植物保護製品 - amixon®ブログ

植物保護製品の開発と試験には長い年月がかかる。そのコストは医薬品の開発に似ている。

充填量に関係なくデッドスペースのない真空ミックス乾燥。低速でミックス粒子を保護。

コーンドライヤーでのデッドスペースのない真空ミックス乾燥。ゆっくりと回転するミキシングツールがミックス粒子を保護します。

農薬の製造には、最新のプロセス設備が必要です。というのも、これらの高効能な物質は価値が高いからです。その理由は、開発コストが高いこと、そして製造工程が複雑であることの両方です。

最後の合成工程の末には、液体または粉末状の化学物質が得られます。この物質は濃度が高いため、密閉システム（耐圧・真空密閉）内でのみ取り扱わなければなりません。市場に出回る前に、これらの物質は希釈・伸量され、入念な配合処理が施されます。これは、使用者の健康保護に配慮した措置です。保存期間の延長や輸送量の削減を理由に、粉末形態がますます好まれるようになっています。

amixon^®は、特に迅速かつ穏やかに乾燥させる真空混合乾燥機を開発しました。この粉末は通常、流動性が高く、結晶性で、粉塵が少ないのが特徴です。

この2部構成の記事では、効率向上につながるamixon^®の代表的な設計特長について解説しています：

極めて低い乾燥温度
熱入力の加速
乾燥時間の短縮
製品へのせん断応力の低減
粒子構造の維持
残留物の排出性の向上
溶剤の回収

質問： 合成プロセスにおいて、真空乾燥にはどのような役割がありますか？ 簡潔な回答： amixon^® 真空混合乾燥機では、真空乾燥が合成工程の最終段階となり、後続の合成段階の反応物となる粉末状の中間体を生成します。詳細な質問： なぜ、最新の農薬有効成分にとって真空混合乾燥がそれほど重要なのでしょうか？簡潔な回答： 合成工程が進むごとに有効成分の価値が高まり、取り扱いも繊細になるためです。また、真空乾燥は熱的および機械的ストレスを的確に最小限に抑えることができます。詳細な質問： 合成ラインではどのような材料が使用されていますか？ 簡潔な回答： 一概に言えば、製品が湿っている、あるいは水分を含んでいる箇所では、特に高品質な材料を使用する必要があります。amixon^®では、標準的にAlloy 59（2.4605）やHastelloy C22（2.4602）などのニッケル基合金を使用しています。合成物が真空乾燥機で十分に乾燥・冷却された後は、通常、1.4571や1.4404などのステンレス鋼で、その後の固体精製を行うのに十分です。
質問： amixon^®は、従来の多目的合成ライン向けにどのような装置を供給していますか？ 簡潔な回答： 合成反応器、合成された粒子を洗浄するためのミキサー、ペーストバンカー、真空接触乾燥機、冷却・充填用ミキサー、および粉末状農薬用の製剤用ミキサーです。
質問： 粉末状の農薬有効成分における最初の合成工程はどのように行われますか？ 簡潔な回答： 反応原料を溶媒に溶解または懸濁させます。その後、液相中で反応させます。続いて、化学的沈殿または結晶化が行われます。得られた有効成分粒子は、洗浄され、機械的に脱湿され、乾燥されます。amixon^®装置による真空混合乾燥により、所定の粒子構造を持つ、流動性に優れた均質な粉末が生成されます。この過程で、溶媒は大部分が回収されます。
質問： なぜ新しい農薬の開発はこれほど手間がかかるのでしょうか？ 簡潔な回答： 開発には約10年を要し、開発費用は数億規模に上り、数多くの試験が必要となるためです。
質問： なぜ農薬製造における合成反応器への要求が高まっているのでしょうか？ 簡潔な回答： 合成プロセスがより複雑になり、製品が温度に敏感になり、溶剤の腐食性が強まっている一方で、圧力、温度、衛生面での要求も高まっているためです。詳細な質問： なぜamixon^®は、反応器や乾燥機において、ハステロイC22やアロイ59といったニッケル基合金を採用しているのですか？ 簡潔な回答： これらは、変動する圧力および温度条件下でも非常に高い耐食性と耐摩耗性を発揮し、装置の長い耐用年数を確保するからです。詳細な質問： 優れたプロセス機器製造の特徴は何ですか？ 簡潔な回答： 簡潔な回答： 1) 溶接技術の資格、2) 継続的な研修、3) 溶接・研削ロボットの導入、4) 品質保証（QS）システムに組み込まれた、欠落のない材料および製造に関する文書化、5) 賢明な設計と綿密に行われた強度計算、6) 厳格に監視された腐食試験。amixonの装置は、一般的に長寿命です。その寿命は40年を超えることもよくあります。

