关于水乳剂EW的研究开发要点

1、关于水乳剂EW的研究开发要点高效水基化农药新剂型工业化技术开发研究进展冷阳 关键词：农药剂型、成果、应用、环境安全摘要：本文以联合国南通农药剂型开发中心的科研成果及应用为线索，综述了我国当前水基化农药剂型的开发近况。提出了关于EW、ME、SL的应用、鉴别和环境安全评价、水悬浮制剂体系中分子长大现象及抑制、我国种衣剂配方中原药框架结构亟待改进、纳米材料技术的应用等制剂创新中深层次的共性问题，并结合作者近年来的科研实践进行了阐述。本文提出的观点和建议仅供交流和参考。1、概况至2004年，全球共有近800种农药活性物质，其中约有300种作为主要产品。共有80种不同的农药剂型，按产品计，约有2000种

2、不同的制剂产品。上个世纪80年代以来，由于环境安全、食品安全的推动，其中水基化农药新剂型的研究开发飞速发展。至2004年水基化农药新剂型的主要品种发展情况如下：1999-2004年全球安全的农药新剂型发展统计（从总数2000种农药剂型统计）剂型    涉及的活性物质品种    增长    1999/2000    2003-2004    SC    212

3、    275    30%EW    28    36    28%SE    9    15    67%CS    17    24    41%WG&#

4、160;   116    167    44%FS    28    37    32%在我国，约有2600家农药企业，生产能力达78万吨/年，有效成分的种类约580种，制剂能力达100万吨/年以上，每年新增的登记品种约2000个。至2004年处于登记有效期内的品种约6000多个（含卫生用药）。2002年以来，随着石油化工资源的紧缺，水基化农药新剂型的发展得到明显加

5、速，其开发情况如下：1998-2004年我国农药水基化新剂型的发展情况（按6500个制剂规格统计，含卫生用药）年份制剂    1998年    2002年    2004年            合计    其中国内企业    其中外国企业悬浮剂   

6、; 95    125    284    214    70水分散粒剂    1    48    70    29    41水乳剂    13   

7、60;22    72    58    14微乳剂    4    38    94    94    -悬乳剂    17    4    40 

8、   39    1微囊剂    1    9    11    5    6种衣剂    38    68    110    92   

9、 18联合国南通农药剂型开发中心按照我国政府的农药发展规划，多年来一直从事水基化农药新剂型的研究和工程化开发，并取得了一系列可喜的成果。以下将以这些成果和应用为线索，对我国水基化农药新剂型研究开发中的若干共性问题作一研讨和交流。、关于水乳剂（EW）和微乳剂（ME）2.1.水乳剂和微乳剂是替代老剂型乳油（EC）的一对孪生子。水乳剂(Emulsion in Water),剂型国际代号EW，曾称浓乳剂（Concentrate Emulsion）。是将液体或与溶剂混合制得的液体农药原药以0.5-1.5微米的小液滴分散于水中的制剂，外观为乳白色牛奶状液体。微乳剂（Microemulsion）剂

10、型代号ME，是液体或与溶剂配制成的液体农药原药分散在含有大量表面活性剂的水溶液后，所形成的透明的或半透明的溶液。水乳剂的结构特点是液态农药被分散成1微米左右的乳化微粒所形成的乳化液。微乳剂是液态农药在较高浓度表面活性剂的作用下，形成10-100纳米（0.01-0.1微米）的微粒，它“钻”进了过量表面活性剂所形成的胶束之中。多数情况下还需加入增溶剂使胶束溶胀，以便能更多的包裹农药微粒。因此，微乳剂是农药乳化作用的极限。只要保证乳化剂和增溶剂的条件，便会自发形成。微乳剂生产过程的控制简单。而水乳剂处于热力学的不稳定状态，不能自发形成，它必须借助特定的外力作用，以形成均匀的乳化液粒，因此，生产过程的

11、控制相对复杂。EW和ME都必须通过二年以上的经时稳定考核，在实验室条件下通过常规的冷热贮藏试验。5%菊酯类农药EW，ME基本配方比较    水乳剂（EW）    微乳剂（ME）原药（100%）    5    5溶剂油（仅为溶解固体原药用）    57    57乳化剂类    4-5   

