延期藥噴霧造粒料漿分散懸浮研究

何愛江，劉麗秀，李相彪，劉鼎貴，曹彭木

（1.宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 宜賓，644003；2.宜賓威力化工有限責(zé)任公司，四川 宜賓，644600）

延期藥噴霧造粒料漿分散懸浮研究

何愛江1，劉麗秀1，李相彪1，劉鼎貴2，曹彭木2

（1.宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 宜賓，644003；2.宜賓威力化工有限責(zé)任公司，四川 宜賓，644600）

為制備分散性和懸浮性良好的延期藥噴霧造粒料漿，以木質(zhì)素磺酸鈉、水玻璃和自制三元共聚物為分散劑，通過初步實驗確定分散劑的添加范圍。實驗表明3種分散劑單獨使用均有較好的分散料漿效果，僅需較小添加量就能夠?qū)⒘蠞{分散懸浮于水中一定時間。此外，采用回歸正交組合實驗，得到分散劑添加量與料漿分層時間之間的數(shù)學(xué)模型，分析發(fā)現(xiàn)分散劑同時添加會產(chǎn)生負(fù)協(xié)同效應(yīng)，降低藥劑的分散性能。

延期藥；分散劑；懸浮；料漿

目前，國內(nèi)延期藥造粒廣泛使用是篩網(wǎng)造粒法，該法得到的產(chǎn)品細(xì)粉（浮藥）較多，需要篩分，容易摩擦燃燒，存在很大的安全隱患；同時產(chǎn)品粒度不均，球形度較差，后期裝藥不均勻。國內(nèi)曾經(jīng)借鑒制藥行業(yè)造粒經(jīng)驗，采用機械擠壓法造粒，但該法機器余料多、擠壓過程不安全、產(chǎn)品球形度差[1]。

噴霧干燥是液體工藝成形和干燥工業(yè)中最廣泛應(yīng)用的工藝，適用于從溶液、乳液、懸浮液和糊狀液體原料中生成粉狀、顆粒狀固體產(chǎn)品。因此，當(dāng)成品的顆粒大小分布、殘留水分含量、堆積密度和顆粒形狀符合精確的標(biāo)準(zhǔn)時，噴霧干燥是一道十分理想的工藝?？鐕癖瘓F(tuán)African Explosives Limited采用噴霧法對延期藥進(jìn)行造粒，將氧化劑、可燃劑和添加劑用水通過高剪切混料機混合，形成懸浮液，然后將這種懸浮液加壓噴出霧化，最后通過加熱過的氣體烘干，過篩，形成所需粒度的延期藥[2]。

對延期藥進(jìn)行噴霧造粒，分散性和懸浮性良好的料漿是后續(xù)造粒的關(guān)鍵。本研究采用鉛系延期藥為研究對象，討論加入分散藥劑的種類和劑量對料漿分層時間的影響。

1　實驗方法

1.1原料

鉛丹由宜賓威力化工有限責(zé)任公司提供；馬來酸酐-丙烯酰胺-甲基丙烯酸甲酯三元共聚物（簡寫MA-AM-MMA）為實驗室自制[3]；水玻璃、木質(zhì)素磺酸鈉為分析純，購自成都科龍化工試劑廠。

1.2實驗儀器

磁力攪拌器、100mL量筒、HZ-1500型噴霧干燥機。

1.3實驗步驟

（1）在100mL燒杯中，將分散劑溶解在一定量水中，加入50g鉛丹，攪拌5min形成懸浮料漿。（2）將料漿倒入100mL量筒中，觀察料漿分層情況，料漿分層界面從100%（清液層為0）到80%（清液層為20%）時為分層時間。（3）將懸浮性較好的料漿通過計量泵送入噴嘴，經(jīng)過壓縮空氣霧化造粒，干燥成為球形顆粒產(chǎn)品。

2　實驗結(jié)果與討論

2.1初步實驗

選用水玻璃、木質(zhì)素磺酸鈉和MA-AM-MMA共3種分散劑對延期藥料漿進(jìn)行分散懸浮實驗，得到的數(shù)據(jù)見圖1。

圖1　分散劑添加量對料漿分層時間的影響Fig.1　Influence of dispersing agent dosage on slurry layering time

從圖1中可以看出，不加分散劑，分層時間接近0，試驗中發(fā)現(xiàn)停止攪拌后料漿會在幾秒鐘內(nèi)沉積到量筒底部，形成密實固體層，若在噴霧造粒直接使用會堵塞管道和噴嘴。隨著分散劑添加量的增加，分層時間逐漸延長，鉛丹懸浮在水中時間增加；但添加量增加到一定數(shù)值，分層時間增加緩慢。分散劑添加量為0.5%時，對于水玻璃分層時間超過25min，木質(zhì)素磺酸鈉和MA-AM-MMA均小于20min，說明水玻璃分散性能最好，木質(zhì)素磺酸鈉次之，MA-AM-MMA最差。

