一种生产种衣剂的方法 【技术领域】
本发明涉及一种生产种衣剂的方法。
背景技术
种衣剂是由农药原药(杀虫剂、杀菌剂等)、肥料、生长调节剂、成膜剂及配套助剂经特定工艺流程加工制成的，可直接或经稀释后包覆于种子表面，形成具有一定强度和通透性的保护层膜的农药制剂。种衣剂和用于浸种或拌种的农药乳剂、粉剂相比具有突出的优点，一般常规拌种药剂处理种子时附着性差，脱落率高，靶标施药效能低，既影响药效又污染环境，对人畜也不安全；浸种或闷种仅仅是播种前种子带菌消毒的植保措施，加之浸种或闷种后只能立即播种，不能贮藏，所以不符合良种标准化的要求。
种衣剂产品其组成主要包括两大类物质：活性组分和非活性组分。其中，活性组分包括农药(杀虫剂，杀菌剂，杀线虫剂，植物生长调节剂等)及微量元素等，是种衣剂的有效成分；非活性组分包括成膜剂及其他一些配套的助剂(如润湿剂，分散剂，乳化剂，渗透剂等)，是形成种衣剂稳定剂型、充分发挥其有效成分作用的基础。种衣剂的成型原理主要是根据胶体稳定原理和界面活性物质以及高分子聚合物的乳化、悬浮、成膜特点，利用高分子聚合物胶体分散剂的疏水基和羧基的离解平衡而形成的以水为载体的胶体分散系，将杀菌剂、杀虫剂等农药原药及植物生长调节剂、微量元素等有效组分经超微研磨地料浆分散在水中，再用成膜剂及其它配套助剂进行产品调制而成。
种衣剂用于良种包衣可以实现种子消毒和预防保健，有效地防止病虫害随种子的调运、推广形成大面积的扩散和跨地区传播，提高播种品质，省种、省药、省工；药肥内吸传导和缓慢释放，延长持效期，综合防治作物种传、土传病害和苗期主要病虫鼠雀害；地下隐蔽施药，靶标性强，减少农药公害，保护天敌；促进种子萌发和幼苗生长，增强种苗抗逆性，保产增产效果显著，实现经济、社会和生态效益的同步增长。
目前，种衣剂已成为我国农药工业中发展最快的一个分支，但作为一个新型的制剂，种衣剂产业中还存在着一些亟待解决的相关技术问题，一方面，现有的种衣剂生产工艺设备选型落后，产品粒径不符合剂型要求，直接影响了种衣剂样品的其它相关技术指标：筛析(过44μm)筛、悬浮率、包衣均匀度、脱落率等，导致产品检测综合性能较差，产品久置分层沉淀严重，回罐率和退货率提高及产品使用过程中均一性、流动性差，堵塞包衣机械管道、损坏喷头等问题。另一方面，由于生产工艺中采用间歇式生产和人工负压吸料，生产周期长，人为不可控因素较多，批次间稳定性较差，并对操作人员和环境造成一定污染。
发明创造内容
本发明的目的是提供一种效率高、无污染的生产种衣剂的方法。
本发明所提供的生产种衣剂的方法，是在封闭条件下对原料进行预混、乳化粉碎，超微研磨、均质和调制，得到种衣剂。
所述预混在混合釜中进行，所述混合釜的输入端通过管道连接于水计量槽，所述混合釜的输出端通过管道连接于浓浆泵的输入端，所述浓浆泵的输出端通过管道连接于料浆储槽的输入端。
所述乳化粉碎在乳化粉碎机中进行，所述乳化粉碎机的输入端通过管道连接于所述料浆储槽的输出端，所述乳化粉碎机的输出端通过管道连接于初磨料浆储罐的输入端。进行乳化粉碎时，所述乳化粉碎机的进料阀门开启3/8，研磨时间为45min-60min，优选为45min。
在实际生产中，可根据生产规模选用1至数台的混合釜或乳化粉碎机。
所述超微研磨在砂磨机中进行，所述砂磨机的输入端通过管道连接于所述初磨料浆储罐的输出端；所述砂磨机的输出端通过管道连接于细磨料浆储罐的输入端，所述细磨料浆储罐的输出端连接于浓浆泵的输入端。在实际应用中，所述砂磨机3台串联为一组，所需组数取决于生产规模。在实际操作中，上述每台砂磨机中需加入所述砂磨机筒体容积的80-90％的直径为0.8-1.2mm玻璃微珠，所述玻璃微珠也可用耐磨损的氧化锆珠来代替。上述每台砂磨机的分散轴转速可为700-1100r/min，优选为900r/min。
