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农药助剂的定义、种类、剂型开发进展及管理

日期:2024-06-14

新中国成立70年来,我国农药产业实现了从无到有、从模仿到创造、从依赖进口到大规模出口、从农药弱国到生产大国、使用大国和出口大国的跨越。中国化工集团公司收购国际农药巨头先正达和安道麦后,我国农化行业也成为国际农化产品研发、销售、生产和使用的领军者。

农业部数据显示,自上世纪80年代我国禁用33种高毒高危农药以来,目前高毒农药占农药使用总量的比例已下降到3%以下,农药有效成分的安全性得到大幅提升,而新农药登记管理条例的实施将进一步改善我国农药产业结构和产品质量。2016年,农业部首次提出“农药化肥减量”、“农药零增长”的目标,多项化肥农药减量项目被列入国家重大研发计划,标志着我国农业发展进入新时代,农药行业也实现了由过去追求数量、产量向追求质量、效益的跨越。

2018年我国农药制剂出口量达100多万吨,国内农药制剂年使用量也在100万吨左右,据此估算我国农药制剂助剂年使用量在50万吨以上。农药助剂作为农药成分的重要组成部分,约占1%~99%,随着农药产品质量的提高,对农药的出口和利用做出了巨大贡献,其快速发展和不断创新为农药出口和利用率的提高做出了巨大贡献。其产品创新、农药助剂的开发、应用和管理受到了广泛的关注和关注。我国系统的助剂管理规范和标准也有望尽快出台,促进农药行业健康可持续发展。

1、农药助剂的定义

农药助剂()是指加入到农药产品中的除农药有效成分以外的任何单一成分或多种成分(水除外),其本身不具有农药活性和有效成分作用,但可以或有助于增强或改善农药产品的理化性质。

美国环保局将农药助剂视为惰性成分,是指除活性成分外故意添加到农药产品中的非活性成分或其他成分,包括乳化剂、溶剂、载体、气体推进剂、加味剂、警示色等物质或混合物。农药助剂在提高农药药效、改善农药性能、稳定制剂质量等方面发挥着非常重要的作用。

2. 农药助剂的种类

农药助剂的种类很多,据统计,可用作农药助剂的物质约有3000种,我国常用的农药助剂约有200种。农药助剂可按其用途、作用、表面活性、结构类型、分子量等进行分类。

1.按农药使用方式分类

农药生产加工过程中所使用的助剂称为剂型助剂():通常是指在农药剂型加工过程中直接加入农药产品中,以满足剂型加工物理化学稳定性要求及其商业性能要求的物质。

根据其在配方中功能和作用可分为:溶剂、稀释剂、填料和(或)载体、分散剂、乳化剂、润湿剂、渗透剂、摊铺剂、控释剂、抑尘剂、消泡剂、发泡剂、警示颜料、稳定剂、触变剂和增稠剂等。

使用前与农药剂型混合的助剂称为桶混助剂或喷雾助剂(Spray):使用前与农药剂型混合,直接添加到喷雾液中的助剂,用于增加农药的利用率,改善喷雾液的性能,增强农药使用时的防治效果。

如促进沉降、吸收、抗漂移、抗蒸发、抗雨水冲刷的助剂,水质调节剂,增效剂,药害减免剂等,最常见的有植物油或矿物油增效剂和表面活性剂,有机硅助剂,有助于提高农药抗雨水冲刷、增加润湿铺展性等的液体肥料和聚合物助剂等。

2.按是否具有表面活性分类

由于大多数农药原药不溶于水,使用过程中为了满足加工性能和在水中的分散性能,大量使用各类表面活性剂作为农药助剂。农药助剂按是否为表面活性剂分为表面活性剂(包括天然和合成)和非表面活性剂两大类。

表面活性剂根据亲水基团的结构可进一步分为带电离子型表面活性剂和不带电非离子型表面活性剂两大类,离子型表面活性剂分子在水中可以电离成带正电荷、负电荷或正负电荷并存的离子。

