农药制剂工程技术的现状和开发.doc

农药制剂工程技术的现状和开发农药制剂工程技术的研究领域和内容1.1 农药成品药的生产技术包括两个方面：（1）制剂配方技术研究目标：最佳的成品药组分结构，包括：成药配方、标准及配方组分与药效构效关系的研究等（2）制剂工程技术研究目标：最佳的产业化制备工艺农药制剂的配方技术和工程化技术是推动农药成药技术进步的两个轮子，缺一不可。1.2 农药制剂工程技术的研究领域（1）农药制剂工厂的总体布局设计（2） 各制剂生产界区内的产业化工程技术（3）清洁生产、安全和三废处理其中，清洁生产包括：生产区域的防交叉污染研究生产场所的清洁文明和劳动保护随着农药剂型的发展，配方研究的实验室工艺与产业化制备工艺之间的差别越来越大，制剂工程化技术显得尤为重要。1.3 制剂生产界区内的产业化工程技术，主要包括：界区区域布局设计（包括各制剂单元的组合和分隔）制剂工艺流程设计生产车间立体布局设计对所需配套的专业提出定量和定性的技术要求，供作设计依据。包括：建筑、水、电、热、冷、通风、采光等设备选型、包括非标设备的构思和工艺要求成药产业化制备工艺和操作工艺文件的编制构成清洁生产要素的提出和技术措施制订1.4 制剂工程化技术的研究单元研究方法以组合创新为主，通常按农药剂型归类划分成若干单元来开展工程化研究：（1）液体制剂生产单元：包括水剂（AS）、乳油（EC）、水乳剂（EW）、微乳剂（ME）、可溶液剂（SL）、超低容量液剂（UL）等（2）流态化制剂生产单元：包括悬浮剂（SC）、悬乳剂（SE）、油悬剂（OF）、油分散剂（OD）等。（3）固体制剂：包括粉剂（DP）、可湿粉剂（WP）、可溶粉剂（SP）等水分散粒剂（WG）、可溶粒剂（SG）等可分散片剂(WT)、可溶片剂(ST)等泡腾粒剂（EA）、泡腾片剂（EB）等（4） 其它制剂；包括各类颗粒剂干悬浮剂（DF）、乳粒剂(EG)、乳粉剂(EP)等微囊悬浮剂(CS)、微囊粒剂（CG）、微囊悬浮种衣剂（CF）等各类种子处理剂各类卫生用药其它特种用途的制剂正在开发中的新剂型1.5 制剂的工程化技术水平是整体农药工业水平高低的一个重要体现。是成品药水平高低的重要标志是行业（或企业）综合技术实力的重要标志是一个跟时代同步发展的技术领域。2. 我国农药制剂工程技术的现状2.1 农药制剂工程技术已成为我国农药生产技术链中最薄弱的环节（1）农药生产大国与普遍作坊式的制剂生产形成强烈反差（2）成为当前我国农药成药水平提高的主要技术障碍（3）成为农药成药走向国际市场无法绕行的鸿沟，缺乏产品出口或来料加工的必备条件：例如农药制剂工程技术的现状和开发工厂抗交叉污染的能力质量的可靠性及由工程化水平所提供的保证条件，是否连续化生产？常见敏感质量事故的防范： 如SC 的膏化问题、WG 的堵喷头问题等。2.2 主要表现：（1）制剂工厂布局普遍缺乏合理的设计和长远的规划（2）普遍对防止交叉污染为核心的清洁生产技术缺乏系统研究（3）)在一系列农药新剂型（如SC、WG、DF、FS、CS、SE 等） 的产业化方面凸现的问题尤为集中，例如：产品质量象月亮，初一、十五不一样固体制剂车间粉尘飞扬、以环境和健康换产品WG 小试样品过关，大生产成“老鼠屎”塑料桶、盆、勺、袋齐上阵，手工作坊制农药招工难，用工荒的局面正在蔓延。2.3 原因农药制剂产业化发展水平滞后的主要原因有：（1）是多年来重合成、轻加工、重原药、轻成品药发展思路的后果（2）是近10 多年来加速农药剂型发展过程中重配方研究、轻工程化开发的结果。（3）企业经营和技术管理者的发展理念多数还停留在对传统农药加工的认识层面上，亟待普及对现代农药制剂工程化技术的认知。