第三节　微乳剂的配制

一、微乳剂的组分及选择

有效成分、表面活性剂和水是农药微乳剂的基本组分，根据具体品种的配制需要，有时还需加入溶剂、助溶剂、稳定剂、防冻剂、防腐剂、消泡剂、增效剂等。一般的微乳剂对各组分的要求如下：

1. 有效成分

农药品种繁多，并非所有农药品种都可以加工成微乳剂，加工微乳剂的农药有效成分必须具备如下条件：

① 有效成分在水中稳定性好或可用稳定剂防止其分解。

② 必须具有好的生物活性，不能因水的存在而影响药效。

③ 原药最好是液态的，若为黏稠的或固体时，能够溶于非极性或极性溶剂，对于不溶于水的液体农药可以直接加工成微乳剂，但有时为了制作方便，也可加入少量溶剂。对于黏稠液体或不溶于水的固体农药，需要加入有机溶剂（或助溶剂）溶解成均相溶液才能加工微乳剂。

④ 有效成分在制剂中的含量。含量的高低主要取决于制剂的药效、成本和配制的可行性几个方面，一般农用微乳剂中农药有效成分的含量为0.5%～50%，卫生用微乳剂的含量为0.1%～2%。

2. 有机溶剂

配制微乳剂的农药成分在常温下为液体时，一般可不用有机溶剂，若农药为固体或比较黏稠时，需加入一种或多种溶剂，将其溶解成易流动的液体，既便于操作，又达到提高制剂贮存稳定性的目的。溶剂的种类视有效成分而异，需通过试验确定。一般较多使用醇类、酮类、酯类，有时也添加芳香烃溶剂等。选择溶剂的依据如下：

① 对有效成分溶解性能好。以少量溶解度好的溶剂，获得稳定、流动性好的液体。

② 与制剂其他组分相容性好，不分层、不沉淀、低温不析出，不与农药有效成分和其他组分发生不利的化学反应。

③ 易乳化，能形成稳定的微乳液。

④ 冷凝点适中，常温下流动性好，不易固化。

⑤ 挥发性适中，闪点不低于30℃，确保生产、贮藏、运输和使用的安全。如果溶剂易挥发，在配制和贮存过程中易破坏体系平衡，稳定性差。

⑥ 对人、畜低毒或无毒，无致癌、致畸、致突变风险，对眼鼻口以及皮肤等低刺激性或无刺激性。有毒、有害杂质和多核芳烃含量低于规定限量。

⑦ 对植物安全无药害，对土壤、水、大气等环境安全，易降解，不会产生残留污染或代谢为其他有毒有害产物。

⑧ 来源丰富、价格适中，能稳定供货。世界各国对农药助剂和溶剂的安全性更加重视了，先后颁布各种规范和标准，以规范农药溶剂的使用与对环境的影响。苯类溶剂（甲苯、二甲苯）以及甲醇、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亚砜（DMSO）等有毒溶剂因其对人畜的毒性和环境降解等问题被逐步替代及限制使用。环境友好型溶剂成为农药加工中溶剂的新方向，目前可用于农药微乳剂的绿色溶剂包括：

石油裂解类苯类替代溶剂：溶剂油、矿物油、液体石蜡、煤油等。

植物源绿色溶剂：植物油（棕榈油、玉米油、大豆）、改性植物油（油酸甲酯、脂肪酸甲酯、环氧化植物油、松脂基植物油）、生物柴油等。

煤焦油裂解类苯类替代溶剂及合成绿色溶剂：石脑油、碳酸二甲酯、乙酸乙酯、乙酸仲丁酯、柴油、机油等。

3. 表面活性剂

微乳的形成主要依赖于表面活性剂的作用，选择合适的表面活性剂是制备微乳剂的关键。研发人员可以参考表面活性剂的HLB值法和胶束浓度CMC理论进行实验。一般来说，制备O/W型微乳液时，需要HLB值为8～18的表面活性剂。当原药要求分散介质具有一定pH时，应当选用相匹配的表面活性剂。通常阴离子表面活性剂适用于pH值大于7的介质，阳离子表面活性剂适用于pH值为3～7的介质，而非离子表面活性剂在pH值为3～10范围内均可使用，并且受系统中电解质或离子强度的影响较小。所以常采用非离子表面活性剂或含非离子的混合型表面活性剂制取O/W型微乳。