所述均质在均质机中进行，所述均质机的输入端通过管道连接于所述浓浆泵的输出端，所述均质机的输出端通过管道连接于调制釜的输入端。
所述调制在调制釜中进行，料浆在60-80r/min的搅拌速度下，于30-35℃调制30-40min即可进行包装。其中，所加入的成膜剂需在45-55℃预热30min，所述成膜剂的预热可在成膜剂保温釜中进行，预热过程中，可以80-88r/min的速度搅拌。
本发明的方法中所用的主要设备如下：
1)乳化粉碎机
为了提高生产效率、缩短生产时间，在研磨前设置乳化粉碎初磨工序。乳化粉碎机是流动物料精细化研磨主要机械，通过不同几何形状的定子与转子在高速旋转下的相对运动，被加工物料通过定子与转子之间狭窄间隙中形成的紊流时受到高速切割、离心挤压、撞击、高频震动、漩涡和研磨等复合力作用，物料被有效地分散、破碎、乳化、均匀混合，通过物料的均质连续粉碎，从而达到初磨精细化的目的，综合了均质机、球体研磨机、搅拌机、磨浆机有胶体磨等多种机械性能。主机部分采用不锈钢材料，密封采用双端面机械密封。该设备无研磨介质，具有结构简单、体积小、重量轻、噪声低和运转平稳等优点。
2)砂磨机
经乳化粉碎机初磨好的料浆在不断搅拌状态下进入砂磨机开始超微研磨。超微研磨采用3台砂磨机串联的方式。研磨机的工作原理是利用泵电机带动钢球无级变速器驱动进料泵将物料送入分散筒体内，物料在筒体内与加入的研磨介质被高速转动的分散盘强烈搅动而逐渐研磨分散，分散盘的运动是由主电机经皮带轮带动而实现的，转速设计为可调速机构，研磨后的物料在筒体内压力作用下经动态分散器或筛网分离后流出，研磨分散中产生的热量由冷却水经筒体夹套螺旋形冷却装置降温，使物料温度满足生产工艺的需要，设备上装有压力和温度的监控仪表，可确保设备安全运行。物料得到超微研磨，比乳化粉碎机效率更高，料浆经3台砂磨机串联研磨后，经多批次取样检测粒径达1-5微米，平均粒径为2-4微米。
3)均质机
超微磨后的料浆中加入一定量的悬浮剂、警戒色等助剂，经均质机均质后有利于改善产品的均一稳定性。均质机作用原理是通过三柱塞往复泵将被加工物料以高压形式送至均质阀，使物料流经阀盘与阀座微小间隙的瞬间受到湍流、空化、剪切等复合力的作用，达到均质、乳化的目的。
4)产品调制釜
选用搪瓷釜作为产品调制釜，搪瓷衬里以免碳钢生锈影响产品质量。1000立升容积可容纳3台砂磨机串联的两批料浆，一次调制，质量稳定。
5)成膜剂保温釜
成膜剂是种衣剂关键助剂，成膜剂需要用夹套搪瓷釜保温，釜内温度为45-55℃，并有搅拌，转速为80-88r/min，使其上下均匀一致。
本发明为悬浮种衣剂的生产提供了一种封闭全湿法复合动态研磨体系，即从投料预混、经逐级初磨、细磨、均质各步骤后到进入包装容器的全过程中，料浆均在罐体、管道中进行，属典型的密闭生产工艺，生产过程无粉尘、无废水、废气、废渣等排除和外泄；取代目前应用的预混→胶体磨→砂磨釜(真空泵)→调制→包装种衣剂生产工艺；改变第一代种衣剂生产工艺的间歇式湿法研磨为动态连续式研磨。
在本发明设备选型中，湿法乳化粉碎机、卧式砂磨机和均质机的引入及研磨介质氧化锆珠的选用，提高了研磨效率，缩短生产周期2/3，第一代种衣剂生产工艺生产1吨产品平均需要6-8小时时间，产品平均粒径为4-6μm，全封闭动态式生产工艺生产1吨产品需要2-3小时，产品平均粒径为2-4μm，提高了生产效率和产品悬浮率等相关指标；本发明的工艺减少了操作平台，取消了砂磨釜人工负压吸料等手动操作环节，避免了对毒性较高的克百威等农药进行负压吸料时造成人员中毒现象，利于生产和劳动保护，并提高了生产过程中产品批次间的稳定性，避免了手动操作带来的误差；本发明的工艺在辽宁三征北农种衣剂厂，宁夏中天技术创新工程有限公司进行了水稻、花生、大豆、玉米种衣剂系列产品的中试生产，结果表明经440或380小时试车生产，设备运转正常，产品产量、质量均达到设计要求，建立的废水处理循环再生系统可将生产循环水、冲刷罐体、地板等废水回收利用，实现了无污染、节水型、环保化生产，整套工艺生产自动化程度强，生产效力高，研磨效果好，生产过程无粉尘、无废水、废气、废渣等排除和外泄。
