基于濕法研磨工藝的水分散粒劑開發(fā)與應(yīng)用

陳葉青，白 杰，郭崇友，湯飛榮，張志宏

(南京紅太陽股份有限公司，南京 211300)

隨著我國農(nóng)藥加工各項配套技術(shù)的完善，制劑加工的水平也將逐步提高。在農(nóng)藥行業(yè)不斷發(fā)展，企業(yè)競爭加劇的過程中，農(nóng)藥制劑質(zhì)量的提升必將成為我國農(nóng)藥行業(yè)發(fā)展的重點。水分散粒劑作為當(dāng)前農(nóng)藥加工中的主要劑型之一，全面提升其質(zhì)量勢在必行。

而傳統(tǒng)的水分散粒劑的加工工藝是采用干法粉碎，即先將混勻的物料在一定壓力的干燥壓縮空氣的帶動下，進入氣流粉碎機進行粉碎，粉碎后的物料再進入旋風(fēng)分離器及除塵器進行捕集[1]。在這一流程中，氣流粉碎機工作噪音大，易產(chǎn)生粉塵污染，現(xiàn)場工作環(huán)境差，環(huán)保壓力大；所需輔助設(shè)備多，能耗大，成本高，效率低；且粉碎系統(tǒng)堵塞時會發(fā)生倒料現(xiàn)象，噴出大量粉塵，惡化操作環(huán)境；粉碎物料具有局限性，如含油、水、纖維較多的物料不易粉碎；而且后期清洗較麻煩，易產(chǎn)生交叉污染風(fēng)險[2-3]。

針對這一現(xiàn)狀，本研究采用濕法研磨工藝制備水分散粒劑，即以水為介質(zhì)，在砂磨機中研磨物料，制成懸浮劑，然后進行造粒，干燥。此工藝具有無粉塵產(chǎn)生，無環(huán)境污染，對操作者安全，可大大緩解環(huán)保壓力；能耗低，工藝流程短占地面積小；砂磨后物料粒度細(可達5 μm以下)，物料含水量不限，進料粒度不限；易清洗，能降低交叉污染風(fēng)險等優(yōu)點。本研究旨在解決干法粉碎工藝在水分散粒劑實際加工過程中的不足之處。此外，該項目還可降低加工成本，顯著增加企業(yè)的利潤。通過本研究產(chǎn)業(yè)化示范，勢必對農(nóng)藥環(huán)保劑型的發(fā)展起到很大的促進作用。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗藥劑

97%吡蟲啉TC (南京華洲藥業(yè)股份有限)、96%吡蚜酮TC (江蘇省農(nóng)藥研究所股份有限公司)、70%吡蟲啉水分散粒劑(南京華洲藥業(yè)股份有限)、50%吡蚜酮水分散粒劑(南京華洲藥業(yè)股份有限)。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

超微氣流粉碎機、擠壓造粒機、臥式砂磨機、液相色譜分析儀、水分測定儀、隔水式培養(yǎng)箱、噴霧塔、電子天平、人工氣候培養(yǎng)箱等。

1.2 試驗方法

1.2.1 篩選水分散粒劑合格產(chǎn)品配方

水分散粒劑主要由原藥、填料、分散劑、潤濕劑、黏結(jié)劑、崩解劑、消泡劑和水等組成，通過試驗篩選，確定了以下基本配方組成：有效成分1%～50%，分散劑3%～10%，潤濕劑1%～5%，黏結(jié)劑0.1%～2%，崩解劑0.1%～10%，加填料至100%，消泡劑根據(jù)需要適量添加。

1.2.2 確定水分散粒劑產(chǎn)品濕法研磨工藝的加工流程

首先，在投料之前，檢查各個設(shè)備的工作狀態(tài)是否穩(wěn)定及清潔，并按照配方稱量所需要的各種原料；第2步，將稱量好的原料投入攪拌釜，分散混合至工藝規(guī)定時間；第3步，待混合均勻后，將物料砂磨成漿狀，再加入所需填料攪拌均勻，擠壓造粒；第4步，通過干燥、過篩等步驟得到產(chǎn)品；第5步，對產(chǎn)品進行取樣檢測；第6步，檢測結(jié)果合格則進行產(chǎn)品包裝；若檢測不合格則重新返工調(diào)整；第7步，清洗加工設(shè)備，并將廢液輸送至廢水車間進行處理。

1.2.3 產(chǎn)品理化指標(biāo)

