农药水乳剂、微乳剂研发与生产中存在的问题及对策

2 不同类型水乳剂和微乳剂配方研究实例分析
到2009年12月止国内登记水乳剂和微乳剂的产品数近300个，其中许多品种都有相同含量水乳 剂和微乳剂登记。对于水乳剂，大家的意见比较一致，认为是一种应该鼓励的替代乳油的环保型制 剂。但对于微乳剂，争论就较多，典型的反对观点有二：一是乳化剂用量大、成本高，二是需用一
定量的极性溶剂，甚至是DMF等不安全的极性溶剂，比乳油的环保问题更大。 这些问题在上世纪九十年代初期研究和生产过程中确实经常遇到。微乳剂从我国第一个登记产
品十三烷醇ME开始，到目前已经走过了15年（国外及卫生杀虫剂登记的微乳剂更早），大量工业化 生产和应用还是从2000年后才开始，经过十多年时间的研究与生产实践，微乳剂产品技术、工艺与 性能不断完善，上述典型的反对理由早已不存在，微乳剂因药效好、助剂成本低、对表面活性剂选 择范围宽，生产工艺和设备简单而大受欢迎，很多产品如2.5％高效氯氟氰菊酯ME、4.5％高效氯氰 菊酯ME、阿维菌素和甲维盐ME等已经成为了当前农业病虫害防治领域的主要农药制剂。
此类产品的生产一般按传统的方法进行，水乳剂配制时先用溶剂溶解原药，加入表面活性剂，
经高剪切分散后调节粘度完成。而微乳剂同样先用溶剂溶解后加入表面活性剂及助表面活性剂，加
水搅拌即自发形成微乳剂。比较典型的如己唑醇水乳剂和微乳剂配方组成如表6。这里的溶剂以乳油
的溶剂二甲苯为例，如选用更环保高效的溶剂替代更好。
5%高效氯
EW
8
氟氰菊酯
ME
4
10 / 6 / 3.5 11 / 8
/ 乙二醇/3 乙醇/3
/
/
0.5
77.5 / 80
/
77 / 80
EC
2.5%联苯 菊酯菊酯
EW
ME
87.5 6 6
10 / 5 / 3.5 8/4
/ 乙二醇/3 乙醇/3
/
/
0.5
83 /84.5
/
80.5 / 84.5
EC
4.5%高效 氯氰菊酯
59
123
2006
41
95
2007
62
121
2008
117
185
2009
86
208
目前，市场上许多农药化合物是高活性品种，如菊酯类、新烟碱类和阿维菌素、甲维盐等，大 部分产品登记含量在10%以下，这些品种做成微乳剂和水乳剂都是非常适宜的，两者在溶助剂成本上
没有太大差别却都远低于乳油产品，而在经时稳定性上微乳剂大多比水乳剂稳定，药效方面微乳剂 表现通常会更好些。可能与其生物性能的改善和提高，有效成分分散度及在生物表面的传递效率有
水乳剂和微乳剂的性能特点、生产方式、药效比较已经有很多相关的文章加以论述，这里不再 赘述。其相互之间存在密切的关系，目前O/W乳液按分散相液滴的大小通常被分成三类如表1。
乳液名称 粗乳液 微细乳液 微乳液
表1 乳液的分类形态
液滴大小
外观
＞400nm
乳白色液体
100～400nm
蓝白色带荧光液体
＜100nm
图1 2.5%联苯菊酯MEW粒径分布图
图2 2.5%联苯菊酯MEW与EW外观 69
图3 MEW与EW稀释形态
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1.3 研究与应用状况
近年来我国的水乳剂和微乳剂发展较快，特别是自从2007年国际石油价格高达每桶140美元后更
在市场上，最常见的水乳剂品种为高效氯氟氰菊酯、高效氯氰菊酯、联苯菊酯、氟氯氰菊酯、 戊唑醇、精噁唑禾草灵等，如 4.5%高效氯氰菊酯、2.5%、5%高效氯氟氰菊酯、10%氯氰菊酯、6.9% 精噁唑禾草灵、1.8%阿维菌素、2.5%联苯菊酯等；微乳剂常见的品种为：高效氯氟氰菊酯、高效氯 氰菊酯、阿维菌素、甲维盐、三唑磷、啶虫脒、毒死蜱、吡虫啉等。如2.5%、5%高效氯氟氰菊酯、 4.5%高效氯氰菊酯、1.8%、2.0%、5%阿维菌素、0.5%～5%甲维盐、8%、15%三唑磷、15%毒死蜱、 2.5%联苯菊酯等微乳剂。 1.4 生产技术
剂以0.5～1.5微米的油珠分散于水中形成的一种农药制剂，外观为不透明的乳状液。农药微乳剂( ME ) 是 一种含有农药活性成分、水和表面活性剂(或助表面活性剂)加工成各向同性的、透明和热力学上稳 定的分散体系。其分散液径一般在10～100纳米。
