种衣剂（FS）的产业化技术开发

冷 阳（上海市农药研究所，上海 200032）

种衣剂（FS）的产业化技术开发

冷 阳
（上海市农药研究所，上海 200032）

种衣剂的产业化技术是种衣剂产品的三大技术支撑之一，种衣剂的开发需要具备专业的产业化技术。详细介绍了种衣剂生产工艺中的关键控点，总结了种衣剂生产中防止交叉污染的措施和已取得的研究成果。

种衣剂：产业化技术；开发

随着越来越严格的环境要求，也为了切实地实现农药使用量的零增长，人们正采用各种方法，努力使农药使用量降到最低，而效果最佳。农药的种子处理技术即为其中十分有效方法之一。为此，种衣剂的开发，特别是种衣剂的产业化技术开发更是当今开发种衣剂的重中之重；同时，亦为种衣剂生产中的关键瓶颈。

1 种衣剂的开发需要具备专业的产业化技术

种子处理悬浮剂（flowable concentrate for seed treatment），俗称种衣剂，是种子处理剂中最主要的剂型，是一类特殊的制剂，它的产业化生产势必需要专业化的技术。

1.1 种衣剂产品的三大技术支撑

众所周知，农业耕种始于播种，而种衣剂（FS）的制备系在播种前，其发挥作用则在播种后。种衣剂一次用药即可有效地防治作物的苗前种传或土传病虫害，具有省工、省时、省药的功效。为此，较之大田用农药施用期特殊、施药对象特殊及药效期特殊，种衣剂是一种使用风险很高的农药剂型。种衣剂的研制—生产—使用整个过程势必涉及多种学科，一个种衣剂产品的产生就需有三大技术予以支撑，包括：⑴ 种植、发芽和芽期植物保护技术；⑵种衣剂的制剂研究技术；⑶ 种衣剂生产的产业化技术。在此三大技术中，值得关注的为产业化技术。如果种衣剂的加工不实现产业化，就是“无米之炊”。故而在三大支撑技术中，产业化技术最为关键。不然，就无法供应产品，而且还会放大或增大风险，小试成果难以实现。与其他农药剂型相比，种衣剂产业化技术更为重要。

1.2 有关种衣剂剂型和风险

在世界粮农组织（FAO）/世界卫生组织（WHO）制订的农药制剂标准规范中，将种子处理剂从常规剂型中专门区别列出，此旨在突出该剂型的高风险性、使用对象和方法的特殊性，该剂型需要专门的技术和管理。

那么，为什么种衣剂是用药高风险的剂型呢？一是此制剂系在作物幼嫩的高风险期用药；二为单位表面积所承载的药量最高；三为施药不均的几率最大。当种子萌发后，芽期或苗期是作物生命周期中，生存能力最为薄弱的阶段。

1.2.1 在高风险期用药

与大田用药相比，此时也是最易产生药害、风险最高的阶段。

1.2.2 单位表面积所承载的药量最高

常用的种衣剂（如20%多·克、多·福等）药、种子多以1︰50～100包衣，较之主要作物的用种量，折合为每667 m2多为50～150 g（表1）。高含量产品如600 g/L吡虫啉FS，折合每667 m2为6～21 g（表2）。此用量与悬浮剂的大田茎叶喷施用药量不相上下。此药剂茎叶处理时，施用面积极大，而种子处理剂则全部由种子承担药剂。

表1 主要作物种衣剂每667 m2折合用药量（以20%多·克种衣剂为例）

表2 600 g/L吡虫啉湿拌种用药量

由上可见，作物茎叶面积为种皮的数百至数千倍。故经种子包衣后作物所承载药物浓度极高。

有部分杀菌种衣剂（如戊唑醇、三唑醇、苯醚甲环唑等）在茎叶施药时尽管浓度较低，但种子处理时种子上的药物浓度最高。

1.2.3 施药不均的几率最大

通常，大田茎叶施药时药剂浓度多为500～1 000倍以上。而大多种衣剂往往不经稀释即直接包衣，故而它的不均匀性几率最高。

1.3 产业化的风险明显增加

此风险表现在：⑴ 工艺生产过程中放大了所产生的风险；⑵ 外部环境的不一致增大所产生的风险；⑶ 管理不当形成的风险。

1.3.1 工艺生产过程中放大了所产生的风险

由于大生产和小试之间差异很大，包括原料与辅料、工艺装备、过程控制、产品包装等各个方面。如果不从技术层面上有效缩小差异，最终会导致产品施药后均匀度明显下降，放大了风险。

