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| 从农药液体制剂中的溶剂谈农药剂型的发展 |
| 发表日期：2010年7月28日 浏览次数：1094次 |
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根据对农药液体制剂中溶剂的分析，以水为溶剂的剂型不多，除水剂产量较大外，大多数液体剂型和制剂所用的溶剂都是有机溶剂。乳油制剂的品种和产量在液体制剂中占主导地位，占农药制剂总量的40%~50%。企业应从大力开发、推广、使用环境友好型水乳剂、悬浮剂、悬浮乳剂等水基性剂型的制剂，压缩乳油的品种和产量；发展高浓度乳油降低有机溶剂的用量，削减乳油产量；开发乳油用的绿色非芳烃溶剂；发展高浓度可溶性粉剂削减乳油用量；发展固体制剂，特别是环境友好型水分散粒剂，降低乳油的用量等5个方面削减和替代乳油制剂。
目前我国登记生产的农药制剂有6000多种（不含相同含量的同一品种），归属52种剂型，从型态上区分可分为固体剂型和液体剂型。液体剂型有乳油、水剂、悬浮剂、悬乳剂、微乳剂、水乳剂、悬浮种衣剂、水乳种衣剂、油悬浮剂、可溶性液剂（含可溶性浓剂、液剂）、母液（母药）、热雾剂、膏剂（含糊剂）、静电喷雾油剂、油脂缓释剂、涂抹剂（含涂布剂）、展膜油剂、水面扩散剂、水性撒滴剂、油性撒滴剂、悬浮微胶囊剂、注杆液剂、超低容量喷雾剂、气雾剂等20多种剂型。所有这些液体剂型的组成中除了原药和适宜的助剂外，就是各种溶剂。现就液体剂型中的溶剂种类、特性和毒性作如下分析，并谈谈农药剂型的发展。
一、 溶剂的概念
溶剂是指能够溶解另一种物质的液体，这种液体用来改变另一种物质的物理性质或用来悬浮另一种物质，而在化学组成上不发生变化。如这种液体是由碳氢化合物或碳氢化合物的衍生物组成的就称为有机溶剂，而水、液氨、液态金属等称为无机溶剂。有机溶剂应用很广，使用量大，从19世纪40年代开始用于工业生产以来，有机溶剂已超过3000种。目前常用的有机溶剂有几百种，主要用于涂料、油脂、医药、农药、橡胶、石油、化工、纤维等工业领域。
二、 农药液体制剂中用的有机溶剂
上述液体剂型中，乳油制剂品种最多、产量最大；水剂品种虽不多，但产量仅次于乳油位居第二。水剂、悬浮剂、悬乳剂、微乳剂、水乳剂、悬浮种衣剂、水乳种衣剂、水性撒滴剂、悬浮微胶囊剂等均以水为主要溶剂，但它们使用的防冻剂（如甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、丙二醇和丙三醇等）也是有机溶剂。其余17种液体剂型所用的溶剂都是有机溶剂。
1. 乳油 溶剂的作用是溶解和稀释有效成分，便于加入适宜的乳化剂制成一定规格的乳油。无论采用哪一种溶剂，都必须使原药、乳化剂和溶剂三者之间相互配伍。用作农药乳油的主要溶剂有：二甲苯、混二甲苯、甲苯、苯、粗苯、一氯苯、重质苯、C9芳香烃（主要是三甲苯、甲乙苯和丙苯，馏程在150℃~170℃）。
助溶剂的作用是辅助有效成分在溶剂中溶解。主要品种有：甲醇、乙醇、正丁醇、丙酮、DMF、环己酮、二甲亚砜、吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮等。
2. 油悬浮剂 油悬浮剂常用的溶剂有植物油（如大豆油、玉米油、棉籽油、松节油、菜籽油等）、矿物油（如石蜡系的Essobayol、Kawasol）、甲基萘、高级脂肪烃油等及其混合溶剂。文献报导邻苯二甲酸甲酯、乙酯、二月桂醇酯、乙酸乙酯、苯甲酸甲酯或乙酯等适合作多菌灵、苯菌灵油悬浮剂的溶剂。
