表面活性剂在农药制剂加工中的重要作用
日期:11-06-2014
现如今对于农化行业来说最大的障碍之一来自于监管机构日益严苛的管控。拿欧洲来说，随着新的1107/2009 法规逐步实施，对许多农药有效成分的“生存”都造成显著威胁。据估计，面临风险的有效成分多达100 种，约占已获得登记有效成分的四分之一之多，这对于欧洲的农民来说也意味着更大的挑战。如果再考虑到新有效成分的开发越发困难，农药抗性问题日益严峻，可以说植保行业面临着前所未有的挑战，这关系到全球粮食安全问题1。
但从另一个角度看，现在也是在农化领域挖掘更多创新方法的绝佳机会。想要成功开发一个有效的农药有效成分需要耗费大量的金钱和时间，但是即使是最好的有效成分，如果不能开发出好的制剂，也没有任何商业价值。
农药药效的保证越来越依赖于高性能的特种表面活性剂，特别是高分子表面活性剂更是因其优良的性能变得不可或缺，它的优点主要表现为：
1）对指定表面的多点锚固，减少了解吸作用
2）给分散液体和固体提供广泛的保护屏障，使它们不会与邻近的颗粒靠得太近，从而避免了制剂的分解
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图1 图解高分子表面活性剂的优点
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高分子表面活性剂能提供广泛的制剂稳定窗口，可以进行快速、节省成本的制剂开发和修改。它们还有一个优点就是比低分子量的表面活性剂更加安全和环保，对于制剂的登记来说，这是很大的优势。
制剂除了提供稳定性外，更重要的作用是加强有效成分的给药效果。助剂的添加可以提高产品的润湿、展布、增溶和稀释性能，让产品更便于施用和操作，且药效更好。拥有大量化学和物理性质的在研新有效成分以及老化学有效成分的再开发对制剂专家来说都是新的挑战，为了开发出效果更好的制剂产品，需要更多创新的制剂技术。
将不同种类的助剂添加进一种制剂产品中，则从材料化学和胶体化学的角度提出了新的挑战。为农化领域开发新的助剂被视为是保障行业发展的重要一环，然而助剂的实际使用量相对来说却很少。拿美国举例，仅有4% 的表面活性剂是用在农化领域的，像禾大这样的小众特殊化学品提供商正是提供这些助剂产品定制的公司。
新型材料的设计和应用需要科学解释和大田应用效果的支撑。图2 展示了添加过助剂的内吸性杀虫剂吡虫啉制剂和未添加过助剂的对照产品杀虫效果的对比图，可以看出添加了烷氧基多元醇酯助剂的产品增强了内吸性杀虫剂的渗透效果，害虫的死亡率明显升高。
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图2 添加了烷氧基多元醇酯助剂的吡虫啉产品使用后，害虫死亡率上升。死亡率与载荷量相关。
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增强渗透效果的助剂可以形成非晶体膜，用来保持水分以及和有效成分的表面接触。表面活性剂挥发性很小，因此可以形成大面积的干燥沉淀成份。通过扫描叶片的沉积物可以看出表面活性剂的选择会显著影响沉积物的微观结构（见图3）。根据表面活性剂分子的形状形成了干燥的多重表面活性剂相。有些表面活性剂结合物会包住水，从而造成结晶。最近发现微滴内结晶的位置是至关重要的，蒸发液滴边缘的结晶作用是现今的一个研究热点。其他表面活性剂干燥相粘性是非常好的，所以可以加强制剂的防水效果。
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图3 电子显微镜扫描图展示了加入型表面活性剂体系与沉积物微观结构的关系。不含助剂的（A）、添加烷氧基多元醇酯助剂的（B）和添加醇乙氧基化物助剂的（C）3 种250 克/ 升的嘧菌酯悬浮剂1200 倍稀释后施用于苹果叶片的表皮，可以从图中看出，添加烷氧基多元醇酯助剂后干燥沉淀上的微滴改善了“糖衣层效应”的分布，从而可以推测产品的性能也得到了改善。
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总之，表面活性剂在农化制剂行业扮演着非常重要的角色，在优化产品性能方面存在很大的发展空间。这些化学物质可以提供独特的制剂属性，保证有效成分的最佳效果，降低使用率和环境压力，帮助农民获得最佳的产量。对助剂成功的选择源于对那些能提供最佳生物效能的复杂交互和平衡作用的清楚认识。
1. www.gov.uk/government/publications/ukagricultural-technologies-strategy
致谢：感谢Hannah Griffiths 博士提供的实验数据以及专业分析。
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