CN101027978A - 环境友好漂浮性微囊载体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环境友好漂浮性微囊载体，是一种有单层或多层包膜的微囊；所述的单层包膜的微囊是由囊心和包膜层组成，所述的多层包膜的微囊是指微囊由囊心和囊心外依次包覆的多个包膜层组成；所述的微囊中含有囊壁材料、漂浮材料或/和由起泡剂反应形成的蜂窝孔隙、和活性成份；漂浮材料是指漂浮性低密度材料，活性成份为农药原药、农药原药的加工产品、微生物功能细菌、肥料、污染物处理试剂、废弃物中的一种或多种。本发明提供的这种环境友好漂浮性微囊载体可以用于农药、肥料、水体环境的多种处理等方面。它不仅可以用于水体环境，如稻田、藻类、水葫芦等，而且也可以应用于旱地环境，但应用于旱地环境时与普通微囊没有差别。

Description

环境友好漂浮性微囊载体及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种环境友好具有漂浮特性的微囊载体及其应用，属化工生产领域。

背景技术

我国是世界上第一人口大国，保障国家粮食安全、环境安全以及人民健康尤为重要。我国是一个传统的农业大国，农业有害生物灾害较严重，同时也是一个环境问题突出的国家。化学除草剂品种多、防治谱广、防效快，在控制有害生物危害，保护农业生产安全，缓解人口与粮食产量矛盾等方面发挥了重要作用。但随着科学技术的发展，人们环保意识的增强，传统化学除草剂的副作用逐渐显露出来。诸如化学除草剂的毒性以及由于长期大量的使用导致的药害、有害生物抗药性及再猖獗、农产品中农药残留污染、人畜中毒等等一系列问题。最终破坏了农田生态平衡及生物多样性，对环境造成了极大的危害；另外疾病防治中环境特别是水体的消毒灭菌，均可以造成环境的污染。开发各种新剂型的除草剂、杀菌剂、杀虫剂可以大大提高药效，减少环境污染。其中微囊剂是近年来发展较快的新剂型之一。应用发现传统的微囊剂的囊壁还有相当一部分使用了人工合成高分子材料，成本高，而且降解性差。

另外一些情况如：湖面灭藻、水稻叶面熏蒸杀虫剂等等，需要药物在水表面局部区域发挥作用，解决微囊剂药物的控释漂浮问题尤为重要。

使用环境友好性程度高的载体材料，完成各种药物活性成份的微囊化包膜，同时还可以充分发挥生物防治、物理防治的优势，实现农业有害生物灾害的综合防治，这是当今世界农药发展的一个重要的发展方向。使用环境友好性程度高的载体材料微囊化包膜肥料实现肥效的缓慢释放，也是当今世界肥料发展的一个重要的发展方向。利用环境友好的载体材料，实现肥药双效合一与高效利用，也是今后农业发展中的一个极有潜力的方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种环境友好性程度高的漂浮性微囊载体，它是根据微囊化包膜控释理论以及固体分散技术、微囊化技术等制备的。

本发明的另一个目的是提供一种该漂浮性微囊载体的制备方法，根据实际需求，可以采用该方法微囊化包膜不同的活性成份。例如活性成份可以是农药原药、农药原药的加工产品、微生物功能细菌、肥料、污染物处理试剂等等，或者是前述几种中的若干种的混合物。

本发明的技术方案如下：

环境友好漂浮性微囊载体，其特征在于是一种有单层或多层包膜的微囊；所述的单层包膜的微囊是由囊心和包膜层组成，所述的多层包膜的微囊是指微囊由囊心和囊心外依次包覆的多个包膜层组成；所述的微囊中含有囊壁材料、漂浮材料或/和由起泡剂反应形成的蜂窝孔隙、和活性成份；漂浮材料是指漂浮性低密度材料，所述的漂浮性低密度材料为选择十六醇、十八醇、单硬脂酸甘油酯、明胶、乙炔黑中的一种或多种，起泡剂为选择碳酸氢钠、碳酸镁，碳酸氢铵中的一种或多种，所述的活性成份为农药原药、农药原药的加工产品、微生物功能细菌、肥料、污染物处理试剂、废弃物中的一种或多种。

