黄啟良-农药制剂及剂量传递性能提升

农药制剂及剂量传递性能提升汇报人：黄啟qlhuang@中国农业科学院植物保护研究所2023.08泰安1.农药载药体系2.农药对靶剂量传递过程与行为3.农药制剂及剂量传递性能提升策略4.小结汇报内容农药剂型与分析创新任务

十三五——应用基础研究剂量传递损失规律

对靶高效利用机理研发落后研发滞后认识不足新型替代产品高效施用装备减施技术集成应用模式创新剂量传递的过程行为与效应规律

对靶高效沉积的机制与调控途径应用理论“化学农药对靶高效传递与沉积机制及调控(2017YFD0200300)”项目预期成果农药减量施用方法农药减施技术指标项目执行年限：2017年07月——2020年12月“化学肥料和农药减施增效综合技术研发”重点研发专项

助剂施用限量标准问题需求科学问题农药剂型与分析创新任务

十四五——关键技术研究“农药靶向传输释放调控与协同控害技术创新与应用(2022YFD1700500)”项目项目执行年限：2022年11月——2026年12月“农业面源、重金属污染防控和绿色投入品研发”专项过程行为沉积结构界面现象雾滴的水性特征

雾滴蒸发

粒径衰减

飘移损失

弹跳溅落

光促分解

淋溶流失作物的叶面特性作物的冠层特性

位置差

时间差

剂量差靶向传输释放调控农药剂型与分析创新任务

十四五——关键技术研究“农药靶向传输释放调控与协同控害技术创新与应用(2022YFD1700500)”项目项目执行年限：2022年11月——2026年12月“农业面源、重金属污染防控和绿色投入品研发”专项精准施药产品与技术专业化服务新模式协同控害技术体系农药定向传输与释放调控

靶向农药

功能助剂

省力化技术

作物健康

多方法协同

减药增效物理、生物、信息等与化学防治协同作物种植体系中多要素互联互通

高效省力

节本增效

全程解决方案精准施药协同控害1.农药载药体系1.1农药载药体系类型农药制剂体系、药液体系、雾化体系是对靶剂量传递的主要载药体系制剂体系药液体系雾化体系典型剂型分散体系类型药剂存在形态外观分散体系类型药剂存在形态外观分散体系类型药剂存在形态外观可溶液剂（水剂）真溶液分子或离子均相、透明真溶液分子或离子均相、透明雾化体系分子或离子雾滴群乳油真溶液分子或离子均相、透明乳状液分子或离子可流动、不透明雾化体系分子或离子雾滴群微乳剂微乳液微细液滴/纳米透明至半透明微乳液微细液滴/纳米透明至半透明雾化体系微细液滴/纳米雾滴群水乳剂乳状液微细液滴/微米可流动、不透明乳状液微细液滴/微米可流动、不透明雾化体系微细液滴/微米雾滴群可湿性粉剂粉状固体微细粉末/微米疏松粉末悬浮液微细颗粒/微米可流动、不透明雾化体系微细颗粒/微米雾滴群悬浮（乳）剂悬浮液微细液滴或颗粒/微米可流动、不透明悬浮液微细液滴或颗粒/微米可流动、不透明雾化体系微细液滴或颗粒/微米雾滴群微囊悬浮剂悬浮液微细颗粒/微米可流动、不透明悬浮液微细颗粒/微米可流动、不透明雾化体系微细颗粒/微米雾滴群水分散粒剂粒状固体微细颗粒/微米可流动颗粒悬浮液微细颗粒/微米可流动、不透明雾化体系微细颗粒/微米雾滴群1.农药载药体系1.2农药剂型的发展历史农药剂型随着有效成分、助剂、加工与使用技术等的发展而发展1.农药载药体系1.3农药载药体系在农药使用中的作用农药剂量传递的载体，剂量传递效率的关键。生态特性生长特性界面特性制剂体系药液体系活性成分雾化体系施药器械大气环境配方助剂靶标作物有害生物生物特性发生规律为害规律农药药械使用技术分散形貌释放方式分散体系2.农药对靶剂量传递的过程行为2.1农药对靶剂量传递的主要过程2.农药对靶剂量传递的过程行为2.2农药雾滴的蒸发飘移研究结论：阐明了多因素协同作用下的雾滴相互作用和雾滴群体空间传递和演化规律和机制，明确了雾滴飘失的主控因素，确定了恒飘雾滴和敏感雾滴的粒径区间。ChemicalEngineeringScience,2019(193);农药学学报,2020(22);CN111442898A.