农药水乳剂和微乳剂除了外观有较大差别外，其本质都是以水为连续相的乳液分散体系，都属 于O/W乳液的范畴（也有W/O型的乳液，但目前实用不多），都是通过表面活性剂的作用形成O/W 乳液。只不过是分散相的细度差别造成了外观及热力学稳定性的差异。有些水乳剂如果不添加粘度 调节剂，调整乳化剂的用量也可以转化为微乳剂。 1.2 水乳剂和微乳剂相互之间关系
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孔建 （深圳诺普信农化股份有限公司）
农药需要加工成各种制剂才能充分发挥其生物活性。农药及其助剂对食品安全和环境的影响越 来越受到人们的高度关注。用水替代以“三苯”为代表的芳烃类有机溶剂是农药剂型研究与加工的 重要方向之一，水乳剂及微乳剂都是用水做介质的环保剂型，但在发展过程中也存在一些问题，如 水乳剂开发需专用乳化剂，产品稳定性难把握，药效偏低；微乳剂在发展初期曾因乳化剂、助溶剂 用量较大而引起人们的忧虑，现阶段有结晶与经时稳定性问题等等。这些问题困扰新剂型的研发进 程，也给行业自身的发展带来负面影响，引发不少争议，甚至有专家认为应该取消微乳剂作为环保 剂型的说法。
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乳剂生产过程中一般不容易及时发现性变，因此是一次成型，经过长时间贮藏后才能发现问题。一 旦出现问题，重调恢复的难度较大。
而微乳剂的生产工艺基本与乳油一致，除一些品种必须按照规定的投料顺序进行生产外，其它 均没有特殊的要求，生产过程中还可以根据需要对透明温区、PH值等指标进行调整，以达到最佳效 果。除非体系中有变质、结晶或挥发减少介质的情况，一般不会出现不稳定的问题。
名称
2.5%高效氯氟氰 菊酯EW
2.5%高效氯氟氰 菊酯ME
表2 2.5%高效氯氟氰菊酯水乳剂和微乳剂产品成本比较
原药用量 %
溶剂用量 %
防冻剂 %
乳化剂 %
2.5
4
3（乙二醇）
4（国外）
2.5
2
3（乙醇） 4(国外) / 6(国内)
助剂成本 （元/吨）
1800
1600
另外，如表1所示，在水乳剂（粗乳液）和微乳剂（微乳液）的中间还存在一种稳定的中间态 —微细乳液［MEW（暂名）］，在生产实践中已经有稳定的农药产品，我们完成的2.5%联苯菊酯 MEW就是用转相乳化（PIT）法制成的，无需使用高剪切乳化机分散，即低能乳化法，制剂外观为 带荧光白色液体，粒径范围50～250纳米，入水分散形成半透明液体。这种乳液的经时稳定性已超过 3年，除粒径与普通水乳剂有差别外，其结构组成完全与水乳剂一样。粒径、外观和稀释形态见图 1、2、3。现在这种形态的MEW还没有明确的剂型名称及代码。
农药水乳剂及微乳剂生产工艺技术是比较成熟的，水乳剂的生产主要考虑的是所用的高能剪切 设备能够分散得到我们规定粒径范围的乳状液，这种设备及工艺流程是可行的。但水乳剂配方与配 套的生产设备筛选需要一定时间反复调整测定，一旦达到要求，水乳剂产品稳定性是有保证的。水
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下面根据原药品种把水乳剂、微乳剂分成几大类型进一步分析： 2.1 菊酯类水乳剂和微乳剂
菊酯类化合物品种多属于高效低毒杀虫剂，一般制剂含量都较低，这样低含量的产品所需的填 料或有机溶剂量都相当高，如果加工成乳油，溶剂含量高达80%以上。而选择用水做载体则可以大幅
减少溶剂的用量。水乳剂和微乳剂也就成为最佳剂型之一（部分菊酯可以做成SC）。用以往乳油的 乳化剂配制水乳剂和微乳剂，乳化剂用量等同或稍大于乳油，但用新型乳化剂配制的产品，乳化剂 用量比乳油少很多。而微乳剂所用的助溶剂也并非大量的极性溶剂，有的可以完全不用。典型的几 种菊酯类产品不同剂型配方比较如表5。
表6 己唑醇水乳剂和微乳剂的配方比较
品种
剂 型 二甲苯 乳化剂 其它助剂 抗冻剂 调节剂
