50%氟环唑·甲基硫菌灵悬浮剂储存过程中晶体结构研究

戴焰林，李书香，郑 玥

(江苏省中江海外进出口有限公司，南京210023)

农药悬浮剂因其药效好、施用方便、水基化、绿色环保等特点成为近年来我国农药制剂的主力剂型[1]。但作为热力学不稳定体系，悬浮剂在储存过程中容易出现分层、沉降等物理稳定性问题，是开发者关注的重点[2-3]。

50%氟环唑·甲基硫菌灵悬浮剂是一种适用范围广、成本低、效果好的杀菌剂组合物，兼具预防和治疗作用，可用于防治小麦白粉病、条锈病和赤霉病[4-5]。笔者在生产50%氟环唑·甲基硫菌灵悬浮剂产品时发现，该产品在储存过程中，极易形成大尺寸的结晶颗粒，导致分层、结底、悬浮率下降、堵喷头等问题。为此，本文重点分析了50%氟环唑·甲基硫菌灵悬浮剂储存过程中晶体颗粒的结构和形貌，探讨其颗粒长大的根本原因，以期为解决类似产品的储存稳定性提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 原药与助剂

原药：97%甲基硫菌灵(thiophanate-methyl)原药(安徽广信农化股份有限公司)，98%氟环唑(epoxiconazole)原药(江苏七洲绿色化工股份有限公司)。

表面活性剂：高分子梳状共聚物分散剂Atlox 4913(英国禾大公司)；烷基萘磺酸盐甲醛缩合物Morwet D-425[诺力昂特种化学(上海)有限公司]；烷基醇聚氧乙烯醚TergitolTMW-600(陶氏化学)；增稠剂：黄原胶(淄博中轩生化有限公司)、硅酸镁铝(苏州中材矿物材料分公司)；防冻剂：丙二醇(国药集团化学试剂有限公司)；消泡剂：有机硅消泡剂(南京立人高分子材料科技有限公司)；防腐剂：卡松(南京古田化工有限公司)；均为市购。

1.2 主要仪器

200 mL立式砂磨机(上海赛杰化工设备公司)；T18型数显型高剪切均质乳化机(德国IKA集团)；BT-9300型激光粒度分布仪(丹东百特仪器有限公司)；TGA/DSC型同步热分析仪(瑞士梅特勒-托利多公司)；D8 ADVANCE X型射线粉末衍射仪(德国Bruker公司)；CAD4/PCX型射线单晶衍射仪(荷兰Enraf-Noius公司)；Quanta FEG250型扫描电子显微镜(美国FEI公司)。

1.3 试样制备

采用湿法研磨工艺，将氟环唑原药、甲基硫菌灵原药、润湿剂、分散剂、增稠剂、防冻剂、消泡剂、防腐剂按比例与水混合，使用高速剪切机以1 800 r/min的转速预分散剪切10~15 min，然后将剪切好的混合物料转入砂磨机，按体积比1∶1加入氧化锆珠，在2 000 r/min的转速下砂磨2 h，采用激光粒度分析仪检测粒径，待粒径D90控制在5 μm以下，过滤得到50%氟环唑·甲基硫菌灵悬浮剂样品。

将上述方法制备的50%氟环唑·甲基硫菌灵悬浮剂样品，常温放置4周，用200目筛网过滤得到固体物质，蒸馏水清洗、烘干，得到结晶颗粒物(以下称结晶物)。

将氟环唑原药、甲基硫菌灵原药按配方含量混均，得到物理混合物(以下称混合物)。

1.4 粒度分析

采用BT-9300型激光粒度分布仪对新制备的50%氟环唑·甲基硫菌灵悬浮剂样品和常温储存4周的样品分别进行粒度分布测试。设置颗粒折射率1.52，介质折射率1.33，激光遮光度范围8%~15%。

1.5 X射线粉末衍射分析(PXRD)

采用D8-ADVANCE型X射线粉末衍射仪对氟环唑原药、甲基硫菌灵原药、混合物和结晶物进行测试，测试条件：石墨单色器，Cu-Kα辐射，波长1.541Å，管电压40 kV，管电流40 mA，连续扫描模式，步长0.01°，扫描速度5°/min，扫描范围2θ为3°~40°。

