種衣劑（FS）的產業化技術開發

冷 陽（上海市農藥研究所，上海 200032）

種衣劑（FS）的產業化技術開發

冷 陽
（上海市農藥研究所，上海 200032）

種衣劑的產業化技術是種衣劑產品的三大技術支撐之一，種衣劑的開發需要具備專業的產業化技術。詳細介紹了種衣劑生產工藝中的關鍵控點，總結了種衣劑生產中防止交叉污染的措施和已取得的研究成果。

種衣劑：產業化技術；開發

隨著越來越嚴格的環境要求，也為了切實地實現農藥使用量的零增長，人們正采用各種方法，努力使農藥使用量降到最低，而效果最佳。農藥的種子處理技術即為其中十分有效方法之一。為此，種衣劑的開發，特別是種衣劑的產業化技術開發更是當今開發種衣劑的重中之重；同時，亦為種衣劑生產中的關鍵瓶頸。

1 種衣劑的開發需要具備專業的產業化技術

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，它的產業化生產勢必需要專業化的技術。

1.1 種衣劑產品的三大技術支撐

眾所周知，農業耕種始于播種，而種衣劑（FS）的制備系在播種前，其發揮作用則在播種后。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、省藥的功效。為此，較之大田用農藥施用期特殊、施藥對象特殊及藥效期特殊，種衣劑是一種使用風險很高的農藥劑型。種衣劑的研制—生產—使用整個過程勢必涉及多種學科，一個種衣劑產品的產生就需有三大技術予以支撐，包括：⑴ 種植、發芽和芽期植物保護技術；⑵種衣劑的制劑研究技術；⑶ 種衣劑生產的產業化技術。在此三大技術中，值得關注的為產業化技術。如果種衣劑的加工不實現產業化，就是“無米之炊”。故而在三大支撐技術中，產業化技術最為關鍵。不然，就無法供應產品，而且還會放大或增大風險，小試成果難以實現。與其他農藥劑型相比，種衣劑產業化技術更為重要。

1.2 有關種衣劑劑型和風險

在世界糧農組織（FAO）/世界衛生組織（WHO）制訂的農藥制劑標準規范中，將種子處理劑從常規劑型中專門區別列出，此旨在突出該劑型的高風險性、使用對象和方法的特殊性，該劑型需要專門的技術和管理。

那么，為什么種衣劑是用藥高風險的劑型呢？一是此制劑系在作物幼嫩的高風險期用藥；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。當種子萌發后，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 在高風險期用藥

與大田用藥相比，此時也是最易產生藥害、風險最高的階段。

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，施用面積極大，而種子處理劑則全部由種子承擔藥劑。

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百至數千倍。故經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、苯醚甲環唑等）在莖葉施藥時盡管濃度較低，但種子處理時種子上的藥物濃度最高。

1.2.3 施藥不均的幾率最大

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

1.3 產業化的風險明顯增加

此風險表現在：⑴ 工藝生產過程中放大了所產生的風險；⑵ 外部環境的不一致增大所產生的風險；⑶ 管理不當形成的風險。

1.3.1 工藝生產過程中放大了所產生的風險

由于大生產和小試之間差異很大，包括原料與輔料、工藝裝備、過程控制、產品包裝等各個方面。如果不從技術層面上有效縮小差異，最終會導致產品施藥后均勻度明顯下降，放大了風險。

1.3.2 外部環境的不一致增加了風險

經種衣劑處理的種子從室內到自然環境中，會遭遇更多的外部環境侵害，無疑增添了風險程度。

1.3.3 管理不當形成的風險

不少風險的產生也往往由管理不當所引起。必須看到，種衣劑的制備和應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的管理模式和方法。

總之，要規避風險，要使風險降到最低，必然涉及到生產種衣劑的工廠、車間、工藝流程的設計。同時，還涉及到對生產中交叉污染的防范等。

1.4 必須有專業的產業化技術

不少人往往把種衣劑（FS）與懸浮劑（SC）混同，必須意識到，FS≠SC。但是種衣劑需要在懸浮劑技術的基礎上進行進一步的精細化開發，研究出適合種衣劑特點的產業化技術。

2 種衣劑生產工藝中的關鍵控點

種衣劑生產中，對粒度分布的控制；流變性的調節；色漿的制備等均為關鍵所在。

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品安全的前提。當工藝放大后，應保證每一顆包衣種子都能被藥物均衡覆蓋。

應該注意，有些種子承藥過多會影響發芽；但承藥過少則會因藥劑劑量不夠而影響藥效。故而在整個工藝實施時，要嚴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，其不適用風險評價。

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 開發精細化濕式粉碎的工藝

開發本工藝的目標，系在產業化的砂磨機內，使每一顆藥物微粒都能獲得均衡、高效的研磨機會。要實現此工藝，應從以下幾方面予以考慮：⑴ 動態條件下，磨珠分布的均衡性；⑵ 動態條件下，物料分布的均衡性；⑶ 實現連續化研磨；⑷ 提升磨腔內壓；⑸ 磨珠運動的路徑；⑹ 其他。同時，種衣劑用濕粉碎裝置的開發也是十分重要，圖2和表4為人們所開發和應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 所開發各代濕法砂磨設備的示意圖

2.1.4 運行中的控制

在生產運行中，磨珠的裝載率約85%（體積比）；冷卻水溫度為-5～0 ℃；產出控制為n×v/hr（v為磨腔體積）；物料輸送⑴ 應優先選用螺桿泵；⑵ 采用隔膜泵（均應匹配壓力緩沖泵）；裝有監控儀器，配置激光粒徑分析儀；全流程實現連續化。

