9%吡唑醚菌酯微囊懸浮劑的制備與性能研究

王仁飛，范文娟，王 丹，秦敦忠，張小祥

（南京林業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，南京 210037）

吡唑醚菌酯（pyraclostrobin）是德國巴斯夫公司于1993年開發(fā)的甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑[1]。但其存在水解和光解等問題，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)會(huì)造成有效成分的流失。同時(shí)，吡唑醚菌酯原藥存在多種晶型，制備成高含量懸浮劑或與其他原藥復(fù)配時(shí)，容易產(chǎn)生物理不穩(wěn)定現(xiàn)象，如結(jié)底、析晶、膏化等。因此，根據(jù)市場(chǎng)應(yīng)用情況需要研究一種環(huán)保、穩(wěn)定的吡唑醚菌酯劑型。微囊懸浮劑將有效成分包覆進(jìn)高分子壁材內(nèi)，能防止有效成分分解，并能提高制劑的物理穩(wěn)定性[2-3]。

關(guān)于吡唑醚菌酯微囊懸浮劑的研究主要有以下幾種。王巖等[4]以脲醛樹脂為壁材，采用原位聚合法制備吡唑醚菌酯微囊懸浮劑。該工藝制備復(fù)雜，壁材中使用大量甲醛，對(duì)周圍環(huán)境和人體健康產(chǎn)生危害。王寧等[5]以丙烯酸丁酯和N-異丙基丙烯酰胺的共聚物為囊壁材料，通過乳液聚合法制備了吡唑醚菌酯微囊懸浮劑，但所制備的微囊包封率偏低，僅為78.30%。管磊等[6]以聚氨酯為壁材，采用界面聚合法制備20%吡唑醚菌酯微囊懸浮劑。閆憲飛[7]以三聚氰胺甲醛樹脂為囊壁材料，通過原位聚合法制備了吡唑醚菌酯微囊懸浮劑。芮佳佳等[8]以聚己內(nèi)酯為壁材，丙酮為溶劑，通過溶劑提取法制備吡唑醚菌酯微膠囊劑和懸浮劑的混合劑型，該方法使用大量的有機(jī)溶劑，容易對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不良影響。

本研究采用界面聚合法，制備了以聚脲為壁材的9%吡唑醚菌酯微囊懸浮劑。考察了囊芯溶劑種類、乳化劑種類、芯壁比、固化溫度、固化時(shí)間等因素對(duì)微囊粒徑和穩(wěn)定性的影響。對(duì)所制備的微囊懸浮劑進(jìn)行性能表征測(cè)定，并以斑馬魚作為試驗(yàn)對(duì)象，對(duì)制劑毒性進(jìn)行研究。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料和儀器

97%吡唑醚菌酯原藥，河北深泰化工有限公司；30%吡唑醚菌酯懸浮劑，江蘇精禾界面科技有限公司；二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI），山東西亞化學(xué)工業(yè)有限公司；二元胺，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；溶劑油150#、溶劑油100#，江蘇華倫化工有限公司；二甲苯、無味煤油，南京道寬華工科技有限公司；油酸甲酯，蘇州豐倍生物科技有限公司；乳化劑SP-7125、SP-7123、OP-10、By125，分散劑SP-7270，江蘇擎宇化工科技有限公司；有機(jī)硅消泡劑，南京立人高分子材料有限公司；卡松，南京古田化工有限公司；黃原膠，上海萬照精細(xì)化工有限公司；甘油，濟(jì)南創(chuàng)世化工有限公司。

高剪切分散乳化機(jī)（FM200A），上海弗魯克儀器有限公司；電動(dòng)攪拌器（YDK-75-6），金壇杰瑞爾電器有限公司；隔水式培養(yǎng)箱（GHP-9080），上海精恒儀器制造有限公司；冰箱（BCD-258WDPM），青島海爾股份有限公司；光學(xué)顯微鏡（BM2000），南京江南永新光學(xué)有限公司；掃描電子顯微鏡（EM-30Plus），韓國庫賽姆公司；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；紅外光譜儀（VERTEX 80V），德國布魯克（Bruker）公司。

1.2 吡唑醚菌酯微囊懸浮劑的制備及原理

制備步驟：稱取一定量的吡唑醚菌酯原藥溶解在溶劑中，待完全溶解后加入油性單體MDI，并充分?jǐn)嚢栊纬捎拖啵蝗缓髮⒂拖嗟谷胨嘀?，進(jìn)行高速剪切得到水包油乳液；將此混合液轉(zhuǎn)移到四口燒瓶中繼續(xù)攪拌，邊攪拌邊緩慢滴加水性單體二元胺水溶液，繼續(xù)攪拌，并進(jìn)行保溫固化，制得吡唑醚菌酯微囊。在制得的微囊中加入分散劑、增稠劑、防腐劑等助劑形成微囊懸浮劑。

