（材料学专业论文）毒死蜱微胶囊的制备及性能研究.pdf

摘要 毒死蜱微胶囊的制备及性能研究 摘要 采用工业生产的脲醛树脂胶粘剂为原料，通过原位聚合法制备了 以脲醛树脂为壁材的毒死蜱微胶囊，对微胶囊的主要性能指标进行了 表征，探讨了影响微胶囊性能的主要因素，优化了微胶囊化条件，并 对本方法制备的微胶囊和以尿素和甲醛为原料经原位聚合法制备的 微胶囊的性能进行了比较。 结果表明，固化剂种类、壳芯比和反应温度对载药量和包封率的 影响较为显著，而反应时间和固化剂加入速率对载药量和包封率的影 响较小。在乙酸、草酸、对甲苯磺酸3 种固化剂中，草酸效果最好； 随着壳芯比的提高，收率和包封率提高，载药量略有降低；随着反应 温度升高，包封率和收率明显降低，而载药量先保挣匾定，随后有所 下降。反应温度和固化剂加入速率对载药量、包封率和释放速率影响 不大。经过优化后的制备工艺为：固化剂为草酸，壳芯比为o 9 4 ，反 应温度为4 0 。在此条件下制得的微胶囊，其载药量可达6 7 6 6 ， 包封率为8 7 6 8 ，收率为8 8 2 3 。在用本方法制备的微胶囊的性能 略好于同等条件下以尿素和甲醛为原料经原位聚合法制备的微胶囊。 扫描电子显微镜照片显示，反应温度较低、固化剂加入速率较慢 条件下制备所得微胶囊表面较平滑。红外光谱结果显示，微胶囊中囊 壁材料与囊芯材料之间不存在化学键合。体外释药实验结果表明，采 北京化工大学硕士学位论文 用脲醛树脂胶粘剂为原料的微胶囊的体外释药速率低于以尿素和甲 醛为原料的微胶囊，而采用不同原料的两种方法制备的微胶囊的体外 释药速率均低于目标样品；采用通用模型( m m = k t n ) 对微胶囊释药数 据的模拟结果表明，微胶囊的释药机理主要受f i c k i a n 扩散控制。 关键词：毒死蜱，脲醛树脂，微胶囊，原位聚合，控制释放 摘要 p r e p a r a l t i o na n dc h a r a c t e r i z j 气t i o no f c h l o r p y r i f o s l o a d e dm i c r o c a p s u l e s a b s t r a c t p o l y ( u r e a - f o r m a l d e h y d e ) ( p u f ) m i c r o c a p s u l e s l o a d e dw i t h c h l o r p y r i f o sw e r ef o r m u l a t e db yi ns i t up o l y m e r i z a t i o nu s i n gi n d u s t r i a l p r o d u c t o f u r e a - f o r m a l d e h y d e a d h e s i v e t h e p r o p e r t i e s o ft h e m i c r o c a p s u l e s w e r ec h a r a c t e r i z e d ，t h em a i nf a c t o r s a f f e c t i n g t h e p r o p e r t i e so ft h em i c r o c a p s u l e sw e r ed i s c u s s e d ，a n dt h ec o n d i t i o n sf o r p r e p a r i n gt h em i c r o c a p s u l e sw e r eo p t i m i z e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ed r u g l o a d i n g ，t h ee n c a p s u l a t i o n e f f i c i e n c ya n dt h er a t e so fc o n t r o l l e dr e l e a s eo ft h em i c r o c a p s u l e sw e r e r e m a r k a b l ya f f e c t e db yv a r i a t i o n si nt h ec u r i n ga g e n t ，t h es h e l l c o r er a t i o a n dt h er e a c t i o nt e m p e r a t u r e s , b u ts l i g h t l ya f f e c t e db yt h er e a c t i o nt i m e a n dt h er a t e so fa d d i n gc u r i n ga g e n t a m o n gt h et h r e eu s e dc u r i n ga g e n t s s u c hf i t sa c e t i ca c i d ，o x a l i ca c i da n dp - t o l u e n e s u l f o n i ca c i d ，o x