（生物化学与分子生物学专业论文）毒死蜱等农药微胶囊制备技术的研究.pdf

r e s e a r c ho fm i c r o c a p s u i a t i o n c h l o r p y r i f o sa n do t h e ra g r o c h e m l i a om i n g j i o n g s u p e r v i s o r ：p r o f q i 1 if e n g s p e c i a l i t y ： c o l l e g e ： b i o c h e m i s r t ya n dm o l e c u l a rb i o l o g y s c h o o lo f l i f es c i e n c e s u b m i t t e dd a t e ： m a y2 7 ，2 0 1 0 摘要 摘要 毒死蜱等农药微胶囊制备技术的研究 专业名称：生物化学与分子生物学 申请人：廖铭炯 导师姓名：冯启理 微胶囊剂是农药剂型中最具有技术含量的剂型之一，当前主要加工工艺是 界面法和原位法，针对它们的不足，我们以天然壁材制备了毒死蜱微胶囊，筛 选了较佳的微胶囊配方及工艺条件，并研究了微胶囊的性能及其影响因素，主 要结果如下： l 以天然材料明胶为壁材将毒死蜱微胶囊化，摸索出最佳包埋工艺为：以二 甲苯为溶剂，使用5 硫酸钠加1 5 硫酸铵作为絮凝剂，明胶溶液最佳浓度为5 ， 芯材比最佳比例为2 ：l ，在此条件下，包埋率高达9 9 6 2 ，有效成分含量为 6 6 6 。本工艺所用壁材无毒可降解、成本低、操作简单、容易控制，能实现固 体囊芯直接包埋。 2 以天然材料海藻酸钠为壁材将毒死蜱微胶囊化，摸索出最佳包埋工艺为： 以t w e e n 2 0 作为乳化剂，戊二醛作为交联剂，在碱性和5 0 条件下，静置交 联。交联时间为4 h 。壁材浓度为3 ，芯壁材比为1 ：2 。本海藻酸钠微胶囊化方 法，成本低，药物包封率高而且生产工艺简单，容易实现规模化生产。 3 以明胶作为壁材制成毒死蜱明胶微胶囊和毒死蜱乳油为对照对家白蚁及 红火蚁进行毒力测定，结果表明：毒死蜱微胶囊跟乳油在相同或接近浓度下同样 对白蚁或者红火蚁具有毒力作用，两者无明显差异，说明微胶囊由于触破与释 放的共同作用保持较高的毒力。 关键词：天然材料毒死蜱微胶囊明胶海藻酸钠 a b s t r a c t r e s e a r c ho fm i c r o c a p s u l a t i o no f c h l o r p y r i f o sa n do t h e ra g r o c h e m i c a l s a b s t r a c t m a j o r ：b i o c h e m i s r t ya n dm o l e c u l a rb i o l o g y n a m e ：l i a om i n g j i o n g s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rq i l if e n g m i c r o c a p s u l ei so n eo f t h em o s ta d v a n c e da g r o c h e m i c a lf o r m u l aa n dt h em o s t p o p u l a rm i c r o c a p s u l et e c h n o l o g yn o wi s i n - s i t up o l y m e r i z a t i o na n di n t e r f a c i a l p o l y m e r i z a t i o n i no r d e rt oi m p r o v et h et e c h n o l o g y , w eh a v es t u d i e dc h l o r p y r i f o s m i c r o c a p s u l e sw i t hn a t u r a lm a t e r i a l a sw a l l m a t e r i a la n do b t a i n e dt h eo p t i m a l c o n d i t i o n so ff o r m u l a t i o na n dt e c h n i c s t h em a i nc o n t e n t si sa st h ef o l l o w i n ga s p e s t s ： 1 c h l o r p y r i f o sm i c r o c a p s u l e sw e r em a d eb yu s i n gc h l o r p y r i f o s 勰ac o r e e f f e c t i v ec o m