加工而成的產(chǎn)品符合企業(yè)檢測標(biāo)準(zhǔn)，能夠達到如下技術(shù)指標(biāo)：有效成分含量合格，水分指標(biāo)合格，pH合格，持久起泡性合格，冷貯各項指標(biāo)合格，熱貯各項指標(biāo)合格。

1.2.4 產(chǎn)品室內(nèi)生物測定

采用稻苗培養(yǎng)皿Potter噴霧法[4]。取稻苗5～6株，置于直徑6.5 cm培養(yǎng)皿中，取大小一致的稻飛虱3齡中期若蟲20～30頭置于稻苗上，于Potter噴霧塔(壓力為34.5 kPa，沉降量為4.35 mg/cm2)進行定量噴霧。每皿噴藥量為2.5 mL，每處理4次重復(fù)。處理完畢后用透明塑料杯罩住，置于(27±1) ℃室內(nèi)進行培養(yǎng)和觀察。分別于24 h和72 h后調(diào)查試蟲的死亡率，并進行毒力回歸統(tǒng)計，比較供試藥劑的活性。

1.2.5 產(chǎn)品田間藥效試驗

1.2.5.1 試驗設(shè)計

試驗設(shè)在江蘇省南京市高淳區(qū)椏溪鎮(zhèn)。供試水稻品種為揚粳4227，試驗設(shè)5個處理，分別是A：70%吡蟲啉水分散粒劑(氣流粉碎) 75 g/hm2；B：70%吡蟲啉水分散粒劑(濕法研磨) 75 g/hm2；C：50%吡蚜酮水分散粒劑(氣流粉碎) 225 g/hm2；D：50%吡蚜酮水分散粒劑(濕法研磨) 225 g/hm2；E：清水對照。3次重復(fù)，隨機排列，小區(qū)面積50 m2。每個小區(qū)除藥劑不同外，其他管理措施一致。

1.2.5.2 施藥時間與方法

試驗于2018年8月1日下午16:00點施藥。此時水稻處于拔節(jié)至孕穗期。根據(jù)試驗設(shè)計量取相應(yīng)藥劑進行稀釋噴霧，兌水量450 L/hm2，均勻噴霧。對照區(qū)不作任何藥劑處理。使用山東衛(wèi)士WS-16P背負式手動噴霧器均勻噴霧，噴孔直徑1.3 mm，工作壓力為0.2～0.4 MPa，單個圓錐霧噴頭進行作業(yè)，對水稻中下部均勻噴霧。施藥時各小區(qū)保持30 cm淺水層7 d。

1.2.5.3 調(diào)查內(nèi)容與方法

施藥前、藥后1 d、3 d、7 d和14 d各調(diào)查一次稻飛虱蟲口基數(shù)。每小區(qū)采用盤拍法平行跳躍式取樣20點，每點調(diào)查1叢，共調(diào)查20叢，記載稻飛虱蟲口數(shù)量。同時，觀察對水稻、其他病蟲害及非靶標(biāo)生物的影響。

1.2.5.4 藥效計算方法

計算公式如下：

蟲口減退率(%)=［處理前的活蟲數(shù)-處理后的

活蟲數(shù)/處理前的活蟲數(shù)］×100

校正防效(%)=［藥劑處理區(qū)蟲口減退率-空白對照

區(qū)蟲口減退率/1-空白對照區(qū)蟲口減退率］×100

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗原始數(shù)據(jù)的整理采用Excel軟件完成，應(yīng)用DPS統(tǒng)計軟件對試驗數(shù)據(jù)進行方差分析，差異顯著性比較采用“Duncan”法。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣流粉碎法與濕法研磨法對水分散粒劑產(chǎn)品性能影響

分別對70%吡蟲啉水分散粒劑(氣流粉碎)、70%吡蟲啉水分散粒劑(濕法研磨)各項性能指標(biāo)進行了測定，結(jié)果表明懸浮劑濕法砂磨工藝與傳統(tǒng)擠壓造粒相結(jié)合的新型工藝所生產(chǎn)的70%吡蟲啉WDG潤濕時間、懸浮率和分散性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的吡蟲啉WDG，潤濕時間由40 s降至23 s，懸浮率由92%提高至99%，分散性由90%提高至95%(表1)。