所述的漂浮材料和活性成份在所述的微囊的囊心和包膜层中的一处或多处任意分布。

所述的囊壁材料选自下列一种或多种：(1)、天然高分子材料：明胶、阿拉伯胶、海藻酸钠、淀粉、壳聚糖、琼脂、多糖、桃胶、虫胶、松脂；(2)、合成高分子材料：聚乳酸、聚乙醇酸、脂肪族聚酯、聚原酸酯、聚碳酸酯、聚酸酐、聚磷酸酯；(3)、半合成高分子材料：羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素；(4)、无机材料：碳酸盐、硅酸盐。

制备所述的环境友好漂浮性微囊载体的方法，其特征在于采用下列方法之一：(1)、物理机械方法：锅包法、空气悬浮成膜法、喷雾法、包结络合法、挤压法、旋转悬浮分离法、多孔离心法；(2)、化学方法：界面聚合法、原位聚合法、锐孔-凝固浴法；(3)化学物理法：单凝聚法、复合凝聚法、油相分离法、复相乳液法、熔化分散冷凝法、粉末床法。

所述的活性成份为农药原药或农药原药的加工产品，所述的囊心或/和包膜层中添加农药增效剂、粘合剂、稳定剂、润湿剂、乳化剂其中的一种或者几种。

所述的环境友好漂浮性微囊载体，其特征在于所述的多个包膜层是指1个及以上的包膜层，典型的情况是2-4个包膜层。

本发明提供的这种环境友好漂浮性微囊载体，从结构上看，由两层或者三层甚至更多层构成；从所完成的功能角度看，分为四个功能模块，分别为漂浮模块、药物模块、控释模块、速释保护模块，各模块中包含有能实现这些功能的材料，例如，漂浮模块中含有漂浮性低密度材料和/或起泡剂，药物模块中含有所述的活性成份。这四个功能模块可以集中于同一层，也可以分别分布于四个层，或者某一层同时完成四个功能模块中的一个或者多个功能。其中漂浮模块实现微囊载体的漂浮，主要用低密度材料或者通过加入起泡剂来实现漂浮；药物模块完成活性成份的微囊化包膜，同时该模块可以实现控释功能，故一般情况下，控释模块不是必须的；控释模块完成一些具有特殊需求的控释，一般不是必须的；速释保护模块完成微囊内部活性成份的保护，增强微囊的稳定性和耐存储性，防止活性成份的变质或者泄漏，此模块不是必须的。有的情况下，上述几个功能模块可以在一个层中完成。其中处于微囊核心部分的既可以是药物模块，也可以是漂浮模块，这根据具体应用环境而定。

本发明以环境友好性程度高的材料作为包膜层的囊壁材料，微囊制备过程中可以根据情况添加增效剂、稳定剂、润湿剂、乳化剂等等助剂其中的一种或者几种。并且必要时可以对活性成份采取适当的固体分散技术进行处理。

较为常用的微囊化包膜方法是复合凝聚法、界面聚合法、原位聚合法，锐孔-凝固浴法等。

本发明提供的这种环境友好漂浮性微囊载体的活性成份根据具体条件选择，如气候、作用环境、区域性特点及实际灾害情况等等。各包膜层材料根据活性成份性质、微囊化方法、各包膜层材料间的相互作用、材料环境友好性程度以及材料价格等因素来选择。如海藻酸钠可以单独用，也可以和壳聚糖联用；明胶可以单独用，也可以和阿拉伯胶联用。各包膜层的用量比例根据活性成份、控释要求、包封率要求、保存时间要求等等确定。

本发明提供的这种环境友好漂浮性微囊载体，当活性成份处于核心位置时，一种典型的作用过程如下：首先速释保护模块在外界环境因素的作用下迅速降解，继而漂浮模块中的漂浮介质逐渐释放分散。漂浮介质的散失，导致剩下包含活性成份的部分沉降到水体底部，最后活性成份通过囊壁的降解或者活性成份自身的渗透扩散释放出来。这适合于作用靶标处于植物根部的活性药物的微囊化包膜，或者最终作用靶标不是植物根部，但是需要从根部吸收的那些活性药物的微囊化包膜。如用作稻田除草剂时，由于漂浮性微囊剂适合于植物根部吸收，故药物模块应该处于核心位置。

