水分散粒剂(WDGs)
水分散粒剂 (WDG),又名干悬浮剂, 从上世纪80年代出现。自 1990 年代以来,作为可湿性粉剂和悬浮剂的更安全且具有商业吸引力的替代品,它们已在全球范围内得到大规模开发。水分散粒剂是无粉尘、自由流动的粒剂,当添加到喷雾罐中的水中时应迅速分散或溶解。由于没有溢出风险,并且包装处理更安全,它们被认为是比乳油(EC)、可溶液剂(SL)、粉剂、球剂和 可湿性粉剂(WP)配方更具吸引力、更方便和环保的产品。
(资料图片仅供参考)
可分散颗粒剂是通过将研磨的固体活性成分与表面活性剂/粘合剂和其他配方成分混合并附聚而获得的。制粒后,必须进行干燥以将水分减少到要求的限度。颗粒的形状、大小和性能会因制造工艺而不同。
挤出型 WDG 是快速增长的配方类型之一,可在保持颗粒完整性的同时提供更快的溶解度。这些配方通常含有高比例的活性成分,可降低运输成本。
然而,随着超高负载活性成分和多活性成分负载WDG的需求,配方工作者目前面临着许多挑战:
悬浮性和崩解性差
保质期短
难以挤出和分散
冷水崩解差
在上述问题中,最常见的问题是同时具备高悬浮稳定性和快速的颗粒崩解。由于大多数活性成分是疏水性化合物,它们通常需要低溶解度的分散剂来提供高悬浮性;而需要高水溶性分散剂以提供快速崩解。由于这两种性质截然相反,同时满足这两种性能的分散剂的选择就十分困难。
分散剂的重要性
分散剂,通过吸附在活性成分颗粒的表面来改变相互作用,来防止颗粒的重新聚集或絮凝。通常这种稳定性是通过空间位阻和/或静电排斥来实现的。分散剂的亲脂部分吸附在有机颗粒上,亲水部分提供对水性介质的良好亲和力。(见图 1)。对于一个成功的水分散粒剂配方,分散剂能够很好地覆盖在颗粒表面,因此颗粒在储存过程中不会结块或融合。同时,在稀释时,颗粒可以快速崩解并且悬浮在液体中而不会团聚或絮凝。
(a)
(b)
图1. (a) 静电排斥和空间位阻稳定机理;(b) 分散剂覆盖在颗粒表面
英杰维特KRAFT木质素磺酸盐分散剂
木质素磺酸盐是一类生物衍生的且本质上可生物降解的分散剂。英杰维特在木质素的提纯和衍生化的工艺研究有着悠久的历史。我们长期致力于新产品的开发,为农药配方客户提供了多样的高性能分散剂,可满足多样化的配方需求。与由造纸厂完成的Sulfite 木质素磺酸钠的生产过程相比,英杰维特专注于高可控性的木质素的化学改性。我们的木质素源自Kraft工艺中的未经改性的木质素,而非Sulfite造纸工艺中可控性低的木质素磺酸盐。高纯度的木质素使我们能够控制产品的化学结构,从而生产出高品质、多选择,能够适用于不同配方产品的高性能木质素磺酸盐产品。
Kraft木质素工艺
图 2. Kraft木质素磺酸盐生产工艺 vs 亚硫酸盐(Sulfite)木质素磺酸盐生产工艺对比
Kraft木质素磺酸盐性能优势
更好的覆盖率和更低的使用量
低、中和高磺化水平
多个分子量级别
不同的磺化位点 — 脂肪族、芳香族和杂化
研磨效率高
配方保质期长,稳定性高
比其他产品相比,能够提供的更强的粘合剂和更疏水的分散剂(如 Polyfon H 和 Polyfon O)。
高离子强度和广泛的 pH 相容性
WP/WDG 配方中的卓越性能
更具挑战性、多活性成分、高活性成分负载等高难度配方的首选
高性能分散剂
过去,许多分散剂无法同时解决 WDG 的主要难题——崩解速率和喷雾罐中的悬浮稳定性。木质素磺酸钠分散剂影响性能的主要特性是磺化度和分子量。通常,高度磺化的产品提供更好的分散性;更高的分子量产品提供更好的悬浮性。
表1. 英杰维特产品的磺化度、分子量特性与 WDG 配方中的分散性和悬浮性的关系
溶解率随磺化度趋势变化
下图显示了压实硫酸盐木质素磺酸盐分散剂的溶解速率。将样品浸入水中两分钟,干燥后测量重量损失。随着磺化度的增加,可以实现更快的溶解速率。
图3. 不同磺化度硫酸盐木质素磺酸盐产品的溶解率
使用英杰维特分散剂配方的WDG 示例
苯 嘧磺草胺 70% WDG
我们用 4% 的低用量的Kraft 木质素磺酸盐 Reax 825E配制了 苯嘧磺草胺70% 的WDG ,并将其与Sulfite木质素磺酸盐进行了对比。同时,我们购买了商业产品作为基准产品,测试了储存前后配方的性能,结果如下所示。
