20%异丙甲 • 苄泡腾片剂的研制及其对稻田杂草的防治效果

延卫垚, 杨景涵, 马英剑, 秦敦忠, 陈 旺, 陈志洋, 冯建国*,

(1. 扬州大学 园艺与植物保护学院，江苏 扬州 225009；2. 江苏擎宇化工科技有限公司，江苏 扬州 211400)

异丙甲草胺(metolachlor)属于选择性芽前土壤处理剂，主要防治稗草、千金子等一年生禾本科杂草，但对阔叶杂草的防效较差[1-2]，而苄嘧磺隆(bensulfuron-methyl)对大部分阔叶杂草和莎草科杂草活性高[2-3]，因此，若将两种除草剂同时期使用，推测可以有效防除稗草、千金子、鳢肠和莎草等杂草。然而，异丙甲草胺为油状液体，苄嘧磺隆为粉状固体，二者不便直接混用。目前，中国已有13 个异丙甲草胺与苄嘧磺隆的复配产品获得登记，加工剂型包括可湿性粉剂(7 个)、细粒剂(3 个)和泡腾粒剂(3 个)，这些制剂主要通过药土法撒施，用来防除水稻移栽田一年生杂草[2]。泡腾剂是一种投入水中能迅速产生气泡并崩解扩散、可均匀充分发挥药效的粒状或片状固体制剂，具有使用方便、环境污染小和高效低毒等优点[4-6]，符合农药剂型的发展方向。鉴于此，本研究通过对填料、崩解剂、润湿剂、分散剂和润滑剂等的筛选，研制了可在稻田中自动崩解分散的20%异丙甲 • 苄泡腾片剂，旨在为高效、安全和方便的稻田施药提供思路。

1 材料与方法

1.1 供试材料

98%异丙甲草胺(metolachlor)原药，山东滨农科技有限公司；96.6%苄嘧磺隆(bensulfuronmethyl)原药，浙江天丰生物科学有限公司； 960 g/L异丙甲草胺乳油(EC)，山东绿霸化工股份有限公司；10%苄嘧磺隆可湿性粉剂(WP)，安徽圣丰生化有限公司；20% 异丙甲 • 苄(有效成分质量比17 : 3)可湿性粉剂，美丰农业科技(上海)有限公司。酸源：柠檬酸和酒石酸，山东巨伟泰生物科技股份有限公司。碱源：碳酸钠和碳酸氢钠，潍坊海之源化工有限公司。分散剂：亚甲基双萘磺酸钠(NNO)，青岛海洋化工有限公司；羧酸盐分散剂D1003，北京汉莫克化学技术有限公司；分散剂Greensperse 202 (G202)，北京格林泰姆科技有限公司；十二烷基硫酸钠，国药集团化学试剂有限公司。润湿剂：润湿剂790A，南京捷润有限公司；木质素磺酸钠，上海庭若化工有限公司；烷基萘磺酸盐(EFW)，阿克苏诺贝尔公司；十二烷基苯磺酸钠，国药集团化学试剂有限公司。润滑剂：滑石粉，平度市天一制粉有限公司；聚乙二醇6000 (PEG6000)，邢台鑫蓝星科技有限公司；硬脂酸镁，高密市金福祥助剂有限公司。填料：硅藻土，吉林远通矿业有限公司；有机膨润土，常州恒润化工有限公司；白炭黑，广州利比新材料科技有限公；高岭土，河北佳士力化工有限公司。

1.2 仪器和设备

QLF-120 气流粉碎机，苏州金远胜智能装备股份有限公司；Quadrasorb EVO 比表面分析及孔径综合分析仪，美国安东帕仪器公司；TDP-1.5T单冲压片机，河北德科机械科技有限公司；YPD-200C 型片剂硬度仪，济南千司生物技术有限公司。

1.3 制备方法

使用吸附性填料吸附异丙甲草胺原药(原油)至有良好流动性，然后与苄嘧磺隆、分散剂、润湿剂和润滑剂按比例混合，在气流粉碎机中粉碎至75 μm (200 目)以下。待其冷却后，称取混合物进行压片，得到泡腾片剂。加工工艺流程见图1。

图1 泡腾片剂加工工艺流程Fig. 1 Process for the preparation of effervescent tablets

1.4 相关指标测试方法

1.4.1 崩解时间 将泡腾片剂投入水槽中，从片剂接触水面开始计时，直到完全崩解分散后结束计时。除另有规定外，各片剂均应在8 min 内崩解完成[7]。

1.4.2 悬浮率 按文献[8]中的4.3 节进行。

1.4.3 润湿性测定 按文献[9]中的第6 节进行。

1.4.4 热贮稳定性 按文献[10]中的2.3 节进行。

1.4.5 硬度 采用YPD-200C 型片剂硬度仪测试，重复3 次，取平均值。

1.4.6 颗粒间孔隙率和豪斯纳比 将20 g 待测样品缓慢匀速地加入到50 mL 量筒中，轻轻抹平表面，读取待测颗粒的体积(Va)，计算松密度(Da)；将上述盛有待测颗粒的量筒，同一高度上下振动200 次，读取待测颗粒的体积(Vc)，计算振实密度(Dc)[11]。