12、; 8-15增溶剂        5-15黏度调节剂（折100%）    1    防冻剂    3-5    3-5水    至100    至100对不添加黏度调节剂的水乳剂，继续加入乳化剂和增溶剂，便可转化成微乳剂。2.2. 水乳剂、微乳剂的科技成果及在生产中的应

13、用和比较水乳剂和微乳剂的一系列研究成果近年来在生产中得到了广泛应用，推广速度均达到50%以上，至2004年，在我国登记的水乳剂农药品种已达72个（其中国内企业58个，外国企业14个），微乳剂品种为94个（均为国内企业）。本中心自上世纪90年代初即致力于水乳剂及微乳剂的研究，到目前为止，已形成科技成果20多项。其中水乳剂方面的成果主要是：低含量水乳剂：4.5%高效氯氰菊酯    2.5%，5%，10%高效氯氟氰菊酯    2.5%溴氰菊酯2.5%、5%高效氟氯氰菊酯    6.

14、9%精恶唑禾草灵    5%顺式氰戊菊酯1.8%阿维菌素    7%阿维氯氰    高含量水乳剂：600g/L丁草胺    50%乙草胺    30%毒死蜱30%辛硫磷    600g/L二嗪磷    20%、30%氰戊菊酯450g/L咪鲜胺（无结晶）    50%乙草胺?仲丁灵

15、    一个值得注意的动向是，目前我国已成为微乳剂生产品种最多的国家，而在国外，主要研究和推广的品种是水乳剂，至今几乎没有一家外国公司在中国登记和推广微乳剂，在其国内微乳剂登记的产品也不是很多，可能就是基于环境保护的考虑。因此，有必要对水乳剂和微乳剂的成果应用进行进一步的比较和研究。2.2.1. 微乳剂的优点1）生产投资少，控制简单，易于掌握和推广。2）研究开发方便，中小企业的实验室都可开展，不需象水乳剂那样，需粒度分布仪，黏度仪等大型设备配套和检测。3）由于添加了大量表面活性剂，一般田间药效比乳油高5-10%。2.2.2.微乳剂和水乳剂的应用比较1）水

16、乳剂的配方组成简单，液态原药配制水乳剂几乎不用溶剂。水乳剂用大量的水取代了苯类有机溶剂，所添加的流变剂一般从食品添加剂中选取，是国际公认的对环境安全的农药新剂型。微乳剂所需用的有机化工材料（乳化剂和增溶剂）比水乳剂高，生产成本高于水乳剂。2）微乳剂中一般需添加10%左右的增溶剂，（主要为亲水性的直链或支链的醇、酮等），这些物质尽管急性毒性与二甲苯相当，但均为亲水性的极性溶剂，更易渗透到作物内部，但同时也溶入农田和水源，要清除和分离比苯类非极性溶剂更困难，慢性毒性不可忽视。因此微乳剂对环境和食品安全增添了新的威胁。就工厂而言，这一剂型今后很难打开国际市场。3）由于微乳剂自身的结构特点，注定了微乳

17、剂中活性物质含量一般最高仅在25%左右，而不可能象水乳剂那样制成高浓度的制剂，例如60%丁草胺EW，50%乙草胺、450g/l的咪鲜安、60%二嗪磷EW等。4）对于生长期短的蔬菜等品种和水田中，建议要慎用微乳剂，建议不要把带有增溶剂的微乳剂作为室内卫生用药。、关于可溶液剂（SL）与微乳剂（ME）另外还有一种剂型，在外观上与微乳剂和水剂极为相似，清澈透明，被称之为可溶液剂。可溶液剂是指：对在水中呈微溶状态的农药原药配以大量亲水性极性溶剂，在辅以助溶剂和乳化剂后所制得的一种在使用中能在水中溶解的农药剂型。在微乳剂和可溶液剂方面，本中心所取得科技成果主要有：3%啶虫脒  

