农药制剂和表面活性剂的互动开发与创新 （三）

4 农用表面活性剂发展面临新的挑战

进入21世纪以来，农药制剂的发展进入新时期。随着社会的发展，人类对农药的要求已高度集中到“一要高效、二要安全”上。对此“农药安全”赋予了前所未有的含义：一是作物安全，二是食品安全，三是环境安全，四是劳动者安全。在此的环境安全包括：土壤、水体、大气、环境生物、生态平衡、生物积累和废弃物污染等多方面。

 对此，世界农药制剂研发领域已逐步形成了一系列新理念，认为农药制剂的研究应涵盖从活性物到作用靶标的全过程的多个学科的综合，即研究药物传递的全过程。新理念认为农药制剂技术就是农药活性物的传递技术，并被称之为“new delivery technology（新的传递技术）”。不断追求从活性物传递到靶标的最高生物利用度是现代社会农药制剂研发的目标。这就标志着世界农药制剂进入第3个发展期，即以药物传递技术为主导的农药制剂发展期。

世界农药制剂技术的发展走向正在按这一理念渐行渐近，近10年来已初显端倪。其中特别明显的有：① 悬浮剂不再追求高含量，而转为中等含量，但为产品异赋予高润湿、高展着和增效性能。② 水乳剂产品在保证经时稳定的前提下，追求大幅度降低喷施药液的表面张力，并赋予展着保湿功能。③ 以草甘膦为代表的农药水剂正在发展更高含量的产品，成盐的种类和配套的润湿渗透剂正在更新。④ 可分散油悬浮剂产品的开发和推广速度快速增长，但目前多数产品在悬浮稳定性和自分散性等方面质量不理想。⑤ 悬浮乳剂的开发开始掀起热潮。⑥ 生物农药和制剂品种（WP、SC、WG）开发的速度加快，现有的农用表面活性剂产品结构已不适应含有蛋白质和糖分的发酵产物制剂。⑦ 高含量乳油、无溶剂乳油等剂型产品正在加速开发。⑧ 新的药物组合物需要更符合结构特点的表面活性剂。

现今，取代以苯环为母体的传统农药品种的速度不断加快，新问世的农药多为杂环类化合物，这些农药低熔点的少，高熔点的多。由此，以轻芳烃为溶剂的制剂数量在减少，溶剂的结构正在发生变化。这些都对以苯环为结构主体的原药和以轻芳烃为溶剂所形成的农药表面活性剂的旧系统提出了挑战。为适应需要，农用表面活性剂必须创新。

鉴此，农药制剂面临第3个发展期。目前，新的技术刚刚起步，随着社会发展的需要，前进的步伐会进一步加快，也要求农用表面活性剂同步发展创新。

5 农用表面活性剂需同步创新

5.1 进一步打开阳离子及两性表面活性剂的应用开发之门

阳离子及两性表面活性剂在农药制剂领域的产业化应用中长期被拒之门外。近年来仅在2个除草剂SL制剂产品的润湿剂筛选中才被开启了个“小窗口”。

 一个是高浓度草甘膦钾盐SL。与其他有机磷农药相比，草甘膦在结构上最大的特点为其分子中含有的甘氨酸基团。由于N原子孤对电子的作用，其周边呈亲正电荷基团。在溶液条件下，为疏阴离子表面活性剂。在本文前述的草甘膦异丙胺盐SL制剂中，筛选了脂肪胺聚氧乙烯醚类表面活性剂，它们都是呈弱阳离子活性的非离子表面活性剂，分子的电极性由N原子引起，与草甘膦异丙胺盐在分子结构上有独特的亲和点，故在水溶液中既能增溶又起到优秀的润湿作用。在草甘膦高浓度钾盐SL制剂中，此亲正电荷基团的倾向更为强烈，而原使用的脂肪胺聚氧乙烯醚类表面活性剂已不能胜任，甚至在冷储中会析出大量结晶。此时，只有选用电极性更强的阳离子或两性表面活性剂始可。

另一个开发使用此类表面活性剂制剂产品是百草枯水剂。百草枯分子结构中的主要部分为联吡啶，它富集正电荷的能力远强于草甘膦，其表现为显著的碱性，由此形成了百草枯阳离子。在所有百草枯盐水剂的配方筛选中，多选用适当的阳离子或两性离子与非离子表面活性剂复配作为喷施助剂，其药物传递的效果最好。