根据相似相溶原理，亲油基团与油相具有相似结构的乳化剂乳化效果好。非离子型和阴离子型表面活性剂在配制微乳剂时情况不同，在试验选择时应考虑以下几点：

（1）非离子型表面活性剂。非离子表面活性剂的亲水、亲油性对温度非常敏感，当体系温度靠近三相区浊点线略低时是亲水的，形成O/W型微乳，升高温度，亲水性下降，体系变混。因此单独使用非离子型表面活性剂制成的微乳，温度范围窄，缺乏商品价值。

① 改变表面活性剂分子中环氧乙烷链节（EO）平均数来调节亲水、亲油性。若要制备O/W型微乳，平均EO数在10左右较合适；而平均数为8左右时，可制备W/O型微乳。

② 亲水、亲油基团大小的影响。如果保持非离子表面活性剂的HLB值不变，增加分子中非极性基团和极性基团的大小，则CMC（临界胶束浓度）减小，胶团聚集数增加，因而易形成微乳状液。

③ 亲水、亲油性对温度非常敏感。

④ 分子中EO链节数分布越窄，三相区越小，形成微乳的范围越大。

（2）离子型表面活性剂。

① 亲水、亲油性对温度不敏感。可加入助表面活性剂进行调节，一般使用中等链长的极性有机物，常用的是醇。C3～C5醇易形成O/W型微乳，C6～C10醇易形成W/O型微乳。

② 用强亲水和亲油或用弱亲水和弱亲油作表面活性剂和助表面活性剂，均可组成亲水、亲油接近平衡的混合膜，而后者形成微乳的范围大得多。

③ 盐的影响。水相中加入盐可调节离子型表面活性剂的亲水性，有利于微乳的形成。

④ 非极性基的支链化可以使表面活性剂的亲水、亲油接近平衡。如琥珀酸二异辛酯磺酸钠，可单独形成微乳。

（3）复配的表面活性剂。非离子与离子型表面活性剂复配可使形成微乳的温度范围扩大，既能增加非离子的浊点，又能增加低温时阴离子的溶解度，可大大增加温度的适应性。目前，在农药微乳液的配制中常选用HLB值13以上、具有强亲水性的非离子型表面活性剂和亲油性的阴离子型表面活性剂混配，有时以醇、盐等作调节剂，扩大微乳液的使用范围。如三苯乙烯基酚环氧乙烷化磷酸三乙醇胺盐和烷基聚氧乙烯醚复配，苯乙基酚聚氧乙烯醚、联苯酚聚氧乙烯醚等特定的非离子型表面活性剂和十二烷基苯磺酸钙混配，均是较佳组合。现阶段针对微乳剂的表面活性剂比较少，目前主要靠研发人员自行选择配制。

阴离子组分常用的有烷基苯磺酸钙盐（或镁、钠、铝盐等）、烷基硫酸钠盐、烷基酚聚氧乙烯醚磷酸盐、烷基丁二酸酯磺酸钠、苯乙烯基苯酚聚氧乙烯醚硫酸盐和磷酸盐等。

非离子组分常用苄基联苯酚聚氧乙烯醚、苯乙基酚聚氧乙烯醚、苯乙基异丙苯基酚聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚、苯乙基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚甲醛缩合物等。

表面活性剂的用量多少与农药的品种、纯度及配成制剂的浓度都有关，在配方设计时应予考虑。一般来说，为获得稳定的微乳剂，需要加入较多的表面活性剂，其用量通常是油相的2～3倍，如果原药特性适宜、选择得当、配比合理，使用量也可降至1～1.5倍或者更低。

