1、农药制剂学微乳剂,目 录,4,微乳剂概念和特点,1,2,3,微乳液体系的形成机理,微乳剂物理稳定性,微乳剂配方组成,5,微乳剂质量控制指标,微乳剂的概念,微乳液的胶体分散体系,油珠颗粒10-100nm,热力学稳定、经时稳定的,透明单相、可流动液体,微乳液的概念是1943年由英国科学家Hoar和Schulman提出的目前公认的微乳液的定义是由Danielsson和Lindman提出的,微乳液是一个由水、油、两亲性物质(分子)组成的、光学上各向同性、热力学上稳定且经时稳定的外观透明或者近乎透明的胶体分散体系，微观上由表面活性剂界面膜所包覆的一种或两种液体的微滴构成,水基化制剂,特 点,液态农药剂型
2、的比较,制剂及稀释液外观透明或半透明,对环境友好，有机溶剂的降低直接减轻了对环境的压力,生物活性高，有效成分分散度高，粒径小，易于对靶标产生渗透，润湿、展着性好,安全性提高，气味小，生产、贮运不易燃易爆,制剂加工工艺简单,经时稳定性好，水基化制剂中最稳定的剂型,微乳剂特点,微乳剂的特点,制剂及稀释液外观透明或半透明 微乳剂属于水基液态剂型，其油珠直径小于100nm，一般波长小于可见光的四分之一以下的液滴不折射光线，而可见光波长为380780 nm，所以制剂及对水后的微乳液均清澈透明 对环境友好 微乳剂少用或甚至不用有机溶剂，不但节省了大量有机溶剂，同时大量减少排放到大气、土壤、地下水和河流中的
3、有机溶剂用量。大大减轻了对环境的压力，有利于农业的可持续发展。被称为对环境友好的绿色农药制剂,微乳剂的特点,生物活性高 微乳剂稀释液油珠粒径为纳米级，有效成分分散度高，粒径小，易于对靶标产生渗透，有利于发挥药效和增强对有害生物体或植物体表面的渗透，故可以提高触杀效果或用于防治隐蔽性害虫 毒死蜱防治美洲斑潜蝇，微乳剂的药效比乳油药效高30%。3%甲氨基阿维菌素B1a苯甲酸盐微乳剂对小菜蛾的室内毒力是乳油的1.5倍由于微乳剂添加的表面活性剂用量较高，有利于提高对靶标的润湿性、粘着性，从而提高了生物活性,微乳剂的特点,安全性提高微乳剂以水为分散介质，避免或大大减少毒性有机溶剂的使用，对生产者和使用者
4、的毒害大为减轻，对人、畜及其他有益生物的毒性较低 生产、贮运过程中不会发生燃烧、爆炸，安全性较乳油剂型大大提高。不腐蚀包装容器，无容器限制，便于贮存和运输农药微乳剂在喷洒时刺激性和臭味减轻，降低对农产品风味和人畜健康的影响。在蔬菜和果树上使用，不会在农产品上残留制剂中填料或乳状液形成的污渍，影响产品的外观,微乳剂的特点,制剂加工工艺简单 微乳液体系可自动形成，故微乳剂加工工艺较简单，可直接利用乳油加工设备，不增加设备投资，加工成本低廉经时稳定性好 微乳剂是热力学稳定的单相体系，可以长期放置而不发生相分离，稀释后仍是热力学稳定体系。因此可以说在现有的水基性农药剂型中，只有微乳剂真正解决了制剂稳定
5、性问题，从而确保它在存放和贮运中具有稳定的制剂质量和长期的货架寿命,微乳剂的特点,微乳剂比较适合于高经济附加值的农药品种，如药效高、原药价值高、用量低的农药品种,有效成分为纳米级颗粒进入生物体的影响还不为人所知，是否具有不可预知的影响，目前还无人对其开展毒理学的研究,微乳体系形成的理论机理,微乳液的形成机理和稳定性理论瞬间负界面张力理论双重膜理论增溶理论几何排列理论R比理论热力学理论,瞬间负界面张力理论,Schulman和Prince(1977)等人针对微乳液的形成提出了瞬间负界面张力理论Schulman 提出微乳液形成的条件是： =(O/W)a - 0式中：油-水界面张力； 膜压； (O/W
6、)a加入助表面活性剂后的油-水界面张力,瞬间负界面张力理论,水-油体系界面张力在表面活性剂的作用下大大降低，表面活性剂的存在可以降低两相间的表面自由能和界面张力加入助表面活性剂，则界面张力进一步降低至110-3 110-5 mN/m，形成稳定的界面膜，油分子向膜内渗透，导致增大到大于(O/W)a时，则有0，而负界面张力是不可能存在的为了达到体系平衡，体系将自发扩张界面，使更多的表面活性剂和助表面活性剂吸附于界面而使其体积浓度降低，直至界面张力恢复至零或微小的正值，使分散质点分散度增加，最终形成更小的液滴，界面张力由负值变为零,瞬间负界面张力理论,当分散质点在热运动下发生碰撞而聚结时，分散质点变
