負(fù)載IPBC微囊型制劑的制備及木材防霉性能研究

李彤彤 李冠君 李曉文 李家寧 李民

(中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所海南?？?571101)

據(jù)最新數(shù)據(jù)，中國(guó)膠園年產(chǎn)橡膠木約200萬m3，每年進(jìn)口東南亞橡膠木近400萬m3，橡膠木已成為中國(guó)進(jìn)口的熱帶鋸材中數(shù)量最大的樹種［1］。橡膠木紋理美觀、加工性能良好，由于其淀粉等含量遠(yuǎn)高于其它樹種，通常需經(jīng)化學(xué)防腐改性處理［2］。

3-碘-2-丙炔基丁基氨基甲酸丁酯（IPBC）是一種有機(jī)溶劑型廣譜殺菌劑，能有效殺滅藍(lán)變/霉菌、酵母菌、藻類和細(xì)菌，對(duì)擔(dān)子菌有一定的抑制效果，對(duì)人、畜低毒，可安全降解，是高效、低毒和對(duì)環(huán)境無害的綠色木材防腐劑［3］。Muinm等［4］采用IPBC作為防腐劑，使用超臨界CO2處理法，對(duì)5種結(jié)構(gòu)木材中密度纖維板、闊葉材膠合板、針葉材膠合板、刨花板和定向刨花板進(jìn)行防腐處理，結(jié)果顯示，IPBC具有良好的抗腐朽性能。肖忠平等［5］以超臨界CO2流體為載體攜帶IPBC，處理杉木、馬尾松、中密度纖維板和刨花板，對(duì)木材的防腐性能和IPBC的抗流失性能進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，IPBC對(duì)綿腐臥孔菌、彩絨革蓋菌有較好的抑制效果。李曉文［6］用IPBC和二癸基二甲基氯化銨（DDAC）對(duì)橡膠木進(jìn)行防霉防藍(lán)變處理，結(jié)果表明，單一IPBC制劑及IPBC與DDAC復(fù)配制劑處理的木材，均具有較優(yōu)的防霉防藍(lán)變性能。

以上學(xué)者均是將IPBC直接作為防腐劑處理木材，但I(xiàn)PBC水溶性較差，其在熱或者紫外光輻照條件下因易分解而喪失抑菌能力，分解產(chǎn)生的碘導(dǎo)致產(chǎn)品變黃，最終影響產(chǎn)品的質(zhì)量［7-8］。因此，對(duì)IPBC的制劑進(jìn)行改進(jìn)，將其制備成微膠囊形式，提高其穩(wěn)定性具有重要意義。本研究采用溶劑揮發(fā)法制得一種負(fù)載IPBC的微囊型防霉劑，其具有緩釋藥效作用，期望提高IPBC水溶性、光熱穩(wěn)定性及防霉性能。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試材

橡膠木品系PR107，采自海南省儋州市中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)場(chǎng)，樹齡25年。自然風(fēng)干，制成50 mm×20 mm×5 mm（L×T×R）試件備用。

1.1.2 試劑

IPBC質(zhì)量分?jǐn)?shù)99%，白色晶體；乙基纖維素，粘度45-55 MPa·s；甲醇，分析純；無水乙醇，分析純；吐溫-80，分析純，均由廣州化學(xué)試劑廠生產(chǎn)。乙腈，色譜純購(gòu)自美國(guó)Thermo Fisher公司。

1.1.3 供試菌種

哈茨木霉（Trichoderma harzianum），可可球二孢（Botryodiplodia theobromae），由中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所提供。

1.1.4 儀器

ZM-250型恒溫恒濕箱；DZF-6030A型真空干燥箱；ZHJH-C1209B型超凈工作臺(tái)；Agilent 1226高效液相色譜儀，DAD檢測(cè)器；Horiba Partica LA-960激光散射粒度儀；攪拌器；Mettler電子天平等。

