冷 陽（上海市農(nóng)藥研究所，上海 200032）

種衣劑（FS）的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開發(fā)

冷 陽
（上海市農(nóng)藥研究所，上海 200032）

種衣劑的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)是種衣劑產(chǎn)品的三大技術(shù)支撐之一，種衣劑的開發(fā)需要具備專業(yè)的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)。詳細(xì)介紹了種衣劑生產(chǎn)工藝中的關(guān)鍵控點(diǎn)，總結(jié)了種衣劑生產(chǎn)中防止交叉污染的措施和已取得的研究成果。

種衣劑：產(chǎn)業(yè)化技術(shù)；開發(fā)

隨著越來越嚴(yán)格的環(huán)境要求，也為了切實(shí)地實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥使用量的零增長，人們正采用各種方法，努力使農(nóng)藥使用量降到最低，而效果最佳。農(nóng)藥的種子處理技術(shù)即為其中十分有效方法之一。為此，種衣劑的開發(fā)，特別是種衣劑的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開發(fā)更是當(dāng)今開發(fā)種衣劑的重中之重；同時(shí)，亦為種衣劑生產(chǎn)中的關(guān)鍵瓶頸。

1 種衣劑的開發(fā)需要具備專業(yè)的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)

種子處理懸浮劑（flowable concentrate for seed treatment），俗稱種衣劑，是種子處理劑中最主要的劑型，是一類特殊的制劑，它的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)勢必需要專業(yè)化的技術(shù)。

1.1 種衣劑產(chǎn)品的三大技術(shù)支撐

眾所周知，農(nóng)業(yè)耕種始于播種，而種衣劑（FS）的制備系在播種前，其發(fā)揮作用則在播種后。種衣劑一次用藥即可有效地防治作物的苗前種傳或土傳病蟲害，具有省工、省時(shí)、省藥的功效。為此，較之大田用農(nóng)藥施用期特殊、施藥對象特殊及藥效期特殊，種衣劑是一種使用風(fēng)險(xiǎn)很高的農(nóng)藥劑型。種衣劑的研制—生產(chǎn)—使用整個(gè)過程勢必涉及多種學(xué)科，一個(gè)種衣劑產(chǎn)品的產(chǎn)生就需有三大技術(shù)予以支撐，包括：⑴ 種植、發(fā)芽和芽期植物保護(hù)技術(shù)；⑵種衣劑的制劑研究技術(shù)；⑶ 種衣劑生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)。在此三大技術(shù)中，值得關(guān)注的為產(chǎn)業(yè)化技術(shù)。如果種衣劑的加工不實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，就是“無米之炊”。故而在三大支撐技術(shù)中，產(chǎn)業(yè)化技術(shù)最為關(guān)鍵。不然，就無法供應(yīng)產(chǎn)品，而且還會(huì)放大或增大風(fēng)險(xiǎn)，小試成果難以實(shí)現(xiàn)。與其他農(nóng)藥劑型相比，種衣劑產(chǎn)業(yè)化技術(shù)更為重要。

1.2 有關(guān)種衣劑劑型和風(fēng)險(xiǎn)

在世界糧農(nóng)組織（FAO）/世界衛(wèi)生組織（WHO）制訂的農(nóng)藥制劑標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中，將種子處理劑從常規(guī)劑型中專門區(qū)別列出，此旨在突出該劑型的高風(fēng)險(xiǎn)性、使用對象和方法的特殊性，該劑型需要專門的技術(shù)和管理。

那么，為什么種衣劑是用藥高風(fēng)險(xiǎn)的劑型呢？一是此制劑系在作物幼嫩的高風(fēng)險(xiǎn)期用藥；二為單位表面積所承載的藥量最高；三為施藥不均的幾率最大。當(dāng)種子萌發(fā)后，芽期或苗期是作物生命周期中，生存能力最為薄弱的階段。

1.2.1 在高風(fēng)險(xiǎn)期用藥

與大田用藥相比，此時(shí)也是最易產(chǎn)生藥害、風(fēng)險(xiǎn)最高的階段。

1.2.2 單位表面積所承載的藥量最高

常用的種衣劑（如20%多·克、多·福等）藥、種子多以1︰50～100包衣，較之主要作物的用種量，折合為每667 m2多為50～150 g（表1）。高含量產(chǎn)品如600 g/L吡蟲啉FS，折合每667 m2為6～21 g（表2）。此用量與懸浮劑的大田莖葉噴施用藥量不相上下。此藥劑莖葉處理時(shí)，施用面積極大，而種子處理劑則全部由種子承擔(dān)藥劑。