3. 热雾剂 选择一种既符合热雾剂各项性能（如溶解性、挥发性、闪点、黏度等）要求又经济的“理想溶剂”是很困难的。在实践中常用混合溶剂，即一种主溶剂同一种助溶剂组合。一般用矿物油作主溶剂，芳香烃、醇、酮等为助溶剂。
4. 超低容量喷雾剂 除少数超高效农药（如拟除虫菊酯、阿维菌素等）外，超低容量制剂大多为高浓度液体制剂，一般为20%~50%，日本杀螟硫磷超低容量制剂浓度达96%，尤其是对固体农药品种，必须选择对农药溶解性能强的溶剂，才能做到该溶剂在低温条件下不分层或析出结晶。国外多采用乙二醇甲醚或乙二醇乙醚、异佛尔酮、环己酮等，但它们价格贵，来源困难，难以推广。因此，人们常采用混合溶剂，即使用价格低、有一定溶解性的高沸点的烷烃、芳烃、植物油等为主溶剂，采用高沸点的溶解性强的吡咯烷酮、二甲基甲酰胺等为助溶剂。北京农业大学于1974~1975年试验筛选出一缩和二缩乙二醇混合液、仲辛醇、C9芳香烃、二线油（馏程180℃~280℃柴油芳烃）等可作为超低容量制剂的溶剂。
5. 气雾剂 有效成分和推进剂是气雾剂的主体成分。为了提高有效成分的溶解度，常添加环己酮等助溶剂。推进剂既是气雾剂的推进动力，又是有效成分的溶剂和稀释剂，要求它有较低的沸点和较高的蒸气压，易挥发，有较快的挥发速度，以便形成细微的雾滴，同时还要求毒性低、不易燃、成本低。常用的推进剂有异丁烷、脱臭煤油、氟里昂等。由于氟里昂对大气臭氧层的破坏，正被淘汰。
6. 静电喷雾油剂 静电喷雾油剂组成与超低容量喷雾油剂相比，仅只是在助剂中增加了一种静电剂。因此，静电喷雾油剂中的溶剂和超低容量喷雾油剂中使用的溶剂类似。
7. 可溶性液剂 可溶性液剂中的有机溶剂一般为甲苯、二甲苯等芳香烃类溶剂为主，以酮类、醇类、DMF（二甲基甲酰胺等）为助溶剂。
8. 母液（母药） 母液（母药）中有效成分含量较高，含有少量芳香烃类溶剂。
9. 膏剂（含糊剂） 膏剂（含糊剂）中有效成分含量较高，一般以植物油或矿物油（如液体石蜡油、机油等）为溶剂。
10. 涂抹剂（含涂布剂） 涂抹剂（含涂布剂）中溶剂一般为芳香烃类溶剂，有时还需加入醇、酮类助溶剂。
11. 注杆液剂 注杆液剂中的溶剂一般以二甲苯、甲苯为溶剂。
12. 水面扩散剂 水面扩散剂中的溶剂一般以二甲苯、甲苯为主，有时还需加入DMF、酮类助溶剂。
综上所述，现在农药溶剂中以芳香烃溶剂、脂肪烃溶剂为主，醇类和酮类溶剂为辅。在各类农药溶剂中数芳烃类溶剂为首，而芳烃类溶剂中当推二甲苯型溶剂最为重要，应用最广、耗量也最大。
三、 一些有机溶剂的理化性质和毒性
农药液体制剂中用的一些有机溶剂的理化性质和毒性见表1。
农药溶剂的性能要求是：对原药有好的溶解性；不易挥发，挥发性适中；闪点不低于27℃，不易燃烧；粘度低，对人、畜毒性低或无刺激性；对植物无药害，对环境安全；货源丰富，价格适中。从表1可知：选择一种符合某种液体制剂各项性能（如溶解性、挥发性、闪点、黏度、药害、毒性等）要求的“理想溶剂”是很困难的。如用二甲苯作农药乳油溶剂能满足溶解性好、黏度低、药害低和毒性低的要求，但它蒸气压高、挥发性高、易燃烧；用植物油作农药油悬浮剂溶剂能满足低挥发性、高黏度、无药害和无毒性的要求，但目前在货源和价格上还难以和矿物油竞争。所以实践中常用混合溶剂，即一种主溶剂同一种助溶剂组合。
四、从对农药液剂制剂中溶剂的分析谈农药剂型的发展