带正电荷的称为阳离子表面活性剂,主要有胺盐型表面活性剂和季铵盐型表面活性剂;带负电荷的称为阴离子表面活性剂,主要有高级脂肪酸盐、磺酸盐、硫酸盐、磷酸盐等;同时带正、负电荷的称为两性表面活性剂,如氨基酸型、甜菜碱型、氧化胺、咪唑啉型表面活性剂等。

非离子表面活性剂分子在水中不电离,呈电中性,主要有聚乙二醇型(如长链脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯等)和多元醇型(如甘油脂肪酸酯、山梨醇脂肪酸酯、脱水山梨醇脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯等)。

非表面活性剂农药助剂主要是指添加到农药制剂中,以改善制剂的理化性质或稳定性的一些惰性物质或溶剂、填充剂等物质。

其中包括农药加工中使用的载体、填充剂或吸附剂,如白炭黑、高岭土、粘土、无机盐、尿素、淀粉、锯末等;醇、醚、烃、植物油等溶剂和助溶剂;草酸、柠檬酸、碳酸钠、三聚磷酸钠等pH调节剂;酸性红、玫瑰精、亮蓝等警示颜料,均属于非表面活性剂类农药助剂。

3.按分子量分类

表面活性剂按其分子量又可分为普通型和高分子型两大类,普通型表面活性剂的分子量从几百到几千,高分子型表面活性剂的分子量从几千到几万。

高分子表面活性剂按其来源可分为天然高分子表面活性剂、半合成高分子表面活性剂和合成高分子表面活性剂三类。

天然高分子表面活性剂主要有海藻酸盐(钠)、果胶、淀粉、蛋白质等;半合成的有阳离子淀粉、羧甲基纤维素(CMC)、羟乙基纤维素(HEC)等;合成高分子有丙烯酸类聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醚、聚丙烯酰胺等。

表面活性剂分层_高分子表面活性剂_表面活性剂分散机理

3.农药制剂助剂研究进展

近年来,我国农药制剂行业发展迅速,绿色环保的乳油、悬浮剂、可溶性液剂、水分散粒剂、水乳剂、可分散油悬浮剂等安全高效、省力的剂型得到大量研发和应用,缓释、控释微囊悬浮剂、泡腾片、颗粒剂、纳米农药剂型成为热点,制剂助剂也随着各大剂型的发展不断更新。

1.环保乳液

乳油所用助剂主要有溶剂和乳化剂。其中,国内生产乳化剂的厂家较多,品种齐全,基本满足国内乳油剂型加工需要。20世纪50年代至本世纪初,由于农药厂缺乏剂型开发人员,乳油多采用复配专用乳化剂。随着剂型开发技术的发展,乳化剂单体的使用量有所增加。

常用的乳化剂单体有十二烷基苯磺酸钙、烷基酚聚氧乙烯醚(包括壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚等)、脂肪醇聚氧乙烯醚、蓖麻油聚氧乙烯醚、苯乙烯基苯酚聚氧乙烯(聚氧丙烯)醚、烷基酚甲醛树脂聚氧乙烯醚等。

由于常用的壬基酚聚氧乙烯醚在环境中会分解为壬基酚(NP),而壬基酚是一种生物内分泌干扰物,是一种对生殖系统有毒性的环境激素,因此欧盟等国家已限制壬基酚聚氧乙烯醚的使用。

中国也在2016年将烷基酚聚氧乙烯醚列为有毒危险化学品,并正在逐步淘汰,不同结构的脂肪醇聚氧乙烯醚和天然腰果酚聚氧乙烯醚是主要的乳化剂。

随着《农药乳油中有害溶剂限量》(HG/T 4576-2013)标准的实施,乳油中溶剂种类发生较大变化,苯、甲苯、二甲苯、甲醇、DMF等溶剂的使用受到限制,挥发性有机物(VOCs)的控制受到更多关注。