2.4 加深对农药制剂工程化技术特殊性的认识农药制剂加工涉及到生产环境、药物的使用环境，因此带有公益性技术的属性。另外农药作为市场竞争的商品，其产业化制造技术又有其保密性，尤其是新剂型产品。再农药作为使用面很窄的功能性化学品，不可能象其它大吨位产品（如基本化工原料、洗衣粉等大吨位日用化学品）实施其工程技术服务的社会化，因此必须加深对农药制剂工程化技术特殊性的认识。（1）是一门以农药为主横跨多学科的综合性技术国际上各农药跨国企业一般都通过自身培养或招聘建立企业的制剂工程技术队伍，中小企业大都采用分包的办法解决。例如：英国ICI 公司在60 年代以来研究的基础上，70年代中期， 组织了实力雄厚的专家队伍， 多专业合作， 对悬浮剂等水基化农药剂型从理论研究到实验制备、从工程化开发到专用机械的科技创新、从工艺控制到废水处理等进行了全方位的系统研究， 并在伦敦郊区建成了全球最早的水基化农药剂型先导型工厂，其悬浮剂生产能力达年产万吨。生产多个杀虫杀菌剂品种和种衣剂。通过10 多年努力，使英国成为悬浮剂开发推广最快的国家之一。南欧某农药企业， 为攻克微囊连续化，90 年代起，组织了多学科技术攻关8 年多，最终形成万吨能力的工程化装备。罗门哈斯通过攻克代森锰锌络合、制剂一体化的喷雾干燥新工艺， 培养了一支固体农药制剂工程专家队伍。欧洲某农药加工中心为开发连续化制微囊CG产业化工程，采用了分包等多种合作形式，折合人民币投资近亿，在本世纪初建成了年产4500 吨CG(双系统喷雾干燥塔)生产车间。（2）绝大多数技术和管理人员缺乏感性认识农药制剂工程技术一个熟悉而又陌生的领域，例如：SC 的合理流程是什么？ 怎么使用胶体磨？WG 的生产制备方法？ 清洁流程的设计？预防农药交叉污染的规律和管理？（3） 国内几乎没有一家科研院所和企业对现代农药工程化技术开展过系统研究。（4）技术的辐射面仅局限于农药行业，缺乏国家或行业的技术规范， 全国还没有一家在这个专业领域取得丰富经验的设计院所。（5）缺少设备成套供应的条件。相关的机械制造企业对农药制剂过程陌生，目前仅能提供单件（套）设备，多数不能直接使用、需要改造。各个流程中都另有部份设备和配件需要量体裁衣，作为非标专门设计制造。另外还有少数设备目前国内不能生产。2.5 提升我国农药制剂工程化技术水平，迫在眉睫（1）是农药产业政策确定的发展目标之一2010.8.我国农药产业政策的颁布标志着：农药企业已进入适者生存的时代， 农药制剂工程化技术已到了非提升水平不可的时候了。文件指出：加快工艺技术和装备水平的提升。严格生产准入，加大技术改造力度，提高新技术和自动化在行业中的应用水平。到2015 年制剂加工、包装制剂研究全部实现自动化控制。（2）当前对工程化技术的提升急需补课有效途径之一：加强合作、交流和联合充实和扩大研发队伍高校和院所设置相关专业和课题3.加速开发，促进我国农药制剂由传统加工向现代化产业技术转化3.1 抓住重点、先行突破2010.8 我国工信部等四部委颁布的农药产业政策指出：大力推动农用剂型向水基化、无尘化、控制释放等高效、安全的方向发展，支持开发、生产和推广水分散粒剂、悬浮剂、水乳剂、微胶囊剂和大粒剂（片剂）等新型剂型，以及与之配套的新型助剂，降低粉剂、乳油、可湿性粉剂的比例，严格控制有毒有害溶剂和助剂的使用。目前，行业内正在开发的制剂热点与文件指出的方向是一致的，同时也是在工程技术方面存在共性问题较多的领域，因此当前提升农药制剂工程技术水平尤应以下列三个方面为重点：（1）固体制剂系统：包括粉体制备、杀虫和杀菌剂的WG 制备、除草剂WG 制备等制剂生产单元界区内的产业化工程技术。