5%吡蟲啉微囊懸浮劑配方研究

閆興亞，高瞻

(安徽豐樂農(nóng)化有限責(zé)任公司,合肥 231622)

微膠囊的制備可根據(jù)藥物、囊材的理化性質(zhì)，以及所需粒度與釋放性能的不同而選擇不同的方法。微膠囊懸浮劑屬于緩釋劑的范疇，制備微囊懸浮劑的工藝有2 種方法[1]。

一是界面聚合法，界面聚合法是囊壁成膜反應(yīng)發(fā)生在互不相溶的油水兩相界面上，反應(yīng)在常溫下便可進(jìn)行。該方法的基本步驟：將成膜反應(yīng)所用的油溶性高分子單體，溶解在農(nóng)藥原油中構(gòu)成有機相；然后將此有機相加入乳化劑、水，在高速剪切條件下，形成水包油乳狀液；再向此乳狀液中，添加水溶性的高分子單體，在常溫條件下便可在乳狀液粒子的油-水界面處發(fā)生成囊的聚合反應(yīng)，囊膜將農(nóng)藥有效成分與水隔離。反應(yīng)完畢，再加入適當(dāng)適量的助劑調(diào)制后，即可制備微囊產(chǎn)品。

二是原位聚合法，原位聚合法是先把原藥、溶劑、乳化劑及水混合后，用均質(zhì)機剪切成為水包油乳液，然后將水溶性成膜劑加入到乳液狀農(nóng)藥中，升溫、加入催化劑后開始包覆成膜。反應(yīng)完畢，再加入適當(dāng)適量的助劑調(diào)制后，即可制備微囊懸浮劑。

吡蟲啉是煙堿類超高效殺蟲劑，具有廣譜、高效、低毒、低殘留，害蟲不易產(chǎn)生抗性，對人、畜、植物和天敵安全等特點，并有觸殺、胃毒和內(nèi)吸等多重作用。產(chǎn)品速效性好，藥后1 d 即有較高的防效，持效期長達(dá)25 d 左右，是取代對哺乳動物毒性高、有殘留和環(huán)境問題的有機磷、氨基甲酸酯、有機氯類殺蟲劑的較好品種[2]。

微囊懸浮劑具有緩釋作用、持效期長、穩(wěn)定性高、毒性低、防效高等特點，以水為分散介質(zhì)，減少有機溶劑的使用量，對于保護農(nóng)業(yè)生態(tài)平衡具有重要意義，更有利于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[3]。

本研究采用原位聚合法制備了5%吡蟲啉微囊懸浮劑，并對囊壁材料用量、分散劑及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑等因素對成囊的影響進(jìn)行了探索，對制備的微囊懸浮劑理化性能進(jìn)行了測定。

1 材料與方法

1.1 材料

97%吡蟲啉原藥(山東中農(nóng)聯(lián)合生物科技股份有限公司)；囊材：三聚氰胺(山東金生潤化工有限公司)、37%甲醛水溶液(山東金生潤化工有限公司)；分散劑：G 5000(英國禾大化工中國公司)、2700(上海統(tǒng)江化工有限公司)、NNO(泰興市華龍化工實驗設(shè)備有限公司)；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑：硅酸鎂鋁(蘇州中材科技有限公司)、黃原膠(淄博中軒化工有限公司)。

1.2 主要儀器

SE202FZH 型電子天平(常州奧豪斯儀器有限公司)，SFJ-400 型立式砂磨機(上海現(xiàn)代環(huán)境工程技術(shù)有限公司)，101S-A 型電熱恒溫干燥箱(上海錦昱科學(xué)儀器有限公司)，Waters 2489 高效液相色譜儀(Waters 公司)，pHS-25 型pH 計(上海精科雷磁儀器廠)，BT-9300S 型激光粒度分散儀(丹東百特儀器有限公司)，賽默飛Apreo2S 型掃描電子顯微鏡(北京歐波同光學(xué)技術(shù)有限公司)。

1.3 方法

1.3.1 微囊制備

⑴微囊芯材吡蟲啉懸浮劑的制備

采用濕法研磨工藝。準(zhǔn)確稱量原藥、助劑及分散介質(zhì)等，用弗魯克高剪切乳化機充分預(yù)分散，將漿料轉(zhuǎn)入立式砂磨機，加入1.2 倍漿料質(zhì)量的氧化鋯珠(直徑1.4 mm)進(jìn)行砂磨，研磨時間約為120～150 min，砂磨機轉(zhuǎn)速2 000 r/min，砂磨至粒徑在3～4μm 結(jié)束砂磨。

⑵預(yù)聚體的制備

將三聚氰胺和37%甲醛水溶液混合均勻，用稀液堿調(diào)pH 至8.5～9.0，快速封口，在69～75 ℃下攪拌至澄清，然后快速冷卻至室溫。

⑶微囊的制備

將預(yù)聚體倒入吡蟲啉懸浮劑中，然后加入適量分散劑和水，攪拌一定時間后，用稀鹽酸緩慢調(diào)節(jié)pH 至酸性，攪拌至成囊，加入適量25%氯化銨溶液攪拌觀察成囊情況，至成囊均勻后，加入液堿調(diào)節(jié)pH 至中性，再加入分散劑、增稠劑(結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑)、防凍劑、防腐劑等，再用水補足余量，攪拌均勻即得微囊懸浮劑。

