第五节 悬浮剂加工实例
悬浮剂加工的关键在于配方的筛选和工艺的确定，配方的选择重点在润湿分散剂的选择，本节以28%苯醚甲环唑·嘧菌酯悬浮剂配方开发进行介绍。
一、配方筛选
（一）实验材料
苯醚甲环唑，95%原药，江苏耕耘化工有限责任公司提供；
嘧菌酯，98%原药，苏利化学股份有限公司提供；
木质素磺酸钠盐，山东邹平农化有限公司提供；
Morwet D-425（烷基萘磺酸盐甲醛缩聚物），阿克苏诺贝尔公司提供；
TERSPERSE 2210（磷酸酯类分散剂），亨斯迈公司提供；
TERSPERSE 4896（烷基酚聚氧乙烯醚与非离子分散剂的混合物），亨斯迈公司提供；
Ethylan NS 500LQ（羟基聚环氧乙烷嵌段共聚物），阿克苏诺贝尔公司提供；
TERSPERSE®2700（聚羧酸盐梳状共聚物），亨斯迈公司提供；
AgrilanTM 752（梳型高分子共聚物），阿克苏诺贝尔公司提供；
Morwet EFW（烷基萘磺酸盐与阴离子润湿剂混合物），阿克苏诺贝尔公司提供；
增稠剂：黄原胶，硅酸铝镁，羟乙基纤维素，膨润土；
防冻剂：乙二醇，丙二醇，丙三醇，尿素。
（二）实验仪器
200mL立式砂磨机（沈阳化工研究院）；
Malvern Master Sizer 2000激光粒度仪（英国Malvern公司）；
FA25型实验室高剪切分散乳化机（上海弗鲁克流体机械制造有限公司）；
BROOKFIELD R/S plus流变仪（美国BROOKFIELD）；
UV-1800型紫外分光光度计（日本岛津科技公司）；
DHG-903A型电热恒温干燥箱（上海精宏实验设备有限公司）；
S-3400N型扫描电子显微镜（日本Hitachi公司）；
JK99C 型全自动张力仪（上海中晨数字技术设备有限公司）。
（三）实验方法
1. 润湿分散剂的筛选
对于理想的分散体系而言，用于制备分散体系的粉末必须完全被润湿。因此，在悬浮剂中，润湿分散剂种类及用量的选择是至关重要的。当润湿分散剂在原药粒子上吸附时，可改变原药表面的润湿性能，并使原药粒子产生空间稳定性或静电稳定性，抑或二者均存在，防止粒子相互凝聚以维持分散体系的稳定。此外，润湿分散剂可将不溶的有效成分置于助剂胶束中有助于砂磨，同时润湿分散剂的添加可以改变药液的表面张力，降低表面能，使砂磨过程中的能耗降低。提高农药的生物活性，降低使用剂量。
（1）润湿分散剂品种的选择。目前最常用的确定润湿分散剂种类的方法是流点法。分散剂的活性越高，流点越低；固体活性物越细，流点越高；因此流点最小的一个就是该制剂所需的、最好的润湿分散剂。试验对润湿分散剂木质素磺酸钠盐、Agrilan 752、Morwet D-425、TERSPERSE 2210、TERSPERSE 2700、TERSPERSE 4896、Morwet EFW、Ethylan NS 500LQ采用流点法进行初步筛选，结果见表2-3。
表2-3 28%苯醚甲环唑·嘧菌酯悬浮剂润湿分散剂流点的测定结果
结果表明：分散剂木质素磺酸钠盐、Agrilan 752流点较大，而TERSPERSE 2210、TERSPERSE 4896、Morwet D-425、TERSPERSE 2700流点较小；润湿剂Morwet EFW流点较大，Ethylan NS 500LQ流点较小。流点法虽比较直观、具体，但对分散效果相近的润湿分散剂不易区分，只适合于润湿分散剂的初筛。因此为了进一步筛选出性能良好的表面活性剂，根据表面活性剂的协同效应原理，采用润湿分散剂搭配组合，通过微观表面张力和粒径数据来确定采用优化组合法、宏观析水率法进一步确认，见表2-4。
表2-4 28%苯醚甲环唑·嘧菌酯悬浮剂润湿分散剂组合的筛选结果