18、0; 5%甲胺基阿维菌素苯甲酸盐    10%氰戊菊酯4.5%高效氯氰菊酯    2.5%高效氟氯氰菊酯    20%吡虫啉（SL）25%戊唑醇（类SL）        可溶液剂中通常选用的极性溶剂和增溶剂为酰胺类、如DMF；酮类、如环己酮，N-甲基吡咯烷酮；直链或支链的醇以及特殊结构的某些极性溶剂等。可溶液剂在水中呈分子状态，由于活性物分子上的极性吸引了亲水性的极性溶剂和增溶剂并补以乳

19、化剂，使溶解度迅速增大而溶于水中。一般认为在水中溶解度大于1000mg/L的农药适宜于制备可溶液剂，因为它所需添加的极性溶剂较少，甚至可以不加或少加助溶剂，例如在高毒农药中此类制剂有40%久效磷、40%甲胺磷LS等。近年来伴随着水基化农药制剂尤其是微乳剂研发热潮的兴起，外观形似的可溶液剂的开发也应运而生，研究的对象也迅速扩大，一些水中溶解度在数百到数拾毫克/L的农药原药也被列入SL的开发对象。例如本中心应企业要求所研制的20%吡虫啉等。类似的开发对象还有啶虫咪、乙草胺、丁草胺、甲胺基阿维菌素苯甲酸盐等。目前研制品种还在不断增加。由于SL与ME外观相似，概念上容易混淆，有的研究者把SL误作为ME

20、去开发，甚至把SL误作为微乳剂进行申报登记和推广，对此应引起关注。另有个别农药如戊唑醇等，几乎不溶于水，不具备制备SL的条件。但为了防治上的特殊需要，仍按SL的配方特点，加入大量的特种极性溶剂，并辅以乳化剂和少量水，制成外观清澈透明的25%类SL制剂。这种制剂在配方上具有了SL的特点，在使用上具有乳油的特点，遇水后呈乳化液。无论是SL，或类SL，都在农药制剂中引入了大量形形色色的极性溶剂。由于这些制剂中的极性溶剂对人和环境可能有害，除非防治上的特殊需要，建议不要大田推广。笔者认为，当前，在我国的农药剂型科技创新中要警惕“表观水基化”的误导。3.1. 可溶液剂（SL）、微乳剂（ME）与水乳剂（E

21、W）、乳油的配方比较及对环境的影响。同一种农药有效成份可加工成不同的剂型，如可溶液剂、微乳剂、水乳剂、乳油等，只是配方不同而已。在不同的液体制剂配方中，对溶剂的使用有所区别。由于溶剂的种类不同，故对环境的影响也不一样。国际药品组织早在数年前就对医药品在生产和纯化过程中可能导致残留溶剂的量作出了限制，根据国际协调大会（ICH）制定的药品残留溶剂指导原则，按照毒性大小和对环境的危害程度，该指导原则即将溶剂分为3类：第一类溶剂是指已知可以致癌并强烈怀疑对人和环境有害的溶剂。残留溶剂的量必须控制在以下规定浓度内：如苯（2ppm）、四氯化碳（4ppm）、1,2-二氯乙烷（5ppm）、1,1-二氯乙烷（8

22、ppm）、1,1,1-三氯乙烷（1500ppm）等。第二类溶剂是指无基因毒性但有动物致癌性的溶剂。按每日用药10g计算的每日允许接触量：如氯仿（60ppm）、甲苯（890ppm）、二氯甲烷（600ppm）、甲酰胺（220 ppm）、二甲基甲酰胺（880ppm）、甲醇（3000ppm）、N-甲基吡咯烷酮（4840ppm）、二甲苯（2170 ppm）等。第三类溶剂是指对人体低毒的溶剂。其急性或短期研究显示，这些溶剂毒性较低，基因毒性研究结果呈阴性，但尚无这些溶剂慢性毒性或致癌性的数据。在无需论证情况下，残留溶剂的量不高于0.5%是可以接受的，但高于此数值须证明其合理性。这类溶剂包括丙酮、2-丙酮、

