高浓度悬浮剂的研发和生产

高浓度悬浮剂的研发与生产林雨佳深圳诺普信农化有限公司悬浮剂是水基性制剂中发展最快、可加工的农药活性成分最多、加工工艺最为成熟、对操作者和使用者以及环境安全、相对成本较低、市场前景非常好的新剂型。•目前可加工悬浮剂的农药活性成分多达275个。•2008年在国内登记的悬浮剂品种已达399个。•诺普信农化公司现在登记品种有122个。•近年来，国外悬浮剂有朝着加工高浓度方向发展趋势。•开发高浓度悬浮剂的主要目的是为了减少库存占用体积、降低生产费用、减少包装和贮运费用。•从国外农化公司在我国登记悬浮剂的品种也可以看出这种趋势。•在我国登记的高浓度悬浮剂品种，单剂有：600g/l吡虫啉、480g/l吡虫啉、500g/l异菌脲、500g/l异丙隆、500g/l甲基硫菌灵、430g/l戊唑醇、430g/l代森锰锌、40%氰草津等。混剂有：550g/l吡氟酰*异丙隆。诺普信农化公司高浓度悬浮剂品种•从2004年起，至今公司（临时和正式）登记及生产的高浓度悬浮剂。单剂有：•600g/l（48%）吡虫啉、500g/l异菌脲、500g/l四螨嗪、•500g/l甲基硫菌灵、50%硫磺、50%丁醚脲、50%噻嗪酮、430g/l戊唑醇、40%腈菌唑、40%多菌灵、40%百菌清等。•混剂有：•49.5%多菌灵*硫磺、45.5%阿维菌素*丁醚脲、500g/l四螨嗪*丁醚脲、50%达螨灵*丁醚脲、45%硫磺*三唑酮、45%硫磺*三环唑、40%百菌清*嘧霉胺等。1.高浓度悬浮剂研发和生产中问题悬浮剂是以水为介质，通过湿磨制得的一种液体制剂。浓度越高，水量越少，在制备及产品存放过程中会产生各种问题。1.1难于砂磨高浓度悬浮剂，特别是45%～50%的含量，某些原药砂磨时明显地表现出脹流体（流变）行为。所谓脹流体，可用以下公式表示：τ=kγn（n＞1），式中τ是剪切应力[Pa]，γ是剪切速度[S-1]，k是塑性粘度[mPas]）。•也就是说，在高剪切应力下，体系有很高的粘度，随着物料搅得越快，则料变得越粘稠。•这时甚至会出现无法研磨的情况，更无法得到所需的粒径。•如600g/l吡虫啉研制时，曾出现过物料越磨越粘的情况；当选用合适和特定的分散剂时，则物料越磨越稀，不再出现上述情况。•脹流体（流变）行为的出现，表明所选用的分散剂不合适，绝大多数可通过选择合适的分散剂来制得合格的产品。但有的由于原药性能，不合适做悬浮剂。•一般来说：•50%含量比500g/l（由于比重关系，实际含固量比50%的要小）难于砂磨。1.2易于絮凝和聚结高浓度下，粒子布朗运动碰撞机会比低浓度时多得多。并且在色散力和范德瓦尔吸引力的作用下，高浓度悬浮剂更容易形成链状或链团的网络状聚集体，从而发生（絮团状）聚凝或聚结。当产品在贮存过程中颗粒间聚集体合并变大而聚结，这些会导致制剂产品的沉淀和结块而失效。通过选择合适的分散剂、有效控制颗粒的粒径大小，可以解决絮凝和聚结问题。悬浮剂不稳定状态示意图•(a)稳定状态的悬浮剂，单个粒子分散悬浮在水相中，无分层和沉淀。•(b)形成链状的絮凝状态。•(c)形成团状的强絮凝状态。•(d)表示悬浮剂形成网络状的强絮凝状态。一般在浓度很高时会形成链状及交叉链团状的网络状的聚凝或聚结。•(e)形成桥连的絮凝状态。•(f)形成空缺的弱絮凝状态。1.3奥氏熟化•悬浮剂体系属于热力学上不稳定体系，可以在很长时间内保持稳定，随时间推移，会表现出粒子大小和分布朝较大粒子方向移动即结晶长大现象。这种依靠消耗小粒子形成大粒子的过程称谓奥氏熟化。•它是由粒子大小与溶解度不同而引起的。•另一种奥氏熟化现象的发生，是由于某种固体农药活性成分具有多种晶态。多种晶态间在水中溶解度不同也会引起晶体长大。•农药活性成分在水中溶解度＜100mg/l时，将很少发生奥氏熟化现象。•例如异菌脲（13mg/l）、四螨嗪（1mg/l）、甲基硫菌灵（26.6mg/l）、丁醚脲(0.05mg/l)、噻嗪酮(0.9mg/l)、达螨灵(0.012mg/l)等水中溶解度都很低，一般不易发生奥氏熟化。