基于油敏紙顯示特性的熱霧劑溶劑試驗

侯秀梅，許林云，戴彬虎，林 歡，韓 江，黃雅杰

基于油敏紙顯示特性的熱霧劑溶劑試驗

侯秀梅，許林云，戴彬虎，林 歡，韓 江，黃雅杰

（南京林業(yè)大學 機械電子工程學院，江蘇 南京210037）

熱煙霧載藥防治技術(shù)具有防效高、用藥省、無需用水等顯著優(yōu)點，但關(guān)于藥液完全熱力煙化后的霧滴沉積分布狀態(tài)及懸浮停留時間卻沒有進行過系統(tǒng)研究。鑒于柴油在油敏紙上無法顯示的現(xiàn)狀，理論分析熱霧劑的組成及特性，綜合考慮溶解性、閃點、黏度、比熱容、表面張力等因素，選取6種不同溶劑進行油敏紙顯性和熱力煙化特性試驗研究，并以霧滴粒徑和發(fā)煙量作為評價溶劑綜合性能的指標。結(jié)果表明：鄰苯二甲酸二甲酯在油敏紙上顯性較好、熱力煙化效果較佳、在噴管內(nèi)的熱分解損失可忽略，是一種性能良好的可供試驗研究應(yīng)用的熱霧劑溶劑。圖2表2參15

林業(yè)機械；熱霧劑；溶劑；脈沖煙霧機；熱力煙化；油敏紙；沉積分布

熱煙霧載藥防治技術(shù)作為一種簡單有效的防治方法，具有防治效率高、成本低、超低容量、污染小、無需用水等顯著特點，較適用于交通不便、林木高大、水源缺乏的林區(qū)，解決了一直困擾病蟲害防治領(lǐng)域的高度、效率、水源等問題，熱煙霧機作為該技術(shù)的施藥機具［1］，也越來越多地在農(nóng)林病蟲害防治中被采用，其所施放的熱霧劑一般為油溶性藥液，是將農(nóng)藥原液與溶劑油以合適的比例相混合稀釋制成，溶劑油一般多為0號柴油，是形成農(nóng)藥煙霧的載體，其形成的農(nóng)藥煙霧滴沉降在植物和有害生物表面，達到防治目的。農(nóng)藥霧滴在植物上的沉積量和分布規(guī)律與農(nóng)藥噴霧的施用效率和防治效果有著緊密的聯(lián)系，故對其進行研究十分重要［2］。圖像分析方法作為獲取噴霧霧滴沉積狀態(tài)參數(shù)的主要分析方法［3］，操作簡單，準確率高，主要用于水敏紙收集水基型農(nóng)藥霧滴，通過圖像分析軟件分析霧滴的覆蓋率和霧滴密度［4］；Salysnim等［5－6］利用水敏紙估測噴霧器噴霧質(zhì)量，檢測結(jié)果正確可靠；邱白晶等［7］在溫室內(nèi)對常溫煙霧機噴施的水霧滴沉積分布進行空間解析，工作效率高，消除了定量分析主觀因素的影響；但現(xiàn)有的水敏紙只能對水基型藥液霧滴顯示，對油溶性藥液霧滴完全不顯示，無法應(yīng)用于煙霧滴的測試研究。目前，針對油溶性霧滴的測試，國內(nèi)外僅有瑞士Syngenta農(nóng)作物保護公司生產(chǎn)出可以對某些油性液體霧滴顯示的油敏紙CF1，準確度及成本均較高。Aykas等［8］利用油敏紙研究大豆油卵磷脂含量、溫度及電壓對航空靜電噴油霧滴粒徑大小的影響，通過圖像分析軟件評價不同操作參數(shù)下油敏紙上的霧滴大小和沉積分布，操作簡單；但初步試驗表明，常用溶劑柴油在該油敏紙上無法顯示，嚴重制約著煙霧滴沉積分布規(guī)律的研究，相關(guān)的針對以油敏紙對油溶性農(nóng)藥霧滴沉積及懸浮停留時間的測試幾乎處于空白現(xiàn)狀。因此，選取合適的可以在油敏紙上顯示的熱霧劑溶劑來代替柴油進行試驗研究對煙霧滴沉積特性的評價具有重大意義。由于熱霧劑需要與熱煙霧機配合使用，故對其組分及性能有一定的要求，其中熱霧劑溶劑作為合成活性組分的原料以及農(nóng)藥原液或其他制劑組分的稀釋劑和載體，應(yīng)滿足溶解能力好，揮發(fā)性、閃點、黏度及表面張力適中，能形成穩(wěn)定的乳狀液或懸浮液，對植物無藥害、環(huán)境安全等基本性能要求［9］。目前，溶劑的選用范圍包括醇、酮以及脂類等［9－10］，種類很多，但是能同時滿足油敏紙顯示特性和熱霧劑溶劑熱力煙化特性要求的溶劑卻比較少，相關(guān)資料十分匱乏，因此，本研究以0號柴油熱力煙化特性為基準，選取不同類型的溶劑進行油敏紙顯性和熱力煙化特性試驗研究，探尋可以代替0號柴油進行農(nóng)藥煙霧滴沉積試驗研究的熱霧劑溶劑，對中國煙霧載藥技術(shù)的深入發(fā)展及應(yīng)用具有重要指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 供試材料