7、大又会形成瞬间负界面张力即0，使分散质点再次分散变小，以增大界面积，使负界面张力消除(即=0)，体系又达到平衡若是微乳液滴有发生聚结的趋势，那么界面面积缩小，复又产生负界面张力，从而对抗液滴聚结，保持微乳液的稳定性。因此微乳液是热力学稳定体系，分散质点不会聚结和分层,双重膜理论,Schulman和Bowcott等(1977)提出在水-油-表面活性剂-助表面活性剂体系中，表面活性剂和助表面活性剂形成混合膜，吸附在油水界面膜两侧形成不同特性的油/膜界面和水/膜界面(这种膜又称双重膜)助表面活性剂的存在使混合膜液化，因而双重膜具有非常高的柔性，易于在油水界面上弯曲,双重膜理论,膜弯曲后，膜两侧每个表
8、面活性剂分子的表观面积不相等，若油侧表面活性剂分子展开程度比水侧小，则形成O/W微乳液，反之形成W/O微乳液表面活性剂和助表面活性剂的极性“基头”和非极性“链尾”的性质对微乳类型的形成至关重要,O/W微乳液,W/O微乳液,双重膜理论,双重膜理论从双界面张力来解释这种弯曲的方向选择。既然吸附层作为油/水之间的中间相，分别与水、油接触，在水、油两侧分别存在二个界面张力或膜压，而总的界面张力或膜压为两者之和如果它们不相等，则双重膜将受到一个剪切力作用而发生弯曲结果高膜压一边的面积增大，低膜压一边面积缩小，直至两边膜压达到相等达到平衡时总的油/水界面张力较原来有所改变，即从o/w变到(o/w)a(a表
9、示助表面活性剂存在时的界面张力),双重膜理论,油、水向混合膜中的渗透状况实质上反映了混合膜的亲水、亲油相互作用问题可以归结为界面膜的亲水亲油平衡(HLB)问题：通常形成O/W型微乳液所需的醇/表面活性剂质量比较低，而形成W/O型微乳液所需的醇/表面活性剂质量比较高。可见醇起了调节混合膜的亲水亲油平衡的作用，从而影响膜的自发弯曲(方向)双重膜理论提出微乳液形成的两个必要条件在油/水界面有大量表面活性剂和助表面活性剂混合物的吸附界面具有高度的柔性,增溶理论,由Shinoda等(1975)提出，认为微乳液是溶胀的胶束体系在水、表面活性剂和助表面活性剂三组份体系中，存在着三个区正胶束(O/W)区、反胶
10、束(W/O)区和液晶区在水-表面活性剂-助表面活性剂组成的三相图中加入少量的油，油与助表面活性剂混溶，相图仅发生微小变化，但是加入较大量的油，相图会发生显著的变化在含有表面活性剂的水相中，存在着表面活性剂的加溶和浊点曲线，在这两曲线之间存在着一个各向同性的O/W加溶体系,增溶理论,当表面活性剂的水溶液浓度大于临界胶束浓度(CMC)后，就会形成胶团(胶束)溶液加入油类，油类的溶解度显著增大，这表明起增溶作用的内因是胶团。随着这一过程的进行，进入胶团的油量不断增加，使胶团膨胀形成微乳液，故有人将微乳液称为“增溶的胶团溶液” 或“溶胀的胶团溶液” 不同体系有不同的增溶方式。增溶作用能使油类的化学势显
11、著降低，使体系更加稳定，即增溶在热力学上是稳定的，只要外界条件不改变，体系就不会随时间而改变增溶胶团作用是自动进行的，因此，微乳液能自发形成,胶束的形状,增溶于胶束的内核,增溶于胶束的定向表面活性剂分子之间形成的栅栏层,增溶(吸附)于胶束表面，即胶束与溶剂交界处,增溶于胶团极性基团之间,几何排列理论,Robbins(1977)、Mitchell和Ninham(1981)等从表面活性剂聚集体中分子的几何排列考虑，提出了界面膜排列的几何模型表面活性剂极性的亲水基头和非极性的烷基链分别与水和油构成分开的均匀界面，在水侧界面，极性头水化形成水化层，而在油侧界面，油分子是穿透到烷基链中的从几何的角度来讲
