我国农药泡腾剂的应用研究概况

 

泡腾剂是一种投入水中能迅速产生气泡并崩解扩散、均匀充分发挥药效的固体制剂，具有使用方便、环境污染小和高效低毒等优点。泡腾剂最早应用于医药，由于便于携带、使用方便等优点受到人们的青睐。如今，农药泡腾剂在日本等国家已得到广泛应用，尤其是在稻田病虫省力化防治中起到了巨大作用。尽管农药泡腾剂在国内应用起步较晚，但其在劳动强度和使用技术等方面的突出优势，在一定程度上推动我国农药使用技术迈上新的台阶。

 

 

泡腾剂是由农药原药，崩解剂，添加其他助剂压片后且投入水中，迅速产生气泡并崩解分散的固体制剂。泡腾剂的作用机理是将固体片剂(粉剂或颗粒剂)投入水中，与水接触后迅速发生酸碱中和反应并产生大量二氧化碳气体，有效成分靠气体推动力迅速崩解并快速扩散，达到均匀分布和充分发挥药效的目的。

 

 

泡腾剂所独有的酸碱产气体系，使其能够自行崩解扩散，从而具有以下优良性能：1)充分发挥药效。与其他剂型相比，泡腾剂遇水迅速产生大量气体，有效成分依靠气体推动力可以扩散更远，分布更加均匀，使药效充分发挥。2)使用方便，省工省力。泡腾剂一般以片为单位剂量，使用时无需专业器械，直接将药剂投入水田中，每公顷稻田一般只需十几分钟就能完成施药，且除草剂泡腾剂持效期长，明显减少了施药次数和施药者工作量，提高了工作效率。3)环境污染小。泡腾剂使用时无粉尘飞扬，包装上无粉粒黏附，避免了包装废弃物带来的环境污染问题。

 

 

泡腾剂从形态上可以分为泡腾片、泡腾粉和泡腾颗粒，其作用原理相同，都具有方便、迅速、环保、安全的特点，但是仍存在一定区别，具体见表1。

 

 

1944年，德国罗氏公司生产了维生素C泡腾片，这是泡腾剂首次应用于医药。20世纪70年代初，日本开始研制农药泡腾剂，英国与法国相继研制了用于喷雾的泡腾片剂，此后，不断有泡腾剂新品种进入市场。20世纪90年代，瑞士学者Zellweger将固体有机酸与碳酸盐及水不溶性农药混合制成泡腾片，该泡腾片遇水迅速崩解形成悬浮液，可供喷雾使用。而法国学者Meinard则研制出一种适用于可加工成乳油或悬浮剂的农药的膏式泡腾剂。20世纪90年代后期，我国开始进行农药泡腾剂研发，先后开发出除草剂(杀草丹、西玛津等)、杀虫剂(叶蝉散、马拉硫磷、除虫脲、阿维菌素等)和杀菌剂(百菌清、甲基硫菌灵等)等泡腾剂产品。

 

 

农药泡腾剂主要由原药、崩解剂、助崩解剂、黏结剂、填料(稀释剂)、润滑剂、助流剂、表面活性剂和稳定剂等组成。

 

2.1.1 原药

 

原药可以是水溶性及水不溶性固体或液体农药，液体原药需要先吸附在白炭黑、硅藻土和凹凸棒土等多孔性载体上。其中以水溶性农药及助剂制备的泡腾剂在水中分散后形成均一、透明的溶液；而水不溶性农药及助剂制备的泡腾剂在水中分散后形成悬浮液。除草剂、杀虫剂、杀菌剂和植物生长调节剂均可作为泡腾剂的有效成分，具有内吸性和安全性的农药更合适。

 

2.1.2 崩解剂

 

崩解剂主要由水溶性固体酸和固体碱组成，且在固体状态下(无水环境中)不发生反应。其中固体酸主要包括：酒石酸、柠檬酸、水杨酸、磷酸、亚硫酸钠等；固体碱主要包括：碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸氢铵等。柠檬酸与碳酸氢钠组合应用最多，产气量、pH值和崩解时间等综合性能最好。

 

2.1.3 助崩解剂

 

助崩解剂可以克服黏结剂和造粒过程中所需的物理力，使泡腾片剂形成空隙，入水后迅速溶胀崩解为细小颗粒，从而形成稳定的悬浮液，发挥药效。常用助崩解剂包括：氯化钙、黏土、改性膨润土、可溶性淀粉、微晶纤维素和海藻酸钠等。

 

2.1.4 黏结剂

 