本发明为我国种衣剂产品质量的改善提供了硬件条件，使种衣剂产品悬浮性、稳定性等理化性状得到改善，将在种衣剂老厂点的改造和新厂点的建设中发挥积极的作用，更将配套国家种子工程，从总体上加速全国良种包衣技术应用进程，为我国种子工程中的重点一良种包衣技术的推广提供技术和物质保障。
【具体实施方式】
实施例1、乳化粉碎机初磨终点确定
本实施例选用上海市化工装备研究所生产的GFS 120乳化粉碎机，主要技术参数如下：
物料湿磨前最大粒径≤1毫米
物料加工粒径(单循环或多循环)：2微米-20微米
电机：11KW
搅拌速度：2930RMP
线速度：18M/S
生产能力：2000L-12000L/H。
将乳化粉碎机的进料阀门全开或开启二分之一或八分之三后，将混合料浆按一定速度放料到乳化粉碎机中，进行初磨，反复数次，研磨期间检测料浆粒径，待物料细度平均达到8-10μm时，可引入高位计量槽中，做临时贮存。以20％克福玉米种衣剂为例进行试验，从研磨0min起，每15min取样一次，分别测定≤4微米和≤2微米粒子的百分率，测定结果如表1所示，表明乳化粉碎机进料阀门开启方式为开启3/8，研磨时间为45min与60min，料浆粒径(10微米、8微米)分布近似，小于10微米的粒子达到了98％以上，确定以45min为研磨终点。通过反复检测得出，20％水稻种衣剂和30％大豆种衣剂研磨终点时间相同，即为45min。
表1.乳化粉碎机初磨终点确定情况 进料阀门 开启方式 批次 粒径 研磨时间 0min 15min 30min 45min 60min 全开 001 ≤10微米(％) 62.7 63.0 68.2 72.4 82.6 ≤8微米(％) 59.4 60.5 66.4 70.6 77.8 002 ≤10微米(％) 67.9 67.5 69.3 76.5 84.5 ≤8微米(％) 61.6 64.2 64.7 71.7 75.9 003 ≤10微米(％) 65.5 67.8 71.0 78.5 86.5 ≤8微米(％) 62.1 65.0 68.9 72.2 80.7 开启1/2 004 ≤10微米(％) 65.6 72.2 78.9 88.3 90.4 ≤8微米(％) 62.4 68.8 75.2 85.5 89.9 005 ≤10微米(％) 66.7 74.8 80.5 86.5 91.7 ≤8微米(％) 60.6 63.2 75.7 79.8 86.5 006 ≤10微米(％) 68.1 74.5 80.3 84.7 93.5 ≤8微米(％) 56.7 64.0 76.1 81.2 86.7 开启3/8 007 ≤10微米(％) 67.4 81.6 90.6 98.9 96.8 ≤8微米(％) 62.0 70.4 85.3 96.7 96.9 008 ≤10微米(％) 64.3 79.2 89.5 99.5 99.4 ≤8微米(％) 57.9 65.5 83.7 96.8 96.9 009 ≤10微米(％) 68.7 83.8 91.4 98.5 98.5 ≤8微米(％) 54.6 74.3 84.2 96.2 96.7