1.3.2 微囊性能測定

⑴總有效成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定

準(zhǔn)確稱取0.05 g(精確到0.000 2 g)微囊懸浮劑，加入1.5 mL 二甲亞砜，待完全溶解后用超聲波繼續(xù)破囊5 min，用甲醇定容至10 mL，過0.22μm 有機濾膜后，采用高效液相色譜檢測有效成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

⑵囊外有效成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定

準(zhǔn)確稱取0.05 g(精確到0.000 2 g)的微囊，加入3 mL 甲醇振蕩萃取微囊外的吡蟲啉，萃取3 次，合并萃取液，用甲醇定容，過0.22μm 有機濾膜后用高效液相色譜檢測含量，即為囊外有效成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

⑶囊內(nèi)有效成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定

囊內(nèi)有效成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)=總有效成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)-囊外有效成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)

⑷包囊率測定

準(zhǔn)確稱取0.05 g(精確到0.000 2 g)的微囊，加入3 mL 甲醇振蕩萃取微囊外的吡蟲啉，萃取3 次，合并萃取液，用甲醇定容，過0.22μm 有機濾膜后用高效液相色譜檢測含量，即為囊外有效成分的量。按下式計算有效成分包囊率。

包囊率(%)=(總有效成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)-囊外有效成分質(zhì)量分?jǐn)?shù))/總有效成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)×100

⑸囊徑和囊壁厚度的測量

取少量微囊懸浮劑，用清水稀釋后用激光粒度儀測定其D50、D90，從而判定微囊的粒徑分布；微囊的壁厚可以通過制備冷凍切片，用掃描電子顯微鏡，用顯微鏡在同一放大倍率下觀察，再通過二次變焦測得微囊的內(nèi)徑d 和外徑D，膜厚ΔX 按下式進(jìn)行計算。

圖1 為吡蟲啉微囊及其橫切面電鏡照片。

圖1 吡蟲啉微囊及其橫切面電鏡照片

⑹微囊懸浮劑穩(wěn)定性的測定

熱儲穩(wěn)定性：每支安瓿瓶分裝待測微囊懸浮劑10 g，密封后放入(54±2)℃烘箱中，靜置熱儲30 d后，檢測記錄外觀、流動性、有效成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)等各項指標(biāo)有無變化。

冷儲穩(wěn)定性：每支安瓿瓶分裝待測微囊懸浮劑10 g，密封后放入-18℃低溫下冷儲24 h，取出后觀察凍結(jié)情況。然后室溫下靜置融化，觀察記錄外觀、流動性、有效成分含量等各項指標(biāo)有無變化。

⑺懸浮率的測定

按GB/T 14825—2006 中4.3 進(jìn)行懸浮率的測定。

⑻釋放速率的測定

取1 mL 的微膠囊樣品，加入9 mL 的甲醇，混合均勻，用濾紙過濾，自然晾干，裝入硅膠柱中，在25℃下，每天用甲醇淋洗后定容搖勻，對甲醇中的吡蟲啉的含量進(jìn)行測定，連續(xù)測定7 d。按下式計算該微膠囊懸浮劑的釋放速率。

釋放速率(%)＝每天用甲醇淋洗后甲醇中吡蟲啉的含量/硅膠柱中前一天吡蟲啉的理論剩余量×100

1.3.3 田間藥效試驗

田間藥效試驗于2022 年8 月5 日在合肥市肥西縣官亭鎮(zhèn)河北村進(jìn)行。水稻品種Q 兩優(yōu)絲苗，處于抽穗揚花期，施藥天氣為晴天，氣溫26.7～38.4 ℃。小區(qū)面積200 m2，采用陽光電動背負(fù)式噴霧器配裝扇型噴頭(壓力0.3～0.45 MPa，噴孔口徑1 mm)進(jìn)行均勻噴霧，噴液量為600 kg/hm2，藥液采用二步稀釋法配制。設(shè)3 次重復(fù)，小區(qū)隨機排列。試驗設(shè)5 個處理：5%吡蟲啉微囊懸浮劑15、22.5、30 g a.i./hm2，對照藥劑25%吡蟲啉乳油(市購)22.5 g a.i./hm2及清水空白對照。

2 結(jié)果與分析

2.1 壁材用量的篩選

2.1.1 壁材用量對吡蟲啉包囊率及粒徑的影響

如表1 所示，當(dāng)壁材三聚氰胺-甲醛樹脂的用量小于15%時，隨著使用量的增加，吡蟲啉有效成分的包囊率逐漸增加；壁材的用量大于15%時，包囊率則變化很小。主要原因是當(dāng)壁材用量為15%時，吡蟲啉的包囊率達(dá)到了飽和；壁材用量的增加僅僅是加固現(xiàn)有的微囊結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致囊壁逐漸變厚。