表1 主要作物種衣劑每667 m2折合用藥量（以20%多·克種衣劑為例）

表2 600 g/L吡蟲啉濕拌種用藥量

由上可見，作物莖葉面積為種皮的數(shù)百至數(shù)千倍。故經(jīng)種子包衣后作物所承載藥物濃度極高。

有部分殺菌種衣劑（如戊唑醇、三唑醇、苯醚甲環(huán)唑等）在莖葉施藥時(shí)盡管濃度較低，但種子處理時(shí)種子上的藥物濃度最高。

1.2.3 施藥不均的幾率最大

通常，大田莖葉施藥時(shí)藥劑濃度多為500～1 000倍以上。而大多種衣劑往往不經(jīng)稀釋即直接包衣，故而它的不均勻性幾率最高。

1.3 產(chǎn)業(yè)化的風(fēng)險(xiǎn)明顯增加

此風(fēng)險(xiǎn)表現(xiàn)在：⑴ 工藝生產(chǎn)過程中放大了所產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)；⑵ 外部環(huán)境的不一致增大所產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)；⑶ 管理不當(dāng)形成的風(fēng)險(xiǎn)。

1.3.1 工藝生產(chǎn)過程中放大了所產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)

由于大生產(chǎn)和小試之間差異很大，包括原料與輔料、工藝裝備、過程控制、產(chǎn)品包裝等各個(gè)方面。如果不從技術(shù)層面上有效縮小差異，最終會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品施藥后均勻度明顯下降，放大了風(fēng)險(xiǎn)。

1.3.2 外部環(huán)境的不一致增加了風(fēng)險(xiǎn)

經(jīng)種衣劑處理的種子從室內(nèi)到自然環(huán)境中，會(huì)遭遇更多的外部環(huán)境侵害，無疑增添了風(fēng)險(xiǎn)程度。

1.3.3 管理不當(dāng)形成的風(fēng)險(xiǎn)

不少風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)生也往往由管理不當(dāng)所引起。必須看到，種衣劑的制備和應(yīng)用與其他各種劑型加工有很大不同，故必須建立專門的相適應(yīng)的管理模式和方法。

總之，要規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，要使風(fēng)險(xiǎn)降到最低，必然涉及到生產(chǎn)種衣劑的工廠、車間、工藝流程的設(shè)計(jì)。同時(shí)，還涉及到對生產(chǎn)中交叉污染的防范等。

1.4 必須有專業(yè)的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)

不少人往往把種衣劑（FS）與懸浮劑（SC）混同，必須意識到，F(xiàn)S≠SC。但是種衣劑需要在懸浮劑技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步的精細(xì)化開發(fā)，研究出適合種衣劑特點(diǎn)的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)。

2 種衣劑生產(chǎn)工藝中的關(guān)鍵控點(diǎn)

種衣劑生產(chǎn)中，對粒度分布的控制；流變性的調(diào)節(jié)；色漿的制備等均為關(guān)鍵所在。

2.1 粒度分布的控制

2.1.1 粒度與安全性

通過對制劑粒度分布的控制，做到合理分布是確保產(chǎn)品安全的前提。當(dāng)工藝放大后，應(yīng)保證每一顆包衣種子都能被藥物均衡覆蓋。

應(yīng)該注意，有些種子承藥過多會(huì)影響發(fā)芽；但承藥過少則會(huì)因藥劑劑量不夠而影響藥效。故而在整個(gè)工藝實(shí)施時(shí)，要嚴(yán)格控制藥劑顆粒的分布。必須注意的是，工藝控制中不宜采用濕篩法，其不適用風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)。

2.1.2 較之大田施藥用的懸浮劑，種衣劑的粒度分布要求更為嚴(yán)格

表3和圖1為種衣劑和懸浮劑粒徑分布比較。

由圖、表可見，種衣劑對粒度分布要求更高。

2.1.3 開發(fā)精細(xì)化濕式粉碎的工藝

開發(fā)本工藝的目標(biāo)，系在產(chǎn)業(yè)化的砂磨機(jī)內(nèi)，使每一顆藥物微粒都能獲得均衡、高效的研磨機(jī)會(huì)。要實(shí)現(xiàn)此工藝，應(yīng)從以下幾方面予以考慮：⑴ 動(dòng)態(tài)條件下，磨珠分布的均衡性；⑵ 動(dòng)態(tài)條件下，物料分布的均衡性；⑶ 實(shí)現(xiàn)連續(xù)化研磨；⑷ 提升磨腔內(nèi)壓；⑸ 磨珠運(yùn)動(dòng)的路徑；⑹ 其他。同時(shí)，種衣劑用濕粉碎裝置的開發(fā)也是十分重要，圖2和表4為人們所開發(fā)和應(yīng)用的各代種衣劑濕法粉碎裝備和性能。

