第四节 乳化剂
乳化剂(emulsifier)是制备农药乳状液并保证其处于最低稳定状态所使用的物质。农药乳状液是农药制剂加工和应用技术中经常遇到的一种分散体系,是指由一种或多种液体以液珠形式分散在与它不相混溶的液体中构成的分散体系。农药乳状液的液珠直径一般都大于0.1μm,属粗分散体系,由于体系呈乳白色而被称之为乳状液。
农药乳化剂是保证乳状液稳定存在的关键,它使油滴与油滴之间、水滴与水滴之间不能很快聚合,达到最佳的两相平衡,使乳状液稳定存在。农药乳化剂的重要作用主要体现在两个方面:一是化学农药中常用剂型乳油中必不可缺的助剂,对乳油制剂的质量和效果起着关键性的影响,此外,在其他农药剂型如水乳剂、微乳剂、悬浮剂、可湿性粉剂、可溶液剂、水剂中也用作助剂;二是在农药助剂中,乳化剂居世界农药用表面活性剂需求量首位。在我国,从20 世纪80年代以后其生产和需求量占助剂总产量一半以上,大大超过分散剂、润湿剂等助剂。而且表面活性剂的性质和作用决定了许多乳化剂除了具有乳化作用,也有良好的分散作用、润湿作用、增溶作用等特性,从而在农药加工和应用中起到提高润湿性、悬浮率、增溶性、展着性的效果。
一般说来,农药乳化剂除了满足农药助剂必备条件外,还应具备如下基本特征:
① 乳化性能好,适应农药品种多,用量少,能大大降低制剂的表面张力,并能配制含量较高的制剂。
② 与原药、溶剂及其他组分有着良好的互溶性,在低温时不分层,不析出结晶或沉淀。
③ 对水质硬度、水温、活性成分的浓度变化等具有较好的适应能力。制剂使用时自动或稍加混合即形成适宜粒径的乳状液,在高温和低温环境中能保证乳状液的稳定性。乳状液施用后,发挥良好的黏着、润湿和渗透作用,协助发挥活性组分的药效。
④ 黏度较低,流动性好,闪点较高,毒性小,生产、运输、贮存、使用方便又安全。
⑤ 具有良好的物理及化学稳定性,在一定时间内无物理及化学变化,乳化剂的各项性能尤其是乳化性能不能有很大改变。通常需两年或两年以上的品质保证期。
通常,农药乳化剂尤其是优质的复配乳化剂都具有如下特性:第一,品种齐全,性能完善,能满足农药科学和生产发展的需要;即是说各类化学农药乳化剂都已研究并商品化,且产品乳化高效、用量少,除乳化性能外还同时兼具分散性、润湿性和低泡性等。第二,多功能,用途广,适用农药品种多和应用技术条件变化能力强。近年来发展的农药乳化剂不再只是具有乳化性能,而是具有多种功能,可用于乳化、湿润、展着、渗透等方面。例如近年开发的新型多功能助剂——烷基醚羧酸及其盐,具有优良的乳化、分散、润湿及增溶性能,而且易生物降解,对环境安全。农药乳化剂对使用技术条件应变能力强,集中表现在稀释用水量、水质、稀释倍数明显扩大时仍能获得符合标准的乳状液。以前采用室温水(20~25℃),现已扩大到10~40℃。水质硬度(以碳酸钙计)以前采用标准水342mg/L,现已扩大到20~1000mg/L,最高时达到2g/L。其稀释倍数,以往常用几百倍至几千倍水来稀释,现在低的稀释倍数只有几倍或几十倍。如超低容量喷雾,其制剂只稀释几倍或者不对水直接施用。第三,安全、经济。主要表现在低毒和无药害的乳化剂、高闪点乳化剂、高浓度乳油乳化剂、亲水亲油型(H/L型)成对乳化剂和高效多功能乳化剂。
一、乳化剂的种类
