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硅酸镁铝在水剂型农药制剂中的应用-指导书
 
 
     硅酸镁铝具有片层状纳米结构,在水中分散形成稳定的胶体,具有良好的悬浮性、化学稳定性、动力学稳定性、触变性、增稠性、粘接性环境友好特性,是农药水基性制剂的优良助剂,可以作为助悬剂、增稠剂、粘接剂胶体稳定剂,广泛应用于水悬剂、水分散粒剂、乳粒剂、泡腾粒剂、可分散片剂、泡腾片剂、可分散液剂、糊剂、浓胶(膏)剂、种子处理可分散粉剂、种子处理悬浮剂、悬浮种衣剂的制备,有助于提高环保型农药制剂的悬浮性、水分散性和储存稳定性。
    不同种类的水基性农药制剂,对硅酸镁铝的性能要求有不同的侧重面,本公司提供不同规格的硅酸镁铝以满足相应的需求,具体选择方案请参考不同应用环境所对应的不同规格硅酸铝的选择规则,详见图(1)。

图(1)、不同规格硅酸镁铝的选择规则
 
问:可湿粉性粉剂是不是可以转换成水悬剂
答:几乎所有可行性粉剂的原药均可以加工成水悬剂,并且杀虫效果比可湿性粉剂好。(可以参考:李伟雄 农药剂型悬浮剂及其应用前景 广东农业科学2007 年第6 期)
 
问:硅酸镁铝作为助悬剂、增稠剂、粘接剂胶体稳定剂,在制备水剂性农药制剂中,适宜与其配伍的表面活性剂是哪些?
答:理论上讲,几乎所有表面活性剂均可以与硅酸镁铝配伍,可以是非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂及其组合物。
考虑到农药制剂使用过程中,应该避免大量泡沫产生,由此以采用非离子型表面活性剂为上策;如OP(壬基酚聚氧乙烯醚)、吐温、有机硅聚氧乙烯醚及其组合物等。
 
问:与多有机的分散剂相比,硅酸镁铝的优势是什么?
答:a.硅酸镁铝属于无机助剂,添加后不会与原药及其他添加剂发生任何化学反应,不影响药效或者降低其他添加剂的功能;
    b.
有机增稠剂的粘度随环境温度变化的影响很大,硅酸镁铝分散体系的粘度随环境温度变化的影响很小,当体系达到目标粘度后数值不再发生明显变化,处于动力学稳定的胶体状态,有利于提高产品储运的稳定性;
    c.与有机分散剂、增稠剂复配,有协同效应,并可以节省成本;
    d.属于环境友好型添加剂,不增加环境负担。
 
问:上述硅酸镁铝产品与普通的膨润土或改性膨润土有何不同?
答:上述硅酸镁铝产品是从天然膨润土中提取、精制、改性制成的,依据自有知识产权(专利技术ZL 200410070459.5)从膨润土改性的技术和工艺着手,提高钠基膨润土的粘度和蒙脱石的解理程度,有效地降低石英和方石英的含量脱除透闪石,有效去除重金属等金属氧化物以提高硅酸镁铝的品质,从而提高改性膨润土的综合指标,其水分散体具有良好的悬浮性、胶体稳定性、耐硬水性能和适宜的粘度范围,部分产品已经进入国际高端产品市场。
 
 

2、硅酸镁铝(Science Brook)的微观形貌
 
    硅酸镁铝的解理程度,决定其水化性能、悬浮性能、胶体稳定性。 Science Brook 系列的硅酸镁铝无机凝胶,一次颗粒呈不规则片状,D50粒径约0.12mm,片厚约520nm,解理充分,粒度极细,如图2所示。
 
普通膨润土和一般改性膨润土:
    天然膨润土是一种以蒙脱石为主要矿物的粘土,是一种二维平面层状结构的硅铝酸盐,它分别由两层硅氧四面体片和一层夹于其间的铝氧(羟基)八面体片层构成。不考虑晶格中Al3+ 和Si4+ 被其它离子置换时,其一般结构式为: Al2O3∙4SiO2∙nH2O,(n>2);属2∶1 型层状结构;在两个相邻的硅氧四面体层片之间,是通过氢键和极性作用,结合力较弱,由于水分子和其他极性分子进入晶体层之间,引起晶体沿c轴膨胀 (宏观上表现为吸水后体积膨胀,这是膨润土名称的由来),易于产生层状解理。
蒙脱石的离子交换力很强,晶格中四面体层的Si4+小部分被Al3+  置换,八面体层中的Al3+  常被Mg2+、Fe3+ 、Zn2+ 、Li + 等置换。这样使晶格中电价不平衡,促使晶层之间吸附阳离子,如Ca2+ 、Na+等。由于吸附离子,晶层之间的距离增加,更易吸收水分子而膨胀,这些离子被置换时,又增强了蒙脱石的阳离子交换能力。如图(3)所示:

3、硅酸镁铝的层状结构示意图
 
以Mg2置换部分八面体层中的Al3,并在层间吸附Na+和水分子的蒙脱石为例,所形成的结构可以描述为:
 