由松密度和振实密度按公式(1)计算颗粒间孔隙率(Ie)[11]。

1.4.8 吸湿率 参考文献方法[12]测定样品在温度为25 ℃ ± 1 ℃、相对湿度为80 % ± 2%条件下的吸湿率。

1.5 氮气吸附

取约0.5 g 粉碎至粒径150 μm (100 目)的样品，真空110 ℃干燥12 h，充分除去孔隙残余流体，在77 K 和相对压力为0.010～0.993 范围内获得样品的氮气吸附曲线。

1.6 二氧化碳释放量测定

采用失重法[7]。称量并分别记录泡腾片发泡前和发泡完全后的质量，计算释放二氧化碳的质量。

1.7 田间防治效果试验

试验在扬州市城北乡槐南村进行，试验地水肥及栽培条件均一，土地平整，沙质土壤。防除对象为4 种稻田杂草：稗草Echinochloa crusgalli(L.) Beauv.、千金子Leptochloa chinensis(L.)Nees、莎草Cyperus rotundusL.和鳢肠Eclipta prostrata(L.) L.。设置5 个处理：处理1 为20%异丙甲 • 苄泡腾片(有效成分120 g/hm2)；处理2为20%异丙甲 • 苄泡腾片(有效成分180 g/hm2)；处理3 为10%苄嘧磺隆可湿性粉剂(有效成分120 g/hm2)；处理4 为960 g/L 异丙甲草胺乳油(有效成分120 g/hm2)；处理5 为20%异丙甲 • 苄可湿性粉剂(有效成分120 g/hm2)；处理6 为清水对照。试验设计4 次重复，每小区面积20 m2，随机区组排列，小区间筑田埂隔开。水稻播后5 d 施药，分别于药后20 d 和40 d 调查防治效果[13]。

2 结果与分析

2.1 填料选择

吸附性填料主要用于吸附原油，其吸油能力是筛选的主要依据之一，而吸油能力与粒子表面性能、粉体比表面积以及粉料颗粒间空隙有关[14]。由不同填料的氮气吸附曲线(图2)可以看出，4 种填料的氮气吸附能力由大到小排序为：白炭黑 >膨润土 > 高岭土 > 硅藻土，其中白炭黑的氮气吸附量(> 30 cm3/g)远高于其他3 种，比表面积最大。同时，吸附原油后的流动性、颗粒间孔隙率呈现出与氮气吸附相一致的结果(表1)，白炭黑的颗粒间孔隙率最大，流动性最优，膨润土次之。

图2 不同填料的氮气吸附曲线Fig. 2 Nitrogen adsorption curves of different fillers

表1 不同填料的物理性质Table 1 Physical properties of different fillers

由于在实际操作中单独以白炭黑为填料制备泡腾片难以成片，故将吸油率较大的白炭黑与有机膨润土进行复配。参考文献方法[15]，先固定配方中填料的种类和其他组分，只变换两种填料的比例。本研究中固定异丙甲草胺(质量分数，下同)16%、苄嘧磺隆4%、酒石酸20%、碳酸氢钠20%、烷基萘磺酸盐 (EFW) 6%、分散剂G202 4%、硬脂酸镁3%和填料27%条件下，测定两种填料不同比例下的崩解时间、悬浮率和硬度，结果见表2。

表2 填料选择Table 2 Filler selection

从表2 可以看出，以不同比例的白炭黑和有机膨润土为填料制备的泡腾片剂，其崩解时间和悬浮率相差不多，且均能满足要求，但当硬度过低时在运输途中容易破裂，不能满足实际要求，因此，选择以m(白炭黑) :m(有机膨润土) = 9 : 18作为填料。

2.2 崩解剂选择

崩解剂是利用碳酸根或碳酸氢根的碱与酸根离子遇水产生CO2的原理，帮助泡腾片在水中自动崩解扩散，酸、碱的种类和比例均会影响其反应速率和CO2释放量。崩解剂的性能主要取决于崩解时间、吸湿率和CO2释放量[16-17]。在前期试验基础上，一方面固定其他组分为16%异丙甲草胺、4% 苄嘧磺隆、9% 白炭黑、18% 有机膨润土、6% EFW、4% G202 和3%硬脂酸镁；另一方面，固定酸碱总质量分数为40%，变换酸碱比例，从柠檬酸、酒石酸、碳酸钠和碳酸氢钠中筛选出合适的崩解剂。

