延期药喷雾造粒料浆分散悬浮研究

何爱江，刘丽秀，李相彪，刘鼎贵，曹彭木

（1.宜宾职业技术学院，四川 宜宾，644003；2.宜宾威力化工有限责任公司，四川 宜宾，644600）

延期药喷雾造粒料浆分散悬浮研究

何爱江1，刘丽秀1，李相彪1，刘鼎贵2，曹彭木2

（1.宜宾职业技术学院，四川 宜宾，644003；2.宜宾威力化工有限责任公司，四川 宜宾，644600）

为制备分散性和悬浮性良好的延期药喷雾造粒料浆，以木质素磺酸钠、水玻璃和自制三元共聚物为分散剂，通过初步实验确定分散剂的添加范围。实验表明3种分散剂单独使用均有较好的分散料浆效果，仅需较小添加量就能够将料浆分散悬浮于水中一定时间。此外，采用回归正交组合实验，得到分散剂添加量与料浆分层时间之间的数学模型，分析发现分散剂同时添加会产生负协同效应，降低药剂的分散性能。

延期药；分散剂；悬浮；料浆

目前，国内延期药造粒广泛使用是筛网造粒法，该法得到的产品细粉（浮药）较多，需要筛分，容易摩擦燃烧，存在很大的安全隐患；同时产品粒度不均，球形度较差，后期装药不均匀。国内曾经借鉴制药行业造粒经验，采用机械挤压法造粒，但该法机器余料多、挤压过程不安全、产品球形度差[1]。

喷雾干燥是液体工艺成形和干燥工业中最广泛应用的工艺，适用于从溶液、乳液、悬浮液和糊状液体原料中生成粉状、颗粒状固体产品。因此，当成品的颗粒大小分布、残留水分含量、堆积密度和颗粒形状符合精确的标准时，喷雾干燥是一道十分理想的工艺。跨国民爆集团African Explosives Limited采用喷雾法对延期药进行造粒，将氧化剂、可燃剂和添加剂用水通过高剪切混料机混合，形成悬浮液，然后将这种悬浮液加压喷出雾化，最后通过加热过的气体烘干，过筛，形成所需粒度的延期药[2]。

对延期药进行喷雾造粒，分散性和悬浮性良好的料浆是后续造粒的关键。本研究采用铅系延期药为研究对象，讨论加入分散药剂的种类和剂量对料浆分层时间的影响。

1　实验方法

1.1原料

铅丹由宜宾威力化工有限责任公司提供；马来酸酐-丙烯酰胺-甲基丙烯酸甲酯三元共聚物（简写MA-AM-MMA）为实验室自制[3]；水玻璃、木质素磺酸钠为分析纯，购自成都科龙化工试剂厂。

1.2实验仪器

磁力搅拌器、100mL量筒、HZ-1500型喷雾干燥机。

1.3实验步骤

（1）在100mL烧杯中，将分散剂溶解在一定量水中，加入50g铅丹，搅拌5min形成悬浮料浆。（2）将料浆倒入100mL量筒中，观察料浆分层情况，料浆分层界面从100%（清液层为0）到80%（清液层为20%）时为分层时间。（3）将悬浮性较好的料浆通过计量泵送入喷嘴，经过压缩空气雾化造粒，干燥成为球形颗粒产品。

2　实验结果与讨论

2.1初步实验

选用水玻璃、木质素磺酸钠和MA-AM-MMA共3种分散剂对延期药料浆进行分散悬浮实验，得到的数据见图1。

图1　分散剂添加量对料浆分层时间的影响Fig.1　Influence of dispersing agent dosage on slurry layering time

从图1中可以看出，不加分散剂，分层时间接近0，试验中发现停止搅拌后料浆会在几秒钟内沉积到量筒底部，形成密实固体层，若在喷雾造粒直接使用会堵塞管道和喷嘴。随着分散剂添加量的增加，分层时间逐渐延长，铅丹悬浮在水中时间增加；但添加量增加到一定数值，分层时间增加缓慢。分散剂添加量为0.5%时，对于水玻璃分层时间超过25min，木质素磺酸钠和MA-AM-MMA均小于20min，说明水玻璃分散性能最好，木质素磺酸钠次之，MA-AM-MMA最差。

2.2复配实验

为了得到分散剂对料浆的分层时间的影响，实验中采用3种分散剂进行复配，对木质素磺酸钠添加量（X1）、MA-AM-MMA添加量（X2）和水玻璃添加量（X3）进行三元二次回归正交旋转组合实验，以料浆出现分层时间为指标进行分析，实验设计见表1，实验方案和结果见表2。

表1　组合设计因素水平表Tab.1　Coded factor and level schedule

表2　三元二次回归正交旋转组合实验结果Tab.2　Experimental results of ternary quadratic orthogonal experiment

