農藥劑型的設計和新劑型的開發

張一賓

（上海市農藥研究所，上海 200032）

農藥劑型的設計和新劑型的開發

張一賓

（上海市農藥研究所，上海 200032）

系統介紹了有關農藥劑型設計的關鍵，闡述了當今農藥制劑開發的特點和趨向。

農藥；劑型；設計；開發

一個農藥的成功，一半在于劑型［1］。通過對農藥制劑加工，可使農藥達到以下目的：⑴ 把少量的藥劑均勻地分布在廣闊的農田中；⑵ 最大限度發揮農藥的效果；⑶ 克服農藥的不足之處；⑷ 提高使用者的安全性；⑸ 降低對環境壓力；⑹ 改善操作性能，做到省力化；⑺ 提升現有藥劑的功能，擴大用途。尤其在當前，隨著藥劑活性的不斷提高，新穎農藥結構越來越復雜，必須要有相適應的農藥劑型。同時，由于對環境要求不斷提高，新藥劑開發登記費用和時間不斷遞升，對一些老農藥品種也必須通過劑型改造以延長其使用壽命。同時，由于農業生產中出現的老齡化、婦女化現象，故在病蟲草害防治中也要盡力減少勞力；再有，為了保護環境，也必須對一些已在廣泛應用的農藥制劑進行改革，以適應當今社會發展的需要。為此，有必要對農藥劑型進行新的設計。

1 制劑設計的重要性

在劑型設計中，為達到上述目的，首先要考慮加工成怎樣的制劑。對此，必須對劑型、配方、加工方法、制劑物理性能等各方面予以考慮。

同時，對于“農藥傳送系統（pesticide Delivery System，PDS）”，即要對“在必要的時間、必要的場所、傳送必要的量的理念”進行全面考慮。此與醫藥領域中“藥物傳送系統（Drug Delevery System，DDS）”所考慮的方法相類似。表1即為PDS和DDS的比較，但從實際應而言，PDS比DDS難度更大。

由表1可見，較之醫藥，對于農藥劑型的設計，難度更大，要求也更高。為了達到前述農藥制劑的目的，就必須不斷開發新穎的農藥劑型，以取代日趨落后，對環境有不良影響的農藥制劑［2-3］。

2 新穎農藥劑型的開發

一些傳統的農藥劑型存在著毒性、粉塵、危險性等問題，已遠遠不適應當今農藥發展的要求，對傳統劑型的改造已迫在眉睫。主要改革點為：⑴ 對使用有害有機溶劑的制劑（如乳油）實現水性化，以降低毒性、藥害和危險性；⑵ 對微細粉狀的制劑（如可濕性粉劑、粉劑）實現顆粒化或使用水溶包裝袋，以防止粉塵吸入；⑶ 對于粉劑，除去除微粒粉塵外，還要防止飄移，避免對環境產生不良影響；⑷ 由于施藥量減少或采用從田埂旁施藥的技術，要做到省力及輕量；⑸ 采用控制釋放技術，使制劑功能化；⑹ 施藥目標針對性更強。

表1 PDS和DDS的比較

在農藥的制劑中，乳油（EC）是應用最多的傳統劑型，而其所用溶劑的毒性問題是其最大的障礙，為此開發了以最安全的水為溶媒的水基化制劑如水乳劑（EW）和微乳劑（ME）。可濕性粉劑在用水稀釋時會粉塵飛揚，影響環境和健康，為此開發了能使藥劑在水中分散的懸浮劑（SC）和顆粒化的水分散粒劑（WG），也有采用水溶性的包裝。再有，對于粉劑的飄移問題，則采用微粒狀的DL粉劑等。這些改進，目的旨在提高藥效，提升安全性及施藥省力化。表2即為傳統制劑存在的問題，解決方法和相應的新劑型［2］。

表2 傳統劑型的問題、解決方法和相應的新劑型

為了達到省力、安全、增效等目的，除了表 2所列的新劑型外，控制釋放技術也是劑型改造的重要方向。可以毫不夸張地說，在今后10年中，緩釋型的控制釋放劑型將是未來農藥發展的重點之一。

