精细化学品配方

• 金属清洗剂，组分中要求有溶剂、除锈 剂、缓蚀剂等。 • 化妆品中常用的脂肪酸只有很少几种、 而由其复配衍生出来的商品，则是五花 八门，难以作确切的统计。 • 阿司匹林药片配制成复方阿司匹林的药 片； • 洗涤剂是由若干种不同结构的表面活性 剂及化工产品复配而成； • 染料的使用必需加入各种助剂。
(2) 配方的经济性
应有合理的价格定位。 配方研究和剂型加工应在保证性能 质量的前提下，采用低值高效的原则也 是配方研究与设计的一项重要任务。
(3) 配方生产工艺的可行性
应考虑其工艺可行性，在工艺上力求 简单、可行、高效、节能、稳定，又能满 足工艺的最优化。
3. 配方实施的步骤
①收集相应的配方资料，包括原材料和各种 助剂的性能、作用、使用情况，国内外的配 方专利和实例，现有产品存在的问题，配方 结构，生产工艺等信息。
1 亲电子基强弱次序：
－SO3H＞－COOH＞－C6H4OH＞＝CHCN ＞=CHNO2＞ －CH2Cl ＞ ＝CHCl
2 亲核基强弱次序：
－CH2NH2＞－C6H4NH2＞－CON(CH3) 2＞－ CONH－＞－CH2COCH2－＞－CH2OC OCH2－ ＞－CH2OCH2 －
例如
硝酸纤维素含有亲电子基团，可溶于有 亲核基团的丙酮中； 尼龙－66含有强的给电子基团，可溶于 含有强的亲电子基团的甲酸中。
2.2.3 配方研究的一般方法
2.2.3.1 精细化学品wenku.baidu.com一般生产方法
按照精细化学品的习惯划分范围，精细化 学品的生产方法应有两方面的内容，一方面是 精细化学品的合成分离技术，另一方面则是以 满足性能要求的合成化学品为原料，运用复配 增效技术，加入适当的助剂，制成满足用户要 求的各种功能性化学品，即精细化学品配方技 术。
• 晶态聚合物由于排列规整，堆砌紧密，分子 间作用力很强，因此比非晶态聚合物的溶解 更为困难。
• 极性晶态聚合物由于和溶剂分子间的极化作 用，导致溶解活化能降低，有时在室温就可 溶于极性试剂。 • 非极性晶态聚合物，需要升高温度，甚至在 熔点附近，才能逐渐溶解。因此，结晶聚合 物的溶解除与相对分子质量有关，还与极性 有关。

混

1

1 2
2
i
n 1 i
2.2.2 表面活性剂的性能与应用原理
表面活性剂具有亲水、亲油的性质，能起 乳化、分散、增溶、润湿、发泡、消泡、保湿、 润滑、洗涤、杀菌、柔软、抗静电、防腐蚀等 一系列作用。 在精细化学品的配方和剂型加工中可利用 表面活性剂的这些特性，进行对某些组分的乳 化、分散、润湿、发泡、洗涤等。所以，掌握 表面活性剂的特性和作用以及表面活性剂与其 他组分间的作用和复配规律，对配方研究人员 是必需的。
第二章 精细化学品的配方技术
• • • • 第一节 第二节 第三节 第四节 配方研究的重要性 配方技术的基础理论 精细化学品的剂型加工 精细化学品的配方解析
第一节 配方研究的重要性
• 精细化学品的生产主要有两种技术，其 一是先进的合成、分离技术，其二是复 配技术。 • 例如 • 化纤助剂一般都是多组分的复配产品， 其成分以润滑油及表面活性剂为主，配 以抗静电剂等助剂，有时配方中会涉及 到十多种组分。
• 有时为了使用户方便及安全，也可将单一 产品加工成复合组分商品。 • 如液体染料就是为了使印染工业避免粉尘 污染环境及便于自动化计量而提出的，它 们的组分要用到分散剂、防沉淀剂、防冻 剂、防腐剂等。 • 即使是一些非精细化工产品，例如塑料在 制成塑料制品时，也决不是单一的。 • 聚氯乙烯对热及光都不稳定，会分解放出 氯化氢，当加入环氧大豆油后就可吸收游 离基引发剂及分解出的氯化氢，这样就可 使复配后的聚氯乙烯提高应用性能。
11、配方研究人员的任务是什么？ 12、怎样利用溶解度参数判断两种物质能否相互溶解？ 13、剂型加工的目的和作用是什么？ 14、粉剂精细化学品中填充剂起什么作用？ 15、微胶囊的特点是什么？ 16、什么叫气雾剂？ 17、气雾剂有哪些特点？ 18、气雾剂分成哪几类？ 19、气雾剂配方设计中应考虑哪些因素？ 20、气雾剂的灌装方法有哪些？ 21、什么叫分散体状剂型？ 22、膏剂的基质分为哪几类？ 23、解析样品时应采取哪些步骤？
