农药剂型博客

    油悬浮剂是一种在油类介质中不溶的固体农药活性成分分散在非水介质（即油类）中，依靠表面活性剂形成高分散稳定的悬浮液体制剂。油悬浮剂根据使用方式不同分为在水中分散使用和在油基介质中分散使用。我们称有效成分稳定悬浮于与水不相溶液体的液状制剂，以水稀释调配后使用的油悬浮剂称为可分散油悬浮剂（oil dispersion，oil-based suspension concentrate），简写为OD；有效成分稳定悬浮于或部分溶解于与水不相溶液体的液状制剂，以有机溶剂或油稀释调配后使用的称为油悬浮剂（oil miscible flowable concentrate，oil flowable concentrate，oil miscible suspension），简写为OF。
    目前实验研究开发和实际使用过程中大多数为OD，所以在本报告中主要介绍可分散油悬浮剂（OD）。
1  概述
    可分散油悬浮剂是以非水体系（油基）为分散介质的高分散稳定悬浮体系。可分散油悬浮剂是指用一类经过试验可作为增效助剂且不污染作物的油类作为稀释载体的一种剂型，油类包括植物油（及其衍生物）或矿物油等。作为分散和稀释载体，要求油类本身具有良好的黏着性和展着性，容易黏附于蜡质或光滑的叶面，所以可分散油悬浮剂在使用时具有良好的黏着性和展着性、抗雨水冲刷能力强等优点。
    可分散油悬浮剂的研制始于20世纪70年代后期，到80年代得到了迅速发展，其原因有以下几点：
    第一，对某些农药活性成分（二硫代氨基甲酸酯和盐类，如代森锰锌、代森联等）制成水悬浮剂（SC）时，都具有相对较高的不稳定性（这是由于C-S和S-S键以及二硫代氨基甲酸酯功能的低稳定性引起的），从而影响悬浮体系的不稳定，容易出现分解、膏化等现象。如果选择把这类原药加工成可分散油悬浮剂时，即可解决剂型的稳定性问题。
    第二，某些油类对亲油性强的农药（如烟嘧磺隆除草剂）可起到增效作用。烟嘧磺隆可以加工成10%～80%含量的可湿性粉剂，但使用时药效发挥不佳，一般需加甲酯化植物油等油类增效助剂，以提高药效。该原药的活性成分对水非常敏感，在水中不稳定，但在油基质中稳定，所以烟嘧磺隆现在直接加工成40克/升烟嘧磺隆可分散油悬浮剂，则更有助于提高药效与产品的化学稳定性。
    第三，有些不溶于油类的固体农药活性成分，如内吸性杀菌剂多菌灵、苯菌灵、甲基硫菌灵等很难通过作物表皮渗透进入作物内部组织，因而难以发挥它们固有的内吸作用。制成的可分散油悬浮剂，可提高农药活性成分的渗透性和内吸性，有利于药效发挥。
    第四，当两种有效成分，一种是在水和油相均不溶解的固体原粉，另一种是液体原油，需要将它们制成复配制剂时，如制成悬乳剂时，其中一种或两种有效成分易水解而分解损失严重，则很难选择出适宜的、廉价的稳定剂，而制成可分散油悬浮剂则可解决这一难题。今后随着混合制剂发展的需要，这类可分散油悬浮剂将会得到发展。
2  可分散油悬浮剂助剂选择特点
    OD药液容易渗透到靶标，药效高，无不良气味；以植物油代替乳油中的芳烃溶剂，环保、贮运安全。
    （1）因为使用时OD对水稀释使油基乳化为粒度合适的乳化液，所以以油为介质的OD需要更多的表面活性剂；
    （2）制作0D的要点是立体空间胶体结构的形成，制作油基悬浮体系比制作水基悬浮体系更难；
    （3）实践经验证明有机的膨润土族、气相白炭黑等是有效的结构稳定剂，如果原药性质不稳定，添加少量稳定剂可以起到很好的作用；
    （4）油基的来源：油基可以是矿物油、植物油（例如大豆油、菜籽油）或植物油酯化物（菜籽油甲基酯、棕榈甲酯油）等。
3  可借鉴的理论知识
