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農藥制劑發展的若干動向

2018/2/12 9:31:12

縱觀農藥發展史,隨著環保意識的提高及可持續發展的需要,對農藥劑型的要求越來越高。本文介紹了傳統農藥劑型,對它們存在的問題進行了總結,著重對今后農藥劑型的六大發展動向作了闡述。

  1 農藥的發展

  縱觀農藥發展的100多年歷史,經歷了第1代 “低效”天然植物及無機農藥為主的農藥,第2代 “高效”有機合成農藥和第3代的“超高效”農藥發展階段。從中可以看出人類對農藥活性物的篩選要求即為高活性。眾所周知,目前世界新農藥的結構越來越復雜,對新農藥的篩選率越來越低。在20世紀 60年代從3 000個化合物中有可能篩得一個活性結構,現在在3萬個化合物中才可能篩得一個活性結構。

  考慮到農藥活性物的開發成本越來越高,若能充分發揮活性物質的作用,以更低用量達到預期的防治目的是另一種農藥高效化的發展途徑。農藥劑型研究為實現這一目標提供了可能性,正被越來越的農藥人所關注。

  由于農藥原藥大多為有機化合物,與水的相容性很差,不經加工直接用水稀釋噴施根本不可能發揮出其應有的藥效。所以農藥原藥必須經過一定的加工,形成一定形態的制劑才能夠被應用,并且一個劑型的好壞直接影響農藥的效果和應用。為了滿足廣大農戶使用要求,農藥制劑必須具有有效、安全、貯存穩定和使用便捷等性能。

  隨著國家對農藥產品的評價已由單一的藥效考核轉向各種功能的綜合考評,如需在保證農藥質量的同時,保障農產品質量安全和人畜安全;保護農業、林業生產和生態環境等。在此種形勢下農藥劑型對產品功能提升的作用顯得更為舉足輕重。為了最大限度的降低藥劑對環境的影響,有必要對藥劑的分散、傳導、作用機理做深入研究。

  在當今時代,隨著超高效農藥的誕生和人們對保護環境的重視以及可持續發展的需要,對農藥劑型提出了更高的要求,主要概括為:(1)具有方便使 用的形態;(2)能最大限度的發揮藥效;(3)能彌補原料藥的不足之處;(4)提高使用者的安全性;(5)減輕對環境的不良影響;(6)便于使用,實現省力化;(7)對現有農藥品種進行功能化,擴大用途。

  2 傳統農藥劑型及存在的問題

  農藥在施用時與環境直接接觸,相對于醫藥的作用體系為相對封閉的人體來說,農藥的作用體系則是一個開放體系,體系中的影響因素很多,如溫度、氣壓、濕度、風力、雨水等都將直接影響施藥效果,即在制劑研究中為保證農藥的藥效需考慮的因素很多。同時隨著國家對農藥管理的深入規范, 現階段在農藥劑型研宄中還需考慮對農產品的安全性及對生態環境的友好,但是由于農藥的施用對象為作物,因此對成本的敏感度要遠遠高于醫藥,所以農藥成品藥要求價格相對低廉。表1為醫藥和農藥傳送系統的比較。

  在這樣一種形勢下農藥制劑發展面臨新的機遇和挑戰,傳統農藥劑型需要進行升級換代的改造,新的劑型應運而生。

  表1農藥傳遞系統(PDS)和醫藥傳遞系統(DDS)


PDS
DDS
對象體系的狀態
開放體系
封閉體系
環境條件
變化大
固定(體內)
對材料、施用技術的制約
價格昂貴的不能用
價格昂貴的亦可使用


(血液、體液等)

  傳統農藥藥劑按物理形態來分主要有液態制劑和固態制劑2種,其具體分類及使用方法見表2。

  表2主要固態農藥制劑及使用方法

劑型
形態
粒徑分布
主要組成
使用方法
粉劑
微粉
45 (xm以下
95%以上礦物質擔體
撒粉機噴施
一般粉劑
微粉
10 (im以下
95%以上礦物質擔體
撒粉機噴施
DL粉劑
微粉
平均粒徑20 pm以上
礦物質栽體+黏合劑
撒粉機噴施
細粒劑F
粗粉?微粒
平均粒徑5 |im
礦物質栽體+黏合劑
手施
微粒劑
粗粉?微粒
1 700 (im 以下
礦物質栽體+黏合劑
手施
顆粒劑
細粒
1 300?1 700 拜
水溶性載體
手施
水分散粒劑
錠形