高含量乳油、绿色溶剂乳油成为发展重点,重芳烃(C9-C10)溶剂、植物油或改性植物油、矿物油等作为乳油生产的替代溶剂,此外碳酸二甲酯、乙酸仲丁酯、癸酰胺等合成有机溶剂也作为乳油的溶剂或助溶剂。

2.悬浮剂

悬浮剂是水基制剂中发展最快、有效成分可加工性最强、加工工艺最成熟、成本相对较低、市场前景非常好的环境友好型剂型,也成为近年来登记产品最多、产量最大的剂型。

主要助剂有分散剂、润湿剂、稳定剂、防冻剂、防腐剂、消泡剂、增稠剂等。分散剂对悬浮产品质量影响最大,近年来发展较快,品种变化较大,过去以烷基酚聚氧乙烯醚、NNO、司盘、木质素磺酸盐等分散剂为主。

逐渐发展到以高分子聚羧酸盐、改性萘磺酸盐、高性能木质素磺酸盐、磷酸盐、高分子嵌段聚醚等为主,但我国在磷酸盐和嵌段聚醚的研究起步较晚,助剂应用较少。能控制粒径增长、提高分散性能的新型嵌段聚醚分散剂将是悬浮剂中所需的重要助剂。

3. 可溶性溶液

新农药剂型名称与代码标准(GB/T 19378-2017)将传统的水溶液(AS)和可溶溶液(SL)合并为可溶溶液,其定义为用水稀释后含有有效成分的透明或半透明液体制剂,可能含有不溶于水的惰性成分。

目前大量生产和使用的草甘膦、草铵膦水剂,以及我国已禁用的百草枯水剂,2,4-D二甲胺盐、2-甲基-4-氯-4-噻唑啉、霜脲氰盐酸盐、咪鲜胺、井冈霉素、乐果、乙烯利、苦参碱水剂、吡虫啉、啶虫脒、烯啶虫胺、赤霉素、芸苔素内酯等可溶性药剂均属于可溶性药剂。

过去部分产品中使用的甲醇、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(MSO)、N-甲基吡咯烷酮等溶剂和助溶剂、壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、牛脂胺润湿渗透剂等因毒性或环境安全问题已被禁用或限用,有机硅、新型脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基糖苷等可再生绿色表面活性剂的应用值得关注。

4. 水分散粒剂

在国内发展迅速,市场占有率不断扩大,已成为市场上主流农药剂型之一,生产工艺也由以挤压造粒、流化床造粒为主的小规模、间歇式造粒向连续化、规模化、高度自动化的喷雾造粒发展。

水分散粒剂所用的主要助剂有分散剂、润湿剂和填料。其中润湿剂主要有萘磺酸盐、烯烃磺酸盐、烷基硫酸盐等,填料主要有无机盐、淀粉、土等。这些常规品种基本可以满足要求。

分散剂对水分散粒剂的质量影响很大,研究十分活跃,以新型高分子聚羧酸盐为代表的共聚物分散剂发展迅速,目前国产聚羧酸盐分散剂质量已超过国外进口的同类产品,如北京广元一诺公司的GY-D800、D900等。

萘磺酸盐和木质素磺酸盐分散剂正朝着高分子量、高磺化度、多功能化方向发展,但与国外进口的高性能萘磺酸盐和木质素磺酸盐产品相比,质量仍然存在差距。

5. 水乳剂

替代乳油的环保制剂属于热力学不稳定体系,因此所需的添加剂不仅限于乳油中常用的乳化剂。在水包水乳剂中使用具有多点吸附作用的新型聚合物乳化剂,以提高产品稳定性。例如中山化工开发的EO/PO嵌段聚醚、英国Croda公司开发的星型聚合物乳化分散剂等,均能保持水包水体系的长期稳定性。