    可分散油悬浮剂是固/液悬浮体系，和悬浮剂（SC）、悬乳剂（SE）同样具有不稳定性。从理论而言，可分散油悬浮剂物理不稳定性在理论上至少涉及以下4个方面：（1）粒子间因存在相互作用而引起的絮凝和聚集现象；（2）奥氏熟化（Ostwald ripening），即粒子在制剂中出现的晶体长大现象；（3）因重力作用导致的分层和粒子沉积现象；（4）分散介质的油基对固体原药的微量溶解现象或者是在乳化剂增溶作用的情况下，从而产生固体颗粒表面的重结晶现象。
    在油基体系中，无明显电离的环境中，传统的离子分散剂，尤其阴离子分散剂都不太起作用，但是还是有少部分的分散剂用于油固界面的分散，以使得体系能够更加稳定。油基体系的分散理论的研究尚不够深入，可分散油悬浮剂的理论到现在还没有一个比较清晰的共识。需要通过物理化学、表面化学等相关学科知识去不断补充和完善。
4  登记情况
    可分散油悬浮剂（OD）是一种相对较新的农药剂型，其具有安全性好，并兼具有传统剂型的优点，被认为是综合性能较全面和完善的一种农药剂型，已经成为农药剂型发展的一个重要方向。
    根据中国农药信息网检索查询结果，截止到2013年12月31日止，可分散油悬浮剂（OD）在我国农业部取得合法登记的，且在有效期内的登记证号203个（其中正式登记164个，临时登记39个），油悬浮剂（OF）在我国农业部取得合法登记的，且在有效期内的登记证号79个（其中正式登记61个，临时登记18个），两类登记总数为282个（需要说明的是：其实从实际开发和应用来考虑，这两类都属于可分散油悬浮剂），占到整个制剂产品登记的1.3%。由于历史的、成本等原因，乳油和可湿性粉剂仍然是目前农药制剂的主体，二者占登记制剂产品数2/3左右，这主要是较老的农药品种登记同一规格的乳油和可湿性粉剂等产品较多。
规范可分散油悬浮剂的称呼也是当务之急，已取得登记的剂型OD和OF名称混乱，但仔细核对，其实基本都是真正意义上的OD。登记的规范有待于提升。
    虽然取得有效登记的可分散油悬浮剂和油悬浮剂占登记制剂比例仍然偏低，但是自从2009年以来，连续几年这两类剂型所占比例均有较大突破；按照农药登记管理政策，一般而言临时登记的产品多为较新的品种或制剂产品，因此以近年来获得临时登记的产品和数量来评价可分散油悬浮剂产品的发展情况，就显得更有意义。
    但是值得注意的是，国内产品主要以除草剂为主，尤其以烟嘧磺隆为主要活性成分的品种居多，产品同质化严重，除了几个生物农药外，杀菌剂、杀虫剂产品很少。考虑主要原因：（1）成本，以油类物质为载体的制剂成本相对较高；（2）药效的对比不够完善；（3）技术层面，开发OD相对于SC等水基化制剂难度较高，可选择的助剂、原料空间有限；（4）活性成分的适应性实验不够完善；（5）市场开发和推广力度不够等。
    国外公司OD登记情况：登记数量较少，低含量为主，除草剂较多，杀虫杀菌也有登记。相对而言，在整个制剂登记中所占比例较小，分析原因：（1）剂型登记科学。只有理化性质必须选择或者应用效果好的才选择OD；（2）国外的增效助剂、桶混助剂的使用较为广泛和认可，技术公开化和普及化；（3）国外允许登记乳油，其乳油已经升级绿色化，使用了环保类型的溶剂。综合以上这些因素，造成了OD占整个登记份额并不大。

5 配方组成、组分作用与加工工艺 
5.1 可分散油悬浮剂的配方组成 
    可分散油悬浮剂一般用水稀释后供喷雾用。制剂的配方中除了有效成分外，还必须有适宜的表面活性剂（乳化剂、分散剂等）、稳定剂、黏度调节剂、油基介质等。 
    典型配方组成，见表1。 

    表面活性剂：目前这类助剂（乳化、分散）一般都以混合物的形式作为商品，一般使用添加量为10%～20%。 
    选用分散乳化剂制备可分散油悬浮剂应遵循以下原则： 
    （1）选用和被分散乳化物结构相似的分散乳化剂；当表面活性剂的HLB值与被分散乳化物（原药、介质等）的HLB值相等时，分散乳化效果最好； 
