1 第三代农药制剂技术的兴起和药物传递技术的开发
1.1 第三代农药制剂技术的兴起的时代背景
在世界农药制剂工业发展中,在20世纪40年代末诞生了第一代制剂技术(以粉体和乳油为主),发展至今,制剂技术领域先后经历了2次重大变革。
⑴ 第一次变革(1962年始至21世纪初),产生了第二代农药制剂技术
1962年美国海洋生物学家Rachel Carson的著作《寂静的春天》触发了世界环境保护运动,很快波及到农药制剂。国际农药界对制剂技术开展了全面的创新,朝着水基化、超微化、无粉尘、控制释放的方向发展。历经40余年,形成了环境友好农药新剂型的技术系统,即第二代农药制剂技术。
⑵ 第二次变革(始于21世纪初),催生了第三代农药制剂技术的问世和发展
21世纪以来,第四次工业革命的浪潮不断地对农药制剂技术发起了冲击。拉开序幕的是21世纪初美国加州EPA颁布的一条法令：“2005年10月起,VOC>20%的农药产品不得进入美国加州市场”。
此后,直面农药产品安全/作物安全/环境安全/生态安全/生产安全/施药者安全/食品安全/制剂添加物安全等方面的法令、规定和要求接踵而来。归纳到一条,即农药使用要“减量”,要以“绿色、精准、提效”为目标开展制剂的技术创新。
依靠现有的农药制剂技术已不可能解决这些问题。时代正催生着新一代农药制剂技术的诞生。
1.2 不断开发新的药物传递技术是第三代农药制剂技术发展的主线
以研究药物传递技术为主线开发农药制剂新产品,于21世纪初起步,此后获得飞速发展。现已初步形成了一个新技术系统,被称为第三代农药制剂技术。
针对农药活性物向标靶转移的全过程开展研究,第三代农药制剂技术追求的极限目标是⑴ 最高的命中率；⑵ 最合适的载体；⑶ 最少的流失(活性成分和添加物)；⑷ 最小的环境和生态影响。并以此为动力不断开发新的药物传递技术。按照“绿色、安全、减量、增效”等要求,不断实现农药产品的创新。
与以往的制剂技术相比,第三代农药制剂技术在研究思路和方法上发生了重大变化。它立足于社会的需求,从对制剂的剂型研究转变为对药物传递技术的研究和应用,这是世界农药制剂技术领域的一次重大变革,会对农药行业的发展产生深远的影响。
1.3 第三代农药制剂技术的基本特点
分析近10多年来的研究动态,第三代农药制剂技术尚处初级阶段,但其基本特点已见端倪,为⑴ 目标：开发绿色、生态、安全的农药制剂；⑵ 思路：将过去以分散、润湿、稳定为主线的研究思路,转变为以药物的传递为主线开展研究,不断研发新的药物传导技术；⑶ 重点：由偏重新剂型的研发转为对制剂组分的选优；⑷ 组合创新：与高新技术相结合,引入新材料、新成果,开展多专业合作,如膜技术、纳米材料、数字化控制技术等；⑸ 评价体系：将对制剂的风险评价列入其安全评价体系；⑹ 项目设置：以提高制剂某种性能的条形项目为主开展研究,例如：提高药效、低VOC、控制释放、防飘移、防淋溶和迁移等。
目前已经取得一些新的技术成果,而低VOC乳油和控制释放技术成果斐然,引起了人们的关注。
1.4 三代制剂技术相互共融,引领世界农药制剂科技的发展
第三代农药制剂技术是第一、第二代制剂技术的延伸和提升。它们相互融合,必将构成适应时代要求的、完整的农药制剂技术体系。
第一、第二代制剂技术是按剂型分块布局的,形成的是系统的剂型技术。它的目标为制得优秀的合格品,常称为块状技术项目。目前全球农药生产、技术、管理、标准等都是以剂型技术为基础构建的。
第三代农药制剂技术是要打造性能优越的产品,常为条状技术项目。在形成的成果中往往含有共性关键技术,能拉动相关的其他产品、剂型或其他领域技术的提升(如安全的液体制剂、控释、防药物飘移和悬浮制剂技术提升等)。
把一、二、三代制剂技术融合起来开发出一流制剂技术、一流制剂产品,在这方面一些跨国公司、某些国内企业和制剂研发的先行者已经捷足先登,近年来在许多重点领域获得了引人注目的成绩,获得了一系列关键技术和阶段性成果,并上市了一批世界一流的制剂产品。
2 第三代制剂技术在若干领域的研发动态、关键技术或成果
2.1 绿色乳油配方体系的研究
传统乳油的溶剂体系和乳化剂匹配体系已不能满足当前农药制剂安全、绿色的要求,需要研制出VOC含量低,对环境、生态安全的绿色乳油产品,这是第三代农药制剂技术最主要的开发目标之一。2005年10月美国加州出台法规,要求农药制剂产品中VOC含量低于20%。绿色乳油配方体系已成为世界农药研究的热点。
