CN111226922A - 一种温敏型壁材及其微胶囊制剂与制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温敏型壁材，包括温敏材料改性的高分子壁材；所述温敏材料为聚乙烯吡咯烷酮、甘油磷酸、硬脂酸、脱半乳糖木葡聚糖或明胶‑壳聚糖、聚N‑异丙基丙烯酰胺、羟丁基壳聚糖。该温敏型壁材在不同温度下释放药物，灵活控制药物释放时间，减少药害同时延长药物作用时间。可应用于作物的生长周期的全程用药防护，减少用药次数，提高作物管理效率。本发明还提供了相应的微胶囊与制备方法。

Description

一种温敏型壁材及其微胶囊制剂与制备方法

技术领域

本发明涉及农药制剂技术领域，具体涉及一种温敏型壁材及其微胶囊制剂与制备方法。

背景技术

中国是农业大国，农业用化学药剂的消耗量自然居高不下。近年来，迫于环境保护和农产品质量安全的双重压力，国家针对高毒、高残留、高风险农药的限产、停产政策不断出台。农药制剂加工业面临着一场深刻的变革，而这一变革使得农药制剂向缓释化、低溶剂化、水基化的发展日渐成为必然趋势。

随着人们安全知识和环保意识的不断增强，研究和开发水性粒状缓释多功能、省力化和精细化的农药新剂型已成为国内外的热点，微胶囊农药技术正逐步成为农药新剂型的一个重要发展趋势。之所以微胶囊技术能够作为农药缓释技术的首选工艺，是因为微胶囊本身为较成熟药物载体，具有保护芯材、降低药害，含量高，具有持效期长、缓释、毒性低、安全、方便等优点。

但常见农用微胶囊壁材性能单一多为合成高分子材料，成本高、易凝聚，不易被土壤所降解，且包裹药物种类单一、释放速率不可控。

因此为减少施药次数，故改造天然高分子材料添加温度控释功能，反应条件温和，制得的温敏微胶囊无毒、载药种类多、成本低。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种对温度敏感、可控性发挥药效的温敏型壁材。

本发明的目的之二在于提供基于上述温敏型壁材的微胶囊制剂。

本发明的目的之三在于提供基于上述微胶囊制剂的制备方法。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种温敏型壁材，该温敏型壁材为温敏材料改性的高分子壁材；所述温敏材料为聚乙烯吡咯烷酮、甘油磷酸、硬脂酸、脱半乳糖木葡聚糖或明胶-壳聚糖、聚N-异丙基丙烯酰胺、羟丁基壳聚糖；所述高分子壁材为变性淀粉、纤维素衍生物、多糖类衍生物或聚酯；所述改性为物理改性或化学改性，所述温敏型壁材的LCST为18-40℃。

该温敏型壁材通过对高分子壁材进行改性后，改善了壁材的水溶性，可形成温敏型溶胶，可包覆农药原药以形成微胶囊，在指定的LCST温度内释放农药原药。

进一步地，所述变性淀粉为辛烯基琥珀酸淀粉酯。

进一步地，所述纤维素衍生物为羟甲基丙基纤维素、甲基纤维素、邻苯二甲酸醋酸纤维素。

进一步地，所述多糖类衍生物为环糊精、脱半乳糖改性木葡聚糖、瓜尔胶、海藻酸钠。

进一步地，所述聚酯为脂肪族聚碳酸酯、聚磷酸酯或聚原酸酯。

进一步地，所述物理改性的对象为多糖类衍生物、纤维素衍生物或变性淀粉；所述物理改性的方法为：在弱酸性或碱性条件下前处理壁材，采用机械搅拌、加热改性或超声异相改性方式将温敏型材料均匀地分散在含有壁材的分散介质中，冷贮后取出，25-35℃恒温水浴以透析袋截留内容物为终点，收集生成物，即为温敏型壁材；

所述化学改性的对象为聚酯，所述化学改性的方法为：加入引发剂和催化剂，在惰性氛围下加入温敏型材料，进行无规共聚、嵌段共聚、乳液聚合、反相微乳液聚合、离子型聚合、原子转移聚合、缩聚或自由基交联改性法修饰聚酯，分散回流，调节pH为中性，得到温敏型壁材。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