从表3 数据可以看出，当选择m(酒石酸) :m(碳酸氢钠) = 20 : 20 为崩解剂，且总用量(质量分数)为40%时反应完全，泡腾片崩解时间最短(407 s)，CO2释放量最高(0.202 g)。这是由于酒石酸和碳酸氢钠的相对分子质量较小，相同质量的酸碱可以电离出更多的羧基和碳酸氢根离子参与反应，产生更多的CO2。各组泡腾片剂的吸湿率差异不大，24 h 吸湿率均低于7%，抗吸水性能较好，适应一般条件下保存和运输。

表3 崩解剂选择Table 3 Disintegrant selection

2.3 润湿剂选择

润湿剂可以使疏水性颗粒易于被水润湿，有利于快速崩解[18-20]。固定其他组分为16%异丙甲草胺、4%苄嘧磺隆、18%有机膨润土、9%白炭黑、20% 酒石酸、20% 碳酸氢钠、4% G202 和3% 润滑剂硬脂酸镁，以790A、十二烷基硫酸钠、木质素磺酸钠和EFW 为润湿剂进行测试，质量分数均为6%。表4 是添加不同润湿剂后母粉的润湿效果，可以看出，以质量分数为6%的EFW作为润湿剂润湿时间最短(43 s)。

表4 润湿剂选择Table 4 Wetting agent selection

2.4 分散剂选择

分散剂在泡腾片崩解过程中可以吸附到固体粒子表面，降低粒子表面自由能，防止团聚，从而提高崩解后体系的悬浮稳定性[21-23]。固定其他组分为16%异丙甲草胺、4%苄嘧磺隆、18%有机膨润土、9%白炭黑、20%酒石酸、20%碳酸氢钠、6%EFW 和3%润滑剂硬脂酸镁，以十二烷基苯磺酸钠、NNO、D1003 和G202 为分散剂进行试验。分散剂的质量分数一般为4%～8%，由于润湿剂兼具分散性能，本研究中取其用量下限4%，以悬浮率为指标筛选分散剂。

从表5 可以看出，以质量分数为4%的G202作为分散剂制备的泡腾片剂的悬浮率最高，而以十二烷基苯磺酸钠等其余3 种分散剂制备的泡腾片剂的悬浮率相差不大，且都低于85%，因此选择4%的G202 作为分散剂。

表5 分散剂选择Table 5 Dispersant selection

2.5 润滑剂选择

添加润滑剂可以增加颗粒的流动性，减少颗粒与冲模之间的摩擦，有利于成型，并使得药片表面光滑美观[24]。固定其他组分为16%异丙甲草胺、4%苄嘧磺隆、9%白炭黑、18%有机膨润、20% 酒石酸、20% 碳酸氢钠、6% EFW 和4%G202，以滑石粉、PEG6000 和硬脂酸镁为润滑剂进行试验，质量分数均为3%。

从表6 可以看出，以硬脂酸镁作为润滑剂制备的片剂表面光滑，且不黏附冲头，因此选择质量分数为3%的硬脂酸镁作为润滑剂。

表6 润滑剂选择Table 6 Lubricant selection

2.6 包装材料选择

在制备和储存过程中，泡腾片剂对水分比较敏感，容易吸水后发生胀袋，因此，包装材料应具有较好的气密性和防水性能[25]。试验中将泡腾片放入包装袋内，抽成真空并封口，在54 ℃、相对湿度大于60%的环境下贮存14 d，检查是否胀袋。结果(表7)表明，用水溶袋和PE 袋包装泡腾片剂热储14 d 后，出现胀袋现象，不崩解；而以铝箔袋进行包装，则无胀袋现象，且容易崩解，因此，选择铝箔袋作为包装材料。

表7 包装材料选择Table 7 Packaging material selection

2.7 优化配方确定及其性能指标

通过以上试验，确定制备20%异丙甲 • 苄泡腾片剂的优化配方为(质量分数)：16%异丙甲草胺，4% 苄嘧磺隆，9% 白炭黑，18% 有机膨润土，20%酒石酸，20%碳酸氢钠，6% EFW，4%G202，3%硬脂酸镁。

2.7.1 CO2释放量 泡腾片剂在贮存过程中，CO2释放量是检测片剂稳定性的重要指标之一，试验对比了热贮前后释放CO2的质量。结果(表8)表明，随机选取的泡腾片在热贮前后CO2释放量无明显变化，证明所制备的20%异丙甲 • 苄泡腾片剂在久贮后不会产生因酸碱损耗而无法崩解的现象。

表8 热贮前后CO2 释放量Table 8 Release amount of CO2 before and after the thermal storage

2.7.2 热贮稳定性 按照国家标准中泡腾片剂热贮稳定性的测试条件，在(54 ± 2) ℃条件下贮存14 d，要求分解率不大于6%[26]。对按照上述优化配方制备的20%异丙甲 • 苄泡腾片剂样品进行热贮稳定性测试。结果(表9)表明，热贮前后有效成分含量和悬浮率无明显变化，尽管崩解时间延长，但仍符合要求。