吡唑醚菌酯微囊懸浮劑制備工藝流程見圖1。

1.3 性能表征的測(cè)定

參照文獻(xiàn)[9-10]中關(guān)于微囊懸浮劑的各項(xiàng)性能指標(biāo)，對(duì)制得的9%吡唑醚菌酯微囊懸浮劑樣品進(jìn)行性能表征測(cè)定。

1.3.1 形貌觀察和粒徑測(cè)定

通過光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀察制劑的微觀形貌并拍照；用激光粒度分布儀測(cè)定制劑的粒徑分布和平均粒徑。

1.3.2 懸浮率的測(cè)定

用標(biāo)準(zhǔn)硬水將待測(cè)試樣配制成適當(dāng)濃度的懸浮液。在規(guī)定條件下，于量筒中靜置一段時(shí)間，測(cè)定底部25 mL懸浮液中有效成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計(jì)算其懸浮率。試樣中有效成分懸浮率w（%）按下式計(jì)算。

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

1.3.3 紅外光譜分析

圖1 吡唑醚菌酯微囊懸浮劑制備工藝流程

紅外光譜分析采用溴化鉀壓片法和液體涂膜法，采用VERTEX 80V型紅外光譜儀對(duì)吡唑醚菌酯原藥、MDI、吡唑醚菌酯微囊懸浮劑進(jìn)行表征分析。紅外光譜儀掃描范圍為500～4 000 cm-1，分辨率為4.0 cm-1。

1.3.4 pH值的測(cè)定

稱取1 g待測(cè)微囊懸浮劑，于100 mL燒杯中，加入100 mL水，攪拌，靜置，將沖洗干凈的玻璃電極和飽和甘汞電極插入試樣溶液中，測(cè)定pH值，重復(fù)3次，以其平均值為該試樣值。

1.3.5 貯存穩(wěn)定性的測(cè)定

（1）熱貯穩(wěn)定性。將待測(cè)樣品裝入安瓿瓶中，密封后放置于（54±2）℃的恒溫烘箱中，靜置14 d后取出，冷卻至室溫。分別檢測(cè)記錄外觀、流動(dòng)性、粒徑、有效成分含量、懸浮率等指標(biāo)有無變化，若貯存前后相同或有輕微變化，視為熱貯穩(wěn)定性合格。

（2）冷貯穩(wěn)定性。將待測(cè)樣品裝入安瓿瓶中，密封后置于（0±2）℃下冷貯7 d后取出，恢復(fù)至室溫。分別檢測(cè)記錄外觀、流動(dòng)性、粒徑、有效成分含量、懸浮率等指標(biāo)有無變化，若貯存前后相同或有輕微變化，視為冷貯穩(wěn)定性合格。

1.3.6 制劑釋放速率的測(cè)定

取少量微囊懸浮劑，稀釋40倍后涂抹在載玻片上，通過顯微鏡觀察不同時(shí)間下微囊的形貌變化。

1.3.7 制劑毒性的測(cè)定

將9%吡唑醚菌酯微囊懸浮劑和30%吡唑醚菌酯懸浮劑稀釋至0.08 mg/L，以斑馬魚作為研究對(duì)象，在兩種稀釋液中各放入5條大小接近、健康活潑的斑馬魚個(gè)體用于試驗(yàn)。觀察并記錄不同時(shí)間內(nèi)供試魚的中毒癥狀和死亡條數(shù)，判斷斑馬魚死亡的標(biāo)準(zhǔn)是用玻璃棒敲擊魚的尾部無反應(yīng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 囊芯溶劑的篩選

吡唑醚菌酯原藥為類白色固體，直接加熱至65℃時(shí)就能使其融化，但其黏度較大，需要通過溶劑調(diào)節(jié)成黏度合適的均一油相才能被包覆。制備吡唑醚菌酯微囊時(shí)要求囊芯溶劑對(duì)原藥有較高的溶解度，溶劑對(duì)制劑的黏度要合適而且還應(yīng)性質(zhì)穩(wěn)定，不與其他物質(zhì)反應(yīng)[11]。本實(shí)驗(yàn)的吡唑醚菌酯和溶劑質(zhì)量比為3∶7，加熱至50℃后原藥溶解，比較不同溫度下溶劑對(duì)吡唑醚菌酯的溶解情況。由表1可知，無味煤油與吡唑醚菌酯不能形成均相液體，不適合做囊芯溶劑。油酸甲酯、溶劑油100#、溶劑油150#和二甲苯在常溫時(shí)，對(duì)吡唑醚菌酯溶解度相似，但從0℃冷貯溶解穩(wěn)定性可以看出，溶劑油150#和二甲苯析晶需要的時(shí)間更長(zhǎng)，說明溶解度更高。因溶劑油150#比二甲苯更環(huán)保，故選用溶劑油150#為囊芯溶劑。