乳化剂的品种繁多,可分为单体和复配乳化剂。单体乳化剂一般分为非离子型、阴离子型、阳离子型、两性离子型四大类。前两类应用最广,也最为重要,尤其在农药剂型的制备中,对产品质量好坏有关键的影响。
1.非离子型乳化剂
非离子型乳化剂是指在水溶液中不能电离而起乳化作用的表面活性剂,起乳化作用的是整个分子或分子群体。按亲水基和亲油基在分子中连接的化学键分类,分为醚型、酯型、端羟基封闭型和其他结构四大部分。
(1)醚型非离子乳化剂
① 烷基酚聚氧乙烯(聚氧丙烯)醚类。适用作多种农药乳化剂。主要品种有壬基酚聚氧乙烯醚(NP)、辛基酚聚氧乙烯醚(OP)、辛基酚壬基酚聚氧乙烯-聚丙乙烯醚及环己基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚等。
② 苄基酚聚氧乙烯醚及类似品种。最适用作有机磷农药乳化剂。主要品种有二苄基酚、三苄基酚聚氧乙烯醚(农乳BP)、二苄基枯基酚乙烯醚(农乳BC)、苄基酚聚氧乙烯醚、二苄基联苯酚聚氧乙烯醚、苄基烷基酚聚氧乙烯醚及苄基萘酚聚氧乙烯醚等。
③ 苄基联苯酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚。
④ 苄基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚。
⑤ 苯乙烯基酚聚氧乙烯醚及类似品种。最适合用作有机磷农药乳化剂。主要品种包括三苯乙烯基酚聚氧乙烯醚(农乳600号)、二苯乙烯基枯基酚聚氧乙烯醚(农乳BS)、三苯乙烯基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚(代表性产品有农乳1601号、1602号和宁乳32号)、苯乙基酚聚氧乙烯醚(FI)、苯乙基异丙苯基酚聚氧乙烯醚(FII)、苯乙基联苯酚聚氧乙烯醚和苯乙基萘酚聚氧乙烯醚及类似物等。
⑥ 脂肪醇聚氧乙烯醚及类似物。作为乳化剂应用最多的是C12~C18脂肪醇聚氧乙烯醚。该类乳化剂稳定性较高,并具有较好的润湿性能。代表性产品有:月桂醇聚氧乙烯醚,又称农乳200号,C12H25 (EO)nH,n=4~18,产品外观为淡黄色油状液体至膏状或蜡状物,可用作W/O或O/W型乳化剂,也有优良的润湿和洗涤性能;异十三醇聚氧乙烯醚(GII):i-C13H27O(EO)nH,n=3~15。
⑦ 脂肪胺、脂肪酰胺的环氧乙烷加成物及类似品种。主要包括脂肪胺聚氧乙烯醚、脂肪酰胺的环氧乙烷加成物、季铵盐烷氧化物乳化剂和N,N-二甲基酰胺等。
(2)酯型非离子乳化剂
① 脂肪酸聚氧乙烯酯[RCOO(C2H4O)nH]。是脂肪酸与环氧乙烷的加成物,也可以与聚乙二醇酯化而得。脂肪酸环氧乙烷加成物有两种基本结构单体:单酯RCO(EO)nH和双酯RCO(EO)nOOCR,通常产品是两者的混合物。产品有油酸和硬脂酸酯环氧乙烷化物。作为乳化剂应用较多的是C12~C18脂肪酸聚氧乙烯酯。
② 蓖麻油环氧乙烷加成物及其衍生物。包括蓖麻油环氧乙烷化物(如By乳化剂)和蓖麻油环氧乙烷化物衍生物(如敌敌畏、二嗪农)。
③ 松香酸环氧乙烷加成物及类似物。是以松香为亲油基原料的环氧乙烷化合物。
④ 多元醇脂肪酸酯及其环氧乙烷加成物。主要是脂肪酸与多羟基物作用而生成的酯,常见的有甘油酯、聚甘油酯、糖酯及失水山梨醇酯。用作农药乳化剂的主要有失水山梨醇脂肪酸酯(Span系列)及其环氧乙烷加成物(Tween系列)。失水山梨醇即山梨糖醇酐,通过环氧乙烷加成缩合即制得失水山梨醇脂肪酯聚氧乙烯醚(Tween系列)。
