固体制剂研发思路及策略
作者:戴权 更新时间:2012-06-01 点击量:1089

    农药剂型发展到今天已形成固定的几大板块,其中固体剂型是较大的一类,并以可湿性粉剂(WP)为典型代表,近20年随着对环境安全要求的提高,逐步出现以水分散粒剂、泡腾片剂等新型环保剂型为主体的发展趋势,在国家出台相关政策限制乳油剂型、大力提倡环境经济的形势下,固体制剂如何更加科学合理地发展并采取积极的应对措施就显得极为重要了。
1  老剂型品种面临的问题及对策
    就老剂型品种而言,可湿性粉剂应该最具有代表性,也是目前国内除乳油外,所占比例较大的剂型,很多企业担心,当前的政策形势下,对其是否会有政策性的调整呢?这是一个很有趣的问题。按现在国内市场流通的产品分析,还是有很多令人担忧的地方,一是含量普遍偏低,这是一个历史遗留问题,过去也在很多场合提及过,但现在必须加以足够的重视,低含量的可湿性粉剂已很难迎合当前农药剂型的发展趋势,也与国际常规很难接轨。即使国家不出台相关政策,企业自身也会感到压力。许多产品的市场已逐步从高端走向低端,失去市场卖点和竞争力,甚至变成除了“三证”以外,没有产品的摆设。当然就目前情况,国家暂不会对低含量可湿性粉剂亮红灯。但不代表以后不会,必须未雨绸缪。对策很直接——提高制剂含量,就现在的配方技术及高性能助剂的使用是没有任何问题的,与其它剂型相比,可湿性粉剂含量提升的空间是最有优势的。以吡虫啉为例,目前最高含量的WP是70%,把它提升至90%仍没有太大的难度,当然原药的含量必须有一定的要求。还有很多类似的实例,比如现在比较火的二氯喹啉酸钠盐,设计50%含量不算低,但就其原药性质来说仍有较大的提升空间。同时应该注重对低含量的市场流通较大的产品包括复配的产品做一些较深入的研究,设定科学合理的含量标准。药检所制定的5个点含量比例的梯度值得商榷。应极力减少梯度数级,制定单一或较简单化的含量设计要求规范,这样会对市场及企业有一个正确的引导作用。不过也不必过于悲观,像可湿性粉剂这样的老剂型能如此长久、大吨位地存在一定有其必然性。而且随着对乳油产品的限制,反而使其更充满了活力,且不说超高含量的优势、成本的优势,就目前许多原药品种而言,尤其是熔点在40~55℃之间的品种,在不允许制作乳油的情况下,可湿性粉剂是一个适合的选择。可湿性粉剂在国内较为突出的第二个问题就是清洁生产问题,因为生产工艺相对简单,生产流程较少,国内生产企业普遍存在对清洁化生产的忽视,生产车间设计要求过低,无尘化不知从何谈起,车间到处是粉尘,包括操作面上的工人,地面无处落脚。当然,这些现象近些年已普遍有了较大的改善,许多企业已逐步与国际接轨,这是十分可喜的。但仍需下大力气加以改进,先进的生产模式和工艺要在行业进行推广,以求有更多的企业达到规范化、标准化。其实,可湿性粉剂的生产突出的问题并非是无尘化、连续化的问题,如何降低能耗、防止交叉污染可能是企业更为关心的,无尘化不能完全解决交叉污染问题,连续化生产也并非是降耗的关键。无尘化是解决了生产过程中粉尘漂移的问题,但无法解决更换品种设备内的清洁问题。中国的企业尤其是以制剂生产为主导的企业很多,最为鲜明的特点就是产品的多样性,不可能一个产品一套专用设备生产,那么产品的更迭如何解决。工艺设计十分关键,第一,要尽量减少管道连接的距离;第二,几乎所有管道应便于拆卸清洁,最好在更换产品时可完全卸除、更换,接口均为活链接。这是中国的国情需要;第三,主题设备应便于冲洗不留死角,辅助设备设计更加科学简洁,包括常用的旋风分离及除尘设备等,防止交叉污染不用水洗是无法做到的,所以整个工艺流程应便于水冲,最好能有热风干燥系统,缩短更替的时间。
