑性流體[19]。從圖3可以看出，樣品的剪切應(yīng)力隨剪切速率的增加而增大。使用Origin對數(shù)據(jù)進行冪律方程擬合。從表4中可以看出，流動指數(shù)n小于1，說明25%吡唑醚菌酯SC為假塑性流體，在低速或者靜止時，制劑內(nèi)分散劑由于靜電位阻效應(yīng)或空間位阻效應(yīng)，可以增加樣品的穩(wěn)定性，當流速變大，這些穩(wěn)定因素因為受到流層之間的剪應(yīng)力作用，減少了它們之間的相互作用，黏度降低，流動性增加。

圖2 12種25%吡唑醚菌酯SC樣品的η-γ曲線

圖3 12種25%吡唑醚菌酯SC樣品的τ-γ曲線

表4 25%吡唑醚菌酯SC各樣品的屈服應(yīng)力及擬合系數(shù)

屈服應(yīng)力可用于評估制劑在使用過程中的鋪展性以及產(chǎn)品灌裝時的易實現(xiàn)性[20]。屈服應(yīng)力的數(shù)值為屈服值，反應(yīng)制劑微觀結(jié)構(gòu)中的相互作用力[21]。通過對應(yīng)力曲線進行Herschel-Bulkley擬合，將曲線外延至γ˙=0，相交于τ軸上某一點，可以得到屈服值。當剪切應(yīng)力達不到屈服值以上時，液體在剪切應(yīng)力作用下不發(fā)生流動，而表現(xiàn)為彈性變形。當剪切應(yīng)力增加至屈服值時，液體開始流動，引起液體流動的最低剪切應(yīng)力為屈服值。Winzeler[22]研究提出用屈服值表示塑性體農(nóng)藥懸浮劑貯存物理穩(wěn)定性，認為屈服值在0.3～1.5 Pa之間，體系較為穩(wěn)定。從表4可以看出，25%吡唑醚菌酯SC樣品的屈服應(yīng)力（τ0）在1.206 2～2.313 2 Pa之間，對照制劑30%吡唑醚菌酯SC的屈服應(yīng)力為0.662 2 Pa，綜合分析屈服值和制劑熱貯14 d及常溫貯存的穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)屈服值不能完全反映出農(nóng)藥多組分懸浮體系物理穩(wěn)定性的好壞，需進一步探究屈服值和穩(wěn)定性之間的關(guān)系。

2.2.2 觸變性

觸變性是指體系在攪動或其他機械作用下，分散體系的黏度或剪切應(yīng)力隨時間變化的一種流變學現(xiàn)象[23]。在外切力作用下，體系黏度降低，靜止后恢復，具有時間因素的切稀現(xiàn)象，稱為正觸變性；反之，具有時間因素的切稠現(xiàn)象，稱為負觸變性；若在外切力作用下，某個特定體系隨時間先后呈現(xiàn)正觸變性特征和負觸變性特征，則稱之為復合觸變性[24]。對于制劑體系，觸變性越大，表明樣品從半固體變?yōu)榱黧w后，恢復成原狀態(tài)的能力越大，其阻止沉淀發(fā)生的能力越強，制劑就越穩(wěn)定，但如果農(nóng)藥制劑體系觸變性過大，在使用過程中，傾倒性會降低，不利于使用和灌裝。從圖4可以看出，25%吡唑醚菌酯SC具有較強觸變性，前25 s的在低剪切速率（0.1 s-1）剪切時具有較高黏度，升高剪切速率（100 s-1）剪切1 s后黏度迅速降低，再恢復低剪切速率（0.1 s-1）時，黏度也隨之恢復。這種流變學性質(zhì)既有利于靜止狀態(tài)下樣品的儲存穩(wěn)定性，也有助于傾倒過程中產(chǎn)品的使用與灌裝。