23、二甲亚砜、乙酸乙酯等。人们直接食用的蔬菜、水果中的溶剂残留量同样可以借鉴医药品中的溶剂残留限量。可溶液剂中使用了大量的极性溶剂和增溶剂，对环境有严重影响。微乳剂虽然未使用极性溶剂，但是有些产品使用了大量的增溶剂和乳化剂，对环境有潜在的影响。而乳油使用了大量的苯类有机溶剂，对环境的影响不言而喻。它们的具体区别见下表。水乳剂、微乳剂、可溶性液剂和乳油的基本配方及比较    EW    ME    SL    EC农药原药 

24、0;              溶剂油（或甲苯、二甲苯）*                极性溶剂                增溶剂&#

25、160;               乳化剂                微观结构    乳化微粒    溶胀的胶束    分子溶液   

26、 遇水呈乳化微粒外观    一般牛奶状    透明或半透明液状    透明液状    透明液态对环境的影响    安全    较安全    严重    严重*注：对固体农药在制备ME、EW前需用少量溶剂油配制成药液。3.2.可溶液剂与微乳剂的区别和鉴别1）在适用的农药活

27、性物品种上的区别。水溶液剂的研制对象为在水中呈微溶状态的农药原药，而微乳剂配制的对象更广泛，还包括大量的难溶的农药原药。2）SL的最大特点在于大量使用亲水的极性溶剂，故又被称作可溶性乳油。在微乳剂中，对固体农药活性物只需用少量非极性溶剂配成药液即可。而在可溶液剂中，不管是固态或液态农药，均需配以大量的极性溶剂以提高亲水性。此外，微乳剂和可溶液剂一般均需添加极性结构的增溶剂。在可溶液剂中，上述极性溶剂主要为酰胺类、酮类、直链和支链的醇等有机物，尤其对水中溶解度小于1000mg/L的活性物SL中，所需的量很大，不少品种对环境的危害已超过乳油。3）制剂的有效成份含量不同，同一农药用SL剂型能制成较高

28、含量的制剂，而用微乳剂不可能制成高含量制剂，例如吡虫啉，即使利用特种溶剂所配制的微乳剂，其含量都难达到3%，以致不能实现产业化。但配制成SL，其浓度都可高达20-30%。4）可溶液剂与同含量微乳剂相比，由于微观结构不同，其导电性较大，一般情况下，可测定溶液电导以作进一步的鉴别。5）SL的最大优点在于：许多原来很难制得液体剂型的原药，通过SL剂型能溶于水，并能呈分子状况，具有很强的穿透性，通常用于特定的防治对象。例如吡虫啉SL主要用于动物皮毛的杀虫，树木的保护，而25%戊唑醇可溶液剂则主要用于木材的处理等方面。6）基于和微乳剂相同的原因，不宜轻易扩大SL的使用范围，尤其不宜大面积推广到大田作物及

29、食用的瓜果蔬菜等品种上。4、对悬浮体系制剂中活性物分子长大现象的抑制研究和应用4.1. 关于悬浮剂和悬乳剂的研究开发进展悬浮剂是将固体农药原药以4微米以下的微粒均匀分散于水中的制剂，国际代号为SC。由于SC没有像可湿粉（WP）那样的粉尘飞扬问题，不易燃易爆，粒径小，生物活性高，比重较大，包装体积较小，因此，SC已成为水基化农药新剂型中吨位最大的农药品种。悬乳剂是将悬浮剂（SC）和水乳剂（EW）合并成一个制剂的新剂型，国际代号为SE。由于在悬乳剂中可以同时存在液态和固态的农药活性物，因此可用于农药复配制剂的水基化，发展前景广泛。至2004年，SC开发投产的规格品种已达284个，品种数比2002年

30、增长1倍以上。我国的SE在2004年获得了飞速发展，登记规格品种达40个，相当于2003年的10倍（2003年登记品种规格仅为4个）。10多年来，由于普遍开展了对悬浮体系物理稳定性的研究，药液分离的情况得到了很大的改善。联合国南通农药剂型开发中心在SC方面的研究成果主要有：43%戊唑醇    12.5%三唑醇    25%多效唑5%已唑醇    20%虫酰肼    350g/L吡虫啉12.5%粉唑醇   &