a l i ca c i d w a st h eb e s tc u r i n ga g e n tf o rt h ef o r m u l a t i o no fm i c r o c a p s u l e si nt e r m so f d r u gl o a d i n g ，e n c a p s u l a t i o ne f f i c i e n c ya n dt h er a t e so fc o n t r o l l e dr e l e a s e a sw e l l a st h es h e l l c o r er a t i oi n c r e a s e d ，t h ee n c a p s u l a t i o ne f f i c i e n c ya n d t h ey i e l di n c r e a s e d ，b u tt h ed r u gl o a d i n gd e c r e a s e ds l i g h t l y w i t ha n m 北京化工大学硕士学位论文 i n c r e a s ei nt h er e a c t i o nt e m p e r a t u r e ，t h ee n c a p s u l a t i o ne f f i c i e n c ya n dt h e y i e l dd r o p p e ds i g n i f i c a n t l y , t h ed r u gl o a d i n g ，h o w e v e r , r e m a i n e d u n c h a n g e da tt h ei n i t i a ls t a g et h e nr e d u c e da tt h el a t es t a g e t h er e a c t i o n c o n d i t i o n sw e r eo p t i m i z e da sf o l l o w s ：o x a l i ca c i du s e da sac u r i n ga g e n t ； t h es h e l l c o r er a t i oo f0 9 4 ；r e a c t i o nt e m p e r a t u r eo f4 0 0 c t h e m i c r o c a p s u l e sf o r m u l a t e du n d e rt h i sc o n d i t i o nh a dt h ed r u gl o a d i n go f 6 7 6 6 ，t h ee n c a p s u l a t i o ne f f i c i e n c yo f8 7 6 8 a n dt h ey i e l do f8 8 2 3 t h em i c r o c a p s u l e sp r e p a r e da tl o wr e a c t i o nt e m p e r a t u r ei nt h i sr e s e a r c h w e r ec o m p a r a b l ei np r o p e r t i e sw i t ht h em i c r o c a p s u l e sp r e p a r e db yi ns i t u p o l y m e r i z a t i o nu s i n g u r e aa n df o r m a l d e h y d eu n d e rt h ee q u i v a l e n t f o r m u l a t i o nc o n d i t i o n s t h es e mm i c r o g r a p h ss h o w e dt h a tt h em i c r o c a p s u l e sp r e p a r e da t l o wr e a c t i o nt e m p e r a t u r ea n dl o wr a t eo fa d d i n gc u r i n ga g e n th a dl e s s r o u g hs u r f a c e s t h ef t - i rs p e c t r ai n d i c a t e dt h a tt h e r ew a sn oc h e m i c a l r e a c t i o nb e t w e e nt h es h e l lm a t e r i a la n dt h ec o r em a t e r i a lo ft h e m i c r o c a p s u l e s t h e i nv i t r or e l e a s er e s u l t ss h o w e dt h a t ，a m o n gt h e m i c r o c a p s u l e sp r e p a r e df r o mp u fr e s i na d h e s