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配方创新:让复杂植保体系实现稳定、可预测的表现

配方创新:让复杂植保体系实现稳定、可预测的表现

作物保护配方的重要性从未如此突出。尽管在资源投入持续减少,对环境影响要求不断提高,和政策监管日益严格的大背景下,种植者仍追求从每一公顷土地中获得更多的产出。然而,联合国粮农组织(FAO)预计,全球每年约有20-40%的作物产量因病虫草害而蒙受损失。因此,配方在有效性和稳定性方面的提升,不仅直接影响生产效率,也同样关乎农业的可持续发展。

市场对于配方的期望正在不断提升。产品不仅需要在更低的用量下发挥良好效果,操作还应更安全、简单,同时减少包装和运输要求,并在包括低水量施用以及无人机喷施等日益严苛的应用条件下保持稳定可靠的表现。在这样的背景下,无论是配方设计本身,还是相关增效剂及配方辅助体系,都亟需持续创新。

现代配方面临的新需求

悬浮剂(SC)自 21 世纪初以来发展迅速,作为传统溶剂型乳油(EC)更为环保的替代方案得到广泛应用。然而,在较低溶剂配方体系中,SC 针对部分有效成分的适用性仍受到限制。近年来,可分散液剂(DC)、水乳剂(EW)、纳米悬浮剂(Nano SC)以及其他低溶剂体系等新型剂型逐步兴起,旨在降低用量的同时实现理想的田间效果,从而降低单位面积的环境负担。

高含量固体制剂也因其能降低包装、运输成本以及用水量而日益受到青睐。喷雾干燥等技术正越来越多地应用于此类剂型中,以提升产品的安全性和操作便利性,并能在浆料或 SC 阶段便引入助剂,从而为高含量产品提供更卓越的防效支持。

纵观所有剂型,尤其是在低水量应用条件下,高性能增效剂和配方助剂的重要性愈发凸显。这些成分有助于保证体系稳定性、良好的悬浮性,并在施药过程中保证药效。

随着无人机施药的快速发展,以及10–50 L/ha的超低容量(ULV)喷施方式的广泛应用(药箱容量通常不超过约45 L),这进一步对制剂的悬浮性、桶混适配性、雾滴沉积质量及喷头适配性能提出了更高要求。那些看似理想的配方设计——如高含量多有效成分悬浮剂(SC)、更绿色溶剂体系的可分散液剂(DC)、适用于无人机的超低容量(ULV)体系以及高含量固体配方——在实际应用中往往最难达到稳健和可预测的性能。

要应对上述的挑战,不仅需要稳定性强、功能多样、能够适应复杂条件的配方助剂,也需要与兼具深厚化学基础、创造力以及对市场趋势和对区域实际情况有深入理解的技术团队合作共同推动。

解决方案合作伙伴

诺力昂农业与食品业务已从单纯提供增效剂和配方助剂产品,发展为作物保护企业的技术解决方案合作伙伴。

诺力昂在美洲、欧洲和亚太地区拥有14个创新与应用中心及13个生产基地,并在近期扩建了印度和中国的实验室。依托这些区域化布局,诺力昂与配方工程师紧密合作,应对最具挑战性的技术难题,同时快速响应区域市场需求。各区域所具备的技术能力,有助于确保解决方案能够契合当地常用有效成分、水质条件、合作伙伴产品以及法规环境。

与诺力昂合作的起点并非″你需要哪一个产品?″,而是″你有哪些待解决的问题?″,例如:

  • 在低温(5 °C)或高温(40 °C)储存条件下易析晶或失效的高含量SC

  • 在硬水中不稳定或在桶混中表现出较差性能的多有效成分DC

  • 沉降过快或易在过滤器和喷嘴形成沉积的无人机或ULV配方

  • 一种需要温和且高效的表面活性剂及兼容性助剂的生物制剂

  • 为提升药效和可持续性,而需转化为非常规剂型(如DC,高含量固体制剂)的有效成分

诺力昂团队结合Morwet®分散剂、Agrilan®分散剂与兼容剂、Adsee™增效剂、Berol®润湿剂、Armid®溶剂、Ethylan®非离子表面活性剂、Emulpon™乳化剂、Witconate®阴离子表面活性剂等产品与配方经验,与客户共同设计具有针对性的解决方案。

