一个农药的成功,一半在于剂型。通过对农药制剂加工,可使农药达到以下目的:(1)把少量的药剂均匀地分布在广阔的农田中;(2)最大限度发挥农药的效果;(3)克服农药的不足之处;(4)提高使用者的安全性;(5)降低对环境压力;(6)改善操作性能,做到省力化;(7)提升现有药剂的功能,扩大用途。尤其在当前,随着药剂活性的不断提高,新颖农药结构越来越复杂,必须要有相适应的农药剂型。同时,由于对环境要求不断提高,新药剂开发登记费用和时间不断递升,对一些老农药品种也必须通过剂型改造以延长其使用寿命。同时,由于农业生产中出现的老龄化、妇女化现象,故在病虫草害防治中也要尽力减少劳力;再有,为了保护环境,也必须对一些已在广泛应用的农药制剂进行改革,以适应当今社会发展的需要。为此,有必要对农药剂型进行新的设计。
1 制剂设计的重要性
在剂型设计中,为达到上述目的,首先要考虑加工成怎样的制剂。对此,必须对剂型、配方、加工方法、制剂物理性能等各方面予以考虑。
同时,对于“农药传送系统(Pesticide Delivery System,PDS)”,即要对“在必要的时问、必要的场所、传送必要的量的理念”进行全面考虑。此与医药领域中“药物传送系统(Drug Delivery System,DDS)”所考虑的方法相类似。表1即为PDS和DDS的比较,但从实际应用而言,PDS比DDS难度更大。
表1 PDS和DDS的比较
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PDS |
DDS |
对象的状态 |
开放体系 |
封闭体系 |
环境条件 |
变化大 |
固定(体内) |
材料、技术制药 |
不得使用高价材料及方法 |
可使用较高价格的材料及方法 |
传送媒介 |
无 |
有(血液、体液) |
对环境影响 |
有 |
无 |
由表1可见,较之医药,对于农药剂型的设计,难度更大,要求也更高。为了达到前述农药制剂的目的,就必须不断开发新颖的农药剂型,以取代日趋落后,对环境有不良影响的农药制剂。
2 新颖农药剂型的开发
一些传统的农药剂型存在着毒性、粉尘、危险性等问题,已远远不适应当今农药发展的要求,对传统剂型的改造已迫在眉睫。主要改革点为:(1)对使用有害有机溶剂的制剂(如乳油)实现水性化,以降低毒性、药害和危险性;(2)对微细粉状的制剂(如可湿性粉剂、粉剂)实现颗粒化或使用水溶包装袋,以防止粉尘吸入;(3)对于粉剂,除去除微粒粉尘外,还要防止飘移,避免对环境产生不良影响;(4)由于施药量减少或采用从田埂旁施药的技术,要做到省力及轻量;(5)采用控制释放技术,使制剂功能化;(6)施药目标针对性更强。
在农药的制剂中,乳油(EC)是应用最多的传统剂型,而其所用溶剂的毒性问题是其最大的障碍,为此开发了以最安全的水为溶媒的水基化制剂如水乳剂(EW)和微乳剂(ME)。可湿性粉剂在用水稀释时会粉尘飞扬,影响环境和健康,为此开发了能使药剂在水中分散的悬浮剂(SC)和颗粒化的水分散粒剂(WG),也有采用水溶性的包装。再有,对于粉剂的飘移问题,则采用微粒状的DL粉剂等。这些改进,旨在提高药效,提升安全性及施药省力化。表2即为传统制剂存在的问题,解决方法和相应的新剂型。
表2 传统剂型的问题、解决方法和相应的新剂型
传统剂型 |
存在问题 |
原因 |
解决方法 |
相应的新剂型 |
乳油 |
毒性、药害 |
有机 |
水基化 |
水乳剂、微乳剂 |
危险物 |
溶剂 |
固态化 |
固形乳剂、凝胶剂 |
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无溶剂化 |
高浓度乳油 |
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可湿性粉剂 |
粉尘 |
微细 |
水中分散 |
悬浮剂 |
粉体 |
颗粒状 |
水分散粒剂 |
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改进包装 |
水溶性包装 |
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粉剂 |
飘移 |
微细 |
去除微粉 |
DL粉剂 |
粉体 |
微粒化 |
微粒剂F |
为了达到省力、安全、增效等目的,除了表2所列的新剂型外,控制释放技术也是剂型改造的重要方向。可以毫不夸张地说,在今后10年中,缓释型的控制释放剂型将是未来农药发展的重点之一。
3 控制释放的技术
控制释放技术,主要是利用农药与高分子化合物之间的相互作用(表3),此在农药制剂应用中越来越受到人们关注。
表3 控制释放技术的种类
(1)利用在高分子媒体中药剂的扩散; |
① 均相体系——分散和固体溶解体系; |
② 贮存体——用膜包裹药物、胶囊、包囊。 |
(2)利用与高分子化合物结合来释放农药——高分子农药。 |
(3)侵蚀性高分子化合物的利用。 |
(4)高分子化合物膜的物理破坏的利用。 |
(5)多孔物质的利用——中空纤维、发泡体等。 |
(6)包摄化合物的利用——环糊精、尿素等。 |
(7)吸附载体的利用——绿坡缕石等。 |
(8)前体设计的利用——化学修饰的农药。 |
控制释放的技术具有以下特点:(1)形成农药传送体系(PDS);(2)在作用点内相当时间有效(持效性);(3)减少施药量(节省资源,减轻各种不良影响,降低成本);(4)延长施用间隔期(省力);(5)降低对人畜的毒性和刺激性;(6)减轻药害;(7)降低鱼毒性;(8)藏少环境中分解(光、水、空气、微生物等);(9)减少药剂的流失、挥散;(10)减轻对环境污染;(11)减轻与其他药剂间的反应;(12)液体原药固体化,方便运输等;(13)掩蔽异味;(14)防止飘移等。
另外,通过该技术,可控制释放时间、释放地点及由于目标物的刺激进行应答释放。通过控制释放时间,可使农药逐渐释出,或在一定时间后开始有时限的释出;或在白天释出相当于一定时间内周期地释放的农药。对于释出场所,可根据所要求的特定场所释放农药。这种场所需通过特定的条件释出农药。例如设计并加工可在棉花的茎干中、害虫的食道内及水面上释出农药的剂型。再有,根据热、光、水、酶等的刺激,设计出相应的刺激应答制剂。
在控制释放技术中,最