（2）悬浮制剂系统：包括悬浮剂、悬乳剂、种衣剂、微囊悬浮剂等制剂生产单元界区内的产业化工程技术。（3）农药制剂工厂的总体布局设计。3.2 一批工程化技术开发项目阶段性成果的信息交流为推广对环境安全的农药新剂型，应一些农药企业的要求，我们与相关机、电企业和项目单位紧密合作，在农药制剂工程化技术领域开展了若干探索和开发，试图在吸收国外的先进经验的基础上结合我国农药企业实际，努力打造一批能与世界农药接轨的先导性工程单元，来推动全行业制剂工程技术水平的提升。（1）农药粉体（气流粉碎）生产流水线的改造这项工作经长期酝酿，于2010 年初启动。新流水线的设计指导思想是：革除过去把粉体加工作为农药制剂生产的一个独立生产单元设置的设计理念， 而是把它作为农药成药生产全流程的一个组成部份重新设计。最大限度的革除粉体的无效出料、中转、位移等，实施全过程清洁生产。新流程的要点：a.按上下游配套，重建立体布局。（共设计了8个新流程）b.实现低劳动强度洁净进料。c.清洁出料，速度可控，存量可调，且可计量密封传递到下工段。d.动态微分式计量。e.所有管道接口实施规范化。f.新建公共水除尘中心。g.构建新老流程改造方案。2011 年初，根据企业要求，在大多数企业原WP车间为二层建筑基础上， 能按上述设计思路实施技术改造，又设计了第9 个流程布局。（2）以原药为起始点连续化制造杀虫(杀菌)剂WG 生产流水线按上述设计思路构建的粉体加工单元与挤压法WG 生产单元实行密封联接，一气呵成，形成以原药为起始点的WG 生产流水线。在WG 生产单元，新设计和配置了一系列设备和部件，使捏合、造粒、干燥和筛分连成一体，并实现了物料的传递速度可控、造粒速度可调。两者匹配达到了自动化连续造粒的效果。该流程已于2011 年初实现了产业化，用于生产甲维盐、吡虫啉等农药WG，生产能力：班产一吨。投产后，革除了原有的桶、盆、勺、袋齐上阵式的作坊式生产，实现了清洁生产，全流程用工23 人，比原来节约用工2/3。（3）联产农药除草剂WP/WG(并联制粒)多功能车间该工程将企业某个除草剂的粉体加工、WG 制造和WP 包装等单元统筹设计在一个连续化生产流程中。主流程与支流程通过风管密封联接，并可根据生产任务按需通过电动阀门控制联通或隔断。按除草剂粉体应实行封闭和清洁生产的要求， 分别对流程工艺、装备、工艺条件和要求、工艺和车间布局进行了系统设计。按装备硬件和管理软件同步实施的目标， 该项目还同时设计编写了车间工艺操作和管理技术文件(包括车间工艺、管理布局，工艺操作管理规范，人流规范，物流规范，试车程序，工艺操作规范及三废处理操作、停车处置等)。目前，该项目已完成安装和联动试车。（4）低温连续化制造农药悬浮剂、种衣剂生产流水线该流程作为全国第一套连续化悬浮剂生产线在1998 年设计投产以来， 已在国内多家企业推广应制剂研究用，并在多次学术交流会和剂型技术培训班期间，作现场示范，充分发挥了科技先导作用。同时在推广过程中不断改进和提升。目前需要改进的还有：低位无粉尘进料、高含量制剂进料釜出口防止堵料的技术措施、物料输送泵体的改进，针对SE 生产尾气吸收装备的改进等。（5）农药微囊悬浮剂生产线该剂型工程化单元分别在南通联农和江苏宝灵实施了产业化，建成了千吨级生产装置。用于生产毒死蜱、辛硫磷和个别拟除虫菊酯杀虫剂等农药的微囊悬浮剂。（6） 农药制剂工厂的总体布局设计思路和程序的技术报告该技术报告针对当前众多农药制剂企业搬迁、实施新建或技术改造， 在工厂总体布局设计问题上面临的共性难题， 总结了农药制剂工厂总体布局的设计思路。