本发明提供的这种环境友好漂浮性微囊载体，当漂浮模块处于核心位置时，一种典型的作用过程为：首先速释保护层在外界环境因素的作用下迅速降解，继而药物模块中的活性成份逐渐释放并发挥作用，最后是核心漂浮模块的降解。此种情况下，由于活性成份先于漂浮介质释放，故活性成份释放时微囊一直处于漂浮状态。这适合于作用靶标处于水体表面的活性药物的微囊化包膜。如用作水葫芦、藻类的除草剂，由于作用靶标在水体表面，故漂浮模块宜处于核心位置而药物层处于保护模块以下，这样可以保证活性成份一直保持与靶标的充分作用。而且，此种情况下，由于活性成份处于微囊较靠外的位置，故此时速释保护层层往往是必须的。

本发明所述漂浮性微囊载体当用于水生植物保护领域时，还可以通过适当的着色工艺或者适当的材料，使得漂浮成品对阳光有更好的遮挡作用，使液面以下的杂草得不到足够的光照，光合作用减弱，从而抑制杂草生长甚至死亡，实现物理防治。

本发明所述漂浮性微囊载体若以化学农药为囊芯，以深色材料为囊壁或者通过适当着色工艺，可以保证既充分利用化学除草剂防效快的特点，又利用了物理防治的广谱、环境友好等特点和生物防治的防效持久、成本低廉、对环境安全等特点，并且由于囊壁的包覆，提高了活性成份的稳定性，使得有效成份缓慢释放，从而延长药物的持效期，巩固防治效果，减少药物用量，降低毒性与药害。而且因最终成品不易被大气、阳光和雨水破坏及流失，可有效控制农药对地下水的污染，保护生态环境和人类健康。

本发明所述漂浮性微囊载体若以水处理剂为囊芯，则因为水处理剂缓慢释放，从水面逐渐沉降到水底，可以保证和水体环境的各个深度位置充分接触，从而可以充分处理水体环境，如水体环境的净化等等。

本发明提供的这种环境友好漂浮性微囊载体对活性成份的微囊化包膜过程是这样的：

根据实际应用需求，在进行微囊化包膜前可能需要先对活性成份进行一些处理，如可能需要对粒径等作一些处理，使之满足应用需要并且便于后续处理等。选定并处理完毕活性成份后，根据其性质选择合适的囊壁材料、漂浮材料、速释保护材料以及一些助剂，助剂包含增效剂、稳定剂、润湿剂、乳化剂等。

当药物模块处于微囊核心位置时，先采用合适的微囊化方法，完成对活性药物的微囊化包膜。若第一次微囊化包膜后的产物粒径过大，可作一些适当的细化处理。然后把第一次微囊化包膜后的小球分散于漂浮模块、控释模块或者速释保护模块的溶液中，加入相关助剂，使漂浮模块、控释模块或者速释保护模块被吸附沉积在第一次微囊化包膜后的小球上，从而实现活性成份的二次甚至更多次微囊化包膜。另外，二次微囊化包膜或者更多次的微囊化包膜可以通过大分子的自组装或者选用适当的造粒机或者采用旋转蒸发设备完成。最后选择适当的方法对微囊化包膜完成的成品进行干燥处理，如真空干燥、低温热风干燥等。

当漂浮模块处于核心位置时，第一次微囊化包膜处理时的处理对象应该是漂浮介质，药物模块的囊化应在后续的微囊化包膜过程中完成。其他操作步骤同上。

本发明提供的这种环境友好漂浮性微囊载体可以用于农药、肥料、水体环境的多种处理等方面。它不仅可以用于水体环境，如稻田、藻类、水葫芦等，而且也可以应用于旱地环境，但应用于旱地环境时与普通微囊没有差别。如果对材料作适当调整，还可以用于胃滞留-漂浮型给药系统的载体。