i v e ，t h em i c r o c a p s u l e s p r e p a r e df r o mu r e aa n df o r m a l d e h y d ea n dt h ei m p o r t e dc o m m e r c i a l p r o d u c t ，t h em i c r o c a p s u l e sp r e p a r e df r o mp u fr e s i na d h e s i v eh a dt h e l o w e s td r u gr e l e a s er a t e s ，a n dt h ei m p o r t e dc o m m e r c i a lp r o d u c th a dt h e h i g h e s td r u gr e l e a s er a t e s ；t h er e s u l t so ft h er e l e a s ed a t af i t t e dt ot h e g e n e r a l i z e dm o d e l ( m l m = k t ，1 ) i n d i c a t e dt h a tt h ed r u gr e l e a s ew a sm a i n l y i v 摘要 c o n t r o l l e db yf i c k i a nd i f f u s i o n k e y w o r d s ：c h l o r p y r i f o s ，p o l y ( u r e a - f o r m a l d e h y d e ) ，m i c r o c a p s u l e s ， i ns i t up o l y m e r i z a t i o n ，c o n t r o l l e dr e l e a s e v 北京化工大学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：至鳕： 日期：塑旦2 ：鱼： 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文 的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北 京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编 学位论文。 保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在土年解密后适用 本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授 权书。 作者签名：至鱼宣 导师签名：乏兰缝 日期： 2 丝仝：蜃：f ： 日期：塑! z ：笸：! 第一章绪论 1 1 前言 第一章绪论 随着化工技术的发展，化学农药的普遍使用，一方面为农、林、家庭和公共 卫生防疫及粮油食品储存中病、虫、草、鼠害的防治提供了强有力的保障；另一 方面也带来了环境污染、残毒及抗药性等问题。特别是高残留和高毒性( 如有机 氯和有机磷农药) 农药长期大量使用，导致了水质、土壤、空气和农产品受到了 农药及其代谢物的严重污染，危害了人类健康。随着社会的发展，人们对生存环 境和生活质量要求的不断提高，环境保护在世界范围日益受到重视，对农药的毒 性、安全性、残效性的规定更加严格。因此，现代农药正朝着“超高效、无毒、 无污染的方向发展l l j 。随着世界经济一体化的进展，农产品面临着全球竞争， 农产品的品质和农药残留问题成为最主要的限制因子。所以，创制新的农药必须 满足下列条件：安全性更高，农药必须对生产工人安全，对非靶标生物无害； 药效更高，在低剂量下农药必须显示出良好的初始药效和持效期长的特点； 价格便宜，制造成本低，成本效能良好。这就使得研制可以满足各种性能要求的 新农药的概率降低，农药开发的时间增长，开发费用增加。在农药领域，除一些 资金和技术力量雄厚的大公司仍在从事这方面的研究外，大多数研究人员渐渐地 把目光转移到开发各种新剂型和施用技术上。对于老农药品种的剂型进行改良， 扬长避短，最大限度地发挥其效用，既可节省劳力又可以节省资源。 根据文献报道，传统农药剂型的有效利用率只有2 0 0 0 , - , 3 0 ，农药和化肥的 流失率达到5 0 嗡0 。这不仅在经济上造成浪费，而且可能造成大面积的环境 污染。因此，释放数量可控、释放时间可控和释放空间可控，一直是化学农药新 剂型研究的一个重要方向，也是发展绿色农业的重要组成部分【2 】。 农药剂型加工研究的主要方向是制造具有以下功能的制剂：降低毒性，提高 安全性，减少污染；减轻对作物的危害；对使用者更加安全；便于使用；节约劳 动力；节约能源，降低价格；提高生物利用率。由此目标决定了今后农药剂型的 研究、开发和生产应该向着水性化( 如悬浮剂、悬乳剂、浓乳剂、微乳剂等) 、水 可分散固体型、控制释放型、综合功能型、省力化和精细化方向发展。其中控制 释放型农药近些年来成为了国内外剂型研究的热点 3 1 。