泡騰劑是一種投入水中能迅速產生氣泡并崩解擴散、均勻充分發揮藥效的固體制劑,具有使用方便、環境污染小和高效低毒等優點。泡騰劑*早應用于醫藥,由于便于攜帶、使用方便等優點受到人們的青睞。如今,農藥泡騰劑在日本等國家已得到廣泛應用,尤其是在稻田病蟲省力化防治中起到了巨大作用。盡管農藥泡騰劑在國內應用起步較晚,但其在勞動強度和使用技術等方面的突出優勢,在一定程度上推動我國農藥使用技術邁上新的臺階。
1 泡騰劑
泡騰劑是由農藥原藥,崩解劑,添加其他助劑壓片后且投入水中,迅速產生氣泡并崩解分散的固體制劑。泡騰劑的作用機理是將固體片劑(粉劑或顆粒劑)投入水中,與水接觸后迅速發生酸堿中和反應并產生大量二氧化碳氣體,有效成分靠氣體推動力迅速崩解并快速擴散,達到均勻分布和充分發揮藥效的目的。
1.1 泡騰劑特點
泡騰劑所獨有的酸堿產氣體系,使其能夠自行崩解擴散,從而具有以下優良性能:1)充分發揮藥效。與其他劑型相比,泡騰劑遇水迅速產生大量氣體,有效成分依靠氣體推動力可以擴散更遠,分布更加均勻,使藥效充分發揮。2)使用方便,省工省力。泡騰劑一般以片為單位劑量,使用時無需專業器械,直接將藥劑投入水田中,每公頃稻田一般只需十幾分鐘就能完成施藥,且除草劑泡騰劑持效期長,明顯減少了施藥次數和施藥者工作量,提高了工作效率。3)環境污染小。泡騰劑使用時無粉塵飛揚,包裝上無粉粒黏附,避免了包裝廢棄物帶來的環境污染問題。
1.2 泡騰劑分類
泡騰劑從形態上可以分為泡騰片、泡騰粉和泡騰顆粒,其作用原理相同,都具有方便、迅速、環保、安全的特點,但是仍存在一定區別。
1.3 泡騰劑發展歷史
1944年,德國羅氏公司生產了維生素C泡騰片,這是泡騰劑*應用于醫藥。20世紀70年代初,日本開始研制農藥泡騰劑,英國與法國相繼研制了用于噴霧的泡騰片劑,此后,不斷有泡騰劑新品種進入市場。20世紀90年代,瑞士學者Zellweger將固體有機酸與碳酸鹽及水不溶性農藥混合制成泡騰片,該泡騰片遇水迅速崩解形成懸浮液,可供噴霧使用。而法國學者Meinard則研制出一種適用于可加工成乳油或懸浮劑的農藥的膏式泡騰劑。20世紀90年代后期,我國開始進行農藥泡騰劑研發,先后開發出除草劑(殺草丹、西瑪津等)、殺蟲劑(葉蟬散、馬拉硫磷、除蟲脲、阿維菌素等)和殺菌劑(百菌清、甲基硫菌靈等)等泡騰劑產品。
2 泡騰劑組成及制備
2.1 組成
農藥泡騰劑主要由原藥、崩解劑、助崩解劑、黏結劑、填料(稀釋劑)、潤滑劑、助流劑、表面活性劑和穩定劑等組成。
2.1.1 原藥
原藥可以是水溶性及水不溶性固體或液體農藥,液體原藥需要先吸附在白炭黑、硅藻土和凹凸棒土等多孔性載體上。其中以水溶性農藥及助劑制備的泡騰劑在水中分散后形成均一、透明的溶液;而水不溶性農藥及助劑制備的泡騰劑在水中分散后形成懸浮液。除草劑、殺蟲劑、殺菌劑和植物生長調節劑均可作為泡騰劑的有效成分,具有內吸性和安全性的農藥更合適。
2.1.2 崩解劑
崩解劑主要由水溶性固體酸和固體堿組成,且在固體狀態下(無水環境中)不發生反應。其中固體酸主要包括:酒石酸、檸檬酸、水楊酸、磷酸、亞硫酸鈉等;固體堿主要包括:碳酸氫鈉、碳酸鈉、碳酸氫銨等。檸檬酸與碳酸氫鈉組合應用*多,產氣量、pH值和崩解時間等綜合性能*。
2.1.3 助崩解劑
助崩解劑可以克服黏結劑和造粒過程中所需的物理力,使泡騰片劑形成空隙,入水后迅速溶脹崩解為細小顆粒,從而形成穩定的懸浮液,發揮藥效。常用助崩解劑包括:氯化鈣、黏土、改性膨潤土、可溶性淀粉、微晶纖維素和海藻酸鈉等。
2.1.4 黏結劑
農藥原藥沒有黏性或黏性較差時,需要添加合適的黏結劑才能完成造粒壓片。常用黏結劑包括:糊精、淀粉、乳糖、阿拉伯膠、羧甲基纖維素(CMC)、木質素磺酸鹽等。在實際制備過程中,可以通過調節助崩解劑、黏結劑的種類和用量來控制泡騰劑的崩解速度。