具体实施方式

环境友好漂浮性微囊载体，是一种有单层或多层包膜的微囊；所述的单层包膜的微囊是由囊心和包膜层组成，所述的多层包膜的微囊是指微囊由囊心和囊心外依次包覆的多个包膜层组成；所述的微囊中含有囊壁材料、漂浮材料或/和由起泡剂反应形成的蜂窝孔隙、和活性成份；漂浮材料是指漂浮性低密度材料，所述的漂浮性低密度材料为选择十六醇、十八醇、单硬脂酸甘油酯、明胶、乙炔黑中的一种或多种，起泡剂为选择碳酸氢钠、碳酸镁，碳酸氢铵中的一种或多种，所述的活性成份为农药原药、农药原药的加工产品、微生物功能细菌、肥料、污染物处理试剂、废弃物中的一种或多种。所述的囊壁材料选自下列一种或多种：(1)、天然高分子材料：明胶、阿拉伯胶、海藻酸钠、淀粉、壳聚糖、琼脂、多糖、桃胶、虫胶、松脂；(2)、合成高分子材料：聚乳酸、聚乙醇酸、脂肪族聚酯、聚原酸酯、聚碳酸酯、聚酸酐、聚磷酸酯；(3)、半合成高分子材料：羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素；(4)、无机材料：碳酸盐、硅酸盐。

所述的漂浮材料和活性成份在所述的微囊的囊心和包膜层中的一处或多处任意分布。

制备环境友好漂浮性微囊载体的方法，其特征在于采用下列方法之一：(1)、物理机械方法：锅包法、空气悬浮成膜法、喷雾法、包结络合法、挤压法、旋转悬浮分离法、多孔离心法；(2)、化学方法：界面聚合法、原位聚合法、锐孔-凝固浴法；(3)化学物理法：单凝聚法、复合凝聚法、油相分离法、复相乳液法、熔化分散冷凝法、粉末床法。

囊心或/和包膜层中可以添加农药增效剂、粘合剂、稳定剂、润湿剂、乳化剂其中的一种或者几种。

多个包膜层是指1个及以上的包膜层，典型的情况是2-4个包膜层。

本发明中的环境友好漂浮性微囊载体微囊化包膜活性成份的制备过程如下：

1、活性成份的选择及配比

活性成份可以是农药原药、农药原药的加工产品、微生物功能细菌、肥料、污染物处理试剂或者其中若干种的混合物。为了微囊化方便及提高包封率，活性成份的粒径应尽可能小，最好保持在20微米以内。用作植物保护领域时，活性成份在实际应用时应结合气候、区域性特点、具体施用环境以及灾害的实际情况等来选择单一制剂或者混配制剂。当采用混配制剂时，要注意各成份的含量及兼容性，确保混配药效达到增效作用而避免拮抗作用。科学的配比可以结合正交试验或者均匀设计等方法优化确定。当活性成份中含有微生物功能细菌时，必须根据功能细菌的特点提供其生存所需的条件，并且一般对其先进行微囊化处理，提供一个稳定的微环境供其生存。根据具体需要可以采用适当的固体分散技术对活性成份进行相关处理，如尺寸细化均匀性处理等。

2、漂浮模块、控释模块、速释保护模块材料的选择

控释模块和速释保护模块材料都必须具有成膜能力。其中控释模块和漂浮模块应该不能与活性成份反应，而且还要考虑其渗透性、稳定性、溶解性、粘度、吸湿性、毒性、可降解性、价格等因素。漂浮模块主要为低密度材料。速释保护模块要求选用固化后机械性能较好、能够形成比较致密的膜的一类材料，同时要求速释保护模块材料能够在光照、溶解等环境因素作用下快速分散降解。这三个模块都要求为环境友好性程度高的材料，并且这三个模块都可以根据情况添加增效剂、稳定剂、润湿剂、乳化剂等等助剂其中的一种或者几种。

3、微囊化包膜

根据活性成份和漂浮模块、控释模块、速释保护模块材料的性质选择适当的微囊化方法对活性药物进行囊化包膜。当活性成份为微生物功能细菌时，一般对其先进行微囊化处理，提供一个稳定的微环境供其生存。在此多元相中，连续相的选择必须满足如下条件：(1)包膜材料能够溶于该相中(2)当活性成份为农药原药的固态加工产品，比如为农药微囊剂时，选择时还必须保证该微囊囊壁不溶或者难溶于该相。