3 控制釋放的技術

控制釋放技術，主要是利用農藥與高分子化合物之間的相互作用（表3），此在農藥制劑應用中越來越受到人們關注。

表3 控制釋放技術的種類

控制釋放的技術具有以下特點：⑴ 形成農藥傳送體系（PDS）；⑵ 在作用點內相當時間有效（持效性）；⑶ 減少施藥量（節省資源，減輕各種不良影響，降低成本）；⑷ 延長施用間隔期（省力）；⑸ 降低對人畜的毒性和刺激性；⑹ 減輕藥害；⑺ 降低魚毒性；⑻ 減少環境中分解（光、水、空氣、微生物等）；⑼ 減少藥劑的流失、揮散；⑽ 減輕對環境污染；⑾ 減輕與其他藥劑間的反應；⑿ 液體原藥固體化，方便運輸等；⒀ 掩蔽異味；⒁ 防止飄移等。

另外，通過該技術，可控制釋放時間、釋放地點及由于目標物的刺激進行應答釋放。通過控制釋放時間，可使農藥逐漸釋出，或在一定時間后開始有時限的釋出；或在白天釋出相當于一定時間內周期地釋放的農藥。對于釋出場所，可根據所要求的特定場所釋放農藥。這種場所需通過特定的條件釋出農藥。例如設計并加工可在棉花的莖干中、害蟲的食道內及水面上釋出農藥的劑型。再有，根據熱、光、水、酶等的刺激，設計出相應的刺激應答制劑。

在控制釋放技術中，最受人關注的為微膠囊化技術和包囊技術。前者可賦予制劑提高持續性、減少用藥量、減輕對環境影響、降低毒性應答刺激等多種有用的特征。而包囊技術則多在育苗箱上應用，能延長持效性。對此，本文進一步予以說明。

3.1 微膠囊制劑

微膠囊制劑系將農藥包入到膜物質中，它的加工方法包括物理法、物化法和化學法等，還有更好的界面聚集法、凝聚法以及液中硬化法和噴霧法等。微膠囊制劑取決于它的物理性能、膜材料的種類及結構、膜的物理構造、膜壁厚度、粒徑、芯材料種類及濃度等，在制劑設計中必須考慮這些因素。為了充分發揮農藥的藥效，必須從微膠囊劑中釋出農藥。對于它的作用機制，系通過膜進行擴散或破膜所致，至于選用何種機制，則根據設計劑型時決定，即按制劑的用途、使用目的予以變化。現今，已有防治蜚蠊等衛生害蟲用、森林用、農業用及其他用途的微膠囊劑被開發上市，它們有各種各樣不同的設計［4］。

3.2 用于育苗箱處理及長效型育苗箱用的粒劑

由于農村勞動力日趨匱乏，用育苗箱培育水稻秧苗的手段越來越普及。當向育苗箱噴施農藥時，藥劑很少向環境飛散，對操作人員影響較小，其比水田使用時藥量明顯減少，且節約勞力。可在播前施用，或在栽時同時施用。

對于育苗箱用的粒劑，人們又開發了長持效型的育苗箱用粒劑，并迅速普及。這種制劑的農藥原藥必須有很好的滲透性，同時應注意在確保較長持效的同時必須防止藥害。為了能控制有效成分的釋放，其主要加工成包囊型制劑。

4 為達到各種目的的制劑技術

增效、安全、省力是當今劑型開發的目的。為此，人們也作出了很多努力。

4.1 增效

最大限度發揮農藥的藥效，是新農藥劑型開發和加工中重要目的，對此采用以下的辦法［5］。

4.1.1 確保制劑中農藥原藥的細度

對農藥原藥進行微細粉碎，增加單位重量的粒數，從而增大表面積，這樣增強了原藥的水溶解性，提高了生物活性，提升了藥效。但對此必須防止增大藥害及缺乏持效性，另外，亦不能因粒徑分布的問題影響生物活性。

4.1.2 提高水溶性

對于難溶于水的固體原藥，通過提高它的溶解性以提升藥效。如上述4.1.1節中所述，通過增加細度是方法之一。同時，采取加入聚乙二醇或聚乙烯吡咯烷酮等形成固溶體的方法，也可增加水溶性，提高生物活性。再有，也可利用表面活性劑和環糊精進行包囊。

4.1.3 提高附著力

將用水稀釋的農藥制劑噴施于植物上時，為使噴施液在葉面上更好濕潤，展開面積更大，以提高藥液附著量，提升藥效，需降低噴施液的表面張力，為此要加入表面活性劑作為展著劑。

