第七节　悬浮剂开发难点及对策

悬浮剂是水基性制剂中发展最快、可加工的农药活性成分最多、加工工艺最为成熟、对操作者和使用者以及环境安全、相对成本较低和市场前景非常好的新剂型。悬浮剂是一种环境友好的绿色剂型，与可湿性粉剂等传统剂型相比，具有生产安全，无粉尘飞扬，无有机溶剂的危害，润湿性、展布性和黏着性好，并且对水质的硬度和温度不敏感等优点。

农药制剂逐步向安全化、环保化、水基化发展，农药悬浮剂是以后农药剂型运用中的一种用量较大的剂型，当前国际上悬浮剂也出现一些新的发展趋势：① 悬浮剂含量尽可能朝着高浓度方向发展；② 新的原药品种开发的剂型都有悬浮剂的制剂形态，如氯虫苯甲酰胺、氰虫酰胺等；③ 随着加工工艺的突破和应用技术的提高，悬浮剂制剂的药效已与乳油等传统制剂相当；④ 技术进步使制备悬浮剂的原药理化性质范围得以放宽，传统概念上不能加工成悬浮剂的活性成分如今都可以加工成悬浮剂，如苯醚甲环唑、二甲戊乐灵、毒死蜱等。

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一强（即高含量、高水溶解度、低熔点、强电解质）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分层、沉淀和聚结等；低熔点原药在砂磨时变软而难以砂磨；强电解质原药易发生物料变稠、絮凝聚结、增稠困难等问题。

一、高含量悬浮剂的开发

高含量悬浮剂的开发是悬浮剂发展的一个重要方向，其优势是显而易见的，如减小包装体积、减少占用仓库的体积、降低生产成本、减少运输费用等。从国外农化公司在国内登记的悬浮剂品种也可以看出这种趋势，例如登记的高浓度悬浮剂品种，单剂有600g/L和480g/L吡虫啉、500g/L异菌脲、500g/L甲基硫菌灵、500g/L异丙隆、430g/L戊唑醇、430g/L代森锰锌、43%氰草津等，混剂有550g/L吡酰·异丙隆。农药悬浮剂是以水为介质，通过湿磨制得的，浓度越大，水量越少；特别是在制备高浓度悬浮剂产品中，研发难度越大，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，针对这些问题，我们应对其具体原因进行分析，并提出相应的解决方法。

1. 高含量悬浮剂开发过程中的问题

（1）生产配制均匀浆料难。高含量悬浮剂中，由于含水量少，给浆料的润湿混匀造成很大困难，只有熟练操作和掌握操作技巧的操作人员及使用特殊的设备，才能配制成均匀合格的浆料。

（2）难以砂磨。高含量悬浮体系中原药含量高，润湿分散剂不能很好地在原药颗粒界面吸附、均匀分散，并且某些原药在砂磨时会明显地表现出胀流体的流变学行为，所谓胀流体，可以用以下公式表示：τ＝kγn（n＞1），式中，τ是剪切应力，Pa；γ是剪切速度，s-1；k是塑性黏度，mPa·s。也就是说，在高剪切应力下，体系有很高的黏度，物料搅得越快，则物料变得越黏稠，这时甚至会出现无法研磨的情况，更无法得到所需的粒径。例如，在600g/L吡虫啉SC研制中，曾出现过物料越磨越黏的情况。胀流体的出现，表示所选用的润湿分散剂不合适，只有选用合适和特定的分散剂时，才可以避免这种情况的出现，而且可以使物料越磨越稀。但也发现某些农药品种，由于其原药性能的原因，是不适合作悬浮剂的。

（3）贮存过程中易于絮凝、聚结和晶体长大。高浓度下，粒子布朗运动碰撞机会比低浓度时要多得多，并且在分子间吸引力的作用下，高浓度悬浮剂更容易形成链状或链团的网络状聚集体，从而更易发生凝聚或聚结。当产品在贮存过程中颗粒间聚集体合并变大而聚结时，将会导致产制剂产品的沉淀和结块而失效。另外由于高含量悬浮剂中大小粒子的溶解度不同或某些固体农药活性成分的多种晶态间的溶解度不同而引起的奥氏熟化和晶体长大现象也会导致产品在贮存过程中的不稳定。

（4）泡沫多难消泡。高浓度悬浮剂含固量高，要达到一定粒径（平均2～4μm）需要一定砂磨次数。砂磨中产生的泡沫多，目前缺乏非常有效的消泡剂。有机硅、矿物油或醇类消泡剂在生产高浓度悬浮剂中，一般都能起到消泡作用；而且发现只能单独使用，复合使用时，时常易于产生触变现象。

2. 高含量悬浮剂开发难题的应对办法

针对高含量悬浮剂开发过程中的各种难题，我们主要还是通过选用合适的分散剂，选用高品质的原药，控制好粒径及其分布，选好优良的增稠剂及合适的防冻剂，同时做好生产前小试和中试等工作，就可以生产出性能优越、质量稳定可靠的高浓度悬浮剂产品。

