种子处理可分散粉剂中的填料对玉米种衣剂应用的影响

刘景坤，李鑫娥，李鹏

（张家口市农业技术推广站，河北 张家口 075000）

种子处理可分散粉剂（water dispersible powder for slurry seed treatment，WS） 是一类用于种子表面处理的农药剂型，有效成为多为杀虫剂和杀菌剂，具有防治作物苗期病虫害、提高幼苗成活率等作用[1，2]。使用包衣种子不仅可以提高幼苗成活率，还可以有效减少农药使用量，降低人力和物力的投入[3，4]。但在实际生产中，因种子包衣后表面光滑度降低而导致的下种量减少现象频频发生。

WS 由原药、乳化剂、分散剂、成膜剂、防沉降剂和填料组成，是多种物质混合而成的一种均匀粉体[5，6]。同种农药制剂中不同助剂类型和配比对农药最终的理化性质影响很大，WS 中占比较大的原药和填料对其整体物理性状影响较大[7]，在原药确定的前提下，填料对粉剂的物理性状就起到了至关重要的作用，常用的填料有白炭黑、轻钙、硅藻土、膨润土等[8]。近几年在玉米生产中发现，使用WS 包衣种子播种的地块常出现缺苗现象，但目前对于是否是因为WS中的填料不同而影响下种量的观点尚未得到理论研究的支持。为了探明原因，对不同填料的WS 吸湿率和坡度角进行了测定，再计算玻璃点转化温度，旨为探明WS 中不同填料对下种量的影响，进而优化WS 配方，有效缓解种子包衣后光滑度降低及田间缺苗现象。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验药品为96%吡虫啉原药（河北野田化工有限公司）。所用试剂有乳化剂A（邢台市蓝天精细化工公司）、分散剂B（萘磺酸盐甲醛缩合物）、PEG8000（山西三维有限公司）、白土（寿光市昌泰微纳化工厂）、黄原胶（寿光市昌泰微纳化工厂） 和碱性玫瑰精（东光县兴业化工厂）。填料为轻质碳酸钙（轻钙） 和白炭黑。

所用仪器有LD-200 型高速多功能粉碎机（浙江永康市红太阳机电有限公司）、OMEC LS-POP（Ⅲ）激光粒度分析仪（珠海欧美克科技有限公司）、电子天平（BS210S，北京赛多里斯天平有限公司）、30 mL扁形称量瓶（上海昀冠机电设备有限公司）、干燥器（杭州汇尔仪器设备有限公司） 和恒温培养箱（上海飞越仪器公司），以及1 套利用膨胀计原理自制的用于测量粉体玻璃化转变温度的实验装备[9]和1 套自制的用于测量种子堆坡度角的实验装置。

1.2 试验方法

1.2.1 70%吡虫啉WS 的制备 参考杨德慧等[10]方法进行。按照配方中各物质质量比吡虫啉70%、乳化剂A 4%、分散剂B 8%、PEG80005%、白土4%、黄原胶1%、填料8%，准确称量各组分。试验填料种类设轻钙、亲水性白炭黑和疏水性白炭黑3 个处理。每份WS 均使用LD-200 型高速多功能粉碎机粉碎5 次，每次粉碎时间均为1 min。将加工好的WS 稀释到合适浓度，利用OMEC LS-POP（Ⅲ） 激光粒度分析仪，在遮光比80%条件下测定粒径，每个样品均重复测定5 次，保证各样品粒径分布相对一致[11]。

1.2.2 测定项目与方法

1.2.2.1 WS 吸湿率。WS 吸湿率的测定参考曹兰等[12]方法进行。取上述制备好的70%吡虫啉WS 样品5 g，置于已知质量的称量瓶中，在烘箱内110 ℃烘干至恒重，密闭冷却至室温，精确称量（W0）；取下称量瓶盖，放入盛有不同盐类饱和水溶液（表1） 的干燥器内，置于25 ℃培养箱中，每隔一段时间称量1 次，直至达到恒重（W1）。

表1 不同饱和盐溶液的恒定湿度值[13]Table 1 Constant humidity value of different saturated salt solutions （%）

根据公式，计算吸湿率〔（W1-W0） /W0×100%〕。

根据物质在不同湿度下的吸湿率，在吸湿曲线上的高、低相对湿度处分别作切线，2 条切线交点所对应的横坐标即为临界相对湿度。

1.2.2.2 WS 玻璃点转化温度。WS 玻璃点转化温度的测定参考战希臣等[14]方法，利用自制实验装置进行。分别取不同填料的干燥和吸湿饱和的70%吡虫啉WS，将粉体压缩排出空气，放入试样瓶底部，装置内填充丙三醇作为惰性填充液，将试样瓶底部分别加热至20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80 ℃，记录各温度下的液体体积。根据不同温度下的液体体积，得到V（体积） -T（温度） 曲线；再通过膨胀系数公式〔α＝（Vt-V0） /V0t，式中，α 为膨胀系数，Vt-V0为物质温度每改变1 ℃时体积的变化，V0t为物质在0 ℃时的体积〕转变为α（膨胀系数） -T（温度） 曲线。随着温度升高，α-T 曲线上会出现1 个拐点，此拐点对应的温度即为该物质的玻璃点转变温度（Tg）。