农药原药没有黏性或黏性较差时，需要添加合适的黏结剂才能完成造粒压片。常用黏结剂包括：糊精、淀粉、乳糖、阿拉伯胶、羧甲基纤维素(CMC)、木质素磺酸盐等。在实际制备过程中，可以通过调节助崩解剂、黏结剂的种类和用量来控制泡腾剂的崩解速度。

 

2.1.5 填料(稀释剂)

 

填料是指用来稀释农药活性成分所用的惰性物质，主要用于调节泡腾片剂中有效成分含量。常用填料既可以是水溶性的，也可以是非水溶性的，主要包括：硫酸钠、凹凸棒土、膨润土、高岭土、滑石粉、乳糖、硬脂酸盐等。其中，采用硬脂酸镁和滑石粉调节泡腾剂的密度比较理想。

 

2.1.6 表面活性剂

 

泡腾剂在入水后形成悬浮液，添加表面活性剂可以阻止固液分散体系中粒子间的相互团聚，从而提高泡腾剂入水后的分散效果和悬浮性能。常用表面活性剂包括：非离子型(烷基酚聚氧乙烯醚类、脂肪酸聚氧乙烯醚类、PO-EO嵌段聚合物类等)和阴离子型(木质素磺酸盐类、烷基萘磺酸盐类、萘磺酸甲醛缩合物盐类和羧酸盐类等)。

 

 

农药泡腾剂的制备工艺主要包括混合粉碎、造粒(粒剂)或压片(片剂)。此外，根据组成物料性质的不同，有时需要添加无水乙醇进行润湿，以便进一步造粒或压片，具体制备流程见图1。先将物料混合均匀，经过超微粉碎获得粉剂，再经造粒机制成粒状，或经压片机制成片状后干燥，最后使用水溶性包装材料进行包装。在制备过程中要求严格控制温湿度，压片后需要使用不吸潮的包装材料及时进行封装。

 

 

 

泡腾剂崩解作用机制主要包括3方面：1) 产气作用：泡腾剂入水后，酸碱体系反应产生气体，引起胀裂崩解并释放有效成分。2)润湿与毛细管作用：淀粉及纤维素类衍生物等崩解剂在加压下可形成无数具有强烈的吸水性的孔隙和毛细管，从而使水迅速润湿并进入泡腾剂中发生崩解。3)膨胀作用：羧甲基淀粉钠除了毛细管作用外，自身还能遇水膨胀而促使片剂崩解，这种膨胀作用还包括由润湿热所致片剂中残存空气的膨胀作用。

 

 

 

随着农药泡腾剂的发展，越来越多的发明专利产品随之涌现出来，主要包括杀虫剂、杀菌剂、除草剂和植物生长调节剂等，用于农田病虫草害的防治。其中，杀虫剂与杀菌剂比重最大，还有部分为除草剂。表2统计了近年来关于农药泡腾剂的主要发明专利。

 

 

截至2018年5月，在国内获得登记(有效期内)的农药泡腾剂产品有44个(见图2)，其中除草剂30个，杀虫剂8个，植物生长调节剂5个，卫生杀虫剂1个。从图2可知：除草剂泡腾剂所占比例最大，且以磺酰脲类和酰胺类除草剂复配居多，苯噻酰草胺也是其中一个重要品种。

 

 

 

近年来，国内企业相继开发出不少农药泡腾剂产品，共有27家农化企业登记了相关产品，登记产品较多的是丹东市红泽农化有限公司(7个)，哈尔滨富利生化科技发展有限公司(4个)，山东科赛基农生物科技有限公司(3个)和山东侨昌现代农业有限公司(3个)。在登记作物方面，主要以水稻为主(移栽水稻最多，30个)，其次是甘蓝(3个)，还包括兰花(1个)，苹果(1个)和柿子(1个)等。在防治对象方面，主要是一年生杂草(19个)，稻飞虱(3个)，甜菜夜蛾(2个)和蚜虫(2个)等。

 

值得关注的是，植物生长调节剂泡腾片剂产品中，除了调环酸钙、甲哌和萘乙酸作为有效成分外，台湾龙杏生技制药股份有限公司在兰花和苹果上登记的1-甲基环丙烯泡腾片剂，有效成分常温下为气体，具有重要的保鲜功能。

 

随着国内农村劳动力向城市的大量转移，而作物生长过程中的植保作业又必不可少，因此，对于省力化农药剂型的需求极大。泡腾剂作为一种新型剂型，相较于传统剂型，其具有使用方便、省时省工以及环保性和安全性好等特点，既代表现代农药剂型发展方向，也充分满足现代农业发展的需要。今后，极具市场竞争力的泡腾剂将在未来农药市场拥有广阔的发展前景。