高濃度高效氯氟氰菊酯微囊懸浮劑的制備

王 丹，范文娟，張小祥，秦敦忠

（南京林業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，南京 102982）

高效氯氟氰菊酯（lambda-cyhalothrin），又名三氟氯氟氰菊酯、功夫菊酯，屬神經(jīng)性毒劑，殺蟲活性高。高效氯氟氰菊酯以觸殺和胃毒作用為主，并有一定的驅(qū)避作用，是目前使用最普遍的擬除蟲菊酯類殺蟲劑之一，主要用于防治農(nóng)業(yè)及衛(wèi)生害蟲[1]。由于其具有較強的皮膚致敏性，因此將高效氯氟氰菊酯制成微囊劑可以降低其刺激性和急性毒性[2]。

微囊化是將微小粒子或液滴采用天然或合成高分子壁材包覆，形成具有多種性能的微型膠囊的技術(shù)[3]。在農(nóng)藥領(lǐng)域，較為常見的微囊劑是微囊懸浮劑，應(yīng)用時用水稀釋后噴霧施藥[4]。農(nóng)藥微囊化能夠提高制劑的穩(wěn)定性，延長持效期，降低藥劑對高等動物及非靶標生物的毒性，因此備受農(nóng)藥企業(yè)的關(guān)注[5-8]。農(nóng)藥微囊懸浮劑有多種制備方法，其中界面聚合法是工業(yè)化生產(chǎn)中最常用的方法之一[9]。

目前，關(guān)于高效氯氟氰菊酯微囊懸浮劑制備方法的報道很多，大多數(shù)集中在低含量（有效成分質(zhì)量分數(shù)在20%以下）。馮建國等[10]采用溶劑揮發(fā)法制備了高效氯氟氰菊酯微囊懸浮劑，以二氯甲烷為溶劑，較難工業(yè)化；韓京坤等[11]以酚醛環(huán)氧樹脂-二元胺聚合物為壁材制備高效氯氟氰菊酯微囊懸浮劑；向家來等[12]以界面聚合法制備2.5%高效氯氟氰菊酯微囊懸浮劑；陸靜等[13]以脲醛樹脂為壁材制備了20%高效氯氟氰菊酯微囊懸浮劑。然而，將農(nóng)藥加工成高含量的制劑可有效減少助劑的相對用量，從而節(jié)約生產(chǎn)成本，減輕環(huán)境污染[14]。

本研究采用界面聚合法制備30%高效氯氟氰菊酯微囊懸浮劑，并考察了囊芯溶劑和囊壁材料的質(zhì)量分數(shù)、固化溫度和固化時間等條件對微囊懸浮劑的影響，同時對制得的微囊懸浮劑性能進行表征。

1 材料與方法

1.1 材料

97%高效氯氟氰菊酯原藥，江蘇揚農(nóng)化工股份有限公司；二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）、乙二胺、溶劑油150#，江蘇華倫化工有限公司；乳化劑SP 7123（非離子乳化劑）、分散劑SP 7280（高分子分散劑）、分散劑SP 7290（高分子分散劑）、分散劑SP 7450（高效潤濕分散劑），江蘇擎宇化工科技有限公司；消泡劑；防腐劑；黃原膠；甘油。

高剪切分散乳化機（FM200A），上海弗魯克流體機械制造有限公司；數(shù)顯恒溫水浴鍋（HH-S1），江蘇正基儀器有限公司；精密增力電動攪拌器（JJ-1），江蘇杰瑞爾電器有限公司；隔水式培養(yǎng)箱（GHP-9080），上海精恒傳感器制造有限公司；生物顯微鏡（BM2000），南京江南永新光學(xué)有限公司；超高分辨率臺式（桌面式）掃描電鏡（EM-30Plus），韓國COXEM公司；激光粒度分布儀（Bettersize2600），丹東百特儀器有限公司；液相色譜儀（LC-20AD），島津公司。

1.2 高效氯氟氰菊酯微囊懸浮劑制備過程及原理

高效氯氟氰菊酯微囊懸浮劑制備工藝流程見圖1。

圖1 高效氯氟氰菊酯微囊懸浮劑制備工藝流程

稱取一定量的高效氯氟氰菊酯原藥溶解在溶劑油150#中，完全溶解后加入MDI，充分攪拌形成油相，然后將油相倒入溶有乳化劑的水相中，高剪切乳化得到O/W乳液。將此混合液轉(zhuǎn)移到三口燒瓶中繼續(xù)攪拌，邊攪拌邊緩慢滴加二元胺水溶液，反應(yīng)完全后，繼續(xù)攪拌，并進行保溫固化，制得高效氯氟氰菊酯微膠囊。在制得的微膠囊中加入分散劑、增稠劑、防腐劑等助劑形成微囊懸浮劑。