4.1.4 提升耐候性

散施藥液附著葉面后，有的藥劑因陽光照射而分解。對于在陽光下易分解的藥劑，須在制劑中加入紫外線吸收劑和穩定劑等。

4.1.5 增強耐雨性

若噴施農藥后下雨，會使附著在葉面上的藥液被沖淋掉，從而藥效下降并污染環境。為防止藥液被沖淋掉，可采用固著劑以提高藥劑的固著性。固著劑加入稀釋液被噴施后，干燥可形成水溶性的表皮膜層。

4.1.6 提高目標部位上藥劑的濃度

如果農藥能很好地達到目標部位，則藥效可大幅度提高。為此，將藥劑準確地噴施在目標部位上則至關重要。故而，對位噴施、防止飄移是人們希望所在，此在劑型加工中也應充分考慮。

4.1.7 提高滲透和吸收能力

倘如一個農藥能在植物等目標物上很好滲透，被吸收，則藥劑效果可大大提升。為達到此目的，需加入功能性展著劑即輔助劑，主要有表面活性劑和油類等。

4.1.8 采用控制釋放技術

通過控制釋放技術，可在必要的時間，對必要的場所，送達必要量的農藥（PDS理念），以提升藥效。

4.2 提高安全性

提高農藥的安全性為眾想所望，對于農藥制劑，也是一個十分重要的課題。對于危險性，可以下式來確定：

危險性=毒性×被暴露量（濃度、時間）

要提高安全性，就應降低毒性，減少暴露量。而暴露量則取決于對暴露嘗試和時間。

4.2.1 對人畜低毒

農藥產品的毒性根據農藥有效成分溶于溶媒的種類和量、農藥產品的狀態（溶解、分散、粉粒等）、粒徑、溶媒的黏度、添加物質等而變化。對于毒性較高的農藥有效成分而言，有效成分吸收大的則毒性就高，應盡量避免使用毒性高的農藥。

對于有效成分毒性低的農藥，則需從以下方面進行考慮。

⑴ 使用安全的有機溶劑和表面活性劑：有效成分的毒性、有機溶劑和表面活性劑的毒性均為導致毒性的因素。乳油的毒性和刺激性有時會強于原藥。當各組分無相乘作用時，乳油的毒性為其含量與LD50值比的總和（Finney公式）。然而，使用低毒的溶劑和表面活性劑，乳油的毒性就低。

⑵ 用水替代有機溶劑：水是最安全的液體，以水取代有機溶劑，就可排除由有機溶劑引起的毒性。例如，溴氰菊酯的急性經口毒性（大鼠 LD50）：溶于有機溶劑時為128.5 mg/kg，而在水分散系統中則大于5 000 mg/kg。

⑶ 用水溶性高分子物質取代通常的表面活性劑：在濃懸乳劑和乳油加工中，通常以表面活性劑作為分散劑，對此可以聚乙烯醇等水溶性高分子來替代。由于分散劑本身為低毒化合物，所加工的制劑毒性亦低。

⑷ 增大粒徑：制劑粒徑增大后農藥的吸收慢，毒性就降低。

⑸ 微膠囊化：將農藥原藥形成包膜的微膜囊化，因微膠囊外的有效成分濃度極低，可使制劑毒性明顯下降。

⑹ 用生物農藥和低毒化學農藥替代：用安全的化學或生物農藥替代一些高毒的農藥，也是從根本上解決毒性的方法之一。

4.2.2 防止粉塵飄移

作為提高安全性的方法之一，降低藥劑的被暴露量亦十分重要。而被暴露的量往往與粉體制劑的粉塵有關。以下就防止粉塵的方法予以闡述。

⑴ 粉體制劑顆粒化：為防止可濕性粉劑在用水稀釋時粉塵揚起，可將可濕性粉劑開發為顆粒狀的水分散粒劑。

⑵ 將粉體在水中分散：可濕性粉劑等微細粉末制劑在用水稀釋時，會因粉末飛散對操作者產生不良影響。作為預防方法之一，可將其加工成濃懸乳劑。這種制劑在用水稀釋時就可避免粉塵飛揚，操作者也不會暴露。