p o n e n te n c l o s e db yg e l a t i na sc a p s u l ew a l lm a t e r i a l w ee s t a b l i s h e d a n do p t i m i z e dt h et e c h n o l o g i c a lp r o c e s s e so ft h em i c r o c a p s u l ep r o d u c t i o n ：t h eb e s t s o l v e n ti sx y l e n ea n dt h eo p t i m a lc o r e w a l lr a t i oi s2 ：1 ，s o l u t i o nc o n c e n t r a t i o ni s5 a n dd r u gl o a d i n gi nt h ec h l o r p y r i f o sm i c r o c a p s u l e si s6 6 6 ( o r6 6 6 m g 10 0 m g ) t h ee n c a p s u l a t i o ne f f i c i e n c yi s9 9 5 2 t h em i c r o c a p s u l ew a l lm a t e r i a l si nt h e c h l o r p y r i f o xm i c r o c a p s u l e sa n dt h e y a r en o n - t o x i c ，b i o d e g r a d a b l e , p o l l u t i o n f r e e t h e p r e p a r a t i o np r o c e s so fc h l o r p y r i f o sm i c r o c a p s u l ei ss i m p l e ，e a s yt ob em a n a g e da n d l o w - c o s t ，a n dt h e r e f o r er e a d yf o rl a r g e s c a l ei n d u s t r i a lp r o d u c t i o n t h i sm e t h o dc a n e m b e ds o l i da g r o c h e m i c a l sa n di sa p p l i c a b l et om a n ya g r o c h e m i c a l s 2c h l o r p y r i f o sm i c r o c a p s u l e sw e r em a d eb yu s i n gc h l o r p y r i f o sa sac o r e e f f e c t i v ec o m p o n e n te n c l o s e db ys o d i u ma l g i n a t ea sc a p s u l ew a l lm a t e r i a l s w e e s t a b l i s h e da n d o p t i m i z e d t h e t e c h n o l o g i c a lp r o c e d u r eo ft h em i c r o c a p s u l e a b s t r a c t p r o d u c t i o n ：t w e e n 2 0 i st h e b e s te m u l s i f i e r , t h em i c r o c a p s u l ei ss o l i d i f i e db y g l u t a r a l d e h y d ea sc r o s s l i n k i n ga g e n ti na l k a l i n e ，5 0 。c c o n d i t i o no ns t a n d i n gf o r4 h o u r s t h eo p t i m a lc o r e w a l lr a t i oi s1 ：2 ；t h es o d i u ma l g i n a t es o l u t i o nc o n c e n t r a t i o n i s3 t h ei m p r o v e dp r e p a r a t i o np r o c e s so fc h l o r p y r i f o sm i c r o c a p s u l ei ss i m p l e ， e a s yt ob em a n a g e da n dl o w - c o s t t h ee m b e d d i n gr a t i oi sv e r yh i g ha