表1 吡唑醚菌酯在不同溶劑中的溶解穩(wěn)定性

2.2 乳化劑種類的篩選

乳化劑是一種親水親油的兩性分子，親水基和親油基分別位于乳化劑兩側(cè)，在乳化過程中能夠降低水油兩相間的界面張力，使乳滴在相互碰撞時(shí)不易聚集[12]。由表2可知，使用不同乳化劑制備的微囊形貌差異較大。以SP-7125為乳化劑時(shí)微囊形貌規(guī)整，大小均勻。因此，選擇SP-7125作為制備吡唑醚菌酯微囊的乳化劑。

表2 乳化劑種類對(duì)微囊制備的影響

2.3 芯壁比對(duì)微囊穩(wěn)定性的影響

芯壁比是指芯材和壁材油溶性單體MDI的質(zhì)量比。由表3可知，當(dāng)芯壁比大于100∶3時(shí)，微囊貯存穩(wěn)定性差，有晶體析出。這可能是由于芯壁比過大致使芯材不能被完全包覆。當(dāng)芯壁比為100∶5時(shí)，固化階段反應(yīng)過于迅速，體系黏度不斷增大，最終導(dǎo)致膏化。當(dāng)芯壁比為100∶3和100∶4時(shí)，制劑穩(wěn)定性合格，但從原料成本考慮，最終確定芯壁比為100∶3。

表3 芯壁比對(duì)微囊制備的影響

2.4 固化溫度對(duì)微囊貯存穩(wěn)定性的影響

固化溫度直接影響囊壁材料的反應(yīng)速率。由表4可知，當(dāng)固化溫度為55℃時(shí)容易產(chǎn)生浮油。這是由于低溫固化聚合反應(yīng)速度慢，囊壁材料交聯(lián)程度不夠，所形成的聚脲相對(duì)分子質(zhì)量較低，不能及時(shí)形成致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。溫度在60～75℃時(shí)，囊形完好。固化溫度高于75℃時(shí)微囊形貌發(fā)生變化，微囊之間彼此黏連，這是由于高溫固化時(shí)反應(yīng)過于激烈，反應(yīng)不均導(dǎo)致。因此，優(yōu)選溫度區(qū)間為60～75℃，結(jié)合吡唑醚菌酯熔點(diǎn)為65℃，固化溫度選用65℃。

表4 固化溫度對(duì)微囊制備的影響

2.5 固化時(shí)間對(duì)微囊貯存穩(wěn)定性的影響

固化時(shí)間對(duì)微囊的貯存穩(wěn)定性具有重要影響。由表5可知，固化時(shí)間小于6.5 h時(shí)，微囊貯存穩(wěn)定性差，冷貯有晶體出現(xiàn)。這主要是因?yàn)槟冶诜磻?yīng)未完全，囊壁交聯(lián)度不夠，造成破囊。延長(zhǎng)固化時(shí)間能夠提高穩(wěn)定性，當(dāng)固化時(shí)間等于或超過6.5 h時(shí)，此時(shí)制備的微囊貯存穩(wěn)定性皆合格。因此，優(yōu)選固化時(shí)間為6.5 h。

表5 固化時(shí)間對(duì)微囊制備的影響

結(jié)合圖2可知，異氰酸酯基團(tuán)在2 270 cm-1處有很強(qiáng)的吸收峰，而65℃固化6.5 h后形成的吡唑醚菌酯微囊吸收峰在此處消失，表明體系中MDI和二元胺反應(yīng)完全。囊壁材料在3 440 cm-1處有單峰吸收，說明異氰酸酯基團(tuán)與氨基基團(tuán)之間發(fā)生了反應(yīng)，生成了聚脲。598 cm-1和935 cm-1處的吸收峰是吡唑環(huán)骨架上次甲基振動(dòng)產(chǎn)生的，吡唑醚菌酯原藥和吡唑醚菌酯微囊的紅外譜圖相比，吡唑醚菌酯原藥特征吸收峰強(qiáng)度在微囊中有明顯減弱。聚脲囊壁材料和吡唑醚菌酯原藥的特征峰都出現(xiàn)在了吡唑醚菌酯微囊的圖譜中，且沒有新的吸收峰出現(xiàn)，表明吡唑醚菌酯原藥被包封于微囊中。