诺力昂的目标始终如一:帮助配方工程师开发以市场和客户需求为导向的解决方案,使多有效成分、高含量、低溶剂等复杂配方,也能具备如同简单体系般可预测的表现。

复杂配方中粒径与稳定性的控制

在当前主流的高含量固体/液体配方中,粒径控制和长期稳定性一直是配方设计的核心难点。

其中,一个典型案例是低熔点、多晶型杀菌剂的高含量配方(图1)。产品可能在初始测试中表现合格,但在高温储存数周后,有效成分会重新结晶并形成更大的晶体,导致体系黏度增加、沉降物难以再分散,进而引发田间表现不稳定。

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图1:Agrilan® 855在双有效成分SC中显著改善体系的物理稳定性

硫基产品则从另一个角度解释了高含量配方的复杂性。硫作为无机有效成分,对温度敏感,在高含量条件下的配方开发尤为困难。无论是液体SC还是水分散粒剂(WDG)等固体剂型,配方工程师都必须同时关注粒径控制,管理其润湿性和分散性,并防止在储存和运输过程中出现晶体生长或颗粒团聚(图2)。

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图2:80%硫干悬浮剂(DF)配方在热储后仍呈现良好的颗粒流动性和稳定的悬浮性

纳米SC配方具有更高的体系复杂性。将颗粒尺寸降低到纳米级会显著增大比表面积和自由能,使体系在热力学上更加不稳定。小颗粒易发生溶解并在大颗粒上重新沉积(奥式熟化),高能表面也容易引发聚集和絮凝。此外,极小颗粒还可能表现出熔点降低和动态表面张力升高,进一步加大配方难度。

针对以上问题,在设计解决方案时需要综合考虑有效成分的物理特性、研磨或干燥工艺、表面活性剂和分散剂体系、水质条件,以及目标储存特性和施药方式(地面施用、航空施用、无人机喷施、ULV; 图3)。

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图3: 高密度氢氧化铜纳米SC的稳定化配方策略

针对这些配方难题,诺力昂专为高含量、复杂体系开发了如Agrilan® 855等梳状聚合物分散剂。其疏水主链可牢固吸附于颗粒表面,亲水性的聚乙二醇(PEG)侧链延伸至水相,形成空间位阻,同时弱阴离子基团可提供可控的静电排斥力。这些结构特征共同作用,形成稳定的静电-空间双重稳定机制,有助于在研磨过程中保持颗粒细小,防止絮凝和再聚集,并在存在电解质或温度波动的条件下显著减缓晶体生长(图4)。

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图4: 高含量吡虫啉SC在研磨过程中的性能表现及粒径分布

同样的原理也适用于高含量固体剂型,其润湿、分散及稀释后的再分散性尤为关键。通过谨慎地选择分散剂和润湿剂,并结合如喷雾干燥等合适的工艺技术,可以实现安全操作、良好储存稳定性以及在喷药罐中快速、完全的分散。

DC配方中性能与可持续性的平衡

可分散液剂(DC)通过依赖极性溶剂体系以及在水中稀释后形成的细微颗粒结构,可显著降低甚至替代传统有机溶剂的使用。

为了使DC配方在使用过程中稳定可靠,需要依赖具备以下特性的高性能分散剂:

  • 避免稀释后晶体析出并稳定微细颗粒

  • 与极性溶剂体系良好相容

  • 在不同水质和桶混体系中保持稳定

然而,许多常规分散剂与极性溶剂的相容性有限,制约了配方设计空间。

为此,诺力昂与合作伙伴(尤其是在亚洲地区)积极开发基于更可持续绿色溶剂体系的DC配方。其中一种方案采用Armid® FMPC,这是一种吗啉-碳酸酯溶剂复配体系,具有低挥发性、高闪点,并且相较于部分传统溶剂,其毒理和法规表现更具优势(图5)。溶解度筛选结果表明,Armid® FMPC能够溶解多类有效成分,包括2,4-D、敌草隆等除草剂,以及多种杀菌剂和杀虫剂。