实施例2、砂磨机超微研磨分散轴转速确定
本实施例的砂磨机SW60-1A主要技术参数如下：
规格(mm)：2310×1150×1650
筒体容称(L)：60
主电机功率(KW)：30KW
泵电机功率：1.1KW
分散轴转速(r/min)：1100
进料能力(L/min)：3-24
冷却水耗量(t/h)：2
生产能力(kg/h)：100-1000
冷却方式：夹层水冷却
砂磨机超微研磨采用3台砂磨机串联的方式。开启砂磨机冷却水循环系统，每台砂磨机中加入浙江天台生产的直径为0.8-1.2mm玻璃珠75kg(约占砂磨机筒体容积的85％)，砂磨机分散轴转速设定为450r/min、700r/min、900r/min和1100r/imn四种；开启砂磨机进料泵和砂磨机主机，进行超微研磨，经砂磨机1研磨后的料浆通过连接管道依次进入砂磨机2、砂磨机3继续研磨。从取样口取样测定物料细度，96％以上的粒子粒径达到1-3μm时的分散轴转速为最终确定的主要技术参数。测定结果如表2所示，表明对于20％克福玉米种衣剂，砂磨机分散轴转速设定为900r/min与1100r/imn时粒径(3微米、1微米)分布近似，以900r/min为最终确定的分散轴转速。经反复试验得出，20％水稻种衣剂和30％大豆种衣剂最佳分散转速相同，即为900r/min。
表2.砂磨机分散轴转速确定情况 批次 粒径 分散轴转速 450r/min 700r/min 900r/min 1100r/min 004 ≤3微米(％) 90.7 94.6 96.6 96.4 ≤1微米(％) 81.4 81.4 87.3 85.6 005 ≤3微米(％) 87.6 93.8 98.0 98.2 ≤1微米(％) 78.5 82.2 85.7 86.0 006 ≤3微米(％) 91.3 94.5 98.4 97.5 ≤1微米(％) 80.9 85.6 86.2 86.5
实施例3、平行稳定试验
1000立升配料釜，投料量为700公斤。在实施例1的乳化粉碎机的阀门开启3/8，研磨45min及实施例2的砂磨机内装约占砂磨机筒体容积的85％的直径为0.8-1.2mm玻璃珠75kg，分散轴转速设定为900r/min条件下，分别对20％克福玉米种衣剂、20％水稻种衣剂和30％大豆种衣剂进行了平行稳定试验，物料经初磨、细磨、均质后，再按产品配方进行最终调制，最后进行物性测定，测定结果如表3所示，表明所测产品的各项技术指标符合国家行业标准要求。
表3.平行稳定试验物性测定结果 种衣剂批次 粒径 粘度 pH对种子安全性 ≤2微米 ≤4微米 玉米种衣剂 011 95.2 98.2 340 5.8 安全 012 96.5 99.4 320 6.0 安全 013 96.7 99.5 325 6.4 安全 水稻种衣剂 018 96.0 98.7 220 5.9 安全 019 95.5 98.4 235 6.1 安全 020 96.3 99.0 250 6.4 安全 大豆种衣剂 021 97.4 98.8 545 6.5 安全 022 96.6 99.2 520 6.6 安全 023 96.5 98.5 510 6.3 安全
实施例4、SW60-1型卧式砂磨机串联为一组的生产能力测定
在上述实施例1、2和3选定的工艺条件下，求取三台SW60-1型卧式砂磨机串联为一组的生产能力，包括一组砂磨机的进料能力、每小时成品量、调制时间和包装时间等。SW60-1型卧式砂磨机串联为一组的生产能力测定结果如表4所示，表明，一组砂磨机生产能力为1吨/2小时，如年生产时间以120天计算，一组砂磨机生产能力1440吨，根据生产需要可增加砂磨机台套，其它设备不变。