1) amixon®乾燥機での真空乾燥により、それぞれの合成工程が完了する

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真空乾燥により、粉末状の合成生成物が得られます。これは、次の合成工程における反応物として用いられます。現代の高度に有効な粉末化学物質は、ほとんどの場合、複数の合成工程を経て製造され、その最終段階はほぼ例外なく真空混合乾燥で締めくくられます。合成工程が進むにつれて、有効成分はより高価値なものとなり、多くの場合、よりデリケートにもなります。したがって、乾燥工程では、熱的および機械的なストレスを避けることが重要です。

合成生成物が、真空乾燥機から排出されるのに十分なほど乾燥し、十分に冷却されていれば、通常は1.4571や1.4404などの単純なステンレス鋼材料で十分です。

有効成分の開発において重要な要素の一つが、最終的な製品製剤です。その一例として、粉末状の有効成分の微粉化と、それに続く凝集処理が挙げられます。凝集された製品は、混合状態が安定しており、粉塵が少なく、水中に懸濁・溶解しやすいという特徴があります。対照的に、小さな単一粒子は沈殿することなく、水面に浮いたままになります。農家が均一に散布できるのは、塊のない均質な懸濁液／溶液のみです。

もう一つの品質面として、長期安定性が挙げられます。農薬が地球上のどの気候帯で使用されるかに関わらず、分解してはならず、良好な溶解性・分散性を備えている必要があります。

amixon^®の技術センターでは、合成、真空接触乾燥、均質化、および造粒といった処理工程の実演が可能です。amixonは、試験用機械の10倍から50倍の規模を持つプロセス機械の設計において、数十年にわたる経験を有しています。

アミクソン® ツインシャフトミキサー HM 3000 は粉末有効成分の製剤化に使用されます。

VMT 5000真空混合乾燥機から出た有効成分が大きな袋に充填される。

2) 合成ラインの例

古典的な多目的合成プラントの例：合成反応器、ペーストバンカー、真空接触乾燥機、冷却・充填ミキサー。

3) 高い要件が求められる多段階の製造プロセス

農薬の製造における合成工程は、有効成分や剤形によって異なります。しかし、粉末状製品の場合、基本的なプロセス構成は類似しています。まず、反応器に溶媒が導入されます。次に、粉末状の原料が添加され、完全に溶解されるか、あるいは微細な懸濁液となります。この液相において、最初の合成反応が行われる。撹拌や循環ポンプにより、反応速度を意図的に促進することができる。反応完了後、新しい有効成分は液相に存在する。適切な添加剤の添加と、所定の温度低下により、中間体の沈殿または結晶化が誘導される。この段階では、特に穏やかな混合作用が求められる。ここで結晶性粒子構造が形成される。通常、懸濁液はポンプで移送可能な状態を維持する。

次のステップでは、有効成分の結晶に対して多段階の洗浄が行われる。この際、水または溶媒を用いて試薬の残留物を除去する。機械的な固液分離は、通常、遠心分離機を用いて行われる。あるいは、真空フィルターやチャンバーフィルタープレスを使用することもできる。排出を防止するため、気密性の高い密閉系が優先的に使用されます。

https://www.youtube.com/watch?v=StPGmvy-i4E

最終工程として、amixon^® 真空混合乾燥機での熱乾燥が行われます。ここでは、湿った有効成分粉末が穏やかに乾燥されます。その際、粒子構造を可能な限り維持することが求められます。有効成分に過度な熱負荷がかからないようにする必要があります。同時に、使用した溶媒の可能な限り回収を目指します。その結果、次の合成段階に向けて、乾燥しており、流動性のある中間体が得られます。

amixon®真空混合乾燥機/合成リアクターVMT 200、製品に接触するすべての部品は合金59製。

4) 新しい農薬の開発には時間がかかり、費用もかかる

amixon® 真空混合乾燥機/合成リアクター VMT 100. 50リットル、100リットル、200リットル、400リットルのパイロットシステムは、amixon® のテクニカルセンターでお求めいただけます。

新しい農薬の開発には長い時間と多額の費用がかかります。承認から市場投入までには、通常約10年を要します。実験室では絶えず新しい物質が発見され、モデル試験で検証されています。メーカーは通常、新しい有効成分1つにつき、数億単位の資金を投じます。多くの研究が行われ、数多くのプロセスおよび作用パラメータが記録されます。その際、健康と労働安全が最優先されます。

各試験物質は、農業現場で安全に使用できるよう配合されます。岩石粉や有機溶剤などの担体物質が補助剤として用いられます。界面活性剤である乳化剤は、湿潤剤や付着剤として機能します。これらの補助剤により、有効成分を技術的に安全に扱うことが可能になります。同時に、これらは環境に優しく、かつ農薬の有効性を高めるものでなければなりません。

