悬浮剂研发与生产过程中的的难点及解决方案20130820

12013年8月19日悬浮剂研发和生产过程中的难点及解决方法天津市汉邦植物保护剂有限责任公司研发部吴志杰章大诩2目录悬浮剂概述1悬浮剂不稳定因素分析2高含量悬浮剂的开发345低熔点原药悬浮剂开发6关于悬浮剂增效7悬浮剂生产工艺高水溶解度原药悬浮剂开发631悬浮剂概述悬浮剂(SuspensionConcentrate,SC)又称水悬浮剂、浓悬浮剂、胶悬浮剂，是在助剂(润湿分散剂、增稠剂、结构调节剂和消泡剂等)的作用下，将不溶于水或难溶于水的原药分散到水中形成均匀稳定的分散体系。悬浮剂是在国内外公认的，一度被称为“划时代”的新剂型，悬浮剂为难溶于水和有机溶剂的固体农药的生产和应用，提供了可能性，开创了新的发展空间，是一种代表农药制剂发展方向的一类重要剂型。41.1悬浮剂的配方组成组分所占比例活性成分1-60分散剂2-10润湿剂1-3增稠剂0.1-3防冻剂2-10消泡剂0.1-3防腐稳定剂0.1-2pH调节剂适量水补齐51.2悬浮剂的优点61.3悬浮剂的难点71.4悬浮剂研发的难点由于对悬浮剂物理稳定性的机理还没有完全弄清楚，所以目前还没有一套完整的理论来指导我们科学的选择助剂，因此当前悬浮剂配方研发大多为经验式的随机筛选，比较粗放，成功率较低。对于长期物理稳定性的短期考察目前还没有发现非常有效的验证方法。悬浮剂配方研发的主要难点82悬浮剂不稳定因素分析

