水性悬浮体系的工艺探讨

水悬浮体系的制备过程中，立式砂磨机和卧式砂磨机是目前普遍使用的关键设备，其加工过程对产品的储存物理稳定性影响很大。为了研究了这两类砂磨机和研磨时间对悬浮体系研磨效率及贮存物理稳定性的影响，我们进行了一系列实验对比，结果表明，通过延长研磨时间，可以降低悬浮体系中颗粒的平均粒径和粒径分布（粒径 <3μm的百分比），提高悬浮体系粘度，从而改善悬浮体系的物理稳定性。在相同条件下，卧式砂磨机的研磨效率比立式砂磨机的要高。

Study on the Technology of water-based Suspension

MAI ai-ping

(Guangdong Demay Biological Technolgy Co.,Ltd,

Guangdong, Guangzhou 510070, china)

Abstract

    Horizontal sand mills and vertical sand mill are key equipments commonly used in preparation of water-based suspension.The present research studies the influence on the cutting efficiency of the suspension concentrate and the stability of storage imposed by the vertical and horizontal sand mills. The result shows that through the extension of cutting time, it is possible to reduce the average length and the spread of the diameter of particles in the suspension system (diameter<3μm%), and raise the viscosity degree of the suspension system, so as to improve the physical stability of the suspension system. Further, under the same condition, the horizontal sand mills have higher cutting efficiency than the vertical ones.

Key words: Suspension; sanding machine; size

悬浮体系生产中存在着分散不均匀、沉降快、悬浮性差等诸多问题，除了分散剂等助剂的因素影响外，颗粒细度和粒度分布是影响悬浮体系物理稳定性的主要因素，也是悬浮体系研究中的关键问题。而解决细度问题的主要手段是提高加工过程的研磨效率^[66]。要想获得长期稳定的悬浮体系，最重要的一点就是尽可能的减缓已分散的粒子沉降速度，最有效的方法就是通过机械加工方式减小防霉原药的粒径。

悬浮体系的加工质量及效率与加工设备及加工工艺条件密切相关。在砂磨工艺中，磨料的相对密度、直径、球形度、机械强度以及装填系数，物料的流量及循环次数以及研磨过程中物料的温度和密度的变化等都会对制剂加工效率、粒径及其分布的变化以及其它质量指标产生显著影响。悬浮体系粒子的细度、粒径分布与加工时间直接相关。

从目前的发展趋势看，采用研磨设备是解决悬浮体系生产工艺中必不可少的手段和途径。研磨设备是悬浮体系加工中的主要设备，是保证产品细度指标的关键所在，目前主要使用的研磨设备是湿磨机，而最具有代表性的是砂磨机，它是可连续生产的研磨分散机械，用于研磨固/液相悬浮体的设备^[61]。

总之，悬浮体系组成较为复杂，影响因素较多，要制备出性能优良的悬浮体系，首先要选出合适的助剂，控制一定的粒度分布和适当的粘度。本文在前期配方筛选试验确定的稳定的配方的基础上，以立式开放式和卧式两种砂磨机为试验设备，以氧化镐珠为研磨介质，研究在改变研磨时间的条件下不同砂磨机对防霉悬浮体系粉碎效率及防霉悬浮体系贮存物理稳定性的影响。 

1 实验部分

1.1 主要材料及仪器

A：立式砂磨机（自制，不锈钢分散盘直径50mm，分散盘5个，转速1450r/min，不锈钢料桶直径90mm，容积200mL）

B：卧式砂磨机WM20A（重庆红旗化工机械有限公司，合金钢分散盘9个，转速1160r/min，容积20L）

研磨介质采用直径1.8~2.0mm的氧化锆珠

电子天平FA2004N（精度0.0001g，上海民桥精密仪器有限公司）；

扫描电子显微镜（S-3000N，日立 ）；

电热恒温鼓风干燥箱（DHG-9146A，广东环凯生物技术有限公司）；

旋转粘度计（NDJ-1，上海上天精密仪器有限公司）。

1.2 实验方法

本实验采用一个三元复配防霉悬浮体系作为研究对象。防霉悬浮体系配方如下：三元防霉复配体系：m（BDY）：m（B03）：m（D05）=5：50：45；二元润湿分散复配体系：m（603）：（D-1002）=1：1；三元增稠体系：m（羟乙基纤维素）：m（黄原胶）：m（硅酸镁铝）=8：3：5。推荐配方为：防霉剂为50wt%、润湿分散剂为6wt%，增稠剂为1.6wt%，水补足100wt%。

