脲醛樹(shù)脂包裹噻蟲(chóng)嗪微膠囊的制備及其緩釋性能研究*

粟乃慶，宋福千，崔七澤，楊　華，王立升

(1 廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，廣西　南寧　530004；2 廣西安泰化工有限責(zé)任公司，廣西　平南　537300)

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脲醛樹(shù)脂包裹噻蟲(chóng)嗪微膠囊的制備及其緩釋性能研究*

粟乃慶1,2，宋福千2，崔七澤1，楊華1，王立升1

(1 廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，廣西南寧530004；2 廣西安泰化工有限責(zé)任公司，廣西平南537300)

噻蟲(chóng)嗪是新型煙堿類(lèi)殺蟲(chóng)劑，本文選擇脲醛樹(shù)脂作為囊壁材料，采用原位聚合法對(duì)噻蟲(chóng)嗪進(jìn)行包裹，制備了具有緩釋功能的噻蟲(chóng)嗪微膠囊。使用智能溶出試驗(yàn)儀，考察了微膠囊的包裹率、載藥量和溶出率。采用納米粒度分析儀和場(chǎng)發(fā)射掃面電子顯微鏡，對(duì)微膠囊的粒徑分布和表觀形態(tài)進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果表明,尿素和甲醛的最佳比例為1/1.8，此時(shí)包埋率為86.40%，載藥量為18.21%，在18天內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)均勻釋放。田間試驗(yàn)表明，采用18.54% 噻蟲(chóng)嗪微膠囊，用量為60 g·ai/畝具有較好的殺滅水稻飛虱的效果。

微膠囊；脲醛樹(shù)脂；噻蟲(chóng)嗪；緩釋

目前常規(guī)的農(nóng)藥劑型往往存在難以發(fā)揮農(nóng)藥活性，并存在對(duì)環(huán)境和人畜的不良影響，這就迫使人們?nèi)ラ_(kāi)發(fā)新的替代劑型[1]，新的農(nóng)藥劑型可以提高農(nóng)藥的利用率，使農(nóng)藥活性成分作用于靶標(biāo),其中緩控釋技術(shù)逐漸從醫(yī)藥領(lǐng)域擴(kuò)展到農(nóng)藥領(lǐng)域[2-4]，微膠囊技術(shù)即是控制釋放技術(shù)中最重要的技術(shù)之一[5-6]。農(nóng)藥微膠囊劑 (microcapsule，MC) 是指將農(nóng)藥活性成分包裹在聚合物中制成膠囊的微小球狀制劑[7]。制備微膠囊常采用原位聚合法、界面聚合法、相分離法、噴霧微膠囊法、溶劑蒸發(fā)法等[8]。在目前產(chǎn)品中，微膠囊劑的囊材料有脲醛樹(shù)脂、三聚氰胺樹(shù)脂、聚氨基甲酸乙酯、聚酰胺、聚乙烯/石蠟、明膠/阿拉伯膠等[9-10]。在以上聚合方法中，原位聚合由于過(guò)程容易控制，原料便宜，目前已有許多產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化。

噻蟲(chóng)嗪是市場(chǎng)上廣泛使用的煙堿類(lèi)殺蟲(chóng)劑，具有觸殺、胃毒和內(nèi)吸活性，對(duì)蚜蟲(chóng)、葉蟬、粉虱、飛虱等具有特效[11]。噻蟲(chóng)嗪與殺菌劑復(fù)配，作為種子處理劑，在先正達(dá)公司的推廣下，市場(chǎng)份額不斷擴(kuò)大[12]。采用疏水材料包裹噻蟲(chóng)嗪制備微膠囊，可以實(shí)現(xiàn)緩釋?zhuān)型苽湫滦偷姆N子處理劑。

在疏水材料的選擇上，試驗(yàn)選擇脲醛樹(shù)脂作為囊壁。脲醛樹(shù)脂作為微膠囊囊壁在農(nóng)藥上的應(yīng)用研究比較深入。馮薇[13]研究了以水為介質(zhì)的原位聚合法制備以脲醛樹(shù)脂為壁材的溴氰菊酯農(nóng)藥微膠囊的縮聚反應(yīng)工藝。陳金紅[14]探索了以水為介質(zhì)的原位聚合法制備壁材為脲醛樹(shù)脂的氟蟲(chóng)腈農(nóng)藥微囊粒劑。楊毅[15]通過(guò)直接原位聚合法一步制備了以有機(jī)溶劑為內(nèi)相的脲醛樹(shù)脂微膠囊。除了包裹殺蟲(chóng)劑，在除草劑方面也有報(bào)道。李培仙[16]報(bào)告了采用原位聚合法制備了以脲醛樹(shù)脂為壁材的草甘膦微膠囊劑。對(duì)于脲醛樹(shù)脂包裹復(fù)合農(nóng)藥方面，韓文素[17]利用原位聚合法制備吡蟲(chóng)啉和吡蚜酮復(fù)配微膠囊，用于制備懸浮劑。