1.3.2 外部环境的不一致增加了风险

经种衣剂处理的种子从室内到自然环境中，会遭遇更多的外部环境侵害，无疑增添了风险程度。

1.3.3 管理不当形成的风险

不少风险的产生也往往由管理不当所引起。必须看到，种衣剂的制备和应用与其他各种剂型加工有很大不同，故必须建立专门的相适应的管理模式和方法。

总之，要规避风险，要使风险降到最低，必然涉及到生产种衣剂的工厂、车间、工艺流程的设计。同时，还涉及到对生产中交叉污染的防范等。

1.4 必须有专业的产业化技术

不少人往往把种衣剂（FS）与悬浮剂（SC）混同，必须意识到，FS≠SC。但是种衣剂需要在悬浮剂技术的基础上进行进一步的精细化开发，研究出适合种衣剂特点的产业化技术。

2 种衣剂生产工艺中的关键控点

种衣剂生产中，对粒度分布的控制；流变性的调节；色浆的制备等均为关键所在。

2.1 粒度分布的控制

2.1.1 粒度与安全性

通过对制剂粒度分布的控制，做到合理分布是确保产品安全的前提。当工艺放大后，应保证每一颗包衣种子都能被药物均衡覆盖。

应该注意，有些种子承药过多会影响发芽；但承药过少则会因药剂剂量不够而影响药效。故而在整个工艺实施时，要严格控制药剂颗粒的分布。必须注意的是，工艺控制中不宜采用湿筛法，其不适用风险评价。

2.1.2 较之大田施药用的悬浮剂，种衣剂的粒度分布要求更为严格

表3和图1为种衣剂和悬浮剂粒径分布比较。

由图、表可见，种衣剂对粒度分布要求更高。

2.1.3 开发精细化湿式粉碎的工艺

开发本工艺的目标，系在产业化的砂磨机内，使每一颗药物微粒都能获得均衡、高效的研磨机会。要实现此工艺，应从以下几方面予以考虑：⑴ 动态条件下，磨珠分布的均衡性；⑵ 动态条件下，物料分布的均衡性；⑶ 实现连续化研磨；⑷ 提升磨腔内压；⑸ 磨珠运动的路径；⑹ 其他。同时，种衣剂用湿粉碎装置的开发也是十分重要，图2和表4为人们所开发和应用的各代种衣剂湿法粉碎装备和性能。

图1 种衣剂和悬浮剂粒径分布图

表3 种衣剂、悬浮剂粒径分布比较

图2 所开发各代湿法砂磨设备的示意图

2.1.4 运行中的控制

在生产运行中，磨珠的装载率约85%（体积比）；冷却水温度为-5～0 ℃；产出控制为n×v/hr（v为磨腔体积）；物料输送⑴ 应优先选用螺杆泵；⑵ 采用隔膜泵（均应匹配压力缓冲泵）；装有监控仪器，配置激光粒径分析仪；全流程实现连续化。

表4 生产种衣剂的各阶段、各代湿法粉碎设备及性能

2.2 流变性的调节

2.2.1 物料的流变性往往决定了产品的安全性

业已得知，物料的流变性是关连到包衣种子的药膜能否均衡覆盖的关键技术参数，大生产产品与小试样品的流变性常常不一致，对此需要重新予以调整和补充（包括调节不同作物种子对药剂润湿性）。对于流变性的调控可采用旋转流变仪，而按《GB/T 17768-1999》中规定的方法和仪器所测定黏度不能体现产品的流变性能。