⑤ 丙三醇(甘油)为基本原料的非离子乳化剂。主要品种有二聚甘油、脂肪酸酯(EI)、双甘油聚丙二醇醚、甘油聚氧乙烯聚氧丙烯醚脂肪酸酯、甘油脂肪酸酯及甘油聚氧乙烯醚脂肪酸酯(EII)。
其中EII是近年用于制备农药微乳剂的乳化剂。此外,还开发有环氧化大豆油的二羧酸酯以及多甘油酯型表面活性剂等,它们既作为乳化剂,也作为稳定剂和增稠剂使用。
(3)其他结构类型的非离子乳化剂
① 烷基酚(Aa)、芳基酚、烷芳基酚或芳烷基酚聚氧乙烯醚,或聚氧乙烯聚氧丙烯醚甲醛缩合物(Ab)。
② 聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物。产品Pluronic是结构式为RO(C2H4O)a-(C3H6O)b(C2H4O)cH的一类物质,称为嵌段共聚物。可作为可湿性粉剂、水悬剂、干胶悬剂和水分散粒剂等剂型的助剂,属于多功能助剂。
③ 烷基聚葡萄糖苷(APG),又称烷基糖苷、烷基多苷,是由天然或再生资源的原料如淀粉中的葡萄糖与脂肪醇反应得到的非离子表面活性剂烷基多苷。
④ 纤维素类。属于大分子物质一类,主要在乳化体系中起辅助作用,增强乳状液的界面膜强度。包括羟乙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素等。
2.阴离子型乳化剂
阴离子型乳化剂是指在水溶液中电离成带负电荷离子部分或离子群体而起乳化作用的表面活性剂。相比之下,阴离子发挥乳化作用功能远不如非离子,而实际应用中,目前绝大多数仍然是烷基苯磺酸盐,特别是烷基苯磺酸钙盐。
按常规分类法,阴离子乳化剂分为磺酸盐和硫酸盐两大类,其次还有磷酸酯类和高分子阴离子乳化剂。但根据目前的发展来看,许多农药助剂除了多功能的特点之外,在结构上同时具有非离子性和离子性,所以农药助剂的离子性并不是绝对的。
(1)磺酸盐阴离子乳化剂
① 烷基苯磺酸盐。在农药乳化剂中,应用效果最好、最多、最广的阴离子表面活性剂是十二烷基苯磺酸钙盐,简称农乳500或钙盐。除了钙盐外,还有烷基苯磺酸钠、锌、钡、镁、铝等。
② 烷基苯磺酸胺盐。如十二烷基苯磺酸异丙胺盐、乙二胺盐和三乙醇胺盐等,可改进制剂的化学稳定性。
③ 烷基磺酸盐。如氯代正构烷基磺酸钙和仲链烷基磺酸钙。主要特点是对作物安全,生物降解率较高。
④ 丁二酸酯磺酸盐。如丁烯二酸二辛酯磺酸钙和丁烯二酸二月桂醇酯磺酸镁。主要特点是渗透性和湿润性较好。
⑤ 烷萘磺酸盐。如二丁基萘磺酸钙和二丁基苯磺酸镁,均为油溶性农药乳化剂。产品有乳化剂2201等。
⑥ 异硫逐酸盐。如油酸异硫逐酸钙、硬脂酸异硫逐酸钙和月桂酸异硫逐酸钙等。
⑦ 脂肪酰胺牛磺酸盐及其类似物。
⑧ 脂肪酰胺肌氨酸盐。如油酰-N-甲基肌氨酸钠盐(R=C17H33,M=Na)用作机油乳剂的乳化剂。
⑨ 苯乙基酚醚磺酸盐。
烷氧基聚氧乙烯醚磺酸盐。
烷基二苯醚磺酸盐。
(2)硫酸盐阴离子乳化剂 烷基硫酸盐(脂肪醇硫酸盐)类表面活性剂是润湿、乳化、分散作用最好的表面活性剂之一。十二烷基硫酸钠为典型代表。硫酸盐类乳化剂中重要的品种有以下几类。
① 脂肪醇硫酸盐。脂肪酸以月桂醇为代表,如C12H25OSO3Na,对酸、碱、硬水很稳定,主要用作润湿剂。
