CN1211153C - 变释微胶囊 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新颖的微胶囊，它包含基本上不溶于水并且包封在含二硫键的聚合物树脂的固体可渗透壳内的液体芯物质。还公开了制备这种微胶囊的方法。

Description

变释微胶囊
发明领域
本发明涉及微胶囊及其生产方法。更具体地，本发明涉及基本上不溶于水的液体材料的包囊液滴，其中所述包囊剂是含二硫单元的壳壁，从而形成对环境敏感的变释壁。此外，本发明还涉及这种胶囊的生产方法及其使用方法。
发明背景
用微胶囊减缓或控制液体和溶解或悬浮于溶剂中的固体的释放为化学领域包括制药、特殊化学和农业中公知。农业中用控制释放技术改善除草剂、杀虫剂、杀真菌剂、杀细菌剂和化肥的效率。非农业应用包括包囊染料、墨、药物、调味剂和香料。
微胶囊的壁通常是多孔性的，通过经由壁的多孔的扩散将包封的材料以缓慢或控制的速率释放到周围介质当中。除了提供控制释放作用之外，所述的壁还起着便于将水不混溶性液体分散到水和含水介质如湿的土壤中去的作用。以这种方式包囊的液滴在经常由于灌溉、降雨和喷水而存在水的农业上是特别有用的。
目前已开发了许多用于微胶囊包封材料的方法。这些方法可分成三类：物理方法、相分离和界面反应。在物理方法中，使微胶囊的囊壁材料和芯颗粒物理地聚集在一起，囊壁材料围绕在芯颗粒周围形成微胶囊。在相分离法中，使芯物质乳化或分散在囊壁材料溶于其中的不混溶连续相中，使之与所述连续相物理分离(例如通过凝聚作用)，沉积在芯颗粒周围，形成微胶囊。在界面反应法中，使芯物质乳化或分散在不混溶连续相中，在芯颗粒表面发生界面聚合反应，形成微胶囊。
上述方法的用途不同。物理法如喷雾干燥、喷雾冷却和湿床喷涂，因溶剂蒸发或冷却带来的挥发性损失和污染控制问题，和多数情况下不是所有产品都被包封，也不是所有聚合物颗粒都包含产品芯，而限制其用于使产品微囊化的用途。相分离技术存在工艺控制和产品载荷限制。可能难以获得可再现的相分离条件，难以确保相分离的聚合物优先润湿芯液滴。
已证明界面聚合反应法最适用于农业中使农药微囊化。有多种类型的界面反应技术。一类是界面缩聚微囊法，使两种不同单体聚集在油/水界面，通过缩合反应形成微胶囊壁。
另一类是就地界面缩聚反应法，制备包含油芯和一或多种预聚物的有机相。然后使之分散在包含水和表面活性剂的连续或水相溶液中。通过乳化作用使有机相以离散液滴形式分散在水相中，形成离散有机相液滴和周围连续水相溶液之间的界面。将乳液加热至约20℃至约100℃的温度，引发有机相液滴中的聚合物在界面处就地自缩合和固化。加热足够长时间使所述预聚物的就地缩合基本完成，使所述有机液滴转化成由包封所述有机芯材的固体可渗透聚合物壁组成的胶囊。根据所用预聚物的类型，在缩合期间可能需要酸化剂使乳液的pH保持在约0至约4的范围内。
现有技术中有两类通过就地缩合制备的微胶囊。一类(以US4 285720为例)是聚脲类微胶囊，用至少一种多异氰酸酯如聚亚甲基聚苯基异氰酸酯(PMPPI)和/或甲苯二异氰酸酯(TDI)作预聚物。形成聚脲类微胶襄中，将乳液加热至所述异氰酸酯聚合物在界面处水解生成胺的温度引发成壁反应，生成的胺再与未水解的聚合物反应形成聚脲类微胶囊壁。
另一类(以US4 956 129、5 160 529和5 332 584为例，这些文献引入本文供参考)是氨基塑料微胶囊，其中所述成壁预聚物是醚化或烷基化氨基甲醛(氨基塑料)树脂。通过加热所述乳液，同时向乳液中加入酸化剂使乳液的pH保持在约0至约4的范围内，形成氨基塑料微胶囊。所述加热和降低乳液的pH持续足够长时间使氨基树脂就地自缩合和/或交联而形成氨基塑料微胶囊壁。
