农药微囊制剂,行业下一个十年的黄金赛道
一個農藥的成功,一半在于劑型。
因為通過農藥制劑加工可以使新的有效成分藥效得到充分的發揮,也可以使部分老的農藥品種降低使用毒性,提高藥效,重獲新生,延長使用壽命。
中國農藥劑型持續優化迭代
縱觀新中國成立以來,我國農藥歷經70年的崢嶸發展,劑型加工也不斷在創新研發中優化迭代。具體來看,我國農藥制劑劑型發展主要經歷以下三個階段:
農藥制劑的原始階段:粉劑為主的開創期,主要制劑包括汞制劑、硫黃熏蒸劑、石硫合劑等無機農藥。
20世紀50年代農藥制劑初級發展階段:乳油為主的調整、發展期,當時為了便于使用有機氯、有機磷等有機合成農藥而開發形成了以粉劑、可濕性粉劑、乳油、粒劑等四大劑型為主的局面。主導市場的產品主要以六六六、滴滴涕原藥、甲基對硫磷、對硫磷、樂果、敵百蟲、敵敵畏等。
20世紀70年代后進入農藥制劑學形成階段,即進入快速發展期:農藥制劑開始朝著水基化、顆粒化、控釋化、省力化的方向發展,懸浮劑、水分散粒劑、水乳劑、微膠囊劑等四大環保劑型應運而生。
1978年改革開放后,國外大量的農藥新劑型、新制劑陸續在我國取得登記,從而帶動和促進我國加快農藥新劑型、新制劑的開發,并同時加速了我國農藥加工工業的發展,逐步改變我國農藥制劑品種少、質量差、助劑不配套、加工設備落后的狀況。
省力化劑型數量快速上升
近十年來,我國農藥制劑技術取得了突飛猛進的發展,特別是隨著環保意識的提高及可持續發展的需要,對農藥劑型的要求越來越高,向環境友好型的發展趨勢也越來越明顯。同時,在農藥減量增效持續推進,城鎮化步伐和土地流轉速度加快,農村勞動力向城市集聚,勞動力短缺問題愈發凸顯,導致勞動成本越來越高的大背景下,綠色、環保、省力化新農藥劑型的開發也在快速推進。
從登記各主要劑型產品數量看,雖然乳油和可濕性粉劑在當前市場上仍占有較大的份額,但其比例一直下降。環境友好型的懸浮劑、微乳劑、水乳劑、水分散粒劑和可分散油懸浮劑等綠色環保型農藥制劑的登記數量在持續上升。
尤其是微囊制劑、撒滴劑、漂浮粒劑、展膜油劑、U粒劑、微膠囊劑等省工省力化功能性制劑成為近年來行業企業劑型創新的典范,登記數量也在逐年遞增。
截至2022年12月26日,中國農藥信息網顯示,微囊制劑登記產品共計305個,餌劑282個,煙劑150個,大粒劑登記產品24個,泡騰片劑17個,展膜油劑11個,水面擴散劑登記產品1個。這些創新性劑型產品的開發和應用,在水稻田包括一些經濟作物市場都有著廣闊的應用和推廣前景。
農藥微囊制劑成10年來發展最快的劑型之一
如果要說這幾年在省力化制劑品類里最受行業和企業關注的創新劑型,農藥微囊劑絕對稱得上是最矚目的一個,它也是當前農藥劑型開發的主要方向之一。
這主要是基于農藥減量增效行動的提速,國內市場對劑型綠色環保含量高的農藥產品需求越來越大,高效、低毒、環保的劑型產品已經成為農資行業市場競爭新的突破口所在。農藥微膠囊制劑作為其中的一種理想劑型,正愈發受到眾多生產企業的關注,并被視為農藥行業的下一個競爭新高地,行業下一個10年的黃金賽道。
而要說到微囊制劑就不得不說農藥微膠囊技術,它是農藥緩釋技術的一種,是一種新興的具有廣泛應用前景的技術。它最早在國外使用,包括一些殺蟲劑和殺菌劑均攻克了技術和成本上的難題,近幾年在國內得到了快速的發展。
具體來說,微膠囊技術是一種用成膜材料包覆固體或液體而形成微小粒子的技術,目前已經在醫藥、食品、農藥、飼料、涂料、油墨、黏合劑、化妝品等各個行業得到了廣泛的應用。