n dt h e r e f o r e r e a d yf o rl a r g e - s c a l ei n d u s t r i a lp r o d u c t i o n 3t o x i c i t yf o rt h ec h l o r p y r i f o sm i c r o c a p s u l e sw h i c hw e r em a d eo fg e l a t i nw a s t a k e nw i t ht e s tf o rc h l o r p y r i f o se ca sc o n t r 0 1 t h er e s u l t ss h o w e dt h a tc h l o r p y r i f o s m i c r o c a p s u l e sa n de cw i t ht h es a m eo rn e a r l yt h es a m ec o n c e n t r a t i o nw e r eb o t h e f f e c t i v et of i r ea n t sa n dt e r m i t e s t h e r ew e r en os i g n i f i c a n td i f f e r e n c e sb e t w e e nt h e m , w h i c hi n d i c a t e dc h l o r p y r i f o sm i c r o c a p s u l e sm a d eo fg e l a t i nc o u l dk e e ph i g ht o x i c i t y b yb r e a k i n ga n dr e l e a s i n g k e yw o r d s ：n a t u r a lm a t e r i a l , c h l o r p y r i f o s ，m i c r o c a p s u l e ，s o d i u ma l g i n a t e ，g e l a t i n i v 目录 2 2 5 壁材浓度的选择1 9 2 2 6 芯壁材比的选择2 l 2 2 7 固化条件的选择2 1 2 2 8 干燥2 1 2 2 9 微胶囊耐水性分析2 4 2 2 1 0 主要性能指标及整个流程总结2 4 2 2 9 本工艺的适用性2 6 2 3讨论2 8 第3 章以海藻酸钠为壁材的农药微胶囊的制备3 0 3 1 材料与方法31 3 1 1 试验药品3 l 3 1 2 试验仪器31 3 1 3 微胶囊的制备方法3l 3 1 4 微胶囊包封率的测定3 2 3 1 5 微胶囊状态的表征方法3 2 3 1 6 主要性能指标测定3 2 3 1 7 贮存稳定性3 2 3 2 结果与分析一3 2 3 2 1 乳化剂的选择3 2 3 2 2 壁材浓度的选择3 3 3 2 3 芯壁材比的选择3 4 3 2 4 絮凝剂的选择3 6 3 2 5 固化条件的选择3 6 3 3讨论3 9 第4 章毒死蜱微胶囊的毒力研究4 1 4 1 材料与方法4 l 4 1 1 试验材料4 l 4 1 2 试验药品4 2 4 1 3 试验仪器4 2 4 1 4 试验方法4 2 4 2 结果与分析一4 2 v 目录 4 2 1 毒死蜱微胶囊及乳油对家白蚁的毒力测定4 3 4 2 20 0 l 及0 0 2 毒死蜱微胶囊饵剂室内药效试验4 3 4 3讨论4 4 第5 章结论4 5 5 1总结4 5 5 1 1以明胶为壁材的毒死蜱微胶囊颗粒剂的研制4 5 5 1 2以海藻酸钠为壁材的毒死蜱微胶囊颗粒剂的研制4 5 5 1 3 毒死蜱微胶囊的对白蚁及红火蚁的毒力研究4 5 5 2 讨论4 6 5 3 论文创新之处4 8 参考文献4 9 致谢5 2 v i 第1 章前言 第1 章前言 1 1目前农药传统剂型存在的问题 农药是农业生产中重要的生产资料之一，自问世以来，为人类做出了不可 磨灭的贡献，现在人类与化学农药已经形成密切的依赖关系。我国是农药生产 和使用大国，乳油等传统剂型仍占绝对优势，一些新的剂型如胶悬浮剂、水分 散粒剂、微乳剂、水乳剂、微胶囊等所占比例较少( 袁军，2 0 0 3 ；杨晓峰等， 2 0 0 3 ；魏红涛等，2 0 0 3 ) 。随着农药的大量应用，大量有机溶剂也污染环境，例 如我国每年农药制剂总产量大约1 0 0 万吨，至少要用到3 0 万吨以上的有机溶剂， 仅二甲苯每年就需要1 0 万吨( 朱建林，2 0 0 2 ) 。大量有机溶剂通过不同途径进 入人体，对人类健康产生很大威胁。随着社会的发展，人们对环境安全愈加重 视，许多国家对农药安全性和环境保护制定更加严格的法规，使传统化学农药 的生产和使用面临许多困难，迫切需要丌发对环境友好的绿色农药制剂。另外， 目前化学防治药剂大部分的剂型都是乳油、可湿性粉剂、粉剂、颗粒剂等4 种 传统剂型。