按照配方设计的比例，将称量好的防霉剂、润湿分散助剂、增稠剂加入砂磨机料桶中，加入配方所需水（补足100wt%）和相同质量比的研磨介质（氧化镐珠，直径1.8～2.0 mm），通入冷凝水，开动砂磨机研磨。研磨过程中定时取样用扫描电镜观察，计算粒子的平均粒度，统计粒径 ＜3μm颗粒数的百分比。同时取样测定热贮稳定性和冷贮稳定性，观察样品的析水和变色情况。

    实验取样时间，按20min、40min、1hr、1.5hr、2hr、3hr、4hr、5hr、6hr九段分别取样测定。

1.3 测定方法

实验结果分别取样测定其热储稳定性和冷储稳定性，其方法如下：

热贮稳定性的测试：用注射器将约30mL试样，注入洁净的安瓿瓶中（避免试样接触瓶颈），置此安瓿瓶于冰盐浴中制冷，用高温火焰封口（避免溶剂挥发），冷却至室温称重。将封好的安瓿瓶置于金属容器内，再将金属容器在(54±2)℃的恒温箱中放置14天，观察产品的外观。

冷贮稳定性的测试：取80mL的试样置于100mL烧杯中，在制冷器中冷却至(0±2)℃，保持1小时，每间隔15分钟搅拌一次，每次15秒，观察悬浮液外观有无变化。将烧杯放回制冷器，在-10℃继续放置7天后，将烧杯取出，恢复至室温，观察解冻后悬浮液外观的变化。

2 实验结果与讨论

2.1 研磨时间与悬浮体系颗粒粒度及粒径分布的关系

根据不同砂磨机的特点及研磨效率，用“扫描电子显微镜”观察不同研磨时间时悬浮体系样品颗粒形貌的变化，结果见图1和图2。

图1 不同研磨时间立式砂磨机研磨效果SEM图（A1：20分钟；A2：40分钟；A3：1小时；A4：1.5小时分钟；A5：2小时；A6：3小时；A7：4小时；A8：5小时）

图2 不同研磨时间卧式砂磨机研磨效果SEM图（B1：20分钟；B2：40分钟；B3：1小时；B4：1.5小时；B5：2小时；B6：3小时；B7：4小时；B8：5小时）

对电镜图片中颗粒的平均粒径进行测量计算，汇总于表1中。成家壮等^[1]的研究结果表明，能够保持良好的贮存物理稳定性的悬浮液，其粒子的平均粒径大多在2-3μm左右，其粒径分布范围通常较窄并且趋于正态分布。因此我们统计粒径＜3μm颗粒的百分比，汇总于表2中，用于表征粒径的分布。

表1 采用不同砂磨机随研磨时间的变化悬浮体系颗粒的平均粒径（μm）

表2 采用不同砂磨机随研磨时间的变化悬浮体系颗粒粒径 ＜3μm的百分比（%）

结果表明，随着研磨时间的延长，悬浮颗粒的粒径逐渐变小，粒径＜3μm颗粒的百分比在增加，即粒径分布变窄。这是影响悬浮体系贮存物理稳定性的最主要方面。但是在一定试验设备条件下，当达到一定研磨时间之后，粒径与粒径分布基本趋于稳定。而同一研磨时间，采用卧式研磨机的粒径比立式砂磨机的小，采用卧式研磨机粒径＜3μm颗粒的百分比立式砂磨机的多。由此可见，卧式研磨机的研磨效率比立式砂磨机的高。

2.2研磨时间与悬浮体系粘度的关系

分散相的粒径较粗，粒径分布范围较广，悬浮体系粘度会明显下降，并容易引起奥氏熟化作用而有利于晶体生长，造成粒子粒径不断增大，加速粒子沉降，促进胀性沉淀生成，降低悬浮率，造成分层甚至板结。本实验测试了分别采用立式砂磨机和卧式砂磨机的条件下，随研磨时间变化悬浮体系的粘度变化，结果见图3。

测试的结果表明，不管采用立式砂磨机还是卧式砂磨机，随着研磨时间的增加，悬浮体系的粘度都有所上升，这主要是悬浮体系的细度提高所致。由于研磨效率的差别，同一研磨时间下，采用卧式砂磨机悬浮体系的粘度比采用立式砂磨机的相对要高一些。根据Stoches定律，制剂粘度的增加，对制剂贮存物理稳定性是有利的^[2]。