只有通过对新配方体系构架的基础研究,才能在设置上获得关键的核心技术。
新配方体系的成分以植物源材料和新型绿色溶剂为主,目前有2个系统取得一定的成果。
⑴ 共溶剂系统
通过筛选研究溶剂组合,已开发了一批高安全性能的乳油产品。共溶剂组合具有多种性能,如能改善溶解性能,提高制剂稳定性,使制剂具有低VOC、低刺激、防结晶等特性。
例如2个除草剂复配的高含量乳油(表1),其共溶剂体系抑制了制剂结晶,显著提高了制剂的稳定性。
⑵ 共溶剂-助剂系统
在共溶剂系统的基础上又筛选了一些表面活性剂,加入体系中作为系统的组分之一。此系统中的表面活性剂充当了3个角色：溶剂、乳化剂和喷施助剂,其显著增加了乳油的安全性和药效。例如,某一杀螨剂和某一杀虫剂的乳油配方(表2、表3)。
2.2 “中国式”飞防用制剂的研究
近几年在我国热度高和发展快的农田飞防用小型无人机,与欧美普遍使用的植保飞防器械不同,使用的药剂也不同。我国小型无人机农田飞防作业在国际上无先例,目前处于无序状态。
发展小型无人机农田飞防是一项系统工程,需要机械、计算机、植保、气象、农药制剂、安全、空管、农药监管等多个专业密切合作,进行组合创新。
超低容量喷施剂的配套是无人机农田飞防最迫切需要解决的关键技术之一。当前试用较多的农药制剂产品有悬浮剂、微乳剂、可溶液剂、可分散油悬浮剂、油悬浮剂、水分散粒剂等,它们与传统的UL不同,无FAO标准可套用。将这些剂型制剂改为飞防制剂实质就是把超低容量喷施技术由简单的油基药液改为复杂的水基药液喷施,这就需要针对一系列关键技术开展基础研究和应用研究,主要有：
⑴ 规避高浓度施药(超出常规100倍或以上)所致风险的研究
规避施用高浓度药液所致风险可采取的措施有提高制剂分散度,防止施药不均引发药害；筛选助剂,避免使用高浓度下具有植物毒性的助剂；规避原乳油、悬乳剂(SE)、悬浮剂(SC)使用高挥发性有机物和这些挥发性有机物的替代,及施药过程中公共安全问题的研究。
⑵ 规避药液雾滴飘移所致的风险
分类研究各种水基药液喷出后的形状和粒径的变化及沉降的路径,建立一系列影响因子与结果的数字化模型。主要影响因子有无人机飞行高度和速度、风向和风速、气温和湿度、药液喷出的起始速度和粒径以及药液的表面张力、黏度、比重和挥发性等。
⑶ 研究剂型和配方
研究开发可低稀释倍数或直接喷施使用的制剂。
⑷ 研发专用和通用的桶混助剂
已研究的专用和通用的桶混助剂有①乳化油系列；②高分子溶液系列：分为天然高分子(如瓜尔胶等)和合成高分子2类；③混合系列；④微囊系列；⑤特种用途的助剂,如发酵所得的生物农药与化学农药桶混助剂等。
⑸ 建立标准体系
除超低容量液剂制剂外,应用其他剂型制剂进行飞防,需要建立相应的标准规范和产品标准等,例如对黏度、稀释稳定性(国外为稀释20倍的稳定性)、挥发性(雾滴失重率)、雾滴粒径和闪点等原有技术指标进行修改或增订。
2.3 控制释放制剂技术
控制释放制剂分为缓释制剂和控制释放制剂2种,可用于不同的用途(表4)。
目前,微囊制剂能够控制释放有效成分,是21世纪以来在全球快速发展的制剂。到2018年在我国登记的微囊悬浮剂243个,是2008年(23个)的10倍多。然而,登记后没有投产的产品多；在销售的产品中,用于防治地下害虫的微囊化种衣剂多,进行大田防治的产品极少。
在我国农药制剂技术领域中,控制释放技术和超长效缓释技术与国际水平差距最大。研发和开发一系列关键技术是今后我国在农药制剂方面的重要发展方向。
2.3.1 快速释放技术
快速释放是控制释放的一种,控制释放技术是的基础,只有掌握了释放的快慢节奏才能实现控制释放,其中最典型的是高含量薄壳微囊包覆技术。其主要技术路线和关键技术如下。
⑴ 含量高(500g/L左右),不含溶剂、薄壳微囊悬浮剂工艺(囊材通常占制剂重的1%以下),此制剂施用后见效快,与乳油相当。
其关键技术：①冷、热储和经时条件下不破囊；②抗结晶析出技术,需通过4个周期以上冻融试验；③高电解质条件下薄壳微囊包覆技术；④制剂减黏技术。
适用这一技术的有二甲戊灵、氟乐灵、甲草胺、野麦畏、高效氯氟氰菊酯、毒死蜱等低熔点、大田使用的农药产品。
⑵ 研究开发高含量(75%左右)微囊水分散粒剂的生产工艺,开发出经济规模的连续化成囊工艺和连续化喷雾造粒工艺。
适用这一技术的有毒死蜱、高效氯氟氰菊酯等大田用药。
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