雾滴蒸发飘移的过程行为2.农药对靶剂量传递的过程行为新规律：雾滴向作物冠层空间运行中的蒸发促使雾滴粒径变小，雾滴粒径变小导致了其空间运行速度的衰减，两因素叠加加剧雾滴飘移；特定场景中，农药雾滴的蒸发速度与药液性质密切相关。ScienceoftheTotalEnvironment,2021,777;InternationalJournalofHeatandMassTransfer,2021,177.

雾滴蒸发飘移的损失规律2.2农药雾滴的蒸发飘移2.农药对靶剂量传递的过程行为雾滴在作物冠层的沉积结构新发现：将大田作物模型化，解析冠层结构对气流分布的影响，发现了气流沿冠层高度方向分布呈现“内部衰减、边界剪切、上方波动”的典型特征；冠层上方的气流波动区域高度≈冠层高度。农业工程学报,2020,36(13);农药学学报,2020(22).

2.2农药雾滴的蒸发飘移2.农药对靶剂量传递的过程行为雾滴在叶面动态沉积的过程行为2.3农药雾滴的弹跳流失研究结果：系统研究了不同载药模式、雾滴大小、碰撞速度及助剂调控下雾滴弹跳动态演化过程和运动规律，从能量守恒角度解析了调控药液性质抑制弹跳行为和增加沉积效率的规律与机制ColloidSurf.A-Physicochem.Eng.Asp.2019(583);JournalofMaterialsChemistryA,2020(8).2.农药对靶剂量传递的过程行为雾滴在叶面动态沉积的损失规律2.3农药雾滴的弹跳流失新规律：雾滴弹跳高度由药液的极限弹性模量及与靶标作物叶面之间的粘附力决定，采用正电性表面活性剂等调控药液弹性模量小于1.88mN/m、粘附力大于93.3μN，可减少雾滴弹跳滚落。SoftMatter,2018(14);JournalofMolecularLiquids,2018(272).2.农药对靶剂量传递的过程行为雾滴在叶面稳态持留的过程行为2.4农药药液的稳态持留新发现：不同药液性质与叶面亲疏水特性决定了沉积药液的蒸发模式和沉积形貌，协同有害生物发生与为害特征，动态改变了叶面的结构与亲疏水特性，进而影响稳定持留性能与剂量效应。PlantDisease,2019(8);JournalofAgriculturalandFoodChemistry,2020,(68)

.2.农药对靶剂量传递的过程行为雾滴在叶面稳态持留的损失规律2.4农药药液的稳态持留研究结论：作物叶面的亲疏水特性决定了雾滴在叶面的蒸发模式和稳态持留形貌，也决定了药剂在叶面的剂量分布及覆盖密度。基于叶面亲疏水特性选择不同功能助剂可进行农药静态持留的调控。

PLoSOne,2017,(12);ColloidsSurfB:Biointerfaces,2018,(167).3.农药制剂及剂量传递性能提升策略3.1提升策略乳油、可湿性粉剂、可溶液剂等是当今产业主流，粒状、缓释剂型是未来发展的方向。/hysj/index.jhtml，202110063.农药制剂及剂量传递性能提升策略3.1提升策略3.2制剂体系