表4 生產種衣劑的各階段、各代濕法粉碎設備及性能

2.2 流變性的調節

2.2.1 物料的流變性往往決定了產品的安全性

業已得知，物料的流變性是關連到包衣種子的藥膜能否均衡覆蓋的關鍵技術參數，大生產產品與小試樣品的流變性常常不一致，對此需要重新予以調整和補充（包括調節不同作物種子對藥劑潤濕性）。對于流變性的調控可采用旋轉流變儀，而按《GB/T 17768-1999》中規定的方法和儀器所測定黏度不能體現產品的流變性能。

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為種衣劑對流變學性質的要求。

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系。圖中呈現了黏度概念。其中剪切應力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所常用的剪切速率（表中帶*者）

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

⑶ 生產者對種衣劑流變性的控制

生產者可按照《GB/T 17768-1999》所制訂的標準來控制種衣劑的質量。

一個合格、理想的種衣劑，生產者必須根據種子和包衣條件來控制它特定的流變曲線，而不能僅僅依靠實驗室的配方。對此，會經常使用復合的流變劑，例如黃原膠、硅酸鎂鋁等。根據需要還可以加入某些觸變劑。

圖5 在儲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 種衣劑與觸變環的調控

⑴ 有關黏度恢復時間

種子包衣后，種衣劑黏度恢復時間對藥膜至關重要。時間過長，藥劑易流失；時間太短，流平性就差。對此必須予以控制。通常可采用測定觸變環以選擇時間長短。

⑵ 關于觸變環

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

⑶ 關于觸變環及觸變環與黏度恢復時間關系

人們把由升序和降序流變曲線所呈現的滯后表現，通常稱之為“觸變環”。圖7即為觸變環曲線。圖8則顯示了觸變環與黏度恢復時間關系。

⑷ 關于調試黏度恢復時間

此可由以下幾個方面進行：①通過調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展，色漿也隨之出現相當發展。

圖7 觸變環曲線

圖8 觸變環與黏度恢復的時間關系

2.3.1 種衣劑的警戒色面臨全面更新

業已知曉，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 高致癌風險；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顏料（如偶氮顏料等）。它們以色漿形式加于種衣劑中。同時為規避風險，企業以自制色漿為宜。

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。同時必須⑴ 控制細度，以能盡量提高顏料的遮蓋率（g/m2）。對于偶氮顏料色漿需達到1～0.8 μ，始可獲取理想的色光和遮蓋率。⑵ 必須要單獨制備。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，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、過濾等工序對含有色漿的廢水進行一級處理。

3 在種衣劑生產中需防止交叉污染

3.1 在種衣劑生產中必須采取最嚴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據不適用于種子處理劑。

⑵ 在以往的農藥清潔生產管理中，對除草劑和植物生長調節劑作為交叉污染源測定的所有清潔標準值均不適用于種子處理劑。

⑶ 在選址設計時應注意，種衣劑生產車間宜設于工廠上風向；該生產車間不可加工除草劑和植物生長調節劑，同時，此車間不得設于生產超高效除草劑100 m以內的下風向。

⑷ 除草劑和植物生長調節劑生產車間的人員不得進入種衣劑車間。

⑸ 除草劑和植物生長調節劑生產車間所使用物料、設備、零部件、工具等均不得進入種衣劑生產車間。

⑹ 生產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，以示區別。

進一步強調，種衣劑生產車間應與除草劑車間相背，其生產區的隔離控制點需設置在車間入口處；應設置與種衣劑生產車間相匹配的物料和成品庫，并與除草劑和植物生長調節劑的庫房絕對隔離；嚴禁從事種衣劑生產的人員進入除草劑和植物生長調節劑車間；管理與外來參觀等人員，在廠區各車間巡看或參觀排序時，應將種衣劑生產車間列為首位；再則，種衣劑生產車間的設備、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、加工應先安排種子處理劑產品。當車間更換產品前，必須對所有設備和部件進行徹底清洗，清洗水必須符合要求，并經生物測定確認。

3.2 已取得的研究成果

2014年，國際種保協會（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準值獲取方法的研究成果，供業內參考。

3.2.1 以殺蟲劑作為種子處理劑潛在污染物的清潔標準值

在種子處理劑生產中，往往要求對前一個生產的殺蟲劑提出清潔標準值，尤其是當該殺蟲劑具有較高環境毒性（如對蜜蜂高毒），可以以下公式計算參考值：

其中，LD為蜂毒LD50值；HQ為風險系數，用于蜜蜂，取50；SF為安全系數，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品量（g/100 kg種子）。

以吡蟲啉作為潛在污染物為例，計算某種衣劑的清潔標準值。設該產品為玉米種衣劑，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準值

三唑類殺菌劑是一個用途廣泛的殺菌劑，不僅在大田作物上，在種衣劑上也大量應用（如三唑醇、丙環唑等），一些此類殺菌劑亦為主要植物生長調節劑品種。為此，在將此類殺菌劑作為種子處理劑應用時，應十分謹慎，并應在后續產品加工前確定此類藥劑的清潔標準值。CIOC建議宜控制在50PPM以下。

4 結 語

總之，在種衣劑開發時必須充實專業的產業化技術，這樣才能更加有效、安全地發揮藥劑作用，并確保環境安全。

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、國務院特貼專家、原聯合國南通農藥劑型開發中心主任，現任上海市農藥研究所顧問。長期從事精細化工、農藥、劑型及助劑研發，并就水基化農藥新劑型技術多次赴歐美深造、交流和合作研究。E-mail：ntlengyang@126.com。

2016-03-20。