2.2.2 种衣剂对流变性的要求

较之悬浮剂，种衣剂的流变性的要求更高，其所需流变的幅度更大，灵敏度更高。表5为种衣剂对流变学性质的要求。

2.2.3 种衣剂与流变曲线

⑴ 图3为种衣剂与流变曲线的关系。图中呈现了黏度概念。其中剪切应力τ为τ=F/A；剪切速率r 为r=dv/dr；黏度η，在此τ=η×γ或η=τ/γ。

剪切速度为“跟着跑”的种衣剂速变梯度。

⑵ 种衣剂所需的流变曲线及剪切速率

图4为适于种衣剂的流变曲线；表6为种衣剂种子包衣时通常选用的剪切速率。

表5 种衣剂对流变性的要求

图3 种衣剂与流变曲线关系图

图4 适于种衣剂的流变曲线

表6 种衣剂在种子包衣时所常用的剪切速率（表中带*者）

图5为通过生产控制，使种衣剂在储存期，起始黏度较高，而在使用时则较低。而图6则为一般成膜剂（或黏结剂）的流变性，不适应种衣剂产品的要求，如PVA。故而，其不能取代流变剂。

⑶ 生产者对种衣剂流变性的控制

生产者可按照《GB/T 17768-1999》所制订的标准来控制种衣剂的质量。

一个合格、理想的种衣剂，生产者必须根据种子和包衣条件来控制它特定的流变曲线，而不能仅仅依靠实验室的配方。对此，会经常使用复合的流变剂，例如黄原胶、硅酸镁铝等。根据需要还可以加入某些触变剂。

图5 在储存期种衣剂的黏度变化情况

图6 一般成膜剂的流变性变化情况

2.2.4 种衣剂与触变环的调控

⑴ 有关黏度恢复时间

种子包衣后，种衣剂黏度恢复时间对药膜至关重要。时间过长，药剂易流失；时间太短，流平性就差。对此必须予以控制。通常可采用测定触变环以选择时间长短。

⑵ 关于触变环

前已提及，可使用流变仪来测定流变性。同时亦可用以检测触变环，即在任一设定的剪切速率下，随着剪切时间的延续，种衣剂的黏度就会降低；当停止剪切，黏度可恢复到初始值。这种可逆的黏度下降就称为触变性。

⑶ 关于触变环及触变环与黏度恢复时间关系

人们把由升序和降序流变曲线所呈现的滞后表现，通常称之为“触变环”。图7即为触变环曲线。图8则显示了触变环与黏度恢复时间关系。

⑷ 关于调试黏度恢复时间

此可由以下几个方面进行：①通过调整种衣剂配方中原流变组分的配比，例如黄原胶/硅酸镁铝/PVA等。②必要时筛选（或置换）新的触变组份，如羟乙基纤维素、聚丙烯酸盐等水溶性高分子触变材料、高纯度改性蒙脱石/凹凸棒石/水性膨润土/硅酸镁锂等。③针对未来包衣的种子，调整种衣剂的润湿性能，可使药剂能更理想地在种皮上铺展。

2.3 色浆的制取

色浆是种衣剂的重要组份，随着种衣剂的不断发展，色浆也随之出现相当发展。

图7 触变环曲线

图8 触变环与黏度恢复的时间关系

2.3.1 种衣剂的警戒色面临全面更新

业已知晓，罗丹明B（即碱性玫瑰精）长期作为种衣剂的警戒色，但此显色剂存在⑴ 高致癌风险；⑵为水溶性染料，易被吸附；⑶ 易飘移；⑷ 最佳显色的pH值与种衣剂不匹配，且用量大；⑸ 废水很难处理。为此，警戒色剂必须尽快更新，即主要使用不溶于水的有机颜料（如偶氮颜料等）。它们以色浆形式加于种衣剂中。同时为规避风险，企业以自制色浆为宜。

2.3.2 色浆的制备

在色浆的制备中，必须加入最少量的颜粒而取得最佳的色光效果。同时必须⑴ 控制细度，以能尽量提高颜料的遮盖率（g/m2）。对于偶氮颜料色浆需达到1～0.8 μ，始可获取理想的色光和遮盖率。⑵ 必须要单独制备。⑶ 配方需与种衣剂组分相匹配；⑷含量一般在35%以上。

