本文摘要：懸浮劑是水基性制劑中發(fā)展最快、可加工的農(nóng)藥活性成分最多、加工工藝最為成熟、對操作者和使用者以及環(huán)境安全、相對成本較低和市場銷售前景非常好的劑型產(chǎn)品。農(nóng)藥懸浮劑是將水不溶的農(nóng)藥固體有效成分加工成微細(xì)顆粒(一般平均粒徑5m)，依靠加入表面活性劑(潤
懸浮劑是水基性制劑中發(fā)展最快、可加工的農(nóng)藥活性成分最多、加工工藝最為成熟、對操作者和使用者以及環(huán)境安全、相對成本較低和市場銷售前景非常好的劑型產(chǎn)品。農(nóng)藥懸浮劑是將水不溶的農(nóng)藥固體有效成分加工成微細(xì)顆粒(一般平均粒徑<5μm)，依靠加入表面活性劑(潤濕劑和分散劑)及其他添加劑分散懸浮在水中，形成穩(wěn)定的懸浮液體的產(chǎn)品。該產(chǎn)品具有不使用任何溶劑、無粉塵產(chǎn)生、經(jīng)皮毒性低、懸浮率高、生物活性高、使用劑量小、對人畜毒性和生產(chǎn)成本低的特點，在國內(nèi)外發(fā)展十分迅速，應(yīng)用十分普遍，使用效果比較好，而深受國內(nèi)外用戶的特別青睞。
1懸浮劑發(fā)展簡述
早在上世紀(jì)60年代，懸浮技術(shù)已日益應(yīng)用到固體結(jié)晶農(nóng)藥劑型上，當(dāng)時英國對懸浮劑從理論研究到實驗室制備，再到產(chǎn)業(yè)化開發(fā)和砂磨機的選擇和應(yīng)用等方面進(jìn)行了較為全面系統(tǒng)的研究，并于1966年由當(dāng)時的ICI公司采用濕法珠磨技術(shù)制得了第一例農(nóng)藥懸浮劑。然后建成了懸浮劑產(chǎn)品的生產(chǎn)工廠，生產(chǎn)能力早已達(dá)到萬噸，并成為懸浮劑產(chǎn)品開發(fā)、應(yīng)用及推廣最早和最快的國家。
在1993年英國的懸浮劑產(chǎn)品已占其整個農(nóng)藥劑型產(chǎn)品市場銷售的26%，已超過乳油產(chǎn)品的24%和可濕性粉劑產(chǎn)品的17%，位居第一。國內(nèi)在上世紀(jì)八十年代開始研制懸浮劑(當(dāng)時稱為膠懸劑)產(chǎn)品，并逐步投入工業(yè)化生產(chǎn)，并加工了多菌靈、莠去津、百菌清、硫磺、滅幼脲等產(chǎn)品。2004年國內(nèi)外公司在我國登記的懸浮劑產(chǎn)品(單劑和復(fù)配制劑)就已超過200個(其中國外農(nóng)化公司登記的懸浮劑產(chǎn)品就有64個)，2008年登記產(chǎn)品達(dá)395個(包括國外登記的76個)，2011年達(dá)1278個。
2014年為1922個，約占國內(nèi)總劑型產(chǎn)品7.3%(而乳油產(chǎn)品占比降到36%和可濕粉劑占比降到23%)。據(jù)有關(guān)資料報道2016年，全國登記農(nóng)藥制劑產(chǎn)品35604個，懸浮劑產(chǎn)品約占11.2%，僅次于乳油(30.0%)、可濕粉劑(21.4%)，位列第三。2017年全國登記農(nóng)藥制劑產(chǎn)品38247個，懸浮劑登記數(shù)為4210個約占12.5%(乳油為28.3%和可濕粉劑為20.3%)仍位列第三，但占比上升。在新增登記產(chǎn)品中，登記最多的為懸浮劑，有964個，占新增制劑登記的27.9%，可見國內(nèi)對開發(fā)懸浮劑產(chǎn)品的重視程度。近十多年來隨著國外許多著名的表面活性劑公司，例如Uniqema(現(xiàn)Croda)、Clariant、Rhodia、Huntsman、OmniChem、Akzo•Nobel和Westvaco等公司相繼進(jìn)入中國市場，為國內(nèi)企業(yè)選用高性能和高品質(zhì)的表面活性劑(潤濕劑、分散劑和增效助劑等)提供極大方便，使得國內(nèi)開發(fā)的懸浮劑產(chǎn)品質(zhì)量得到進(jìn)一步提升，使許多加工和生產(chǎn)的懸浮劑產(chǎn)品達(dá)到國外同類產(chǎn)品的水平。