本课题的研究内容，即是 化学农药毒死蜱的控制释放剂型。 北京化工大学硕士学位论文 1 t 2 毒死蜱的性质和应用 1 2 1 毒死蜱的理化性质 毒死蜱( c h l o r p y r i f o s ) 是一种广谱有机磷杀虫剂，其化学名称为0 , 0 二乙基 - 0 3 ，5 ，6 一二氯代- 2 一吡啶基硫逐磷酸酯( o ，0 一d i e n l y l 0 3 ，5 ，6 - t r i c h l o m 2 p 妒d y lp h o s p h o r o t h i o a t e ) ，结构式如下【4 j ： c l c l s 0 p 旷 吼 毒死蜱原药的纯品为白色颗粒状晶体，工业品为淡黄色晶体，带硫醇味，密 度1 3 9 8 ( 4 3 5 ) ，熔点4 1 5 - 4 3 5 ；蒸汽压为2 5 m p a ( 2 5 ) 1 2 l ；难溶于水，3 5 时在水中的溶解度为2 p p m ：溶于大多数的有机溶剂，其在异辛烷中的溶解度 为7 9 ( w w ，3 5 o ) ，在甲醇中的溶解度为4 3 ( w w ，3 5 1 ) 。在通常贮藏条件下 稳定。在甲醇水溶液中，p h = 6 0 时，半衰期为1 9 3 0 天，p h - - - 9 9 6 时为7 2 天。 可与非碱性农药混用：腐蚀铜和黄铜。例 毒死蜱的毒性学数据：原药大鼠急性经1 2 1l d s o 为1 6 3 m g k g 1 ，急性经皮l d s 0 为 2 9 l 嘻1 ，对试验动物眼睛有轻度刺激，对皮肤有明显刺激，长时间多次接触 会产生灼伤。大鼠亚急性经口无作用剂量为0 0 3 m g k g - 1 ，慢性经口无作用剂量为 o 1 m g k g 1 。狗慢性经1 2 1 无作用剂量为o 0 3m g k g 1 。在试验剂量下未见致畸、致 突变、致癌作用。室内空气中最高允许浓度( t l v ) 为o i m g m - 3 。对鱼类及水生生 物毒性较高，虹鳟鱼l c 5 0 为1 5 m g l ( 9 6 h ，7 2 c ) 。属于中等毒性农药【6 j 。 1 2 2 毒死蜱的用途和特点 毒死蜱目前是世界上杀虫剂中销售额最大的品种，具有触杀、胃毒和一定的 熏蒸作用。陶氏化学公司于1 9 6 5 年在美国登记推广并获得专利( u s p3 2 4 4 5 8 6 ) ， 目前生产能力为5 万吨年，也是目前全球应用最广泛的五种杀虫剂之一，分成 卫生类和农用类两个类别【6 j 。 作为卫生杀虫剂方面，毒死蜱对于蚊、蝇、蟑螂、家白蚁等卫生害虫都有较 好的防治效果，目前在国内仍在广泛应用。但是在欧盟等部分国家和地区，正在 逐步停止其作为卫生杀虫剂的应用 。 作为农用杀虫剂方面，毒死蜱对水稻有良好的渗透作用，也有杀死稻螟虫卵 2 第一章绪论 块的作用。杀虫谱广，可防治水稻三化螟、二化螟、褐稻虱、黑色叶蝉、棉蚜、 棉铃虫、棉象虫、粘虫、玉米食根叶甲、果实食心虫舞毒蛾、美国苹果白蛾、康 氏粉蚧、蚜虫、烟青虫、地老虎、甘蓝夜蛾等各种农业害虫 4 1 。 总之，毒死蜱是一种杀虫谱广、效果优良、毒性不高的优良农药。随着中国 五种高毒有机磷品种( 甲胺磷、乙基对硫磷、甲基对硫磷、久效磷、磷铵) 全面禁 止生产、销售、使用，作为国家发改委推荐的高效、低毒、低残留的有机磷品种 之一的毒死蜱，与氟虫腈、吡虫啉、阿维菌素等被农技推广部门所认可，具有良 好的市场前景和发展潜力【s j 。 1 2 3 毒死蜱现有剂型简介 毒死蜱原药需要加工成各种剂型后才能应用。目前已有的剂型主要有乳油、 粒剂、水乳剂、微乳剂、烟雾剂等。 ( 1 ) 乳油 乳油( e m u l s i f i a b l ec o n c e n t r a t e ，e c ) 是农药基本剂型之一。它是由农药原药( 原 油或原粉) 按一定的比例溶解在有机溶剂中，再加入一定量的农用乳化剂而制成 的均相透明油状液体；加水能形成相对稳定的乳状液。这种油状液体称为乳油例。 乳油是毒死蜱应用最早而且最广泛的一种剂型，国内最早开始应用的毒死蜱 剂型即是美国陶氏益农公司所生产的4 8 乐斯本乳油。其后国内生产的4 0 及 4 8 的毒死蜱乳油也得到了广泛应用。随着研究的进展，又有新的毒死蜱乳油制 剂问世。郭玉晶等人【l o 】报告了一种2 0 高渗毒死蜱乳油，与原有剂型相比，具 有渗透力强、生产和使用成本低、毒性小、不易产生抗性等特点。 乳油与其他农药剂型相比，其优点是制剂中有效成分含量较高，贮存稳定性 好，使用方便，防治效果好；加工工艺简单，设备要求不高，在整个加工过程中 基本无三废。缺点是由于含有相当量的有机溶剂，有效成分含量较高，因此在生 产、贮运和使用等方面要求严格。如管理不严，操作不当，容易发生中毒现象或 产生药害【9 】。 ( 2 ) 粒剂 农药粒剂( g r a n u l e ) 为松散颗粒状物品，由原药、载体和助剂制成。m d f a r r a r 对颗粒杀虫剂曾作过以下定义：颗粒杀虫剂是用吸附法将有效成分附于惰性物质 上的一种杀虫剂。惰性物质的大小应在3 0 , - 6 0 目之间。 毒死蜱粒剂见于报道的不多，主要使用的毒死蜱粒剂是美国陶氏益农公司生 3 北京化工大学硕士学位论文 产的1 5 乐斯本颗粒剂。 