    （2）复合分散乳化剂一般由非离子或者阴非离子表面活性剂复配组成； 
    （3）分散乳化剂中含有非离子型表面活性剂有助于获得稳定的乳液； 
    （4）适用以油为介质的OD，由于要使油基乳化，所以OD需要更多的表面活性剂。 
    日本竹本油脂、Clariant、OMNICHEM（上海特斯克）、Rhodia、德固赛EVONIK、Huntsman、Akzo Nobel、星飞化工（上海）有限公司、北京广源益农化学有限责任公司、江苏擎宇化工科技有限公司、南京太化化工有限公司、南京扬子鸿利源化学品有限责任公司、江苏凯元科技有限公司等国内外助剂供应商都有专用的OD助剂，主要针对植物油、酯化植物油开发了较多助剂，也有应用于矿物油等体系的专用助剂。可供大家参考。 
    结构稳定剂：也称为黏度调节剂、增稠剂，最重要的一点就是尽可能地减缓已分散粒子的沉降速度，根据Stockes公式，介质黏度的增加可以降低粒子的沉降速度。能增加液体黏度的物质称之为增稠剂或黏度调节剂，它的重要作用是保持有效成分呈稳定的悬浮状态，防止贮存期间产生沉淀、结块。油悬浮剂中所用的增稠剂和悬浮剂中所用的增稠剂类似但又有所不同，主要有分散性硅胶、功能性二氧化硅（如气相白炭黑）、黏土矿物（如有机膨润土、凹凸棒土等）以及某些高分子化合物（如氢化蓖麻油、黄原胶）等。结构稳定剂的用量一般是0～5%。 
与SC水体系中增稠的选择不同，介质的改变对常规的思路是个挑战。下面介绍几种增稠剂，也称为防沉剂，或许能够为大家提供一种思路，拓宽视野。有机膨润土、气相二氧化硅、蓖麻油衍生物、聚烯烃蜡（微粒）、改性氢化蓖麻油、改性聚脲的N-甲基吡咯烷酮溶液、聚酰胺蜡系列是涂料行业应用较为广泛的增稠防沉剂。有机膨润土：是以天然蒙脱石主要是水辉石为原料，与鎓盐（如季铵盐）反应而成，在油基体系里，有机膨润土一般作为防沉剂、增稠剂用，其防止沉淀的机理是改变体系的流变性能，使其具有触变性，从而防止固体颗粒沉降。气相二氧化硅：是四氯化硅在氢氧焰中水解制得的。它粒度小，比表面积大，表面上带有硅烷醇基团，这些硅烷醇基可与邻近的气相二氧化硅颗粒间相互作用而形成氢键，氢键作用使其形成触变形结构。蓖麻油衍生物：蓖麻油衍生物是在非极性溶剂中，通过分散、活化，被溶胀的长链相互缠绕形成触变结构而起增稠作用。当受到剪切力时，缠绕被拉开，结构破坏，黏度会下降；当剪切力消失，又重新缠绕。聚烯烃蜡（微粒）：聚烯烃微粒溶胀和分散于非极性溶剂中，制成凝胶体，可作流变助剂用，有防沉和防流挂的作用。改性氢化蓖麻油：用酰胺对氢化蓖麻油进行改性，酰胺改性后氢化蓖麻油成功地提高了体系抗溶剂等级。但这类流变剂在使用时仍有假稠等缺点。改性聚脲的N-甲基吡咯烷酮溶液：改性聚脲的N-甲基吡咯烷酮溶液是一种适用于溶剂型和无溶剂型的流变助剂，这种助剂是通过用溶剂或液体树脂的“稀释”而发挥作用的。与体系有选择地不相容，在合适的搅拌速度下，产生细小、针状结晶，通过结晶间的键合力，形成三维网状结构，从而为体系提供了较强的触变性，也就提供了优越的防沉、防流挂性能。聚酰胺蜡系列：聚酰胺蜡是一种触变性添加剂。其已通过溶剂有效的活化，在系统中形成强大的网络结构，其优异的触变性能，具有优异的防流挂能力、防沉降能力。 
油基：可分散油悬浮剂常用的介质有植物油（如大豆油、玉米油、菜籽油、棉籽油、蓖麻仁油、松节油、棕榈油、椰子油、向日葵油等）或植物油酯化物（菜籽油甲基酯、大豆油甲基酯、棕榈甲酯油等）、矿物油（石蜡系油的Essobayol、Kawasol、甲基萘高级脂肪烃油等）及其混合溶剂。酯化油越来越引起人们的兴趣，因为它黏度较低，更具有增效作用。文献报道邻苯二甲酸与醇、脂肪醇、脂环醇的液体酯类，如邻苯二甲酸二甲酯、二丁酯、二异丁酯、二月桂醇酯、二环己酯和二环辛酯、苄基乙酸酯、乙酸乙酯、壬酸乙酯、苯甲酸甲酯或乙酯等适合做某些农药（如多菌灵、苯菌灵等内吸性杀菌剂）的可分散油悬浮剂介质载体。 