    至于节能降耗,工艺的连续化能在环节上有所节约,但降耗主体仍是可湿性粉剂的粉尘主体,从亚音速圆盘式粉碎发展到现在的对撞式流化床粉碎,单位能耗下降了40%~50%,而且降低了工人的劳动强度,目前流化床作为主流已被公认,但仍有改进的空间,有企业已在设备等关键部件上的改进使得单位产能又有20%~30%的提升,这样的工艺设备是值得推广的。
2  新剂型的机遇、面临的问题及策略
    新型的固体剂型主要以水分散粒剂(WG)为代表,当然还有泡腾片剂等一些剂型。这些剂型的一个共同特点就是环保、高效。在当今的社会环境中他们有老剂型无法比拟的绚丽外衣,同时新颖的配方设计、复杂的加工工艺、良好的市场卖点等,无一不是企业追求的目标。所以近几年此类剂型产品发展十分迅猛,再加上先进高性能助剂的配伍,使得产品在防效上也有一定的提升。首先应该肯定的是这类剂型的发展是符合农药剂型发展方向的。然而通过这几年的发展,在欣喜之余也给许多企业带来了困惑和反思,以水分散粒剂、泡腾片剂为例,水分散粒剂较可湿性粉剂普遍有较高的悬浮率,分散性良好,但对配方的要求很高,一个WG产品其配方可筛选更换的余地有限,这要求进行大量反复的小试试验,同时对原药性质的适应性也较脆弱,原药品质变动,配方可能会做大的调整,这与可湿性粉剂无法相比。同时加工环节较多,且多为独立操作面,这是国内大多数企业的现状。如何使生产过程连续化、密闭化是水分散粒剂必须要解决的问题。虽然有一些企业已做到了连续化生产,但这是就单一品种而言,多品种更换就会发现配方的不同,产品的不同,对设备的要求很难实现完全通用,更重要的问题是加工环节的增多,连续性、密闭性的改善,交叉污染问题变得突出。所以对一条水分散粒剂加工生产线而言,单一环节的密闭性操作,可能比全密闭的、比连续化操作更具有实用价值,当然这是一个可以进一步探讨的问题。
    泡腾片(粒)剂的产生,曾经是革命性的,使人们从繁重的施药劳动中解放出来。其优越性已无需再说了。但如此好的剂型产品为什么不能有较大的发展呢?究其原因还是因为其配方设计理念的局限。传统的泡腾片以固体酸加固体碱作为发泡剂,这导致一个致命的问题——贮存问题,许多企业为了除去制剂中的水分,可以说费尽了心思,所花的代价也十分巨大,但换来的仍是产品最多保质5~6个月的结果。可为了销售产品,不得不再登记一个相同的可湿性粉剂,以便泡腾片回收使用。虽然,现在也有了一些新的去水分的方法,比如微波加热法等,但仍难解决其长时间贮存问题。当前的泡腾理念有了一些变化,将水分散粒剂衍生成水面漂浮粒剂,很好地解决了长时间贮存的问题,但由于配方助剂的限制,使用成本仍然较高,推广有一定难度,不过此剂型是一个发展方向,也为新剂型的研发开拓了思路。
    所以,不论是老剂型也好,新剂型也好,都有其鲜明的优劣性,如何科学地选择适合的剂型配方设计是企业必须要掌握的学问。下面想通过一些简单的案例,来探讨农药剂型应如何合理定位。
3  新老剂型设计实例
    在固体制剂产品中,比较经典的品种可能就要算磺酰脲类除草剂苯磺隆了,不论是它的可湿性粉剂,还是水分散粒剂的配制都是值得大家认真思考的。