粉剂对操作者及周围环境的粉尘污染很严重，而乳油导致每年投入 自然环境中的有机溶剂如甲苯、二甲苯等达到数十万吨以上，极大的污染了环 境，浪费了资源。且传统的施药剂型不能避免因风吹、日晒、雨淋而造成的农 药流失和分解，因此有效利用率仅有2 0 3 0 ，而流失率竞达5 0 - 6 0 ( 郭利 丰，2 0 0 4 ) 。 1 2 微胶囊剂开发的必要性 为解决这些问题，研制出高效、低毒、低残留的农药产品具有长远的意义。 研制开发新型高效农药的主要途径有两个：一是研制新的高效低毒农药品种；二 是改变现有的农药剂型结构。但开发新农药品种周期长、耗资大、风险高、难 度大、成功率低。据报道，1 个新农药品种从开发研制到最终商品化通常需要8 1 0 年，需要合成和筛选2 0 0 0 - - 一8 0 0 0 0 个化合物，耗资8 0 0 万1 5 亿美元，一旦 发现其不利于人类或环境，即停止开发，前功尽弃( 刘长令，1 9 9 8 ) 。从我国目 前的实际情况出发，充分发挥现有农药品种药效，最为行之有效的方法是通过农 药剂型和配方的加工改进途径，以达到农业的持续发展与环境保护两者兼顾的 华南师范人学硕十学位论文 目的。因此，为减少或避免农药带来的不良影响，延长其使用寿命，农药剂型 的研究受到了越来越多的重视。在农药新剂型开发领域中，目前主要集中在以 水或固体为基质的高效新剂型，如水乳剂、微乳剂、水悬剂、水分散粒剂、微 胶囊剂及高效种衣剂等。其中农药微胶囊剂是当前农药新剂型中技术含量最高、 最具开发前景的一种剂型( 殷习初，1 9 9 7 ；凌世海，1 9 9 8 ) 。 1 3 农药微胶囊化研究现状 微胶囊剂( m i c r o c a p s u l e sm c ) ，是以天然或人工合成的高分子材料作为囊 壁，通过化学、物理或物理化学的方法，将作为囊心的农药活性物质包裹起来， 形成一种具有半渗透性囊膜的微型胶囊。胶囊加工完成后，还需将它们以一定 的浓度稳定地分散、悬浮在作为连续相的水中。因此，它又被称微胶囊悬浮剂 ( c a p s u l es u s p e n s i o n s ，c s ) 。微胶囊剂主要由两部分组成，即囊心和囊壁。囊心是 其活性组分，囊壁是影响其性能的关键。m c 粒径一般在l ， - 1 0 0pm 。从外观上 看，微胶囊剂很像水乳剂，二者的活性成分都包含在分散的油相之中，都是以 水作为基质形成的非均相体系( 袁军，2 0 0 3 ) 。 农药微胶囊剂通常有以下优点：1 能控制或延缓囊芯有效成分的释放，提高 残效；2 延长持效期，节省劳动力；3 降低施药量；4 提高囊芯有效成分的稳定 性，减少在环境中光、空气、湿度、微生物等的降解。减少蒸发及淋溶；5 降低 对哺乳动物的毒性；6 降低对人类粘膜的刺激；7 降低对植物和鱼的毒性；8 降 低环境污染；9 降低两种农药间的反应；1 0 屏蔽某些气味；1 1 使液体农药固体 化；1 2 减少飘移；1 3 增加靶标组织的数量；1 4 增加施药表面的适应能力；1 5 易于使用。 国际上，2 0 世纪7 0 年代微胶囊化技术已用于农药剂型加工，但是目前，微 胶囊化的产品数量相当有限( 表1 1 ) 。 2 第1 章前言 在国内，以海藻胶和明胶、明胶和阿拉伯胶作囊材制备了马拉硫磷微胶囊 剂( 李富新，1 9 9 0 ) ，以明胶一阿拉伯胶、明胶一果胶为囊材制备了苏云金芽孢 杆菌微胶囊剂( 朱丽云，2 0 0 2 ) ，以明胶和阿拉伯树胶作为壁材，采用复合凝聚 法制备了阿维菌素微胶囊( 杨恺，2 0 0 3 ) ，以酚醛树脂为囊材采用原位聚合法制 备了阿维菌素微胶囊( 付仁春，2 0 0 3 ) ，以脲醛树脂为囊材采用原位聚合法制备 了毒死蜱微胶囊( 赵德，2 0 0 6 ) 。我国商品化的微胶囊农药不多，主要产品见表 1 2 ： 3 华南师范人学硕十学位论文 表1 2 国内商品化的微胶囊农药产品 t a b l el 一1c o m m e r c i a lp e s t i c i d em i c r o c a p s u l e si nc h i n a 1 4 农药微囊化的方法 2 0 世纪5 0 年代g r e e n 在研制第一代无碳复写纸时利用凝聚法制备了包含染 料的n c r 型微胶囊，首次将液体材料进行微胶囊化，被公认为是微胶囊技术时 代的开始。1 9 7 1 年，p e n n w a l t 公司提出了界面聚合法制备甲基对硫磷微胶囊的 专利申请，则开创了农药微胶囊应用的先河。此后，世界各大农药公司都在致 力于农药微胶囊剂的研制。微胶囊化的方法很多，但还没有一种规范的方法可 以使用于所有微胶囊的生产，故有关微胶囊方面的文献虽然很多，但大多是描 写某一个具体的微胶囊化过程或介绍微胶囊技术在某一领域的应用。传统的微 胶囊制备方法从原理上大致可分为化学方法、物理方法和物理化学方法三类( 宋 健等，1 9 9 9 ) 。在众多微胶囊化方法中，界面聚合法和原位聚合法是以单体作为 原料，利用合成高分子材料作壁材的方法。