借鉴了国外农药制剂管理的相关经验，结合我国农药行业的现状和作者多年来的工作体验，提出了以防范交叉污染为主线的设计理念， 并对工厂制剂生产区域的设置、物流布局和三废处理等总体布局中的核心问题逐一叙述了设计的思路、程序、布局框架的建立、重点和需要注意的问题。（详见中国农药工业协会第二届农药剂型技术交流会论文集，2010 年，苏州）可供农药企业参考。3.3 若干代表农药制剂发展趋势的国外工程化技术（1）由农药悬浮剂连续化喷雾干燥制造DF关键技术：与农药生产批量相匹配的规模：小塔径压力式喷雾干燥。雾化器和流体进料动态平衡的系统设计。针对不同的药物料求取床层稳定条件数据的实验技术和数字模拟及工程化设计。配套的IT 控制系统。（2）连续化制造农药乳粒剂生产流水线关键技术：（同上）（3）连续化制备农药微囊悬浮剂生产流程关键技术：囊芯物料的连续化分散。连续化管道成囊反应。流程中的装备设计。配套的IT 控制系统。（4） 连续化制造微囊悬浮剂直接喷雾干燥生产农药微囊粒剂生产流水线关键技术： 连续化制造微囊悬浮剂的工程化技术（同上）农药悬浮剂喷雾干燥连续化制造DF 工程化技术（同上）配套的自动化供热、供风系统全过程IT 控制系统上述国外农药制剂工程技术项目代表了国际一流水平，也体现了农药制剂工程技术的发展趋势：在上世纪实现自动化连续化的基础上， 正在向使用一系列当代高新技术成果向更高层次的组合创新发展。水分散粒1.简介 为降低农药对人及环境的危害，瑞士公司在20世纪80年代初开发的一种农药新剂型。如诺华公司生产的杀菌剂10%世高水分散颗粒剂、法国罗纳普朗克公司生产的杀虫剂5%锐劲特水分散颗粒剂以及国产的几种除草剂品种，都具有良好的水中分散性和很高的悬浮率。 水分散颗粒剂是在传统的可湿性粉剂、水悬浮剂的基础上发展起来的。过去主要的制剂品种如乳油（EC）、可湿粉（WP）、粉剂（DP）已逐渐转向水基化制剂，如悬浮剂（SC）、水包油型乳剂（EW或CE）和水分散粒剂（WDG）。相比较，水分散颗粒剂的助剂比较复杂，包含润湿剂、分散剂、崩解剂、黏结剂、润滑剂等，所以除了保持原药的良好药效以外能够增加有效成分的含量；不仅使用十分方便，还不会产生粉尘飞扬的污染；不仅提高了所配药剂的悬浮率（75%以上），而且如果所配药当天没用完也不会结块，第2天再用时，只要稍微搅动就能恢复原有的分散性和均匀度；水分散颗粒剂能保持良好的形态结构，消除了可湿性粉剂易结块，在包装材料上滞留多，包装材料可能造成环境污染等弊端。另外，农药加工剂型的发展看，水分散颗粒剂符合颗粒化趋势，将会逐步取代可湿性粉剂，并且为高浓度化提供了进一步改进的空间。因此，无论于社会，于环境，还是于农户自身，发展和推广水分散颗粒剂型都是一件好事。WDG已经逐渐成为国际市场上最重要的农药制剂之一。 通常情况下，水分散粒剂都是将粉碎后的固体有效成分与粘合剂、分散剂、湿润剂、填料凝聚在一起制成的，水分散粒剂的形状和体积因为加工过程的不同而有差异。 2.水分散粒剂 水分散粒剂也可以称为干胶悬剂，其名称的英文缩写也未统一，我们用“WDG”作为水分散粒剂的英文缩写。 性质 WDG必须具有如下特性： 非常好的水分散性。 极低的脱落率。 含量高的有效成分。 良好的物理化学稳定性。 与可湿粉相比，其主要优点有： 更安全（无粉尘）。 高密度 与悬浮剂相比， 其优势在于： 对那些易受潮，易水解的农药，该剂型化学稳定性更高。 有效成分含量更高 易于计量（无流动性，可完全从容器中倾倒出）。 制剂 通常的WDG包括下面的几个组分： 有效成分 10-90wt% 表面活性剂 2-20% 粘合剂 适量 填料 适量 其他 适量 a.有效成分 通常使用于固体有效成分，有效成分粉碎的细度应该达到具有足够的生物活性。颗粒的粒径越小，分散剂的含量就要越高。