2.3加工时间与悬浮体系贮存物理稳定性的关系

采用立式砂磨机研磨的悬浮体系稳定性试验结果（表3）表明：研磨少于2小时悬浮体系的热储存稳定性较差，有大量黄色析水；研磨3-4小时有少量黄色析水；超过5小时后无析出水，热储存稳定性较好。研磨少于1.5小时悬浮体系的冷储存稳定性较差，超过2小时后无析出水，冷储存稳定性较好。这说明悬浮体系的储存稳定性与研磨时间有一定的关系，随着研磨时间的增加，悬浮体系的储存稳定性呈现逐渐提高的趋势。当达到一定研磨时间后，储存稳定性趋于稳定，随研磨时间的延长变化不再显著。因此，采用立式砂磨机加工最经济与最有效的研磨时间是5小时。

采用卧式砂磨机研磨的悬浮体系稳定性试验结果（表4）表明：研磨少于1小时悬浮体系的热储存稳定性较差，有大量黄色析水；1.5-2小时有少量黄色析水；超过3小时后无析出水，热储存稳定性较好。研磨少于1小时悬浮体系的冷储存稳定性较差，超过1.5小时后无析出水，冷储存稳定性较好，整体结果的变化趋势和立式砂磨机相同。因此，3小时是立式砂磨机加工最经济与最有效的研磨时间。但是比较之后可以得知，使用卧式砂磨机悬浮体系达到储存稳定所需的时间比立式砂磨机的短，这进一步证明卧式研磨机的研磨效率比立式砂磨机的高。

表3 采用立式砂磨机随研磨时间变化悬浮体系的物理稳定性

表4 采用卧式砂磨机随研磨时间变化悬浮体系的物理稳定性

在影响悬浮体系贮存物理稳定性的诸多因素中，制剂悬浮颗粒粒径大小和粒径分布起着关键作用。Luckham^[3]指出由于悬浮体系中的悬浮颗粒粒径过大或粒径分布不均会导致悬浮体系产生奥氏熟化、悬浮颗粒的聚凝和沉降等不同的物理变化，而这些物理变化又会导致悬浮体系体系中悬浮颗粒的不稳定。综合悬浮体系粒径、粒径分布、粘度以及储存稳定性测试结果表明，当达到一定的研磨时间后，悬浮体系的颗粒半径及粒径分布已经达到了悬浮体系贮存物理稳定性的需要，而卧式研磨机的研磨效率高于立式研磨机。

3 结论

合理的加工工艺有利于物料经研磨趋于粉碎而使粒子变得细小而均匀，这对于保持悬浮体系物理性能具有重要作用。适当的工艺条件亦有助于促使表面活性剂等助剂在体系中均匀分散，最大限度地发挥其作用，尤其是促使分散剂将有效成分颗粒比较牢靠地包裹起来，形成较厚的吸附层，从而有利于通过位阻屏蔽作用以防止粒子的聚集，并有效地控制颗粒在浓悬浮液体系中的重力场作用下的沉降，从而有利于保持其物理稳定性。

悬浮体系颗粒的粒径、粒径分布、粘度、储存稳定性与研磨时间有直接关系。在本试验加工条件下，采用立式砂磨机与卧式砂磨机加工达到悬浮体系稳定最经济与最有效的研磨时间分别是5小时与3小时。试验结果表明，不管采用采用立式砂磨机还是卧式砂磨机，随着研磨时间的延长，悬浮颗粒逐渐径变小，粒径分布变窄；当达到一定研磨时间之后，粒子大小及粒径分布的变化便不再明显。随着粒径趋小，粒径分布变窄，悬浮体系粘度会有所提高，这亦有利于悬浮体系保持贮存物理稳定性。

引用文献：

^[1] 农药悬浮剂物理稳定性的控制[J]. 广州化工, 2006, 34(6): 4-5

^[2]：颗粒粒径和粒谱对悬浮剂贮存物理稳定性影响研究[J]. 农药学学报, 2001, 3(2): 77-80

^[3]The physical stability of suspension concentrates with particular reference to pharmaceutical and pesticide formulations[J]. Pestic Science, 1989, 45(25): 25-34