② 脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐。RO(EO)nSO3M,R为线型或支链脂肪基等(C12~C14),M为Na、NH4等,n=1~10。例如用十二醇聚氧乙烯硫酸铵盐作树木处理用乳油的乳化剂。
③ 烷基酚聚氧乙烯醚硫酸盐及其衍生物。
④ 芳烷基酚聚氧乙烯醚硫酸盐及类似品种。如苯乙基酚聚氧乙烯醚硫酸盐,用作除草剂乳油的乳化剂。属于高分子型阴离子表面活性剂的烷基酚聚氧乙烯醚甲醛缩合物硫酸盐(钠盐和铵盐等),也可用作乳化剂组分。
(3)磷酸酯、亚磷酸酯型阴离子乳化剂 这是现代农药乳化剂单体中很重要的一大类,是多功能农药助剂的重要组分。有单酯盐和双酯盐(单烷基和双烷基磷酸盐)两类。
① 烷基磷酸酯及其类似品种。产品通常是单酯(k=1)、双酯(k=2)及三酯(k=3)的混合物。经改进之后,为脂肪酯聚氧乙烯醚磷酸酯和烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯类乳化剂所代替。但现在已改作其他农药助剂,如稳定剂、防漂移剂、粒剂和水悬剂助剂。
② 脂肪酸(脂肪醇)聚氧乙烯酯磷酸酯类乳化剂。与阴离子钙盐及其他非离子乳化剂配成复配乳化剂,用于有机磷类农药乳油,能获得很好的使用效果。该乳化剂单体对鱼类毒性低,生物降解性好,对有机磷农药分解影响也小。
③ 烷基聚氧乙烯醚磷酸酯、烷基聚氧丙烯醚磷酸酯。包括单酯、双酯的混合物,有时还有少量三酯,用于有机磷农药,除用作乳化剂外,还广泛用作分散剂、稳定剂、喷雾助剂、水悬剂助剂等。
④ 烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯及类似品种。这类阴离子已经成为多功能农药助剂的重要代表,广泛用于乳油、水悬剂等加工以及特殊农药-液体化肥联用技术。
⑤ 芳烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯及类似品种。代表性结构为苯乙基酚聚氧乙烯醚磷酸酯及其盐(碱金属盐及胺盐)。主要用作水悬剂的乳化剂和分散剂。
⑥ 亚磷酸酯类乳化剂。为烷基聚氧乙烯醚亚磷酸单酯和双酯。
3. 复配乳化剂
复配乳化剂(blended emulsifiers)是指对特定的应用目的专门设计的两种或两种以上表面活性剂乳化剂单体,经过一定加工工艺制得的复合物,可以含有乳化剂单体以外的必要辅助组分。从20世纪50年代后期至今,复配乳化剂一直是农药制剂生产中乳油必备的组分和最基本的应用方式,也是其他剂型(如悬浮剂)的必要助剂组分和主要应用方式。它也是制剂研究中最重要的应用技术核心。现在生产和应用的复配乳化剂产品已超过500种,还有各种规格型号,远远超过乳化剂单体品种。
复配乳化剂组分除有效成分的单体外,因为生产工艺、产品应用性能及安全因素还常有其他辅助成分,常用的有溶剂和稳定剂两种。
根据组成分类,复配乳化剂有两种基本形式,即由一类表面活性剂组成和由两类表面活性剂组成。
由一类表面活性剂组成; 由两类表面活性剂组成;
① 一种非离子; ① 阴离子-非离子一种;
② 两种或两种以上非离子; ② 阴离子-非离子两种或两种以上;
③ 一种或多种阴离子; ③ 阳离子-非离子;