6. 可分散油悬浮剂

以脂肪酸甲酯、植物油或矿物油等有机溶剂为分散介质的一种环境友好型农药剂型。与其他剂型相比,它具有诸多优点,最突出的特点就是药效好。可分散油悬浮剂所用的主要助剂是乳化剂,主要有聚醚型非离子乳化剂和阴/非离子复合乳化剂。

为了提高产品的分散性,减少油的分离和沉淀,需要加入分散剂和增稠剂。目前可供选择的分散剂种类比较少,主要为进口助剂,如日本竹本石油的分散剂EP60P、韩国星光的SK-560EP、英国禾大等。国产分散剂有北京广源一诺的GY-EM05;增稠剂主要有有机膨润土、白炭黑、硅酸镁铝等。

此外,随着专用剂型的开发,专用剂型及助剂也将逐渐受到市场重视,如漂浮颗粒剂的扩散剂、种子处理助剂、缓释、控释微囊悬浮剂的囊壁材料选择及聚合、纳米农药剂型等。随着航空植保的快速发展,航空喷洒专用剂型及制剂的开发将受到重视,从而带动相关助剂的发展。

4.农药喷雾助剂研究进展

喷雾助剂种类繁多,功能多样,使用方便灵活,可与化学农药、生物农药、叶面肥等混合使用。

喷雾助剂的使用,可以改善药液的表面张力,增加药物的渗透能力,提高抵抗雨水冲刷、防止飘移、蒸发、光解的能力,改善不同农药或叶面肥等的配伍性,大大提高农药的利用率,弥补常规农药剂型对低量或超低量喷雾作业的适应性,从而提高防治效果,促进农药精准施用、减量施药等新技术的应用。

喷雾助剂作为助剂领域的一个重要分支,研究和应用十分活跃,欧盟、美国、澳大利亚等发达国家在喷洒农药时普遍添加喷雾助剂,可以加速沉降、防止漂移、改善水质,从而提高农药使用效果。

喷雾助剂的种类很多,很多大型农用助剂公司都有喷雾助剂产品,常用的有有机硅(赢创德固赛公司的240)、植物油(如北京广源益诺公司的迈斯、澳大利亚的赫赛、美国的辛德宝)、非离子表面活性剂(如陶氏化学公司的系列产品)、阳离子表面活性剂(如阿克苏诺贝尔公司的-600)、高分子聚合物、无机盐等。

喷雾助剂的应用技术研究更加精细化和针对性,不同的农药产品针对不同的作物、不同的目标、不同的喷药量,可以搭配不同的喷雾助剂。美国北卡罗来纳州立大学对花生农药如何选择桶混助剂进行了研究,研究的农药品种包括除草剂、杀虫剂、杀菌剂等48个品种,对每种农药都给出了适合添加的桶混助剂类型。

我国农药喷雾助剂的开发应用起步较晚,直到20世纪70年代有机硅助剂的应用,人们才对喷雾助剂有了新的认识,2005年迈图新材料集团与农业部技术推广中心的合作,推动了有机硅在我国的规模化应用。

植物油喷雾助剂是我国近10年才开始发展起来的一类喷雾助剂,最初主要用于除草剂,后来逐渐用于杀虫剂、杀菌剂。北京广元一诺化工有限公司作为国内首家正式生产和销售植物油喷雾助剂的开发商,对该类助剂的发展起到了强有力的推动作用。

矿物油助剂可作为杀虫剂使用,也可作为增效剂加入农药中,主要用于防治柑橘红蜘蛛、介壳虫等,代表品种有韩国的“绿英”、北京广源益农的“灵美”等。随着我国对农药减量增效技术的研究,人们对喷雾助剂的认识越来越深入,该类助剂的研究、开发和应用将进入快速发展阶段。