通过就地缩合生产微胶囊具有农药载荷高、生产成本低、膜非常有效和水相中无单体残留的优点。此外，这种微胶襄能通过被包封物质通过微胶囊壳扩散至周围介质实现被包封物质的缓释或控速释放。
这些控制释放的微胶囊因长期释放被包封物质，在有效期内均有效用，而产生更长期的功效。在农业领域，这对于农药或在一定环境条件下在较短时期内降解或分解的其它成分特别有意义。在这些情况下使用微囊化组合物，因其连续地以需要量而非以较大的初始剂量释放至环境中，在更长的时间周期(典型地达几周)内提供被包封成分的有效活性。控制释放的微囊化农药主要用作芽前施用的农药，在植物出芽或出现昆虫之前施入土壤。从而，可在一定时间内有效地杀灭或控制新出的杂草或幼虫阶段的昆虫。微囊化杀虫剂和杀菌剂还可用于叶面施用。
诸如农药等产品的微囊化还提供了操作农药的安全性提高的附加优点，原因在于微胶囊的聚合物壁减少操作者与活性农药的接触。有时希望控制地逐渐释放和快速释放被包封成分。微胶囊被害虫摄取时情况如此。在此情况下，希望微胶囊壁迅速破裂，使农药快速释放至昆虫的内脏中。此外，当微胶囊被益虫或无害昆虫摄取时，希望微胶囊的壁不破裂，使所述昆虫幸免于难。
发明概述
已发现在氨基塑料壁中包含二硫化物键或用能形成或具有二硫键的化合物代替氨基树脂，可改性通过类似于US4 956 129、5 160 529和5 332 584中所述就地缩聚反应形成的微胶囊壁。这些键可提高微胶囊壁的性能使其中所含物质可根据微胶囊所处的环境逐渐地控制释放或快速引发释放。
对于农业应用而言，这些环境包括可施用此微胶囊的地域或植物。在此环境中，将逐渐释放被包封物质。所述环境可还包括昆虫的内脏，在此条件下将引发或导致所述二硫键断裂，从而可快速释放被包封物质。因此，被包封物质可在不导致二硫键断裂的环境中经由微胶囊壁逐渐释放，或者因微胶囊周围环境条件使二硫键断裂从而快速释放被包封物质。
这种微胶囊的制备方法包括：
(a)制备包含待包封物质和成壁材料的有机溶液或油相，所述成壁材料溶解于所述有机相中，包含一或多种交联剂，其中至少一种交联剂是多硫醇化合物和可选的烷基化氨基甲醛预聚物；
(b)形成所述有机溶液在连续相水溶液中的乳液，所述水溶液包含水、保护胶体和可选的相转移催化剂和/或乳化剂，其中所述乳液包含分散在整个所述连续相水溶液中的所述有机溶液的离散液滴，所述有机溶液的离散液滴和所述水溶液之间形成界面；和
(c)通过加热所述乳液和可选地同时向所述乳液中加入酸化剂使所述乳液的pH在约0和约4之间保持足够长时间使所述离散液滴的有机溶液中的成壁材料在与所述水溶液的界面处就地缩合和/或形成二硫键和固化以基本上完成成壁，从而使所述有机溶液液滴转化成由包封所述物质的固体可渗透聚合物壳组成的胶囊。
通过此方法形成的微胶囊能使所述被包封物质通过扩散经由所述壳壁以控制速度逐渐释放至环境介质中。此外，通过此方法形成的微胶囊能通过所述二硫键在促进断裂的周围介质存在下断裂快速释放被包封物质。本发明在于所述方法和所形成的微胶囊。
来自微胶囊的活性成分通过Fickian扩散的释放速度可由下式定义：
Figure C0081108500081
其中(4π r’r”)是胶囊的表面积，P是壁的渗透性，r”-r’是壁厚，c’-c”是壁两侧的浓度差。渗透性P是活性成分的扩散(D)和分配(K)系数的积，主要取决于壁材料的化学性质。