制剂研发人员在选择微乳剂中的表面活性剂时，还需要考虑以下几点：

① 不会促进活性成分分解；

② 非离子表面活性剂在水中的浊点要高；

③ 在油相和水相中的溶解性能；

④ 尽量选择配制效果好，添加量小，质量稳定的表面活性剂；

⑤ 改善农药在生物体表面的分布和附着，提高药剂的吸收，增加生物体内的输导；

⑥ 来源丰富，成本较低。

4. 助表面活性剂

具有表面活性剂类似结构的物质，如低分子量的醇、酸、胺等也具有双亲性质，是双亲物质，这类物质趋向于富集在水/空气界面或油/水界面，从而降低水的表面张力和油/水界面张力，但由于亲水基的亲水性太弱，它们不能与水完全混溶，因而不能作为主表面活性剂使用。通常它们（主要是低分子量醇）与表面活性剂混合组成表面活性剂体系，被称为助表面活性剂，它们在微乳液的形成中，特别是使用离子型表面活性剂时起重要作用。其作用可归结如下：

（1）降低界面张力。只使用表面活性剂，当达到临界胶束浓度（CMC）后，界面张力不再降低。假如在此加入一定浓度的助表面活性剂，则能使界面张力进一步降低，导致更多表面活性剂和助表面活性剂在界面上吸附。当液滴的界面张力小于0.01mN/m时，能自发形成微乳液。某些离子型表面活性剂（如AOT［二（2-乙基己基）磺基琥珀酸钠］）亦能使油水界面降至10-2mN/m以下，因而不需要助表面活性剂也能形成微乳状液。

（2）增强界面流动性。在液滴形成微乳液滴时，由大液滴分散成小液滴，界面经过变形和重整，这些都需要界面弯曲能，加入一定浓度的助表面活性剂可以降低界面的刚性，增强界面的流动性，减少微乳液生成时所需的界面弯曲能，使微乳液液滴容易自发生成。

（3）调整亲水亲油平衡值。加入助表面活性剂可使表面活性剂的亲水亲油平衡值调整至合适的范围内，使其达到油相所需的HLB值，有利于微乳液自发生成。

一般来说，最好的助表面活性剂是对O/W界面有大亲和力的小分子。它们的选用必须依据所用表面活性剂的性质和农药活性成分被微乳化的性质。各种低分子量物质如醇类、胺类、醚类、酮类等都可以用作助表面活性剂。

助表面活性剂链的长短对助乳化效果有一定的影响，直链的优于支链的，长链的优于短链的；当助表面活性剂链长达到表面活性剂碳链链长时，其效果最佳。助表面活性剂使用量较少的一般在3%～5%，较多的在8%～10%范围内。低分子量醇类如乙二醇、丙二醇和正丁醇、甘油等对制备微乳剂是很适用的，不足之处是它们制得的微乳剂闪点太低；如果要制备高闪点的微乳剂，可以使用环己醇、己醇和辛醇、甲基二甘醇等助表面活性剂。

5. 水

水是微乳剂的主要组分，水量的多少取决于微乳剂的种类和有效成分的含量，一般水包油型微乳剂含水量都较多，大约为18%～80%。农药微乳剂应达到一定的用水量，一般水的质量分数应在30%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。微乳剂以水为连续相，采用各种不同水质的水进行配制对微乳剂的理化性状有一定的影响。硬度是反映水质的一个具体指标，硬度高低表明水中含有钙镁离子的多少，水中钙、镁离子的浓度将影响体系亲水亲油性，破坏其平衡。因此当一个配方确定后，应测定该配方适应的水硬度，确定水的来源，若水质改变，配方也需相应调整。

去离子水处理设备简单易行，便于推广，比蒸馏水费用低，质量也相对稳定，比较适合进行微乳剂的配制。我国各地水质不一样，若一味强调用蒸馏水或去离子水配制，不但会增加企业的成本，而且较为不便，因此微乳剂的研发应综合考虑各种影响因素，使配方有较宽的适应性，用不同硬度的水均能配制合格的微乳剂产品。

6. 稳定剂

物理、化学稳定性是微乳剂的两个主要指标。因为微乳剂中有大量水存在，所以，设计配方时，对化学稳定性的考虑尤为重要。原药分子的结构和基团性质将直接影响其稳定性，一般需通过试验来确定。菊酯类农药一般比有机磷类和氨基甲酸酯类稳定。对于在水中不稳定的原药，必须添加稳定剂。

① 加pH缓冲液，使体系的pH值控制在原药所适宜的范围内，抑制其分解率。

② 添加各种稳定剂，减缓分解，如2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、苯基缩水甘油醚、甲苯基缩水甘油醚、聚乙烯基乙二醇缩水甘油醚、山梨酸钠等。

