國(guó)內(nèi)農(nóng)藥干懸浮劑的研究開(kāi)發(fā)概況

許逸飛，秦敦忠，曹小麗，馮建國(guó) *

（1.揚(yáng)州大學(xué) 園藝與植物保護(hù)學(xué)院，江蘇揚(yáng)州 225009；2.江蘇擎宇化工科技有限公司，江蘇揚(yáng)州 225009）

劑型加工是農(nóng)藥商品化及推廣應(yīng)用的基礎(chǔ)，高效、環(huán)保和安全是當(dāng)前人們?cè)谵r(nóng)藥使用中關(guān)注的焦點(diǎn)，也是我國(guó)實(shí)施農(nóng)藥減量化使用的基本要求[1]。一直以來(lái)，可濕性粉劑、懸浮劑和水分散粒劑等在使用時(shí)形成懸浮液的劑型，各具優(yōu)勢(shì)，為絕大多數(shù)農(nóng)藥品種的推廣應(yīng)用提供了有效途徑。然而，可濕性粉劑作為傳統(tǒng)的農(nóng)藥劑型，加工過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)粉塵污染，嚴(yán)重危害操作工人身體健康，且使用過(guò)程中顆粒粒度大，懸浮液的懸浮率相對(duì)較低[2]；懸浮劑盡管以水為介質(zhì)，環(huán)保性能方面大大改善，但懸浮劑屬于粗分散體系，在貯存過(guò)程中容易出現(xiàn)析水、膏化、奧氏熟化等物理不穩(wěn)定現(xiàn)象[3]；水分散粒劑配方組成復(fù)雜，生產(chǎn)過(guò)程中存在間歇式和手動(dòng)操作，加工程序繁多，生產(chǎn)環(huán)境差，產(chǎn)品顆粒大[4]。

近年來(lái)，隨著人們環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)，農(nóng)藥劑型應(yīng)用性能要求也在不斷提高，尋求加工簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性高，環(huán)境友好的新型農(nóng)藥劑型迫在眉睫。干懸浮劑（Dry Flowable，DF）是在可濕性粉劑、懸浮劑和水分散粒劑基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的固體顆粒產(chǎn)品。其以水為介質(zhì)進(jìn)行研磨，先制成懸浮液，再進(jìn)行噴霧干燥制得。按照我國(guó)現(xiàn)行農(nóng)藥管理的相關(guān)規(guī)定，干懸浮劑納入水分散粒劑的管理范疇，認(rèn)為干懸浮劑是水分散粒劑的一種形式[5]。然而，與其他水分散粒劑生產(chǎn)方式相比，干懸浮劑組成簡(jiǎn)單，加工方便，同時(shí)避免了可濕性粉劑存在的粉塵污染，不存在類(lèi)似于懸浮劑貯存過(guò)程中的物理不穩(wěn)定性問(wèn)題。這一新劑型以其優(yōu)異的理化和應(yīng)用性能，在農(nóng)藥加工市場(chǎng)嶄露頭角。

1 干懸浮劑

干懸浮劑（DF）由原藥、分散劑、潤(rùn)濕劑和其他助劑組成，以水為介質(zhì)先通過(guò)砂磨制成懸浮液，然后通過(guò)噴霧干燥塔獲得固體顆粒，使用時(shí)兌水稀釋形成懸浮液[5]。干懸浮劑在國(guó)際上備受推崇，占所有粒狀產(chǎn)品的14.5%，僅次于擠出成型法（27.5%），著名的國(guó)際農(nóng)化公司均有相應(yīng)的產(chǎn)品[6]。由于生產(chǎn)設(shè)備投資大，技術(shù)工藝和助劑性能要求高，干懸浮劑在國(guó)內(nèi)的發(fā)展較慢，目前只有少數(shù)品種實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

1.1 干懸浮劑的特點(diǎn)

與其他劑型相比，干懸浮劑具有以下優(yōu)點(diǎn)[5,7]：1）生產(chǎn)環(huán)境好，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低，能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；⒕G色化生產(chǎn)；2）產(chǎn)品為顆粒狀，無(wú)粉塵，流動(dòng)性好，貯存和運(yùn)輸方便；3）在水中快速崩解，稀釋后顆粒細(xì)度為1～5 μm，低于水分散粒劑形成的顆粒粒徑（5～15 μm），分散性和懸浮性較好；4）可以兌水噴霧使用，也可拌土使用，施藥方法靈活，安全性好，不易產(chǎn)生藥害；5）藥液顆粒細(xì)微，能均勻附著在靶標(biāo)表面，黏附性強(qiáng)，耐雨水沖刷。在加工過(guò)程中，干懸浮劑也存在一些缺點(diǎn)[5]：1）生產(chǎn)過(guò)程中能耗較大，設(shè)備一次性投資較大，生產(chǎn)操作技術(shù)性較強(qiáng)；2）助劑使用量大，且噴霧干燥時(shí)的高溫對(duì)助劑耐熱性要求較高。干懸浮劑與懸浮劑、水分散粒劑理化性能等方面的比較見(jiàn)表1。