礦物質栽體+黏合劑
稀釋后噴霧機施用
懸浮劑
微粉
10 (xm
礦物質栽體+分散劑
稀釋后噴霧機施用
可濕性粉劑
微粉
300?1 700 j_im
礦物質栽體+分散劑
稀釋后噴灑機施用
水溶粉劑
微粉
63 (xm
水溶性載體+分散劑
稀釋后噴灑機施用
錠劑
錠狀

礦物質栽體+黏結劑
稀釋后噴灑機施用


  表3為液態農藥制劑及其使用方法

劑型
形態
主要組成
使用方法
乳油
透明液體
有機溶媒和乳化劑
用水稀釋后, 噴霧器噴施
油劑
透明液體
有機溶媒
用有機溶劑稀釋后, 噴灑機施用
超微量噴灑劑
透明液體
有機溶媒+水
用超微噴施器噴施
液劑
透明液體
用超微噴施器噴施
懸浮劑
渾濁液體
水+乳化劑+增稠劑
用超微噴施器噴施


  以上所列舉的傳統農藥劑型所存在的缺陷已被社會各方所關注,如液體制劑中的有機溶劑(特別是苯類溶劑)直接噴灑于大氣中對周圍的生態環境及人體健康均造成了很大的安全隱患。國家對乳油中所使用的苯類溶劑已做出強制性限量規定,乳油這一傳統劑型技術的改造已悄然拉開了整個制劑技術的改造序幕。固體制劑由于粉塵等多種問題,也將逐步被更環保的新劑型所取代。

  3 農藥劑型發展的若干動向

  3.1 動向之一:以傳統乳油的溶劑改造為突破點, 大力開發水基化劑型

  根據原藥物化性質和防治對象的差別,分別選擇以下發展方向:(1)在水中穩定且溶解度低的液態 (或低熔點)原藥向水乳劑方向改造。(2)在水中穩定且溶解度低的固態原藥向水懸浮劑方向改造。(3)在水中不穩定的高熔點原藥選擇發展水分散粒劑等固體制劑。(4)對在水中不穩定的液態(或低熔點)原藥品種則區別不同情況,選擇開發高濃度(或無溶劑)乳油和研制新一代低風險/低VOC的乳油品種。

  3. 2 動向之二:以減少粉塵為重點,更新傳統固體制劑,發展水分散粒劑、懸浮劑等

  可濕性粉劑、粉劑等固體制劑由于在加工過程和施用過程中的粉塵問題,也迫切需開發成更為環保安全的劑型,如水分散粒劑、懸浮劑等。相對較為安全的水分散粒劑(WDG)是當今劑型開發的熱點,這是由于該劑型施用方便又比較安全,故人們將其與懸浮劑、緩釋劑、lg大粒劑同歸為安全、方便的農藥劑型,并且水分散粒劑的包裝材料也便于處理(采用水溶性包裝袋),可減少二次污染。表4為水分散粒劑代表性造粒法及其特征。

  表4水分散粒劑代表性造粒法及技術特征

造粒方法

制造條件

?產品形狀
生產成本
粒徑/mm
原藥粉碎
水分含量/%
千燥溫度/°c
噴霧干燥
濕式
40-50
>100
球形
0.1 ?0.5
流化床沸騰
濕式
40 ?50
50 ?80
類球形
0.1?1.0
冷凍干燥
濕式
40 ?50
<0
不定形

0.5 ?3.0
轉動
濕式
40-50
50 ?80
類球形
較可
0.5 ?3.0
擠出
干式
10-15
50
圓柱
較可
0_2 ?3.0
混合攪拌
千式
40-50
50
不定形
中?高
0.1-2.0
流動層
干式
20-30
50
類球形
中^局
0.1?1.0
壓縮
干式
0
50
不定形
較可
0.5 ?3.0