1.2 方法

1.2.1 IPBC微膠囊的制備

采用溶劑揮發(fā)法［9-11］制 備IPBC微 膠 囊。將300 mg乙基纖維素加入40 mL無水乙醇中，以1 000 r/min的轉(zhuǎn)速溶解攪拌；待溶解完全后，加入150 mg IPBC，攪拌直至IPBC均勻分散于溶液中，制得內(nèi)相；然后將質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.75%的吐溫-80加入到100 mL去離子水中，形成外相；在恒壓漏斗下，以恒定速率將內(nèi)相混合液加入到外相中，保持?jǐn)嚢杷俾蕿? 200 r/min，直到無水乙醇揮發(fā)完全，即得IPBC微膠囊；用0.45μm濾膜過濾，收集固體物質(zhì)（囊壁材料）和濾液，濾液即為IPBC微膠囊溶液。

1.2.2 IPBC微膠囊的粒徑測(cè)定

將1 mL IPBC微膠囊溶液滴入Horiba Partica LA-960激光散射粒度儀，測(cè)定IPBC微膠囊的平均粒徑（D50）。

1.2.3 IPBC微膠囊包覆率及載藥量測(cè)定

1.2.3.1 IPBC標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

準(zhǔn)確稱取IPBC標(biāo)準(zhǔn)品0.300 0 g，加甲醇定容至50 mL，配制成6.00 mg/mL的IPBC標(biāo)準(zhǔn)液；取上述標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋，分別配制成質(zhì)量濃度為0.15、0.75、1.50、3.00 mg/mL的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.2.3.2 高效液相色譜檢測(cè)條件

參考趙玥等［12］的IPBC高效液相色譜檢測(cè)條件。色譜柱：Agilent Eclipse XDB-C18柱，5μm，250 mm×4.6 mm（id）；流動(dòng)相：乙腈-水（55∶45，V/V）；流速：1.0 mL/min，等度洗脫；柱溫：30℃；檢測(cè)波長(zhǎng)：204 nm；進(jìn)樣量：20μL。

1.2.3.3 包覆率和載藥量計(jì)算

取1.2.1收集的固體物質(zhì)，以50℃烘干并稱重，即為析出的囊壁材料的質(zhì)量。取1 mL IPBC納米膠囊溶液，用4 mL甲醇溶解，超聲10 min后，離心取上清液，采用高效液相色譜法測(cè)定微膠囊中IPBC的質(zhì)量濃度，按照式（1）和（2）分別計(jì)算包覆率和載藥量［13-14］。

式中：C為微膠囊中IPBC的質(zhì)量濃度，mg/mL；V為微膠囊溶液的體積，mL；M1為加入的IPBC的質(zhì)量，mg；M2為投放的囊壁材料的質(zhì)量，mg；M3為析出的囊壁材料的質(zhì)量，mg。

1.2.4 抑菌實(shí)驗(yàn)

將橡膠木試件分別用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%和0.3%的IPBC微膠囊溶液及空白微膠囊溶液浸漬處理，放置真空干燥箱中抽真空至-0.09 MPa，保持5 min；卸壓，繼續(xù)浸泡1 h，使試件達(dá)到全透；取出試件，用濾紙吸去表面余藥；參考帶毒培養(yǎng)基法［15-16］，將哈茨木霉、可可球二孢菌餅分別接種到PDA培養(yǎng)基［17］中，每皿接種菌餅1塊，放入溫度28℃、濕度75%的恒溫恒濕箱中培養(yǎng)和觀察；當(dāng)培養(yǎng)基表面完全被菌絲覆蓋時(shí)，將經(jīng)殺菌的橡膠木試件及空白樣平放在培養(yǎng)皿中，二者之間用玻璃棒隔開，在溫度28℃、濕度75%的恒溫恒濕箱中培養(yǎng)；觀察橡膠木霉變情況，每組設(shè)3次重復(fù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 IPBC微膠囊的粒徑

根據(jù)配方制成的IPBC微膠囊溶液，外觀為白色、流動(dòng)性良好的均相液體，無可見懸浮物或沉淀。經(jīng)激光散射粒度儀檢測(cè)的IPBC微膠囊粒徑分布見圖1。IPBC微膠囊直徑分布在30～172 nm，均勻度良好，平均粒徑（D50）為58 nm。IPBC微膠囊的粒徑越小，越有利于在浸漬處理橡膠木時(shí)木材防霉劑滲透到木材內(nèi)部，充分發(fā)揮藥劑的藥效。本研究制備的IPBC微膠囊粒徑較小，達(dá)到納米級(jí)別，可以進(jìn)入木材的細(xì)胞腔中，從而提高木材的防腐作用。