航空植保(Crop by)是指利用农用飞机或无人机防治病虫害的一种新型施药技术。近年来,无人机植保在我国迅速兴起,2015年开始快速增长,2018年航空施药面积已达2.7亿亩。在航空施药过程中,需要加入喷雾助剂来提高药液的性能,以减少雾滴飘移、延缓水分蒸发。

在航空喷雾专用助剂上市之前,多添加尿素来增加药液比重以减少飘移,也有添加高分子聚合物来增加药液黏度。但近年来,航空喷雾专用助剂的研究和应用已趋于成熟。目前,市场上常用的航空喷雾助剂主要是以“麦飞”为代表的植物油基复配产品。

5.农药助剂管理

随着人们对食品安全和环境问题的日益重视,对高毒、长残留农药的禁止和限制使用,促进了农药产品向绿色、安全、高效、高选择性、环境友好型方向快速发展,同时,农药中大量使用的助剂的安全性和监管也受到越来越多的关注。

通过查阅国际癌症研究机构、美国国家毒理学致癌物名录、美国职业安全健康法中具有职业风险的助剂名单,发现如今仍在使用的一些农药助剂会造成健康危害,如104种农药助剂中就含有玫瑰精、二甲苯、甲苯、环己酮、壬基酚等物质。

它已被证实具有致癌、致畸、致突变、损害神经系统、有内分泌干扰作用等,单正军等对我国已登记农药产品助剂的调查结果显示,乳油、水乳剂、悬浮剂等农药剂型中均含有甲苯、二甲苯等挥发性芳烃有机溶剂,其中甲苯、二甲苯含量为1%~93.2%,平均含量为46.9%。

随着农药的施用,溶剂、表面活性剂助剂不可避免地会进入水体,可能对水生生物造成潜在的威胁。许多研究表明,一些农药剂型的毒性远大于其原药。

等通过细胞培养模型进行系统研究发现,部分剂型的毒性远高于原药,所研究的9种农药剂型中有8种的毒性是其有效成分的1000倍。

等比较了联苯菊酯和氟虫腈两种杀虫剂的有效成分及其药剂制剂的亚致死浓度对鱼类的影响,结果表明两种药剂制剂的毒性均高于纯有效成分,因此呼吁在农药风险评估和监管中考虑惰性成分引起的毒性增加。

表面活性剂分散机理_表面活性剂分层_高分子表面活性剂

大量研究表明,农药制剂中所谓的“惰性成分”会增加农药制剂的毒性,包括对神经系统、心血管系统、线粒体、遗传物质、激素系统的毒性。因此,农药登记需要对制剂成分进行全面评估,农药环境监测也应将惰性成分纳入其中。

在我国农药产品登记试验评价中,也存在大量不同企业的同一产品在健康毒理和环境毒性试验结果存在明显差异的情况,制剂的毒性大于原药,特别是对环境和水生生物的毒性更大。

基于对农药助剂的毒理学、残留、降解动力学、环境行为等研究,发达国家对农药助剂的成分实施了严格的管理,并采取措施禁止或限制使用一些存在潜在风险的助剂品种。

美国是世界上最早对农药助剂进行监管的国家,美国FDA于1954年实施了ADI限量,1987年美国EPA基于“减少使用含有毒性惰性成分的农药产品可能带来的不良影响”的政策,对助剂的毒性和暴露危害进行了分类列出(分为4类)。

2007年,美国实施了《食品质量保护法》,EPA在对助剂进行重新评估的基础上,将农药助剂分为可用于食用作物的助剂和非食用作物的助剂两大类,并对部分助剂制定了限量、使用范围、使用方法和质量要求。

2014年,美国环保署宣布从申请者此前提出的371种成分清单中剔除72种佐剂,因为其中一些物质被确认为持久性有机污染物、致癌物、对环境和生态有害的物质以及在农药中很少使用或具有生物活性的物质。