圖4 12種25%吡唑醚菌酯SC的觸變性曲線

2.3 動態(tài)流變學研究

2.3.1 應(yīng)變掃描

觀察G'和G"在不同應(yīng)變條件下的變化情況，可以確定樣品的線性黏彈區(qū)范圍、屈服應(yīng)力和流動點[6]。從圖5可以看出，當應(yīng)變處于0.001%～0.03%范圍內(nèi)，25%吡唑醚菌酯SC的G'和G"均不隨剪切應(yīng)變的改變而顯著變化，說明此區(qū)域為樣品的線性黏彈區(qū)，且在該范圍內(nèi)，樣品的G'大于G"，說明樣品在小振幅應(yīng)變范圍內(nèi)以彈性特征為主，此時體系較為穩(wěn)定，利于樣品的貯存。當剪切應(yīng)變逐漸增大，樣品開始發(fā)生屈服，內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，G'開始減小，G"的優(yōu)勢逐步體現(xiàn)，在應(yīng)變掃描的曲線上G'和G"會出現(xiàn)一個交點，即流動點，所對應(yīng)的剪切應(yīng)力，也是樣品開始流動時所需的臨界剪切應(yīng)力。圖5中可以看出，25%吡唑醚菌酯SC的流動點應(yīng)變范圍處于0.7%～0.9%，大于對照30%吡唑醚菌酯SC的流動點（0.2%）。結(jié)合樣品的線性黏彈區(qū)和流動點可以看出，25%吡唑醚菌酯SC樣品的線性黏彈區(qū)寬、流動點對應(yīng)應(yīng)變值大，抵御外力因素保持穩(wěn)定狀態(tài)的能力強，說明其物理穩(wěn)定性優(yōu)于對照組（線性黏彈區(qū)范疇處于0.001%～0.01%，流動點0.2%），同吡唑醚菌酯SC常溫貯存3個月后對照樣品析水較多的現(xiàn)象一致。

圖5 25%吡唑醚菌酯SC樣品的G'/G"-γ曲線

2.3.2 頻率掃描

頻率掃描可以獲得制劑的G'、G"、復數(shù)黏度、損耗系數(shù)等參數(shù)。低頻率掃描段可以表征樣品在受到長時間應(yīng)變或應(yīng)力時的響應(yīng)狀態(tài)，用來模擬制劑在貯存過程中的穩(wěn)定性。高頻率掃描段可以表征樣品在受到短時間應(yīng)變或應(yīng)力時的響應(yīng)狀態(tài)，用來模擬農(nóng)藥制劑在灌裝和使用過程中的傾倒等行為[6]。從圖6可以看出，制劑樣品，隨著振蕩角頻率的增大，G'和G"均呈上升趨勢，但是在低頻范圍內(nèi)，G'始終大于G"，說明該樣品性質(zhì)穩(wěn)定，有利于貯存。隨著振蕩角頻率的增大，損耗系數(shù)（tanδ）先略微降低，后增加（圖7）。當角頻率為100 rad/s時，使用助劑3275和市售助劑制備的25%吡唑醚菌酯SC樣品，G'＜G"，tanδ＞1，表現(xiàn)出液體的性質(zhì)，其中助劑3275制備樣品的tanδ值在角頻率為100 rad/s時，遠遠大于市售助劑制備的樣品，表明該樣品由固體狀態(tài)轉(zhuǎn)化為液體狀態(tài)的過程需要的外力較小，可能代表了樣品在使用過程中易于傾倒、灌裝；使用助劑3266制備的25%吡唑醚菌酯SC樣品，當角頻率為100 rad/s時，tanδ值接近于1或小于1，均小于助劑3275和市售助劑制備的樣品，主要表現(xiàn)為彈性，表現(xiàn)出固體、半固體的性質(zhì)，說明助劑3266制備的樣品，內(nèi)部作用力更強，在一定的外力作用下，表現(xiàn)出固體性質(zhì)，并且內(nèi)部作用力過強，可能會導致儲存過程中易出現(xiàn)團聚、結(jié)塊的現(xiàn)象，同助劑3266制備的樣品常規(guī)熱貯轉(zhuǎn)常溫后，出現(xiàn)粒徑增長、部分樣品膏化的現(xiàn)象一致。另外，隨著振蕩頻率的增大，制劑樣品復數(shù)黏度呈下降趨勢，這與穩(wěn)態(tài)剪切試驗中制劑剪切變稀的性質(zhì)相一致。

