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98年11月(209期)

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農藥劑型發展趨勢


農業藥物毒物試驗所 吳智遠

一. 前言

  植物保護用藥劑或稱農藥,包括化學農藥及生物性農藥,在提高農產品的 產 量與品質方面占有重要的地位,具有使用方便 及 效果顯著 之特點 ,並可節省人工、提高產量使成本降低等優點。然而農藥 使用不當 也會導致一些不良的後果,例如化學農藥本身含有的毒性,傳統農藥製劑的溶劑和粉塵所造成的危害風險,都可能使人在不當施用農藥時受到傷害。而作物中過量的農藥殘留可使人取食後中毒,亦可能污染土壤、水及空氣。但在無更有效之防治方法備研發成功以前,使用農藥以防治病蟲害仍是無法避免的。因此,在兼顧使用者及環境安全考量下,提高農藥產品品質及品牌形象,開發高效能、低毒性、低污染的新農藥,或是研發新混合劑、新劑型農藥等,期使以最低農藥劑量發揮最高藥效,已成為未來農藥發展趨勢。

二. 農藥劑型之發展沿革

  農藥為配合田間施用技術、製造加工、運輸貯存、施用均勻散布等效益之考量,在製造過程中常須添加其他成分,製成具有不同外觀型態、規格之劑型。農藥劑型是影響藥效、施用安全及使用便利的重要因素。

  近年來,由於科技發展及環保意識抬頭,對開發低毒性、低用量、在環境中易降解,低殘留毒性等的農藥有效成分逐漸受到重視。但是開發一個新成分藥劑需要耗費龐大的經費、人力及時間。因此,透過配方製劑之改良以提高農藥的使用效率為一較迅速、經濟又有效的方法。農藥之劑型與其毒性並無直接關連,但個別劑型之施用方式所可能造成之暴露風險確有不同。轉換劑型使農藥對使用人之暴露風險降低已成為國際上主要之發展方向,農委會我國自 85 年鼓勵轉換安全劑型,在法令上採取合理方式,以免田間試驗等有利業者登記之措施誘導,並開放計畫研究成果配方予相關業者運用,促使迅速轉換劑型提高農藥之效率。

  依歷年產銷紀錄統計(見圖 1 ),國內內銷農藥劑型以粒劑( Granules, GR )、溶液( Soluble concentrate, SL )、乳劑( Emulsifiable concentrate, EC )、可溼性粉劑( Wettable powder, WP )、水溶性粉劑( Water solube powder, SP )及粉劑( Dustable powder, DP )之成品農藥占最多,其年使用量幾乎占總量約 4 萬公噸之 90 % 以上。這些農藥製劑,在調配施用時對使用人均具有潛在危害,例如溶液和乳劑配方中所使用之有機溶劑,有些種類可能具有皮膚及眼刺激性,或是呼吸毒性;同時揮發性高、閃火點較低,易引起火災風險,也易產生藥害等危害風險。而可濕性粉劑、水溶性粉劑及粉劑為平均粒徑約 10 微米之粉狀製劑,其危害風險則有以水調配較不易潤濕,易造成粉塵飛揚飄散,吸入中毒風險高等等。粒劑則因使用之載體多為碎磚塊或矽砂等高比重物質,而造成其比例增加,相較於乳劑、可濕性粉劑等劑型,並無較大的危害風險。而這四類劑型成品農藥之製劑所需設備成本低,技術水準要求不高。國內大部分農藥製造業者因成本及設備投資問題,多數仍持續生產此類低製劑技術水平之劑型,致轉變較安全劑型的腳步尚無法與國外大廠比較。