③ 选择具有稳定作用的表面活性剂，使物理、化学稳定性同时提高，或增加用量，使药物完全被胶束保护，与水隔离而达到稳定效果。

④ 对于两种以上有效成分的混合微乳剂，必须分析造成分解的原因，有针对性地采取稳定的措施。

⑤ 通过助表面活性剂的选择，提高物理稳定性。

不论采用哪种方法，均需根据原药的理化特性，综合考虑物理和化学稳定性，经过反复试验确定。

7. 防冻剂

因微乳剂中含有大量水分，如果在低温地区生产和使用，需要考虑防冻问题。一般加入5%～10%的防冻剂，常用的防冻剂有乙二醇、丙二醇、丙三醇或聚乙二醇等。这些醇类既有防冻作用又有调节体系透明温度区的作用。水溶性非极性固体，如尿素、蔗糖、葡萄糖等也可选择使用。如果经试验不需加防冻剂低温试验合格的也可不加防冻剂。

8. 其他组分

根据需要微乳剂还可加入消泡剂、吸湿剂、着色剂、增稠剂、防腐剂等添加物。

二、微乳剂的配制

1. 微乳剂配制的研究方法

微乳剂的形成没有任何理论能够完美的解释，但在乳化剂的选择上还是有规律可循的，常用的研究方法有：亲水亲油平衡法（HLB法）、相转变温度法（PIT法）、盐度扫描法等。

（1）亲水亲油平衡（HLB）法。表面活性剂既然是双亲化合物，它就必然具有既可以溶于水，又可以溶于油的双重特性，这取决于其分子结构中亲水基和亲油基的相对强弱。早在1945年，Griffin就提出了亲水/亲油平衡值（hydrophilic-lipophilic balance）概念，简称HLB。通常根据表面活性剂的HLB值大小来划分其应用范围，特别是对表面活性剂的选择，HLB值法已成为经典方法。微乳剂主要由油、水、表面活性剂及助表面活性剂组成。在工艺研究中首先应根据油相的HLB值和欲构成微乳剂的类型选择合适的乳化剂，当表面活性剂或表面活性剂混合物的HLB值与被乳化物的HLB值相等时，其乳化效果最好。

（2）相转变温度（PIT）法。HLB值有很高的实用价值，但未考虑其他因素尤其是温度的影响，对于非离子型乳化剂，温度可以破坏乳化剂和水形成的氢键，从而影响其亲水亲油平衡值，温度升高时，亲水基的水化度降低，HLB值变小，从亲水性乳化剂转变为亲油性乳化剂，所配制的微乳液可由低温时的O/W型转变为W/O型，此转变温度称为相转变温度（phase inversion temperature，PIT）。通常温度对非离子型乳化剂的影响大于离子型乳化剂。如果温度高于PIT，形成水包油型微乳液（WinsorⅠ）；如果温度低于PIT，形成油包水型微乳液（WinsorⅡ）；在PIT温度下，形成中间相微乳液（WinsorⅢ）。乳化剂的转相温度也称为亲水亲油平衡温度THLB。相转变温度法是研究某温度下表面活性剂、助表面活性剂及相应油相形成微乳剂的相行为，以及温度改变对其相行为的影响。

表面活性剂的亲水链越长，分子的亲水性越高，需要较高的温度才能降低分子的水化度，故PIT高。PIT也与油相的性质有关，随着油相的极性降低而升高。PIT可以用来选择合适的非离子型表面活性剂作为乳化剂。实际操作时，可以取等量的油相与水相，加上3%～5%的表面活性剂，加热振荡乳化后，梯度升温、搅拌，并用电导仪确定乳状液是否转相，当其开始转相时的温度即为该乳状液的PIT。一般情况下，微乳剂都是O/W型，应选择相转变温度高于室温的乳化剂，最合适的PIT应高于贮存温度30～65℃。