31、#160;30%四螨嗪    430g/L代森锰锌44%精甲霜灵百菌清    10%高效氯氰    2.5%溴氰菊酯25%异菌脲    10%四螨嗪哒螨灵    24%噻虫嗪50%多菌灵    50%百菌清    5%氟虫腈10%溴虫腈    2.5%联苯菊酯 

32、0;  25%甲霜灵12%残杀威    20%，35%克百威    20%哒螨灵25%，50%杀螺胺    4%-8%吡虫啉高效氯氰    2.5%氟氯氰菊酯与此同时，我们还在全国独创了低温连续化超微粉碎制悬浮剂新工艺，并已在多家农药企业投产。4.2. 关于悬浮系统中分子长大现象的抑制研究及应用随着SC、SE研究开发品种的扩大，一些深层次的技术问题，逐渐暴露出来，其中最主要的是，约有三分之一的农药品种在悬浮系统中（包

33、括水乳剂、悬乳剂）普遍存在分子长大现象，致使一大批农药品种无法实现制剂的水基化或在短期内失效，比较典型的产品有代森锰锌、咪鲜安、吡虫啉、甲霜灵、杀螺胺及大部分高浓度的拟除虫菊酯类水基化制剂等。分子长大现象主要有以下五种表现：1）SC中，农药晶体直接析出，固液分离，在高含量制剂中更为显著，如：甲霜灵、吡虫啉等。2）在EW中，固体从乳化微粒中析出，并进一步长大，体系彻底破坏，如：咪鲜安、氰戊菊酯、高效氯氰菊酯等。3）在SC中，活性物微粒与连续相中的分子相互桥结，而形成分子的长大，最终成半固化状，而无法使用，例如：代森锰锌、杀螺胺、辛硫磷等。4）在水田或滩涂施药过程中，制剂保护系统被钙、镁离子破坏，

34、活性物分子长大并集聚，使药物失效，如：杀螺胺及微溶解度偏大的部分水田除草剂等。5）部分包装材料诱发晶种析出并长大，如：高效氯氰菊酯、氰戊菊酯等。近五年来，联合国南通农药剂型开发中心对上述表现开展了较为系统的研究，通过开发投产一系列新结构助剂（MD、WO、WA、MW等系列）建立了特殊结构的多电层静电屏蔽系统，并对连续相的传统组份进行了重新筛选，对PH值、电导、流变等性能进行调整，这些对某些品种的奥氏熟化现象起到了明显的抑制作用。在此基础上，已成功的研制出450g/l咪鲜安水乳剂、25%甲霜灵悬浮剂、350g/l吡虫啉悬浮剂、430g/l代森锰锌悬浮剂、25%，50%杀螺胺悬浮剂以及一大批高浓度的

35、菊酯类农药水基化制剂。5、关于水分散性粒剂水分散性粒剂是近年来发展速度最快的剂型之一，并有可能成为今后的主要农药剂型之一，水分散粒剂是将农药制成一种干的、无粉尘的、能够自由流动，而又容易在水中扩散的一种农药剂型，国际代号为WG。其中水悬浮剂干燥造粒所制得的WG又称为干胶悬剂，国际代号DF。WG又称WDG，其中农药原药溶于水的称为WSG。WG的优点：1）使用方便 2）没有包装污染 3）产品体积小，运输储藏方便 4）无粉尘、颗粒崩解速度快 5）高润湿、高展着、药效发挥充分 6）有效成分覆盖面宽（1-2%至80%左右）。鉴于以上优点，WG已成为近10年来新开发投产的原药品种的首选剂型之一，至2004

36、年底，共有70个品种在国内投放（其中外国企业41种），WG的研究开发在我国尚处于起步阶段。本中心的主要成果有：70%吡虫啉    70%苯磺隆系列    70-90%草甘膦胺盐系列5-15%吡虫啉+阿维菌素、高氯、氯氟氰、氟氯氰    25%噻虫嗪     2.5%，5%甲维盐10.5%甲维氟铃脲    50%烯酰吗啉    53%精甲霜灵锰锌70%嗪草酮&