（1）选用高含量的原药。为了制得稳定的高浓度悬浮剂产品，选用原药的含量要求在95%以上，有的则要求＞96%。原药含量低表明杂质多，这些未知杂质，有可能会使吸附层电荷被中和，从而破坏或变更稳定粒子的保护层，引起研发产品的沉淀；再则原药含量低，为确保达到活性成分所要求的含量，必然使加入原药的数量增多，致使加入的水量减少。虽然这些水量并不多，但对于研制高浓度悬浮剂产品来说，将给砂磨带来困难，甚至出现无法砂磨的情况。目前，国内一种原药有多家生产，各家生产工艺有所不同，所含杂质不一。因此必须选择有信誉和高质量的原药厂家，不要轻易改变原药来源，否则不可能制得稳定、可靠的高浓度悬浮剂产品。

（2）分散剂的选择。悬浮剂配方中最重要的表面活性剂是分散剂，它在悬浮剂生产中起到帮助粒子分散和悬浮的作用。同时，在悬浮剂产品应用时，能够确保产品用水稀释后，使活性成分在水中悬浮成为分散的悬浮液，有利于用户喷施到作物靶标上，起到防治病虫草害的作用。使用于高浓度悬浮剂的分散剂，必须具有很强的吸附在农药粒子表面的能力，并能提供强有力的电斥力或空间位阻能力，从而阻止农药粒子之间再聚集。由于大多数农药悬浮剂固体粒子在水中有一剩余负电荷，因此通常选用阴离子或非离子表面活性剂，或非离子和阴离子表面活性剂复配混合物，阳离子表面活性剂在此基本是不用的。

无论是用非离子、阴离子或聚合表面活性剂分散剂，还是使用它们之间组合的复合型分散剂，在研制高浓度悬浮剂中的使用量都比制备中、低浓度悬浮剂时要多。至于每个品种使用何种分散剂及其使用量，都必须通过试验才能确定。

（3）润湿剂的选择。悬浮剂配方中另一个重要的表面活性剂是润湿剂。使用它的目的：① 帮助排除农药活性成分粒子表面上的空气，加快粒子进入水中的润湿速度，使粒子迅速润湿；② 降低黏度，便于更好地研磨。润湿剂与分散剂的选择有很大不同。润湿剂应是分子量较小的表面活性剂，要求它在润湿过程中能迅速地扩散到研磨粒子表面。在中、低浓度悬浮剂研制中，可以选用既有润湿又有分散作用的润湿分散剂；但在研制高浓度悬浮剂时，选用润湿分散剂不一定有效。因为作润湿剂时，分子量偏大，润湿能力较差；而作分散剂时，其分子量又不够大，吸附能力又不足，常带来不可逆凝聚和聚沉，这时往往还需另加分散剂。

在高浓度悬浮剂研制中，一般选用分子量小、能够迅速扩散到粒子上的润湿剂。可选用的润湿剂有十二烷基硫酸钠、脂肪醇乙氧基化物、烷基酚乙氧基化物、十八烷基磺基琥珀酸钠等，都能够起到很好的润湿作用。通常选用低泡的非离子表面活性剂作润湿剂，因为产生泡沫可能会降低产品的效率；另外选用浊点大于60℃的表面活性剂也是必要的，因为研磨室中的温度时常可达到60℃。

（4）增稠剂的选择。悬浮剂中使用增稠剂主要起助悬作用，增加体系的黏度，防止粒子受重力作用引起沉降和结块。一般使用具有棒状双螺旋结构的黄原胶作增稠剂是很有效的，原因是黄原胶配制的水溶液能构成类似蜂窝状的结构，并具有支撑、承托固体粒子的作用。在研制中，根据不同的原药活性成分，还可选取黄原胶与其他黏土类或硅石类（如硅酸铝镁等）增稠剂协同使用；其水溶液也能构成三维凝胶网状物，可以承担凝聚物被压缩的作用，从而减少产品的相分离和沉降，提供制剂长期稳定性。在研制高浓度悬浮剂中，增稠剂的使用量一般为0.05%～0.1%。为防止高浓度悬浮剂产品在贮存过程中发臭、变黑，在配制增稠剂时加入一定量防霉剂是十分必要的。

（5）确保高悬浮率。悬浮率是表示悬浮剂性能好坏的一个重要指标。悬浮率高，表示产品在水中分散悬浮性好，喷雾时可使农药活性成分都能到达所防治靶标上，从而提高药效。得到高悬浮率制剂产品，不仅与控制产品的粒径有关，也与所选用的表面活性剂有关。对不同类别的原药应选用不同类型的表面活性剂，方能得到高悬浮率产品。

（6）控制粒径尺寸及分布。悬浮剂的粒径大小，目前虽然没有在国际标准和国家标准中作出规定，但它对悬浮剂的稳定性有很大影响。一般来说，平均粒径控制在2～4μm比较合适，这在实际生产中是能够达到的。粒径过小，砂磨时间会延长，也增加了加工成本。粒径细，在重力作用下的沉降速度慢，有利于悬浮剂的稳定。特别是控制较窄的粒径分布很重要，这可以减少奥氏熟化现象的发生，从而确保产品能保持长期贮存的稳定。