目前利用脲醛樹(shù)脂包裹噻蟲(chóng)嗪未見(jiàn)報(bào)道，為了實(shí)現(xiàn)噻蟲(chóng)嗪的緩釋?zhuān)菊撐睦秒迦?shù)脂包裹噻蟲(chóng)嗪，有望用于制備新型的種子處理劑。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1原料及儀器

噻蟲(chóng)嗪(純度99%)，西亞試劑有限責(zé)任公司；聚乙烯(分子量100萬(wàn)以上),中國(guó)石化揚(yáng)子石油化工有限公司；甲醛(37%水溶液),中國(guó)石化揚(yáng)子石油化工有限公司；尿素、環(huán)己烷和無(wú)水乙醇均為分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

UV2501PC型紫外分光光度計(jì)，日本島津儀器有限公司；ZRS-8G智能溶出試驗(yàn)儀，天津天大天發(fā)科技有限公司； ZWAJ阿貝折射儀，上海微川儀器有限公司；Naos激光納米粒分析儀，英國(guó)馬爾文公司；SU-8020/X-Max80場(chǎng)發(fā)射掃電子顯微鏡，日本高新技術(shù)公司。

1.2脲醛樹(shù)脂包裹噻蟲(chóng)嗪微膠囊的制備

在裝有溫度計(jì)、攪拌裝置的三口燒瓶中，將甲醛、尿素按照適當(dāng)?shù)哪柋然旌先芙猓?00 r/min 攪拌；用 0.5 mol/L 氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié) pH=8.0；升溫至70 ℃反應(yīng)1 h，得甲醛-尿素預(yù)聚體溶液。

將一定量的噻蟲(chóng)嗪溶于二氯甲烷中得到油相，加到含4 g 十二烷基硫酸鈉的40 g的水中，在1200 r/min轉(zhuǎn)速下乳化，制備水/油乳化液。再將脲醛預(yù)聚體逐滴加入上述乳化液后，升溫至35 ℃在800 r/min下攪拌，用0.5 mol/L 的鹽酸溶液分階段調(diào)體系pH至2.0，然后逐漸升溫至60 ℃原位固化，經(jīng)過(guò)濾洗滌，最后移至真空干燥箱中于40 ℃干燥24 h得到噻蟲(chóng)嗪微膠囊。

1.3微膠囊的釋放實(shí)驗(yàn)

1.3.1噻蟲(chóng)嗪標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定

(1)稱(chēng)取一定量的噻蟲(chóng)嗪標(biāo)準(zhǔn)品，加入50 mL容量瓶中，用去離子水定容至刻度，超聲2 min，搖勻，作為待測(cè)液；(2)用 10 mm比色皿，以試劑空白(去離子水)作參比，建立基線；(3)用紫外分光光度計(jì)對(duì)參比溶液進(jìn)行全波長(zhǎng)掃描；(4)用噻蟲(chóng)嗪待測(cè)液潤(rùn)洗比色皿3次，用紫外分光光度計(jì)進(jìn)行全波長(zhǎng)掃描，在255 nm吸光度最大。準(zhǔn)確稱(chēng)取0.01 g噻蟲(chóng)嗪(純度≥99%)，溶于100 mL水中。分別準(zhǔn)確量取母液配制不同質(zhì)量濃度的噻蟲(chóng)嗪溶液，在255 nm處測(cè)定吸光度，得到噻蟲(chóng)嗪的標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=0.0480x+0.0323，R2=0.9996。

1.3.2微膠囊載藥量、包覆率、釋放率的計(jì)算

準(zhǔn)確稱(chēng)取質(zhì)量M的干態(tài)微膠囊樣品，加入少量乙醇，超聲10 min后，加入一定體積(V)的去離子水，超聲10 min后，過(guò)濾，測(cè)定水溶液中噻蟲(chóng)嗪的濃度c(μg/mL)。