圖1 種衣劑和懸浮劑粒徑分布圖

表3 種衣劑、懸浮劑粒徑分布比較

圖2 所開發(fā)各代濕法砂磨設(shè)備的示意圖

2.1.4 運(yùn)行中的控制

在生產(chǎn)運(yùn)行中，磨珠的裝載率約85%（體積比）；冷卻水溫度為-5～0 ℃；產(chǎn)出控制為n×v/hr（v為磨腔體積）；物料輸送⑴ 應(yīng)優(yōu)先選用螺桿泵；⑵ 采用隔膜泵（均應(yīng)匹配壓力緩沖泵）；裝有監(jiān)控儀器，配置激光粒徑分析儀；全流程實(shí)現(xiàn)連續(xù)化。

表4 生產(chǎn)種衣劑的各階段、各代濕法粉碎設(shè)備及性能

2.2 流變性的調(diào)節(jié)

2.2.1 物料的流變性往往決定了產(chǎn)品的安全性

業(yè)已得知，物料的流變性是關(guān)連到包衣種子的藥膜能否均衡覆蓋的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，大生產(chǎn)產(chǎn)品與小試樣品的流變性常常不一致，對此需要重新予以調(diào)整和補(bǔ)充（包括調(diào)節(jié)不同作物種子對藥劑潤濕性）。對于流變性的調(diào)控可采用旋轉(zhuǎn)流變儀，而按《GB/T 17768-1999》中規(guī)定的方法和儀器所測定黏度不能體現(xiàn)產(chǎn)品的流變性能。

2.2.2 種衣劑對流變性的要求

較之懸浮劑，種衣劑的流變性的要求更高，其所需流變的幅度更大，靈敏度更高。表5為種衣劑對流變學(xué)性質(zhì)的要求。

2.2.3 種衣劑與流變曲線

⑴ 圖3為種衣劑與流變曲線的關(guān)系。圖中呈現(xiàn)了黏度概念。其中剪切應(yīng)力τ為τ=F/A；剪切速率r 為r=dv/dr；黏度η，在此τ=η×γ或η=τ/γ。

剪切速度為“跟著跑”的種衣劑速變梯度。

⑵ 種衣劑所需的流變曲線及剪切速率

圖4為適于種衣劑的流變曲線；表6為種衣劑種子包衣時(shí)通常選用的剪切速率。

表5 種衣劑對流變性的要求

圖3 種衣劑與流變曲線關(guān)系圖

圖4 適于種衣劑的流變曲線

表6 種衣劑在種子包衣時(shí)所常用的剪切速率（表中帶*者）

圖5為通過生產(chǎn)控制，使種衣劑在儲(chǔ)存期，起始黏度較高，而在使用時(shí)則較低。而圖6則為一般成膜劑（或黏結(jié)劑）的流變性，不適應(yīng)種衣劑產(chǎn)品的要求，如PVA。故而，其不能取代流變劑。

⑶ 生產(chǎn)者對種衣劑流變性的控制

生產(chǎn)者可按照《GB/T 17768-1999》所制訂的標(biāo)準(zhǔn)來控制種衣劑的質(zhì)量。

一個(gè)合格、理想的種衣劑，生產(chǎn)者必須根據(jù)種子和包衣條件來控制它特定的流變曲線，而不能僅僅依靠實(shí)驗(yàn)室的配方。對此，會(huì)經(jīng)常使用復(fù)合的流變劑，例如黃原膠、硅酸鎂鋁等。根據(jù)需要還可以加入某些觸變劑。

圖5 在儲(chǔ)存期種衣劑的黏度變化情況

圖6 一般成膜劑的流變性變化情況

2.2.4 種衣劑與觸變環(huán)的調(diào)控

⑴ 有關(guān)黏度恢復(fù)時(shí)間

種子包衣后，種衣劑黏度恢復(fù)時(shí)間對藥膜至關(guān)重要。時(shí)間過長，藥劑易流失；時(shí)間太短，流平性就差。對此必須予以控制。通?？刹捎脺y定觸變環(huán)以選擇時(shí)間長短。

⑵ 關(guān)于觸變環(huán)