•而腈菌唑（142mg/l）和三唑酮（260mg/l）发生奥氏熟化机会有所增加；而吡虫啉（510mg/l）和三环唑(1600mg/l)，奥氏熟化出现不可避免。•选用原药必须是在水中不溶的和熔点较高的这才可制得稳定的悬浮剂。1.4易粒径增长•在我们生产的高浓度悬浮剂时，所用原药中，吡虫啉、四螨嗪、噻嗪酮、异菌脲、达螨灵都是结晶体。在生产过程中难以粉碎，达到要求的粒径砂磨时间要很长。若产品起始粒径大，常温放置贮存晶体增长，而使粒径变大较快。•尤其是吡虫啉更为突出，粒径增长较快；生产时因此要用防止粒径长大的表面活性剂，另要加入起阻隔作用的高分子分散剂。通过配方调整，使上述原药便于粉碎，也减缓了粒径增长速度。1.5泡沫多难消泡•高浓度悬浮剂含固量高，要达到一定的粒径（平均2～4μm）需要一定的砂磨次数。砂磨中产生的泡沫多，目前缺乏非常有效的消泡剂消泡。有机硅、矿物油或醇类消泡剂在生产高浓度悬浮剂中，只能单独使用，复合使用，易于产生触变。1.6生产时配制均匀浆料难度大•按配方设计，将原药润湿剂、分散剂、助分散剂、抗冻剂、消泡剂和水予分散成均匀浆料后，才能加到砂磨机中砂磨。•但因含水量少，要配制均匀浆料，有较大难度，只有熟练操作和掌握操作技巧的操作人员，及使用特殊设备，才能配制成均匀浆料。2.配方研发•活性成分4O～55%•润湿剂0.5～2%•分散剂（和助分散剂）2～6%•抗冻剂4～6%•消泡剂0.1～0.5%•增稠剂0.05～0.2%•其他助剂（功能性助剂）1～2%•水平衡至～100•国内习惯于质量%计，而国外液体剂型则以g/l计。•为保证悬浮剂产品质量以及获得两年货架寿命，必须解决悬浮剂长期贮存期间的物理稳定性问题。所以在生产前，必须研发出最佳配方，也就是如何选择原药和表面活性剂（润湿剂和分散剂）及各种助剂。2.1选用高含量的原药•为制得稳定的高浓度悬浮剂产品。原药含量必须在95%以上，有的要求＞96%。•原药含量低表明杂质多，这种未知杂质，有可能会使吸附层电荷被中和，从而破坏或变更稳定粒子的保护层，易于引起产品沉淀。•再则原药含量太低，为确保活性成分含量，加入原药量增多，使可加入水量减少，这将给砂磨带来困难，甚至出现无法砂磨的情况。•目前，国内一种原药有多家生产，各家生产工艺有所不同，所含杂质不一。因此必须选择有信誉和高质量的原药厂家，轻易不要改变原药厂家，否则不可能制得稳定、可靠的产品。2.2分散剂的选择•悬浮剂配方中最重要的表面活性剂是分散剂，其在悬浮剂制造时起到帮助粒子分散和悬浮作用。•在悬浮剂使用时确保产品加入到水中，使活性成分悬浮在水中形成分散悬浮液，利于用户喷施到靶标，起防治作用。•用于悬浮剂的分散剂，它必须具有强的吸附在粒子表面上的能力，并能提供电斥力或位阻势垒阻止粒子再聚集。•由于大多数农药悬浮剂固体粒子在水中有一剩余的负电荷，因此通常选用阴离子或非离子，或非离子和阴离子的混合物，阳离子基本不用。2.2.1阴离子分散剂•适用的阴离子分散剂有：•烷基萘磺酸盐甲醛缩合物、木质素磺酸盐类、多苯乙烯基酚聚氧乙烯醚磷酸酯及其盐、聚羧酸盐类等，对某些农药品种可得到良好的吸附和稳定性。2.2.2非离子分散剂•适用的非离子分散剂有：•烷芳基酚聚氧乙烯缩合物、脂肪醇聚氧乙烯缩合物、EO-PO嵌段共聚物，对某些农药品种可制得稳定的产品。2.2.3高分子聚合型分散剂•高分子聚合型分散剂有极高的分子量，如有的达20,000～30,000，主链起着吸附锚定在粒子上的作用，其亲水链伸入水相围绕在粒子周围起着屏障位阻作用。•因此它对稳定农药活性成分粒子有极大的吸附能，即使单个分子吸附能是弱的，总的吸附能是强的。•许多弱的锚定点的存在，防止稳定在粒子上的分散剂脱吸。•比非离子分散剂提供更大的位阻作用，阻止粒子再聚结，改进悬浮剂分散液的稳定性。•同时还可以阻止奥氏熟化作用的发生，对某些具有水溶性较大或易结晶的农药品种可得到稳定的产品。•对于50%含量的悬浮剂，选用超高活性的分散剂。