圖6 25%吡唑醚菌酯SC樣品的G'/G"-ω曲線

圖7 25%吡唑醚菌酯SC樣品的|η*|/tanδ-ω曲線

2.3.3 溫度掃描

吡唑醚菌酯屬于低熔點農(nóng)藥，其懸浮劑在熱貯過程中易出現(xiàn)膏化、析晶的現(xiàn)象?？赏ㄟ^溫度掃描（0～56℃，線性變化），測試體系黏度的變化，判斷體系的熱貯穩(wěn)定性。由圖8可知，助劑3275和市售助劑制備的25%吡唑醚菌酯SC，體系黏度先隨著溫度的升高而降低，當溫度達到56℃時并恒溫時，體系黏度變化不大，基本維持不變；當溫度降低時，黏度逐漸變大，當溫度降低到0℃時，最終黏度比初始黏度略大一些，但溫度上升階段和下降階段的黏溫曲線，整體趨勢基本一致。說明該樣品經(jīng)熱貯后，體系黏度變化不大，樣品熱貯穩(wěn)定性好。助劑3266制備的25%吡唑醚菌酯SC，體系黏度先隨著溫度的升高而降低，當溫度升高到56℃時，黏度最低，當溫度恒定在56℃時，體系黏度變化不大。當溫度從56℃降低到40℃時，體系黏度陡增，溫度從40℃下降到0℃時，體系黏度增長趨勢減小，最終0℃時的黏度比初始黏度增大較多。溫度上升階段和下降階段的黏溫曲線，整體趨勢完全不同，說明該樣品經(jīng)熱貯后，體系可能會粒徑增長、析晶、變稠、膏化，同常規(guī)熱貯轉(zhuǎn)常溫后，助劑3266制備的樣品粒徑增大，與部分樣品出現(xiàn)膏化的現(xiàn)象一致。

圖8 25%吡唑醚菌酯SC樣品的η-T曲線

3 結(jié) 論

本研究通過使用4種原藥、3種助劑（助劑3275、市售助劑、助劑3266）制備得到12個25%吡唑醚菌酯SC樣品，并采用30%吡唑醚菌酯SC作為對照制劑，測試其基本理化性能以及流變曲線、屈服應(yīng)力、觸變性、G'/G"-γ曲線、G'/G"-ω曲線、|η*|/tanδ-ω曲線、η-T曲線等。測試結(jié)果表明，制備得到的25%吡唑醚菌酯SC均屬于剪切變稀的非牛頓假塑性流體；屈服應(yīng)力在1.206 2～2.313 2 Pa之間，屈服值不能完全反映出農(nóng)藥多組分懸浮體系物理穩(wěn)定性的好壞，需進一步探究屈服值和穩(wěn)定性之間的關(guān)系。制劑樣品具有較強觸變性，低剪切時具有較高黏度，在高剪切時黏度迅速降低，恢復低剪切時，黏度也隨之恢復，有利于靜止狀態(tài)下樣品的儲存穩(wěn)定性，也有助于產(chǎn)品使用過程中的傾倒與灌裝；25%吡唑醚菌酯SC的線性黏彈區(qū)范圍處于0.001%～0.03%，流動點范圍處于0.7%～0.9%，相對于對照組，線性黏彈區(qū)范圍更寬，流動點略大，具有更好的常溫穩(wěn)定性；頻率掃描試驗表明，在低頻范圍內(nèi)，樣品的G'始終大于G"，說明該樣品性質(zhì)穩(wěn)定，有利于貯存。在高頻范圍內(nèi)，助劑3275和市售助劑制備的25%吡唑醚菌酯SC，當角頻率為100 rad/s時，表現(xiàn)出液體的性質(zhì)，說明樣品在使用過程中易于傾倒、灌裝。助劑3266制備的樣品，表現(xiàn)出固體、半固體的性質(zhì)，說明助劑3266制備的樣品，內(nèi)部作用力過強，可能會導致儲存過程中易發(fā)生團聚、結(jié)塊，同助劑3266制備的樣品常規(guī)熱貯轉(zhuǎn)常溫后，出現(xiàn)粒徑增長、部分樣品膏化的現(xiàn)象一致。溫度掃描試驗表明，助劑3275和市售助劑制備的25%吡唑醚菌酯SC，溫度上升階段和下降階段的η-T曲線，整體趨勢基本一致，說明樣品熱貯穩(wěn)定性好。助劑3266制備的樣品，溫度上升階段和下降階段的黏溫曲線，整體趨勢完全不同，說明該樣品經(jīng)熱貯后，體系可能會變稠、膏化。對于吡唑醚菌酯SC，可以通過流變曲線、屈服應(yīng)力、觸變性表現(xiàn)制劑的部分物理特性；G'/G"-γ曲線能反映出吡唑醚菌酯SC長時間常溫貯存狀態(tài)下的物理穩(wěn)定性；G'/G"-ω曲線、|η*|/tanδ-ω曲線能反映出吡唑醚菌酯SC傾倒、灌裝過程中的流動性、貯存過程中的穩(wěn)定性；由于吡唑醚菌酯低熔點的性質(zhì)，η-T曲線可以更快、更直接地反映出吡唑醚菌酯SC在熱貯后是否粒徑增長、變稠、膏化。本研究結(jié)果對吡唑醚菌酯SC的研發(fā)和生產(chǎn)具有一定的指導意義。