如果有效成分是低熔点固体或液体，就要注意不同的加工设备的选择，尤其是干燥设备。 b.表面活性剂 见3 c.粘合剂 大多数水溶性聚合物如PVC，CMC，变性淀粉，蔗糖等都具有粘合性质。某些种类的表面活性剂，如木质素磺酸盐，也可作粘合剂。粘合剂的数量和选择是生产出高品质WDG的主要因素之一。 d.填料 对大多数高浓度的WDG，几乎不含填料，或仅以很小比例的填料来调整有效成分的含量。如果填料只为了稀释有效成分的含量，使用高岭土，粘土，滑石粉是最经济，方便的。 如果有效成分溶于水，水溶性填料如硫酸铵，硫酸钠，一些有机酸的盐类也是很适宜的。 e.其他 一些有机盐，无机盐类也可加入到制剂中，这有助于颗粒剂的完全崩解，但一定要慎重。 3）设备 生产WDG的主要方法： a)挤压法 b)流化床法 c)喷雾干燥 d)圆盘造粒法 a）挤压法 这种方法是通过将粉碎的有效成分，粘合剂，分散剂，湿润剂，填料和水混合而成的糊状物挤压制粒的。糊状物中水的含量在730%之间。挤压后的颗粒应在适当条件下干燥，这种方法制造的颗粒剂有优异的抗压性和较高的密度，但通常分散性差，并且造粒管筒的直径只能在0.52.0毫米之间。该方法是使用最多的，由于不需要特殊设备，投资成本底是该方法的优势。有时即使加入高百分比的分散剂，由于颗粒十分紧密，其分散性仍然较差。无论如何，好的配方，就能生产出高品质的WDG，圆顶或篮式造粒机也适于生产WDG。 b) 流化床法 将有效成分，粘合剂，分散剂，湿润剂和填料的混合物悬浮在流动床上，再将表面活性或者粘合剂的水溶液喷洒到混合物上就可生产出颗粒。调整水的百分含量，喷洒速度，空气流量以及空气温度，可获得性能最佳工艺流程。制成颗粒将在同一设备中干燥，而这些颗粒的形状很不规则，粒子大小在0.52.0毫米之间。 这种颗粒具有优异的分散性和抗压能力，密度也很高，但与挤压生产的颗粒剂相比，容易脱落，与喷雾干燥法生产的颗粒剂相比，流动性较差。该方法比喷雾干燥更通用，并适用于中等规模的生产。投资成本也较喷雾干燥法低。到目前为止，以该方法生产农药制剂的经验还不多，而且要连续化生产也有一定困难。 c) 喷雾干燥法 该法是将有效成分，粘合剂，湿润剂和分散剂的原浆（浆料）喷到喷雾干燥器中。原浆的干燥提取必须尽可能地高，原浆的粘度在3001000厘泊之间，喷雾干燥生产出的颗粒呈完美的球形。由于干燥过程中的强烈渗透，原浆中的粘合剂和分散剂覆盖在颗粒剂表面，颗粒的大小在0.22.0毫米之间，该方法生产的颗粒具有良好的分散性，不会脱落并且流动性很好，但密度低，抗压能力差并需要硬质容器。该工艺适用于大规模连续化生产单一有效成分的WDG，如果从合成车间的农药原粉（呈湿饼状）直接生产WDG，该方法是十分合适的。 d）圆盘造粒法 该生产流程是往圆盘造粒机上喷洒少量的水使有效成分凝聚而成的，粘合剂和分散剂可以以固体形式直接混合到磨碎的有效成分中去，也可溶解在喷洒的水中。通常填加715%的水，然后颗粒必须干燥到含水量为有效成分含量的0.31.0%。这种颗粒的形状或多或少呈球形，其颗粒大小在24毫米之间。该法制得的颗粒剂具有良好的分散性和高密度，但抗压能力差，不易处理并且易脱落。这一工艺通用性好，并且适用于小批量生产。干燥后颗粒的含水量很低，但需要造粒和干燥二步过程，颗粒的形状非常不规则，并通常需要将过大的颗粒二次加工（整形）。 e)其他 还有其他一些凝聚方法，如可通过喷洒水滴到下面的混合物上进行制粒。 1 有效成分 2粘合剂 3分散剂 4填料 这些混合物需要使用机械使其保持运动状态，有不同形状的容器和搅拌机械。用这种方法得到的颗粒特性依据其不同加工设备而有差异，一般介于流化床法和圆盘造粒法之间