这两种方法具有工艺简单，壁材料 选择面广等优点( 宋健等，2 0 0 1 ) 。 1 4 1化学法 化学法主要包括界面聚合法、原位聚合法和锐孔法。界面聚合法的原理是 将两种活性单体分别溶解在互不相溶的溶剂中，当一种溶液被分散在另一种溶 液中时，两种溶液中的单体在相界面发生聚合反应而成囊。原位聚合法，即单 4 第1 章前言 体成分及催化剂全部位于芯材液滴的内部或者外部，发生聚合反应而微胶囊化。 界面聚合和原位聚合法均是以单体为原料，并经聚合反应形成囊壁。而锐孔法 则是因聚合物的固化导致微胶囊囊壁的形成，即先将线性聚合物溶解形成溶液， 当其固化时，聚合物迅速沉淀析出形成囊壁，因为大多数固化反应即聚合物的 沉淀作用，是在瞬问进行并完成的，故有必要使含有芯材的聚合物溶液在加到 固化剂中之前，预先成型。 1 4 2 物理法 物理方法主要有喷雾干燥法、空气悬浮法、真空蒸发沉积法、静电结合法、 溶剂蒸发法、包结络合物法和挤压法。其中喷雾干燥法是将芯材分散于囊壁材 料的稀溶液中，形成悬浮液或乳浊液，用泵将此分散液送到含有喷雾干燥的雾 化器中，分散液则被雾化成小液滴，液滴中所含溶剂迅速蒸发而使壁材析出成 囊。空气悬浮法，即应用流化床的强气流将芯材微粒( 滴) 悬浮于空气中，通 过喷嘴将调成适当粘度的壁材溶液喷涂于微粒( 滴) 表面，提高气流温度使壁 材溶液中的溶剂挥发，则壁材析出而成囊。真空蒸发沉积法，该法是以固体颗 粒作为芯材，壁材的蒸气凝结于芯材的表面而实现胶囊化。静电结合法，即先。 将芯材与壁材各制成带相反电荷的气溶胶微粒，而后使它们相遇通过静电吸引 凝结成囊；溶剂蒸发法，即将芯材、壁材依次分散于有机相中，然后加到与壁 材不相溶的溶液中，加热使溶剂蒸发，壁材析出而成囊。包结络合物法，该法， 是利用1 3 环糊精中空且内部疏水外部亲水的结构特点，将疏水性芯材通过形成 包结络合物而形成分子水平上的微胶囊。挤压法，这是一种在低温条件下生产 微胶囊的技术，原理是将混悬在一种液化的碳水化合物介质中的芯材与壁材混 合物经过模孔，用压力将其挤进壁材的凝固浴，壁材析出并硬化成囊。 1 4 3 物理化学法 物理化学法主要有水相分离法和干燥浴法。水相分离法，即由胶体间电荷 的中和以及亲水胶粒周围水相溶剂层的消失而成囊的方法，水相体系中的相分 离法可分为复凝聚法、单凝聚法、盐凝聚法和调节p h 值聚合物沉淀复凝聚法， 指在壁材分散相中含有两种以上的亲水胶体，通过调节介质p h 值等，使带异性 电荷的两种胶体之间因电荷中和而溶解度降低，引起相分离而产生凝聚；单凝 聚法是以一种高分子材料为胶囊囊壁材料，将囊芯物分散到囊壁材料中，然后 5 华南师范人学硕+ 学位论文 加入凝聚剂，由于水与凝聚剂结合，致使囊壁材料的溶解度降低而凝聚出来， 形成微胶囊。盐凝聚法是指把一种电解质加到聚合物的水溶液中，因引起相分 离而微胶囊化。调节p h 聚合物沉积法是利用在碱性或酸性条件下，某些聚合物 变得不溶解的性质来实现微胶囊化的。油相分离法，其原理是向作为囊壁材料 的聚合物有机溶剂溶液中，加入一种对该聚合物为非溶媒的液体，引发相分离 形成微胶囊；干燥浴法( 复相乳化法) ，该法的基本原理是将芯材分散到壁材的 溶剂中，形成的混合物以微滴状态分散到介质中，随后，除去连续的介质而实 现胶囊化。熔化分散冷凝法，即当壁材( 蜡状物质) 受热时，将芯材分散在液 态蜡中，并形成微粒( 滴) ，当体系冷却时，蜡状物就围绕着芯材形成囊壁，从 而产生了微胶囊。 1 4 4 界面聚合法 界面聚合法的原理是建立在合成共聚物的界面缩聚基础上的，界面缩聚是 1 9 5 7 年由杜邦公司发明，并成功地应用于尼龙( 聚酰胺) 、聚酯及聚氨酯的合成 ( 梁治齐，1 9 9 9 ) 。采用界面聚合法制备微胶囊，一般是在水油界面上缩聚，其 条件是两种单体中一个是水溶性，另一个为油溶性，生成的聚合物不溶于水相 也不溶于油相。原位聚合是将乙烯基单体和引发剂溶于与水不混溶的溶剂中， 此分散体系以乳化剂乳化，引发聚合，所得聚合物在溶剂一水界面沉积形成囊 壁。目前应用较多的是用尿素一甲醛或蜜胺一甲醛预聚体制备密封良好的油性 微胶囊和利用氰基丙烯酸酯单体制备可生物降解的药物微胶囊，一些粉体的微 胶囊化也常采用这类方法。 国内有学者采用界面聚合法制备了粒径约2 0 0 n m 的聚仅一氰基丙烯酸正丁 酯( p b c a ) 毫微囊( p b c a 的毒性小于p i b c a ) ，考察了影响毫微胶囊粒径及 规整性的各种因素，找到制备窄分布毫微囊的优惠条件，为进一步研究毒性更 小的包封肽类药物的毫微囊打下基础( 冯鹏，2 0 0 0 ) 。国外在应用界面聚合法制 备2 0 0 2 2 0 n m 胰岛素微胶囊方面获得了较大的进步。高分子物理化学、质量传 递和相分离成膜理论被用于研究在复合膜制备过程中采用界面聚合反应成膜的 机理，建立了非稳态条件下反应扩散联合控制的数学模型；通过有针对性地简 化，该模型可适用于反应控制和扩散控制( 张浩勤等，2 0 0 4 ) 。