2.1.5 填料(稀釋劑)
填料是指用來稀釋農藥活性成分所用的惰性物質,主要用于調節泡騰片劑中有效成分含量。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:硫酸鈉、凹凸棒土、膨潤土、高嶺土、滑石粉、乳糖、硬脂酸鹽等。其中,采用硬脂酸鎂和滑石粉調節泡騰劑的密度比較理想。
2.1.6 表面活性劑
泡騰劑在入水后形成懸浮液,添加表面活性劑可以阻止固液分散體系中粒子間的相互團聚,從而提高泡騰劑入水后的分散效果和懸浮性能。常用表面活性劑包括:非離子型(烷基酚聚氧乙烯醚類、脂肪酸聚氧乙烯醚類、PO-EO嵌段聚合物類等)和陰離子型(木質素磺酸鹽類、烷基萘磺酸鹽類、萘磺酸甲醛縮合物鹽類和羧酸鹽類等)。
2.2 農藥泡騰劑制備工藝
農藥泡騰劑的制備工藝主要包括混合粉碎、造粒(粒劑)或壓片(片劑)。此外,根據組成物料性質的不同,有時需要添加無水乙醇進行潤濕,以便進一步造粒或壓片。先將物料混合均勻,經過超微粉碎獲得粉劑,再經造粒機制成粒狀,或經壓片機制成片狀后干燥,*后使用水溶性包裝材料進行包裝。在制備過程中要求嚴格控制溫濕度,壓片后需要使用不吸潮的包裝材料及時進行封裝。
2.3 農藥泡騰劑的崩解作用機制
泡騰劑崩解作用機制主要包括3方面:1) 產氣作用:泡騰劑入水后,酸堿體系反應產生氣體,引起脹裂崩解并釋放有效成分。2)潤濕與毛細管作用:淀粉及纖維素類衍生物等崩解劑在加壓下可形成無數具有強烈的吸水性的孔隙和毛細管,從而使水迅速潤濕并進入泡騰劑中發生崩解。3)膨脹作用:羧甲基淀粉鈉除了毛細管作用外,自身還能遇水膨脹而促使片劑崩解,這種膨脹作用還包括由潤濕熱所致片劑中殘存空氣的膨脹作用。
3 農藥泡騰劑專利產品及登記產品
3.1 農藥泡騰劑專利產品
隨著農藥泡騰劑的發展,越來越多的發明專利產品隨之涌現出來,主要包括殺蟲劑、殺菌劑、除草劑和植物生長調節劑等,用于農田病蟲草害的防治。其中,殺蟲劑與殺菌劑比重*,還有部分為除草劑。
3.2 藥檢所登記產品
截至2018年5月,在國內獲得登記(有效期內)的農藥泡騰劑產品有44個,其中除草劑30個,殺蟲劑8個,植物生長調節劑5個,衛生殺蟲劑1個。除草劑泡騰劑所占比例*,且以磺酰脲類和酰胺類除草劑復配居多,苯噻酰草胺也是其中一個重要品種。
近年來,國內企業相繼開發出不少農藥泡騰劑產品,共有27家農化企業登記了相關產品,登記產品較多的是丹東市紅澤農化有限公司(7個),哈爾濱富利生化科技發展有限公司(4個),山東科賽基農生物科技有限公司(3個)和山東僑昌現代農業有限公司(3個)。在登記作物方面,主要以水稻為主(移栽水稻*多,30個),其次是甘藍(3個),還包括蘭花(1個),蘋果(1個)和柿子(1個)等。在防治對象方面,主要是一年生雜草(19個),稻飛虱(3個),甜菜夜蛾(2個)和蚜蟲(2個)等。
值得關注的是,植物生長調節劑泡騰片劑產品中,除了調環酸鈣、甲哌和萘乙酸作為有效成分外,臺灣龍杏生技制藥股份有限公司在蘭花和蘋果上登記的1-甲基環丙烯泡騰片劑,有效成分常溫下為氣體,具有重要的保鮮功能。
隨著國內農村勞動力向城市的大量轉移,而作物生長過程中的植保作業又必不可少,因此,對于省力化農藥劑型的需求極大。泡騰劑作為一種新型劑型,相較于傳統劑型,其具有使用方便、省時省工以及環保性和安全性好等特點,既代表現代農藥劑型發展方向,也充分滿足現代農業發展的需要。今后,極具市場競爭力的泡騰劑將在未來農藥市場擁有廣闊的發展前景。
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