④ 一种或多种阳离子; ④ 两性离子-非离子。
⑤ 两性离子。
现在由一类表面活性剂组成的复配乳化剂已应用不多,基本采用两类表面活性剂组成的产品。其中最重要、最普遍采用的是阴离子与非离子复配乳化剂。
二、乳化剂的选择
1. HLB值和乳化剂
表面活性剂的亲水亲油平衡值(hydrophile lipophile balance, HLB)是分子极性特征的量度,是一个数值范围。HLB值可定义为分子中亲水基团和亲油基团所具有的综合亲水亲油效应,在一定温度和硬度的水溶液中,这种综合亲水亲油效应强弱的量度为表面活性剂本身的HLB值,即表面活性剂HLB值。已发现的表面活性剂HLB值几乎与其他所有性质直接或间接相关,包括浊点、水数或酚值、极性、介电常数、展开系数、溶解性、在两相中的分配系数、表面张力和界面张力、分子量、起泡性和消泡性、折射率、水合值、界面黏度、内聚能、热焓、润湿渗透性、乳化性和乳状液稳定性、分散性、增溶性、去污性、乳状液转相温度等。
至今,制备农药乳状液以O/W型最多,用途最广。所需乳化剂为O/W(油、水)型,乳化剂的HLB值为8~18,许多具有优良综合性能的非离子型乳化剂HLB值在12~15之间。这样可集中在目标区域,利用非离子亲油基种类较多、结构变化丰富的特点,选择或合成指定性能产品。
2.乳化剂的选择
目前,农药原药的乳化方式有3种。
(1)直接乳化法 直接将乳化剂加入液态原药中,如某些无溶剂的高浓度乳油。
(2)间接乳化法 将乳化剂加入原药-溶剂的混合物中,多数乳油为此法所制。
(3)原药的表面活性剂化 从技术角度来看,选好乳化剂始终是制备包括乳油在内的农药乳状液的中心环节。
选择乳化剂有HLB法、状态图法、相转变温度法、增溶法、有机无机法等。其中,在理论上最有效的是以HLB值为基准的方法,简称HLB值法。它是建立在Griffin乳化试验法和Davies的HLB动力学基础理论基础上的。
HLB法选择乳化剂的基本点,主要为:①每个乳化剂(单体或复配物)都有一个特定的HLB值范围,即要知道被乳化对象农药或农药-溶剂(或其他组分)体系所要求的HLB值;②农药乳状液,油/水(O/W)型需要的乳化剂HLB值通常在8~18;水/油(W/O)型需要的乳化剂HLB值在3.5~6;③当被乳化系统的HLB值与所选乳化剂系统HLB值等值时,通常可获得最佳的乳化效果,表现在所制乳状液具有最佳稳定性。
HLB理论在亲水亲油性乳化剂的研制和应用中发挥了重要作用。这种乳化剂的组成性能特征为其中一个有较强的亲油性,HLB值9.3~12.0;另外一个亲水性较强,HLB值11.6~14.4。亲水亲油性乳化剂研制就是用HLB理论选择农药乳化剂的。用两组或两组以上亲水亲油性可调整的复配乳化剂来满足不同农药种类、规格、含量、溶剂系统、使用条件等的变化所引起的乳化系统亲水亲油性的差异,用最快的速度和最简便的方法迅速找到最佳的可使用的乳化剂品种、规格和用量。
乳化试验法是最初建立的方法,也是农药乳化剂选择最基础的方法。该法主要考虑因素包括原药种类、物化性质、制剂含量、溶剂种类、性质及用量,制剂乳油的质量规格和应用条件及其他特殊要求等。即使按HLB值法选定的乳化剂,最后仍需通过乳化试验法来验证。在乳化剂种类不多、品种规格数量不大、农药乳状液或制剂性能要求不高时,可应用乳化试验来筛选乳化剂。如今农药乳化剂已经开发了60余大类,数百个品种规格,不少国家都有几十至百种以上产品,为此,有些国家已建立了专门的数据库和计算机系统,可明显提高农药乳化剂选择的成功率。此外,还有相转变温度法(PIT法),即利用相转变温度选择乳化剂的方法。相转变温度是乳化剂亲水亲油性质刚好平衡时的温度,是衡量乳状液稳定性的一种有用方法。