一种微胶囊制剂，包括两种以上微胶囊，所述微胶囊由包括上述的温敏型壁材、农药原药、有机溶剂、乳化剂和水制成；所述有机溶剂为脂肪酸、动植物油或脂肪酸酯；任意两种微胶囊所使用的温敏型壁材LCST间隔为5-15℃。优选的间隔为8-12℃。

进一步地，所述农药原药为杀菌剂、除草剂或杀虫剂。

进一步地，所述乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、失水山梨醇单油酸酯、卵磷脂、聚甘油脂肪酸、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯、顺丁烯二酸酐、苯乙基苯酚聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钙、蓖麻油聚氧乙烯醚中的一种或两种以上。

本发明的目的之三采用如下技术方案实现：

一种温敏型微胶囊制剂的制备方法，包括以下步骤：

1)分别将两种以上农药原药在有机溶剂中溶清，加上乳化剂以制成不同的囊芯；

2)将步骤1)得到的囊芯与上述的温敏型壁材分别与步骤1)得到的囊芯进行复合，得到温敏型微胶囊；

3)将温敏型微胶囊在低于LCST下固化，搅拌，得到温敏型微胶囊制剂。

进一步地，步骤2)中，复合方式为界面聚合、原位聚合、凝聚或包埋。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明提供一种使用温敏材料改性的高分子壁材，该壁材对温度变化具有选择性感应，在不同温度下温敏壁材表现不同性状，控制释放胶囊内药物，不但减少集中释放时产生药害同时也延长药物作用时间，达到阶段性给药的目的；

本发明提供的温敏型壁材，应用于微胶囊制剂，可制得不同温度段响应的复合制剂，在作物生长周期内均可持续释药，载药类型多，药物之间以微胶囊壁材形成物理间隔和释放时期间隔，互相稳定不干扰。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

以下是本发明具体的实施例，在下述实施例中所采用的原材料、设备等除特殊限定外均可以通过购买方式获得。

实施例1：

一种棉花田杀虫用温敏微胶囊，由乐果原药、高效氯氟氰菊酯原药、辛硫磷原药、3种温敏型壁材、有机溶剂、乳化剂、增稠剂和去离子水制成；

该棉花田杀虫用温敏微胶囊的制备方法包括以下步骤：

1)温敏型壁材的制备；

DMSO中加入2％的冰醋酸溶液助溶，混合均匀后除水备用，甲基纤维素在DMSO混合液中搅拌至全溶60℃下回流，过程中加入硬脂酸搅拌分散，降温后加入苄基三乙基氯化铵排空气充氮气，恒温反应12h小时，调整硬脂酸加入用量制得带有温敏性的微胶囊壁材甲基纤维素脂肪酸酯，LCST约18℃；

明胶与壳聚糖分别在1％、4％的乙酸溶液中充分溶胀，称取环糊精搅拌制成溶液缓慢加入明胶-壳聚糖温敏材料，升温充分溶解达到饱和态充分混匀后放置在4℃下冷贮24h，取出后过滤收集析出晶体，静置30℃恒温水浴，制得带有温度响应的β-环糊精/明胶-壳聚糖，LCST约25℃；

单体聚乙烯基吡咯烷酮与交联剂季戊四醇四丙烯酸酯超声40min，倒入聚磷酸酯的乙醇溶液中回流，发生缩合反应得到聚磷酸酯-乙烯基吡咯烷酮温敏壁材，调节PVP与聚磷酸酯比例，得到聚磷酸酯-聚乙烯基吡咯烷酮，LCST约32℃；

2)囊芯的制备：

将高效氯氟氰菊酯原药用脂肪酸甲酯与甲基化大豆油混合油相溶解，添加乳化剂制成含30％高效氯氟氰菊酯囊芯；同时乐果溶于油酸甲酯，添加乳化剂制成54％乐果囊芯；辛硫磷原药用氯代甲氧基脂肪酸酯溶解至透明，添加乳化剂制得45％辛硫磷囊芯；