粒剂对于粉剂和喷雾液剂有显著的补充作用，主要用于杀灭地下害虫。它具 有不产生飞扬的微粉、可直接用手撤施、撒施过程中不易中毒、释放速率可控、 施药时具有方向性、不附着于植物茎叶等特点 9 1 。 ( 3 ：) 微乳剂 微乳剂( m i c r o e m u l s i o n , m e ) 是一种新兴的农药剂型，狭义上定义为由油组分 水表面活性剂构成的透明或半透明的单相体系，是热力学稳定的、胀大了的胶 团体系。广义上定义为透明或半透明经时稳定的分散体系嘲 黄放良等【i l 】报告了一种用来防治抗性棉铃虫的有机磷农药毒死蜱的微乳剂 新剂型。由质量浓度为1 0 - - - 3 0 的毒死蜱、1 0 - 3 0 的表面活性剂助表面活性剂、 3 - 1 5 的助溶剂、0 5 1 5 的稳定剂和适量水配制。具有生产、使用、贮运安全， 环境相容性好，节省农药使用量等优点。 吴明【1 2 】报告了一种2 5 毒死蜱微乳剂的配制方法，研究了配方中不同组分 的变化对产品的影响，并进行了田间药效试验，结果表明2 5 毒死蜱微乳剂的药 效与对照药剂4 8 乐斯本乳油的效果相当或稍高。 1 微乳剂具有质量稳定、贮运安全、对环境污染小等优点，但是开发较晚，技 术尚不成熟，在农业领域中的实际应用还少，也未在农药加工中得到普遍推广。 关于该剂型的生物活性、安全性、药害特征以及微乳理论和配制加工技术、贮存 稳定性等问题还需要进一步研究【9 j 。 ( 4 ) 水乳剂 农药的水乳剂( e m u l s i o ni nw a t e r , e w ) 也称浓乳剂( c o n c e n t r a t e de m u l s i o n , c e ) ，是不溶于水的原药液体或原药溶于与水不互溶的有机溶剂所得的液体分散 于水中形成的一种农药制剂。外观为不透明的乳状液。油珠粒径通常为 0 7 2 0 岬，比较理想的是1 5 3 5 9 m 例。 朱国念，程敬丽等人【1 3 1 4 】报告了一种3 0 毒死蜱水乳剂，其成分为3 0 的 毒死蜱，2 0 3 0 的溶剂，1 0 - 一1 5 的乳化分散剂，5 的防冻剂，其余为水。 与乳油相比，水乳剂由于不含或只含有少量有毒易燃的芳烃类溶剂，因而可 以避免生产和贮运过程中的燃烧和爆炸；无难闻有毒的气味，对眼睛刺激性小， 减少了对环境的污染，大大提高了对生产、贮运和使用者的安全性；以廉价水为 基质，乳化剂用量为2 1 0 ，与乳油的近似，虽然增加了一些共乳化剂、抗冻 剂等助剂，但有些配方在经济上已经可以与相应乳油竞争。喷洒雾滴比乳油大， 漂移减轻，没有可湿性粉剂喷施后残迹和乳油使果粉脱落等现象，已有不少试验 4 第一章绪论 证明，药效与同剂量相应乳油相当，而对温血动物的毒性大大降低，对植物的毒 性比乳油安全：与悬浮剂等其它药剂或液肥的可混性好。但是水乳剂在贮存过程 中，随着时间和温度的变化，油珠可能逐渐长大而破乳，有效成分也可能因水解 而失效。一般来说，油珠细度高的乳状液稳定性好，为了提高细度有时需要特殊 的乳化设备。水乳剂在选择配方和加工技术方面比乳油难。 ( 5 ) 烟雾剂 通常把0 5 5 o t t m 的固体微粒分散悬浮于气体中的分散体系，称为“烟 ； 1 0 5 0 1 x r n 的液体微粒悬浮分散于气体中的分散体系，称之为“雾。两者均以气体 为分散介质，形成的胶体状态分散体系，因而它们在化学上统称为气溶胶。当固 体原药溶于有机溶剂中，而加热挥发时，往往同时形成烟和雾，故此时也可称为 “烟雾剂 1 9 。 解敏雨，刘同英【1 5 】报告了种毒死蜱烟雾剂及其制备方法。该毒死蜱烟雾剂 含有毒死蜱、复合表面活性剂、溶剂、和助溶剂，其重量百分比分别为：毒死蜱 5 - - - 4 0 ，复合表面活性剂0 1 - - , 1 5 ，溶剂2 5 8 0 和助溶剂1 , - , 2 0 。采用高沸点 的溶剂配制而成。在使用中用烟雾机喷射出极细的雾粒( 2 5 1 a m 占8 0 以上) ，在 空气中漂移，一旦遇到作物就可牢牢地沉积于作物叶面( 正、背面) 和茎上，用于 防治作物( 林区) 的病害( 蚜虫、蓟蚂虫) 。 烟雾剂的优点在于能使有效成分形成高度分散的体系，它有着巨大的表面积 和表面能，这样既增加了与防治对象接触机会，又改善了附着、渗透、溶解能力， 充分发挥其触杀、抑制呼吸等综合生物效能，而且消失较快，残留量低。最突出 的特点是，它处于气体状态，可无孔不入地覆盖、穿透、渗入和充满一定空间， 对于密闭体系中防治虫害非常有利。另外，对于野外一些不便喷洒药剂的环境和 场所也有其独特的优势。它的缺点在于配制较为麻烦，而且不适合使用于气流相 对运动很大的环境和场所。 上述剂型均属农药传统剂型，都在定程度上解决了毒死蜱在应用上的困 难，在毒死蜱的推广应用过程中起到了重要作用。但是，这些剂型都还存在着_ 些缺点，如储运及使用不安全( 如乳油) 、用途受到限制( 如粒剂和烟雾剂) 、制 剂稳定性较差( 水乳剂和微乳剂) 、有效成分含量较低( 以上所述各剂型有效成 分含量均未超过5 0 ) 等。因此，研制毒死蜱的新剂型非常必要。 