圖1 93~97年國內不同劑型成品農藥之內銷數量

圖 1 93~97 年國內不同劑型成品農藥之內銷數量

  歐美先進國家研發之農藥劑型已趨向低毒、低環境衝擊操作方便及安全有效之劑型,其開發之趨勢包括:以水取代傳統乳劑中之有機溶劑,改良成溫和之水基乳劑( Emulsion, oil in water, EW )或微乳劑( Micro-emulsion, ME );以水分散性粒劑( Water dispersible granules, WG )、水溶性粒劑( Water soluble granule, SG )或水分散性片劑( Water dispersible tablet, WT )、以及水溶性片劑( Water soluble tablet, ST ),此外亦有改採水溶性藥袋( Water soluble bag, -SB )包裝,替代易造成粉塵呼吸危害之可濕性粉劑、水溶性粉劑或一般粉劑;以微膠囊包覆之技術,製作膠囊懸著劑( Capsule suspension, CS ),達有效成分之緩釋或控制釋放,可增長藥效,減少用量,以減輕環境衝擊及非標的生物之暴露。

  近年來,農藥公司上市之新產品即朝向上述較安全劑型為主。圖 2 為自 91 年起國內登記之新有效成分及新劑型成品農藥之情形,傳統劑型如乳劑、可濕性粉劑已有逐年減少趨勢,而較安全之劑型則逐年增加。但國內製造業者配合安全劑型之轉換政策,研發進程緩慢,除水懸劑、水基乳劑等液狀劑型已頗具研發能力外,對加水稀釋使用之乾燥劑型,如粒狀或片狀製劑,則因研究成本較高,故較少業者投入研發。對日益重要之水分散性粒劑、水溶性粒劑等可有效減少藥劑在調配時具有風險之劑型,尚無實際產品生產,尤待協助提升製造能力。
圖2 91~97年國內新有效成分及新劑型成品農藥登記狀況

圖 2 91~97 年國內新有效成分及新劑型成品農藥登記狀況

三. 農藥新劑型之開發

  農業藥物毒物試驗所自 91 年度開始整合製劑、毒理、藥效等多方面研究人力,成立「安全劑型農藥之研發」產學合作計畫,配合政府鼓勵業者研發較安全劑型政策,與業者進行產學合作,與國內多家農藥製造業者合作,針對各業者有意願開發之產品,研發降低毒性、藥效優良之製程配方,並已完成數種水分散性粒劑、水分散性片劑、水懸劑、水基乳劑及微乳劑之產程開發。諸如, 40 % 及 80 % 快得寧水分散性粒劑、益達胺及第滅寧混合水懸劑、 25.9 % 得克利水基乳劑、 5 % 護賽寧微乳劑、及 10 % 第滅寧水分散性片劑等產品配方。

  針對水分散性粒劑劑型之設計與開發來作探討,需考慮安定性、水濕性、崩散性及調配於水中之懸浮率等,亦即當水分散性粒劑加入水中時,要能立即在水中迅速崩解,形成均勻分散懸浮藥液,恢復原可濕性粉劑在水中之特性。故,首先需先調配一性質良好之可濕性粉劑,再加上適當之結合劑與分散劑,以合適之造粒方法造粒,其流程為:原料品管後依配方調配、混合後,經由研磨達到所需之粒徑範圍,再次混合,然後進行可濕性粉劑性質測試,通過後造粒,隨即進行乾燥及整粒等步驟,即完成產品之開發。然後進行有效成分、水濕性、懸浮率、細度、起泡性、崩散性、塵量及安定性等規格檢驗。

  其製劑技術根據加工之設備可區分為擠壓造粒法、流動床造粒法、噴霧造粒法、盤式造粒法、快速混合造粒法、壓縮造粒法。造粒方法依設備不同,而有不同的加工流程。一般依粉碎方式又可分為濕式法及乾式法。