模型中无量纲参 数有明确的物理意义，较好地反映了界面聚合反应成膜过程的机理。杀螟硫磷 作为有效成分，被采用界面聚合法制备了农药微胶囊剂，将多异氰酸酯预处理 6 第1 章前言 后再进行聚合反应，并与农药微胶囊剂的传统制备方法进行了对比，发现方法 改进后，微胶囊的囊皮特性、包封率、热稳定性和分解率等得到很好的改善， 制得的微胶囊剂能更好地提高农药的持效性，可以减少施药量( 傅桂华等， 2 0 0 5 ) 。 1 4 5 原位聚合法 三氯氰胺和甲醛为原料以原位聚合法成功包裹玻璃珠，在同一的囊芯材料 和大小条件下探讨了分散乳化剂、搅拌速度、三氯氰胺和甲醛的聚合度及聚合 树脂浓度对微胶囊的影响( k a g ee ta l , 2 0 0 2 ) ，并仔细研究了囊芯材料、反应温 度和时间在原位聚合法制备微胶囊过程中的影响。采用原位聚合法以尿素、三 氯氰胺和甲醛聚合物( u m f ) 为囊壁材料包裹二氧化钛和卤代烃，考察了它们 作为基于微胶囊电子墨水技术的潜在应用性。以聚乙烯作阴离子表明活性剂稳 定分散的悬浮小液滴，并首先合成u m f 预聚物，最终获得微胶囊平均粒径和壁 厚分别为5 0 1 m 和5 0 0 r i m ( k i m 等，2 0 0 6 ) 。采用原位聚合法，以三聚氰胺、甲。 醛、香料及乳化剂为原料，制备出了耐热性好、缓释性能好的微囊固体香精， 可广泛应用于纺织品、油墨、工艺品的增香( 朱子犁，1 9 9 8 ) 。有人采用原位聚 合法制备了香料微胶囊及分散染料微胶囊，并分别测定了不同配比系统调节剂 和香粒、染料微胶囊制各过程中不同阶段体系的( 电位，对微胶囊制备过程中表 面电位的变化情况作了初步的探讨( 罗艳，2 0 0 2 ) 。又有学者采用原位聚合法、气 合理的配方和工艺，制备出了囊壁材料为蜜胺树脂的纳米级红磷微胶囊产品， 该产品用于a b s 中具有阻燃和增强增韧双重效果( 刘亚青，2 0 0 2 ) 。以含有亲水 基团及可水解缩合的硅氧烷端基的预聚体作为油溶性物质的分散剂，获得了预 聚体为壳层，可以获得油溶性物质为囊芯物的纳米胶囊( 王武生等，2 0 0 1 ) 。用 原位聚合法制备以脲醛树脂为壁材的酞菁绿g 颜料微胶囊，采用了酸催化的缩 聚工艺，可以制得包覆良好、粒径分布均匀且平均粒径小于5 9 m 的流动性固体 微胶囊( 冯薇等，2 0 0 2 ) 。原位聚合法同样较适用于农药微囊化制备( 戴杜雁， 1 9 9 4 ) ，目前国内采用此法制备了阿维菌素、溴氰菊酯、氟虫腈、苯甲酸盐、毒 死蜱等农药微胶囊( 付仁春等，2 0 0 3 ；冯薇等2 0 0 4 ；陈金红等，2 0 0 5 ：李嘉诚 等，2 0 0 5 ；袁青梅，2 0 0 5 ；赵德等，2 0 0 6 ) 。以脲醛树脂为囊壁的原位聚合法制 备农药微胶囊则具有原材料丰富、工艺成熟、成本低的特点，用该法制备的微 胶囊包封率高、性质稳定、抗水渗透能力强，外形也较好( b r o w n t 甜a l , 2 0 0 3 ) 。 7 华南师范人学硕十学位论文 另外，影响微胶囊性能最关键的因素就是壁材的选择，目前用作壁材的材 料见表1 3 。 表1 - 3 微胶囊壁材的种类及其特点 t a b l e1 3m a t e r i a lo fm i c r o c a p s u l ew a l la n dt h e i rf e a t u r e s 本论文采用天然高分子材料明胶，海藻酸钠为壁材，采用单凝聚的方法制 备微胶囊。 在单凝聚微囊化方法中，通过向囊壁材料水溶液中加入絮凝用溶剂或盐， 可以引起凝聚相分离，使囊壁材料包覆囊芯，从反应体系中析出，形成微囊。 在乳化反应完成之后，体系中的高分子链( 囊壁材料) 周围会结合许多水分子形成 的水化层，使其稳定地分散在水中，如向囊壁材料水溶液中加入一些物质破坏 了壁材高分子与水的结合，就会使其在水中变得不稳定发生絮凝、进而从体系 中聚沉出来。 明胶是最早用来作囊壁的材料之一，作为胶原无规降解的产物，其来源丰 富，动物的皮、骨都可以用来生产明胶；作为一种蛋白质，除有营养价值和疗 效功能外，它还具有生物可降解性、生物相容性和一定的等电点，及其它材料 不可替代的优点。现在可以用作壁材的聚合物虽然种类很多，但明胶仍然是制 作微胶囊的主要材料之一。 8 第1 章前言 1 9 2 9 年，荷兰学者b u n g e n b e r g 和k u y t 第一次引进“凝胶”一词。此后人 们对凝胶的产生机理进行了不断地探讨，正是利用了明胶的凝胶作用，g r e e n 发 明了凝胶微胶囊化的方法。他和s c h l e i c h e r 在五十年代首次实现了液体材料的 微胶囊化，制成用于压敏复写纸的含染料的明胶微胶囊( b a u m g a r t n e r , 2 0 0 0 ； g r e e n , 1 9 5 5 ) 。 明胶的凝聚方法之一就是单凝法，它是利用明胶和无机赫的赫析反应。