1.2.2.3 包衣种子坡度角。采用田间玉米播种机改造而成的电动机械播种机，在种子堆积坡度角测量装置的播种口下方放置一直径22 cm 的培养皿，使玉米种子不断落入培养皿中，当种子高度不再增加时停止播种，原地测量种子堆高度（H）。重复测定5 次，取平均值。根据公式，计算坡度角：

2 结果与分析

2.1 不同填料WS 的吸湿率

不同填料的WS 吸湿率均随湿度增大呈逐渐增加趋势，其中，使用亲水性白炭黑为填料的WS 吸湿率增加最多，使用疏水性白炭黑为填料的WS 吸湿率增加最少（图1）。湿度为93.58%时，使用亲水性白炭黑、轻钙、疏水性白炭黑为填料的WS 吸湿率分别为7.51%、3.80%和0.14%。

图1 不同填料WS 的吸湿率—湿度关系曲线Fig.1 Relationship curve between humidity absorption rate and humidity of WS with different fillers

2.2 不同填料WS 的玻璃点转化温度

根据不同温度下的液体体积，得到不同填料WS的体积—温度曲线（图2）；利用膨胀系数公式，计算得到膨胀系数—温度曲线（图3）。以填料疏水白炭黑处理为例，对膨胀系数—温度曲线进行拟合与求导，得到拟合后的膨胀系数—温度曲线（图4），该曲线顶点即为该物质的玻璃点转化温度。通过计算得到，以 亲水性白炭黑、疏水性白炭黑、吸湿轻钙、干燥轻钙为填料的WS 玻璃点转化温度分别为48.48、66.67、61.21 和77.00 ℃。

图2 不同填料WS 的体积—温度关系曲线Fig.2 Relationship curve between volume and temperature of WS with different fillers

图3 不同填料WS 的膨胀系数—温度关系曲线Fig.3 Relationship curve between expansion coefficient and temperature of WS with different fillers

图4 不同填料WS 的拟合后膨胀系数—温度关系曲线（以疏水性白炭黑为例）Fig.4 Relationship curve between fitted expansion coefficient and temperature of WS with different fillers

2.3 不同填料WS 包衣种子的坡度角

不同填料WS 包衣种子的坡度角为49.80～58.26°，指标值顺序为亲水性白炭黑处理＞吸湿轻钙处理＞疏水性白炭黑处理＞干燥轻钙处理（表2）。

表2 不同填料WS 包衣种子的坡度角Table 2 Angle of gradient of seeds coated with different WS

3 结论与讨论

玻璃转化温度是指非晶物质由玻璃态转变为高弹态时的温度[15]。Ma 等[16]研究认为，混合物含水量较高时，粒子间可以形成饱和溶液，使得混合物间接触点发黏，影响混合物的流动性。将以上2 个理论应用到本研究可以得出，由于水的玻璃转化温度低于固体物质，WS 的填料从空气中吸水后造成WS 混合物由玻璃态转变为高弹态的温度点下降，进而导致WS 混合物的玻璃转化温度降低。物质由玻璃态转变为高弹态是一个过程，玻璃转化温度降低后，随着温度升高，物质更加容易表现出高弹态的性质，加剧了粒子间粘连[17]。物质吸湿性与其所含成分密切相关，不同物质的吸湿率不同[18]。根据药剂学研究领域对相对临界湿度的定义可知，具有水溶性的药物粉末在较低的相对湿度环境时一般不吸湿，但当提高相对湿度到某一定值时，吸湿量会急剧增加[19]。含有2 种或2 种以上水溶性物质的混合物较单一成分物质更加容易吸湿[20]。本研究中采用饱和溶液法测定了不同填料WS 的吸湿率，发现添加亲水性白炭黑的WS 处理临界相对湿度较小。结合各WS 吸湿率结果可计算出，在湿度较小的情况下，以亲水性白炭黑为填料的WS 从空气中吸收的水分更多。

本研究结果显示，使用不同填料的WS 在空气中的吸湿率不同，利用一系列公式计算得出吸湿后的WS 玻璃点转化温度高低不等。使用不同填料WS 的包衣种子坡度角不一样就可解释为，由于物质吸水后可降低物质玻璃转化温度，增加了粒子间“黏力”，从而导致2 个物质之间摩擦力增加。在实际生产中使用WS 对种子包衣后，种子表面存在一层“药膜”，而这层混合物会在环境湿度较大时从空气中吸收水分，加上包衣过程自身会残存一部分水，就会导致包衣种子间的摩擦力增大，而种子间摩擦力增大后会导致玉米堆坡度角增大。我国部分地区玉米播种时节常出现温度较高且降雨量较大的高温高湿天气，在这种天气下播种WS 包衣后的玉米种子，就会出现玉米种表面种衣剂的吸湿现象，从而产生种子表面光滑度下降的结果。加上现在播种普遍使用的勺轮式玉米播种机的设计，可能在某一时间下，在摩擦力足够大的情况下种子堵在下种管内，影响正常下种。这就解释了为什么在高温高湿环境下使用播种机播种会出现缺苗现象的原因。

针对这一问题，提出以下3 点建议： （1） 农药研发部门在研发产品时要注意WS 的填料吸湿性问题，尽可能避免选择吸湿性强的物质作为WS 的填料；（2） 在实际生产中，要尽量避开高温高湿天气下播种；（3） 改进播种机播盘设计。