37、#160;   70%百菌清    80%氟虫腈50%霜脲氰    72.5%霜脲锰锌    75%三环唑20%啶虫咪        6、关于微胶囊剂微胶囊有多种剂型，其中典型的有二种，一种是微囊悬浮剂，国际代号为CS，另一种是微囊粒剂，国际代号CG。微囊悬浮剂是将固体和液体农药活性物质包在囊壁材料中形成微小的囊状稳定的悬浮剂，用水稀释后成悬浮液使用，。平均粒径可在2

38、-50微米范围内选取，是典型的农药控制释放剂。而微囊粒剂则是将微胶囊颗粒通过不同的造粒工艺制得的具有水分散粒剂性能的产品，是当今世界技术含量最高的一种农药制剂，已在国外产业化的品种如：75%毒死蜱微囊粒剂。优点：1）可延长农药药效期 2）降低农药毒性 3）调节药效的发挥 4）降低农药的刺激性5）提高农药的选择性 6）减少农药的使用量 7）提高部分农药的稳定性）提高用药的安全性。到2004年底，在我国登记的微胶囊品种共有11个（其中外国公司6个），分别是a）大田用药5个（36%恶草酮、45%二甲戊磷、8%氯氰菊酯、10%吡虫啉、35%辛硫磷），卫生用药4个（20%，0.4%毒死蜱、2.5%氯氟氰

39、菊酯、10%右旋苯醚菊酯），水果保鲜1个（3.3% 1-甲基环丙烯），粮库用药1个（1.01%杀溴微囊粉剂）。随着对环境、食品安全和可持续发展等问题的意识不断增强，微胶囊剂势必成为农药剂型发展的一个重要方向，近年来，联合国南通农药剂型开发中心在微囊剂的开发上取得了可喜成绩，主要成果有：2.5%-10%三氟氯氰菊酯 阿维菌素    21%辛硫磷氟氯氰    5%天然除虫菊素20%，30%毒死蜱    30%辛硫磷    8%三唑磷阿维菌素

40、43%甲草胺    40%乙草胺    40%丁草胺15%辛硫磷虫酰肼    20%-30%三唑磷    与此同时，我们还针对化学法、物理化学法、物理法等不同类别的成囊工艺、不同的原药及囊体参数等开始了多条路线的工程化研究，取得了一系列工程化研究成果。7、关于种子处理剂种子处理剂技术分为拌种剂、种衣剂和种子丸粒化技术。在种衣剂方面，经过10多年的研究开发，我国的种衣剂从无到有，得到了长足的发展，至2004年底，国内共有92种规格。但由于

41、历史原因，一批本来不应该列入种衣剂配方的农药活性物也被作为配方组份，同时，规格品种也偏多。因此，目前我国的种衣剂应该进行新老品种的交替和产品更新换代，尤其是：a）杀虫用药由高毒类（如呋喃丹、3911等）向低毒农药转化（如吡虫啉、氟虫腈、噻虫嗪、辛硫磷等）；b）一些不宜进入悬浮型种衣剂配方的原药如甲基异柳磷，甲基立枯磷等，应逐步淘汰；c）杀菌用药由传统药（福美双、多菌灵）向高效新药转化（如戊唑醇、咪鲜安、甲霜灵）； d）新剂型需不断增加，如由水悬浮型扩展到水乳型、蓄水型、微胶囊型等。种子丸粒化技术在我国尚处于空白，种子丸粒化技术对退耕还草、节水农业、瓜果蔬菜等经济作物的优良品种培植具有很重要的现实意义以及经济意义。联合国南通农药剂型开发中心近年来，广泛开展国际合作，在种衣剂和种子丸粒化技术方面开展了一系列的合作研究，并取得了以下几个方面的系列成果：1）以吡虫啉、噻虫嗪、克百威、多菌灵、甲霜灵、福美双、戊唑醇等为活性物质的多种组合的各种悬浮种衣剂配方技术。2）以咪鲜安、辛硫磷等活性物质为组合的水乳型种衣剂配方技术。3）低温连续化超微粉碎制悬浮种衣剂工程化技术。4）牧草种子丸粒化工艺技术。5）蔬菜种子丸粒化工艺技术。6）油菜种子丸粒化工艺技术。8、关于纳米材料