2懸浮劑產(chǎn)品特點
2.1SC與EC和EW產(chǎn)品相比
不使用任何有機溶劑，生產(chǎn)中避免易燃、易爆和中毒危險;同時降低成本，節(jié)約寶貴石化資源，使用該產(chǎn)品增強了安全和環(huán)保性，并可獲得較好利潤。
2.2SC與WP產(chǎn)品相比
產(chǎn)品無粉塵、容易混合，稀釋液懸浮率高、改善潤濕，對操作者和使用者安全，加工中清潔文明生產(chǎn)并對環(huán)境有利，有相對低的成本和高的藥效。
2.3SC與WG產(chǎn)品相比
SC產(chǎn)品與干法造粒(擠壓、混合團(tuán)聚、流化床等)WG產(chǎn)品相比，無粉塵、易混合、稀釋液懸浮率高;SC產(chǎn)品與濕法造粒得到WG的頂級產(chǎn)品干懸浮劑(DF)產(chǎn)品相比,工藝和設(shè)備較為簡單，投資和操作費用低，稀釋液液徑更細(xì)和懸浮率更高(意味著藥效更高)、生產(chǎn)成本低。
2.4SC產(chǎn)品毒性低
農(nóng)藥有效成分選用不同劑型加工的產(chǎn)品，其藥劑產(chǎn)品表現(xiàn)出的毒性是有差異的。一般來說，加工成乳油(或微乳劑、水乳劑和可濕粉)比懸浮劑產(chǎn)品有較高的毒性，這種差別是來源于有機溶劑作用或有機溶劑與原藥的協(xié)同作用。例如在高效氯氟氰菊酯(即功夫)對斑馬魚的毒性試驗中，按LC50值計，劑型產(chǎn)品的毒性大小順序為：2.5%EC>2.5%ME>5.0%WP>2.5%EW>2.5%SC，最高與最低可相差8.5倍;但對河蝦毒性最大的是2.5%ME和5.0%WP，最低的仍然是2.5%SC。從這里看出懸浮劑毒性都是最低的，而乳油對魚和蝦毒性都是比較高的，選用懸浮劑產(chǎn)品可以降低其對水生生物的風(fēng)險性。
再如農(nóng)藥有效成分氯硝柳胺具有殺螺作用，1961年拜耳公司藥廠首先生產(chǎn)該產(chǎn)品，我國于1962年也合成了氯硝柳胺。由于氯硝柳胺難溶于水，難以用于現(xiàn)場滅螺。為增加其水溶性，研究人員制成氯硝柳胺乙醇胺鹽可濕粉劑。但發(fā)現(xiàn)50%氯硝柳胺乙醇胺鹽可濕粉劑的小鼠LD50為1600mg/kg(相當(dāng)于純藥的800mg/kg)，毒性明顯高于氯硝柳胺原藥LD50>5000mg/kg。后來才制成氯硝柳胺懸浮劑，氯硝柳胺懸浮劑產(chǎn)品在對斑馬魚的毒性試驗中，它對魚的毒性僅為可濕粉劑產(chǎn)品的一半。且氯硝柳胺懸浮劑產(chǎn)品現(xiàn)場的使用劑量也只有可濕性粉劑產(chǎn)品的一半，現(xiàn)場使用的氯硝柳胺懸浮劑產(chǎn)品對魚的毒性更低。
2.5SC產(chǎn)品經(jīng)皮毒性低
如毒死蜱一般都加工成乳油產(chǎn)品，而德國拜耳公司卻把熔點(41.5～43.5℃)較低的毒死蜱，不加工成乳油產(chǎn)品(由于使用溶劑，經(jīng)皮毒性高，對使用者健康不利)，而加工成30%毒死蜱懸浮劑產(chǎn)品(GustafsonLorsban30Flowable)，并在美國獲得登記，主要看中懸浮劑產(chǎn)品的特點是經(jīng)皮毒性低(兔LD502020mg/kg)。