12、，设定填充系数V/(a0LC),几何排列理论,该填充系数提供了亲水-亲油平衡的衡量标准，界面的优先弯曲就取决于此系数，而此系数受到水和油分别对极性头和烷基链溶胀的影响 填充系数=V/(a0LC) 式中： V表面活性剂分子中烷基链的体积； a0表面活性剂极性头的截面积； LC烷基链的长度,几何排列理论,R比理论,由Bourrel和Schecheter(1988)提出R比理论认为，任何物质间存在着相互作用，而作为双亲性物质，表面活性剂必然同时与水和油之间存在相互作用。这些相互作用的叠加决定了界面膜的性质该理论的核心是定义了一个内聚作用能比值，并将其变化与微乳液的结构和性质相关联R比理论首先确定了表
13、面活性剂存在下界面的微观结构。在微乳液体系中存在三个相区，即水区(W)、油区(O)和界面区或双亲区(C),R比理论,与双重膜理论相类似，界面区被认为是具有一定厚度的区域，其中表面活性剂是主体，但还包括一些渗透到表面活性剂亲水基层和烷基链层中的水和油分子。真正的分界面是表面活性剂亲水基和亲油基的连接部位。整个界面区域的厚度可以认为类似于油/水分界面的厚度 界面区存在水、油和表面活性剂，表面活性剂可分为亲水部分(H)和亲油部分(L),R比理论,在表面活性剂的亲油基一侧，存在着油分子之间的内聚能Aoo，表面活性剂亲油基之间的内聚能All和表面活性剂亲油基与油分子间的内聚能Aco(co表示渗透到C层中
14、的油分子)而在另一侧则存在水分子之间的内聚能Aww，表面活性剂亲水基之间的内聚能Ahh和表面活性剂亲水基与C区水分子之间的相互作用能Acw此外还存在着表面活性剂亲油基与水之间、亲水基与油之间的相互作用Acw和Aco,R比理论,综合考虑了C区中所有相互作用，R比定义为 R=(Aco-Aoo-All)/(Acw-Aww-Ahh)从R比的定义来看，Winsor指出，Aco和Acw越大，两者越接近相等，两亲膜的共溶效应就越大，同时增溶的油和水也就越多要使最佳增溶量增大，应在保证R1的条件下，尽可能同时增加Aco和Acw。例如对非离子表面活性剂，同时增加亲水基和亲油基链长，油、水的相互增溶量增加,热力学
15、理论,分别由Ruckenstein和Chi(1975)，Overbeek(1978，1984)等提出只有当界面张力降低时，剩余的界面自由能能够把由于介质中小液滴分散而产生的熵补偿，自由能才会降低，微乳液可自发形成单一的表面活性剂可降低界面张力，但是在大多数情况下界面张力接近零之前会到达CMC点，当加入第二种具有完全不同性质的助表面活性剂，进一步降低体系的界面张力，甚至会达到负值,热力学理论,微乳液的形成需要足够低的界面张力随着自由能的减少，微乳液自发形成的条件是界面张力低至完全补偿因新界面产生而引起的熵增加,透明温度范围,微乳剂存在着透明温度范围，只有达到一定的透明温度范围，比如为-560，才
16、能保证其在2年的有效期内，在任何季节、任何时间均保持微乳剂外观透明,乳液稳定性,在一定浓度范围内(一般要求大于表面活性剂的临界胶束浓度(CMC)值)，农药微乳剂可以以任何比例对水稀释，乳液稳定，外观保持清澈透明,一些有效成分理化性状较特殊者，如三唑类杀菌剂，则乳液不稳定问题比较突出,微乳剂浊点,概 念,非离子表面活性剂在水溶液中可与水形成氢键，当溶液的温度升高到某一点时，氢键断裂，表面活性剂与水相分离，溶液由澄清变浑浊，这一点的温度即称为浊点,作 用,反映农药微乳剂物理稳定性的一项重要技术指标。浊点越高，透明温度越宽，微乳剂越稳定,提高浊点措施,选择亲水性强的非离子表面活性剂或与阴离子表面活性
17、剂搭配以乙醇为助表面活性剂，可以有效提高浊点,低温稳定性,浑 浊,在低温下短时间的浑浊有可能是可逆的，在常温下可恢复制剂透明,析 出 结 晶,而原药析出结晶或制剂分层则往往是不可逆的，使微乳剂理化性状恶化，或液相中有效成分降低，影响药效，或增大药害的危险,比乳油严格,农药微乳剂是以水为连续相，含有大量水分，在低温下容易出现冻结、析出结晶、分层、浑浊等问题,现 象,低温下浑浊、析出结晶,提高微乳剂低温稳定性的措施,提高溶剂用 量,对于难溶于一般有机溶剂的有效成分，存在着有机溶剂稳定溶解突升点,调节表面活性剂的亲水亲油平衡,高温需要亲水，而低温需要亲油,选择适宜的助表面活性剂,某些理化性能较特殊的