由上述可知：农药液体制剂中除水剂、悬浮剂、悬乳剂、微乳剂、水乳剂、悬浮种衣剂、水乳种衣剂、水性撒滴剂、悬浮微胶囊剂等均以水为主要溶剂外，其余液体制剂中的溶剂均是有机溶剂。水基性制剂中除水剂产量较大外，其余品种产量很小。表1中所示的有机溶剂大多蒸气压高、易挥发、易燃烧、贮运不安全，除甲醇和苯属高毒外，其余虽为低毒或微毒，但它们具有高挥发性，通过呼吸或皮肤吸入其蒸气后也会使人中毒，危害健康，污染环境。石油价格一直在高价位上运行，其下游产品的有机溶剂的价格也难以回落，致使一些乳油制剂中的有机溶剂的价格超过有效成分的价格。因此，应以降低有机溶剂用量为主要目标，调整农药剂型结构，加快发展环境友好型剂型。2009年10月20日召开的石油和化学工业结构调整促进大会正式发布了《石油和化工产业结构调整指导意见》、《石油和化工产业振兴支撑技术指导意见》。这两个意见为化肥和农药行业的结构调整指出了明确的方向，即争取到2015年，水基性制剂和使用非芳烃乳油制剂所占比例达到70%以上。本文从降低有机溶剂的用量考量今后农药剂型的发展，着重论述削减和替代乳油制剂。
1. 大力开发、推广、使用环境友好型水乳剂、悬浮剂、悬浮乳剂等水基性剂型的制剂，压缩乳油的品种和产量
乳油制剂的品种和产量在液体制剂中占70%以上，占农药制剂总量的40%~50%。其余液体制剂中用的有机溶剂很少，现在登记的品种也很少。因此降低液体制剂中的有机溶剂的用量主要就是削减和替代乳油制剂，减少二甲苯、甲苯的用量，降低对环境的污染。开发水乳剂和微乳剂是削减乳油产量和替代乳油的首选方法。在国家科技部的支持下，2000年以来，我国研究院所、大专院校和企业的研究人员在开发水性化制剂方面取得了一定的进展。2007年登记的水乳剂和微乳剂的制剂品种（不含同一品种重复登记的）已达350种，仅占当年登记制剂总数的5.4%，且吨位大的品种不多。水乳剂和微乳剂推广应用尚有一定的难度。现就如何加快水乳剂和微乳剂的发展谈几点看法。
第一，严格控制水乳剂、微乳剂的质量。关键要解决制剂在贮存期的化学稳定性和物理稳定性问题，特别是化学稳定性。众所周知，乳油制剂是原药分子溶解在含乳化剂的有机溶剂中形成的单相均一液体，大多在贮存期不会出现分层析出问题，有效成分也不易分解。而水乳剂、微乳剂是以分子集团分散在水中形成的乳状液，要保证贮存期不出现分层析出，有效成分不分解或分解率小就难以做到，必须在配方试验中解决这一问题。如果化学稳定性和物理稳定性问题解决了，水基性制剂就易于推广。微乳剂和水乳剂中油珠的直径分别为0.01~0.1μm和0.1~2μm，小于乳油用水稀释后油珠的直径，从对靶标的复盖率和均匀性考虑，水乳剂和微乳剂应优于乳油，其药效至少可以和乳油相当或略优，在已发表的水乳剂和微乳剂研究报告中已有不少实例证明了这一点。但也有人反映水乳剂、微乳剂药效不稳定，有时不及同剂量的乳油。笔者以为出现水乳剂、微乳剂药效不稳定，不及乳油的现象，应从水乳剂的配方上找原因，稳定性是否真正解决了，特别是经过长期贮存后，有效成分是否分解了，若分解了，药效当然降低。开发水乳剂、微乳剂的关键技术是稳定性。温度、光解、pH值的变化、氧化、微生物降解均可影响水乳剂和微乳剂的化学稳定性，包装材料和贮存条件影响其物理稳定性，一定要在配方上狠下功夫，进行深入细致的配方试验。优惠配方确定后，不仅要进行热贮稳定性试验，还要在气候不同地区经过至少一年以上的常温贮存试验，证明有效成分不分解或和含量相同的乳油分解率相当，才可以推向市场，绝不可一蹴而就。