2.6SC產(chǎn)品懸浮率高
在懸浮劑產(chǎn)品中懸浮率是一項重要的技術(shù)指標(biāo)。懸浮率高表明加工的產(chǎn)品顆粒的細(xì)度越小，產(chǎn)品貯存時粒子不易沉降，也不易導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)沉淀和結(jié)塊現(xiàn)象，表明產(chǎn)品的穩(wěn)定性好;同時也意味著稀釋液分散度好，產(chǎn)品使用后能提供高的藥效。SC產(chǎn)品的懸浮率，一般要求的標(biāo)準(zhǔn)為大于90%。
從近年來國內(nèi)有關(guān)文獻(xiàn)中發(fā)表的開發(fā)農(nóng)藥SC懸浮率數(shù)據(jù)可以看到：10%螺螨酯SC(>98%)、10%高效氯氰菊酯SC(93～95%)、10%丙草醚SC(貯后>96%)、10%溴蟲腈SC(>93%)、15%硝磺草酮SC(92%～95%)、20%蟲酰肼SC(貯后91.2%)、25%烯肟菌酯SC(貯后>96%)、30%二甲戊靈SC(貯后92%)、43%戊唑醇SC(貯后93%)、600g/L吡蟲啉SC(貯后>98%)等，表明一般SC產(chǎn)品的懸浮率均比懸浮率要求的標(biāo)準(zhǔn)90%要高。甚至有許多產(chǎn)品貯前懸浮率都可以達(dá)到95%以上，有些可以在98%以上。而一般開發(fā)的WP產(chǎn)品懸浮率一般在80%～90%之間，很少超過90%。開發(fā)的WG(DF)產(chǎn)品一般懸浮率在85%～92%之間，很少超過95%。
2.7懸浮劑產(chǎn)品加工含量范圍較寬
通常其加工范圍可在0.1%～60%之間，如加工高含量懸浮劑品種有：800g/L硫磺SC、600g/L吡蟲啉SC、500g/L異菌脲SC、687.5g/L氟菌•霜霉威SC、500g/L四螨嗪•丁醚脲SC、50%達(dá)螨靈•丁醚脲SC、60%丙環(huán)唑•三環(huán)唑SC、687.5g/L氟菌•霜霉威SC等。加工低含量的懸浮劑含量從2.5%直到0.1%，如加工低含量懸浮劑產(chǎn)品，有美國陶氏益農(nóng)公司2.5%多殺霉素(菜喜®)SC、德國拜耳公司2.5%溴氰菊酯(除敵®)SC、德國拜耳公司2.5%滅菌唑(樸力猛®)SC、1.1%阿維菌素•印楝素(0.7+0.3)SC、生物農(nóng)藥1%申嗪霉素SC和最低含量的抗生素農(nóng)藥0.1%RoflamycoinSC等。
2.8有特點的農(nóng)藥新品種都直接加工
SC單劑如2.5%多殺霉素(菜喜®)SC(陶氏)、5%氟蟲腈(銳勁特®)SC(巴斯夫)、10%溴蟲腈(除盡®)SC)、20%蟲酰阱(米滿®)SC(羅姆哈斯)、12.5%高效氯氰菊酯(保富®)SC(拜耳)、250g/L嘧菌酯(阿米西達(dá)®)SC(先正達(dá))、5%唑螨酯(霸螨靈®)SC(日本農(nóng)藥)、200g/L氯蟲苯酰胺(康寬®)SC(杜邦)、240g/L螺螨酯SC(拜耳)、480g/L丙硫菌唑(Proline®)SC(拜耳)、200g/L啶酰菌胺(Collis®)SC(巴斯夫)、22%氟啶蟲胺腈(特福力®)SC(科迪華)、480g/L氟嘧菌酯(Evito®)SC(愛利思達(dá)生命科學(xué)公司)等產(chǎn)品。復(fù)配產(chǎn)品如687.5g/L氟菌•霜霉威SC(拜耳)、167g/L氟唑菌酰胺+334g/L吡唑醚菌酯SC(巴斯夫)、100gai/L肟菌酯+175gai/L丙硫菌唑SC(商品名Mobius®和Fox®，拜耳)、15.81%氟嘧菌酯+25.6%腈菌唑SC(商品名Disarm®，愛利思達(dá)生命科學(xué)公司)等產(chǎn)品。有很多SC產(chǎn)品早已進(jìn)入中國市場，并得到國內(nèi)用戶廣泛使用和認(rèn)可。