综合上述种种因素和乳化作用原理,从一系列研究中总结出经验规律,针对农药类型选择乳化剂的种类如下。
(1)有机磷农药使用的乳化剂 比较适合的有下列15类。其中阴离子型乳化剂有3类,非离子型乳化剂12类。
阴离子型乳化剂:①烷基苯磺酸钙盐,特别适合的是碳十一和碳十二为主的烷基苯磺酸钙盐;②有机磷酸酯,其中烷基聚氧乙烯醚磷酸酯(单酯和双酯及其混合物)、烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯和芳烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯(单酯、双酯及其混合物)更常用;③芳烷基酚聚氧乙烯醚硫酸盐。以上3种阴离子型乳化剂中以烷基苯磺酸钙盐应用综合性能最好,应用最多、最广。
非离子型乳化剂:①苄基酚(二苄基和三苄基酚)聚氧乙烯醚;②苄基联苯酚聚氧乙烯醚;③苯乙基酚聚氧乙烯醚;④苯乙基、异丙苯基酚聚氧乙烯醚;⑤苯乙基联苯酚聚氧乙烯醚;⑥异丙苯基酚聚氧乙烯醚;⑦苯乙基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚;⑧苯乙基酚异丙苯基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚;⑨蓖麻油环氧乙烷加成物及衍生物;烷基酚聚氧乙烯醚甲醛缩合物;芳烷基酚聚氧乙烯醚甲醛缩合物;某些含磷酸酯型非离子等。以上12类中,又以③、⑦、⑩应用综合性能最好,应用最多、最广。
采用上述15类乳化剂,取其中适当规格相互复配应用,可以解决绝大多数有机磷杀虫剂、除草剂和杀菌剂的乳化问题。
(2)除草剂使用的乳化剂 除草剂化学结构复杂而多变。除草剂乳化剂开发较杀虫剂乳化剂为晚,专用性强,常有特殊的应用条件。
阴离子乳化剂:①烷基苯磺酸钙盐;②烷基磺酸钙;③芳烷基酚聚氧乙烯醚硫酸盐;④烷基聚氧乙烯醚磷酸酯(单酯、双酯及混合物);⑤烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯(单酯、双酯及混合物);⑥芳烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯(单酯、双酯及混合物)。
非离子乳化剂:①烷基酚聚氧乙烯醚;②苯乙基酚聚氧乙烯醚;③蓖麻油环氧乙烷加成物及其衍生物;④苯乙基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚;⑤烷基酚聚氧乙烯醚甲醛缩合物;⑥苯乙基酚聚氧乙烯醚甲醛缩合物;⑦苄基酚聚氧乙烯醚甲醛缩合物;⑧苯乙基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚甲醛缩合物;⑨环氧乙烷、环氧丙烷嵌段共聚物;⑩脂肪胺聚氧乙烯醚;脂肪酰胺聚氧乙烯醚等。
三、乳化剂的关键技术