3)复合制得微胶囊：

将54％乐果囊芯与甲基纤维素脂肪酸酯混合，采取凝聚的方式使甲基纤维素脂肪酸酯包裹乐果油相形成第一温敏微胶囊；

将45％辛硫磷囊芯与β-环糊精/明胶-壳聚糖分子两相分别相亲近包埋成第二温敏微胶囊；

将聚磷酸酯-聚乙烯基吡咯烷酮聚合包裹30％高效氯氟氰菊酯囊芯酯制成第三温敏微胶囊；

4)微胶囊复配：

将第一温敏微胶囊、第二温敏微胶囊和第三温敏微胶囊以相同的质量比在含增稠剂的去离子水中混合，得到棉花田杀虫用温敏微胶囊。

本实施例1制得的棉花田杀虫用温敏微胶囊包覆率97％，悬浮率98％，冷热贮稳定性合格。

对比例1：

将实施例1的30％高效氯氟氰菊酯囊芯、54％乐果囊芯、45％辛硫磷囊芯按等质量比混合，以壳聚糖为壁材，经包覆，制得复合性微胶囊。

该棉花田杀虫用温敏微胶囊可在花生发芽出苗期便可阶段性少施药，长久作用直到饱果成熟期，根据温度响应，释放相对应的杀虫药剂保障棉花生长周期内均健康发育，有效防止虫害。

以10％高效氯氟氰菊酯的第一温敏微胶囊为第一对照、18％乐果的第二温敏微胶囊为第二对照、15％辛硫磷的第三温敏微胶囊为第三对照，以清水为空白对照，实施例1制得棉花田杀虫用温敏微胶囊为试验组，采用药效试验方法测定了4种药剂在相同剂量下施药，每10天观察一次，共观察3次，虫口密度空白对照为19.68头/立方米，30天内观察记录对棉花虫害的防治效果如下：

表1棉花虫害的防治效果

由上表可知，当使用相同剂量的温敏微胶囊，其防治效果相对较差，而采用本申请的温敏型壁材达到温度选择性施药后，其防治效果协同性增高，其防治效果与三种原药同时施用时的对比例1比较，也有显著的提高。

实施例2：

一种水稻田除草用温敏微胶囊，由丁草胺原药、敌稗原药、嘧啶肟草醚原药、3种温敏型壁材、有机溶剂、乳化剂、增稠剂和去离子水制成:

该水稻田除草用温敏微胶囊的制备方法，包括以下步骤：

1)温敏型壁材的制备；

瓜尔胶置于1％的氢氧化钠溶液中预碱化，均匀搅拌3h分散备用，羟丁基壳聚糖分散在甲醇-去离子水介质中，混合瓜尔胶与羟丁基壳聚糖，在30℃下恒温，调节混合体系pH至中性，控制将丁基壳聚糖唐的用量制得瓜尔胶-羟丁基壳聚糖，LCST为30℃；

聚N-异丙基丙烯酰胺单体加入到DMF中以亚硫酸氢钠为氧化还原剂，加入BPO引发剂，接枝邻苯二甲酸醋酸纤维素，制得带有温度响应的PNIPam/邻苯二甲酸醋酸纤维微胶囊壁材，LCST为26℃；

甲基丙基纤维素壁材通过市售途径获得。

2)囊芯的制备：

将丁草胺原药用环氧甲酯全溶清，添加乳化剂，得到63％丁草胺囊芯；

将嘧啶肟草醚溶于脂肪酸甲酯，添加乳化剂，得到15％嘧啶肟草醚囊芯；

将敌稗原药用大豆油与甲酯混合溶解至透明，添加乳化剂，得到39％敌稗囊芯；

3)复合制得微胶囊：

将39％敌稗囊芯与瓜尔胶-羟丁基甲壳素混合，采取分子包接的方式使温敏型壁材包裹囊芯，得到第一温敏微胶囊；

将63％丁草胺囊芯与PNIPam/邻苯二甲酸醋酸纤维在油相、水相不相容的界面成膜制得第二温敏微胶囊；

将羟甲基丙基纤维素加去离子水中加乳化剂，乳液共聚法包裹15％嘧啶肟草醚囊芯制成第三温敏微胶囊；

4)微胶囊复配：

将第一温敏微胶囊、第三温敏微胶囊保温静置25℃自行固化2h，将第二温敏微胶囊和固化后的第一温敏微胶囊、固化后的第三温敏微胶囊按等质量比混合，分散在含增稠剂的去离子水中，得到水稻田除草用温敏微胶囊。

本实施例2方法制得的水稻田除草用温敏微胶囊包覆率98％，悬浮率95％，冷热贮稳定性合格。该水稻田除草用温敏微胶囊作用时期从水稻出苗到起身期、成熟期之间，始终伴随不同周期不同除草药剂持续释药，保障水稻的生长发育。