藥械：選用南通廣益機電有限責任公司生產(chǎn)的6HYB-25B（W）型彎管式脈沖煙霧機，作為熱力煙化熱霧劑溶劑施放煙霧的設(shè)備。溶劑：二甲基甲酰胺、環(huán)己酮、丙三醇、鄰苯二甲酸二甲酯、大豆油和0號柴油，特性參數(shù)［11］參見表1，其中0號柴油為對照試驗。

表1 溶劑特性參數(shù)Table 1 Characteristic parameters of different solvents

1.2 試驗方法

將不同溶劑分別加入6HYB-25B（W）型彎管式脈沖煙霧機的藥箱內(nèi)，啟動煙霧機至工作穩(wěn)定后，進行噴施作業(yè)，待煙霧穩(wěn)定后，進行測試［12］。

采用德國新帕泰克有限公司的HELOS/QUIXAL型激光粒度儀及WINDOX軟件操作SUCELL系統(tǒng)對霧滴粒徑進行測量，選取x10，x50，x90作為分析評價溶劑煙化特性的參數(shù)，其分別表示霧滴累計分布為10%，50%，90%的霧滴直徑，即小于此霧滴直徑的霧滴體積占全部霧滴體積的10%，50%，90%，其中x50也稱為霧滴體積中徑（volume median diameter，簡稱VMD）［13］。

采用瑞士Syngenta農(nóng)作物保護公司生產(chǎn)的油敏紙CF1對不同溶劑的顯示特性進行試驗。選用鎳鉻-鎳硅熱電偶，采用直接接觸式測量方法對溫度進行測量，將熱電偶測量端分別放置于藥噴嘴和噴管出口處，并通過溫度顯示儀顯示溫度值［14］。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溶劑在油敏紙上的顯示特性

不同溶劑經(jīng)脈沖煙霧機熱力煙化后，煙霧滴在油敏紙上的沉積顯示特性見圖1，丙三醇和柴油在油敏紙上完全不顯現(xiàn)；大豆油在油敏紙上沉積后顯示性能中等，霧滴分界面模糊，不能準確計算出霧滴粒徑及其覆蓋率；二甲基甲酰胺、環(huán)己酮和鄰苯二甲酸二甲酯在油敏紙上沉積后顯示特性較好，在煙霧滴極其細小或煙霧濃度較低的狀態(tài)下，也可較為清晰顯示，可保證較高的測試精度。

圖1 油敏紙對不同溶劑的顯示特性研究Figure 1 Display characteristic study for different solvents on oil-sensitive paper