笔者在“农药除草剂制剂的共性技术问题”一文中对以上2个案例已作过较为详细的叙述。本文仅论及更广泛的阳离子和两性离子表面活性剂在农药制剂中的应用机会。

世界农药经过半个多世纪的发展，现产业化原药品种已有600多个。在产品化学方面，早已突破了初期以苯环为结构母体的格局。在现有品种中，杂环类化合物已占2/3以上，其中含N的杂环类农药占一半以上。在此类农药的分子中，都存在着不同程度电极性。其中表现强烈者会在宏观上呈现弱碱或弱酸性，且有成盐趋势。在它们的水基化制剂开发中，尤其是中、高浓度制剂的配方筛选中，更适宜使用阳离子和中性离子表面活性剂。

另一个赋予应用机会的领域是生物农药制剂。许多生物农药的母药中含有带大量正电荷的粒子，其来源有三：一是有效成分本身是糖，例如寡糖类生物农药；二是有效成分本身是蛋白质，例如病毒类生物农药，而糖和蛋白质往往本身就富集了正电荷；二是母药中带有发酵过程中的培养基成分和生物体的排泄物（主要成分糖和蛋白质），例如木霉菌母药和井冈霉素母药等。多数情况下，阴离子表面活性剂在它们的水基化制剂中已成絮凝剂，适当地选用阳离子和两性离子表面活性剂会获得良好的效果。

总体上看，阳离子和两性离子表面活性剂所呈现的表面活性较低，故在使用中宜与非离子表面活性剂复配以发挥综合效应。目前，商品化的两性和阳离子表面活性剂品种较少，分别为甜菜碱型和季铵盐型。它们的结构并不像当初开发农乳系列那样为农药制剂量身定制，故与农药活性物的亲和程度不强。其结构图中待定的R-基团为今后的新品开发留下了空间。农药制剂期待着此类表面活性剂的进一步创新。

5.2 前途无量的阴离子表面活性剂的创新

阴离子表面活性剂在农药制剂中有着不可替代的重要作用。在传统的农药乳油中，它赋予了产品卓越的自发乳化性。在乳化系统、悬浮系统中由于阴离子表面活性剂的加入，使制剂能形成双电层，由此产品呈现卓著的物理稳定性能。然而，在现有的农用表面活性剂中，可供选用的阴离子产品系列还不多，有些产品则序列不全。

5.2.1 为进一步改善和开发植物油基制剂，需加强阴离子表面活性剂的创新

植物油基制剂对部分农药品种能起到改善传导、提高生物利用度和药物安全性能等多方面的作用，为此，近10多年来全球发展十分迅速。除植物油基乳油、油悬浮剂（OF）外，尤以可分散油悬浮剂（OD）最为突出。从总体上看，此类制剂产品的水中自动乳化分散和物理稳定性都远未达到现有其他液态制剂如EC、SC和EW等的技术水平。究其原因，主要是表面活性剂不配套。这是由于许多研究者将精力集中到选择合适的乳化剂上，引用了一批在其他行业表现优秀的植物油品乳化剂，使产品的乳化性能有所改善，但仍无法满足农药制剂的要求，以至于不甚配套。再深究，由于农药行业与其他行业不同，农药制剂不仅需要优秀的乳化结果，还需要满意的乳化过程可在水中迅速自动分散乳化，而其他行业对乳化过程无此要求。其实，此类制剂的成功与否，其关键助剂须有一个合适的阴离子表面活性剂。这种阴离子表面活性剂需要同时具备以下3个基本条件：① 亲油基团与介质油和活性物都应具备很好的亲合能力；② 油水界面活性较强；③ HLB值比介质油低2～3。这样的阴离子表面活性剂将会在制剂系统中既可调节HLB总平衡又起到分散剂的作用，它在稀释使用时起自动分散乳化作用。国外有人将磺基琥珀酸盐二脂肪醇酯类表面活性剂用于此类制剂，在以油酸甲酯或矿物油为介质的相关制剂中取得一定的效果，但对HLB值更低的植物油如菜油和大豆油等则不能相配。植物油基农药制剂有着很广泛的市场前景，人们期待着相应的新型阴离子表面活性剂的创新开发。