为叙述方便，这里以两层微囊化包膜方式进行说明，若要进行更多层的囊化包膜，只需要选择合适的微囊化方法即可。按照微囊核心部分的成份不同，分为如下两种情况：(1)当药物层处于核心位置时，先选择一种适当的微囊化方法完成对活性成份的第一次囊化包膜。然后对第一次微囊化包膜后的微球作粒径均匀细化或者表面改性等处理，最后把第一次微囊化包膜并处理后的小球分散于速释保护层的溶液中，加入相关助剂，让速释层被吸附沉积在第一次微囊化包膜后的小球上，从而实现活性成份的二次微囊化包膜，即形成速释保护层。另外，二次微囊化包膜也可以通过大分子的自组装或者选用适当的造粒机或者采用旋转蒸发设备完成。(2)当漂浮层处于核心位置时，则第一次对漂浮层作微囊化包膜处理，后续操作与上述(1)大致相同。

上述两种方式中，都可以在需要的时候添加必要的助剂。所有微囊化包膜完成后，最后选择适当的方法对微囊化包膜完成的成品进行干燥处理，如真空干燥、低温热风干燥等方法。

制备过程中，各步的反应时间、各反应物浓度、助剂的种类和量等等都会影响最终成品的缓释和漂浮效果，从而也将最终影响产品的药效。

实施例1：用于抑制去除水葫芦的漂浮性微囊载体应用

水葫芦是一种世界性的有害水生杂草，其繁殖能力极强。它导致航道阻塞、水产品的产量和质量下降、水体生物多样性被破坏、水体污染等诸多负效应。41％Bioforce水剂、草甘膦、克芜踪、36％草甘·氯磺可溶性粉剂等都对水葫芦的生长具有很好的抑制效果。本例所述微囊制备过程如下：

本例采用三层微囊化包膜方式，漂浮模块处于微囊核心位置。以36％草甘·氯磺可溶性粉剂为活性成份，以明胶为包膜材料，以海藻酸钠与起泡剂、低密度材料混合为漂浮模块材料，以壳聚糖为速释保护模块材料。将轻质漂浮材料先进行细化处理使得其粒径在10微米以下，然后将其分散到3％～6％明胶溶液中，加入起泡剂，搅拌冷却形成凝胶，真空干燥得到中间产品，然后将此中间产品进行细化处理到合适粒径，此时漂浮层已形成。再将所得微粒分散到浓度在2％以下海藻酸钠溶液中，并加入经过细化处理过的36％草甘·氯磺可溶性粉剂，搅拌混合均匀，然后采用锐孔-凝固浴法，以2％～5％CaCl₂溶液为交联剂，经交联后即形成药物层。最后将所得微球分散于0.2％～1％壳聚糖溶液中完成二次微囊化包膜，反应时间宜在30分钟以上，形成速释保护模块。将所得微球洗涤干净即得最终产品。为了加快速释保护模块的释放速率，同上，可以在其中加入一些能促进其分解的物质，如光敏剂、增溶剂等。

通过由本发明中的方法处理后，可以使活性药物缓慢释放，延长了药效，可以减少了施药次数，节约了成本。如果需要还可以通过与漂浮介质的漂浮遮光这种物理防治的结合，使得防效更好，因而可以适当减少化学除草剂的用量，减缓杂草抗性的发生，降低药害，同时节约了成本。

借助本发明所述的载体，活性成份选择一些功能菌种，比如可以选择链格孢属真菌及相应的一些助剂，可以很容易实现生物防治。

由于水葫芦枯死后下沉至河底，易使河道淤积及造成二次污染问题，所以如果选择合适的能够降解水葫芦残体的物质，混入本发明中所述载体中，那么在除水葫芦的同时，又能够消除水葫芦残体带来的二次污染问题。

如果选择适当的化学试剂，采用本例的漂浮微囊载体，可以实现对藻类的综合防治。

实施例2：用于稻田除草剂的漂浮性微囊载体应用

苄嘧磺隆是一种选择性、内吸传导型磺酰脲类超高效水稻田除草剂，施用后有效成份在水中迅速扩散，被杂草根部吸收转移到杂草各部，通过抑制植物体内乙酰乳酸合成酶的活性来阻碍缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的生物合成，最终导致杂草死亡。而水稻本身可降解药剂在体内的活性成份，因此对水稻安全。对多数阔叶杂草和莎草科杂草具有优良的防除效果。但对稗草防效较差。