2.3.3 色浆的添加

在色浆添加时，⑴ 色浆不要并入原药研磨，除非制备高含量制剂；⑵ 通常，在调配工序中将色浆与流变助剂一起加入；⑶ 可通过絮凝、沉淀、过滤等工序对含有色浆的废水进行一级处理。

3 在种衣剂生产中需防止交叉污染

3.1 在种衣剂生产中必须采取最严格的防交叉污染的措施

⑴ 美国EPA“96-8”公告中，致毒污染程度警示的数据不适用于种子处理剂。

⑵ 在以往的农药清洁生产管理中，对除草剂和植物生长调节剂作为交叉污染源测定的所有清洁标准值均不适用于种子处理剂。

⑶ 在选址设计时应注意，种衣剂生产车间宜设于工厂上风向；该生产车间不可加工除草剂和植物生长调节剂，同时，此车间不得设于生产超高效除草剂100 m以内的下风向。

⑷ 除草剂和植物生长调节剂生产车间的人员不得进入种衣剂车间。

⑸ 除草剂和植物生长调节剂生产车间所使用物料、设备、零部件、工具等均不得进入种衣剂生产车间。

⑹ 生产种衣剂的综合性制剂工厂建议按车间配以不同色彩的劳防用品，以示区别。

进一步强调，种衣剂生产车间应与除草剂车间相背，其生产区的隔离控制点需设置在车间入口处；应设置与种衣剂生产车间相匹配的物料和成品库，并与除草剂和植物生长调节剂的库房绝对隔离；严禁从事种衣剂生产的人员进入除草剂和植物生长调节剂车间；管理与外来参观等人员，在厂区各车间巡看或参观排序时，应将种衣剂生产车间列为首位；再则，种衣剂生产车间的设备、零部件、工具等必须专物专用，绝对不可与其他车间的东西混杂。作为制剂生产、加工应先安排种子处理剂产品。当车间更换产品前，必须对所有设备和部件进行彻底清洗，清洗水必须符合要求，并经生物测定确认。

3.2 已取得的研究成果

2014年，国际种保协会（CropLife International Operations Committee, CIOC）公布了作为种子处理剂交叉污染源部分杀虫剂和杀菌剂的清洁标准值获取方法的研究成果，供业内参考。

3.2.1 以杀虫剂作为种子处理剂潜在污染物的清洁标准值

在种子处理剂生产中，往往要求对前一个生产的杀虫剂提出清洁标准值，尤其是当该杀虫剂具有较高环境毒性（如对蜜蜂高毒），可以以下公式计算参考值：

其中，LD为蜂毒LD50值；HQ为风险系数，用于蜜蜂，取50；SF为安全系数，较除草剂SF（=1～10）大得多；SWR为kg种子量/hm2（每公顷播种量）；SLAR为

每100 kg种子所需种子处理剂产品量（g/100 kg种子）。

以吡虫啉作为潜在污染物为例，计算某种衣剂的清洁标准值。设该产品为玉米种衣剂，以1︰50包衣，即100 kg种子需FS（SLAR）为2 000 g；SWR=60 kg种子/hm2；LD=0.03 μg （有效成分）/蜂；HQ=50；SF=20。

3.2.2 以杀菌剂作为种子处理剂潜在污染物的清洁标准值

三唑类杀菌剂是一个用途广泛的杀菌剂，不仅在大田作物上，在种衣剂上也大量应用（如三唑醇、丙环唑等），一些此类杀菌剂亦为主要植物生长调节剂品种。为此，在将此类杀菌剂作为种子处理剂应用时，应十分谨慎，并应在后续产品加工前确定此类药剂的清洁标准值。CIOC建议宜控制在50PPM以下。

4 结 语

总之，在种衣剂开发时必须充实专业的产业化技术，这样才能更加有效、安全地发挥药剂作用，并确保环境安全。

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

冷阳，教授级高工、国务院特贴专家、原联合国南通农药剂型开发中心主任，现任上海市农药研究所顾问。长期从事精细化工、农药、剂型及助剂研发，并就水基化农药新剂型技术多次赴欧美深造、交流和合作研究。E-mail：ntlengyang@126.com。

2016-03-20。