5.2.2 需要开发高HLB值的阴离子乳化剂

按照新的药物传递技术的理念，把具备润湿、渗透、展着功能的喷施助剂直接加入到产品制剂中是近10多年来世界农药制剂开发的新趋势，尤其是某些除草剂，通过加入喷施助剂，使药剂增效显著，生物利用度大幅提高。这些添加成分一般为植物油、改性的植物油或具备润湿、渗透功能的非离子表面活性剂，它们的HLB值一般为8～13，加入的量多在10%以上。这样做成的制剂产品不仅依然具有卓越的流动性、自动分散性和物理稳定性，其技术难度已超过了剂型技术本身。在EW制剂中，加入后要统一达到HLB的平衡。在SC中，则以EW形式加入，实际使用的是SE制剂技术。问题是加入如此多的较低HLB值的添加成分，将需更多的高HLB值的乳化剂相匹配。若只追求满足这一要求，就会因使制剂总体加入的乳化剂过多，而使制剂出现膏化或成半微乳状态，导致制剂失败。在此加工中许多成功的经验表明，一是选用合适的阴离子乳化剂作为乳化粒子的外层，比其他类型乳化剂在降粘方面的效果更好，这是由于在宏观上微粒间近距离的静电排斥作用比单纯的空间位阻作用更能保持制剂的流动性。二是选用了HLB值为20～30或以上的多功能阴离子表面活性剂。这就使表面活性剂的总体用量显著减少，避免了膏化或半微乳化，使制剂获得成功。

添加喷施助剂可使制剂产品药效显著提升，其市场正在快速增长。适时开发相应的高HLB值的阴离子表面活性剂商机诱人。
 
5.2.3 含N的阴离子润湿剂值得发展

在高含量WG和SC等剂型产品配方开发的过程中，润湿剂与活性物化学结构的关联度显得尤为敏感。此种情况下，以选择阴离子型为佳。农药原药为含N的杂环化合物时，含N的阴离子型润湿剂在其中往往表现出优秀的配伍性。N-甲基脂肪酰牛磺酸盐类（如油酰-N-甲基牛磺酸钠）、N-烷基酰肌氨酸类等在农用表面活性剂中还很少出现，建议引入和开发这类助剂。

5.3 高分子、多功能表面活性剂的开发大有作为

5.3.1 需进一步改进聚羧酸盐类高分子表面活性剂的性能

EO-PO嵌段共聚类和聚羧酸盐类高分子表面活性剂在SC、SE、EW及WG等制剂产品中已显示出多种独特的优点，推广前景甚好。但是聚羧酸盐类表面活性剂在部分高含量WG的使用中也存在某些缺点：一是对生产机械排出热量的耐受性能较差，而使产品出现不崩解颗粒，造成小试与大生产结果不一致。二是个别产品润水性能差，需较长时间漂浮水面后才能崩解下沉。值得重视的是市售的产品都出现过程度不同的此类情况。这说明聚羧酸盐类高分子表面活性剂的性能需要进一步改进。对此建议：① 在分子结构上改造，添加耐热基团。对已分别加入马来亚酸酐和苯乙烯基等的共聚产品，按添加的比例制成序列化产品，以满足不同情况的需要。当然还应重视筛选更好的耐热基团加入。② 产品润水性能差，多为产品受热干燥后，高分子助剂堵塞了产品表面空隙所致。建议在链状高分子侧适当安排亲水基团或对形成离子型结构的基团加以改进。当然所有的改进都要依靠表面活性剂专家的创新。
 
5.3.2 多功能表面活性剂开发大有作为

制剂技术的发展，势必要求表面活性剂承担多项功能，为此，必须加紧开发多功能表面活性剂。例如兼具高分子和离子型功能的表面活性剂、新的两性表面活性剂和兼备表面活性剂功能的新型溶剂等，它们都会在制剂的技术进步中发挥重要作用。表l即为一个使用高分子、阴离子型新乳化剂的EW配方，此系一个含有大量增效成分的某除草剂制剂。

表1 含有大量增效成分的某除草剂EW制剂配方