明 胶溶液中加入无机盐会使明胶的溶解度降低并从溶液中析出。这种作用是可逆 的，加水后蛋白质又可溶解，而且盐析并不改变蛋白质的性质。如要得到硬化 不再溶解的明胶壁膜则必须进行固化处理( 冷延国，1 9 9 9 ) 。 海藻酸是存在于褐藻类中的天然高分子，是从褐藻或细菌中提取出的天然 多糖，类似于细胞外基质中的糖胺聚糖g a g s ，无亚急性慢性毒性或致癌性反应， 可作为食用的食品添加剂，也可作为支架材料用于医学用途，具备良好的生物 相容性。 它是一种多糖类线型天然高分子物质，由d 一甘露糖醛酸链段和l 一古洛 糖醛酸链段交替结构组成。其结构式如下： 辱。母q 一 其水溶液具有胶体特性、增稠性、稳定性、乳化性和成膜性。当海藻酸钠 水溶液与钙盐作用时，钠离子与钙离子进行交换，生成海藻酸钙。其中钙离子 起到交联剂作用，使线性分子彼此相互连接形成空向网状结构，在一定条件下 形成不溶性薄膜。交联反应后结构式如下： 9 华南师范人学硕十学位论文 基于海藻酸钠的这一特性，将芯材分散到海藻酸钠水溶液中，然后加入絮 凝剂，由于大量的水与絮凝剂结合，致使体系中的海藻酸钠溶解度降低而凝聚 出来，包围在芯材周围形成微囊，然后用钙盐固化，即可得到包囊有芯材的微 囊( 刘文波，2 0 0 1 ) 。 综上所述，本论文采用天然高分子材料明胶，海藻酸钠为壁材制备微胶囊 原因有3 点： 1 原料来源广成本低廉。 2 无毒，无污染，可自然降解，无残留。 3 炜0 备工艺简单，容易实现大规模生产。 毒死蜱( c h l o r p y r i f o s ) 是1 9 6 5 年由美国d o wc h e m i c a lc o m p a n y 公司开发 的高效广谱杀虫剂，已成为世界上用量最大的杀虫剂品种之一，被广泛应用于 农业及卫生害虫防治中。在国内毒死蜱是甲胺磷和对硫磷等高毒农药的高效、 低毒替代品种( 王晓光，2 0 0 i ) ，具有非常广阔的市场和应用前景。但毒死蜱在 应用也存在一些缺点：一、毒死蜱光解性较强( 岳永德，2 0 0 0 ) ，导致其在植物叶 片上的持效期较短；二、其主要剂型是4 8 、4 0 、2 0 乳油，需要消耗大量 的有机溶剂，即造成环境污染，又浪费资源，已成为影响毒死蜱应用的重要障 碍，而将其微胶囊化可以在很大程度上克服这2 个弱点。 1 5 本研究的内容和意义 鉴于传统农药剂型目前存在的易分解流失，污染大等问题，本研究采用天 然高分子材料为壁材，采用物理化学法制备微胶囊。它原料来源广泛、储量丰 富、成本低廉、不易造成二次污染、可生物降解的理想的高分子材料，无毒， 无污染，可自然降解，无残留。另外，此方法制备工艺简单，容易实现大规模 生产。通过此方法有助于延长农药的持效期，减少施药次数和频率，提高利用 率，具有重要的意义。 本文研究的主要内容包括： 以天然高分子材料为壁材，筛选和优化毒死蜱微胶囊的配方及工艺条件， 如：溶剂、乳化条件、壁材浓度、芯材比等。在获得较佳配方和工艺的基础上表 征毒死蜱微胶囊的性能，如：粒径大小及分布，包埋率等。以乳油为对照剂型， 对制备的毒死蜱微囊剂进行昆虫毒力测定。 1 0 第2 章以明胶为晕材的农约微胶囊的制备 第2 章以明胶为壁材的农药微胶囊的制备 以天然材料明胶为壁材，采用单凝聚的方法制备毒死蜱等微胶囊，摸索各 种最佳的制备条件，成功制备了明胶微胶囊颗粒剂。 明胶是一种亲水性高分子胶体，乳化性、成膜性能好，理化性能稳定，因 此经常会被用作微胶囊壁材。 单凝聚是以一种高分子材料为微囊囊壁材料，将囊芯物分散到囊壁材料中， 然后加入凝聚剂，由于水与凝聚剂结合，致使囊壁材料的溶解度降低而凝聚出来， 形成胶囊。其原理是：通过改变温度、p h 值，同时加入添加物( 如盐类或乙醇) 而使 水溶性高分子化合物生成了在显微镜下可见的、能进行逆相分离的液滴。由于 溶液中含有水不溶性的油或固体物之类的成分，致使凝胶体得以在油滴或固体物 的表面优先形成，从而使油或固体物获得稳定，最后包封成微囊。 。 按不同的盐对于微囊壁材的凝聚能力排序，就阳离子而言，钠离子 钾离子 铵根离子 锂离子；就阴离子来说，硫酸根 柠檬酸根 酒石酸根 醋酸根 氯离 子，所以一般实验中常选择硫酸钠和硫酸按作为絮凝剂( 宋健，2 0 0 1 ) 。 o 2 1 材料与方法 2 1 1 试验药品 原药：9 8 毒死蜱( 山东华阳科技股份有限公司生产) ，9 7 氟虫腈( 正邦 集团上海生化科技有限公司生产) ，9 5 噻虫嗪( 山东农天化学品有限公司生产) ， 9 5 鱼藤酮( 广西施乐农化科技开发有限责任公司生产) ； 壁材：9 5 明胶( 广州合诚实业有限公司生产) ，2 5 戊二醛( 广东省粤山 农业科教仪器公司生产) ； 表面活性剂：农乳5 0 0 ，农乳6 0 0 # ，t w e e n 8 0 ，t w e e n 2 0 ，o p l o ，s p a n 6 0 ( 广州 熙林生物技术有限公司生产) ； 其它：硫酸钠，硫酸铵( 广东省粤山农业科教仪器公司生产) 。 