Cl C
H
O
若将它们互换，聚氯乙烯对二氯甲烷，两者 均为亲电剂，聚碳酸酯和环己酮，两者均为亲核 剂，不能形成类似氢键那样的分子间力，因而不 能相互溶解。
2.2.1.4 混合溶剂原则
选挥溶剂，除了使用单一溶剂，还可使用 混合溶剂。 有时两种溶剂单独都不能溶解的聚合物， 如将两种溶剂按一定比例混合起来，就能使同 一聚合物溶解。混合溶剂具有协同效应和综合 效果，有时比用单一溶剂更好，可作为选择溶 剂的一种方法。
④ 原材料的用量与产品性能、工艺间 的联系。 ⑤ 原材料的价格。在不影响产品质量 的前提下尽量降低成本。
(3) 对生产工艺与条件的掌握
① 现有生产工艺条件。 ② 生产设备的性能，操作的现实性。
2．配方设计的基本原则
(1) 配方的适用性
应有明确的产品功能要求和质量目标， 配方中各组分间的配伍性和协同性要好，不 能使其主要组分或高成本原料的性能削弱。 配方应符合系统工程的思想，应适应产 品的统一功能、质量目标。从而使各组分间 达到最佳组合，使产品总体功能最佳。
2.2.1.1 极性相似原则
• 聚合物与溶剂的化学结构和极性相似时，两 者可以互相溶解——相似相溶原则。 • 例如： • 弱极性的聚苯乙烯溶于苯或甲苯中。 • 强极性的丙烯酸，可溶解于二甲基甲酰胺中。 • 聚乙烯醇易溶于水或乙醇。 • 中等极性的聚甲基丙烯酸甲酯可溶解于氯仿、 丙酮。
2.2.1.2 溶解度参数原则
• 配方研究人员的任务是根据某项具体的应 用要求，以企业生产的某一种化工产品为 科研对象，通过大量筛选式的复配试验， 确定需要加入的助剂或添加剂的种类及数 量、最佳应用工艺等。 • 我国的精细化学品不仅品种、数量少，而 且质量差。 • 发达国家产品数量与商品数量之比为1： 20。我国目前仅为1：1.5。 • 关键的原因之一是复配增效技术落后。
设计时，聚合物与辅助组分间的溶解度参 数应尽可能相近，才能获得分子水平分散的热 力学稳定体系。这是配方设计的基本原则之一。
5. 配方研究中常用的实验设计方法
配方研究中常用的实验方法有单因素优选法、 多因素变换优选法、平均试验法以及正交试验法。 正交试验设计是当指标、因子、水平都确定后， 进行安排试验的一种数学方法。它主要解决以下三 方面的问题： ①分析因子(配方组分，工艺条件等)与指标的关 系，即当因子变化时，指标怎样变化，找出规律， 指导配方生产。 ②分析因子影响指标的主次。找出哪个因子是 主要因素、哪个是次要因素。即分析哪个因子是影 响指标的主要因素，是生产中的关键。
溶解度参数相近者相溶。 溶解度参数定义：内聚能密度的平方根。
(E V )
1 2
内聚能密度的物理意义：将1cm3 的液体或 固体中的分子固定在一起所需的能量。 根据热力学原理，溶质和溶剂互相混溶时， 自由能要减少： G= H — T S<0 H=V1 2(1—2）2
•对于非极性高分子材料或极性不很强的 高分子材料：
配方的功能优化设计系指主功能优化、 其他功能满足要求的配方设计。
其设计过程是，首先将主功能作为设 计的目标函数，然后进行配方设计、按照 化学反应、功能互补或酸碱作用原则来选 择原料，最后进行配方优化设计，以主功 能作为评价标准；进行配方试验、性能测 试，确定最优配方。
(2) 配方的稳定性设计
配方体系一般由基料、辅助成分及填料等 多种材料构成。 在一定条件下，各组分之间互相扩散、互 相溶解，从而获得良好的稳定性、优良的性能 和较长的使用寿命。 体系的稳定性设计，就是体系必须符合热 力学条件。
原材料 或单体
精细化学 品的合成
产品 分离
合成精细 化学品
生产工艺知识
产品性能测试
主要成分 的合成
配方设计 +添加剂
配方 优化
复配精细 化学品
产品性能要求 配方设计 优化实验技术
2.2.3.2 配方研究一般方法