河南喜夫農生物科技有限公司技術總監曹會剛介紹,微囊懸浮緩釋技術是一種用天然或合成的高分子成膜材料包覆化合物有效成分使其形成微小粒子的技術,屬于比較先進的農藥劑型,其中膠囊的形式為球形,其直徑在微米范圍內,組成包括囊心和囊壁兩部分,即囊心為有效成分,囊壁為高分子填充物。通俗來說就是將化學農藥做成類似于我們常見的膠囊藥物,只是微粒比較小。通常制備的微膠囊粒子大小可在2—1000μm,壁材厚度為0.2—10μm。微膠囊壁材多用天然或合成的高分子材料,也有使用無機化合物材料。囊材主要有聚脲、聚氨酯、胺基樹脂(脲-甲醛或三聚氰胺-甲醛)、聚甲基丙烯酸酯類樹脂等。
當前微囊懸浮劑藥劑的作用方式有兩種:
自主通過囊壁的擴散釋放。以23%咪鮮胺微囊懸浮劑為例,其以高分子有機氮作為藥劑的囊壁,然后通過原位聚合等方法把咪鮮胺有效成分做囊心包裹起來,這樣就形成了很微小的而且具有一定包覆強度,能控制咪鮮胺釋放速度的半透膜微膠囊,藥液打到葉片之后會通過滲透作用緩慢釋放咪鮮胺,對葉片起到長久保護的作用。
受外界刺激使囊壁破裂釋放。例如殺蟲微囊懸浮劑藥液打到作物葉片之后,在藥液與害蟲接觸的瞬間,囊壁會破裂然后將藥劑有效成分釋放出來,起到迅速殺蟲的作用;而遺留在作物表面的藥液,會在囊壁膜的滲透作用下緩慢釋放出有效成分,即控制釋放的方式,能夠起到二次殺蟲的作用。
曹會剛表示,微囊懸浮緩釋技術目前在除草劑、殺蟲劑、殺菌劑、種衣劑上都獲得了廣泛的應用。例如農戶在玉米、花生等作物上使用微囊懸浮劑型的封閉除草劑就可以實現長時間的苗前封閉雜草,為種子的發芽保駕護航。整體來看,當前微囊制劑在農藥制劑市場中占據的份額還是很小的,但在農藥新型劑中卻是技術含量最高的一種,登記數量呈上升趨勢。據公開數據,2008年的時候,我國微囊懸浮劑登記數只有23個,到了2018年我國微囊懸浮劑登記數已經上升到243個,是2008年的10倍多。
在中國農藥信息網查詢可知,截至2022年12月26日,我國微囊制劑登記劑型有微囊懸浮劑247個、微囊懸浮-懸浮劑34個、種子處理微囊懸浮劑10個、種子處理微囊懸浮-懸浮劑8個、微囊粉劑3個、微囊粒劑7個、微囊劑1個、微囊懸浮-水乳劑1個。
由圖示數據可以直觀地看到,國內微囊制劑中微囊懸浮劑的登記數量最多,登記劑型種類相對較少,可開發空間巨大。
允發生物集團研發中心主任劉潤峰表示,微囊懸浮劑在20世紀70年代初實現產業化,發展至今已有50多年的歷史。最初微囊劑是為了降低少數有機磷高毒農藥毒性而開發的,繼而擴展到菊酯類、毒死蜱等農藥,作為衛生、糧庫、防治地下害蟲等封閉環境下的用藥,作為緩釋劑使用。
20世紀90年代以來,國際農藥界針對微囊劑走向大田防治所遇到的技術障礙開展了一系列理論創新和技術攻關,使農藥微囊劑的許多優點從理論轉化為實際應用。此后,微囊劑產業化迅速擴大到近百個農藥品種,包括殺蟲劑、除草劑、殺菌劑及植物生長調節劑、信息素等。21世紀以來微囊劑在全球獲得了快速發展,目前,農藥中能實現控制釋放功能的就是微囊制劑,這與當前發展精準農業的現狀相吻合。
在我國,近10年來農藥微囊制劑已成為發展最快的劑型之一。相關微囊制劑產品已經覆蓋眾多大田和經濟作物,如水稻、柑橘、蔬菜、小麥、蘋果、玉米、蘋果、葡萄、花生等,應用前景廣闊。
解決農藥應用痛點
助力農藥減量增效
微囊制劑為什么會被稱為農藥行業下一個競爭新高地?原因就在于它跟傳統農藥劑型相比擁有顯著的優勢,是實現農藥減量增效最有力的方式之一。