对比例2：

将实施例2的63％丁草胺囊芯、15％嘧啶肟草醚囊芯和39％敌稗囊芯，按等质量比混合，加入壳聚糖，制成复合微胶囊。

以5％嘧啶肟草醚的第一温敏微胶囊、13％敌稗的第二温敏微胶囊、21％丁草胺的第三温敏微胶囊分别为第一、第二、第三对照，以实施例2的水稻田除草用温敏微胶囊和对比例2的复合微胶囊为第二对照，以清水为空白对照于移栽后的当天同时、同剂量施药，移栽后20-60d记录水稻杂草抑制效果记录如下，表格内数字表示相应杂草的抑制率单位％：

表2水稻田除草功效比较(抑制率％)

由上表可知，5种药剂中，实施例2的水稻田除草用温敏微胶囊对杂草抑制效果最佳，显著优于其他4种药剂。在一次释药后前期抑制率差别较一般，后期40-60d第一至三对照组单一微胶囊除草剂、普通壁材包裹的对比例2药效大幅度下降，而本发明制备的混合温敏微囊悬浮除草剂对三种杂草仍有较高的抑制率，大大减少了多次喷雾的必要，节省劳动力，节约药剂。

实施例3：

一种大豆田农用温敏微胶囊，由烯草酮原药、乙羧氟草醚原药、乙草胺原药、3种温敏型壁材、乳化剂、增稠剂和去离子水制成；

该大豆田农用温敏微胶囊的制备方法，包括以下步骤：

1)温敏型壁材的制备；

辛烯基琥珀酸淀粉酯在乙酸中搅拌成溶液分散2h，甘油磷酸二钠盐溶于去离子水中，缓慢滴入辛烯基琥珀酸淀粉酯溶液混合均匀，调整加入比例制得辛烯基琥珀酸淀粉酯/甘油磷酸二钠复合体系LCST约25℃温敏性的微胶囊壁材；

称取海藻酸钠搅拌制成溶液缓慢加入脱半乳糖改性木葡聚糖温敏材料充分混匀后放置在4℃下冷贮24h，取出后静置30℃恒温水浴，制得LCST为40℃的海藻酸钠/脱半乳糖改性木葡聚糖；

将聚N-异丙基丙烯酰胺单体用ABIN引发，在甲醇溶液中与聚原酸酯混合回流，后蒸馏除去溶剂，制得LCST为32℃的PNIPam/聚原酸酯；

2)囊芯的制备：

将烯草酮原药用脂肪酸甲酯溶解制成油相，添加乳化剂，得到60％烯草酮甲酯囊芯；乙羧草铵膦溶于环氧大豆油与环氧甲酯混合体系，添加乳化剂，得到36％乙羧草铵膦囊芯；将乙草胺原药用氯代甲酯与油酸甲酯混合溶解至透明，添加乳化剂，得到7.5％乙草胺囊芯；

3)复合制得微胶囊：

将7.5％乙草胺囊芯与壳聚糖/甘油磷酸二钠复合体系混合，采取界面聚合法在油水不相容的两相界面，使温敏壁材包裹乙草胺油相成第一温敏微胶囊；

将60％烯草酮甲酯囊芯与PNIPam/聚原酸酯，原位聚合成膜，得到第二温敏微胶囊；

将36％乙羧草铵膦囊芯与海藻酸钠/脱半乳糖改性木葡聚糖，利用壁材亲水-亲油性不同的特性包埋油相含乙羧草铵膦囊芯，制成第三温敏微胶囊；

4)微胶囊复配：

将第一温敏微胶囊、第二温敏微胶囊和第三温敏微胶囊分别加入苯丙乳液，于20℃固化2h，固化后的温敏微胶囊按等质量比混合，分散在含增稠剂的去离子水中，制成大豆田农用温敏微胶囊。

实施例3得到的大豆田农用温敏微胶囊包覆率96％，悬浮率97％，冷热贮稳定性合格。

对比例3：

以等质量比取实施例3的60％烯草酮甲酯囊芯、36％乙羧草铵膦囊芯和7.5％乙草胺囊芯，加聚甘油脂肪酸和去离子水，与壳聚糖混合，得到复合微胶囊。

以实施例3得到的第一温敏微胶囊、第二温敏微胶囊和第三温敏微胶囊分别作为第一对照、第二对照和第三对照；以大豆田农用温敏微胶囊和对比例3得到的复合微胶囊为试验组，以清水为空白对照，在大豆平均株高为10cm时等剂量施药，施药30天后观察对杂草的防治效果，检测其对大豆田杂草防治效果，结果如下表：