制剂体系

粒度调控

—基于叶面结构调控载药颗粒持留性能

—基于叶面结构调控载药颗粒传输性能

界面修饰

—基于叶面组分调控载药颗粒粘附性能

—基于叶面电性调控载药颗粒持留性能控制释放

—基于防控剂量需求调控农药释放性能

—利用材料环境响应调控农药释放性能3.农药制剂及剂量传递性能提升策略制剂形成与稳定应用理论成熟，助剂、装备与工艺技术稳定，产品集群规模化程度高；新型功能型助剂的使用，丰富了剂型内涵，提升了产品性能，颠覆了传统认知。乳油：高粘，含水

对水微乳化（可溶化乳油）可湿性粉剂：微囊（粒）化

直接喷施（微粉）可溶液剂（水剂）：高粘，高盐

高肥效/hysj/index.jhtml，202110063.2制剂体系

常规制剂体系的配方优化3.农药制剂及剂量传递性能提升策略新型功能型高分子助剂的使用，完全改变了传统剂型的内部结构和溶液性质，也改变了配方组分间的时空位置和相互作用。——黄桂珍等3.2制剂体系

常规制剂体系的配方优化3.农药制剂及剂量传递性能提升策略制剂形成与稳定应用理论成熟，助剂、装备与工艺技术稳定，产品集群规模化程度高；有效成分分散形貌及药液与雾化体系性能优化与提升是研究热点。单一有效成分分散形貌大幅改变不同分散尺度载药颗粒协同作用不同分散形貌农药形成复合体系/hysj/index.jhtml，202110063.2制剂体系

水性制剂体系的性能提升3.农药制剂及剂量传递性能提升策略增加分散体系热力学稳定性，可大幅改善农药桶混稳定性，适配新的施药技术和场景。水乳剂纳米乳剂聚合物负载10-30nm纳米乳剂

20-200nm增溶稳定3.2制剂体系

传统的微米分散趋向于现代的纳米分散：纳米化3.农药制剂及剂量传递性能提升策略ChemicalEngineeringJournal,2022,434,134761.增加有效成分分散度，可大幅增加有效成分颗粒数，进而提高沉积密度。高压均质分子自组装悬浮剂纳米悬浮剂3.2制剂体系

传统的微米分散趋向于现代的纳米分散：纳米化3.农药制剂及剂量传递性能提升策略JournalofColloidandInterfaceScience,2020,566,383.AppliedScience,2021,11,575.通过作物叶面微观结构与载药颗粒拓扑形貌拟合，提高载药颗粒叶面粘附和沉积性能。载药颗粒悬浮剂纳米悬浮剂纳米水分散粒剂ACSSustain.Chem.Eng.2019,7,131483.2制剂体系

基于作物叶面结构，进行仿生载药颗粒制备：拓扑形貌3.农药制剂及剂量传递性能提升策略载药颗粒Nanomaterials,2016,6,126;CEJ,2020,395通过载药颗粒表面修饰改性，增加与叶面相互作用，提高载药颗粒叶面粘附和沉积性能。悬浮剂纳米悬浮剂纳米水分散粒剂3.2制剂体系

基于作物叶面组分，进行载药颗粒表面改性修饰：界面改性3.农药制剂及剂量传递性能提升策略载药颗粒NanoResearch,2020,13(3):611-620利用植物转运蛋白介导导向农药分子，实现农药在植物中跨膜传输与分布。悬浮剂纳米悬浮剂纳米水分散粒剂3.2制剂体系

利用植物转运蛋白介导导向农药分子，实现农药在植物中传输与分布：导向农药3.农药制剂及剂量传递性能提升策略通过包覆或吸附负载，改变了农药分散颗粒界面特性，可赋予其自身所不具有的性能。悬浮剂溶剂挥发界面聚合纳米微囊

20-500nm吸附载药悬浮剂纳米悬浮剂微囊悬浮剂纳米悬浮剂3.2制剂体系

传统的开放分散趋向于现代的包覆分散：微囊化和控制释放3.农药制剂及剂量传递性能提升策略载药颗粒pH响应多模式抗菌春雷霉素新制剂昆虫体内微环境作用下智能响应释放ChemicalEngineeringJournal,2019,361,671-679.JournalofHazardousMaterials,2020,389,122075.通过环境因子调控释放，减小释放剂量与防控需求的时空位差，提高有效利用率。微囊悬浮剂纳米悬浮剂3.2制剂体系