  通常在生產上廣泛采用的造粒法為噴霧干燥法造粒、流化床沸騰造粒及擠出造粒3種,可根據原藥的質量和穩定性能選擇相應的造粒法。

  3.3 動向之三:以增效/安全/使用方便為目標開發新制劑

  農藥劑型技術是一個應用技術,劑型研究圍繞著農戶施用省力、安全;對施用作物生長安全;確保農產品食用安全;對需要防除的病、蟲、草害具 有高效性等幾個要點展開。農藥劑型正向增效、緩 釋、安全的方向發展。表5為農藥劑型加工中增效、 提高安全性及省力化的有關技術。

  表5以增效/安全/使用方便為目標的技術及新制劑

要求
作用和使用方法
新劑型

緩釋控制
緩釋劑

防止粉塵
包裝水溶性

田埂旁施用
漂浮粒劑
省力化、提高安全性、增效
水口施用
水面展開劑

移栽時處理
育苗箱用處理劑

育苗箱處理
育苗箱用處理劑

肥藥同用
加入農藥肥料


  例如漂浮粒劑:是一種能夠漂浮在水面上,并能在水面形成自動擴散的新劑型,主要被應用在水稻田中起除草作用。水面漂浮粒劑的開發和應用,能夠減少施藥時間和節省勞動力,是稻田除草施用方式的創新。根據粒劑的重量又可分為1 g微粒劑 和3 g大粒劑,現在3 g大粒劑型正逐步取代1 g微粒劑型,3 g大粒劑對粒劑開發提出了更高的技術要求,具有更優的懸浮能力和更廣的自動擴散半徑。

  表6為1 g微粒劑與3 g重粒劑的顆粒數比較。


粒徑/mm
粒數/(粒? kg)
粒數/(粒? cm—2)
1 g粒劑
0_6 ?0.9
0?2 400(平均 1 000)
約 30/100
3 g粒劑
1.0 ?1.5
250?500(平均 400)
約 4/100


  表6 1 g微粒劑與3 g大粒劑的顆粒數比較

  3. 4 動向之四:與新型施藥器械相匹配,開發新制劑

  隨著城市化建設的發展,農村勞動力大幅銳減,國家加快農村土地流轉和集約化管理的進程,統防統治和專業化防治已日漸普及,無人機植保作業已經成為中國農業發展的新趨勢。無人機噴施這一新型的作業方式較傳統的噴施方式有很大的改變,對噴施藥液具有更高的要求。藥液除需具有防漂移功能外,還需兼有展著、成膜等功能,以防藥液流失,促進藥液的吸收。相配套的劑型或助劑的研究是今后一段時間中國農藥劑型發展的一個重要方向。

  3.5 動向之五:農藥的非農用途的藥劑開發

  農藥的非農市場受氣候、環境及價格等的影響相對較少,發展較穩定,最近十幾年來農藥的非農用途一直呈現穩定增長的態勢。公共和家庭衛生用藥、魚牧業防治寄生蟲用藥、城市綠化用藥、工業用抗菌防霉劑等是農藥非農用途的幾個主要方面。其可觀的社會效益和經濟效益,必將推動農藥的非農用途市場繼續發展,更多的農藥品種將會擴展其用途,新的非農用途和特殊小型作物的農藥品種將繼續被開發。與此相關的劑型研究必將是今后農藥制劑發展方向之一。考慮到此類用藥的特點,可溶液劑和水懸浮劑將會成為此類用藥的主打劑型。

  3.6 動向之六:生物活體農藥的開發

  有機合成農藥近百年來的過度應用,暴露出越來越多的問題,主要為與環境的相容性較差。近十幾年來,全球農藥有向生物活體農藥發展的趨勢。隨著菌種類、病毒類等生物活體新農藥的開發和產業化,相應的生物農藥制劑也將會有較大的發展。由于活體生物對光、溫度、水分、酸堿度敏感度高,其配方和加工工藝勢必與化學農藥存在較大的差異,在此方面的相關技術的研究將會成為今后制劑 開發的新領域。

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