农药悬浮剂的悬浮液分散体系比较特殊，它是介于胶体分散体系和粗分散体系之间，属于一种不稳定的分散体系，其中有一部分粒子达到了布朗运动的细度，但大多数粒子直径大于胶体粒子直径。因此在重力的作用下，会有两方面的不稳定性，一是粒子本身会发生沉降，二是粒子在范德华力的作用下，很容易互相“合并”发生凝聚而加速下沉。随着时间的推移，悬浮分散体系中下沉的凝聚物也会越来越多，严重时会破坏整个分散体系，导致“分层”、“结块”。另外由于不同大小的悬浮粒子在分散介质中溶解度差异而导致的奥氏熟化也是造成悬浮剂不稳定的一个重要因素。92悬浮剂不稳定因素分析102.1粒子的聚集聚结：农药悬浮剂作为热力学不稳定的多相分散体系，如果在贮存过程中发生润湿分散剂在原药颗粒界面的脱附，造成部分分散药物颗粒界面裸露，由于未被包覆在原药颗粒界面间亲和力很强，吸引能很高，导致原药颗粒间会聚结变大，当聚结严重时就出现分层，结块。絮凝：分散剂分子在分散的药物颗粒间缠结，分散的药物颗粒的布朗运动受到影响，这样造成分散的药物颗粒团聚下沉，从而发生絮凝。112.1粒子的聚集的控制控制所用水的质量，最好使用去离子水。控制所用原药的质量，原药中含盐量太高或含有吸附大分子时，也会引起聚结或絮凝，原药中的含盐量可通过定量水洗涤原药，测定洗涤水的电导率来检测。高分子分散剂的使用量要合适,用量太少会因为起不到足够的分散稳定作用而发生聚结，用量太多，会因高分子分散剂在分散相颗粒间缠结而发生絮凝，因此在使用高分子分散剂时要注意筛选最佳的加入量。122.2粒子的沉降粒子的沉降-Stokes公式在粗分散体系中，即悬浮液中，粒子的分散、悬浮程度越高越好，即粒子能较长时间地悬浮在分散液中，沉降速度必须较小。悬浮剂的悬浮液分散体系中粒子的沉降速度（cm/s)基本符合Stokes公式粒子的沉降速度V与粒子的直径d、粒子的密度ρs与悬浮液的密度ρ的之差成正比,与悬浮液的粘度η成反比。由此公式可见，影响粒子沉降的三个因素中，主要因素是粒子的直径。合理控制悬浮剂的粒径和分布是提高悬浮体系物理稳定性的重要途径之一。132.2.1悬浮粒子的沉降-粒径的控制原药颗粒在分散介质中的沉降受颗粒的粒径影响最大，所以通过降低悬浮剂中分散颗粒的粒径，可有效的降低分散颗粒的沉降速率，从而提高悬浮剂的悬浮稳定性。但是，由于受到加工和研磨设备的制约，颗粒的粒径也不可能太小，而且粒径太小时，也会使粒子的表面能增大，颗粒间发生碰撞而聚结合并的机会增加。所以，在农药水悬浮剂的加工中，保持农药颗粒在适当大小的范围内，并保证贮藏过程中的粒径不变是至关重要的142.2.2密度差的控制悬浮剂颗粒的密度一般都大于分散介质的密度，从而导致在重力作用下颗粒的沉降所以降低分散相与分散介质的密度差，也可以减小粒子的沉降速率，但是这种方法只适用于分散相与分散介质密度相差较小的情况。在分散相与分散介质密度相差较大时，通过降低分散相与分散介质的密度差来减小沉降速率是意义不大的。152.2.3粘度的控制由于分散颗粒的沉降速率与粘度成反比关系，增加悬浮体系的粘度也可降低粒子的沉降速率，提高悬浮剂的物理稳定性。通常提高粘度的方法是往悬浮剂里加入增稠剂如黄原胶、硅酸镁铝、白炭黑、CMC等。悬浮剂的粘度不能为了增强稳定性而无限制的增大，因为粘度过大会使的产品难以倒出，严重的还会使产品在贮藏过程中发生膏化现象，所以粘度应当是根据产品性能而控制在一定范围内。162.2.4形成触变性结构要使农药悬浮剂在贮藏过程中不沉降，可以使悬浮剂形成一定的结构。在静止时，这种结构能承托药物颗粒阻碍其沉降，使农药水悬浮剂在贮藏过程中不沉降，不分层，保持其悬浮的稳定性；在一定外力（如摇动）作用下，其结构被破坏，从而恢复流动性而容易倒出。通常加入一定的结构调节剂，使的在分散介质中形成一定的结构，从而有效的阻碍颗粒的沉降，保持较好的悬浮稳定性常用的结构调节剂有：第一类是水合性强的无机物，如硅酸镁铝、膨润土和海泡石等，第二类是亲水性的高分子聚合物，如PVA、PVP、CMC和聚丙烯酰胺等。17农药悬浮剂作为多相分散体系，由于大小晶体在连续相中的溶解度不一样，大晶体在连续相中的溶解度小，而小晶体在水中的溶解度大，因此分散相在大晶体表面聚集的速度大于解离的速度，而在小晶体的表面解离的速度大于聚集的速度，所以大晶体会越来越大，而小晶体会越来越小直至消失，这便是悬浮剂在贮存中常出现的奥氏熟化现象。奥氏熟化现象的发生与原药在水中的溶解度有关，当原药在分散介质中的溶解度越大，越容易发生奥氏熟化。2.3悬浮剂中的奥氏熟化182.3.1奥氏熟化过程124563192.3.2奥氏熟化的预防润湿分散剂的筛选从理论上来说，CMC较低的阴离子分散剂(如萘磺酸盐和木质素类分散剂)对抑制结晶长大有较好的效果，但采用这类分散剂需加入一些非离子高分子润湿分散剂来提高稳定性，而一般的非离子型分散剂的CMC较高，会加剧结晶长大，因此推荐选用:1.乳化能力较强的非离子嵌段共聚物类润湿分散剂。2.复配的高分子阴离子型梳状聚合物。必要的时候还可以考虑加入专门的结晶抑制剂来控制结晶的问题202.3.3奥氏熟化的检测稳定的SC粒度分布发生了奥氏熟化的粒度分布212.4悬浮剂研发的难题

悬浮剂已经开发多年,大部分比较适合开发成悬浮剂的品种在市场上都有相应的专用或通用助剂，因此对制剂开发人员来说制作一些常规品种的悬浮剂已经并非难事，当前制作悬浮剂的主要难点在于面对两高一低（即高含量、高水溶解度、低熔点）型悬浮剂方面，配方开发和生产方面面临的困难较多，如高含量悬浮剂在砂磨过程中物料容易变稠，水中溶解度大的原药制作悬浮剂易发生奥氏熟化而导致的分层、沉淀和聚结等，低熔点原药在砂磨时原药变软而难以砂磨等问题。223高含量悬浮剂的开发高含量悬浮剂的开发是悬浮剂的发展的一个重要方向减少占用仓库的体积降低生产费用减少运输费用悬浮剂含量越高，研发难度就越大，遇到一系列难题如:生产配制均匀浆料难、砂磨困难、贮存时易结晶长大、絮凝固化等问题优势：难点：3高含量悬浮剂的开发23生产配制均匀浆料难243高含量悬浮剂的开发