（3）盐度扫描法。盐度扫描法是固定表面活性剂和助表面活性剂的浓度，研究不同浓度的电解质对形成微乳时相行为的影响，主要是研究离子型乳化剂形成微乳的条件。当微乳体系确定后，温度、压力恒定时，改变体系中的盐度（若由低到高增加），微乳体系可从WinsorⅠ型经过WinsorⅢ型变到WinsorⅡ型。其原因是当盐度增加时，表面活性剂和油受到“盐析”，压缩双电层，降低乳化剂分子极性端之间的排斥力，液滴更易接近，使O/W型微乳液的增溶量增加，油滴密度降低而上浮，形成“新相”。在非离子型乳化剂形成的溶液中，由于乳化剂带有较少电荷，所以，电解质对非离子型乳化剂形成微乳剂的相行为影响不如对离子型乳化剂形成的微乳剂的相行为影响明显。

对于这种扫描法，也可改变其他组分来寻找匹配关系。如表1-2所示。

微乳体系的物理、化学性质随体系相行为而变化，它们在一个特殊的体系状态达到极大值或极小值或某个特定值。这个特殊状态就是Ⅲ型体系或中相微乳液体系中油、水增溶量相等的状态。相应于这一状态，达到最大或最小或特定值的体系的物理、化学性质包括：

① 过量油相和过量水相之间的界面张力达到最小值，微乳相与过量油相和与过量水相之间的界面张力相等。

② 增溶等量油和水所需的表面活性剂量最小，表面活性剂对油和水的增溶能力相等。

③ 普通乳状液的聚结速度最快，稳定性最差。

④ 过量油-胶团溶液和过量水-胶团溶液的接触角相等。

此外，相应于这一状态，其他许多性质也都是特殊的。为此这一特殊状态被定义为最佳状态。如果体系存在最佳状态，那么系统地改变一个变量而固定其他变量，就可以找到这一状态。根据最佳状态的定义，通常采用增溶量相等作为这一状态的标准。但由于体系的一系列物化性质与此状态有良好的对应关系，因此也可以用这些物化性质指标作为标准，如油/水界面张力最低点，普通乳状液聚结速度最快点等。

用于寻找最佳状态的变量可以有很多，与最佳状态相对应的变量值称为最佳变量值，如最佳盐度、最佳温度等。采用不同标准所得到的最佳变量值彼此相差不大，可以说在实验误差范围内是基本一致的。

2. 微乳剂组成范围的确定—绘制相图法

相图是用相律来讨论平衡体系中相组成随温度、压力、浓度的改变而改变的关系图。微乳体系是多组分体系，只含有水、油和表面活性剂的三元体系并不多见，通常为四元或四元以上体系。如果使用混合表面活性剂或混合油，则体系将更为复杂。微乳体系中同时存在、相互处于平衡状态的相称为共轭相。共轭相现象是微乳体系的重要特征，研究平衡共存的相数及其组成、相区边界是十分重要的。在这方面，最方便、最有效的工具就是相图。在等温等压下三组分体系的相行为可以用平面三角形来表示，称为三元相图。对四组分体系，需要采用立体正四面体，而四组分以上的体系就无法全面地表示了。通常对四组分或四组分以上体系，采用变量合并法，比如固定某两个组分的配比，使实际独立变量不超过三个，从而仍可用三角相图来表示。这样的相图称为拟三元相图。拟三元相图与真三元相图的一个重要区别是真三元相图中三相区是一个连接三角，而在拟三元相图中却不是。微乳剂的组成通常采用拟三元相图进行研究，实际应用中，可以将任意两个变量合并，甚至三个组分都可以是合并的变量。确定适当的表面活性剂和助表面活性剂后，可以通过相图找出微乳区域，各组分的关系可以比较精确地确定，而且可以预测微乳液的特征。

3. 微乳剂的配制

由于微乳剂是热力学稳定的、自发形成的分散体系，这就意味着微乳剂的加工可以不需要使用任何机械能。在农药微乳剂的实际加工过程中，为了制作快速方便，通常还要用设备进行搅拌，并且投料的顺序和方式对微乳剂最终成品的外观、质量、稳定性有时也会产生很大影响，下面是微乳剂制备的几种常见方法：