表4.SW60-1型卧式砂磨机串联为一组的生产能力测定 种衣剂批次 每批成品量 (公斤) 每批研磨时间 (小时) 每批投料及调 制时间(小时) 生产效率 (公斤/小时)玉米 011 种衣剂 012 013 500 1.00 2.05 163.93 500 1.15 2.00 158.73 500 1.10 2.00 161.29水稻 018 种衣剂 019 020 500 1.00 2.10 161.29 500 1.05 2.20 153.84 500 1.00 2.00 166.67大豆 021 种衣剂 022 023 500 1.05 2.20 153.85 500 1.10 2.15 153.85 500 1.05 2.15 156.25
实施例5、玻璃珠磨损量的测定
研磨体玻璃珠随研磨时间加长会受到耗损。以三个种衣剂产品各三个批次为例测试结果如表5所示，表明每吨产品耗损玻璃珠0.12-0.24公斤，每小时耗损玻璃珠0.06-0.12公斤，玻璃珠研磨到一定时间需要根据损量进行补充(一般为研磨72小时后每台砂磨机补充玻璃珠3Kg，两个月彻底换新玻璃珠)，以保证较佳的料砂比工艺条件。
表5.玻璃珠磨损量测定 种衣剂 型号 玻璃珠 (公斤) 加工成品 (公斤) 研磨时间 (小时) 玻璃珠 磨损量 玻璃珠磨损 Kg/T Kg/Hr 玉米 种衣剂 225 225 225 500 500 500 1.00 1.05 1.00 0.12 0.08 0.09 0.24 0.16 0.18 0.12 0.08 0.09 水稻 种衣剂 225 225 225 500 500 500 1.00 1.05 1.00 0.10 0.08 0.06 0.20 0.16 0.12 0.10 0.08 0.06 大豆 种衣剂 225 225 225 500 500 500 1.05 1.00 1.00 0.09 0.07 0.08 0.18 0.14 0.16 0.09 0.07 0.08
实施例6、制备种衣剂
1)预混、乳化粉碎
按照不同产品配方要求，用水计量槽加入五分之二水量至BFK-100L混合釜中，开启搅拌，加入初磨所需助剂，乙二醇、渗透剂、表面活性剂和农药有效组分，混合均匀后开启浓浆泵I-1B，将混合釜中的料浆泵入料浆储槽中(在搅拌状态下泵入物料，以免堵塞)，接通乳化粉碎机GSF-120电源及冷却水系统，打开料浆储槽球阀，乳化粉碎机的进料阀门开启八分之三，将混合料浆放料到乳化粉碎机中，进行初磨，反复数次，研磨45分钟，此时物料细度平均达到8-10μm时，引入初磨料浆储罐中，做临时贮存，待进入下道工序。
在冬天乳化剂呈凝固状态，可以将其先溶化为液体在使用。
2)砂磨机超微研磨
砂磨机超微研磨采用3台SW60-1A砂磨机串联的方式。开启砂磨机冷却水循环系统，每台砂磨机加入浙江天台生产的直径为0.8-1.2mm玻璃珠75kg(约占砂磨机筒体容积的85％)，打开初磨料浆储罐放料阀，初磨好的料浆在不断搅拌状态下进入砂磨机进料储槽，并将砂磨机1的进料管与进料储槽连接。开启砂磨机进料泵，使其正常工作。开启砂磨机主机，进行超微研磨，砂磨机分散轴转速控制在900转/分。经砂磨机1研磨后的料浆通过连接管道依次进入砂磨机2、砂磨机3继续研磨。由砂磨机取样口取样测定物料细度，平均达到1-3μm时，引入储料罐中，做临到贮存。
3)产品均质、调制
均质机的主要技术如下：
规格(mm)：1030×680×1120
最大压力(MPa)：25
流量(L/h)：1000
额定压力(Mpa)：20
电机功率(KW)：7.5
选用1000立升搪瓷釜作为产品调制釜，搪瓷衬里以免碳钢生锈影响产品质量。1000立升容积可容纳3台砂磨机串联的两批料浆，一次调制，质量稳定。产品调制釜主要技术参数如下：
