WP和WG开发难点分析

2016-03-26 08:45:58  点击次数：

　　农药新剂型的发展趋势正朝着水基化、粒状、缓释、多功能、省力、精细化和高浓度化方向发展。一些高效、安全、经济、省力的剂型正在兴起，如微乳剂、水乳剂、水分散粒剂、干悬剂、微胶囊剂、可分散油悬浮剂等，高效、安全、无污染的农药新剂型将成为其主要任务之一，但可湿性粉剂仍然是占有很大比重的传统剂型，很多企业都有这个剂型产品，而且也有很多开发难点，不容易解决。如何提高这个老剂型产品的质量，使之发挥良好的药效，其实也是符合国家当下农药减量的政策的。
　　制剂要朝着精细化方向发展，制剂研究人员除了要满足基本的制剂标准和药效以外，还要从加工、包装角度等多方面考虑问题，这就要求制剂人员要进行产品线全方面跟踪，以达到产品最佳，比如制剂的流动性和密度等会影响自动化包装的准确性，填料等会影响加工的速度和细度等。
　　为了达到最佳防治效果，很多药剂会桶混使用，那么还要进一步研究相关桶混助剂的相容性和稳定性，避免絮凝和反应或悬浮率降低等，以免影响药效。有些WP里面过多地加入无机盐等，对制剂本身会显得外观漂亮，沉淀少，但桶混有时候会影响其他助剂的稳定性和悬浮率。
　　1  木质素介绍
　　可湿性粉剂的用量最大的助剂是木质素磺酸盐，如何选择木质素磺酸盐？很多人都不知道如何鉴别和检测，先介绍一下木质素。
　　1.1  木质素的结构
　　木质素：一种广泛存在于植物体中的无定形的、分子结构中含有氧代苯丙醇或其衍生物结构单元的芳香性高聚物。木质素是由聚合的芳香醇构成的一类物质，存在于木质组织中．主要作用是通过形成交织网来硬化细胞壁。木质素主要位于纤维素纤维之间，起抗压作用。在木本植物中，木质素占25%，是世界上第二位最丰富的有机物（纤维素是第一位）。
　　1.2  木质素的性能
　　木质素巨大的网状结构，可托起悬浮物质。木质素不溶于水，必须经过磺化（亚硫酸盐）、碱化（OH）才能溶解于水。
　　磺化：木质素磺酸盐可溶于各种pH值的水溶液中，易溶于水，分散能力强。
　　碱化：碱木质素接OH根，碱木质素的分子量大体在1000～2000之间，在中性和碱性条件下溶解，溶解度差、分散能力差。
　　1.3  怎样选择木质素
　　国内的木质素很多，差别很大，因为没有有效的手段去区别，如果了解清楚的话，对做制剂很有好处，因为木质素是做WP和WG最常用的分散剂，而且经常与其他分散剂等复配。国内的木质素太乱，批次差异性大，国外的基本性质相同，以后制剂出口得多了，了解国内外稳定的木质素很有好处。
　　（1）钠盐的pH高（10左右），钙盐pH稍低，分散悬浮性能钠盐稍好些，但不明显。
　　（2）分子量大，分散性能好；磺化度高，水溶性好，分散性能好。
　　（3）国外木质素质量稳定，含糖和纤维素量低，不容易吸潮。木桨比草浆效果好。
　　（4）所谓改性木质素就是通过化学手段提高木质素的聚合度即增大分子量。
　　（5）国内好多木质素都是以部分碱木质素混合磺化木质素，分子量小，pH高，水溶性差，但便宜。
　　1.4  木质素的3个重要指标(分子量、磺化度、糖分)
　　分子量：就是分子量的大小，这个取决于原材料本身和以后的化学改性。比如为什么挪威、加拿大、美国那边的木质素好，主要是制浆都是用树木，木质素分子量大，国内很多的木质素用欧式麦草，纤维短，木质素分子量也小。
　　磺化度：就是磺酸基与总分子量的比，单位有的用毫摩尔克比，主要反映木质素的磺化程度，磺化越好，水溶性越好，无论酸碱都溶解得很好。国内很多木质素卖得很便宜，其实就是磺化度很低，还含有很多的碱木质素，因为木质素不溶于水、磺化度低、溶解度差、碱木质素加大含碱量，让其在碱性条件下溶解，所以木质素的pH很高，其实很多成分是碱木质素，分散性能差。