(1)

(2)

(3)

1.3.3微膠囊釋放測(cè)試

將一定量的微膠囊用紗布包裹，置于轉(zhuǎn)速為100 r/min的溶出度測(cè)定儀的吊籃中，在常溫下以去離子水500 mL作為釋放介質(zhì)，于不同時(shí)間吸取釋放液10 mL過(guò)濾，按外標(biāo)法測(cè)定釋放液中噻蟲(chóng)嗪濃度。

1.4微膠囊的粒度和形態(tài)測(cè)定

分別將噻蟲(chóng)嗪分散在無(wú)水乙醇中, 脲醛樹(shù)脂噻蟲(chóng)嗪微膠囊分散在超純水中,采用粒度分析儀對(duì)脲醛樹(shù)脂微膠囊的粒度進(jìn)行測(cè)定。

采用掃描電鏡測(cè)定脲醛樹(shù)脂噻蟲(chóng)嗪微膠囊的形態(tài)和表面狀態(tài)。

1.5微膠囊制劑對(duì)稻飛虱的田間防治試驗(yàn)

在水稻上采用內(nèi)吸法測(cè)定微膠囊對(duì)稻飛虱的生物活性進(jìn)行田間測(cè)試。試驗(yàn)設(shè)9個(gè)處理，每個(gè)處理20稻飛虱，4次重復(fù)，共36個(gè)小區(qū)。采用內(nèi)吸發(fā)，講水稻種子播種在底部有滲水孔的小土盆中，用土壤種植，定量澆灌霍格蘭試劑，待發(fā)芽至每株約有3片真葉后，停止?jié)补?。然后將土盆放入一次性碗中，在碗?nèi)灌入定量的藥液，讓水稻充分內(nèi)吸，每天定時(shí)向一次性碗內(nèi)補(bǔ)霍格蘭試劑，保持盆內(nèi)土壤濕潤(rùn)。內(nèi)吸7天后，采集回相應(yīng)處理的水稻葉放入培養(yǎng)皿中供試蟲(chóng)取食，于觀察室內(nèi)保溫保濕飼養(yǎng)。藥后觀察各處理的稻飛虱取食情況及剩余活蟲(chóng)數(shù)。

2　結(jié)果與討論

2.1微膠囊的釋放研究

我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中做了6組不同比例的微膠囊，然后對(duì)每個(gè)比例的微膠囊進(jìn)行載藥量、溶出、釋放率測(cè)試，通過(guò)包覆率、載藥量、釋放率的公式進(jìn)行計(jì)算。匯總計(jì)算數(shù)據(jù)得表1，對(duì)表1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和分析得出出尿素和甲醛的最佳比例為1/1.8，此時(shí)包埋率為86.40%，載藥量為18.21%，在18天內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)均勻釋放，達(dá)到了緩釋的效果。

表1　噻蟲(chóng)嗪微膠囊的包覆率、載藥量、釋放率

圖1　噻蟲(chóng)嗪微膠囊60 min內(nèi)溶出曲線

圖2　噻蟲(chóng)嗪微膠囊10 h溶出曲線

圖3　噻蟲(chóng)嗪微膠囊20 d溶出曲線

噻蟲(chóng)嗪微膠囊釋放測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖1～圖3。由圖1可以看出，在1 h時(shí)累積釋放量為5%左右，且前10 min即達(dá)到，說(shuō)明僅僅是游離和表面吸附的噻蟲(chóng)嗪釋放，內(nèi)部沒(méi)有釋放。由圖2可以看出，在10 h累積釋放量?jī)H僅為為10%，說(shuō)明脲醛樹(shù)脂對(duì)噻蟲(chóng)嗪包裹密實(shí)，僅僅有少量包裹不完全的噻蟲(chóng)嗪釋放出來(lái)。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，如圖3所示，累積釋放量達(dá)到77%左右時(shí)，達(dá)到平衡，時(shí)間為18 d，且接近均勻釋放。此時(shí)應(yīng)該是水分子深入脲醛樹(shù)脂，噻蟲(chóng)嗪滲透釋放所致。

2.2微膠囊的粒徑測(cè)定

微膠囊的粒徑見(jiàn)圖4。由圖4可以看出噻蟲(chóng)嗪微膠囊粒徑基本呈正態(tài)分布，粒徑在20～250 μm 之間，其中粒徑在80～160 μm分布最多，平均粒徑在120 μm左右。