2.2 不同溶劑煙化效果

熱霧劑溶劑熱力煙化時的煙霧滴粒徑和發(fā)煙量作為重要指標，可以較好地評價熱霧劑溶劑的熱力煙化效果，各項指標如表2所示。

表2 不同溶劑的煙化特性Table 2 Atomization characteristic of different solvents

霧滴粒徑及均勻性作為衡量溶劑熱力煙化效果的參數(shù)，是噴霧技術(shù)中最重要的指標，霧滴越小，霧滴數(shù)目就越多，覆蓋面積也越大且越均勻，使其可以在空中長時間彌漫，滲入到細小空隙并粘附在植株上，實現(xiàn)較高的防治效率。本試驗中6種溶劑熱力煙化后，x50和x90分別都在10.00 μm和20.00 μm以下，符合煙化霧滴粒徑小于30.00 μm的要求，可以較好地在空中擴散、彌漫及懸浮，其中以鄰苯二甲酸二甲酯的霧滴中徑最小，僅為6.45 μm。

圖2反應(yīng)了6種溶劑熱力煙化時發(fā)煙量的大小。根據(jù)表2中的特性參數(shù)對6種溶劑進行對比分析，二甲基甲酰胺和環(huán)己酮黏度小、揮發(fā)性強、具有強烈地刺激氣味、發(fā)煙量較小，對動植物及環(huán)境均存在較大的危害。大豆油的特性參數(shù)雖基本滿足熱霧劑溶劑的要求，但發(fā)煙量中等，不能滿足煙霧施藥時發(fā)煙量的需求，而且其對農(nóng)藥原液的溶解性能也較差。丙三醇雖然煙化特性好，但黏度較大，因此，使用受限。0號柴油和鄰苯二甲酸二甲酯的特性參數(shù)值較為接近，熱力煙化特性均較好，具有霧滴細小、發(fā)煙量大、藥害作用較低等優(yōu)點，其中鄰苯二甲酸二甲酯的溶解性比0號柴油好。

2.3 熱霧劑有效成分熱分解性能

圖2 不同溶劑的發(fā)煙量Figure 2 Amount of smoke for different solvents

通過油敏紙與不同溶劑顯示特性和煙化效果試驗分析可知，在6種溶劑中，僅有鄰苯二甲酸二甲酯能同時滿足熱力煙化效果好和油敏紙顯示特性好的要求。但是在獲得細小霧滴的同時，大多研究學者都對藥液在噴管中與高溫高速氣流相遇是否發(fā)生有效成分熱分解使藥效降低存在顧慮。大量資料表明：在熱力煙化過程中，從化學動力學角度考慮［15］，在高溫高速氣流中化學反應(yīng)的滯后時間為數(shù)毫秒至數(shù)十毫秒，而煙霧機噴藥時，熱霧劑從高溫過渡到低溫的滯后時間僅為0.3～0.4 ms，故煙霧機在噴藥過程中，熱霧劑受高溫作用的時間極短。目前，0號柴油作為最常用的熱霧劑溶劑，在利用脈沖煙霧機將柴油熱力煙化成細小煙霧進行病蟲害防治時，防治效率極高，可達到90%以上，農(nóng)藥有效成分的熱分解損失可以忽略不計。因此，以0號柴油為對比試驗，可以較好分析以鄰苯二甲酸二甲酯為農(nóng)藥煙霧載體時高溫熱氣流對熱霧劑有效成分熱分解性能的影響。

6HYB-25B（W）型彎管式脈沖煙霧機在未噴藥即空載狀態(tài)下，藥噴嘴處和噴管出口處的溫度分別為711℃和425℃，可以為藥液熱力煙化提供較好的高溫條件。0號柴油熱力煙化時，藥噴嘴處和噴管出口處的溫度分別為626℃和198℃；鄰苯二甲酸二甲酯熱力煙化時，藥噴嘴處和噴管出口處的溫度分別為609℃和187℃。因此，在相同時間內(nèi)與0號柴油相比，以鄰苯二甲酸二甲酯為熱霧劑溶劑時噴管內(nèi)溫度稍低，故對熱霧劑有效成分的熱分解損失也可以忽略。