苯噻草胺属选择性内吸传导型芽前芽后除草剂。主要通过芽鞘和根吸收，经木质部和韧皮部传导至杂草的幼芽和嫩叶，阻止杂草生长点细胞分裂伸长，最终造成植株死亡。低毒，无三致作用，对水稻选择性强，对稗草防效极好。

本例采用两层微囊化包膜方式，药物模块处于核心位置。先采用复合凝聚法等微囊化方法对苄嘧磺隆和苯噻草胺微囊化，得到相应的微囊产品，或者不微囊化亦可。然后将其按照适当比例混合后分散到海藻酸钠溶液中，海藻酸钠溶液浓度宜维持在1％～2％。加入起泡剂和低迷度材料，搅拌混合均匀，然后采用锐孔-凝固浴法，以2％～5％CaCl₂溶液为交联剂，经交联后即形成包膜漂浮模块。根据所得小球的粒径大小和应用要求，确定是否对所得微球实施粒径处理。然后将所得微球分散于0.2％～1％壳聚糖溶液中完成二次微囊化包膜，形成速释保护模块。为了加快速释保护层的释放速率，可以在其中加入一些能促进其分解的物质，如光敏剂、增溶剂等。

通过由本发明中的方法把两上述两种除草剂结合起来，可以避免苄嘧磺隆对稗草防效差这一缺点，扩宽了杀草谱。药物的缓慢释放，延长了药效，可以减少了施药次数，同时也减少了药物的漂移而带来的浪费与环境污染。通过与漂浮介质的漂浮遮光这种物理防治的结合，使得防效更好，因而可以适当减少化学除草剂的用量，减缓杂草抗性的发生，降低药害，同时节约了成本。

Claims (6)

1、环境友好漂浮性微囊载体，其特征在于是一种有单层或多层包膜的微囊；所述的单层包膜的微囊是由囊心和包膜层组成，所述的多层包膜的微囊是指微囊由囊心和囊心外依次包覆的多个包膜层组成；所述的微囊中含有囊壁材料、漂浮材料或/和由起泡剂反应形成的蜂窝孔隙、和活性成份；漂浮材料是指漂浮性低密度材料，所述的漂浮性低密度材料为选择十六醇、十八醇、单硬脂酸甘油酯、明胶、乙炔黑中的一种或多种，起泡剂为选择碳酸氢钠、碳酸镁，碳酸氢铵中的一种或多种，所述的活性成份为农药原药、农药原药的加工产品、微生物功能细菌、肥料、污染物处理试剂、废弃物中的一种或多种。

2、根据权利要求1所述的环境友好漂浮性微囊载体，其特征在于所述的漂浮材料和活性成份在所述的微囊的囊心和包膜层中的一处或多处任意分布。

3、根据权利要求1所述的环境友好漂浮性微囊载体，其特征在于所述的囊壁材料选自下列一种或多种：(1)、天然高分子材料：明胶、阿拉伯胶、海藻酸钠、淀粉、壳聚糖、琼脂、多糖、桃胶、虫胶、松脂；(2)、合成高分子材料：聚乳酸、聚乙醇酸、脂肪族聚酯、聚原酸酯、聚碳酸酯、聚酸酐、聚磷酸酯；(3)、半合成高分子材料：羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素；(4)、无机材料：碳酸盐、硅酸盐。

4、制备权利要求1所述的环境友好漂浮性微囊载体的方法，其特征在于采用下列方法之一：(1)、物理机械方法：锅包法、空气悬浮成膜法、喷雾法、包结络合法、挤压法、旋转悬浮分离法、多孔离心法；(2)、化学方法：界面聚合法、原位聚合法、锐孔-凝固浴法；(3)化学物理法：单凝聚法、复合凝聚法、油相分离法、复相乳液法、熔化分散冷凝法、粉末床法。

5、根据权利要求1所述的环境友好漂浮性微囊载体，其特征在于所述的活性成份为农药原药或农药原药的加工产品，所述的囊心或/和包膜层中添加农药增效剂、粘合剂、稳定剂、润湿剂、乳化剂其中的一种或者几种。

6、根据权利要求1所述的环境友好漂浮性微囊载体，其特征在于所述的多个包膜层是指1个及以上的包膜层，典型的情况是2-4个包膜层。