1 3 控制释放技术 北京化工大学硕士学位论文 1 3 1 控释制剂的概念及优点 通过把农药储存于一种剂型中，控制农药按所需剂量，在特定的时间内，持 续稳定地到达和作用于靶标，能够使农药保持足够的残效期并充分利用农药。通 常，我们把这种能控制农药按有效剂量，在必要时间内到达必要场所的技术，称 之为控制释放技术，利用该技术制备的农药制剂称为农药的控制释放制剂。与传 统的农药剂型相比，它具有以下优点【9 j ： 减少了环境中光、空气、水和微生物对农药的分解，减少了农药的挥发， 流失和农药与其它物质相互作用起化学反应的可能。 减少了用药量。从常规剂型和控制释放剂型的有效持续时间与使用剂量之 间的关系可知：当两种剂型达到同样的效果时，其使用的剂量相差很大( 如图1 1 ) 。 蛋 两 樱 旺 犁 蛾 农药有效持续时闻，d 图1 1 有效持续时间与使用剂量之间的关系示意图 f i g 1 1s c h e m a t i cd r a w i n go f t h er e l a t i o nb e t w e e nd o s a g eo f t h ea c t i v ea g e n ta n de f f e c t i v e t i m e 使农药的持效期延长，施药时间间隔拉大，减少了用药次数，极大地方便 了使用。由常规剂型和控制释放剂型起作用的药剂浓度变化，最低有效浓度，作 物不产生药害的最大承受浓度与时间的关系( 如图1 2 ) 可知：常规剂型在允许的 剂量以下而远高于有效剂量以上用药时，释药后浓度急速变化，经过较短时间就 无效了。要想延长持效期，就得增大用量，其结果必然造成药害。而控制释放剂 型在稍高于有效剂量的水平上持效的发挥作用。 6 第一章绪论 毋 倒 爱 怍 嫁 g 旺 世 习i 1 0 l2 3456t89 1 0l l1 2 1 31 4 施用后的时间- 周 图l - 2 常规剂型和控制释放剂型随时间的药剂浓度变化 f i g 1 - 2t h ec o n c e n w a t i o mo f a c t i v ea g e n ta saf u n c t i o no f t i m e 使高毒农药低毒化，降低了原药的急性毒性，减轻了农药残留及异味，减 少了对环境的污染和对农作物的药害，从而扩大了农药的应用范围。 通过控制释放技术的处理，常使药剂的物理性能得以改善，从而方便了农 药的贮存、运输、使用和包装处理。 1 3 2 控释制剂的类型 现有的剂型主要有物理型控释剂和化学型控释剂两大类。前者主要依靠高分 子化合物与原药间的物理结合形成，后者是原药与高分子化合物之间通过化学反 应结合而成【1 6 1 。物理型控释剂可分为：微胶囊、包结化合物、吸附体、均一体等。 化学型缓释剂可分为自身缩聚体、直接结合体和架桥结合体【1 刀。 ( 1 ) 化学型控释剂 化学型缓释剂主要是利用原药本身的活性基团( 如c o o h ，- o h ，- s h ，- n h 2 ) ， 在不破坏原化学结构的条件下，自身聚合或缩聚，或与天然或合成的高分子聚合 物直接或间接化学结，形成在自然界可以逐步降解的新型高分子农药。该高分子 农药即为农药的化学型控释剂。成功的化学缓释剂要受到合成和降解两方面因素 及经济成本的限制，因而有发展前途的品种数量并不多。影响因素的多样性和可 变性在一定程度上使得化学控释剂的设计比较困难。 ( 2 ) 均一体 均一体是在适宜的温度下，将原药均匀地分散或溶解于高分子聚合物或弹性 7 北京化工大学硕士学位论文 基质( 橡胶) 中，形成能缓释的固溶体、凝胶体或分散体。通常，为了制剂能够 成型或调节制剂的释放性能，均一体中常需要加入赋形剂或增塑剂。 ( 3 ) 吸附性制品 该制品是将药剂吸附于无机、有机或天然吸附性载体中作为贮存体，如氧化 铝、膨润土、沸石、硅藻土、锯末、离子交换树脂或合成的粒状载体等。此种缓 释剂通过吸附、解析、扩散来释放农药，具有加工工艺简单，周期短，成本较低 的优点，但其载药量有限，易受环境因素的影响而改变吸附平衡，使之难以控制 释放达到稳定的程度。 ( 4 ) 多层制品 多层制品由富集着农药的多孔性纤维或某些高分子聚合物的贮药层和决定 药剂扩散速率的保护层所构成。多层制品使用灵活、携带方便、安全、持效期长。 主要用于家庭卫生害虫如蚊、蝇、蟑螂、蚂蚁、衣蛀等害虫的防治。亦可用于医 院的垫被等。药剂常选用驱避剂、昆虫激素、性诱剂等。其中引诱剂与杀虫剂的 混用效果最佳。但是该剂在农业上难以大面积应用。 ( 5 ) 空心纤维 空心纤维属于无控制膜的贮存系统。即利用空心纤维的毛细孔吸附，来保持 和控制农药的释放。 ( 6 ) 微胶囊制剂 微胶囊剂( c s ) ，是指将有效成分内包在囊壁材料中的微粒，其直径通常为几 微米至几百微米，其芯材可以是液体、固体或液固混合物。微胶囊剂的囊壁材料 通常为各种高分子化合物，通过改变囊壁的化学组成、厚度、硬度、孔径大小等 因素，可以控制囊芯材料的释放速率。由于农药封锁于囊壁材料之中，控制了光、 热、空气、水及微生物对农药的分解作用和无效的流失、挥发，使农药缓慢地释 放出有效剂量，从而使其残效期大大延长；由于改变了原有药剂的表面性质，使 制剂的接触毒性和异味等大为降低；同时，由于表面物理性能的改善，使药效稳 定，对人畜作物安全、防治对象扩大；由于囊壁材料将芯材与其它物质分隔，容 易实现与其它农药和助剂混合而不发生化学反应。 