涉及到的主要反應(yīng)方程式如下：

1.3 性能表征

按照《Manual on development and use of FAO and WHO specifications for pesticides》（2010）中關(guān)于微囊懸浮劑的各項性能指標要求，對制得的30%高效氯氟氰菊酯微囊懸浮劑樣品進行性能表征。

1.3.1 微囊形態(tài)和粒徑的測定

所制高效氯氟氰菊酯微囊懸浮劑用清水稀釋10倍后，采用光學(xué)顯微鏡觀察微囊的外觀、形狀、分布等拍照；通過掃描電子顯微鏡觀察微囊的微觀形態(tài)并拍照。用激光粒度分布儀測定微囊的粒徑分布和平均粒徑。

1.3.2 包封率測定

稱取一定量微囊懸浮劑加入具塞離心管內(nèi)，加入甲醇振蕩提取游離的高效氯氟氰菊酯，在高速離心機中離心，取上清液，并用甲醇提取3次，然后將提取液合并，用高效液相色譜測定高效氯氟氰菊酯質(zhì)量分數(shù)，并按下式計算制備的高效氯氟氰菊酯微囊懸浮劑的包封率。

1.3.3 懸浮率測定

用標準硬水將待測試樣配制成適當濃度的懸浮液。在規(guī)定條件下，于量筒中靜置一段時間，測定底部1/10（25 mL）懸浮液中有效成分質(zhì)量分數(shù)，計算其懸浮率。試樣中有效成分懸浮率w（%）按下式計算。

式中：m1為配制懸浮液所取試樣中有效成分質(zhì)量，g；m2為量筒底部25 mL懸浮液中有效成分質(zhì)量為換算系數(shù)。

1.3.4 微囊貯存穩(wěn)定性測定

取微囊懸浮劑樣品，分別于（54±2）℃貯存14 d及-6℃貯存7 d，用顯微鏡結(jié)合粒徑分布儀觀察貯存后微囊的形態(tài)變化情況，由此確定微囊的貯存穩(wěn)定性。

1.3.5 微囊釋放行為研究

取少量微囊懸浮劑均勻鋪在載玻片上，同時將稀釋40倍的微囊懸浮劑進行相同操作，待完全干燥后在顯微鏡下拍照對比。

2 結(jié)果與討論

通過對囊芯溶劑的種類以及用量、乳化劑種類及用量以及囊壁材料的用量；工藝方面包括固化溫度以及固化時間的考察，確定了30%高效氯氟氰菊酯微囊懸浮劑的配料組成。其配方組成為高效氯氟氰菊酯32%、溶劑油150#14%、分散劑SP 7450 2%、乳化劑SP 7123 1.9%、分散劑SP 7290 1.4%、壁材SP 7311 1.4%、壁材二異氰酸酯1.4%、防腐劑0.5%、消泡劑0.12%、增稠劑黃原膠0.1%，水補足100%。

2.1 溶劑種類及用量的篩選

高效氯氟氰菊酯原藥為固體，加熱熔融后，黏度過大，需要添加溶劑調(diào)節(jié)成黏度適宜的均一油相，以便包覆。本研究對比了二甲苯、異氟爾酮、N-甲基吡咯烷酮和溶劑油150#，其中溶劑油150#對高效氯氟氰菊酯溶解度較好，且界面聚合反應(yīng)容易控制。因此選用溶劑油150#為囊芯溶劑。

囊芯溶劑用量篩選試驗結(jié)果見表1。由表1可知，當原藥與囊芯溶劑質(zhì)量比為8∶2時，界面聚合反應(yīng)不易控制，容易發(fā)生暴聚；而囊芯溶劑比例過高時，則制劑有效成分含量偏低。因此，本研究中原藥與囊芯溶劑比例為7∶3時，既滿足樣品穩(wěn)定性要求，又可得到高含量微囊懸浮劑。