前已提及，可使用流變儀來測定流變性。同時(shí)亦可用以檢測觸變環(huán)，即在任一設(shè)定的剪切速率下，隨著剪切時(shí)間的延續(xù)，種衣劑的黏度就會(huì)降低；當(dāng)停止剪切，黏度可恢復(fù)到初始值。這種可逆的黏度下降就稱為觸變性。

⑶ 關(guān)于觸變環(huán)及觸變環(huán)與黏度恢復(fù)時(shí)間關(guān)系

人們把由升序和降序流變曲線所呈現(xiàn)的滯后表現(xiàn)，通常稱之為“觸變環(huán)”。圖7即為觸變環(huán)曲線。圖8則顯示了觸變環(huán)與黏度恢復(fù)時(shí)間關(guān)系。

⑷ 關(guān)于調(diào)試黏度恢復(fù)時(shí)間

此可由以下幾個(gè)方面進(jìn)行：①通過調(diào)整種衣劑配方中原流變組分的配比，例如黃原膠/硅酸鎂鋁/PVA等。②必要時(shí)篩選（或置換）新的觸變組份，如羥乙基纖維素、聚丙烯酸鹽等水溶性高分子觸變材料、高純度改性蒙脫石/凹凸棒石/水性膨潤土/硅酸鎂鋰等。③針對未來包衣的種子，調(diào)整種衣劑的潤濕性能，可使藥劑能更理想地在種皮上鋪展。

2.3 色漿的制取

色漿是種衣劑的重要組份，隨著種衣劑的不斷發(fā)展，色漿也隨之出現(xiàn)相當(dāng)發(fā)展。

圖7 觸變環(huán)曲線

圖8 觸變環(huán)與黏度恢復(fù)的時(shí)間關(guān)系

2.3.1 種衣劑的警戒色面臨全面更新

業(yè)已知曉，羅丹明B（即堿性玫瑰精）長期作為種衣劑的警戒色，但此顯色劑存在⑴ 高致癌風(fēng)險(xiǎn)；⑵為水溶性染料，易被吸附；⑶ 易飄移；⑷ 最佳顯色的pH值與種衣劑不匹配，且用量大；⑸ 廢水很難處理。為此，警戒色劑必須盡快更新，即主要使用不溶于水的有機(jī)顏料（如偶氮顏料等）。它們以色漿形式加于種衣劑中。同時(shí)為規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，企業(yè)以自制色漿為宜。

2.3.2 色漿的制備

在色漿的制備中，必須加入最少量的顏粒而取得最佳的色光效果。同時(shí)必須⑴ 控制細(xì)度，以能盡量提高顏料的遮蓋率（g/m2）。對于偶氮顏料色漿需達(dá)到1～0.8 μ，始可獲取理想的色光和遮蓋率。⑵ 必須要單獨(dú)制備。⑶ 配方需與種衣劑組分相匹配；⑷含量一般在35%以上。

2.3.3 色漿的添加

在色漿添加時(shí)，⑴ 色漿不要并入原藥研磨，除非制備高含量制劑；⑵ 通常，在調(diào)配工序中將色漿與流變助劑一起加入；⑶ 可通過絮凝、沉淀、過濾等工序?qū)猩珴{的廢水進(jìn)行一級處理。

3 在種衣劑生產(chǎn)中需防止交叉污染

3.1 在種衣劑生產(chǎn)中必須采取最嚴(yán)格的防交叉污染的措施

⑴ 美國EPA“96-8”公告中，致毒污染程度警示的數(shù)據(jù)不適用于種子處理劑。

⑵ 在以往的農(nóng)藥清潔生產(chǎn)管理中，對除草劑和植物生長調(diào)節(jié)劑作為交叉污染源測定的所有清潔標(biāo)準(zhǔn)值均不適用于種子處理劑。

⑶ 在選址設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意，種衣劑生產(chǎn)車間宜設(shè)于工廠上風(fēng)向；該生產(chǎn)車間不可加工除草劑和植物生長調(diào)節(jié)劑，同時(shí)，此車間不得設(shè)于生產(chǎn)超高效除草劑100 m以內(nèi)的下風(fēng)向。