表 2. 70% 苯嘧磺草胺 WDG 的配方
图4. 苯嘧磺草胺 WDG 在使用不同分散剂和商业产品储存前后的崩解和悬浮性结果
值得注意的是,尽管商业产品 WDG 显示出非常好的悬浮性,但无论配方稀释液颠倒多少次,都无法崩解。另一方面,含有Sulfite木质素磺酸盐的配方的崩解性尚可,但悬浮性和储存稳定性要低得多。正如我们上面所讨论的,同时实现高悬浮性和高崩解性是具有挑战性 WDG 配方的主要问题,在我们的研究中只有Kraft木质素磺酸盐分散剂提供了优异的悬浮率和高崩解速率。加速储存试验后,很容易发现,在 Reax 825E低用量的条件下,配方的悬浮性和崩解性依然良好。证明了使用Kraft木质素磺酸盐能够保证配方的高悬浮性和快速崩解,同时提高配方的稳定性和保质期。
阿特拉津 90% WDG
低磺化度和高磺化度分散剂的组合平衡了 WDG的分散性和悬浮性。
对于我们上面讨论的这种高载量阿特拉津 90% WDG,要实现快速崩解,低分子量的亲水分散剂是不错的选择;然而,高度亲水的分散剂通常会产生较差的悬浮稳定性。结合使用亲水性和疏水性分散剂通常是最佳选择。Reax 88B 是一种高亲水性而低分子量的Kraft木质素磺酸盐,可与少量疏水性高分子量分散剂(如 Reax 907)一起使用,以平衡得到配方的悬浮稳定性和崩解性。
表3. 阿特拉津 90% WDG 的配方
图5. 在 54 °C 下储存 2 周后,含有不同分散剂体系的阿特拉津 90% WDG 的悬浮测试图
表4. 初始样品的 90% 阿特拉津 WDG 配方的测试结果以及在 54℃ 下加速储存测试两周后的测试结果
白僵菌 ( Beauveria bassiana ) WDG
生物制剂,尤其是具有疏水性生物微生物的制剂,在配制成 WDG 制剂时具有很大的挑战性。是一种天然存在于土壤中的真菌,为多种节肢动物的寄生虫,引起白僵菌病;因此,它可以用作生物杀虫剂来控制多种害虫。然而,白僵菌的疏水性很强,很难润湿和悬浮。我们测试了其 WDG 配方,5% 的活性物质负载量和 4% 的分散剂使用率,并在相同的分散剂使用率下将我们的新一代Kraft木质素磺酸盐分散剂 AltaBio™ 与聚丙烯酸基分散剂、萘磺酸盐甲醛缩合物 (NSF) 基分散剂和Sulfite木质素磺酸盐 (LS)进行了比较。
该研究证明,AltaBio 200 在加速储存条件下具有最佳和最稳定的悬浮性和崩解性,这得益于其低亲水性和高分子量(见图 6)。有趣的是,虽然所有四种制剂的初始崩解都在可接受的范围内,但观察到在加速贮存实验后,除 AltaBio 200 之外的其他三种制剂的崩解次数急剧增加。由此可见,AltaBio 200在被测试的相关分散剂中呈现出了最好的崩解性和稳定性。
表5. 白僵菌 5% WDG 的配方
* 配方至少包含 6x10 10 个孢子/克
表6. 白僵菌 5% WDG 与不同分散剂的悬浮性
图 6. 不同分散剂的白僵菌 5% WDG 的崩解次数对比
低水稀释率下的配方特性
使用 AltaBio 配方的较低稀释度测试显示出一致的粒径、高悬浮性和快速崩解,表明分散剂性能优异。这证明使用Kraft木质素磺酸钠的配方可用于无人机作业或是超低量配方的使用,在这类使用中仍能保证配方的高性能和高稳定性。
表7. 不同稀释率下的配方性能
1% 低分散剂使用率下的配方性能
我们进一步将分散剂用量降低至 1%,配方仍然表现出出色的性能。这表明即使使用极少量的 AltaBio 200,我们可以在颇具挑战性的配方中展现优异性能。
表8. 使用1% 的AltaBio 200为分散剂的白僵菌 WDG配方的性能测试
总结
随着农药配方变得越来越复杂,性能要求越来越高,迫切需要高性能分散剂来解决这些挑战。通过组合具有不同特性的分散剂,配方设计师可以提高农药产品和技术的性能。使用英杰维特的分散剂制成的 WDG 在各种配方中表现优异,分散剂使用量低、配方稳定性高、崩解速度快,且悬浮率高,为市场提供了真正高性能的产品。