3懸浮劑產(chǎn)品的藥效優(yōu)勢
3.1與WP產(chǎn)品相比
懸浮劑產(chǎn)品，無論從粒徑細(xì)度(平均粒徑<5μm，而可濕性粉劑的平均粒徑<10～13μm);還是從對作物的粘附力,都比可濕性粉劑要強。這是由于懸浮劑產(chǎn)品里含有增粘物質(zhì)，使農(nóng)藥有效成分在作物上粘附力強，從而增強了藥劑耐雨水、露水的沖刷能力(這一點對殺菌劑和依靠胃毒、觸殺的殺蟲劑提高藥效)十分重要。
因此，懸浮劑的生物活性(如殺蟲、殺菌和和除草)效果的發(fā)揮，一般來說要比可濕粉劑要好。這一點可從農(nóng)藥品種登記公告中可以看到，同一種農(nóng)藥品種的懸浮劑用藥量比可濕粉少，可以說明此問題。從上可見，40%百菌清SC、42%代森錳鋅SC和50%甲基托布津SC登記的用藥量都要比70%百菌清WP、80%代森錳鋅WP和75%甲基托布津WP登記的用藥量低很多。其他農(nóng)藥有效成分的SC和WP之間也有此類似的情況。
3.2與同一種農(nóng)藥
EC產(chǎn)品相比3.2.1用4.5%高效氯氰菊酯懸浮劑和4.5%高效氯氰菊酯乳油的田間噴施藥劑為50mL/667m2的防效作比較，藥后1d乳油防效好，這可能與溶劑的作用有關(guān)。藥后3d防效相差不大。藥后7d懸浮劑防效最高，而乳油防效則開始下降。從中可見，同劑量同品種的懸浮劑產(chǎn)品的藥效大致與乳油產(chǎn)品相當(dāng)，乳油產(chǎn)品由于溶劑作用速效性好，而懸浮劑產(chǎn)品由于有增粘物質(zhì)，持效性強于乳油產(chǎn)品。
3.2.2硫氟肟醚(湖南院創(chuàng)制的非酯擬除蟲菊酯化合物)是一種低毒，對眼和皮膚無刺激性，無致畸、致癌和致突變的新農(nóng)藥。從10%硫氟肟醚懸浮劑與10%硫氟肟醚乳油的田間藥效試驗數(shù)據(jù)可見，10%硫氟肟醚懸浮劑比10%硫氟肟醚乳油有更好的防效。
4懸浮劑的穩(wěn)定性問題農(nóng)藥懸浮劑是一種高度分散的多相復(fù)雜體系，其穩(wěn)定性與多種因素有關(guān)。除了與農(nóng)藥有效成分本身具有的理化性質(zhì)(如物理形態(tài)、熔點、水中溶解度、揮發(fā)度、水解穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、光穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性等)之外，還需要考慮加入的表面活性劑(潤濕劑、分散劑)和各種添加物(如抗凍劑、增稠劑、防腐劑、消泡劑和其他助劑等)的因素，它們之間的相互作用對懸浮劑的穩(wěn)定性都會產(chǎn)生影響。根據(jù)膠體化學(xué)原理，懸浮劑這種高度分散的多相體系屬于熱力學(xué)上不穩(wěn)定體系，隨著時間推移總是自發(fā)地傾向于粒子的絮凝和聚結(jié)，使總界面積減少，界面能量降到最低，最終導(dǎo)致懸浮體系被破壞，這是懸浮劑長期存放過程中物理穩(wěn)定性不穩(wěn)定的根本原因。依據(jù)懸浮劑粒子存在的不同聚集形態(tài)(凝聚體、絮凝物)，控制它們至少涉及以下三方面因素：(1)因重力作用導(dǎo)致分層和粒子沉降;(2)粒子間存在相互作用而引起絮凝和聚結(jié);(3)因奧氏熟化(Ostwaldripening)，使粒子在產(chǎn)品中出現(xiàn)晶體長大。