表1 壁材對微囊懸浮劑特征的影響

壁材用量對吡蟲啉微囊的平均粒徑有一定影響。總體表現(xiàn)為隨著壁材用量的增加，吡蟲啉的平均粒徑隨之增大。這是由于隨著壁材用量的增加，包裹在吡蟲啉固體顆粒周圍的壁材用量逐漸增加，導(dǎo)致囊壁的厚度逐漸增加，粒徑表現(xiàn)為略微增大。

2.1.2 壁材用量對吡蟲啉釋放速率的影響

壁材的用量對吡蟲啉的釋放速率有較大的影響(表2)。總體表現(xiàn)為隨著壁材用量的增加，吡蟲啉的釋放速率降低，并且壁材用量越大，平均釋放速率降低的越慢。這是由于隨著壁材用量的增加，囊壁的厚度也逐漸增厚，微囊表面就越緊密，導(dǎo)致吡蟲啉不易釋放。

表2 壁材用量對釋放速率的影響

2.2 分散劑的篩選

由于吡蟲啉原藥在水中有一定的溶解度，在制備囊芯材料時，需要制備高含量的懸浮劑，且制備微囊懸浮劑后需要防止微囊聚集，故要選用合適的分散劑，防止吡蟲啉固體顆粒或微囊聚集長大，對制劑懸浮率及儲存穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。分散劑的篩選結(jié)果見表3。由表3 可以看出：G5000 和NNO 作為分散劑時，所得制劑懸浮率低于90%，粒徑大于5μm。2700 作為分散劑的分散效果最好，且粒徑在5μm以下，因此選用分散劑2700。

表3 5%吡蟲啉微囊懸浮劑分散劑篩選

2.3 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑的篩選

結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑的篩選見表4。從表4 可見：黃原膠用量增加制劑產(chǎn)品的熱儲析水率降低，但是傾倒性逐漸變差。硅酸鎂鋁可以微調(diào)產(chǎn)品的黏稠度，所以當(dāng)黃原膠達(dá)到一定比例后，使用硅酸鎂鋁對黏度進(jìn)行微調(diào)。隨著硅酸鎂鋁添加量的增加，制劑產(chǎn)品傾倒性逐漸提高。當(dāng)黃原膠用量為0.2%、硅酸鎂鋁用量為2%時，制劑的儲存效果和使用效果都較好且成本適中。

表4 5%吡蟲啉微囊懸浮劑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑篩選

2.4 優(yōu)化配方的確定

綜合上述各項篩選試驗結(jié)果，另防凍劑和防腐劑的選擇考慮經(jīng)濟性和通用性，選用乙二醇和卡松，確定了5%吡蟲啉微囊懸浮劑優(yōu)化配方為吡蟲啉5%、囊材三聚氰胺-甲醛樹脂15%、分散劑2700 5%、黃原膠0.25%、硅酸鎂鋁2.0%、乙二醇4%、水補至100%。制備的微囊懸浮劑平均粒徑3～4μm，包封率90%以上，是粒徑分布均勻、性能穩(wěn)定的微囊懸浮劑。

2.5 微囊質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)的測定

對經(jīng)過優(yōu)化配方制備的5%吡蟲啉微囊懸浮劑進(jìn)行各項質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)的測定，結(jié)果見表5。

表5 5%吡蟲啉微囊懸浮劑的質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)測定

制備的5%吡蟲啉微囊懸浮劑外觀為可流動、黏稠狀液體，儲存過程中有少量沉淀，微分層，但置于室溫下經(jīng)搖動能恢復(fù)均一狀態(tài)。

2.6 田間藥效試驗

5%吡蟲啉微囊懸浮劑對水稻稻飛虱的防治效果、安全性及使用劑量見表6。

表6 5%吡蟲啉微囊懸浮劑防治水稻稻飛虱田間試驗

試驗結(jié)果表明：5%吡蟲啉微囊懸浮劑防治水稻稻飛虱的效果較好，并對水稻安全，可作為防治水稻稻飛虱的藥劑登記使用。推薦制劑用量20.0～30.0 mL/667m2(即有效成分量15.00～30.00 g a.i./hm2)，于水稻稻飛虱低齡若蟲發(fā)生始盛期噴霧施藥，施藥1 次。

3 結(jié)論

通過配方篩選和檢測分析，確定了5%吡蟲啉微囊懸浮劑優(yōu)化配方：吡蟲啉5%、囊材三聚氰胺-甲醛樹脂15%、分散劑2700 5%、黃原膠0.25%、硅酸鎂鋁2.0%、乙二醇4%、水補至100%。制備的微囊懸浮劑平均粒徑3～4μm，包封率90%以上，具有良好的經(jīng)時穩(wěn)定性、濕展性能；對環(huán)境污染小，對使用者安全，符合現(xiàn)代植保的要求，具有較強的市場競爭力和開發(fā)前景。