第二，严格控制原料标准、工艺操作规程是保证产品质量和发展水基性制剂的关键。水乳剂、微乳剂的组成比乳油复杂，水乳剂和微乳剂的组成中，除原药和水外，还有乳化剂、分散剂、防冻剂、稳定剂、消泡剂等各种助剂。水乳剂常添加增稠剂，微乳剂常添加助溶剂。筛选各种助剂品种、用量及其具有良好的配伍性，确定优惠配方，以保证产品经时贮存期的各项技术指标，这是开发高质量的水乳剂和微乳剂的关键。每种农药品种的水乳剂和微乳剂所用的助剂品种数及其用量也不尽相同，应根据具体情况酌情增减。乳化剂是水乳剂和微乳剂不可缺少的组分，选择不当，就不能制成稳定的水乳剂和微乳剂。这两种制剂不同于乳油制剂。乳油是原药溶解在有机溶剂中和乳化剂形成单相的稳定体系。而水乳剂和微乳剂是原药以微小的液滴分散在水中形成一种多相不稳定的体系，完全凭借乳化剂形成单分子保护膜、双电层的排斥作用以及空间位阻作用维持这一体系的稳定，防止液滴聚集。水乳剂和微乳剂所用的乳化剂不同于同品种原药的乳油，一般拟选择亲水性稍强、HLB值较大、分子量大的乳化剂，如聚酯/聚醚嵌段共聚物、梳型聚合表面活性剂等。配方中通常选择几种乳化剂组合使用。一个优惠配方确定以后，必须测定所用的原药和各种助剂等原料的性能，确定其标准，甚至对所用的水质未经试验证实也不能轻易改变。这样按工艺操作规程进行生产，才能保证每批产品的质量。药剂中任何一种原料的品质变化不符合标准要求，都会导致水乳剂这一多相体系平衡的破坏，使贮存稳定性变差，引起产品质量下降和药效降低。农药助剂的登记管理在美国、欧盟早已实行，在澳大利亚申请登记相同产品，也必须得到现有登记证持有人授权，授权的主要作用就是证明后来申请者的产品配方里采用了与授权人基本相同的各种助剂。澳大利亚最近还推动桶混助剂的登记管理制度。这都是为了保证制剂的质量不变或毒性不发生变化。
第三，与乳油相比，水乳剂具有生产和使用安全性高、成本低、运输安全等优点。微乳剂和水乳剂相比，它使用更多的乳化剂、助溶剂，其安全性及加工成本不如水乳剂，因此应以发展水乳剂为主。
农药微乳剂是液态农药在高浓度乳化剂的作用下形成0.01~0.1μm的微粒，它“钻”进了过量乳化剂所形成的胶束之中。多数情况下还需加入一定量的助溶剂（如醇、环己酮、N-甲基吡咯烷酮、DMF、二甲亚砜等），这就决定了微乳剂的有效成分含量一般不会太高，不可能像水乳剂一样能制成高浓度，微乳剂的乳化剂的用量比水乳剂多，值得注意的是DMF、二甲亚砜等助溶剂不仅易渗透到作物体内，而且也易进入农田水源，清除和分离较之苯类溶剂更难，其慢性毒性不能忽视，它的成本也比水乳剂高。只有一些高价值、低用药量、超高效农药（如阿维菌素、甲胺基阿维菌素苯甲酸盐等），其传统剂型为低含量的乳油，开发成微乳剂可节约大量有机溶剂，其乳化剂和助溶剂的用量也不会太多，和乳油相比也具一定的优势。因为微乳剂的配方中使用多量的乳化剂和助溶剂，它的物理稳定性比水乳剂容易解决，所以目前登记微乳剂的品种比水乳剂多。
第四，要针对农药的理化性能选择农药品种，开发水乳剂或微乳剂。不是所有的农药都能加工成水乳剂，也不是所有的农药都要加工成水乳剂。我们要针对原药的理化性能和施用场地“量体裁衣”。
如原药在常温下是液体且在水中稳定，不易分解，经热贮存和常温贮存试验证实水乳剂中有效成分的分解率和乳油的分解率相近，其最好的加工剂型就是水乳剂。如果此时原药是超高效的，常用乳油中有效成分含量很低（如0.5%阿维菌素乳油、1%甲基阿维菌素乳油）的也可加工成微乳剂。如果原药在水中不稳定、易分解，虽然添加稳定剂也可加工成水乳剂或微乳剂，但若稳定剂价格昂贵或加入量大才能抑止分解，其成本反而超过乳油，这就没有必要加工成水乳剂或微乳剂。如果原药常温下是固体且在水中稳定，不易分解，用少量有机溶剂就可使其溶解成农药溶液，也可加工成水乳剂，但如果用的有机溶剂量大，那就不必刻意加工成水乳剂，因为有机溶剂的加入又要耗费过多的乳化剂，增加配方的成本和难度，此时就不如加工成悬浮剂好。（未完待续）
◆ 凌世海（安徽省国家农药剂型工程技术中心）（信息来源 《农药市场信息》）
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