任何新生事物在发展和成熟过程中都会存在一些问题和争议，农药剂型环保化进程的方向已经 很明确，如何解决出现的问题，促进技术进步和工艺改善，充分发挥其有利方面，减少或避免负面 影响，才是我们环保农药剂型研究和发展的目的。
一、水乳剂、微乳剂的研究与产业化状况
1.1 概念 一般认为农药水乳剂（EW）是不溶于水的液体原药或原药溶于有机溶剂所得的液体与表面活性
是发展迅速，截止2009年12月底国内农药企业的水乳剂和微乳剂登记294个产品（含不同企业重复登 记），近十几年登记情况如表3。
表3 1992～2009年我国国内企业农药水乳剂和微乳剂登记情况
年份
水乳剂登记个数
微乳剂登记个数
1992
1
\
1994
\
1
1998
13
4
2002
22
38
2003
61
75
2005
EW
ME
85.5 12.2 12.2
10 / 6 / 3.5 13 / 8
/ 乙二醇/3 乙醇/3
/
/
0.5 71.8 / 76.3
/
67 / 72.3
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从表5中看出，低含量的微乳剂与水乳剂在溶剂及乳化剂用量方面基本接近，比乳油产品所用 的乳化剂还要少，但有机溶剂却下降了80%以上。含量提高到5%时，水乳剂的乳化剂用量基本不增 加，而微乳剂乳化剂用量与乳油相当，当使用专用乳化剂时，用量仍然低于乳油产品，而并没有大 量的使用极性溶剂。实际生产中如果使用太多的极性溶剂，对微乳剂本身的经时稳定性并没有好 处，也容易引发结晶的产生。从成本考虑，典型的微乳剂更适用于高活性品种的低含量制剂产品 2.2 含氮杂环类农药品种的水乳剂和微乳剂
300
75
6
62.50
2.5%高效氯氟氰菊酯EW (A)
300
75
9
12.50
2.5%高效氯氟氰菊酯EW (B)
300
75
11
20.83
2.5%高效氯氟氰菊酯EW (C)
300
75
13
18.75
2.5%高效氯氟氰菊酯EW (D)
300
75
13
45.83
对照 CK
清水
75
/
0
注：EW中的A、B、C、D分别代表不同的的助剂配方
表5 菊酯类产品不同剂型配方比较( % )
二甲苯 或
乳化剂
品种
剂型
其它助剂 调节剂
水
solvesso-200
Байду номын сангаас
国内/国外
EC 2.5%高效 氯氟氰菊 EW
酯 ME
87.5 5 2
10 / 5 / 3.5 6/4
/ 乙二醇 / 3 乙醇 / 3
/
/
0.5
84 / 85.5
/
86.5 / 88.5
EC
85
关，这在医药及食品领域已有很多试验证实，而在农药方面目前也有一些药效试验得到验证，如表 4。但制剂含量再提高时，水乳剂的综合优势就明显增强了。
表4 2.5%高效氯氟氰菊酯EW和ME处理斜纹夜蛾二龄幼虫实验数据
药剂处理
浓度（倍） 试虫数（头） 中毒时间（min）
24h死亡率（%）
2.5%高效氯氟氰菊酯ME
半透明或透明液体
稳定性 动力学上稳定 热力学上稳定 热力学上稳定
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在实际研究与生产中，三种乳液之间有时并没有明显的界限，一定条件下可以相互转换。比如 用生产乳油的乳化剂同样可以制成粗乳液、微细乳液和微乳液，如果增加粘度调节剂或助表面活性 剂可以形成稳定的水乳剂或微乳剂。选择的乳化剂品种不同，得到的乳状液的形态也不相同。在溶 剂使用方面，水乳剂和微乳剂基本相同，只有防冻剂及助表面活性剂的使用在不同的农药品种有不 同的选择，如高效氯氟氰菊酯水乳剂中用乙二醇作为防冻剂，而高效氯氟氰菊酯微乳剂中用乙醇作 为助表面活性剂，同时乙醇又是防冻剂。在2.5%高效氯氟氰菊酯微乳剂和水乳剂中，乳化剂用量基 本相同，但微乳剂的成本更低（如表2）。国内市场上生产的水乳剂或微乳剂，有很多公司选择国产 乳油用的乳化剂，用量一般偏高，如果选择水乳剂及微乳剂的专用乳化剂，乳化剂和助表面活性剂 的用量都会大大减少，同时稳定性会进一步提高。