1.6 单晶X射线衍射分析(SCXRD)

采用CAD4/PCX射线单晶衍射仪对结晶物的晶胞参数进行测试，测试条件：石墨单色器，Cu-Kα辐射，波长1.54178Å，温度293 K。

1.7 扫描电镜分析(SEM)

采用Quanta FEG250扫描电子显微镜对氟环唑原药、甲基硫菌灵原药和结晶物的形貌进行观察比较。

2 结果与讨论

2.1 粒度分布

通过激光粒度分析仪可以测定悬浮剂样品中固体悬浮颗粒的粒径大小分布，直观的判断悬浮剂固体颗粒在储存过程中变化。50%氟环唑·甲基硫菌灵悬浮剂样品在常温放置4周后，粒度分布D50从1.504µm增长到56.47µm，D90从3.650µm增长到124.0µm，表明产品中固体悬浮颗粒粒径有明显增长(图1)。

图1 新制备(a)样品和储存4周(b)样品粒径分布对比图

2.2 X射线粉末衍射图PXRD分析

每一种晶体的X射线粉末衍射图谱都是独特的，衍射图谱的位置和强度均具有独特的性质。当新晶体生成的时候，在粉末衍射图谱中就会有新的衍射峰出现及旧的衍射峰消失[6]。对比原材料与制备的样品PXRD曲线的差异，可以判断原材料之间存在相互作用。

图2为氟环唑原药、甲基硫菌灵原药、混合物和结晶物的PXRD图谱。通过分析PRXD图谱可知：混合物的PXRD图谱是氟环唑和甲基硫菌灵PXRD图谱的叠加，而结晶物的PXRD图谱中，氟环唑在2θ=7.21°、14.52°、20.76°处的特征峰消失，而甲基硫菌灵在2θ=10.55°、13.33°、21.21°、22.77°、27.21°处的特征峰消失，在2θ=9.90°、18.01°、19.81°处产生新的强衍射峰，新的衍射峰不属于氟环唑和甲基硫菌灵，说明有新的晶体结构产生，判定出现了不同于2者的新的结晶物质。

图2 氟环唑原药、甲基硫菌灵原药、混合物和结晶物的PXRD图

2.3 单晶X射线衍射图SCXRD分析

结晶物样品的SCXRD相关的晶体数据见表1。可见，主要的晶体学参数：三斜晶系，手性空间群为P-1，晶胞参数为a=9.803 9(1)Å、b=11.966 2(1)Å、c=15.241 8(2)Å、α=94.746(1)°、β=108.656(1)°、γ=110.826(1)°，晶体体积为1 543.99(3)Å3，晶体尺寸为0.20 mm×0.10 mm×0.10 mm，说明结晶物是氟环唑和甲基硫菌灵形成的共晶，共晶结构属于三斜晶系的P-1空间群，其不对称单元结构中含有1个氟环唑分子和1个甲基硫菌灵分子，氟环唑和甲基硫菌灵分子主要通过N-H…N和N-H…F等氢键作用力形成超分子共晶。共晶体系的最小不对称单元结构和晶胞堆积图如图3所示。

表1 结晶物样品单晶X射线衍射晶体数据

图3 共晶体系的最小不对称单元结构(a)和晶胞堆积图(b)

2.4 扫描电镜(SEM)分析

氟环唑原药、甲基硫菌灵原药和结晶物的SEM图见图4。由图4可知：结晶物的外观与氟环唑原药和甲基硫菌灵原药明显不同，氟环唑原药为棒状晶体，甲基硫菌灵原药为棱状晶体，结晶物为多边柱状晶体，具有明显的形成共晶的特征。

图4 氟环唑原药(A)、甲基硫菌灵原药(B)和结晶物(C)的SEM图

3 结 论

本试验证实以湿法研磨工艺制备的50%氟环唑·甲基硫菌灵悬浮剂在常温储存过程中产生的沉淀晶体颗粒是氟环唑和甲基硫菌灵相互作用形成的共晶，属于三斜晶系P-1空间群，是由1个氟环唑分子和1个甲基硫菌灵分子组成的基本结构单元，并提出形成氟环唑-甲基硫菌灵共晶导致颗粒粒径增长是50%氟环唑·甲基硫菌灵悬浮剂储存稳定性变差的主要因素。