•使用聚合型（表面活性剂）分散剂与非离子或阴离子；或者和非离子与阴离子混合而成复合型分散剂，分散剂的使用量要比制备低含量悬浮剂时多一些。•至于每个品种使用何种分散剂及其使用量。•都是通过试验确定的，最佳配方也是由试验决定的。2.3润湿剂的选择•润湿剂使用的目的，其一是帮助排代农药活性成分粒子表面上的空气，加快粒子进入水中的润湿速度，使粒子迅速润湿。•其二是降低粘度，便于更好研磨。•润湿剂与分散剂的选择有很大不同，润湿过程中润湿剂应是小分子（量）要求迅速地扩散到研磨粒子的表面。在中、低浓度悬浮剂研制中，可以选用既有润湿又有分散作用的润湿分散剂。•在高浓度悬浮剂研制中，选用润湿分散剂就不一定有效，用作润湿剂分子量较大，润湿能力较差；用作分散剂分子量又不够大，吸附能力又不足，常带来不可逆凝聚和聚沉，此时往往还需另加分散剂。•在高浓度悬浮剂研制中一般选用分子量小，能够迅速地扩散到粒子上的润湿剂。•可选用的润湿剂有十二烷基硫酸钠、脂肪醇乙氧基化物、烷基酚乙氧基化物、十八烷基磺基琥珀酸钠等都能够起到很好的润湿作用。••通常选用低泡的非离子表面活性剂作润湿剂，因为产生泡沫可能会降低产品的效率。•选用浊点大于60℃的表面活性剂也是必要的，因为研磨室中的温度时常可达到60C。2.4增稠剂•增稠剂主要起助悬作用，增加体系的粘度，防止粒子受重力作用引起沉降和结块。一般使用具有棒状双螺旋结构的黄原胶作增稠剂，黄原胶水溶液构成类似蜂窝状（结构），具有支撑、承托固体粒子的作用。•在研发中，根据不同的原药，还选取黄原胶与其他粘土类或硅石类如硅酸铝镁等增稠剂协同使用；其水溶液构成三维凝胶网状物，可以承担凝聚物被压缩的作用，从而减少产品的相分离和沉降，提供制剂长期稳定性。•在高浓度悬浮剂中，增稠剂的使用量一般为0.05～0.1%。•为防止产品在贮存过程中发臭变黑，配制增稠剂时需要加入一定量防霉剂。2.5确保高悬浮率•悬浮率是表示悬浮剂性能好坏的一个重要指标。悬浮率高，表示产品在水中分散悬浮性好，喷雾时使活性成分都能到达所防治靶标，因而提高药效。•得到制剂产品的高悬浮率不仅与控制制剂产品粒径有关，也与所选用表面活性剂有关。•对不同类别的原药应选用不同类型的表面活性剂，才能得到高悬浮率产品。研发某些高浓度悬浮剂中试样品的悬浮率悬浮剂品种热贮后悬浮率（%）制样日期600g/l吡虫啉SC98.92004-12-0198.42008-10-0698.62009-04-1650%丁醚脲SC99.92008-12-0899.32009-04-18#198.92009-04-18#250%噻嗪酮SC97.42008-10-1798.32009-04-1650%达螨灵·丁醚脲SC97.6（达螨灵），99.5(丁醚脲)2008-06-2898.3（达螨灵），99.7(丁醚脲)2008-07-0299.3（达螨灵），99.7(丁醚脲)2009-04-213.生产工艺操作•生产采用湿磨法，按生产配方单，将原药、润湿剂、分散剂、抗冻剂、消泡剂和水予分散成均匀浆料，加入砂磨机砂磨，经过几次反复砂磨，直到取样测得粒径达到要求，放出物料。•在另一配制釜内加入所需其他助剂，在搅拌下使之成均相，得悬浮剂产品。•检测活性成分含量及其它相关指标，合格后包装。3.1砂磨设备•悬浮剂加工生产中，最重要的设备是砂磨机，可使用立式砂磨机和卧式砂磨机。研发时我们使用砂磨机有，100ml、2L（小试放大）立式砂磨机、中试为2.5L卧式砂磨机。•各种配方都需要经过小试、小试放大、中试设备试验。•所得样品经0℃，54℃贮存试验后，经过分析含量和测得各种相关数据，符合标准后，方能作为大生产的配方使用。•卧式砂磨机比立式砂磨机能力可提高近2倍，且起动功率低，消耗能量小。由于农药活性成分大多有毒、粘度高、研磨时是易起泡的物料。采用密闭的卧式砂磨机生产对操作者和环境更为安全。•卧式砂磨机以瑞士产DYNO—mill性能和效果最好，国外使用较多，国内也有厂家使用