加拿大也从2004年起效仿美国,将添加剂分为四类进行管理,并于2016年进行了修订。

澳大利亚(APVMA)于2006年颁布了农药助剂管理和登记法规,禁止使用POEA作为草甘膦助剂。

欧盟已实施REACH制度,将农药助剂分为三个管理类别,要求在3200多种农用化学品中227种具有潜在风险的物质在标签上标注限量标识,并明确规定苯类有机溶剂、壬基酚/辛基酚聚氧乙烯醚、牛脂胺表面活性剂在农药制剂中限制或禁止使用。

黎巴嫩农业部要求制剂中不得含有环境保护局不允许的佐剂(惰性成分),并需提供由ISO-17025认可实验室出具的带有色谱图的分析报告。

印尼农业部最新公布的禁用、限用农药助剂名单中,就有30种助剂,包括苯、甲醛、甲醇、二甲苯等。

中国尚未对农药助剂实行系统管理,但对一些特殊农药剂型和助剂制定了管理规定。台湾对二甲苯、苯胺等38种溶剂进行了限制。农业部农药测试所于2004年发布了《关于限制登记以氟利昂类为抛射剂的卫生杀虫气雾剂产品的通知》。

2007年《农药登记信息管理规定》明确规定,氯氟烃不得作为气雾剂产品的抛射剂;2006年,农业部第747号公告禁止使用农药增效剂八氯二丙醚(S2/S421)。

2008年农业部发布1132号公告,规定同一种卫生用农药产品最多可以申报3种香精,并对香精实行登记制度。2009年召开农药助剂管理座谈会,研究限制在农药制剂中使用苯、甲苯、二甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、甲醇等危害突出的有机溶剂。

2013年,工业和信息化部颁布了《农药乳剂中有害溶剂限量标准》(HG/T 4576-2013),限制在乳剂中使用苯、甲苯、二甲苯、乙苯、甲醇、N,N-二甲基甲酰胺、萘等有机溶剂。

“十一五”以来,农业部农药检定所、中化化工研究院等机构对农药助剂进行了全面的分类普查,建立了农药助剂数据库(含1000多个助剂品种),探索了助剂的管理。

我们多次组织专家座谈会,听取农药生产企业、助剂生产企业、科研机构和农药管理部门的意见建议,制定了《禁止和限制使用的农药助剂名录》并于2015年6月向社会公开征求意见,拟禁用苯酚、对苯二酚、壬基酚、乙二醇甲醚等9种助剂,限制使用苯、甲苯、甲醇、氯乙烷、萘、异佛尔酮等75种助剂,为全面实施农药助剂管理奠定基础。

六、展望

随着全球对农产品的需求增加和现代农业技术的发展,对农药的需求预计将逐年增加,这将促进2016年全球农业辅助市场的增长,全球农药辅助市场的价值为29.8亿美元,预计将以202%的$ 5.9%的价格增长。

一方面,通过实施减少农药的行动计划,我们需要提高农药产品的质量,并通过使用喷雾佐剂的使用和改善农药配方佐剂来改善配方产品的性能;

由于需要安全,环境保护和农药降低和提高农药的需求,因此,新的绿色,环保和可再生添加剂的研究和开发,例如大豆卵磷脂,寡糖和糖酯,多氨基,多氨基,多氨基,多氨基,改良的木质素和纤维素,改良的,油性衍生物和其他可替代的添加剂和其他替代方案将成为未来的,并成为了一个不可思议的添加剂。

中国已成为世界上最大的生产者和农药的使用者。

研究和开发用于农药中高风险有害佐剂残留物,获得高风险农药辅助残留数据的检测方法已成为一项紧迫的任务,全面评估了使用高风险有害佐剂的使用,指导农药辅助药的合理使用并进行科学监督以保护生态环境以及农业质量和安全产品的生态环境。

资料来源:Zhang ,Zhang ,Lu ,Zhang Peng。 中国农药,2019年,(10)

作者单位简介:北京广元Yino Co.,Ltd。中心化学研究所有限公司,有限公司


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