（7）产前小试。由于原药厂家不一，不同批次表面活性剂的外观不同，尤其是不同批次的高分子表面活性剂，其内在质量也有微小差异，因此，在大生产前，对不同于以往原药生产厂的原药或者表面活性剂，都要进行产前小试，以确保大生产正常运行，生产出质量稳定的合格产品。制备高浓度悬浮剂时，小试放大和中试比较好做，但实际生产时，比制备中、低浓度悬浮剂难度要大。车间操作者在生产中需要解决配料、堵塞、消泡、洗水处理等问题，付出更大的努力才能制得质量稳定的合格产品。

二、高水溶性原药悬浮剂的开发

随着当前表面活性剂和悬浮剂加工技术的发展，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悬浮剂。例如：吡虫啉（610mg/L）、灭蝇胺（13g/L）、噻虫嗪（4100mg/L）、噻虫胺（304mg/L）、吡蚜酮（290mg/L）等。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。另一个问题是高水溶性的原药具有强极性、易水合等特性，比较容易与水形成氢键，将自由水包合在原药分子内，导致悬浮浆料难以配制，砂磨过程中黏度变大。

针对高水溶性悬浮剂中的难题，我们主要选用生产工艺稳定、高品质的原药；合理、科学地选用润湿分散剂，如EO-PO嵌段共聚物润湿分散剂，也可加入结晶抑制剂来解决此类问题。

三、低熔点原药悬浮剂的开发

随着当前表面活性剂和悬浮剂加工技术的发展，过去很多不符合熔点条件的原药也能够被加工成悬浮剂，比较典型的代表，如联苯菊酯熔点70.6℃，稻瘟灵熔点54.6℃，吡唑醚菌酯熔点63.7℃，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。低熔点原药悬浮剂开发的主要难点在于如果原药熔点低于70℃，生产上将面临较大困难，因为熔点低的原药在砂磨过程中容易软化溶解，进而导致物料变稠而难以砂磨；另一个问题是在贮藏过程中，尤其是变温过程中易析晶、絮凝和结块，严重影响产品的使用和药效的发挥。要解决这些问题我们在开发配方时就应考虑如下三点原则：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。

解决低熔点原药悬浮剂配制过程中的难点，配方设计的思路有：① 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、Akzo Nobel 的Ethylan NS 500LQ、BASF的Pluronic PE 10500等，同时可考虑在配方中加入结晶抑制剂（如特殊的磺酸盐类Dispersogen 1494liq）；② 加入惰性吸附载体，如气相白炭黑；③ 加入水溶性大分子物质，如聚乙烯吡咯烷酮。工艺改进的思路有：① 砂磨过程中使用冷冻循环水，降低砂磨温度；② 提高研磨效率，缩短研磨时间；③ 控制浆料浓度。通过配方设计和工艺控制可以制得稳定的、合格的低熔点原药悬浮剂产品。

四、强电解质原药悬浮剂的开发

许多除草剂是以水溶性盐形式存在的，如许多全球使用量大的产品草甘膦、百草枯、2甲4氯及二氯吡啶酸、毒莠定等。水溶性盐类除草剂的有效成分与适合于制为悬浮剂的除草剂的有效成分复配制剂已为各跨国农药企业开发。具体产品见表2-10。

强电解质的大量存在将影响作为分散剂的表面活性剂发挥其效能：与阴离子表面活性剂形成相反离子的作用，体系结构强度降低；使非离子表面活性剂浊点降低，疏水作用增强。最终极易导致水悬浮剂出现难于砂磨、分层结底、增稠困难、絮凝聚结等问题，使产品质量不合格。

1. 强电解原药悬浮剂开发中出现的问题

（1）难于研磨。各物料混合后置于试验用球磨机后研磨中黏度过大，致使研磨困难。产生原因是水悬浮剂在砂磨过程中的胀流体行为。

（2）絮凝、聚结。在离子表面活性剂中加入强电解质，电解质与表面活性剂间存在相反离子的作用。电解质对非离子表面活性剂的浊点主要存在两方面的影响：一是盐析作用；二是盐溶作用。

（3）增稠困难。无机电解质具有杀菌能力，黄原胶不能起到增稠作用。制剂中含有电解质，如钾盐离子，会与膨润土层面上的负电荷相互吸附，导致膨润土失去电压斥力，无法构成三维凝胶网状物，从而不能起到悬浮分离的作用，达不到增稠的目的。

2. 强电解原药悬浮剂的开发对策

选用高级聚合物两性离子表面活性剂，两性离子表面活性剂可以吸附在带有负电荷或正电荷的物质表面而不产生憎水薄层，在一定pH值范围内两性离子表面活性剂以内盐形式存在，此时的双离子将不向任何方向移动，因此增强了悬浮剂的稳定性，同时可以明显降低该制剂的剪切力，从而降低制剂的黏度，提高制剂的耐磨性，避免出现结球现象。

选用黄原胶和硅酸镁铝适合作含有机电解质悬浮体系的增稠剂；矿物质海泡石适合作含无机电解质悬浮体系的增稠剂。