⑷ 除草劑和植物生長調(diào)節(jié)劑生產(chǎn)車間的人員不得進(jìn)入種衣劑車間。

⑸ 除草劑和植物生長調(diào)節(jié)劑生產(chǎn)車間所使用物料、設(shè)備、零部件、工具等均不得進(jìn)入種衣劑生產(chǎn)車間。

⑹ 生產(chǎn)種衣劑的綜合性制劑工廠建議按車間配以不同色彩的勞防用品，以示區(qū)別。

進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)，種衣劑生產(chǎn)車間應(yīng)與除草劑車間相背，其生產(chǎn)區(qū)的隔離控制點(diǎn)需設(shè)置在車間入口處；應(yīng)設(shè)置與種衣劑生產(chǎn)車間相匹配的物料和成品庫，并與除草劑和植物生長調(diào)節(jié)劑的庫房絕對隔離；嚴(yán)禁從事種衣劑生產(chǎn)的人員進(jìn)入除草劑和植物生長調(diào)節(jié)劑車間；管理與外來參觀等人員，在廠區(qū)各車間巡看或參觀排序時(shí)，應(yīng)將種衣劑生產(chǎn)車間列為首位；再則，種衣劑生產(chǎn)車間的設(shè)備、零部件、工具等必須專物專用，絕對不可與其他車間的東西混雜。作為制劑生產(chǎn)、加工應(yīng)先安排種子處理劑產(chǎn)品。當(dāng)車間更換產(chǎn)品前，必須對所有設(shè)備和部件進(jìn)行徹底清洗，清洗水必須符合要求，并經(jīng)生物測定確認(rèn)。

3.2 已取得的研究成果

2014年，國際種保協(xié)會(huì)（CropLife International Operations Committee, CIOC）公布了作為種子處理劑交叉污染源部分殺蟲劑和殺菌劑的清潔標(biāo)準(zhǔn)值獲取方法的研究成果，供業(yè)內(nèi)參考。

3.2.1 以殺蟲劑作為種子處理劑潛在污染物的清潔標(biāo)準(zhǔn)值

在種子處理劑生產(chǎn)中，往往要求對前一個(gè)生產(chǎn)的殺蟲劑提出清潔標(biāo)準(zhǔn)值，尤其是當(dāng)該殺蟲劑具有較高環(huán)境毒性（如對蜜蜂高毒），可以以下公式計(jì)算參考值：

其中，LD為蜂毒LD50值；HQ為風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，用于蜜蜂，取50；SF為安全系數(shù)，較除草劑SF（=1～10）大得多；SWR為kg種子量/hm2（每公頃播種量）；SLAR為

每100 kg種子所需種子處理劑產(chǎn)品量（g/100 kg種子）。

以吡蟲啉作為潛在污染物為例，計(jì)算某種衣劑的清潔標(biāo)準(zhǔn)值。設(shè)該產(chǎn)品為玉米種衣劑，以1︰50包衣，即100 kg種子需FS（SLAR）為2 000 g；SWR=60 kg種子/hm2；LD=0.03 μg （有效成分）/蜂；HQ=50；SF=20。

3.2.2 以殺菌劑作為種子處理劑潛在污染物的清潔標(biāo)準(zhǔn)值

三唑類殺菌劑是一個(gè)用途廣泛的殺菌劑，不僅在大田作物上，在種衣劑上也大量應(yīng)用（如三唑醇、丙環(huán)唑等），一些此類殺菌劑亦為主要植物生長調(diào)節(jié)劑品種。為此，在將此類殺菌劑作為種子處理劑應(yīng)用時(shí)，應(yīng)十分謹(jǐn)慎，并應(yīng)在后續(xù)產(chǎn)品加工前確定此類藥劑的清潔標(biāo)準(zhǔn)值。CIOC建議宜控制在50PPM以下。

4 結(jié) 語

總之，在種衣劑開發(fā)時(shí)必須充實(shí)專業(yè)的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，這樣才能更加有效、安全地發(fā)揮藥劑作用，并確保環(huán)境安全。

Development of Industrialization Technology for FS

LENG Yang
（Shanghai Pesticide Research Institute, Shanghai 200032, China）

Industrialization technology is one of important technologies for developing FS. And the professional industrialization technology is essential for its development. The key control points of FS production process are introduced in detail, and the measures and achievements for preventing cross contamination are summarized.

FS; industrialization technology; development

10.16201/j.cnki.cn31-1827/tq.2016.02.01

TQ450

A

1009-6485（2016）02-001-05

冷陽，教授級高工、國務(wù)院特貼專家、原聯(lián)合國南通農(nóng)藥劑型開發(fā)中心主任，現(xiàn)任上海市農(nóng)藥研究所顧問。長期從事精細(xì)化工、農(nóng)藥、劑型及助劑研發(fā)，并就水基化農(nóng)藥新劑型技術(shù)多次赴歐美深造、交流和合作研究。E-mail：ntlengyang@126.com。

2016-03-20。