佳田化學(中國)有限公司工程師劉宓表示,農藥進行微囊化后具備更多優勢,能解決傳統農藥劑型應用方面的諸多痛點。具體來說農藥微囊化具有以下幾大優勢:
延長了農藥的持效期,從而減少施藥的數量和頻率, 省工省藥;有效抑制了如紫外線、空氣、水分、土壤中微生物和其他化學物質對農藥活性成分的不利影響,降低了農藥的揮發、分解、氧化和流失的速率,提高了活性成分的穩定性;活性物質被包裹在囊壁中提高了安全性,實現了高毒農藥低毒化; 有效降低農藥活性成分對人體的皮膚刺激癥狀,并可掩蓋原藥的難聞氣味;常用藥劑的物理性能得以改善,減少飄逸,使液體農藥固化,貯存、運輸、使用和最后處理都很簡便;減少對作物的藥害;有利于農藥的復配;對環境更加友好。
允發生物集團研發中心主任劉潤峰強調,農藥微膠囊化的意義有以下五點:
保護有效成分。一些化學性質不穩定的原藥,如有機磷類和擬除蟲菊酯類農藥,容易分解,制成微膠囊后,由于農藥有效成分被一層薄膜包在里邊,因此不易光解、水解、氧化、揮發,而且可以延長持效期,特別對生物源農藥作用更明顯。由于生物農藥價格貴、持效期短、性質不穩定等原因,在我國發展緩慢。微膠囊技術的應用將改變這一現狀,改善其穩定性,延長持效期,提高效果,降低生產和使用成本,利于生物農藥的推廣。
控制釋放。控制釋放型微膠囊中活性組分的釋放可以采用立即釋放、延時或定時釋放、長效釋放等方式進行控制。農藥微膠囊的釋放速度受多種因素的影響,制備微膠囊時,可以根據制備方法、有效成分的理化性質和壁材的性質等因素來調控農藥的釋放速度,從而有效控制釋放劑量、釋放時間,以滿足不同防治對象的需要。
降低毒性,安全環保。農藥微膠囊化后,一般毒性可大大降低。特別是一些劇毒農藥,經微膠囊化后對人、畜的安全性可大大提高。同時由于沒有了苯、甲苯等高污染有機溶劑,加上毒性降低,施治次數減少,大大降低對環境的危害。
提高藥效。微膠囊農藥囊芯有效成分濃度一般達到5%—15%,甚至更高,相對于乳油等傳統劑型其有效成分集中。高濃度的殺蟲劑微膠囊一旦觸及蟲體,就會比其他劑型更易使害蟲中毒,擊倒速度得到提高。農藥微膠囊化后殺蟲效果一般可提高15%—30%,原藥使用量最低可減少50%,持效期延長,最高可達到250天。
減少施藥次數,降低農業成本。由于微膠囊農藥持效期延長,殺蟲效果提高,一個生長周期內農藥使用的次數大大減少,因而使害蟲防治成本降低,省工省力。如棉花全生長期只需噴2—3次微膠囊農藥制劑即可,遠低于其他劑型的使用次數。
技術壁壘高
商業化開發空間大
技術創新永遠都是企業競爭的最高壁壘,企業要想在農藥微囊制劑這個賽道上占據一席之地,關鍵也在于要攻克技術關卡。
允發生物集團研發中心主任劉潤峰表示,以微囊懸浮劑為代表的微囊劑是現有農藥制劑中最優秀的劑型之一,目前工業上一般使用原位聚合法、界面聚合法和復凝法制備農藥微膠囊。當前國內膠囊的研究多集中在高校、科研院所,基礎理論研究較為透徹,因為在微囊制劑制作過程中存在相當多的技術壁壘,真正實現商業化的不足100個,市場占有率不足1%。由于技術門檻高,國內幾乎沒有以微膠囊產品為主打產品的農藥制劑企業。國內微囊制劑企業還需要繼續在微膠囊劑型上精益研發,從生產工藝、釋放機理、壁材優化、藥效等方面進行細致的研究。
佳田化學(中國)有限公司工程師劉宓也直言,當前國內微囊技術開發的難點是微囊速效與持效的兼顧,主要體現在囊材的篩選、囊壁厚度及囊大小的控制等等。現在生產微囊劑的企業中大多擁有包封農藥成囊的制劑技術,但不少至今也沒有使藥囊具有特定的釋藥功能的專用技術。