因此，本课题制备的农药控释剂型为微胶囊剂。 8 第一章绪论 1 4 微胶囊制剂 囊材的选择与微胶囊的成型工艺是农药微胶囊制剂研究的重点。 1 4 1 微胶囊制剂工艺简介 1 4 1 1 囊壁材料 微胶囊囊壁材料的选择对于微胶囊产品性能起到决定性作用。一般要求囊壁 材料成膜性好，与囊芯不能发生化学反应，而且具有一定的机械强度、稳定性和 渗透性。 目前，可以作为微胶囊囊壁材料的物质有： 天然高分子材料，如明胶、阿拉伯树胶、海藻酸钠、松脂、淀粉等。 半合成高分子材料，如羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素等。 合成高分子材料，如聚丁二烯、聚脲、聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙烯醇、 环氧树脂、脲醛树脂等。 合成高分子材料具有成膜性好、化学稳定性高的优点，因此目前已商业化的 微胶囊产品的囊材多为合成高分子，主要有聚脲、聚酰胺、聚氨酯、蜜胺树脂、 脲醛树脂等。本课题所选用的囊材也是合成高分子材料。 1 4 1 2 制备方法 除了囊材的选择，成膜工艺是微胶囊剂研究的另一重点。微胶囊的制备方法 很多，据文献报道【1 8 。2 0 1 ，大概有2 0 0 多种，但大致可以划分成以下几大类： ( 1 ) 物理化学法 此法包括相分离法、干燥浴法( 复相乳化法) 、熔化分散冷凝法等。其中最有 代表性的是相分离法。 相分离法。相分离法的基本原理是利用聚合物的物理化学性质进行相分 离。 根据制备介质的不同，可以分为水相相分离法和油相相分离法。水相相分离 法是指以水作为微胶囊囊芯的分散相，在分散过程中形成水包油。这种制备微胶 囊的方法，催化剂一般都加在水相中，而囊芯材料是加在油相中的；油相分离法 指的是以油相作为分散相，在制备微胶囊的过程中形成的是油包水，这种方法的 囊芯材料加在水相中的，而催化剂一般是加在油相中的。 9 北京化工大学硕士学位论文 按凝聚方法不同，相分离法可以分为简单凝聚、复合凝聚和盐析凝聚。这些 技术的共同特点是改变条件使溶解状态的囊壁材料从溶液中沉淀出来，并将囊芯 包覆形成微胶囊。即利用改变温度或在溶液中加入无机盐电解质、成膜材料的非 溶剂，或改变条件诱发两种囊壁材料间相互结合等方法，使囊壁聚合物溶液产生 相分离，形成两个新相，一个是含囊壁聚合物浓度很高的聚合物富相，另一个是 含囊壁聚合物很少的聚合物贫相。形成的聚合物富相应具有充分的流动性，并能 够稳定地逐步环绕在囊芯颗粒周围。这一相分离步骤是制备微胶囊获得成功的关 键。 相分离法虽可用于农药制剂，但鉴于过程难严格控制，所得制剂中活性物 质含量较低以及成本较高等原因，并未在商业上获得广泛应用。 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微胶囊化。 熔化分散冷凝法。即当壁材( 蜡状物质) 受热时，将芯材分散在液态中， 并形成微粒( 滴) 。当体系冷却时，蜡状物质就围绕着芯材形成囊壁，从而产生微 胶囊。 ( 2 ) 化学法 _ 般包括界面聚合法、原位聚合法、悬浮交联法等。 界面聚合法。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 聚合反应而成薄膜。 原位聚合法。即单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。 悬浮交联法。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。悬浮交联法不以单体作为原料，而是以聚合物为原料，悬浮交联法是先 将线性聚合物溶解形成溶液，然后再进行悬浮交联固化，聚合物迅速沉淀析出而 形成囊壁。 ( 3 ) 物理及机械法 物理及机械法是借助物理方法，或采用一定的机械加工手段进行微胶囊化的 方法，包括喷雾干燥法、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、挤压法等。物理及机械法难以获得高质量的微胶囊，如：离 心挤压难以制得小尺寸的颗粒；喷雾干燥和流化喷雾经常出现作为囊壁的高分子 材料中间无农药芯料，或是作为芯料的农药活性物质未被高分子囊壁包裹。因此， 这类方法较少用于农药制剂。 喷雾干燥法。将芯材分散于囊壁材料的稀溶液中，形成悬浮液或乳浊液。 1 0 第一章绪论 将此分散液送到含有喷雾干燥的雾化器中，分散液被雾化成小液滴，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 喷嘴将调成适当黏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、壁材依次分散到有机相中，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。 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壁。此法难得制得小尺寸的颗粒。 