表3大豆田除草功效比较

由上表可知，实施例3得到的农用温敏微胶囊具有较佳的长效防治效果。

分别将实施例3大豆田农用温敏微胶囊和对比例3的复合微胶囊转移至样品瓶中，在恒温水浴中从20℃升温30℃、40℃、50℃，每个温度下保温1.5h，均采取恒温0.22μmPES滤膜过滤，用对应高效液相色谱溶剂前处理溶清试样，分别在烯草酮、乙羧氟草醚、乙草胺所对应的流动相下检测有效含量如下表。

表4不同温度下的原药的释放性

由上表可知，实施例3得到的大豆田农用温敏微胶囊，在30℃时仅有乙草胺释放，即随着大豆生长周期与气候的对应性地释放指定组分，可形成大豆生长全周期的除草防护。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种温敏型壁材，其特征在于，该温敏型壁材为温敏材料改性的高分子壁材；所述温敏材料为聚乙烯吡咯烷酮、甘油磷酸、硬脂酸、脱半乳糖木葡聚糖或明胶-壳聚糖、聚N-异丙基丙烯酰胺、羟丁基壳聚糖；所述高分子壁材为变性淀粉、纤维素衍生物、多糖类衍生物或聚酯；所述改性为物理改性或化学改性，所述温敏型壁材的LCST为18-40℃。

2.如权利要求1所述的温敏型壁材，其特征在于，所述变性淀粉为辛烯基琥珀酸淀粉酯。

3.如权利要求1所述的温敏型壁材，其特征在于，所述纤维素衍生物为羟甲基丙基纤维素、甲基纤维素、邻苯二甲酸醋酸纤维素。

4.如权利要求1所述的温敏型壁材，其特征在于，所述多糖类衍生物为环糊精、脱半乳糖改性木葡聚糖、瓜尔胶、海藻酸钠。

5.如权利要求1所述的温敏型壁材，其特征在于，所述聚酯为脂肪族聚碳酸酯、聚磷酸酯或聚原酸酯。

6.如权利要求1所述的温敏型壁材，其特征在于，所述物理改性的对象为多糖类衍生物、纤维素衍生物或变性淀粉；所述物理改性的方法为：在弱酸性或碱性条件下前处理壁材，采用机械搅拌、加热改性或超声异相改性方式将温敏型材料均匀地分散在含有壁材的分散介质中，冷贮后取出，25-35℃恒温水浴以透析袋截留内容物为终点，收集生成物，即为温敏型壁材；

所述化学改性的对象为聚酯，所述化学改性的方法为：加入引发剂和催化剂，在惰性氛围下加入温敏型材料，进行无规共聚、嵌段共聚、乳液聚合、反相微乳液聚合、离子型聚合、原子转移聚合、缩聚或自由基交联改性法修饰聚酯，分散回流，调节pH为中性，得到温敏型壁材。

7.一种微胶囊制剂，其特征在于，包括两种以上微胶囊，所述微胶囊由包括如权利要求1-6任一项所述的温敏型壁材、农药原药、有机溶剂、乳化剂和水制成；所述有机溶剂为脂肪酸、动植物油或脂肪酸酯；任意两种微胶囊所使用的温敏型壁材LCST间隔为5-15℃。

8.如权利要求7所述的微胶囊制剂，其特征在于，所述农药原药为杀菌剂、除草剂或杀虫剂。

9.如权利要求7所述的微胶囊制剂，其特征在于，所述乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、失水山梨醇单油酸酯、卵磷脂、聚甘油脂肪酸、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯、顺丁烯二酸酐、苯乙基苯酚聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钙和蓖麻油聚氧乙烯醚中的一种或两种以上。

10.一种温敏型微胶囊制剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)分别将两种以上农药原药在有机溶剂中溶清，加上乳化剂以制成不同的囊芯；

2)将步骤1)得到的囊芯与如权利要求1-6任一项所述的温敏型壁材分别与步骤1)得到的囊芯进行复合，得到温敏型微胶囊；

3)将温敏型微胶囊在低于LCST下固化，搅拌，得到温敏型微胶囊制剂。