基于防控需要，利用环境因子进行药剂调控释放：响应释放3.农药制剂及剂量传递性能提升策略3.2制剂体系颗粒剂和可溶粒剂将向功能型、省力化、缓释颗粒剂方向发展0.55%农药缓释制剂登记概况构建农药剂量可控制释放缓释粒剂与省力化漂浮粒剂，根部或水面定向省力化施药，优化茎叶喷雾农药靶向剂量传输过程，改善农药沉积结构，提高农药有效利用率。重点研发专项2017YFD0200300研究结果

3.农药制剂及剂量传递性能提升策略ColloidsandSurfacesB:Biointerfaces,2018,169:404-410不同粒径的微囊组合实现了农药释放剂量速效和持效的互补与兼顾。3.2制剂体系通过不同粒径载药颗粒的组合策略调控释放3.农药制剂及剂量传递性能提升策略结合农艺模式，土壤隐蔽施药，根据防控剂量需求调控释放剂量，增加防控时间。A：最低有效浓度；B：常规剂型；C：控释剂型；D：作物不产生药害的最大承受浓度3.2制剂体系结合农艺模式，根据防控剂量需求进行定时定量调控释放3.农药制剂及剂量传递性能提升策略雾滴蒸发飘移的调控研究结果：采用功能助剂调控药液性质，能显著降低恒飘区雾滴的初始比例；掺混助剂后在气液界面形成膜状结构，显著降低了极端条件下雾滴的蒸发损失，两种喷嘴的减飘效果可达到30%以上。Molecules,2021,26(5).

3.3药液体系3.农药制剂及剂量传递性能提升策略雾滴在叶面动态沉积的调控研究结论：通过高分子助剂自组装形成雾滴多层水合表面膜，有效解决传统小分子助剂单分子层雾滴表面膜缺陷，解决雾滴空间运行的蒸发飘移及叶面碰撞弹跳的能量转换与耗散问题。

ZL201811635313,9；ZL201811638856,6.0.12%ND-1

+草甘膦0.16%ND-1

+草甘膦3.3药液体系3.农药制剂及剂量传递性能提升策略雾滴在叶面动态沉积的调控研究结论：基于靶标叶面化学成分，利用相似相吸原理，研发具有表面活性的甘草酸类对靶沉积功能新助剂，甘草酸在体相中自组装形成纳米纤维结构，可有效附着于靶标表面，抑制液滴弹跳。

ACSAppl.Mater.Interfaces,2020(12).3.3药液体系3.农药制剂及剂量传递性能提升策略雾滴在叶面稳态持留的调控研究结论：光响应性功能助剂可控制气-固-液三相线处的蒸发速率，促进药液的均匀沉积；油类和淀粉类助剂可有效延长药液的蒸发时间，促进有效成分的渗透吸收。

农药学学报,2020,(2).3.3药液体系3.农药制剂及剂量传递性能提升策略雾滴在叶面稳态持留的调控ACSSustainableChemistry&Engineering,

2019,(7);ChemicalEngineeringJournal,2021,(420).新原理：基于作物叶面微观结构和组分特性，构建分散形貌与之拓扑结构匹配的载药体系，并进行载药颗粒界面修饰改性，可大幅提高农药与叶面的相互作用和黏附特性，进而提高对靶持留性能。3.3药液体系3.农药制剂及剂量传递性能提升策略3.4雾化体系设计并制备超疏水喷雾挡板，根据靶标区内外雾滴运行行为及沉积量变化，研究挡板对雾滴空间的减飘效果及减飘机理；通过调整挡板角度和位置，与不同喷嘴组合实现雾滴减飘。研究结果：超疏水喷雾挡板能够实现易飘失雾滴的反弹，促进雾滴间碰撞合并的概率，改善雾滴谱分布均匀性，使得TR喷嘴的减飘率在20%以上、ST喷嘴减飘率在15%以上。C