綜合以上結(jié)果，選擇65℃固化6.5 h，得到的微囊樣品最穩(wěn)定，且囊球彼此間分散均勻。

圖2 紅外譜圖

2.6 微囊及微囊懸浮劑的檢測(cè)與表征

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定吡唑醚菌酯微囊懸浮劑配方（表6）。

表6 吡唑醚菌酯微囊懸浮劑配方

2.6.1 制劑控制項(xiàng)目指標(biāo)檢測(cè)

制劑各性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果顯示，9%吡唑醚菌酯微囊懸浮劑的各項(xiàng)性能指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)[10]，并且制劑貯存穩(wěn)定性合格，檢測(cè)結(jié)果見表7。

表7 吡唑醚菌酯微囊懸浮劑性能評(píng)價(jià)

2.6.2 吡唑醚菌酯微囊懸浮劑形貌分析

通過光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀察微囊的形貌。圖3（a）為吡唑醚菌酯微囊的光學(xué)顯微鏡圖，可以看出微囊分布比較均勻且無明顯的粘連現(xiàn)象。圖3（b）為吡唑醚菌酯微囊的電鏡拍攝圖，可以清晰地看出微囊形貌圓整，表面光滑。

圖3 吡唑醚菌酯微囊形貌

2.6.3 自然晾干條件下吡唑醚菌酯微囊懸浮劑釋放速率

將制備的9%吡唑醚菌酯微囊懸浮劑稀釋40倍后，涂抹于載玻片上，25℃下自然晾干，通過光學(xué)顯微鏡觀察不同時(shí)間內(nèi)微囊的形貌變化。由圖4可知，所制備的吡唑醚菌酯微囊懸浮劑自然晾干30 min時(shí)，微囊形貌仍然為光滑球型。自然晾干60 min時(shí)微囊形貌發(fā)生明顯變化，吡唑醚菌酯原藥流出。其釋放較為迅速，因此所制備的吡唑醚菌酯微囊懸浮劑為速釋型。

圖4 吡唑醚菌酯微囊懸浮劑在自然晾干條件下不同時(shí)間段的光學(xué)顯微鏡圖片（400倍)

2.6.4 吡唑醚菌酯微囊懸浮劑在水中的釋放速率

將制備的9%吡唑醚菌酯微囊懸浮劑稀釋40倍后，靜置一段時(shí)間，移出上層清液，通過顯微鏡觀察9%吡唑醚菌酯微囊懸浮劑在水中浸泡后微囊的形貌變化。由圖5可知，所制備的吡唑醚菌酯微囊懸浮劑在水中靜置180 min時(shí)，其形貌均無明顯變化，因此所制備的吡唑醚菌酯微囊懸浮劑在水溶液中釋放較為緩慢。

2.6.5 吡唑醚菌酯微囊懸浮劑對(duì)斑馬魚的活性影響

將9%吡唑醚菌酯微囊懸浮劑與30%吡唑醚菌酯懸浮劑稀釋至相同倍數(shù)，并將斑馬魚放置在稀釋液中，觀察斑馬魚的游動(dòng)情況，結(jié)果見表8。斑馬魚在30%吡唑醚菌酯懸浮劑溶液中5 min時(shí)出現(xiàn)中毒現(xiàn)象，30 min時(shí)斑馬魚全部死亡；而斑馬魚在9%吡唑醚菌酯微囊懸浮劑溶液中90 min后才出現(xiàn)中毒現(xiàn)象，240 min時(shí)徹底死亡。因此通過微囊化技術(shù)制備的制劑能夠明顯降低吡唑醚菌酯對(duì)斑馬魚的毒性。

圖5 吡唑醚菌酯微囊懸浮劑在水中不同時(shí)間段的光學(xué)顯微鏡圖片（400倍）

表8 吡唑醚菌酯制劑對(duì)斑馬魚活性的影響

3 結(jié)論

本研究以聚脲為囊壁材料，通過界面聚合法制備9%吡唑醚菌酯微囊懸浮劑。確定最佳配方及制備條件：囊芯溶劑選用150#溶劑油，乳化劑選用SP-7125，用量為水相質(zhì)量的2.5%；芯壁比為100∶3；固化溫度65℃，固化時(shí)間6.5 h。所得微囊表面光滑，形態(tài)圓整，平均粒徑2.5 μm，包封率大于90%，貯存穩(wěn)定性合格。與懸浮劑相比，所制備的9%吡唑醚菌酯微囊懸浮劑能夠明顯降低對(duì)斑馬魚的毒性。