规格：1200×1200(1000立升)
材质：搪瓷
电机：3KW-4P
搅拌：框式、60-65转/分
研磨合格的料浆经计量后，利用浓浆泵I-1B将其泵至均质机，开动电机，根据不同配方要求和料浆比例加入一定量的悬浮剂、警戒色等助剂。均质后料浆进入调制釜中，加入成膜剂、消泡剂，补充水量，反复调制，进行产品质量相关的主要技术指标分析测定，直到符合产品标准方能计量包装。调制时需打开调制釜的蒸汽阀门，保证料浆在30-35℃下调制20-30分钟。警戒色应提前化料备好。
其中，成膜剂是种衣剂关键助剂，成膜剂需要用夹套搪瓷釜预热，釜内温度为45-55℃，并有搅拌，转速为80-88转/分，使其上下均匀一致。
其中，产品调制工序如下：当调制釜内料浆达到一吨时就可以调制，开动搅拌，按顺序加入以下助剂：
A.黄原胶：需提前将黄原胶配成1％的束胶溶液，配制时找一个合适的容器，按比例加入部分乙二醇、黄原胶和水，充分搅拌，因黄原胶颗粒表面接触水后，呈糊状将内部包裹起来，使内部不能立即和水接触呈部分块状存在，因此应先用乙二醇将黄原胶浸润后加水，充分搅拌，保证形成良好的束胶溶液。
B.警戒色：提前把染料倒入装有乙二醇塑料桶内搅拌均匀，待完全溶化后再倒入调制釜内。
C.成膜剂：应加温到30-40℃时再倒入
D.消泡剂：为保证计量准确，加入消泡剂。
E.为保证种衣剂产品粘度稳定性，调制釜夹层应进蒸汽，罐温保持在30-35℃。
F.种衣剂pH应在5-7之间，如pH超过7应加入冰醋酸调制，如pH低于5应加入纯碱调制。
4)质检包装
质检与调制工序密切配合，加入上述各种调制助剂后，取样分析有效成分含量，动力粘度、pH值等技术指标。
计量包装：一般是数量够一吨方能进行调制，第一次计量是调制前观察高位计量贮罐的液位计所示的体积，折算为重量，调制质检后，第二次复核新增加的体积，折算最终的重量。按总重量，准备好包装桶。包装桶要求特制加厚双层盖塑料桶或小包装塑料瓶，包装后将产品按批次进库。
在上述实施例中，年产3000吨种衣剂的生产设备如表6所示，表明需大小设备共计23种，38台套。其中乳化粉碎机是物料初磨主要设备，共2台，与它配套的有水计量槽、混合釜、料浆储槽和浓浆泵；砂磨机是超微研磨关键设备，3台串联为一组，数量取决于生产规模，与它配套的有料浆储罐、浓浆泵等；均质机是种衣剂产品形成均一稳定体系的关键设备，共1台；成膜剂保温釜，与它配套的有水计量槽；产品调制釜是产品调制的主要设备，与它配套的有水计量槽、高位计量槽等。
表6、年产3000吨全封闭动态式种衣剂生产设备表 序号 设备名称 台(套) 1 2000L混合釜 2 2 乳化粉碎机 2 3 卧式砂磨机 6 4 均质机 1 5 浓浆泵 2 6 2000L调制釜 2 7 2000L成品储罐 2 8 1000L半成品储槽 3 9 2000L水计量槽 1 10 500L水计量槽 1 11 成膜剂加温釜 1 12 警戒色调制釜 1 13 0.5KW电胡芦 1 14 操作平台 2 15 2吨锅炉 1 16 配电柜 1 17 操作控制台 1 18 产品包装机 1 19 产品分装线 1 20 废水循环处理池 1 21 冷却循环水泵 2 22 工业清水泵 2 23 超速分散式搅拌反应器 1
实施例7、物料平衡及三废情况测定
以20％克福玉米种衣剂为例，投料500公斤原料，出料共496.0公斤，减少4.0公斤，系粘附在设备体系中所致，转化率为99.2％，物料基本平衡，无三废产生。其中所投500.0公斤原料的组成为：料浆，352.0公斤；防冻液，7.5公斤；警戒色，8.0公斤；成膜剂，25.0公斤；补加水，107.5公斤。