通过改变微胶囊壁的化学组成从而改变渗透性，可明显地改变释放速度。一种途径是引入二硫键。此外，几种试剂易使二硫键开裂从而能根据需要引发快速释放。可能的引发剂包括碱和/或还原系统。
本发明一方面描述含有二硫单元形成半透阻挡层的微胶囊壁组合物。所述壁可由以下材料制成：(1)所有成壁材料都含硫原子；或(2)一些成壁材料含硫原子，一些成壁材料不含硫原子。
本发明另一方面描述由以下材料在微胶囊壁中引入二硫键的方法，其中(1)在成壁期间产生二硫单元；或(2)原料中已经存在二硫单元。当成壁材料易得且不需在单独步骤中专门制备时，优选第一种选择。
附图简述
图1示意说明在有机/水界面处二硫键的催化合成。
发明详述
已发现通过改变上述氨基塑料微胶囊工艺中的成壁方法可产生改性化学结构，改变壁的性能。所述工艺使用多硫醇化合物，包括相继或同时在交联剂的一些硫羟基之间形成二硫键，和使用氨基塑料树脂时以上述方式在其它硫羟基和烷基化氨基甲醛树脂之间形成硫醚键。
在最简单的形式中，本发明微胶囊由被多硫醇化合物形成的壁包封的芯物质组成，其中所述壁由能够“断裂”从而快速释放被包封物质的二硫键组成。断裂意指所述二硫键断裂而释放芯物质的反应。
所述芯物质典型地为液体，在农业产品的情况下可由一或多种农药组成，在非农业产品的情况下可由墨、染料、药物或其它产品组成。对于农业产品而言，所述芯可以是有机溶液，典型地和水不混溶，包含一或多种农药作为所述活性成分，包括杀虫剂、除草剂、杀菌剂和抗微生物剂。所述农药可以为液体、已溶解于不与水混溶的溶剂中的固体农药、或悬浮于其中可能有另一种农药的有机溶液中的固体。所述有机溶液还可有悬浮或溶解于其中的紫外线防护剂。
本发明胶囊悬浮体还可制成包含两种物质，这两种物质可彼此不相容，一种物质被胶囊包封，另一种物质包含在所述悬浮体的水相中。这种复合产品储存稳定，能生产不相容农药一起施用的复合农药产品。
形成微胶囊壁所用材料由一或多种多硫醇化合物组成，其中两分子硫醇偶合在一起形成二硫键。成壁化学很复杂。在壁材料包括氨基塑料树脂的过程中，据信所述氨基塑料树脂和多硫醇化合物之间的交联缩合反应涉及烷氧基或羟甲基被硫羟基置换形成硫醚键：
其中R1代表多官能氨基塑料树脂的丁基化(Bu)或羟甲基(H)官能团，R代表有两或多个硫羟基的部分。例如，用四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯作交联剂，所述交联结构可表示为：
C[CH2OCO-CH2CH2S-CH2N＜]4
所述交联是-CH2-S-CH2-硫醚基。酸可加速所述缩合反应，导致生成理论上无穷大分子量的热固性聚合物。
通过多硫醇化合物的氧化很容易产生二硫键。在氧化还原反应中氧化和还原总是一起发生，由还原剂提供的电子被氧化剂接受。硫醇在该反应中起还原剂的作用，两分子硫醇偶合形成二硫基，产生两个质子和两个电子：
在适当条件下所述二硫基可进一步氧化。
上述氨基塑料壁体系成壁期间产生二硫基时产生所述质子特别适当。因为pH下降同时促进其它硫羟基和烷基化氨基塑料树脂之间形成硫醚键。
含硫的成壁前体
如前面所述，本发明微胶囊的壁可由这样的材料制成，其中所有成壁材料都含硫原子，或者一些成壁材料含有硫原子，一些成壁材料不含硫原子。此外，关于二硫键，这些键可已经存在或预制在用于成壁的起始原料中，或者可在成壁期间产生二硫键。