⑶ 除去微細粒子：粉劑噴施時，會有微細粉末飛散，對操作者及環境造成不良影響。容易飛散的為10 μm以下的微細粒子，對此通過加工成DL粉劑以除去微細粒子。

⑷ 包裹水溶性薄膜：為了減輕可濕性粉劑在加水稀釋時產生粉塵，采用水溶性包膜。以聚乙烯醇薄膜加工成水溶性包裹的可濕性粉劑，此法可減輕暴露。其在大型制劑中得以應用。

⑸ 微膠囊化：農藥經微膠囊化加工后其粒徑為幾十μm，在噴施中或噴施后，空氣中有效成分濃度較之乳油等劑型明顯下降。這樣也減輕了對作業者被暴露量［6］。

4.2.3 減輕環境負荷

要減輕對環境的負荷，可從以下幾個方面著手。

⑴ 降低農藥使用量：為了減輕農藥對環境的影響，首先要減少農藥的用量。當然，減少農藥的用量絕不能降低防效。對此，除了開發高效的藥劑，也應考慮藥劑的有效性，避免藥劑無為損失。然而以目前的施用情況看，噴施的農藥中，相當量的農藥卻飄散或流失，并不發揮其應有的作用。有人認為真正發揮農藥作用的藥量僅為其噴施量的30％～40％［7］。如果能充分利用這些“不發揮作用的藥劑”，則可大大減少使用量，對環境和成本均十分有利。為此，必須開發相適應及目標指向型制劑/施用方法。

⑵ 降低空氣中藥物的濃度：降低空氣中農藥的濃度，也是減輕環境負荷的重要措施。對此，可增大噴施藥劑的粒子，使其提早下落，而這些粒子可以用高分子化合物進行包裹，抑制農藥揮散。農藥加工成微膠囊化即可達到此目的。

⑶ 減少飄移：乳油經水稀釋后，噴施的液滴經水分揮散而變小，成為極細小的微小粒子而飄移。對此，可通過加入丙烯酸鈉等防飄移予以改變。對于粉劑的飄移，10 μm以下的微細粒子是其主因，此可通過開發DL粉劑來克服。

⑷ 減少對地下水的污染：農藥噴施后對地下水的污染亦為其問題之一。對此，同樣可以加工成微膠囊化來抑制農藥向土壤中滲透，防止對地下水污染。

⑸ 降低對魚毒性：農藥微膠囊化后，可明顯降低膠囊外農藥濃度，從而也大大降低對魚毒性。

⑹ 減輕藥害：將農藥加工成控制釋放的制劑等，使其在某時期段內不會出現局部高濃度的現象，從而減輕藥害。

以上⑴～⑷點，應采用于目標近處噴施而不能在大田噴施（種子處理，育苗箱處理）等的施藥方法。另外，⑷～⑹點以控制釋放技術、目標施用技術有效。

4.2.4 省力化

隨著農村勞動力的缺乏，農民十分希望實現農藥施用省力化。農藥施用的省力化，除了改進施藥器械外，農藥劑型的改進與開發也十分關鍵。為了提高藥劑的持效性，人們采用以下方法［8］。

4.2.4.1 開發一次性施用的長效農藥劑型

為了提高農藥的持效性，人們開發了緩釋性微膠囊劑等制劑，該制劑一次性噴施可長時期維持藥效。例如，日本組合化學等公司研發的新穎水田用除草劑pyrimisulfan，就是通過劑型研究，開發了在水稻田整個生長期中只要一次處理的劑型。

4.2.4.2 無需進入水田進行施用的劑型

水田中施藥是一件甚為困難的工作，為了減少勞力，開發了各種無需進入水田的施藥方法。

⑴ 在田埂上噴施：從水田田埂上噴施擴散性好的制劑，現已有不少實際應用。

①大型劑：有投擲型水田用除草劑，每顆為約25～50 g的圓柱型顆粒或塊狀制劑。也有發泡錠劑或水溶性片劑。該制劑可田埂上用手投入水田中，每hm2約100～200顆。投于水中或水面上即能擴散、展開，使整個水田布滿藥劑。

②水面展開劑：此系以水溶性的氯化鉀為載體、可在水面展開的粒劑。該劑施于水田后，很快沉淀，隨著氯化鉀溶解而浮上面，有效成分在水面擴散。該制劑被用于防治棲息于水面的稻象甲。

③除草劑濃油懸劑：系將裝有藥劑的瓶器直接置于水中進行擴散而無需稀釋的除草劑劑型，施藥時用水振搖。其可在田埂旁施用，藥液進入水田中即均勻散布。用量為5 000～10 000mL/hm2。