表9 20%异丙甲 • 苄泡腾片热贮稳定性Table 9 Thermal storage stability of metolachlor +bensulfuron-methyl 20% effervescent tablets

2.8 药效试验结果

以960 g/L 异丙甲草胺乳油、10%苄嘧磺隆可湿性粉剂和20%异丙甲 • 苄(17 : 3)可湿性粉剂为对照药剂，测定了泡腾片剂对稗草、千金子、鳢肠和莎草4 种水稻田杂草的田间防治效果。结果(表10)表明：药后20 d，20%异丙甲 • 苄泡腾片剂有效成分120 和180 g/hm22 个处理对总草的株防效分别为91.42%和94.05%；药后40 d，这2 个处理对总草的株防效分别为86.03% 和88.90%，对总草的鲜重防效分别为90.05%和93.19%，明显优于10%苄嘧磺隆可湿性粉剂和960 g/L 异丙甲草胺乳油处理对总草的鲜重防效和株防效。由药剂对各总草的防效可以看出：相同剂量(有效成分120 g/hm2)下，20%异丙甲 • 苄泡腾片剂处理对莎草的鲜重防效稍优于20%异丙甲 • 苄可湿性粉剂，对稗草、千金子和鳢肠的防效与20%异丙甲 • 苄可湿性粉剂相当，各处理间差异不显著。

表10 20%异丙甲 • 苄泡腾片剂对稻田杂草的株防效和鲜重防效Table 10 The control efficacy of metolachlor + bensulfuron-methyl 20% effervescent tablets based on the weed number and fresh weight in rice fields

续表10Table 10 (Continued)

3 讨论与结论

稗草、千金子、鳢肠和莎草等杂草在稻田发生量大，会对水稻的产量和品质产生重大影响，已成为水稻高产丰收的主要障碍之一。异丙甲草胺属于播后苗前除草剂，对稗草和千金子等稻田一年生杂草高效。苄嘧磺隆属于选择性内吸传导型稻田除草剂，能有效防除一年生及多年生阔叶杂草和莎草。在实际生产中，通过将异丙甲草胺与苄嘧磺隆复配，不仅可以扩大杀草谱，而且可以提高安全性、节省用工、促进水稻增产。当前，异丙甲草胺与苄嘧磺隆复配产品的加工剂型主要是可湿性粉剂和细粒剂[2]，在稻田使用时需要拌细沙撒施，人工成本高，使用不方便。泡腾剂是一种投入水中能迅速产生气泡并崩解扩散、均匀充分发挥药效的固体制剂，具有使用方便、环境污染小和高效低毒等优点，符合农药剂型的发展方向，也为植保作业提供了省力化途径。目前，尽管已有异丙甲草胺与苄嘧磺隆复配的泡腾粒剂获得了登记，但是泡腾粒剂需要在不添加水的条件下进行复杂的造粒工序，且在运输、贮存过程中容易破损，影响崩解效果和防除效果。泡腾片剂则是以片为单位剂量，使用时无需专业器械，直接将药剂投入水田中，每公顷稻田一般只需十几分钟即可完成施药，明显减少了施药次数和施药者工作量，提高了工作效率。尽管农药泡腾剂在国内应用起步较晚，但其在劳动强度和使用技术等方面的突出优势，在一定程度上会推动我国农药使用技术迈上新的台阶[4,14]。

尽管泡腾片剂在农药省力化使用方面具有优势，但是筛选获得性能优异的配方仍存在一定难度[4]，尤其是当泡腾片剂配方中有液体原药存在时，对于填料的吸附性能和流动性能要求较高，而填料筛选的传统方法主要依靠剂型工程师通过肉眼观察其吸附性和流动性，相对粗放，准确率低。本试验引入吸附量、颗粒间孔隙率、休止角和豪斯纳比等指标可以量化的筛选方法，使得配方筛选更加精准。

本文试验通过单一变量法筛选获得了20%异丙甲 • 苄泡腾片剂的优化配方(质量分数)：16%异丙甲草胺，4%苄嘧磺隆，18%有机膨润土，9%白炭黑，20%酒石酸，20%碳酸氢钠，6% EFW，4% G202 和3%润滑剂硬脂酸镁。田间药效试验表明，该泡腾片剂在有效成分120～180 g/hm2的用量范围内能有效防除稻田杂草，两种除草剂复配的防效明显优于单剂，防效与已登记的可湿性粉剂相当，持效期达40 d 以上，省时省工，具有推广价值。因此，及时发现和解决稻田除草剂使用中存在的问题，对保证我国水稻丰产及稻米安全有重要的现实意义。