1 4 2 农药微胶囊化研究进展 目前，农药的微胶囊剂的制备已经成为了研究热点，各种农药的微胶囊制备 技术不断涌现。目前已有多种化学农药及生物农药的微胶囊制剂研制成功。 1 4 2 1 化学农药的微胶囊化 化学农药的微胶囊化，目前报道的主要采用界面聚合法或原位聚合法。 ( 1 ) 界面聚合法 傅桂华等【2 l 】报告了以界面聚合法制备杀螟硫磷的微胶囊剂。与杀螟硫磷微胶 囊剂的传统制备方法( 将多异氰酸酯、杀螟硫磷和环己酮混合后直接分散于阿拉 伯胶水溶液中，然后加多元醇，缓慢搅拌反应成囊) 不同，该法将多异氰酸酯预 处理，使多异氰酸酯跟一种多元醇部分聚合后再进行聚合反应。与传统制各方法 相比，该法制备的微胶囊的囊皮特性得到很好改善，微胶囊的包药率提高约一倍， 达到9 5 以上，热贮稳定性有很大程度提高，分解率从1 5 降低到2 左右，释 放速率更加缓慢，而且可以通过不同的条件控制释放速率。 北京化工大学硕士学位论文 夏红英等田】报告了制备一种辛硫磷农药微胶囊。选用辛硫磷为芯材，以2 , 4 - 甲苯二异氰酸酯和乙二胺为单体，用界面缩聚法制成壁材。在制备过程中，单体 总用量、聚合搅拌速率、聚合反应温度对辛硫磷微胶囊物理性质，如粒度分布、 囊膜厚度、粒径大小有影响。选择单体总用量2 9 5 8 9 ，搅拌速率4 0 0 r - m i n 1 ，聚 合温度4 5 为宜，所得微胶囊制备过程的副反应少，易形成交联网状结构，粒 径分布较均匀，药物渗透性能好。 ( 2 ) 原位聚合法 冯薇等【2 3 】报告了以水为介质的原位聚合法制备了以脲醛树脂为壁材的溴氰 菊酯农药微胶囊。实验结果表明，用以水为介质的原位聚合法制备以脲醛树脂为 囊壁的溴氰菊酯农药微胶囊，宜选择酸催化下的缩聚反应工艺，副反应少且易形 成交联网状结构；用n h 4 c l 作酸性催化剂有利于降低p h 值，而且反应易控制。 酸化时间越长，终点p h 值越低，微胶囊粒径越小，粒径分布越均匀，微胶囊结 构越紧密，越坚固。优化的缩聚反应条件为：以n h 4 c i 为酸性催化剂，催化剂 分批加入，酸化时间3 h ，终点p n 值2 0 ，固化温度7 0 。c ，固化时间2 h ，可以制 得包覆良好、粒径分布均匀且粒径小于1 0 p x n 的流动性、球形固体微胶囊。 陈金红等【2 4 】报告了以水为介质的原位聚合法制备了壁材为脲醛树脂的氟虫 腈农药微囊粒剂。结果表明，用酸性无机盐作催化剂，酸化时间1 2 0 r a i n ，固化 时间9 0 m i n ，搅拌速率3 0 0 0 r r a i n 。1 以及选择乳化剂0 2 0 1 b ，可制得包覆良好、粒 径分布均匀的微胶囊。若采用喷雾干燥进行固化，也可制成粒径均匀、包覆良好 和流动性好的微囊颗粒。 唐建设等【2 5 】报告了以脲醛树脂为壁材，通过原位聚合法制备了乙酰甲胺磷微 胶囊。所得微胶囊包覆良好、粒径较小、分布均匀且流动性好，并具有良好的缓 释性能，但是载药量较低。 李培仙等【2 6 1 报告了采用原位聚合法制备了以脲醛树脂为壁材的草甘膦微胶 囊除草剂。所得微胶囊包封率达9 1 9 ，粒径在l 1 0 p m 之间且分布均匀。 1 4 2 2 生物农药的微胶囊化 生物农药的微胶囊化同样以化学方法为主，其中又以原位聚合法使用得最 多。随着研究的进展，也出现了以复凝聚法( 属于水相相分离法) 这种物理化学 方法进行生物农药的微胶囊化的报道。 1 2 第一章绪论 ( 1 ) 化学法 袁青梅等 2 7 1 报告了采用三聚氰胺甲醛树n ( m f ) 作为囊壁，用原位聚合法对 生物农药鱼藤酮进行包囊，制备微胶囊制剂。结果表明，m f 为较好的生物农药 用微胶囊缓释剂型的囊壁材料，该制剂制备工艺简单，具有良好的稳定性，微胶 囊在0 、2 5 和5 0 保存1 4 d 后，未见胶囊的破裂，包封率也无明显改变；搅拌 速率选择5 0 0 1 m a n 1 时，制备出的微胶囊粒径在1 0 , - 6 0 1 s i n ，符合农药微胶囊的要 求；缓释性较好，大约有7 d 以上的缓释时间；包封率为( 6 8 5 5 _ + 5 o ) 。 周菁等【2 8 l 报告了采用蜜胺树脂为囊壁材料，使用原位聚合法制备阿维菌素微 胶囊。实验结果表明，制备阿维菌素微胶囊的最佳实验条件为：芯壁比为5 ：1 、 乳化搅拌时间为1 0 m i n 、乳化搅拌速率为5 0 0 r m a n 1 、调酸速率为2 0 m i n 内调节 p h 值至3 - 4 等。 韩志任等【2 9 】报告了以脲醛树脂为囊壁材料，采用原位聚合法制备了阿维菌素 微胶囊。制备出的阿维菌素微胶囊形态良好、平均粒径4 0 7 ，包封率9 8 8 9 ， 贮存稳定性良好，具有较好的缓释性能。 ( 2 ) 物理化学法 马丽杰等【3 0 】报告了以壳聚糖和木质素磺酸钠为囊材，以阿维菌素为囊芯，采 用复凝聚法制备了微胶囊。结果表明，最佳的制备工艺条件为壳聚糖黏度 1 5 0 0 m p a s 、壳聚糖质量分数o 5 、木质素磺酸钠质量分数2 、乳化剂t w e e n s 0 和s p a n 8 0 的体积比2 、乳化剂用量6 m l 、壳芯质量比6 、复凝聚时间1 5 m i n 、交 联剂用量4 m l 、交联时间1 h 。随壳芯质量比、