分別對50%吡蚜酮水分散粒劑(氣流粉碎)、50%吡蚜酮水分散粒劑(濕法研磨)各項性能指標(biāo)進行了測定，結(jié)果表明懸浮劑濕法砂磨工藝與傳統(tǒng)擠壓造粒相結(jié)合的新型工藝所生產(chǎn)的50%吡蚜酮WDG潤濕時間、懸浮率和分散性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的吡蚜酮WDG，潤濕時間由20 s降至13 s，懸浮率由92%提高至97%，分散性由90%提高至95%(表2)。

2.2 氣流粉碎法與濕法研磨法對70%吡蟲啉WDG室內(nèi)生測結(jié)果的影響

試驗結(jié)果表明(表3)，用Potter噴霧法處理水稻褐飛虱若蟲，通過懸浮劑濕法砂磨工藝與傳統(tǒng)擠壓造粒相結(jié)合的新型工藝所生產(chǎn)的 70%吡蟲啉 WDG的毒力明顯高于傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的吡蟲啉 WDG，藥后24、72 h的LC50值分別為2.3217、0.4897 mg/L。

表1 氣流粉碎法與濕法研磨法加工70%吡蟲啉WDG主要性能指標(biāo)

表2 氣流粉碎法與濕法研磨法加工50%吡蚜酮WDG主要性能指標(biāo)

表3 不同加工工藝制備的70%吡蟲啉水分散粒劑對稻飛虱的毒力

2.3 氣流粉碎法與濕法研磨法對產(chǎn)品田間藥效的影響

采用懸浮劑濕法砂磨工藝與傳統(tǒng)擠壓造粒相結(jié)合的新型工藝所生產(chǎn)的50%吡蚜酮水分散粒劑對防治稻飛虱無論速效性還是防效均明顯好于傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的吡蚜酮WDG(表4)，且差異顯著。

采用懸浮劑濕法砂磨工藝與傳統(tǒng)擠壓造粒相結(jié)合的新型工藝所生產(chǎn)的70%吡蟲啉水分散粒劑防治稻飛虱藥后1 d防效達74.28%，明顯好于傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的吡蟲啉WDG的防效。藥后14 d對稻飛虱的防效為86.43%，比傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的吡蟲啉產(chǎn)品高出4% (表 5)。

3 結(jié)論與討論

隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的升級和環(huán)評要求趨于嚴(yán)格，特別是新《環(huán)境保護法》的頒布實施，農(nóng)化行業(yè)在面對傳統(tǒng)三廢(廢水、廢氣和固體廢棄物)處理的同時，由于資源和環(huán)境約束的不斷強化，勞動力等生產(chǎn)要素成本的不斷上升，使得農(nóng)藥行業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整、轉(zhuǎn)型升級、提質(zhì)增效也日益得到重視。

表4 不同加工工藝制備的50%吡蚜酮水分散粒劑防治稻飛虱試驗結(jié)果

本研究表明，懸浮劑濕法砂磨工藝與傳統(tǒng)擠壓造粒相結(jié)合的新型工藝同時具備傳統(tǒng)水分散粒劑無塵化、顆粒可控化和連續(xù)化規(guī)模的優(yōu)點，所加工產(chǎn)品既具有干懸浮劑(DF)產(chǎn)品的快速崩解分散特性，又具有懸浮劑的高懸浮率、均勻細度等特點[5-6]。生物測定結(jié)果也表明新工藝所制備的產(chǎn)品，無論是毒力、速效性還是防效均明顯好于采用傳統(tǒng)加工工藝制備的產(chǎn)品。這與盧威、張聰?shù)葢?yīng)用該工藝在醫(yī)藥方面小試的產(chǎn)品特點及藥效結(jié)果相類似。

通過基于濕法研磨工藝的水分散粒劑的研究開發(fā)與應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)化，可以加速農(nóng)藥劑型結(jié)構(gòu)調(diào)整的進程。首先，此工藝三廢少，對生產(chǎn)操作者安全，對企業(yè)環(huán)境壓力小，其環(huán)保、節(jié)能效益非常可觀。其次，通過濕法研磨后的物料粒度細，可提高成品有效成分的利用率及田間防治效果，并減少了實際使用時的環(huán)境壓力。另外，用此工藝制備的產(chǎn)品除了具有原有水分散粒劑的優(yōu)點外，其實際使用效果提高了，加工成本降低，企業(yè)的利潤顯著提高，通過本項目產(chǎn)業(yè)化示范，勢必對我國農(nóng)藥劑型的調(diào)整起到很大的促進作用。