不同组合的润湿分散剂的筛选结果显示：TERSPERSE 4896和 Ethylan NS 500LQ搭配组合较好。根据斯托克斯定律，粒径较小，粒谱较窄的悬浮体系较稳定；此外，微观上表面张力小，有利于药剂在作物上的铺展和润湿，宏观上析水率较低时表明稳定性较好。TERSPERSE 4896和Ethylan NS 500LQ组合粒径和粒谱，表面张力、析水率在所有测试组合中均最低，表明此组合与原药的搭配较好，故确定TERSPERSE 4896和Ethylan NS 500LQ组合为28%苯醚甲环唑·嘧菌酯悬浮剂的最佳润湿分散剂，在此基础上进行用量的筛选。
（2）润湿分散剂用量的筛选。对于给定的粉末和已选用的液体介质，润湿分散剂加入液体中会随固液界面的吸附而改变。加入的润湿分散剂的浓度有一最佳值。当超过了这一浓度时，会出现过饱和吸附，固体表面的亲水性反而降低，不利于润湿和分散，同时会增加制剂的成本，降低产品的市场竞争力。显然当润湿分散剂浓度不足时，也不能良好地润湿颗粒表面，不利于分散，导致部分原药粒子通过范德华力、疏水作用、奥氏熟化等方式重新聚合、结晶、团聚，在宏观上体现为分层、絮凝、结块等现象。因此，在筛选出合适的润湿分散剂品种后，对其用量进行深入、精准地确定意义重大。本试验采用固定Ethylan NS 500LQ为2%，并通过黏度曲线法和激光粒度法相结合来确定分散剂的最佳用量，并用扫描电镜来直观验证。激光粒度法是目前农药悬浮剂研发中筛选润湿分散剂较先进的方法，但为了决定悬浮剂所需润湿分散剂的合适用量，测出粒径还不够，还要测出同一悬浮剂中润湿分散剂不同含量制剂的黏度值，绘制黏度曲线，曲线中黏度最小的地方为润湿分散剂的最佳用量。扫描电镜可以直观地观测到分散剂在原药粒子上的吸附情况，从而验证分散剂的最佳用量是否对原药粒子形成饱和吸附。曲线结果见图2-10。
图2-10 28%苯醚甲环唑·嘧菌酯悬浮剂分散剂的用量筛选图
图2-10显示：当分散剂TERSPERSE 4896用量增加，粒径逐渐减小，当其用量达到4%时粒径达到最小值，随后基本保持不变，因此可以认为TERSPERSE 4896添加质量分数为4%时，固液分散体系中表面活性剂已经对原药粒子充分吸附，润湿分散剂充分发挥其作用；黏度曲线显示随着分散剂量的增大，分散体系的黏度先增大后减小，在分散剂用量为4%时黏度达到最小值，此时对应的分散剂用量应是最佳的。
为了进一步验证分散剂是否对原药粒子形成了饱和吸附，采用扫描电镜对其进行直观观察，结果见图2-11。
图2-11 28%苯醚甲环唑·嘧菌酯原药粒子吸附分散剂的SEM图
图2-11显示，未加分散剂时，原药粒子表面光滑，随着分散剂TERSPERSE 4896的加入，原药粒子表面变得致密有序，当加入4%的分散剂时，原药粒子的表面已被分散剂充分吸附，再添加分散剂已无明显的变化。通过黏度曲线、粒径曲线的绘制以及SEM图的直观观察，综合结果表明28%苯醚甲环唑·嘧菌酯悬浮剂的分散剂TERSPERSE 4896的最佳用量为4%。
通过宏观的析水率、黏度以及微观的表面张力、粒径及粒谱的测定，并用扫描电镜对分散剂的用量进行了直观表征。通过直观、量化、精准的表征方法确定了28%苯醚甲环唑·嘧菌酯悬浮剂的润湿分散剂的最佳品种为TERSPERSE 4896和Ethylan NS 500LQ的组合，最佳用量为TERSPERSE 4896 4%，Ethylan NS 500LQ 2%。
2. 增稠剂的筛选结果
悬浮剂中添加增稠剂的主要作用是调整制剂的流变性和流动性，提高产品的贮存稳定性。在保持增稠剂用量一致的前提下，选择筛选了几种增稠剂并进行了稳定性试验，见表2-5，以悬浮剂热贮现象如分层、结块及流动性来衡量增稠剂的优劣。
表2-5 28%苯醚甲环唑·嘧菌酯悬浮剂增稠剂的筛选结果
结果表明：黄原胶+硅酸铝镁的组合增稠剂经热贮后无分层、结块现象，流动性好，故选择此增稠剂组合作为28%苯醚甲环唑·嘧菌酯悬浮剂配方的增稠剂。用量为硅酸镁铝0.3%，黄原胶0.3%。
3. 防冻剂的筛选结果