　　糖分：糖分的副作用就是吸潮结块，长时间会使木质素很硬，影响木质素的分散和使用，所以好的木质素有效成分接近100%，杂质含量低，不容易结块，分散性好。
　　所以好的木质素就是综合分子量和相应的磺化度，不是磺化度越高越好。按照相同的磺化度，分子量越大，分散和悬浮性会更好，因为分子量大，空间位阻效应越大，可防止原药的下层或转移。
　　2  WP难点分析
　　絮凝、胀包、不好润湿、有效成分属低熔点或液体、混配产品中某成分悬浮率低、原药成分含金属离子、结块。WP产品大多数还是很好做的，只是大家做的精细度有差别，但有些确实不太容易做。
　　2.1  絮凝产品及分析
　　70%杀螺胺WP
　　50%三乙膦酸铝・代森锰锌WP
　　80%三乙膦酸铝WP
　　这几个容易絮凝的原药，一般都是有机盐类，在水中有一定的溶解度，但不完全，在水中电离不平衡，所以就会造成絮凝。
　　三乙膦酸铝、代森锰锌这两个产品混剂，把pH调到酸性条件下，能够解决其絮凝问题，但同时造成了代森锰锌分解，导致稀释后，溶液不是淡黄色，而是发黑，从合成的角度看，找出抑制其分解的抗分解剂，能够减少代森锰锌的分解，溶液入水为淡黄色。
　　杀螺胺也是这个问题，但用高分子内酰胺结构分散剂，对于某些放置时间过长就会结晶出或沉淀出来的药剂，可以起到分散稳定的作用。
　　2.2  胀包产品及分析
　　75%乙酰甲胺磷WP
　　福美系列WP
　　尤其这些产品到了四川，都要扎眼的。
　　原因：有效成分分解、成分发生化学反应、水分偏高。
　　解决办法：稳定剂、气体吸收剂、控制水分。比如福美系列容易分解出二氧化硫，所以制剂要严格控制水分，但还是容易出来气体的情况下，可以选择一些这类气体的固体吸收剂。
　　胀气要根据具体什么原因来找相应的解决办法，没有统一标准。比如，有的厂家里面加了植物生长调节剂DA-6，导致胀包，这个是原药的问题，要换原药。
　　2.3  难润湿产品及分析
　　25%吡蚜酮WP
　　80%三乙膦酸铝WP
　　80%莠去津等三嗪类WP
　　还有很多生物制剂的润湿性更让人头痛。
　　现象：润湿时间慢，有的长达几分钟。
　　润湿问题，有些产品的水溶性极强，WP润湿反而很难，加润湿剂不管用，还有些产品亲油性强，需要多加润湿剂，生物药剂的润湿有些需要假润湿，有些胺类的助剂能提高其润湿效果，因为有效成分水溶性强，亲油性强。也有的是设备静电的原因。
　　解决办法：增加润湿剂，假润湿。
　　2.4  有效成分属低熔点或液体类产品及分析
　　25%丙硫克百威WP
　　20%乙草胺WP
　　50%毒死蜱WP
　　40%杀扑磷WP
　　30%炔螨特WP
　　有些产品的来历，比如50%毒死蜱WP，我们知道毒死蜱主要是乳油产品（EC），但由于其毒性原因，造成环境污染比较严重，所以有些国家制定了一些政策，比如改成相同含量的WP，再用上水溶袋包装，是许可上市的，也可以减免很多登记费用，所以基于这些原因，就出来了这种不靠谱的产品，但既然要上市，那么就要满足基本的指标要求，所以加工起来有一定的难度。
　　这些产品很多厂家是用炭黑吸附，或用做乳粉，其实可以在设备上下下功夫，好的工艺，也可以像其他粉剂一样做出很好的悬浮率。
　　2.5  混配产品中某有效成分悬浮率上不去类产品及分析
　　20.5%阿维・哒螨灵WP（阿维菌素悬浮率上不去）
　　解决方案：调整加工工艺，主要还是阿维菌素含量太低，很多厂家又采用流化床气流粉碎机，由于其重量较轻，还没有经过粉碎就直接倒吸走了，所以最好是先做成高含量的阿维菌素再粉碎，然后再加进去一块粉碎，就可以解决了。