 

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图5: 9.5% 甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂 DC 配方的组成、稀释行为及粒径分布

 

DC稀释到水中后,有效成分需要形成细小且稳定的颗粒。诺力昂技术团队研究显示,Agrilan® 755、Agrilan® 855、Agrilan® 1015及Agrilan® 1028等分散剂在包括Armid® FMPC在内的多种极性溶剂体系中均表现出良好相容性(图6)。这样的组合使DC配方能够在采用更加可持续绿色的溶剂体系的同时,兼顾良好的稀释性、稳定性及桶混表现。

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图6: 配方中常用极性溶剂与所选分散剂的相容性评估

 

利用多功能助剂简化复杂体系

当同一产品中需要同时容纳多种有效成分和不同相态时,所需助剂的数量往往会迅速增加。每新增一种助剂,都可能引入新的相互作用,同时也会提升放大生产和应用过程中的复杂性。基于这一挑战,诺力昂开发了如Agrilan® 1015等多功能配方助剂。Agrilan® 1015具有可生物降解的特性,可同时发挥分散、乳化、润湿和兼容作用(图7)。

在含有特丁津和精异丙甲草胺的悬乳剂(SE)中,Agrilan® 1015可作为唯一表面活性剂使用。该配方在储存过程中未出现明显分相、晶体生长或黏度漂移,表现出优异的稳定性(图8)。采用单一且多功能的高效表面活性剂,有助于简化配方设计、降低供应复杂性,并提升工业放大的可预测性。

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图7: Agrilan® 1015 在液体农药配方中的应用范围

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图8: Agrilan® 1015 SE示例,展示其自发乳化特性及在不同储存条件下的稳定性

类似地,Agrilan® 1028是针对无人机施药、超低容量(ULV)喷施、以及肥料-农药复配等高要求应用场景而设计的多功能助剂。在用于无人机施药的SC和WG配方体系测试中,与对照组相比,添加Agrilan® 1028的配方表现出更高的悬浮性,并在喷嘴和过滤器模拟实验中显著减少沉积物形成。同时,Agrilan® 1028还能改善SC/WG与液体肥料的相容性,在内包储存和桶混条件下均可有效降低絮凝和沉降风险,这在喷嘴堵塞风险较高的应用场景中尤为关键(图9)。

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图9: 适用于无人机 ULV 喷施的莠灭净WG 制剂相容性评估结果

此外,来自南美的实践经验表明,Agrilan® 1084可作为低容量桶混体系中的磷酸酯型相容剂。Agrilan® 1084有助于农药在液体肥料中的稀释和多有效成分的混配,防止絮凝和沉降,并兼具良好的表面张力降低能力、润湿性和低泡特性(图10)。该产品已在草甘膦、代森锰锌等常用制剂的肥料桶混体系中展现出显著的相容性改善效果。

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图10: 不同样品在添加 1% Agrilan® 1084 前后的配方行为可视化对比

Agrilan® 1028与Agrilan® 1084形成互补,为从工厂到喷药罐的复杂体系管理提供全面解决方案:前者作为SC/WG及肥料体系中稳定的多功能助剂,后者作为低容量喷施中高效的桶混相容助剂。

从复杂走向可预测的表现

随着配方要求不断提升,诺力昂通过融合技术实力、市场洞察和解决方案为导向的思维,帮助客户实现稳定、可预测的产品表现。相比单纯提供简单的产品清单,诺力昂更强调建立以解决问题为核心的合作模式,其背后支撑的是诺力昂对于表面活性剂和聚合物化学的深刻机理理解、创新设计能力以及对全球市场趋势的全面洞察。

无论目标的配方是含多种有效成分、高含量、低溶剂、适用于无人机、可与肥料相容,抑或是适用于生物制剂的配方,诺力昂的全球专家团队网络和创新中心都能将具有前瞻性的配方构想转化为稳定、可商业化的产品。

 

 

本文首发于 AgroPages 世界农化网即将推出的十周年特刊——《2026 制剂与助剂技术》中英双语专刊。我们诚邀您通过这一专业平台展示您的前沿技术实力与创新品牌方案。

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