3 結(jié)論

煙霧滴在油敏紙上沉積顯示特性：丙三醇和柴油在油敏紙上完全不顯現(xiàn)；大豆油在油敏紙上顯示性能中等，但界限模糊；二甲基甲酰胺、環(huán)己酮和鄰苯二甲酸二甲酯在油敏紙上顯示性能較好，而且在煙霧滴極其細小或濃度較低時也可清晰顯示。6種溶劑煙化效果：二甲基甲酰胺和環(huán)己酮發(fā)煙量較低，且藥害作用大；大豆油發(fā)煙量中等，但溶解性能較差；丙三醇煙化性能好，但黏度較大；柴油和鄰苯二甲酸二甲酯具有發(fā)煙量大、霧滴細小等優(yōu)點。

熱煙霧機在噴藥過程中，噴管內(nèi)的高溫條件可以使鄰苯二甲酸二甲酯熱力煙化，形成載藥煙霧；又熱霧劑受高溫作用的時間極短，熱霧劑有效成分的分解損失影響可以忽略。

綜合試驗分析：鄰苯二甲酸二甲酯的特性參數(shù)符合熱霧劑溶劑的基本要求：溶解性好，揮發(fā)性低，閃點高，黏度、比熱容和表面張力適中，而且熱力煙化時具有霧滴細小、發(fā)煙量較大、在油敏紙上顯示特性好等優(yōu)點，較好滿足了油敏紙對油溶性農(nóng)藥霧滴沉積特性及懸浮停留時間的測試要求，因此，可以選用鄰苯二甲酸二甲酯替代柴油作為熱霧劑溶劑進行農(nóng)藥煙霧滴沉積試驗研究。

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Display characteristics on oil-sensitive paper for a hot fogging concentrate solvent

HOU Xiumei，XU Linyun，DAI Binhu，LIN Huan，HAN Jiang，HUANG Yajie
（College of Mechanical and Electronic Engineering，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，Jiangsu，China）

Thermal fogging technology has important features such as high efficiency,low chemical usage,and no water consumption.To conduct a theoretical analysis on composition and properties of a hot fogging concentrate solvent and to improve deposition distribution and suspension residence time for droplets of pesticide after thermodynamic atomization,six kinds of solvents （dimethyl formamide,cyclohexanone,glycerol,dimethyl phthalate,soybean oil,and 0#diesel）were chosen based on solubility,flash point,viscosity,specific heat,and surface tension,for an experiment.Droplet size and the amount of smoke were used as indexes for a comprehensive performance evaluation of the solvents on oil-sensitive paper.Results showed that dimethyl phthalate was favorable as a hot fogging concentrate solvent with advantages of clear display characteristics,better thermodynamic atomization,and no thermal decomposition loss.［Ch，2 fig.2 tab.15 ref.］

forest machinery;hot fogging concentrate；solvent；pulse-jet fogger；thermodynamically atomization；oil-sensitive paper；deposition distribution

S776.28；S491

A

2095-0756（2015）02-0308-05

浙 江 農(nóng) 林 大 學 學 報，2015，32（2）：308-312

Journal of Zhejiang A＆F University

10.11833/j.issn.2095-0756.2015.02.020

2014-07-08；

2014-09-30

“十二五”國家科技支撐計劃項目（2014BAD08B04）；江蘇高校優(yōu)勢學科建設(shè)工程資助項目（PAPD）

侯秀梅，從事植物保護技術(shù)及裝備研究。E-mail：houxm2014@sina.com。通信作者：許林云，教授，博士，從事植物保護技術(shù)及裝備研究。E-mail：lyxu@njfu.com.cn