2.2復(fù)配實驗

為了得到分散劑對料漿的分層時間的影響，實驗中采用3種分散劑進(jìn)行復(fù)配，對木質(zhì)素磺酸鈉添加量（X1）、MA-AM-MMA添加量（X2）和水玻璃添加量（X3）進(jìn)行三元二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合實驗，以料漿出現(xiàn)分層時間為指標(biāo)進(jìn)行分析，實驗設(shè)計見表1，實驗方案和結(jié)果見表2。

表1　組合設(shè)計因素水平表Tab.1　Coded factor and level schedule

表2　三元二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合實驗結(jié)果Tab.2　Experimental results of ternary quadratic orthogonal experiment

2.3結(jié)果分析

利用Design-Expert 8.05對表2的實驗設(shè)計方案和分層時間（Y）進(jìn)行三元二次回歸分析，得到擬合回歸方程（1）和方差分析，見表3。

從表3中可以看出，在顯著水平為0.01 的條件下，通過方差分析求出分層時間擬合的模型Prob > F小于0.000 1，模型擬合極為顯著；失擬的Prob > F為0.051 6，失擬不顯著，說明模型成立。表3中因素A，B，C，AB，BC，A2，B2，C2的Prob > F小于0.05，說明對分層時間曲面影響極為顯著，AC為顯著。

表3　方差分析Tab.3　Variance analysis

將實施方案帶入回歸方程，得到分散劑添加量與分層時間（Y）的關(guān)系：

2.4模型分析

方程式（2）Y為分層時間，是木質(zhì)素磺酸鈉添加量（X1）、MA-AM-MMA添加量（X2）和水玻璃添加量（X3）的三元二次函數(shù)。

從方程式（2）中可以看出，在MA-AM-MMA的添加量（X2）和水玻璃添加量（X3）不變的條件下，增加木質(zhì)素磺酸鈉的添加量（X1），分層時間逐漸增加，緩慢增加后略有下降?？赡苁窃谳^高濃度下，分散劑之間產(chǎn)生負(fù)協(xié)同效應(yīng)，相互抑制占主要因素，導(dǎo)致分層時間有所下降。從方程式（2）因素的各系數(shù)可以看出，3種分散劑添加量與分層時間具有相同趨勢。說明木質(zhì)素磺酸鈉、水玻璃和MA-AM-MMA同時添加會產(chǎn)生負(fù)協(xié)同效應(yīng)，降低藥劑的分散性能，分散劑在高濃度時，負(fù)協(xié)同效應(yīng)更為明顯[4]。

2.5優(yōu)化分析

通過Design-Expert 8.05軟件中的數(shù)據(jù)優(yōu)化程序求得當(dāng)分層時間為最大值時，3種分散劑的最佳配比。分層時間最大不超過29min，對應(yīng)木質(zhì)素磺酸鈉的添加量在0.24%~0.32%之間，MA-AM-MMA添加量在0.32%~0.50%之間，水玻璃添加量在0.31% ~0.40%之間，3者之和在0.98%~1.14%。3種分散劑配合使用，比木質(zhì)素磺酸鈉和MA-AM-MMA單獨使用效果好，比水玻璃單獨使用的效果差。

3　結(jié)論與建議

3.1結(jié)論

（1）所選擇的3種分散劑單獨使用均有較好的分散料漿效果，較小添加量就能夠?qū)⒘蠞{分散懸浮在水中一定時間。水玻璃分散性能最好，木質(zhì)素磺酸鈉次之，MA-AM-MMA最差。

（2）采用三元二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合實驗得到了分散劑添加量與料漿分層時間的數(shù)學(xué)模型，模型分析發(fā)現(xiàn)分散劑同時添加會產(chǎn)生負(fù)協(xié)同效應(yīng)，降低藥劑的分散性能。

3.2建議

實驗選用的3種分散劑復(fù)配使用有負(fù)協(xié)同效應(yīng)，為了解決該問題，應(yīng)該選擇負(fù)協(xié)同效應(yīng)小或者正協(xié)同效應(yīng)的分散劑，減少分散劑的使用量，減小由于分散劑添加對延期藥精度等品質(zhì)指標(biāo)的影響。

[1] 曹文俊,雷京榮.延期藥水混生產(chǎn)方法:中國,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

何愛江（1975-），男，副教授，從事化工研究教學(xué)工作。