18、有效成分，对助表面活性剂有一定的选择性,乳液稳定性,影 响,在田间使用中，不稳定微乳剂的乳液会严重影响药液在靶标上的沉积和粘着，甚至析出的结晶可堵塞喷头，进而影响药效或产生药害。,品 种,烯唑醇、三唑酮、氟铃脲、戊唑醇、己唑醇、氟虫腈、溴虫腈等,现 象,微乳油珠在稀释的微乳液中很快破乳，析出结晶或油层、乳液变浑浊或出现悬浮物,提高微乳剂乳液稳定性的措施,采用混合溶剂,解决乳液稳定性的有效途径,增加表面活性剂用量,提高界面膜的稳定性,降低有效成分含量,相当于更多的乳化剂包裹着油珠颗粒，提高界面膜的机械强度,乳液稳定性与微乳剂油珠颗粒的粒径分布密切相关，与粒径大小关系不大,微乳剂配方组成有效成分,
19、制备微乳剂的固体有效成分必须在有机溶剂中具有一定溶解度,药效高、经济价值高的有效成分可以配制含量的微乳剂，而药效一般、价格低廉的有效成分则可以制备成较高浓度的微乳剂,某些有效成分受有机溶剂溶解度的制约，难于制备高浓度的微乳剂,一般微乳剂的含量较少超过20%,微乳剂配方组成表面活性剂,先 决 条 件,要求配制出宽广的透明温度范围，主要取决于表面活性剂和助表面活性剂的筛选,理 论 基 础,以混合膜理论和增溶理论为配方选择的基础，并参考表面活性剂的HLB值和胶束浓度CMC理论综合考虑,极性较大的有效成分，选择较高HLB值的表面活性剂，而对于极性较弱的有效成分，可以选择较低HLB值的表面活性剂，如混合
20、型表面活性剂,高温稳定需要亲水性较强表面活性剂，低温稳定需要亲油性较强表面活性剂,高HLB值的非离子表面活性剂与低HLB值的表面活性剂搭配使用，平衡亲水和亲油两类表面活性剂，可以制备透明温度范围宽广的微乳剂,选择作用高效率的表面活性剂，降低其用量,表面活性剂筛选方法,微乳剂配方组成有机溶剂,根据微乳剂的定义，应该选择油溶性的有机溶剂不能选择强极性的有机溶剂如N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺等作为微乳剂的有机溶剂,目前配制微乳剂的芳烃溶剂由于挥发性大，对环境影响大而被限制使用，推荐使用环境友好型溶剂某些溶解度较差的有效成分使用环己酮作为溶剂,熔点较高的原药，必须添加有机溶剂来溶解
21、，而液态原药或熔点较低的原药则一般不用有机溶剂但高熔点的甲氨基阿维菌素苯甲酸盐(熔点141-146)可不用有机溶剂溶解而制备稳定的微乳剂,微乳剂配方组成助表面活性剂,概 念,本身并没有任何乳化能力，它的加入却可以成倍或数十倍地提升表面活性剂的活性，有效地促进微乳液的形成,增加界面的弹性，使界面易于弯曲,协助表面活性剂降低界面张力,加大对有效成分的溶解，降低微乳剂的黏度，提高制剂的流动性,作 用,在农药微乳剂中，为了达到制剂贮存要求，一般不应添加碳数大于4的醇类助表面活性剂,为了降低极性助表面活性剂对环境的不利影响，建议添加毒性低、浊点高的乙醇作为助表面活性剂,筛 选建 议,微乳剂配方组成防冻剂
22、,微乳剂在低温下，易发生低温冻结现象,在微乳剂中使用的防冻剂，需具备良好的防冻性能，且挥发性低,常用的防冻剂有乙二醇、丙二醇、丙三醇、己二醇、尿素、硫酸铵、NaCl、CaCl2等,以醇类为助表面活性剂，一般无需另外添加防冻剂,一般加入5%10%,品 种,特 点,原 因,用 量,微乳剂配方组成水质,理论上，配制微乳剂以蒸馏水为佳,在5烯唑醇微乳剂中，用自来水配制反而比蒸馏水低温稳定性好，在10%阿维哒微乳剂中，用蒸馏水和 1000mg/L硬水配制阿维菌素分解率较高,根据研究结果，用自来水配制的某些微乳剂粒径更小，分布更窄，微乳剂更稳定,一个质量优良的微乳剂配方，应综合考虑各种影响因素，使之有较宽的适应性，在不同水质情况下，配制的微乳剂理化性状均应保持稳定,微乳剂的质量技术指标,气谱或高效液谱法测定,pH计测定,区域下限即低温稳定性，区域上限即浊点，建议透明温度区域为056，最佳为-560,301，1h，稀释100倍液,GB/T 19136，542，14d,GB/T 19137，01，7d,一般以自来水配制，用水量在30%以上,
