应用案例 | 以自动化技术开启高通量实验之旅

综观各类化学品市场，特种化学品行业受周期性影响较小，盈利性稳定且保持在相对较高的水平，获得市场上的支持并正持续稳步发展。

所谓特种化学品是指高端精细化工产品，通常技术含量高、产量少，并具有专门功能或最终使用性能的产品，也因此相对价值较高。这些产品广泛的用于化学品添加剂、农业化学品、粘合剂、聚合物、纺织化学品和表面活性剂等。

以 2021 年的数据显示，其全球销售额达到了 6069.6 亿美元，预计 2028 年将达到 7696 亿美元，年复合增长率（CAGR）为 3%。1

从市场规模来看，中国是特种化学品的最大消费国，占全球市场的 27%，达到 1600 亿美元2，并保持高达 7% 的年均增速。作为特种化学品市场的主要参与者，中国正从出口导向性经济转移到满足日益增长的对国内高价值下游产品的需求过程中。同时，随着竞争的加剧和成熟的产品商品化，创新必然是竞争优势的来源之一。

锐意创新

以自动化技术迎战市场需求

全球一大特种化学品和应用解决方案供应商 - 科莱恩 (Clariant) 也不例外，决意以创新的自动化技术提高实验效率，力求缩短新品的上市时间，从而获取最大的投资回报。

今天便以 Clariant 的案例带大家探讨其高通量实验之旅，看看如何轻松面对特种化学品急速的市场发展。

为了加快科学研究以应对多样化的产品组合，Clariant 在德国法兰克福-赫斯特（Frankfurt-Hoechst）设立了科莱恩创新中心 (CIC)，并构建了一个能提供中央高通量实验 (HTE) 的实验室，因此需要一个具有高容量、能力、灵活性和稳定性的技术环境来服务其广泛的研究领域，以自动化及标准化设备、专用软件工具和替代研究技术来增加实验、应用和测试的输出，致力提高开发过程的效率和生产力。

与研发相比，以自动化来进行重复的过程（如生产线）相对容易，因为它包含了一系列的静态但重复性动作，然而，研发是一个不断变化的环境，需要更流畅的解决方案。

—— Lucius Kemp

Clariant 高通量实验技术模块负责人

在考虑自动化研发方案时，科莱恩创新中心最终选择了 Chemspeed 的高通量和高输出的自动化研发平台，以加速和标准化其在护理化学品、催化剂、工程塑料与涂料领域的特种化学品研发和创新，因为它具有创新性、自动化、单独控制和操作的配方容器及工艺反应器，以及其专有的无与伦比的固体、液体和高粘度液体物料的顶置式称重分配 (GDU) 工具，能全面应对不同粘度液体、大量固体、微量固体等进行自动化分配，完美解决现有的瓶颈问题，更重要的是避免了人为误差的发生，极大地提高了实验的重复性和可靠性，让开发速度和质量迈上更高的台阶。

Lucius Kemp 续称: “Chemspeed 平台能在消除重复实验任务的同时，可根据不同实验任务流程进行灵活性的改进。我们运用了几个平台，从化学品 / 成分分配到合成、工艺开发和配方，整个流程都实现了自动化。同时 Chemspeed 技术可以集成到我们的高通量环境中，加強利用自动化辅助研究工作。”

应用方案

加速和标准化的特种化学品研发

01

工艺研发及优化

对于特种化学品，工艺研发及优化是必不可少。Lucius Kemp 透露: “我们的实验室主要分为实验区和应用与测试区。为了达到最高水平的高通量实验效率，在实验方面，我们有 5 套阵列式反应器系统 (Double Jacket Array Reactors)，能够同时自动化运行多达 80 个合成反应。每个阵列式反应器系统配置 16 x 13mL 双夹套玻璃反应器，并集成了惰性气氛置换、回流、过滤、后处理、纯化等功能，实现了对化合物库的快速高效合成。"

如果说阵列式反应器主要的任务是高通量合成，那么工艺优化和放大的过程主要在"工艺开发反应釜" (Process Development Reactor) 上完成。该系统能够同时运行 6 个独立的釜式反应器，完成高要求的合成工艺、工艺参数评估 / 优化等过程，它的实时分析和反馈控制功能有助于优化工艺条件。

02

配方和工艺条件筛选

合适的配方条件对于优化关键反应物表现至关重要，并且通常需要大量工作 (比如称重、分配、组合) 才能发现，而 Chemspeed 平台把这些任务变得简单易行。Lucius Kemp 说道: “如果配方过程需要高能混合、温度控制、或 pH 监测，Chemspeed 的高端配方系统  (FORMAX) 便提供了这些功能，它不但具有自动分配系统的所有样品分配能力，且增加了 12 个单独控制的配方反应器，以进行配方筛选和工艺条件筛选。”

03

样品制备

在应用和测试方面，Lucius Kemp 同时表示: “Chemspeed (SWING) 平台能被设计成专用工作站的通用对接站，既可以独立运行测试及制备样品，也可以作为复杂的实验流程的一部分，以完全自动化的模式运行，只需简单对接所需的工作站，就可以快速构建每个项目所需的定制平台。”

无容置疑，在 Clariant 的案例里，Chemspeed 的 “即插即用” 技术，助力客户从多样性实验中获得灵活的优势，使其研发团队能够快速组装所需的组件和工具以进行所需的实验，高效的实现从项目到项目的对接。

虽然规模和成本是全球特种化学品生产企业保持竞争力的重要因素，但研发和创新才是生产商竞争力的真正驱动力，面对特种化学品的业务市场持续转型，自动化工作平台不单是开发过程中最重要的设备之一，而最终理想是能够在自动化仪器上重现每个步骤，把高度复杂的特种化学品研发变得轻松简单。

参考来源:

特种化学品市场现状及未来发展趋势 (https://m.sohu.com/a/540917338_121244248/)

IHS (全球主要地区特种化学品消费预测)

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