　　2.6  含金属离子类产品及分析
　　77%氢氧化铜WP
　　85%氧氯化铜WP
　　问题：悬浮率上不去，甚至会出现药害现象。
　　一般的有机农药都比较轻，易悬浮，所以使用木质素分子量不需要太大的也可以，如果考虑不结块，含糖量要低或者没有，和用高分子的木质素在悬浮率上差别不大。用一般低分子的木质素配合一些阴非离子的分散剂，阴非离子分散剂和有机农药亲和性好，悬浮率会很高。
　　但遇到含有金属的农药，如有机锡，含有锌，含有锰或铜制剂，这些比重比较大，做WP，一方面要尽量粉碎得足够细，最好达到1000目以上，另一方面要用高分子的木质素，主要利用空间位阻来提高悬浮率。我觉得悬浮率还是上不去的话，可以配合一点磺化度低的木质素一块使用，提高吸附原药的能力。木质素提高悬浮率不是靠亲水和亲油平衡，主要还是靠空间位阻，高分子的木质素提高位阻。如果悬浮率还上不去的话，用磺化度低的木质素提高电荷，协同吸附住原药，提高悬浮。
　　含金属的农药，一般非离子或其他的分散剂作用不大，我觉得就是高分子的木质素起作用。木质素磺酸钙能金属络合我不太清楚．但有时候对于含金属的农药提高悬浮率还是上不去的话，需要络合。
　　2.7  易结块类产品及分析
　　50%烯啶虫胺WP
　　50%利谷隆WP
　　热储悬浮率下降很快。
　　烯啶虫胺的问题大家都知道，既容易吸潮，又容易降解，所以WP不需要粉碎，把填料和助剂粉碎一下，混合一下就可以了。
　　填料最好选用抗结块能力的，否则容易结块。
　　利谷隆也有这类问题，选择好的抗结块剂，热储后悬浮卒会下降得少些。
　　其实还有很多WP，比如苯菌灵，解决胀包但解决不了悬浮率，其实国外也是这样，只能将就着用了。
　　以上问题看似都不太难，但要做得完美还是不容易。
　　3  WG难点分析
　　水分散性粒剂（WG）是在可湿性粉剂（WP）和悬浮剂（SC）的基础上发展起来的新剂型，它放入水中能较快地崩解、分散、形成高悬浮的分散体系；所用的分散剂基本为木质素磺酸盐类、聚羧酸盐及其衍生物、萘磺酸盐及其改性化合物。由于所用的助剂价格和使用量都较大，所以最初开发的特点是高含量的WG，以期待有良好的性价比。
　　但是随着国家环保政策的提升以及农药登记对环境不友好传统剂型（如EC和WP）的限制，致使很多产品开始登记WG，从而形成了很多低含量的WG产品和低熔点的WG产品，这些产品增加了WG研发的难度，当然也有一些含量高的产品，由于原药自身的稳定性、粘结性等因素开发也有很大的难度。
　　WG研发的思路是着重填料的选择，因为WG的助剂选择种类有限，也就是二元或三元组合，因填料量大、对制剂性能影响很大。同一产品填料不同崩解速度和悬浮率是不一样的。好的填料选择要有良好的崩解速度，产品要有一定的硬度，还要保证加工过程中，良好的出料速度和成型率。
　　常用的填料有膨润土、煅烧级高岭土、玉米淀粉、煅烧级硅藻土、无机盐类等，选择哪一种填料应依据大量实验得出结论。
　　另外，一个好的WG产品，制剂配方占一半，加工工艺占一半。良好的加工工艺是选择合适的造粒方法、混合方法、出料速度、烘干方式和烘干温度。其中的每一个工艺步骤都会对WG最终产品产生影响。所以制剂开发人员的实验室配方，一定要根据自己厂家的加工设备和工艺进行测试和调整，有的是需要配方的调整，有的是需要设备的调整。
　　3.1  WG常见典型问题
　　3.1.1  颗粒不崩解，或者崩解速度慢
　　3.1.2  分散差、悬浮率低或热储后不崩解或悬浮率降低很多
　　10%苯醚甲环唑、5%甲维盐WG：有的崩解20～30次，有的就几次，其实选择合适的填料组合就能达到很好的崩解，有的还找到了一些助崩解剂。