表1 干懸浮劑與相關(guān)劑型的比較

1.2 干懸浮劑的配方組成

干懸浮劑的配方組成相對(duì)簡(jiǎn)單，主要包括原藥、分散劑和潤(rùn)濕劑，有時(shí)根據(jù)需要添加崩解劑、黏結(jié)劑和載體[5]。干懸浮劑配方的典型組成成分及用量見(jiàn)表2。

1.2.1 分散劑

分散劑通常是指能夠減少分散體系中固體粒子聚結(jié)的物質(zhì)。分散劑在干懸浮劑中的主要作用為[7]：1）提高濕法粉碎的效率以及懸浮液的固含量；2）減少干燥過(guò)程中活性成分凝聚；3）保證兌水稀釋后懸浮液的懸浮率。盡管農(nóng)藥分散劑種類(lèi)繁多，包括聚羧酸鹽類(lèi)、磺酸鹽類(lèi)（烷基萘磺酸鹽甲醛縮合物、木質(zhì)素磺酸鹽類(lèi)）和磷酸鹽類(lèi)等，但是由于生產(chǎn)過(guò)程中懸浮液需要經(jīng)過(guò)噴霧干燥，熱風(fēng)進(jìn)口溫度不低于110℃，出口溫度不低于50℃，因此，干懸浮劑所選用的分散劑應(yīng)具有較好的耐熱性。木質(zhì)素磺酸鈉是由木質(zhì)素經(jīng)過(guò)磺化而成，顏色深、吸濕性強(qiáng)、耐熱性差，不能適應(yīng)大部分干懸浮劑產(chǎn)品的需求；聚羧酸鹽類(lèi)分散劑外觀呈白色，具有較好的耐鹽性和耐高溫性，可以吸附于原藥顆粒表面，通過(guò)空間位阻或靜電斥力阻止其聚結(jié)，在干懸浮劑加工中具有較大優(yōu)勢(shì)[8]。

表2 干懸浮劑配方的典型組成及用量

1.2.2 潤(rùn)濕劑

潤(rùn)濕劑通常是指具有增加液體取代固體表面空氣能力的物質(zhì)。在干懸浮劑配方中，潤(rùn)濕劑主要起到2個(gè)方面的作用[9]：控制體系的表面張力，使固體原藥顆粒表面容易被水潤(rùn)濕，并迅速崩解；降低藥液表面張力，使藥液容易在昆蟲(chóng)體表和作物葉片上濕潤(rùn)展布，增加藥劑附著量。目前，干懸浮劑配方開(kāi)發(fā)中除了使用常規(guī)用于水分散粒劑的潤(rùn)濕劑，有時(shí)也在兌水使用時(shí)添加有機(jī)硅和有機(jī)氟等表面活性劑作為潤(rùn)濕劑。

1.2.3 黏結(jié)劑

當(dāng)干懸浮劑成粒率較低時(shí)，需要添加合適種類(lèi)的黏結(jié)劑，從而在噴霧干燥時(shí)使粒子之間形成更多、更堅(jiān)固的固體橋[10]。此外，黏結(jié)劑還可以使干懸浮劑的顆粒具有一定的硬度，在包裝和運(yùn)輸過(guò)程中不易松散成粉。黏結(jié)劑的黏合效率與使用量和機(jī)械性能密切相關(guān)，并不是黏結(jié)劑的用量越多，黏合效率越好。當(dāng)添加量太大時(shí)，盡管顆粒硬度增加，但是顆粒的崩解性隨之變差。因此，需要針對(duì)不同的黏結(jié)劑，篩選出合適的用量，在滿足制劑崩解性的同時(shí)，盡量使顆粒具有較高的機(jī)械強(qiáng)度。在實(shí)際生產(chǎn)中，為了不影響干懸浮劑在水中的崩解性能，多使用羥甲基纖維素、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、預(yù)膠化淀粉等水溶性高分子物質(zhì)作為黏結(jié)劑[10]。