Nax (H2O)4{ (Al2-xMgx) (Si4O10) (OH) 2}
 
自然界出产的天然膨润土,依其层间吸附的阳离子是以钠离子为主体或钙离子为主体,可以大体分为钠基膨润土和钙基膨润土,天然钠基膨润土的资源量远小于钙基膨润土,主要以钙基膨润土为主,即使是钠基膨润土,也是属于与钙基混合型的。钠基膨润土比钙基膨润土具有更优越的分散和悬浮性能。但是,在天然膨润土中,除了蒙脱石以外,还含有碳酸盐、硅酸盐、金属氧化物、晶体二氧化硅、透闪石等杂质成分,影响膨润土的综合性能。其中石英和方石英(疑似致癌物)的含量偏高、含有透闪石(强致癌物质,是鹿特丹公约和世界卫生组织要求严格控制的有害物质,在产品中的含量必须控制在XRD不得捡出的低含量范围。),并且重金属含量(PbCdCr)也偏高,一般的改性方法难以降低这些有害物质的含量。
 
问:硅酸镁铝作为助悬剂、胶体稳定剂的作用机理是什么?
答:硅酸镁铝具有片层状纳米结构,易于水化解离成片状纳米颗粒的分散体系,形成三维结构的胶体,如图(4)所示。
 

图(4)、硅酸镁铝胶体悬浮体系中三维结构示意图
 
其中固体颗粒、液体颗粒代表需要分散在悬浮体系中的非水溶性原药微细颗粒,片状粒子代表硅酸镁铝水化后形成的胶体颗粒。
体系的高屈服值可以使得颗粒、液滴、盐类或有机物的乳化或者悬浮体系处于动力学稳定状态,其悬浮稳定性几乎不受温度的影响,可以有效分散上述微粒并可防止已悬浮的物质再次发生聚结、析水、硬化等不良反应。
产品分散体系属假塑性流体,具有触变性,即当体系处于稳定的凝胶状态时,提供适当能量,比如搅拌、摇动、挤压等操作体系即可再次获得一定流动性,且该触变过程是可以反复的,故可以方便地进行倾倒、泵吸、喷洒等操作,参见图(5)
图(5)、硅酸镁铝胶体体系的触变性
 
 
问:在水剂性农药制剂中,硅酸镁铝作为助悬剂、胶体稳定剂、粘接剂、增稠剂等助剂时,耐硬水特性是不是很重要答:在水剂性农药制剂中,硅酸镁铝作为助剂,除了悬浮性、稳定性、粘度和增稠效果之外,耐硬水性能十分重要!
所有水剂性农药制剂在使用时,不可能对使用环境的水质提出要求,农业用水水质差别很大,尤其不同地域、甚至同一地区不同水源的水质硬度均有很大差异。
    一般无机胶体均有盐析效应,尤其是遇到高价阳离子,对无机胶体的盐析作用更为明显。
硅酸镁铝、改性膨润土、或无机凝胶等均属于无机胶体;如果在硬水体系中发生盐析作用,则会影响农药有效成份的分散,甚至被包夹在表面水化的颗粒中无法分散或释放,从而导致药效严重下降!
因此,作为水剂性农药制剂的助剂的硅酸镁铝、改性膨润土、无极凝胶等产品,必须具有良好的耐硬水性能。
 
问:硅酸镁铝与有机增稠剂如何复配?
答:产品与有机增稠剂的复配方法如下:
 
建议开始比率:
有机增稠剂                 推荐:重量比范围(Science Brook系列)   所需混合程序
对有机增稠剂 
 
聚丙烯酸酯
 
聚丙烯酸酯                 5:1-1:1                                 A
聚丙烯酸钠                 5:1-1:1                                 B
 
聚多元醇
 
聚乙烯醇                   5:1-1:1                                A, C
聚乙二醇                   5:1-1:1                                A, C
聚环氧乙烷                 5:1-1:1                                A, C
聚环氧丙烷                 5:1-1:1                                A, C
 
纤维素
 
羧甲基纤维素钠             10:1-1:1                               B
羟乙基纤维素                5:1-1:1                               A, C
羟丙基纤维素                5:1-1:1                               A, C
羟丙甲基纤维素              5:1-1:1                               A, C
甲基纤维素                  5:1-1:1                               A, C
 
天然胶料
 
黄原胶                    10:1-1:1                                C
海藻酸钠                  5:1-2:1                                 B
阿拉伯胶                  5:1-2:1                                 C
A在加入其他组分前,将硅酸镁铝凝胶产品和有机增稠剂分别以较高的浓度,配制成溶胶,然后在不断搅拌下,按比例混合均匀。
B在加入其他组分前,可以在不断搅拌下,将硅酸镁铝凝胶产品和有机增稠剂同时加入到水中,配制悬浮液或溶胶体系。
C在加入其他组分前,将硅酸镁铝凝胶产品在热水中制成溶胶,然后在不断搅拌下,将有机增稠剂加入溶胶中,继续搅拌,直至形成均匀的胶体。
 
 
 
 

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