(一)濕式法:此法係將農藥原體及其他成分,以水攪拌均勻,再以珠磨機研磨,製成水懸劑,然後再進行造粒,常見造粒方法有噴霧乾燥造粒法及流動床乾燥造粒法等。

1. 噴霧乾燥造粒法:將農藥原體及其他成分加水,以珠磨機製成水懸劑,於加熱之乾燥器中噴霧,瞬間乾燥成粒。噴霧造粒設備通常在塔頂導入熱風,同時將物料輸送至塔頂,經霧化器噴霧成小液滴,液滴與高溫之熱風接觸後,水分迅速蒸發,在極短時間內即形成乾燥顆粒,因受氣流引導及重力作用,乾燥之顆粒沿著斗狀斜面及輸送管被收集。此技術應該注意的是入料速度與噴霧液滴的調節,才能產出良好產品,否則易發生黏壁現象而製劑失敗。

2. 流動床乾燥造粒法:類似噴霧乾燥造粒法,但其霧化液滴較細,並且在乾燥塔中,持續噴霧-乾燥-揚塵之反覆程序,直到顆粒達到一定之粒徑為止,與噴霧造粒法直接乾燥成粒不同。本法屬於批次生產,產量視設備容量而定。

(二)乾式法則是將農藥原體與其它成分混合後,透過氣流粉碎或超細微粉碎,先製成可濕性粉劑,然後進行造粒,其方法有擠壓造粒法、流動床造粒法、噴霧造粒法、盤式造粒法和壓縮造粒法。

1. 擠壓造粒法:將農藥原體與其他成分之粉末混合後之粉末加水捏合後,再擠壓通過固定孔徑篩網的方式來造粒。對水及熱不安定之農藥有效成分並不適用此種製劑技術。在農藥組成分捏合過程中,最重要的影響因素是加水量。加水量不足,造粒後之顆粒易粉碎,回收率低;而加水量過多,則顆粒塑性增加,顆粒較佳,但不易崩解。因此,製備之前,應先行試驗最佳之捏合加水量。

2. 流動床造粒法:在加熱之腔室內,利用氣流帶動使農藥原體與 其他成分之粉末揚起,再用含黏結劑的溶液噴霧使之逐漸聚集成粒。產品較擠壓造粒法所得之顆粒易崩解,其機械硬度則視黏結劑之種類與含量而定。一般造粒之順序為預熱、揚塵、噴霧、凝集、乾燥,重覆步驟直到預定之顆粒粒徑完成。此加工技術需要注意的是水分之熱交換量的計算,及黏結劑溶液之噴霧液滴大小之調節;加水量過少或黏結劑溶液液滴過小,則顆粒凝集速度慢,能源損耗大;加水量或黏結劑溶液液滴過大,則顆粒形成易不均勻,或者易發生糊化現象。

3. 噴霧造粒法:前段製程係先將原體及其他成分粉碎製得可濕性粉劑,再加入水或黏結劑溶液,攪拌調製成漿狀物料,於加熱之乾燥器中噴霧,瞬間乾燥成粒。其噴霧造粒階段與濕式法相同。

4. 盤式造粒法:於轉動的圓盤中,加入農藥原體及其他成分之粉末,邊噴灑黏結劑溶液,使之成粒。因受滾動及接觸黏結劑溶液量之多寡,其顆粒粒徑範圍分布較大。但該設備如無良好之防護或遮罩,粉末常在黏結劑溶液之噴灑過程,因衝力過大而被彈出轉盤外,對於操作者危害較大。

5. 壓縮造粒法:造粒形式有打錠成型及雙滾輪成型,以模具或兩片滾輪將混合農藥原體及其他成分之粉末壓縮成粒,或成片後再行破 碎整粒之作法。 此技術所製造之顆粒較其他造粒法美觀,可得到較高密度之粒子,且因直接壓縮完成,不需經過乾燥步驟。

二. 結語

  降低農藥使用風險為國際上農藥安全管理之趨勢,過去的農藥發展,以提高作物產量為重點。未來之發展,則應以人類及環境的安全為目標。因此,農藥之研究發展應以低毒性、低用量、易分解及具選擇性為重要目標,積極研發推廣較安全之新劑型農藥,減少有毒有機溶劑之使用,以降低農民用藥暴露風險及減少環境污染。

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