    正如上面所述，酯化植物油应用越来越广泛，植物油酯化物通常分为油酸甲酯和脂肪酸甲酯，国内以油酸甲酯居多，来源杂，质量不稳定也是目前的现状。下面介绍国内供应的部分企业：益海嘉里（油酸甲酯、辛癸酸甲酯）、沧州大洋化工有限责任公司、河北金谷油脂科技有限公司、山东渊智化工有限公司、南昌市恒利化工有限公司、石家庄金谷生物制品厂、河北思琪化工有限公司、上海卓锐化工有限公司、浙江捷达油脂有限公司等。宝洁化工推出脂肪酸甲酯（高碳链C₁₈为主，低碳链C_8～10）。来源于椰子和棕榈仁油等可再生资源，外观无色，产品批次稳定，商品名：CE810、CE1875。 
5.2 可分散油悬浮剂的加工工艺 
    OD实验室的制备工艺，见图1。

    （1）在油相中加入助剂（表面活性剂），混合、分散均匀； 
    （2）在高速剪切搅拌下加入原药； 
    （3）加入黏度调节剂（如有机膨润土）、消泡剂，搅拌混合； 
    （4）在玻璃珠或锆珠介质下进行研磨，研磨直到粒径只有2～4 μm为止； 
    （5）加入其它组分，如稳定剂、pH调节剂等。 
    在实际的实验过程中，加料顺序可以改变，需要通过实验不断摸索，以达到最佳优化效果。 
    可分散油悬浮剂生产工艺流程一般分为6个工序：（1）配料；（2）混合、分散；（3）砂磨机或砂磨釜研磨；（4）调制；（5）产品检测；（6）产品包装。 
    可分散油悬浮剂配方实例： 
    烟嘧磺隆是目前防治玉米田一年生杂草的主要品种，剂型主要以40 g/L烟嘧磺隆OD居多，但目前此产品存在物理和化学两方面的不稳定性，市场上的产品也不同程度存在析油、分层、结块、分解率高等现象，解决不稳定性需要从原药、助剂的选择入手，系统研究。下面举例说明其配方的构成。 

    从上述配方中可以发现，OD可以使用不同的介质，常用的油类介质有植物油，如玉米油、大豆油，还有油酸甲酯、脂肪酸甲酯。使用介质不同，选择的乳化分散剂不同。EXPT为非离子复合乳化分散剂，在油酸甲酯中具有较好的乳化分散作用，能有效地控制固体颗粒粒径在储存中的粒子增长；EM v20是植物源非离子型乳化分散剂，HLB值8.4，在植物油中具有较好的相容性；除了乳化分散剂，增稠剂在配方中也是必不可少的，通常选择有机膨润土作为增稠剂，在各类油类中能形成凝胶，具有良好的增稠性、触变性、悬浮稳定性、高温稳定性等。在OD体系中，可以适当地加入气相白炭黑，减少析油情况，增加体系的触变性能，气相二氧化硅在液体中形成可逆的三维网状结构，二氧化硅表面的羟基相互作用，建立起一个松散的弹性网状结构，增加了黏度和静置下的屈服点，在机械应力下（如搅拌或摇动），结构被打破，体系变更流动性，黏度下降，二氧化硅颗粒包裹活性物可防止它再次团聚。除了以上组成，如果体系有效成分有化学不稳定性存在，还有考虑添加稳定剂，有时候还需要添加安全剂。总之，一个OD配方需要系统考虑，科学筛选和评价，一个配方的最终确定是个系统工程。
    一般考虑OD配方的构成时，需要对助剂进行缜密的筛选，尤其是表面活性剂。对助剂的基本要求：（1）乳化连续相油基介质；（2）在油基介质中需要对原药进行分散；（3）助剂不能影响原药的稳定性。与SC相比，当被稀释在水里的时候，连续相应该被乳化，原药颗粒也必须悬浮在复杂的无水介质中，由于这些不同的要求，OD需要的助剂体系与SC不同。
6  配方研发中技术热点及问题与策略
    可分散油悬浮剂产品数量在不断增加，在整个农药剂型中的比例也在增加。农药可分散油悬浮剂目前深入研究的技术热点有：（1）油基体系中分散稳定理论系统研究和阐述；（2）由于农药油悬浮剂在生产上使用时要用水稀释，因此在配方上应该有乳化分散功能的复配助剂，并且还要研究不同助剂对农药制剂物化稳定性能的影响；（3）在非