农药乳化剂在应用中经常会遇到分层沉淀、流动性差、低温和高温使用达不到效果以及化学稳定性差等情况,使用中应注意以下几个方面。
1.分层沉淀问题
乳化剂单体和复配物都发现有分层沉淀现象。产生分层沉淀主要是由单体的物理和化学性质等因素引起的。单体非离子如环氧乙烷或环氧乙烷/环氧丙烷醚型分层经常是由反应副产物聚乙二醇或聚丙二醇引起的。单体阴离子如钙盐分层沉淀既有不溶性硫酸钙又有不溶性或者难溶性的(2-Φ)异构体钙盐。
由钙盐制得的阴离子-非离子复配型乳化剂分层沉淀现象较普遍,主要由两方面因素造成。物理性质方面:钙盐与非离子组分相容性不良;非离子中副产物聚乙二醇量过高,与其他组分相容性不良;乳化剂溶剂系统不良。化学因素方面:不溶性或难溶性的硫酸钙、钙盐中的2-Φ异构体比例高;醋酸盐中和的非离子要比用磷酸盐中和除盐的非离子所配乳化剂分层沉淀要明显。
解决的主要技术措施如下:①提高钙盐质量。包括从合成工艺上尽快减少难溶性2-Φ异构体的量,减少不溶性硫酸钙盐;采用四聚丙烯苯钙盐等,并经中和后延长静置时间。②非离子单体合成时碱催化剂可选用磷酸中和、过滤除盐,同时环氧化反应尽量控制聚乙二醇、聚丙二醇等与其他组分相容性差的副产物的生成量。③复配乳化剂系统中加入适当的某些极性溶剂。如一缩乙二醇、二甲基甲酚胺、N-甲基吡咯烷酮,其用量5%时,就可以基本解决农乳1656H或L型乳化剂分层沉淀问题。
2.流动性问题
复配乳化剂的流动性较差,计量和配制乳油时需要先加热熔化后才能使用。试验表明,复配型乳化剂流动性差,主要是由于非离子组分,特别是较高环氧乙烷化程度的聚醚型和聚酯型非离子,凝固点高,基本都高于室温,并且在复配中所占比例大大高于阴离子,从而使复配乳化剂黏度增加,凝固点高。
解决复配乳化剂,特别是钙盐与非离子的阴-非离子复配乳化剂流动性问题的主要方法有两种:一是合成优质的低凝固点、流动性好的非离子型乳化剂。目前研制成功的低凝固点、流动性好的非离子亲水基链部分为环氧乙烷-环氧丙烷、环氧乙烷-环氧丁烷、环氧乙烷-环氧丙烷/环氧丁烷组成的嵌段共聚链结构。二是添加高效的降黏剂。目前部分复配乳化剂必须用凝固点较高的其他非离子组分。已有报道的降黏剂化合物包括乙二醇(丙二醇、丁二醇)二甲醚,还有丁二醚、乙醛醚等。据称添加5%这类添加剂可以使钙盐的溶剂系统黏度降低几十倍至数千倍,从而大大降低复配乳化剂黏度,提高流动性。此外,降低乳化剂有效成分含量,大量增加溶剂,也是一种简便措施。
3.化学稳定性
化学稳定性问题主要是指农药制剂受所用乳化剂的作用,化学稳定性受损,造成农药分解的问题。有些乳化剂能加速或诱发某些农药品种在贮存、运输中的不良化学反应,包括分解有效成分,使制剂失效。例如常用的阴离子乳化剂钙盐在部分有机磷乳油中可与原料发生反应,促进分解。例如,无溶剂的高浓度乳油用乳化剂是由两类引火点高的非离子复配而得的,用于配制75%马拉硫磷乳油等,化学稳定性60℃(1个月)比用普通阴-非型乳化剂提高近一倍。因此,在选用乳化剂时,要特别注意选择乳化剂的种类、质量和配方组成等问题。对于具有较活泼基团的农药用乳化剂要特别慎重选取乳化剂品种和配方。研制专用乳化剂品种是一种途径。
4.高浓度乳油用乳化剂