5懸浮劑加工基本條件
通常情況下，大部分農(nóng)藥有效成分只要滿足以下條件，都可以用來加工成懸浮劑產(chǎn)品：
5.1原藥在常溫下是固體，其熔點應(yīng)>60℃，以保證農(nóng)藥有效成分在砂磨中不被熔化;呈顆粒狀，便于研磨成微細(xì)粒子。
5.2水中有低溶解度的固體農(nóng)藥有效成分易加工穩(wěn)定的懸浮劑。農(nóng)藥有效成分在水中溶解度<100mg/L時，將很少發(fā)生奧氏熟化現(xiàn)象。如異菌脲(13mg/L)、四螨嗪(1mg/L)、甲基硫菌靈(26.6mg/L)、丁醚脲(0.05mg/L)、噻嗪酮(0.9mg/L)、噠螨靈(0.012mg/L)等水中溶解度都很低，容易加工成穩(wěn)定的懸浮劑，一般不易發(fā)生奧氏熟化。雖然腈菌唑(142mg/L)和三唑酮(260mg/L)等水中溶解度稍大，發(fā)生奧氏熟化機會將有所增加;而吡蟲啉(510mg/L)奧氏熟化出現(xiàn)不可避免，但可采取適當(dāng)措施,還是易于加工成穩(wěn)定的懸浮劑產(chǎn)品。
5.3固體農(nóng)藥有效成分在化學(xué)上是穩(wěn)定的(如在水中不水解和光照時不分解)，這一點是不難理解的。從目前來說，除有機磷農(nóng)藥外，大部分農(nóng)藥原藥只要滿足上述要求，都可以用來加工懸浮劑產(chǎn)品。現(xiàn)今加工懸浮劑產(chǎn)品的農(nóng)藥有效成分已遠(yuǎn)超(早先筆者文章中報道的)275個，國內(nèi)登記的懸浮劑農(nóng)藥有效成分近250個(國外農(nóng)化公司登記的有70多個)。
6懸浮劑加工難點和解析
雖然加工懸浮劑產(chǎn)品除了滿足上述所說條件之外，在加工農(nóng)藥懸浮劑產(chǎn)品中常會遇到的問題有：分層、結(jié)塊、膏化、結(jié)晶、常溫稠化、熱貯固化、熱貯凝膠化(流動性變差)、熱貯后雜絮凝化(懸浮率很差);以及加工過程中，細(xì)小泡沫太多，無法及時消泡，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的包裝和施藥。除此之外，在加工懸浮劑產(chǎn)品中還會碰到許多難點，這些難點大都與加工的固體農(nóng)藥的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)(原藥雜質(zhì)、熔點高低、水溶性大小、晶型及其變化等因素)和加工SC產(chǎn)品含量高低有關(guān)，同時還與所選用的潤濕劑、分散劑、防凍劑、增稠劑或消泡劑等品種性能有關(guān)。
7解決懸浮劑難題的策略
除了要滿足上述加工大部分懸浮劑產(chǎn)品的3個基本條件外，在研制懸浮劑配方設(shè)計中，還需要充分考慮到以下不同情況，以采取必要的對策。7.1了解原藥分子結(jié)構(gòu)的功能基團(tuán)的情況，是否有極性基團(tuán)存在，導(dǎo)致整個分子結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出較大的極性。分子結(jié)構(gòu)中含有多個N原子或O原子易與水形成氫鍵或水簇團(tuán)，形成水合化合物。或疏水性強的F原子，使分子表現(xiàn)出極強的親油性等。