目的
就是寻找各种组分间的最佳组 合和配比，从而使产品性能、产品成本、 生产工艺可行性三方面取得最优的综合 平衡。
① 充分了解产品规格规定的各项性能指 标。 ② 了解产品的使用环境及其使用中可能 会出现的问题。
③ 了解市场信息，了解消费者的兴趣、 爱好、趋势，从而引导消费。
(2) 对原材料特征的了解
① 原材料的作用与性质。
② 原材料之间的近似性、相容性、协 同作用等使其达到最佳增效效果。 ③ 原材料的质量及其检验。
复配技术的研究将成为 我国精细化工工业发展 的决定性因素，也将成 为企业产品走向市场成 功的决定性因素，因而 需要大力加强研究。
第二节 配方技术的基础理论
2.2.1 物质间的溶解与共混规律 2.2.2 表面活性剂的性能与应用原理 2.2.3 配方研究的一般方法
2.2.1 物质间的溶解与共混规律
②拟定与工艺相适应的产品基本配方和相应 的各组分变量范围。 ③对基本配方的主要组分进行配方优化，进 行变量实验，采用优选法和正交试验法等科 学实验手段，结合产品的最终性能检测结果， 进行配方组分和用量的调整。
④确定小试配方。经过对基本配方调 整和系列变量因素，找出最佳配方 组成，然后确定一个或几个符合产 品性能要求、工艺简单、经济上合 理的小试配方，进行重复实验验证， 做进一步的评价。
③寻找好的配方组合或工艺条件。这 是配方研究与设计中最需要的结果。 常用的正交试验表有：
基本方法
依据科学理论，借鉴前人 或国外的技术经验，用现代测试手段， 进行配方设计与研究。
1．配方设计的前提
一种新精细化学品的开发，在 配方设计之前，必须对构成产品的 原材料、产品要求达到的功能和生 产工艺的现实性等充分地了解和掌 握，才能使产品的性能，成本、工 艺达到最优的综合平衡。
(1) 对产品性能要求的了解
聚合物的相对分子质量大，大分子 的形状有线型、支化相交联的不同，高 分子的聚集态又有晶态、非晶态、取向 态和混晶态之分。 所以聚合物的溶解要比低分子的溶 解复杂得多。低分子如乙醇溶于水，其 溶解非常迅速，而聚合物的溶解则是一 个十分缓慢的过程。
• 对于线型和支链型非晶态聚合物， 一般可以分为溶胀和溶解两种类型。 • 溶胀 溶剂分子扩散渗透到聚合物内 部，使其体积膨胀。 • 溶解 大分子向溶剂中均匀分散。 • 对于交联或体型的聚合物，由于交 联结点的束缚，只能溶胀，不能溶 解，深度交联聚合物则呈不溶不熔 的性质。
以
1 2 2
作为划分标准
将溶解性能分为三级， ＜1.7 可溶 ＞2.5 不溶 =1.7~2.5 有条件的溶解
2.2.1.3 溶剂化原则
溶剂化作用是指溶剂－溶质间的作用力大 于溶质－溶质间作用力时，溶质将发生溶解的 原则。 一般来说，含有亲电子基的高分子易和含 有亲核基的溶剂相互作用而发生溶解，反之亦 然。
例如：
聚碳酸酯 =9.5 聚氯乙烯 =9.7
氯
仿
=9.3
=9.9
二氯甲烷
四氢呋喃
=9.7
=9.1
环 己 酮
氯仿、二氯甲烷只是聚碳酸酯的良溶剂
环己酮、四氢呋喃只是聚氯乙烯的良溶剂
聚氯乙烯为弱亲电剂，聚碳酸酯为弱亲核剂。它 们与其相应的良溶剂之间存在着类似的氢键分子间作 用力：
Cl Cl C H H O C O
第二章 思考题
1、什么叫溶解度参数？ 2、为什么溶解度参数相近的物质能够相互溶解？ 3、 什么叫溶剂化原则？ 4、 研究配方的目的是什么？ 5、 配方设计的前提是什么？ 6 、简述配方设计的基本原则？ 7 、简述配方实施的步骤？ 8、精细化学品的剂型如何分类 ？ 9、 精细化学品常用剂型有那些？ 10、采用复配技术推出的产品具有什么样的功能？
⑤中试考核、小批生产、固定配方， 向大批量生产推广。
4. 配方设计的主要内容
产品配方是一个复杂体系，除 了基本组分外，还有其他组分，某 些组分间的作用可能是互相削弱的， 且共处于体系之中。在配方设计中， 必须进行科学的综合权衡，以求配 方热力学上稳定、主功能最优、其 他功能全面满足设计的要求。
(1) 配方的功能优化设计