通常称含农药有效成分在70%和(或)以上的制剂为高浓度制剂。原药质量普遍提高、优质助剂的开发以及先进的加工工艺技术,为各类高浓度制剂发展创造了必要的技术条件。由于高浓度制剂一般在产品质量、成本、安全和贮运保管方面有明显优势,所以20世纪80年代以来开发的干胶悬剂和水分散粒剂中,高浓度制剂比例更大。在高浓度制剂中,发展最早的是高浓度乳油,这种乳油少用或者不用溶剂,从而减少了农药溶剂带来的一系列弊病,而且有效成分浓度提高,节省了包装及贮运成本。在配制高浓度乳油剂型时,一般选用高浓度乳油专用乳化剂,如农乳0202C、0202B,这样产品质量和药效都能得到保证。同时可适应新的应用技术,包括低容量、ULV技术等。
高浓度乳油乳化剂研究始于20世纪60年代有机磷农药大发展时期,高浓度乳油乳化剂产品主要有阴离子-非离子复配乳化剂和单体非离子乳化剂,开发的产品中以高浓度有机磷乳油用乳化剂为多。
目前,有两种类型的乳油配方:①含少量溶剂的高浓度乳油,制剂含量多数在70%~80%;②无溶剂高浓度乳油,制剂含量多数设计在80%~90%或者更高。相应的应用技术为:①与常规乳油相同的施药技术,高容量和低容量喷雾;②特色应用技术,例如航空或地面ULV喷雾。其中,ULV技术是广泛采用的先进施药技术,需要专门制剂(ULVF)配套。ULVF主要剂型是油剂、特种油剂。高浓度乳油作ULV应用是ULVF中的特殊情况。现有ULV高浓度乳油为杀虫剂和除草剂两类。
5.农药-化肥联用时的乳化剂
农业的发展,要求化学农药与其他农业化学品(如化肥、微量元素等)联用。这是一类新型助剂即掺合剂(compatibility agent)所需解决的问题。其中常遇到的是化学农药和液体化肥联用,特别是农药乳油与液体化肥联用,或者是由农药和液体化肥制成乳油制剂。所用乳化剂是具有掺合性的特种乳化剂。
农药液体化肥复合制剂(特种乳油)是被乳化系统中含有一定数量的液体化肥(典型的钾肥、氮肥形成的钾、铵离子浓度很高)。因此,所需的乳化剂种类品种、规格以及乳化剂配方设计的性能评定另有区别。主要是要求在强电解质和高浓度(离子强度)存在下具有好的分散性、乳化性及乳状液稳定性。
6.泛用型除草剂的乳化剂
除草剂在化学农药中的地位非常重要,在超高效农药中超高效除草剂处于领先地位。最新加工剂型,如水悬剂、干胶悬剂、水分散性粒剂,也以除草剂领先。助剂领域的高效多功能助剂、新型乳化剂、分散剂、润湿剂以及渗透剂等有很多产品首先是配合除草剂开发的。
除草剂中应用乳化剂的主要场合是乳油和水悬剂两大基本剂型。乳化剂以专用型复配乳化剂、泛用型乳化剂和亲水亲油型(H/L型)乳化剂为主。有部分除草剂乳化技术难度较大,因而对乳化剂专业性程度要求很高。乳油溶剂系统选择也相对麻烦,需要用到极性溶剂、特种溶剂、复合溶剂等,增加了乳化剂的专用性。另外,除草剂乳油应用技术条件变化较大,地面喷雾和航空喷雾,高容量、低容量和ULV喷雾,单独施用以及与其他类农药,特别是和液体化肥联用时,在不同地区所遇到的水温、水质硬度变化范围较大。
7.含水乳油用乳化剂
含水乳油的发现和研制成功是对常规乳油严格限制水分含量观念的重大突破。新型的农药制剂农药微乳状液具有高度稳定性和较强的穿透性,其助剂系统也主要是阴离子与非离子型复配物。阴离子组分采用钙盐、烷基苯磺酸钠盐、C8~C20烷基硫酸钠盐等。非离子比较常用的有农乳300、农乳700等。这类微乳状液已有专用的阴离子与非离子型复配乳化剂产品,如Sorpol 2676S,Sorpol 2678S等。