    (1)10%苯磺隆可湿性粉剂  从表面上看,是再普通不过的一个品种,然而它所面临的问题曾使很多生产企业尝尽了苦头,热贮稳定性极差,想尽任何常规的办法也无法解决,54℃贮存分解率总是在30%~50%之间,如此大的分解率是无法作为农药产品正常使用的。可能也是企业游说的结果,此产品的国标特地开了一个绿灯——40℃贮存条件,这可能在农药国标中是绝无仅有的,即使在有机磷时代,那么不稳定的化学结构,也没有这样优越的条件,那到底是什么原因使得该产品如此棘手呢?搞科研的人一定要从细节中发现问题,答案其实早就写在书本上了,大家可以去认真看一下苯磺隆的理化性质,三四行字,但都是对此化合物的诠释,而且十分到位。它的启迪就是任何具有土壤性质的载体在某种特定情况下,对它的稳定性都有致命的影响。众所周知,在可湿性粉剂的加工中,载体大多是廉价的土,这就无怪乎杜邦公司的产品一推出,就是75%水分散粒剂,而不是别的,那是经过深入研究的。从这里可以得出一个结论,在固体制剂的研究中,不能忽视对载体的研究。虽然说载体在固体制剂中始终扮演一个配角角色,但随着固体制剂要求的不断提高,这个配角可能真的要经常露脸了。有一种可能在所谓的惰性载体表面涂以缓释增效物质使其提高活性组分的活性,也是未尝不可的。因此,在配方的研究中不能忽视任何一个成分(哪怕是微不足道的成分)的存在,这才是搞农药制剂研究的精髓。
    (2)75%苯磺隆水分散粒剂  上面刚刚提到过,虽说75%WG解决了热贮分解的问题,但其加工过程仍然是值得回味研究,在国内水分散粒剂发展初期,正值杜邦巨星产品进入中国市场,许多企业抓住时机效仿,但同样出现了十分头痛的问题,在解决了粉碎技术、造粒技术、烘干技术后仍然得不到合格的产品,投料按75%甚至79%加入,可出来的产品含量始终不会超过70%,如此巨大的差异就像玩魔术一样,七、八个点的含量转瞬间灰飞烟灭,很多外贸出口公司是赔了大钱的。什么原因?很简单,还是认真读一下那几行关于苯磺隆理化性质的文字,就能找到问题的答案。侧面提醒一句,苯磺隆为什么对原药安全?那就是因为在某些条件下降解较快嘛?有些问题有时真是很薄很薄的一张纸,也能看见背面的影子,但总是看不透它。
    (3)75%烟嘧磺隆水分散粒剂  还是一个磺酰脲类产品,关于它的配方已有了很多报导。这不是要讲述的重点,重点是如何发现试验中的问题并加以解决。为什么要拿出来说,不仅是配方本身的难度,还有试验中发现的很多现象,这些现象恰恰与苯磺隆的相反。如按照苯磺隆那几行字的阐述,去看烟嘧磺隆的理化性能描述,你会惊讶得无法形容。大家知道一个稳定的有机物理化性能通常是固定不变的。也不知是最初翻译原因还是后来工艺的巨大变化,那几行理化性质的描述大大脱离现实了,在对烟嘧磺隆的研究中发现,从国内十多个厂家提供的样品分析,理化性能会出现截然相反的结果,有的在酸性介质中有较大溶解度,在碱性中不溶解,有的则完全相反,还有的在较中性条件下水中溶解度较大,向两边则出现变小的趋势。不论什么情况,检测的结果都是烟嘧磺隆千真万确,虽然,在原药结晶条件上是有不同,目前有至少3种方式,但还是太不可思议了。导致的结果是什么,配方设计思路混乱,不同性质的原药配方的变动完全是颠覆性的,从这个产品中得到的启示是,在一个新化合物出现时,一定要对其性能有一个全面客观深入的了解,才能指引工作走上正确轨道。
    (4)60%精喹禾灵水分散粒剂 这也是水分散粒剂的一个典型,通常情况下,水分散粒剂的配方中应常有分散剂、润湿剂及填料等,但在研究精喹禾灵中发现,润湿剂的加入对整个体系的破坏是致命的,研究发现润湿剂的亲水基团与精喹禾灵有较好的结合,导致分散剂失去作用,后去除润湿剂便可得出理想结果,虽然选择的例子并不多,但使我们知道科学与实践中开拓思路、不墨守成规有多么的重要。
4  结论
    不论社会环境对农药剂型有何等要求,固体制剂仍有强大的适应性和生命力。但这并不意味着可以固步自封,仍需要业内的有志之士不断努力展现智慧的设想、智慧的设计,使固体剂型能有一个更加美好的未来。

 

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