④千粒顆粒劑：目前在日本廣泛使用30 kg/hm2的千粒顆粒劑，但近來制劑中有效成分濃度增加了3倍，故開始使用并普及1 kg/hm2的千粒顆粒劑。該劑使用時只要站在田埂上噴施，使藥劑噴施到15 m處。此劑型的粒徑原為1.2 mm，目前增加了2倍左右。

⑵ 使用點滴裝置：將裝有油性的在水面擴散液劑的藥瓶，豎立于水田中間，使藥液滴下。藥液滴入水中后，有效成分即成油膜狀擴散、展開，分布于整個水田防治害蟲。較之人工噴施，此法十分省力。

⑶ 水口處理：將農藥油懸劑或油劑施于灌水的水口處，隨著水流擴散到整個水田。

⑷ 育苗箱處理：在育苗箱中進行農藥處理，比在本田處理明顯省力。另外，因在目標物近旁處理，藥劑很少飛散，對操作者幾乎不暴露。此法近來十分普及。

⑸ 種子處理：由于此法無需在大田施藥，而是以種子為目標物直接進行處理，故非常省力且環境負荷亦小。種子處理劑的開發將是農藥劑型發展的重要方向。

4.2.4.3 減輕施藥重量

用每hm2施用1 kg的千粒劑替代以前每hm2施用3 kg的3 000千粒制劑，大大減少了單位面積的施藥重量，明顯節約了勞力。

4.2.4.4 同時進行的省力操作及其他

除上述外，為了節約勞力，亦有與其他農業勞動同時進行的操作以及采用其他省力化的操作。

⑴ 于作物移栽時，同時進行處理：在作物移栽時，采用同時施灑農藥和肥料的省力化噴施方法。

⑵ 現場混用：幾種農藥在現場進行混用施藥也是一個省力的方法，尤其是殺蟲劑與殺菌劑的混用。

⑶ 混和：將農藥與土、農藥與肥料制成混和劑亦為省力化的手段之一。

⑷ 飛機噴灑：用無人駕駛的專用飛機噴施，在我國已開始實施。此法不僅省力，且效率更高。對此必須開發與其相適應的農藥配方和劑型，對此應注意減少飄移和對環境影響。

此外，還有種種手段和方法，在此不一一例舉。

5 今后方向

隨著釋放技術、表面化學技術、傳感技術的進步，各種新穎劑型不斷得以開發，也使農藥制劑所希望的傳送系統變為現實。然而，為了進一步實施安全、省力、增效的目的，各種高功能性的農藥制劑將不斷被開發。

另外，通過新穎材料的不斷問世及利用，自行檢定目標（傳感功能，sensor function）、選擇所需農藥（信息處理功能，processor function）、控制釋放（調節器功能，acturatou function）將在農藥上應用。屆時，農藥的使用將向更安全、省力、增效的方向邁進。

［1］張一賓， 張懌. 精細化學品系列叢書——農藥［M］. 北京: 中國物資出版社， 1997: 17.

［2］張一賓. 農藥制劑技術的開發與最近動向［J］. 農藥譯叢， 1998， 20（3）: 49-55.

［3］尤利凱瑪公司. 配方工具箱［G/OL］. （2010-2-25）http://www.19166s. com/read.php？tid=148222.

［4］計時嬰， 張曉鳴， 夏書芹， 等. 微膠囊技術——原理及應用［M］. 北京: 化學工業出版社， 2006.

［5］辻孝三. 農藥製劑の基礎と今後の展望［J］. 日本農藥學會誌， 2013，38（2）: 205-212.

［6］劉廣文. 現代農藥劑型加工技術［M］. 北京: 化學工業出版社， 2013: 575-593.

［7］屠豫欽， 李秉禮. 農藥應用工藝學導論［M］. 北京: 化學工業出版社，2006: 132-149.

［8］藤田茂樹. 農藥製劑·施用法の步みと今後の展望［J］. 日本農藥學會誌， 2013， 38（2）: 213-217.

Design and Development of Pesticide Formulations

ZHANG Yi-bin
（Shanghai Pesticide Research Institute， Shanghai 200032， China）

The key factors of design of pesticide formulations are systematically introduced in this paper. And development characteristics and trends of pesticide formulations are reviewed.

pesticide； formulation； design； development

10.16201/j.cnki.cn31-1827/tq.2016.03.02

TQ450

A

1009-6485（2016）03-0009-05

張一賓（1944—），男，高級工程師，長期從事農藥信息研究工作，E-mail: sjnywp@163.com。

2016-04-25。