7.2關(guān)注原藥中雜質(zhì)的含量多少和與原藥結(jié)合的牢固度。當(dāng)雜質(zhì)與原藥緊密時，原藥顆粒的表面特性會發(fā)生變化，在砂磨過程中，這些有機雜質(zhì)會從原藥中脫離，形成游離態(tài)的雜質(zhì)，導(dǎo)致膏化(如甲維鹽和氟嗎啉懸浮劑的加工)。7.3對于晶型農(nóng)藥，是否存在“多晶型現(xiàn)象”，由于晶型不同直接導(dǎo)致原藥的理化性質(zhì)不同，一般需選用熔點高、晶型穩(wěn)定和活性高的晶態(tài)農(nóng)藥加工。7.4應(yīng)注意到分散劑的類型、用量、原藥特征官能團(tuán)、原藥晶型狀態(tài)和大小、原藥雜質(zhì)含量和種類、雜質(zhì)分布及排列都會影響到分散劑在農(nóng)藥顆粒表面的覆蓋度、吸附層的厚度和牢度，及在水相中伸展程度(可有效降低奧氏熟化程度)，應(yīng)選擇合適有效的分散劑，尤其是分子量大的聚合分散劑。
7.5選用合適的增稠劑，增稠劑具有增稠性，但這種功能不是所需的主要目標(biāo)，而是通過增稠而達(dá)到輔助維持SC體系的穩(wěn)定才是目標(biāo)。7.6使用防凍劑的功能是破壞SC體系中水分子間氫鍵，從而達(dá)到降低凝固點的作用。選擇合適和有效的防凍劑目標(biāo)是能降低原藥的溶解度，能降低SC體系的粘度，能有效降低SC體系的有機性。對于選擇常用多元醇防凍劑，若其對農(nóng)藥有溶解性，則不能選用，否則得不到穩(wěn)定的產(chǎn)品。7.7加工農(nóng)藥SC中，出現(xiàn)分層、結(jié)塊、結(jié)晶、膏化、常溫稠化、熱貯固化或凝膠化、熱貯后雜凝化、加工中細(xì)小泡沫太多，無法消泡等問題，一般都源自于分散劑、增稠劑、增稠劑、消泡劑、及助劑等選擇不當(dāng)，應(yīng)該針對不同問題重新選擇。
8結(jié)語
近年來，農(nóng)藥懸浮劑發(fā)展十分迅速，加工農(nóng)藥懸浮劑既避免使用任何溶劑，也無粉塵產(chǎn)生;有高的懸浮率、藥效和相對低的成本，是一種綜合性能俱佳的劑型。在懸浮劑開發(fā)和加工中，會遇到許多難題，這些問題能否解決，會影響產(chǎn)品的穩(wěn)定性問題。能否成功解決物理穩(wěn)定性問題一直是制約開發(fā)和生產(chǎn)懸浮劑產(chǎn)品的關(guān)鍵問題。在加工時只有充分了解原藥分子結(jié)構(gòu)、理化性能、晶型狀態(tài)、原藥雜質(zhì)含量和種類等情況，針對問題選用合適和高質(zhì)量的分散劑及增稠劑等添加物，同時控制懸浮粒子出現(xiàn)的沉降、聚凝或聚結(jié)和晶體長大問題，才能制得性能優(yōu)良和穩(wěn)定的懸浮劑。
農(nóng)藥論文投稿刊物：《農(nóng)藥學(xué)學(xué)報》(雙月刊)1999年創(chuàng)刊，是由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)主辦的、國內(nèi)外公開發(fā)行的農(nóng)藥學(xué)綜合性學(xué)術(shù)刊物，主要面向農(nóng)藥研究工作者、植保工作者及大專院校師生。旨在及時、全面報道農(nóng)藥學(xué)各分支學(xué)科有創(chuàng)造性的最新研究成果與綜合評述，是了解我國農(nóng)藥研究動態(tài)的園地。
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