2.2 IPBC微膠囊的包覆率及載藥量

圖1 IPBC微膠囊的粒徑分布

2.2.1 IPBC標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

采用高效液相色譜儀，每次進(jìn)樣20μL，以色譜峰的峰面積（Y）為縱坐標(biāo)，IPBC的濃度（C）為橫坐標(biāo)作圖，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果如圖2所示。IPBC的線性方程為Y＝1 836.62C＋132.47，相關(guān)系數(shù)為0.999 8。將質(zhì)量濃度為1.50 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液連續(xù)進(jìn)樣5次，每次進(jìn)樣20μL，計(jì)算RSD值，結(jié)果為5.83%。以噪音的3倍所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度為檢出限，計(jì)算出檢出限為1.32 mg/L。

圖2 IPBC標(biāo)準(zhǔn)溶液的工作曲線

2.2.2 IPBC的質(zhì)量濃度檢測(cè)圖譜

采用高效液相色譜儀檢測(cè)IPBC微膠囊溶液上清液中IPBC的質(zhì)量濃度，圖譜見圖3。IPBC保留時(shí)間為6.386 min時(shí)，峰形對(duì)稱。根據(jù)IPBC標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算IPBC微膠囊中IPBC的濃度為0.22 mg/mL。1.2.1中收集的囊壁材料，干重為28.10 mg。根據(jù)公式（1、2）得包覆率為71.57%，載藥量為25.85%。

圖3 IPBC微膠囊的高效液相色譜圖

2.3 IPBC微膠囊的抑菌實(shí)驗(yàn)

分別將經(jīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%和0.3%的IPBC微膠囊溶液及空白微膠囊溶液浸漬處理的橡膠木試件放置于長(zhǎng)滿菌絲的培養(yǎng)基中，觀察IPBC微膠囊的抑菌效果，放置一個(gè)月，結(jié)果見圖4?？瞻孜⒛z囊處理的橡膠木試件表面長(zhǎng)滿了菌絲，沒有任何抑菌效果。經(jīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%和0.3%的IPBC微膠囊溶液處理的橡膠木對(duì)哈茨木霉菌均有較好的抑菌效果，木材表面未長(zhǎng)菌絲。與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的IPBC微膠囊溶液相比，0.15%的IPBC微膠囊溶液對(duì)可可球二孢的抑菌效果較低，在橡膠木試件表面邊沿位置有菌絲生長(zhǎng)。根據(jù)公式（2）計(jì)算出質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的IPBC微膠囊溶液的載藥量為49.60%，因此其抑菌效果更好。微膠囊增大了IPBC的水溶性及光熱穩(wěn)定性，具有緩釋作用，對(duì)橡膠木具有顯著的防霉作用，為開發(fā)新型橡膠木防霉劑奠定基礎(chǔ)。

圖4 不同濃度IPBC微膠囊溶液處理橡膠木試件對(duì)可可球二孢和哈茨木霉的抑菌效果

3 結(jié)論

本研究采用溶劑揮發(fā)法制備的IPBC微膠囊木材防霉制劑，以IPBC為囊芯，乙基纖維素為囊壁，提高了IPBC的水溶性及光熱穩(wěn)定性；制備的IPBC微膠囊溶液粒徑分布在30～172 nm，微膠囊的平均粒徑（D50）為58 nm；經(jīng)高效液相色譜儀檢測(cè)，質(zhì)量濃度0.15%的IPBC微膠囊的包覆率為71.57%，載藥量為25.85%。分別用質(zhì)量濃度為0.15%和0.3%的IPBC微膠囊溶液處理橡膠木試件，2種不同濃度的微膠囊對(duì)哈茨木霉菌均有較好的抑菌效果。與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的IPBC微膠囊溶液相比，0.15%的IPBC微膠囊溶液對(duì)可可球二孢的抑菌效果較低。本研究為開發(fā)新型橡膠木防霉劑提供了途徑。