1.2.4 崩解劑

崩解劑是指遇水后自身可以發(fā)生崩解，同時(shí)能對(duì)活性成分崩解起到強(qiáng)化作用的物質(zhì)。由于懸浮液霧滴濃縮固化成粒，顆粒內(nèi)部的孔隙非常發(fā)達(dá)，一般入水后崩解速率較高，但是部分干懸浮劑產(chǎn)品在使用中會(huì)出現(xiàn)顆粒不崩解，分散不完全，懸浮率低和堵塞噴頭等問(wèn)題，這就需要添加一定量的崩解劑。崩解劑以水溶性物質(zhì)居多，常見(jiàn)的崩解劑品種主要包括：淀粉及其衍生物類(lèi)（干淀粉、交聯(lián)及非交聯(lián)羧甲基淀粉鈉、預(yù)膠化淀粉）；纖維素及其衍生物類(lèi)（交聯(lián)及非交聯(lián)羧甲基纖維素鈉、低取代羥丙基纖維素、微晶纖維素、羧甲基纖維素鈣）；吡咯烷酮（交聯(lián)及非交聯(lián)聚乙烯吡咯烷酮）及其它類(lèi)（硅酸鎂鋁、氣相二氧化硅、海藻酸鈉）等[5,11]。

1.2.5 載體

載體具有較大的比表面積和較強(qiáng)的吸附性能，在干懸浮劑配方中無(wú)功能性作用，主要是作為填充劑來(lái)調(diào)節(jié)活性成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)。多數(shù)高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的干懸浮劑很少或者不使用載體，而低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的干懸浮劑中載體所占比例較大。載體的理化性能可以明顯影響干懸浮劑的使用性能，在選擇時(shí)應(yīng)考慮以下因素[5]：硬度、細(xì)度、吸附容量、流動(dòng)性、吸濕性能和電荷等。干懸浮劑中常用的載體包括高嶺土、膨潤(rùn)土、硅藻土和輕質(zhì)碳酸鈣等。

1.3 干懸浮劑加工工藝

干懸浮劑加工的具體流程[5]：1）將原藥、助劑、載體、水按比例添加到配料槽中，攪拌均勻，使用高速剪切機(jī)進(jìn)行粗粉碎，進(jìn)入2級(jí)砂磨機(jī)進(jìn)行砂磨；2）磨細(xì)后物料進(jìn)入壓力噴霧干燥塔干燥、造粒，檢測(cè)干燥塔底部出料成品，合格后進(jìn)行包裝。具體工藝流程見(jiàn)圖1。其中，濕法研磨和噴霧造粒是干懸浮劑加工的重要工藝。

圖1 干懸浮劑加工工藝流程圖

噴霧造粒是通過(guò)霧化器將懸浮液噴霧于干燥室內(nèi)的熱氣流中，使水分迅速蒸發(fā)制備小顆粒。該方法在數(shù)秒內(nèi)即完成懸浮液的濃縮、干燥和造粒過(guò)程。當(dāng)形成的霧滴與熱空氣在干燥器內(nèi)接觸后，熱空氣與霧滴進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，隨著水分的蒸發(fā)，首先在霧滴外表面形成一層薄殼，使內(nèi)部水分向外遷移阻力增大。此后吸收熱量后表面已不再保持濕球溫度，成半干狀霧滴，溫度升高使中心部分水分氣化。當(dāng)達(dá)到一定壓力后氣體從外殼的薄弱部位釋放出來(lái)，則中心部分形成空穴，干燥后得到空心球狀產(chǎn)品[5-6]。噴霧造粒時(shí)產(chǎn)品性能受到熱風(fēng)入口和出口溫度、進(jìn)料泵流量、霧化器壓力和懸浮液濃度等諸多因素影響。

1.4 產(chǎn)品理化穩(wěn)定性檢測(cè)[5-6]

1.4.1 顆粒硬度

為了確保在搬運(yùn)和貯存過(guò)程中不因擠壓或者碰撞而導(dǎo)致顆粒破碎，干懸浮劑顆粒需要具有一定的硬度，顆粒硬度可以通過(guò)硬度計(jì)測(cè)定。由于干懸浮劑與水分散粒劑的生產(chǎn)工藝不同，其顆粒硬度不如水分散粒劑，因此，在助劑選擇時(shí)應(yīng)充分考慮顆粒的硬度。