（1）可乳化油法。将农药、表面活性剂、助表面活性剂充分混合成均匀透明的油相，将防冻剂及其他水相成分加入定量水中搅拌均匀，形成水相，然后在搅拌下将油相加入水相中，搅拌成透明的O/W型微乳剂。或采用转相法（反相法），将水相慢慢加入油相中，先形成W/O型乳状液，继续增加内相物质使其体积超过一定值，经搅拌加热，使之迅速转相成O/W型微乳剂。在反相操作时，要防止乳状液被破坏。形成何种类型的微乳剂还需看乳化剂的亲水亲油性及水量的多少，亲水性强时形成O/W型，水量太少只能形成W/O型。可乳化油法微乳剂配制示意图见图1-7。

（2）可乳化水法。将表面活性剂、水、防冻剂等混合后制成水相（此时要求乳化剂在水中有一定的溶解度，有时也将助表面活性剂加入水中），然后将油溶性原药或原药完全溶解在溶剂中形成的均相溶液在搅拌下加入水相中，制成透明的O/W型微乳剂。也可采用反相法，配制方法如图1-8所示。

（3）二次乳化法。当体系中存在水溶性和油溶性两种不同性质的农药时，美国ICI公司采用二次乳化法调制成W/O/W型乳状液用于农药剂型。首先，将农药水溶液和低HLB值的乳化剂或A-B-A嵌段聚合物混合，使它在油相中乳化，经过强烈搅拌，得到粒子1μm以下的W/O型乳状液，再将它加到含有高HLB值乳化剂的水溶液中，平稳混合，制得W/O/W型乳状液，如图1-9所示。

对于已确定的配方，选择何种制备方法、搅拌方式、制备温度、平衡时间等，均需通过试验，视物理稳定性的结果来确定，特别是含有多种农药的复杂体系，需比较不同方法的优劣，根据微乳剂的配方组成特点及类型要求，选择相应的制备方法，使体系达到稳定。

三、微乳剂质量控制指标

参照《农药微乳剂产品标准编写规范》HG/T 2467.10—2003列出下列微乳剂质量控制指标：

1. 组成和外观

应由符合标准的原药、水和适宜的助剂制成，应为透明或半透明均相液体，无可见的悬浮物和沉淀。

2. 有效成分含量

含量是对所有农药制剂的基本要求，是必须严格控制的指标，一般要求等于或大于标明含量。

3. 乳液稳定性

按GB/T 1603—2001进行试验，上无浮油，下无沉淀，并能与水以任何比例混合，视为合格。

4. 低温稳定性

样品在低温时不产生不可逆的结块或混浊视为合格。具体可按HG/T 2467.2—2003中4.10进行。

5. 酸度或碱度或pH值

酸度或碱度或pH值是影响微乳剂化学稳定性的重要因素，必须通过试验确定适宜的pH值范围。酸度或碱度的测定按HG/T 2467.1—2003中4.7进行；pH值的测定按GB/T 1601—1993进行。

6. 热贮稳定性

微乳剂的热贮稳定性包括物理稳定和化学稳定两种含义。要求制剂热贮后外观保持均相透明，若出现分层，于室温振摇后能恢复原状则视为合格，有效成分分解率一般应小于5%。具体可按HG/T 2467.2—2003中4.11进行。

7. 透明温度范围

由于非离子表面活性剂对温度比较敏感，配成的微乳液外观透明度与温度密切相关，当体系加热或冷却到一定温度时，由透明变混浊，把这个温度区间称为透明温度区域。该区域越宽，微乳剂越稳定。为使微乳剂产品有一定适用性，在配方研究中，必须利用各种方法扩大这个温度范围，一般要求0～50℃保持透明不变，质量优良的微乳剂应该具有较宽的透明温度范围（-5～60℃），才能保证其在2年的有效期内，在任何季节、任何时间均能保持微乳剂外观透明。具体按HG/T 2467.10—2003规定的方法进行。

8. 持久起泡性

如果制剂在使用时泡沫太多，则直接影响到喷雾效果，制剂的泡沫越少越好。具体检验方法按HG/T 2467.5—2003中的4.11进行。

9. 自动分散性

自动分散性是指试样在水中的自然分散及乳化性能。

10. 经时稳定性

经时稳定性是指在室温自然变化条件下贮藏时，微乳剂的外观随时间的延长而发生变化的程度。保质期内（一般为两年）持久透明，则稳定性合格。

四、微乳剂配方实例

企业的农药微乳剂实际生产配方属于商业机密，部分农药微乳剂参考配方如下：