表1 囊芯溶劑用量對反應(yīng)結(jié)果的影響

2.2 囊壁材料用量的選擇

囊壁材料用量對微囊包封率和穩(wěn)定性的試驗結(jié)果見表2。由表2可知：隨著囊壁材料用量的增加，微囊的包封率逐漸增大。用量低于3%時，微囊不穩(wěn)定，冷貯出現(xiàn)析晶；用量大于3%，小于5%時，包封率變化不大；用量達到5%時，微囊容易出現(xiàn)粘連不穩(wěn)定。在囊壁材料用量3%時，制得的微囊包封率大于95%，且質(zhì)量穩(wěn)定。

表2 囊壁材料用量對包封率和穩(wěn)定性的影響

2.3 乳化劑種類的選擇

合適的乳化劑有助于制備形貌良好、粒徑均一的微囊。本試驗對乳化分散劑SP 7123、SP 7125、SP 7280進行篩選。選用SP 7123為乳化劑，所制微囊剪切后粒徑為2～3 μm，形貌圓整，均勻；選用SP 7125為乳化劑，所制微囊剪切后粒徑1 μm左右，固化時有少許顆粒析出；選用SP 7125為乳化劑，所制微囊剪切后表面出現(xiàn)少許浮油，固化過程中浮油逐漸增多。因此，選用SP 1723為乳化劑。

2.4 乳化劑用量的篩選

乳化劑用量合適，則所制高效氯氟氰菊酯微囊懸浮劑穩(wěn)定性良好。對乳化劑SP 7123用量的篩選試驗結(jié)果見表3。

表3 乳化劑用量對反應(yīng)結(jié)果的影響

由表3實驗現(xiàn)象可以看出，當乳化劑SP 7123用量為4%時，制得的微囊形貌圓整、粒徑均勻，且穩(wěn)定性合格。

2.5 固化溫度對微囊形成的影響

固化溫度是形成牢固微囊體系的一個重要因素。確定固化時間為3 h，通過觀察實驗現(xiàn)象以及冷熱貯穩(wěn)定性以確定固化溫度，試驗結(jié)果見表4。結(jié)果表明：固化溫度在50℃時，界面聚合反應(yīng)速度可控，制備的微囊懸浮劑樣品穩(wěn)定性合格。

2.6 固化時間對微囊穩(wěn)定性的影響

固化時間對微囊穩(wěn)定性影響比較大。固化時間太短，形成的微囊凍融實驗不合格；固化時間過長，則會浪費能源并增加成本。本試驗在固化溫度50℃條件下確定固化時間，實驗結(jié)果見表5。

表4 固化溫度對微囊形成的影響

表5 固化時間對微囊穩(wěn)定性的影響

結(jié)果表明：50℃條件下固化，時間小于3 h時，所形成的微囊穩(wěn)定性差，不利于貯存；時間超過3 h，微囊穩(wěn)定性均合格。綜合以上結(jié)果，選擇50℃條件下固化3 h，所得微囊懸浮劑樣品穩(wěn)定性良好。

2.7 微囊及微囊懸浮劑的檢測與表征

2.7.1 微囊形貌觀察

通過光學(xué)顯微鏡以及掃描電子顯微鏡對微囊進行觀察，如圖2所示。從圖2可以看出，微囊形貌圓整，形態(tài)良好，且分布較為均勻。

圖2 高效氯氟氰菊酯微囊形態(tài)

2.7.2 制劑控制項目指標檢測

所制30%高效氯氟氰微囊懸浮劑質(zhì)量指標檢測結(jié)果見表6。

表6 制劑指標檢測結(jié)果

2.7.3 微囊釋放行為的研究

通過不同倍數(shù)的掃描電鏡觀察微囊干燥1.5 h后的形貌，觀察結(jié)果見圖3。由圖3可知，烘干后微囊發(fā)生一定程度地破囊。本試驗所制微囊釋放速度很快，滿足速釋要求。

圖3 顯微鏡下微囊釋放行為

3 結(jié)論

以聚脲為囊壁材料，利用界面聚合法制備30%高效氯氟氰菊酯微囊懸浮劑。實驗結(jié)果表明，囊芯溶劑選用溶劑油150#，其質(zhì)量分數(shù)為30%時，微囊的凍融穩(wěn)定性最好；乳化劑選用非離子型乳化劑SP 7123，其質(zhì)量分數(shù)為4%時，囊形圓整，凍融穩(wěn)定性最好；囊壁材料選用二苯基甲烷二異氰酸酯作為聚合單體，其質(zhì)量分數(shù)為3%時，可制得速釋型微囊；50℃條件下固化3 h樣品，微囊形貌良好，囊間無黏連，熱貯、冷貯、凍融試驗均合格，質(zhì)量穩(wěn)定。