5) 適切な材料による長寿命の合成反応器

硫酸に対する耐食性を4種類のニッケル系材料を例にして示す。

世界的に、合成装置に対する要求は高まっています。化学プロセスはますます複雑化しており、生成される物質は温度に対する感受性が高まっています。同時に、使用される溶媒の腐食性や侵食性も増しています。さらに、衛生面での要求が高まっているほか、許容される運転過圧や運転温度も上昇しています。

そのため、従来のオーステナイト系ステンレス鋼の使用は限定的となり、主に重要度の低い粉末処理分野に留まっています。こうした分野では、オーステナイト・フェライト系ステンレス鋼（デュプレックス鋼およびスーパーデュプレックス鋼）の使用も増加しています。合成反応器や乾燥機においては、腐食性媒体に対する耐性が著しく向上した、ハステロイC22やアロイ59などの高合金ニッケル基材料への移行が明確な傾向となっています。装置の経年劣化は、特に真空と過圧、および高温運転と低温運転の間の急速な切り替えによって引き起こされます。このような負荷の切り替えは、応力腐食割れを促進する可能性があります。しかし、適切な材料を選定することで、このリスクを大幅に低減することができます。

amixon^®は、国際規格に準拠した圧力容器の設計および製造において長年の経験を有しています。装置の平均寿命は30年以上です。これは、圧力および真空下での永続的な気密性を確保するための洗練された設計、優れた耐食性、そして高い耐摩耗性という3つの技術的重点に基づいています。

高合金ニッケル基材料の溶接には、特別な要件が課されます。厳格に定義された溶接手順と、最高水準の清浄度が不可欠です。ASTM G48やキャボット法などに基づく製造工程中の検査や腐食試験において、品質が基準に正確に合致しない場合、製造の一時停止につながる可能性があります。したがって、プロセスの安全性と製造ノウハウに対する要求は極めて高いものとなっています。

栄養のための栽培植物

2020年末までに78億人以上が地球上で暮らすことになる。2019年の最新の国連人口予測によると、2050年には約97億人になるという。増え続ける世界の人口に十分な食糧を生産するためには、世界の農業は農薬なしでは成り立たない。作物保護製品がなければ、今日世界中で当たり前のように行われている農業の収量は、到底達成できないだろう。

殺虫剤という用語は総称であり、ダニ（殺ダニ剤）、微生物病原体（殺バクテリア剤）、真菌またはその胞子（殺真菌剤）、草食性雑草（殺草剤）、昆虫群（殺虫剤）、線虫（殺線虫剤）、げっ歯類（殺げっ歯剤）など、さまざまな作用スペクトルを持つ活性物質が含まれる。

植物保護製品とその様々な保護機能

作物保護製品のドイツ市場における売上高と販売、

作物保護製品のドイツ市場における売上高と販売。

これは、農業における望ましくない生物に対する収量を最大化するために使用される。残念なことに、これらの大規模な使用は環境に対する残留リスクもはらんでいるが、農業生産に大きな利益をもたらすため、代替手段はない。その効果は非常に大きいため、ある種の植物保護剤は有機農業でも使用されることがある。これは、他の対策がうまくいかない場合である。- よく実践されているのは、害虫の大量繁殖を防ぐために巧みな輪作を確立する方法である。例えば、有機農業で使用できる植物保護剤は、有機農業条例で規定されている。「作物への脅威が確認された場合、第16条に従って有機栽培での使用が認可された植物保護製品のみを使用することができる」（規則834/2007の第12条）。

農作物保護製品は、数十億ドル規模の世界市場である

作物保護製品の世界市場は大きい。生産量は除草剤が圧倒的に多く、次いで殺虫剤、殺菌剤となっている。2018年の作物保護製品の世界売上高は480億ユーロ弱で、前年比0.5％増だった。2021年、世界販売は停滞した。アジアはラテンアメリカやヨーロッパを抑えて、圧倒的に大きな市場である。

ドイツでは同期間の売上高は合計13億ユーロだった。2016年にドイツで販売された作物保護製品の量は約48,000トンで、10年間で倍増したことになる（2006年は約32,000トン）。このうち約40％は除草剤、約25％は殺菌剤、約30％は殺虫剤である。ドイツにおける作物保護製品の使用は、2014年から2020年にかけて16億ユーロから11億5000万ユーロへと継続的に減少した。2021年の消費額は12億ユーロに増加した。ドイツでは2016年、合計753種類の作物保護製品に約270種類の有効成分が認可された。世界中の研究者が、一度効果を発揮すれば残留物を残さず分解される、持続可能な新しい有効成分の開発に全力で取り組んでいる。