所以,總的來說,農藥微囊制劑這個賽道是有很高的技術門檻的,也意味著商業開發的空間還非常大。目前在激烈的市場競爭中,除巴斯夫、先正達、富美實等老牌外企在國人心中堅不可摧的地位外,明德立達、佳田化學(中國)、海利爾、利爾、廣西田園、河北中保綠農、山東惠民中聯、農心科技、陜西康禾立豐、喜夫農等國內創新型企業也依靠品質殺出重圍。
而要說在這個賽道上的標桿企業還要屬明德立達,它從微膠囊新技術研發、產品矩陣(現有30多個微膠囊產品技術儲備,20多個產品已經向全球60多個國家遞交登記,并且專門為微膠囊技術和產品注冊了“允芯”“ Pilarcore”商標),從營銷推廣再到品牌塑造都做了立體的打造。允芯Pilarcore品牌微囊技術和產品創新已獲國家、行業和市場的高度認可。
當然,2005年建廠開始就專注于微囊制劑產品的研發生產的佳田化學(中國)也是這個賽道上的實力派,當前共有25個有效期內農藥登記證,其中微囊制劑產品就有12個。明星單品有30%炔螨特微囊懸浮劑,用于防治柑橘樹紅蜘蛛;36%毒死蜱微囊懸浮劑,用于防治花生蠐螬、地老虎;5%氟唑·嘧菌酯微囊懸浮—懸浮劑,用于防治水稻紋枯病、稻瘟病和稻曲病;5%阿維菌素微囊懸浮劑,用于防治黃瓜根結線蟲。
品質、效果、服務、營銷
是上量和塑造品牌的法則
一款好的農藥產品,不僅要有好的配方、劑型和生產工藝,還需要好的田間應用技術,才能將農藥的價值更好地發揮出來,進而實現上量及塑造品牌的目標。
佳田化學(中國)有限公司工程師劉宓表示,現在國內各種微囊劑種類繁多,魚龍混雜,炒作概念,低品質、低端工藝、低價位產品嚴重沖擊市場,亟待國家有關執法部門和農資推廣部門能正確甄別真假微囊,做好宣傳推廣示范。而企業要想實現上量,首先要保證自身微囊制劑產品品質的穩定,就是質量要可靠;其次通過大量在作物上的試驗示范,讓農戶能真正看到效果;最后就是要做好扎實的技術服務。
明德立達營銷支持部經理羅寶民則表示,明德立達做微膠囊產品,有三個目標:一是塑造行業新品類和品牌。明德立達在全球范圍采用允芯Pilarcore品牌,代表明德立達微膠囊產品和技術,區隔市面上其他微囊制劑產品,并將持續塑造品牌,打造新品類。二是不斷創新。研發新技術,產品升級,比如剛剛獲得專利授權的德立卡少癢專利技術。持續開發,將不同化合物微囊化。三是全方位營銷推廣。在國內及全球多個國家和地區不斷開發和登記新微囊制劑產品,豐富產品線,并在全球作為公司核心戰略產品來營銷推廣。建立戰略合作伙伴,健全營銷團隊,線上線下結合,持續開展“158”營銷服務。
總的來說,企業在推廣微囊制劑產品時沒有捷徑,上量法則就是以技術鑄就品質,以產品差異化、營銷立體化打造品牌差異化,用服務建立領導品牌,用服務去支撐更多銷量的提升。
納米、生物農藥,多層復合微囊制劑是方向
農藥微囊劑是行業下一個10年的黃金賽道毋庸置疑,那么,未來10年它的研發趨勢是什么?
允發生物集團研發中心主任劉潤峰透露將有以下幾個方向:由緩釋到控釋;環保壁材代替合成壁材,減少“微塑料”在環境中的釋放; 基于不同應用場景的配方設計;更加安全、環保的制備方法;科學的評判標準。提高微囊懸浮劑產品的質量穩定性還將是今后以明德立達為代表的微囊制劑生產企業的攻堅重心所在。
佳田化學(中國)有限公司工程師劉宓也透露,未來10年,農藥微囊制劑產品的研發趨勢將向著納米微囊制劑、生物農藥微囊制劑、多層復合微囊制劑的方向進階,易降解無毒副作用的天然囊材將會更多地應用于微囊制劑。