水体系为介质的油悬浮剂中，不同超分散乳化剂结构类型在农药油悬浮剂中应用研究；（4）开发适应性更广的、通用性更强的超分散乳化剂；（5）油基体系中的增稠问题解决方案；（6）油基体系中的有效成分稳定性。由于追求绿色环保制剂，以植物油为介质的农药油悬浮剂将是今后研究的重点。为了保证超分散乳化剂对固体颗粒在非水介质中的分散具有足够的空间位阻，应使其溶剂化链段在制剂介质中有足够的伸展构象，为此应使溶剂化链段与分散介质有很好的相容性，根据相似相容原理，应使溶剂化链段与所用介质相匹配。
   可分散油悬浮剂开发中常见的问题及分析：（1）原药批次不同，制剂性能差异较大。说明配方本身稳定性不高，通用性不强，同时还有可能是原药杂质的改变造成了体系的不稳定，需要考察不同原药的差异，另一方面考虑助剂的选择与油基和原药的匹配。（2）制剂分层与沉淀。可分散油悬浮剂较容易分层或产生沉淀，如果沉淀为可恢复的，一般情况不会影响实际使用。分析原因可能是助剂与油基之间的相容性，或者是增稠剂选择的问题，可对增稠剂进行复配，例如可以考虑有机膨润土与气相白炭黑复配使用，或者选择其他结构稳定剂（如氢化蓖麻油、聚酰胺蜡粉、改性聚酰胺等）。（3）制剂黏稠与膏化。一般目前选择较多的油基是植物油或者酯化植物油，相对而言，酯化植物油黏度较植物油更小，制剂的流动性更好，但是也较易产生沉淀，体系的黏度与油基、助剂、固含量等都有关系，需要综合平衡。（4）油基的选择。除植物油或者酯化植物油，矿物油、分类更细的脂肪酸甲酯（低碳链和高碳链）等都可以作为选择对象。（5）除了除草剂，杀菌剂、杀虫剂开发可分散油悬浮剂的品种相对较少，从理论上讲，油基具有增效的作用，对于部分杀菌剂、杀虫剂能够起到稳定和增效作用，国内外也有先例，如10%溴氰虫酰胺OD等。科学对使用成本、制剂物理化学稳定性、应用效果对比分析，并系统研究与考量，是今后开发OD的重点考虑因素。
7  展望
    90年代以来，人们特别关注农药制剂对环境的影响，农药剂型研究开发朝着高效、安全、省力和经济方向发展，以水为介质的农药剂型减少了有机溶剂的用量，悬浮剂、水乳剂、水分散粒剂、干悬浮剂等的研究受到重视。
    可分散油悬浮剂是一种油类不溶的农药固体活性成分在非水介质（即油类）中，依靠表面活性剂形成高分散、稳定的悬浮液体制剂。其加工制备与悬浮剂相似，近10年来也发展较快。
    从研究和使用的角度看，可分散油悬浮剂有着显著的优点：（1）此剂型是水基化、颗粒化剂型的有力补充，可以解决水中不稳定、难以造粒的有效成分制剂问题；（2）以油基为载体，能够更好地发挥药效，更好地增效；（3）生产工艺不复杂，悬浮剂的生产工艺可以满足该制剂的生产；（4）应用时一般不需要单独考虑增效剂问题，使得应用更加简单方便。目前该剂型的制剂品种相对较少，与其实际价值不匹配，还需要从制剂稳定性、应用效果等多方面去试验和评价。
    目前国内的可分散油悬浮剂产品有40 g/L烟嘧磺隆OD、22%烟嘧·莠去津OD、25%烟·硝·莠去津OD、18%烟嘧·硝草酮OD、42%烟嘧·莠·异丙OD、38%辛·烟·莠去津OD、32%丁·莠·烟嘧OD、25%氟节胺OD、300亿孢子/克球孢白僵菌OD等。国外进入我国的可分散油悬浮剂产品如美国陶氏益农的25克/升五氟磺草胺OD用于稻田一年生杂草、60克/升五氟·氰氟草OD用于水稻田茎叶处理、德国拜耳的30克/升世玛（甲基二磺隆）OD用于小麦田恶性禾本科杂草、美国杜邦的10%溴氰虫酰胺OD用于防治多种蔬菜害虫等。
    可分散油悬浮剂是一类极具竞争力的农药剂型，性能稳定，黏着性好，对靶标物增效作用明显，实现一次性用药可获得显著防效，使用介质可降解，且生产和使用过程中无粉尘，对环境和人不易造成污染，在国内尚有待进一步开发应用，有着较好的发展前景。