　　崩解率对产品质量有多大影响？其实最终还是要看崩解后的悬浮率和细度，但在产品竞争激烈的情况下，快速的崩解也是很好的卖点，可提高产品的销售竞争力。
　　50%肟菌酯WG：实验室做出来很容易，但大生产的时候很容易造成挤压过程不流畅，或者挤压粘结成泥。
　　解决办法：改进方法，调整配方的分散剂，加入些减水剂，使之挤压流畅。
　　50%烯啶虫胺WG：由于都是水溶性的，容易造成挤压造粒颗粒不饱满。
　　解决办法：用乳糖与无机盐配方，造粒流畅颗粒饱满。
　　25%苯氧威WG：由于低熔点，挤压造粒造成融化，不崩解。
　　解决办法：要防止挤压热量，选择合适的填料，增加其挤压的流动性，挤压后还要快速凝固定型，烘干后才有一定的崩解性；烘干选择履带烘干。
　　有些WG也出现类似悬浮剂的问题，和原药的关系也比较大。30%茚虫威WG（崩解慢，热储后悬浮率下降很多），70%二氰蒽醌WG（崩解不好）等；茚虫威WG，有些厂家的茚虫威原药可以做，有些就不好做，这与原药的生产工艺有关，也和S与R体比例有关，有人以前提出过，从极性溶剂出来的茚虫威原药好做，从非极性溶剂中出来的茚虫威原药不好做，这个需要大家去验证。
　　3.2  有关设备及工艺
　　配方的研究大家都做了很多，也都有自己的心得，现在主要介绍一些设备和工艺。
　　设备方面的改进，对工艺和生产也是在不断的进步。
　　造粒方式：主要的就是挤压造粒，现在的挤压造粒机经过多年的实践与改进，有了很大的调整，比如基本都有了风冷和水冷，降低了挤压造成的热量。挤压转数可以无级调速，这样对每种产品可以根据自身的需要选择合适的转数。出料也有加入湿切，避免粘连。
　　现在造粒也有用剪切造粒和圆盘造粒，出来是不规则的球状等，但这种造粒方式对一些粘度稍大的产品不合适；沸腾造粒成品率低，污染大；喷雾造粒适合大规模的产品，成套设备价格较高，清理比较麻烦。现在有的单位开发出类似沸腾造粒与喷雾造粒结合的设备，产品出来接近喷雾干燥的产品，但产量较低。
　　混合方式：也有了很大的改变，以前大部分用的是捏合机，高混机的出现使用水量减少，混合度均匀，混合时间短，无结块。对造粒的质量和速度都大大提高。
　　关于粉碎设备：现在普遍用的粉碎机为流化床式气流粉碎机，这种粉碎机特点是对物料的细度要求不严格，操作方便，其实对WP最合适的粉碎设备，但WG需要更高的细度，由于流化床气流粉碎机控制细度是分级机，当到一定细度的时候，粉碎效率会下降，可以选择其他方式的粉碎设备，效率相当。
　　3.3  有关WG助剂(以90%三嗪类WG为例)
　　3.3.1  其他分散助剂
　　使用其他的分散助剂的量往往不够，萘磺酸盐一般是8～10，木质素一般12以上。
　　3.3.2  聚羧酸盐
　　发挥作用（崩解和悬浮）的最好的pH为8～10，用量4%，可以得到很好的效果，所以一般选择高分子的聚羧酸盐，如2700等。如果单独用聚羧酸盐作为分散剂做其他产品的WG，最好要观察热储或常储一段时间后的崩解问题。
　　3.4  低熔点原药做WG
　　有人提出低熔点啶酰菌胺WG挤压造粒，热贮后崩解及悬浮率不行。
　　其实我们认准54度，制剂人员和企标人员不协调，有的企标，制剂做不出来，其实有些产品54度根本不过关，如果常温储存2年可以过关的话，可以定其他热储标准。但有些产品，比如5%高效氯氟氰菊酯WG，选择好的填料和助剂，能提高其抗热储能力，保证54度热储14天也能够有很好的崩解性和悬浮率；热储有几种标准，出口的企业知道，有些产品出口是需要冷柜的。
　　前面说过，由于环保的原因，现在很多产品做出的WG并不完美，比如吡唑醚菌酯・代森联，它们热储后的悬浮率也很低。 （擎宇化工总工　秦敦忠）