圖4　噻蟲(chóng)嗪微膠囊的粒徑分布

實(shí)驗(yàn)中采用掃描電鏡掃描噻蟲(chóng)嗪原藥、脲醛樹(shù)脂及噻蟲(chóng)嗪微膠囊，見(jiàn)圖5和圖6。

由圖5中可以看出噻蟲(chóng)嗪為橢球狀物體，表面較光滑，粒徑基本均勻。由于脲醛樹(shù)脂在包裹過(guò)程中進(jìn)行了化學(xué)交聯(lián)，表面較為密實(shí)，包裹完全(如圖6)。

圖5　噻蟲(chóng)嗪微膠囊群落電鏡圖片

圖6　噻蟲(chóng)嗪微膠囊個(gè)體電鏡圖片

2.3微膠囊制劑對(duì)稻飛虱的田間防治試驗(yàn)

表2　田間試驗(yàn)結(jié)果

續(xù)表2

1325%噻蟲(chóng)嗪懸浮劑4060.46066.88067.618.54%噻蟲(chóng)嗪微膠囊4089.96093.68095.81825%噻蟲(chóng)嗪懸浮劑4076.46079.06080.318.54%噻蟲(chóng)嗪微膠囊4081.36095.38095.92025%噻蟲(chóng)嗪懸浮劑4080.46081.58082.618.54%噻蟲(chóng)嗪微膠囊4081.46095.48095.9

由表2可知：當(dāng)采用18.54%噻蟲(chóng)嗪微膠囊，使用4天后，用量為40 g·ai/畝時(shí)，稻飛虱死亡率達(dá)到52.6%；用量為60 g·ai/畝和80 g·ai/畝，稻飛虱死亡率分別是66.8%和67.6%。使用13天后，用量為40 g·ai/畝時(shí)，稻飛虱死亡率達(dá)到89.9%；用量為60 g·ai/畝和80 g·ai/畝，稻飛虱死亡率分別是93.6%和95.8%。與25%噻蟲(chóng)嗪懸浮劑相比，噻蟲(chóng)嗪微膠囊與噻蟲(chóng)嗪懸浮劑相當(dāng)。從節(jié)約成本的角度考慮，采用18.54%噻蟲(chóng)嗪微膠囊，用量為60 g·ai/畝具有較好的殺滅水稻飛虱的效果。

3　結(jié)　論

用脲醛樹(shù)脂采用相分離法制備噻蟲(chóng)嗪微膠囊，增加噻蟲(chóng)嗪的緩釋性能。通過(guò)將噻蟲(chóng)嗪微膠囊制成微膠囊懸浮劑，并與殺菌劑復(fù)配，有望制備新型的種子處理劑。

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The Preparation and Sustained Release of Thiamethoxam Wrapped by Urea-formaldehyde Resin*

SUNai-qing1,2,SONGFu-qian2,CUIQi-ze1,YANGHua1,WANGLi-sheng1

(1 College of Chemistry and Chemical Engineering, Guangxi University, Guangxi Nanning 530004;2 Guangxi Antai Chemical Co., Ltd., Guangxi Pingnan 537300, China)

Thiamethoxam is a new neonicotinoid insecticide. The Thiamethoxam microcapsules with sustained release were prepared with urea-formaldehyde resin by in situ polymerization. The encapsulating rate, drug loading and release rate were investigated by the intelligent dissolution tester. The particle size distribution and apparent shape of the microcapsules were measured by nano-particle size analyzer and field emission scanning electron microscope, respectively. The results showed that the best ratio of tUrea and formaldehyde was 1/1.8, the encapsulating rate and drug loading were 86.40% and 18.21%, respectively. The microcapsules could uniformly and sustainedly release in 18 days. Field tests showed that the amount of 60 g·ai/acres with 18.54% thiamethoxam microcapsules had good effect in killing water planthoppers.

microencapsulation; urea-formaldehyde resin; thiamethoxam; sustained release.

噻蟲(chóng)嗪種子處理劑的研發(fā)(桂科攻14122005-32)。

粟乃慶(1974-)，廣西大學(xué)研究生，工程師。

楊華 (1969-)，男，副教授，博士，研究方向：藥劑學(xué)。

R9，TS2

A

1001-9677(2016)02-0050-04