1.4.2 崩解性

崩解性是為了確保產(chǎn)品兌水噴霧時(shí)，干懸浮劑能夠迅速崩解形成均勻懸浮液，避免在使用過(guò)程中堵塞噴嘴。干懸浮劑水中崩解性的測(cè)定方法：25℃時(shí)，稱(chēng)取0.5 g樣品置于具塞量筒內(nèi)，加入250 mL標(biāo)準(zhǔn)硬水，1 min后，以30次/min的速度顛倒混合，以顆粒全部崩解所需的顛倒次數(shù)表示。

1.4.3 潤(rùn)濕性

測(cè)定干懸浮劑的潤(rùn)濕性目的是確保固體制劑用水稀釋時(shí)，能迅速浸濕，并與水混合，同時(shí)潤(rùn)濕時(shí)間的長(zhǎng)短也會(huì)影響到微粒在水中崩解速率。對(duì)于干懸浮劑而言，潤(rùn)濕時(shí)間在60 s內(nèi)為合格。

1.4.4 入水分散性

與水分散粒劑一樣，干懸浮劑兌水稀釋后能夠形成懸浮液，因此，入水分散性是產(chǎn)品的一個(gè)重要性能指標(biāo)。其主要目的是測(cè)定有效成分在水中迅速均勻分散的能力。

1.4.5 懸浮率

粒子在水中的懸浮性是干懸浮劑生物活性充分發(fā)揮的重要保證，通常以懸浮率表示。具體測(cè)定方法參考《農(nóng)藥懸浮率測(cè)定方法》（GB/T14825—2006）。

1.4.6 熱穩(wěn)定性

將制備的干懸浮劑置于（54±2）℃恒溫干燥箱14 d后，進(jìn)行樣品檢驗(yàn)。檢測(cè)指標(biāo)主要包括有效成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、崩解性和懸浮率等。

1.5 干懸浮劑的開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

干懸浮劑在國(guó)外發(fā)展較為成熟。德國(guó)巴斯夫的60%唑醚·代森聯(lián)DF（百泰）、70%代森聯(lián)DF（品潤(rùn)）、50%醚菌酯DF（翠貝）、80%硫磺DF（成標(biāo)）、50%乙烯菌核利DF（農(nóng)利靈）和70%吡蟲(chóng)啉DF（艾美樂(lè)）等產(chǎn)品也已經(jīng)在我國(guó)登記上市。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)部分農(nóng)化企業(yè)也開(kāi)發(fā)了相關(guān)產(chǎn)品，同時(shí)申請(qǐng)了相關(guān)專(zhuān)利，在一定程度上促進(jìn)了干懸浮劑的發(fā)展。國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的干懸浮劑產(chǎn)品見(jiàn)表3，關(guān)于干懸浮劑的專(zhuān)利見(jiàn)表4。

表3 目前國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的干懸浮劑產(chǎn)品

表4 目前部分干懸浮劑的國(guó)內(nèi)專(zhuān)利情況[13-21]

2 展望

在我國(guó)全面保護(hù)、修復(fù)生態(tài)環(huán)境的背景下，改良傳統(tǒng)劑型和研發(fā)新劑型是實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥減量化使用的有效途徑之一。此外，利用植保無(wú)人機(jī)進(jìn)行病蟲(chóng)草害防治在國(guó)內(nèi)迅速發(fā)展，但真正能夠用于飛防的藥劑相對(duì)缺失，需要加快研發(fā)高分散、適用于低容量噴霧的制劑。農(nóng)藥干懸浮劑具有易于崩解，高度分散，顆粒細(xì)微均勻等優(yōu)點(diǎn)，在眾多劑型中嶄露頭角，受到業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注。但是由于干懸浮劑是新的加工劑型，在推廣應(yīng)用過(guò)程中仍存在一些亟需解決的問(wèn)題，主要體現(xiàn)在以下2個(gè)方面：1）有效成分品種單一，助劑性能參差不齊。由于噴霧干燥過(guò)程需要一定的高溫，更適合于高熔點(diǎn)的固體農(nóng)藥有效成分，且對(duì)助劑的要求較高。因此，需要改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，拓展有效成分范圍，開(kāi)發(fā)耐熱性助劑。2）配方適應(yīng)性差，生產(chǎn)工藝成熟度低。當(dāng)前，噴霧干燥塔造價(jià)昂貴，技術(shù)要求較高，產(chǎn)品質(zhì)量仍有提升空間。今后，嘗試提升噴霧造粒技術(shù)，降低設(shè)備成本，同時(shí)改進(jìn)包裝機(jī)械和包裝材料，才能促進(jìn)農(nóng)藥干懸浮劑健康、有序發(fā)展。

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