高含量悬浮体系中原药含量高，润湿分散剂不能很好的在原药颗粒界面吸附、均匀分散开，故使体系有很高的粘度。分析原因

选用合适及定量的分散剂时，才能使得物料越磨越稀，最终得到均匀的稳定的产品解决方法高含量悬浮剂难以砂磨25

高含量悬浮剂易絮凝固化

高浓度下，粒子运动中碰撞的几率比中低浓度的大得多；分子间距离要小的多，故相互间的作用力更大，有利于粒子间聚集合并，并逐步沉淀结块而造成产品没有流动性。这种情况，我们主要靠选择合适的高质量、高性能的润湿、分散剂。分析原因解决方法3高含量悬浮剂的开发组分含量(%)氟啶胺TC50WJF-5205乙二醇5苯甲酸钠0.1消泡剂0.1黄原胶0.15水补齐50%氟啶胺SC组分含量(g/L)多菌灵TC500Tersperse220840防腐剂凯松0.2硅酸镁铝10消泡剂2黄原胶1.5水补齐500g/L多菌灵SC3高含量悬浮剂的开发274.高水溶解度原药悬浮剂的开发在过去悬浮剂的开发通常要求原药在水中的溶解度不要超过100mg/L，而如今许多在水中溶解度较大的原药品种也都开发成了稳定的水悬浮剂。比如：吡虫啉(510mg/L)、灭蝇胺(11g/L)、噻虫嗪(4.1g/L)等。28水中溶解度大的原药制备悬浮剂最主要的问题就在于容易发生奥氏熟化而出现晶体长大、析晶的问题。解决方法:推荐采用嵌段共聚物类润湿分散剂，也可加入结晶抑制剂4高水溶解度原药悬浮剂的开发组分含量(%)吡虫啉TC48SP-SC3248B5乙二醇5苯甲酸钠0.1消泡剂0.1黄原胶0.15水补齐600g/L吡虫啉SC组分含量(%)灭蝇胺TC30SK-20TX1.5SK-242.5硅酸镁铝1消泡剂0.1黄原胶0.1水补齐30%灭蝇胺SC4高水溶解度原药悬浮剂的开发30随着当前表面活性剂和悬浮剂加工技术的发展，很多不符合这些条件的原药也能够被加工成悬浮剂比较典型的代表：功夫原药熔点49.2℃，醚菊酯熔点38℃，二甲戊乐灵熔点54-58℃现在都可以加工成合格的悬浮剂产品5低熔点原药悬浮剂的开发315低熔点原药悬浮剂的开发原药熔点如果低于70℃，悬浮剂生产上将面临较大的困难：325低熔点原药悬浮剂的开发可考虑加入结晶抑制剂，对熔点较低（≤70℃）的原药品种多选用乳化能力较强、分子量较大的非离子表面活性剂如嵌段聚醚作为”结晶抑制剂”，常见品种如Croda的G5000、AkzoNobel的EthylanNS-500LQ等。3点原则1）熔点以上温度时，如何乳化油滴。2）熔点以下温度时，如何分散固体颗粒。3）熔点附近温度时，如何防止类似“杂絮凝”的现象。5低熔点原药悬浮剂的开发组分含量(%)醚菊酯TC10SK-560EP2SK-33SC2PVA(17-88)1乙二醇4苯甲酸钠0.2硅酸镁铝1.5黄原胶0.15水补齐10%醚菊酯SC组分含量(%)高效氯氟氰菊酯TC10SP-SC3904500-LQ1乙二醇5硅酸镁铝0.5消泡剂0.1黄原胶0.25水补齐10%高效氯氟氰菊酯SC5.低熔点原药悬浮剂的开发组分含量(%)毒死蜱TC40DSC20025W20150.5乙二醇4硅酸镁铝0.2卡松0.3消泡剂0.3黄原胶0.1水补齐40%毒死蜱SC组分含量(%)氟硅唑TC10DSC20034W20150.6乙二醇4硅酸镁铝0.5消泡剂0.3黄原胶0.25水补齐20%氟硅唑SC356关于悬浮剂增效悬浮剂药效有时不如传统剂型乳油，其原因：1.水与植物或昆虫的亲和力不如油脂2.悬浮颗粒不如乳液分布均匀解决方法:1.加入增效成分（润湿剂、植物油等）2.使用时加入喷雾助剂(有机硅,渗透剂等)367悬浮剂的生产工艺

农药悬浮剂加工的设备和工艺非常重要，常常影响到产品的质量。（1）投料罐剪切15-30min（转速1500r/min），经过滤器进胶体磨，增加胶体磨提高了研磨效率;（2）三台砂磨机串联，装填锆珠的直径分别是NZ20号（2.0~2.2mm）、NZ16号（1.6~1.8mm）、NZ12（1.2~1.4mm），装填量80kg左右(50L);（3）研磨后，调节粘度，减小了对砂磨机的磨损;（4）生产过程中，留出配方中的一小部分水，砂磨后对生产设备冲洗，原药几乎无损失，且保护了环境。378农药悬浮剂的发展新趋势1.悬浮剂含量尽可能朝着高浓度方向发展；2.新的原