华南师范人学硕十学位论文 2 1 2 实验仪器 表2 1 实验仪器 t a b l e2 - 1l a b o r a t o r yi n s t r u m e n t s 实验仪器仪器厂家 g c 1 4 b 气相色谱仪( f i d ) p h s 一3 c 型精密p h 计 日本o l y m p u s 摄像显微镜 j j 1 型增力电动搅拌器 h h 2 型恒温水浴锅 t - 1 0 0 0 型电子天平 g a i1 0 型万分之一电子天平 s g 5 4 0 0 型系列磁力加热搅拌器 日本岛津公司 上海精密科学仪器有限公司 日本o l y m p u s 中国有限公司 金坛市金城国胜实验仪器厂 常州国华电器有限公司 美国双杰兄弟( 集团) 有限公司 德国产 上海硕光电子科技有限公司 2 1 3 微胶囊的制备方法 将1 0 9 明胶溶解在9 0 9 水中，将1 6 9 毒死蜱溶解在4 9 二甲苯中，接着加入 到明胶溶液中用增力电动搅拌器乳化3 0 m i n ，再加入1 0 0 92 0 硫酸钠溶液，在 显微镜下观察成囊，如果成囊，则冰浴10 m i n ，接着加入戊二醛交联过夜，再冷 冻干燥，得到微胶囊颗粒。在固定条件的情况下，摸索溶剂，乳化剂，凝聚条 件，壁材浓度，芯壁比，搅拌条件等因素对微胶囊成囊的影响。另外，以不同 农药成分为囊芯验证本工艺的可靠性。 2 1 4 微胶囊包封率的测定 2 1 4 1 毒死蜱的分析条件 毒死蜱的含量测定按高效液相色谱法( 易成秀，2 0 0 5 ) 进行，色谱条件如 下： 色谱柱：c 1 8 柱( 4 6 2 5 0 m m ，5 l lm ) ，a g i l e n t ，美国 色谱仪：岛津，日本 保留时间：2 2 m i n 1 2 第2 章以明胶为肇材的农约微胶囊的制备 流动相：甲醇+ 水( 9 0 + 1 0 ) 检测器：f i d ； 进样量：l o g l 。 2 1 4 2 包封率的测定 包封率采用萃取一液相色谱法，具体操作如下： 称取0 5 0 9 按上述方法制备的2 0 毒死蜱微囊悬浮剂于1 5 m l 具塞离心管中， 加入8 m l 二甲苯后用力振荡3 0 s ，1 0 0 0 r p m 离心5 m i n ，取苯层。同法萃取3 次， 合并萃取液，定容至2 5 m l ，液相色谱法测定其中游离的毒死蜱含量质量，按下 式计算毒死蜱微胶囊的包封率。 包封率( ) = 里凸1 0 0 m l 式中：m l - 制剂中毒死蜱的总质量( g ) ； m 2 一制剂中游离毒死蜱的质量( g ) 。 己 2 1 5 微胶囊状态的表征方法 采用光学显微镜观察微胶囊形态，并测量统计粒径大小及分布。 ( 1 ) 微胶囊在溶液中形态的观察：将微胶囊悬浮液涂抹在载玻片上，采用莱卡 生物显微镜及其数码相机拍照，放大倍数分别为1 0 0 倍和4 0 0 倍。 ( 2 ) 微胶囊粒径的统计：将微胶囊悬浮液涂抹在载玻片上，采用莱卡生物显微 镜及其数码相机拍照，放大倍数为1 0 0 倍，然后统计2 0 0 个微胶囊的半径并使 用统计软件s p s s 统计平均粒径和分布 2 1 6 主要性能指标测定 2 1 6 1 有效成份含量测定 取l o m l 微囊悬浮剂用匀浆器破囊，然后用苯萃取其中毒死蜱，采用液相色 谱法进行分析测定其中毒死蜱的量，其在制剂中含量。 2 1 7 贮存稳定性 将待测样品装入玻璃瓶中，密封后置贮1 3 m ，然后取出置于室温条件下测 定微胶囊包封率、以及制剂中有效成份含量。 华南师范人学硕：十：学位论文 2 2 结果与分析 本研究将以明胶为壁材，以毒死蜱等农药为芯材，采用单凝法制备药物微 胶囊。主要工艺流程包括： ( 1 ) 将原药用溶剂溶解； ( 2 ) 配制明胶溶液，将已溶解原药加入进行乳化处理； ( 3 ) 以硫酸钠和硫酸铵混合絮凝剂使明胶为壁材与芯材凝聚成囊； ( 4 ) 于冷冻条件下用戊二醛使微胶囊固化； ( 5 ) 回硫酸钠和硫酸铵混合收絮凝剂； ( 7 ) 将微胶囊进行冷冻或者喷雾干燥，得到微胶囊颗粒剂。 2 2 1 溶剂的选择 利用物理化学法制备农药微胶囊时，如果原药为固体，则应首先将固体原 药溶解( 刘步林，1 9 9 8 ) 。理论上，油相相对于水相的量越少则越容易被包裹而 形成微胶囊。所以，选择的溶剂一般须满足两个条件，一是溶剂在分散介质( 水) 中不溶解或溶解度非常小；二是溶剂对原药有较大溶解度。参照前人对毒死蜱 的溶剂的选择( 赵德，2 0 0 6 ) ，分别选择二甲苯，环己酮，甲醇( 图2 1 ) 作为 毒死蜱溶剂制作微胶囊，他们对毒死蜱的溶解度均较大，均能制备出合格的微 胶囊，但是在4 d 和i m 低温储藏后观察其形态，结果显示以二甲苯为溶剂制作 的微胶囊比另外2 个溶剂颗粒均匀，而且低温储藏1m 后不破囊。故本研究在后 续实验中选二甲苯作为毒死蜱的溶剂。 1 4 第2 章以明胶为带材的农药微胶囊的