2.3结果分析

利用Design-Expert 8.05对表2的实验设计方案和分层时间（Y）进行三元二次回归分析，得到拟合回归方程（1）和方差分析，见表3。

从表3中可以看出，在显著水平为0.01 的条件下，通过方差分析求出分层时间拟合的模型Prob > F小于0.000 1，模型拟合极为显著；失拟的Prob > F为0.051 6，失拟不显著，说明模型成立。表3中因素A，B，C，AB，BC，A2，B2，C2的Prob > F小于0.05，说明对分层时间曲面影响极为显著，AC为显著。

表3　方差分析Tab.3　Variance analysis

将实施方案带入回归方程，得到分散剂添加量与分层时间（Y）的关系：

2.4模型分析

方程式（2）Y为分层时间，是木质素磺酸钠添加量（X1）、MA-AM-MMA添加量（X2）和水玻璃添加量（X3）的三元二次函数。

从方程式（2）中可以看出，在MA-AM-MMA的添加量（X2）和水玻璃添加量（X3）不变的条件下，增加木质素磺酸钠的添加量（X1），分层时间逐渐增加，缓慢增加后略有下降。可能是在较高浓度下，分散剂之间产生负协同效应，相互抑制占主要因素，导致分层时间有所下降。从方程式（2）因素的各系数可以看出，3种分散剂添加量与分层时间具有相同趋势。说明木质素磺酸钠、水玻璃和MA-AM-MMA同时添加会产生负协同效应，降低药剂的分散性能，分散剂在高浓度时，负协同效应更为明显[4]。

2.5优化分析

通过Design-Expert 8.05软件中的数据优化程序求得当分层时间为最大值时，3种分散剂的最佳配比。分层时间最大不超过29min，对应木质素磺酸钠的添加量在0.24%~0.32%之间，MA-AM-MMA添加量在0.32%~0.50%之间，水玻璃添加量在0.31% ~0.40%之间，3者之和在0.98%~1.14%。3种分散剂配合使用，比木质素磺酸钠和MA-AM-MMA单独使用效果好，比水玻璃单独使用的效果差。

3　结论与建议

3.1结论

（1）所选择的3种分散剂单独使用均有较好的分散料浆效果，较小添加量就能够将料浆分散悬浮在水中一定时间。水玻璃分散性能最好，木质素磺酸钠次之，MA-AM-MMA最差。

（2）采用三元二次回归正交旋转组合实验得到了分散剂添加量与料浆分层时间的数学模型，模型分析发现分散剂同时添加会产生负协同效应，降低药剂的分散性能。

3.2建议

实验选用的3种分散剂复配使用有负协同效应，为了解决该问题，应该选择负协同效应小或者正协同效应的分散剂，减少分散剂的使用量，减小由于分散剂添加对延期药精度等品质指标的影响。

[1] 曹文俊,雷京荣.延期药水混生产方法:中国,200610089153.3 [P].2007-07-02.

[2] Morgan,et al. Production of pyrotechnic delay composition: WO,035289[P].2008-23-07.

[3] He Aijiang，Liu Lixiu，Li Xiangbiao ,et al.Synthesis of MA-AM-MMA copolymer and its inhibition performance against calcium phosphate scale[J]. Asian Journal of Chemistry,2012 (11):6 195-6 198.

[4] He Aijiang，Liu Lixiu，Li Xiangbiao .Quantitative study on the synergistic effect of organophosphorus corrosion inhibitor in 10% sulfuric [J]. Acid Energy Education Science and Techno -logy Part A: Energy Science and Research, 2014 (1): 301-314.

Study on the Dispersed Suspension of Delay Composition Spray Granulation Slurry

HE Ai-jiang1, LIU Li-xiu1, LI Xiang-biao1, LIU Ding-gui2, CAO Peng-mu2
(1. Yibin Vocational and Technical College, Yibin, 644003; 2.Yibin Weili Chemical Industry Ltd.Co., Yibin, 644600)

Aimed at preparing slurry with excellent dispersity and suspension property for spray granulation of delay composition, sodium lignin sulfonate, sodium silicate and self-made terpolymer were used as dispersing agent. The scope of adding was confirmed through the preliminary test, and the three dispersing agents have excellent effect of dispersing slurry while being used alone. Slurry can be dispersed and suspend in water for a while only with a small additive amount. Meanwhile, a mathematical model between the additive amount of dispersing agent and slurry layering time was obtained, through regression orthogonal combination experiment. It was found that there will be a negative synergistic effect when dispersing agents are added at the same time, and the dispersing performance of medicament will also be reduced.

Delay composition；Dispersing agent；Suspend；Slurry

TQ560.4

A

1003-1480（2015）02-0033-03

2014-10-02

何爱江（1975-），男，副教授，从事化工研究教学工作。