为了防止产品在贮存、运输过程中出现冻结现象，影响使用效果，选用了4种防冻剂进行试验，分别为乙二醇、丙二醇、丙三醇、尿素。结果发现乙二醇、丙二醇、丙三醇效果较佳，尿素有沉淀产生。考虑到价格等因素，选用乙二醇，用量5%为宜，产品在低温下无析晶，流动性好。
4. 优惠配方的确证
根据悬浮剂的配方组成要求和特点，对润湿分散剂、增稠剂和防冻剂进行了筛选，确定了28%苯醚甲环唑·嘧菌酯悬浮剂的较优配方。结果如表2-6所示。
表2-6 28%苯醚甲环唑·嘧菌酯悬浮剂配方组成
二、工艺研究
悬浮剂的加工是一个物理过程，按设计配方，将原药、润湿分散剂、其他助剂、水混合搅拌均匀，经过预分散制得悬浮液浆料，再经过湿法粉碎得到悬浮液，再将悬浮液进行调制得到悬浮剂产品。
在确定了28%苯醚甲环唑·嘧菌酯悬浮剂的小试配方后，我们对其工艺进行了研究，采用湿法超微粉碎加工工艺，具体加工工艺见图2-12。
图2-12 28%苯醚甲环唑·嘧菌酯悬浮剂加工工艺流程图
详细工艺流程如下：
28%苯醚甲环唑·嘧菌酯悬浮剂的生产分为4步（以生产2500kg计算）。
1. 悬浮浆料的准备
配料罐为3000L不锈钢釜，釜中配有齿盘搅拌器和剪切机。开启0～5℃冷却水，加入1376.25kg水（此水量为总量的93.2%，剩余的6.8%后续加入，以便清洗管线和配料釜），开启混合搅拌器，控制搅拌，防止物料搅出配料釜。加入润湿分散剂TERSPERSE 4896 100kg、Ethylan NS 500LQ 50 kg、总用量70%的消泡剂SAG 630（液体）3.5kg，搅拌均匀；搅拌此混合液15min，保证润湿分散剂溶解充分、混合均匀。
开启剪切，投入212.5kg苯醚甲环唑原药和512.5kg嘧菌酯原药，使用搅拌将原药粉末润湿于液体中，再投入7.5kg硅酸铝镁，搅拌均匀。投料速度尽量放慢，以防止过快导致粉末在液体中结块的现象，同时调整搅拌速度，以保证物料的混合，但需要注意避免物料的飞溅和气泡的搅入。投料完成后，继续剪切30min。
将悬浮浆料转入3000L不锈钢预砂磨釜中，釜中配有三叶搅拌器。转移过程中物料经过管线剪切，并通过过滤器滤除杂质，开启0～5℃冷却水控制浆料温度不高于15℃。
在配料釜中加入50kg水，并使其通过管线进入预砂磨釜中，以清洗配料釜和管线中的残余物。清洗液进入预砂磨釜中。
2. 悬浮浆料的砂磨
装填砂磨珠需满足如下条件：50L砂磨机装填80%氧化锆砂磨珠，第一台砂磨机装填的砂磨珠直径为1.5～1.2mm，第二台砂磨机装填的砂磨珠直径为1.0～1.2mm，第三台砂磨机装填的砂磨珠为0.6～0.8mm，转速为13m/s或14m/s，根据实际情况予以调节。
启动砂磨机前，开启0～5℃冷却水，砂磨过程控制浆料温度不超过40℃。
将浆料泵入砂磨机进行砂磨，采用三级串联的组合砂磨机。检测调制罐中物料的粒径，若达到要求，则进行下一步调配，若不符合要求，则需要将物料打入缓冲罐中经过再次研磨，直到粒径D98小于5.0μm。当从砂磨机中流出的物料达到上述要求时，转移至3000L不锈钢调制釜中，釜中带有剪切。
使用剩余的50kg水清洗预分散釜，让其通过砂磨机并收集于砂磨物料调制釜中，与砂磨后物料进行混合。
3. 黄原胶的准备
将100kg乙二醇（用量的80%，剩余20%的乙二醇用来清洗调胶釜）投入调胶釜中，釜中带有剪切。开启剪切，往釜中投入7.5kg黄原胶、3.75kg苯甲酸钠，慢速投入，避免结块。继续剪切，直至成为均匀的分散物。当黄原胶充分分散后，停止剪切，备用。
4. 最终产品的制备
开启剪切，将准备好的黄原胶乙二醇分散液加入调制釜中，使用剩余的25kg乙二醇冲洗黄原胶配制釜，清洗液收集至调制釜中。将剩余的1.5kg消泡剂SAG 630直接加入调制釜中。继续剪切30min，使黄原胶充分混合均匀。
取样送质量控制实验室进行检测，产品若合格，继续剪切5min，然后通过300μm旋转过滤器后将其转移至不锈钢产品贮罐中，分装即得到产品。