本发明一实施方案中，所有成壁材料都含硫原子，在形成微胶囊壁期间在不存在烷基化氨基甲醛树脂的情况下用一或多种多硫醇化合物形成二硫键。壁的坚固性与二硫键的数量和多硫醇化合物的分子量有关对于本领域技术人员而言是显而易见的。适用的硫醇化合物的例子尤其包括四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯和四(巯基乙醇酸)季戊四醇酯。
本发明另一实施方案中，一些成壁材料含有硫原子，一些成壁材料不含硫原子，用烷基化氨基甲醛树脂和已经含有二硫键的化合物形成微胶囊的壁。优选已经含有二硫键的化合物基本上溶于所述有机相。还可通过除硫醇以外的官能团如醇或胺实现氨基塑料树脂的交联或自缩合。适用的二硫化合物的例子尤其包括2-羟乙基二硫化物。通过3-巯基-1，2-丙二醇的氧化偶合得到的分子也适用：
[HOCH2CHOHCH2-S-S-CH2CHOHCH2OH]
本领域技术人员可以理解该分子的醇基可以上述方式与含硫羟基的羧酸酯化得到油溶性提高的结构：
HS-Z-CO2CH2CH(OCO-Z-SH)CH2-S-S-CH2CH(OCO-Z-SH)CH2OCO-Z-SH
其中Z为烃基或芳基-烃基。
本发明一优选实施方案中，使多硫醇化合物与烷基化氨基甲醛树脂混合，在形成微胶囊壁期间形成上述二硫键和硫醚键。虽然有两个硫羟基的分子是适用的，但优选所述多硫醇化合物有多于两个硫羟基。所述多硫醇化合物的其它官能团是可以接受的，条件是它们基本上溶于所述有机相，对成壁无不利影响。有两个硫羟基的化合物的例子尤其包括1，4-丁二硫醇、1，5-戊二硫醇、1，6-己二硫醇、1，8-辛二硫醇和二甲苯-α，α’-二硫醇。
优选用于本发明的多硫醇化合物可通过多官能醇与含硫羟基的羧酸衍生物HS-Z-CO2R’反应得到含硫羟基的酯制备：
其中R’为H或烷基或芳基，Z为烃基或芳基-烃基，Y为含两或多个羟基的烃基单元。多官能醇的例子尤其包括乙二醇、聚乙二醇、甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇、二季戊四醇和1，2，6-己三醇。含硫羟基的羧酸衍生物HS-Z-CO2R’的例子包括3-巯基丙酸、巯基乙醇酸、硫羟乳酸、3-巯基丙酸甲酯、巯基乙醇酸甲酯、和硫羟乳酸甲酯。
代替通过醇与羧酸衍生物反应制备所述酯，许多适用的酯可商购，包括购自Aldrich的1，2，6-己三醇三巯基乙醇酸酯；购自Bruno1，2，3-丙三醇三巯基乙醇酸酯；购自Aldrich、ICN-RF、Salor、Pfaltz& Bauer和Bruno的三羟甲基丙烷三(2-巯基乙酸酯)；购自Aldrich、Pfaltz & Bauer和Bruno的三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)；购自Aldrich、Bruno、Fluka、ICN-RF、Salor、Pfaltz & Bauer和TCI-US的四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯；和购自Aldrich、Bruno、Salor和TCI-US的四(2-巯基乙酸)季戊四醇酯。特别优选的酯是由甘油或三羟甲基丙烷或季戊四醇与3-巯基丙酸或巯基乙醇酸制成的酯。这些酯通常易溶于用于递送农用化学品的各种油。
适用于本发明的硫醇化合物还可通过多官能胺分子与含硫羟基的羧酸衍生物HS-Z-CO2R’反应得到含硫羟基的酰胺制备：
其中R’为H或烷基或芳基，Z为烃基或芳基-烃基，Y为含两或多个胺基或一个胺基和一或多个醇基的烃基单元，n为1或2。聚酰胺-硫醇化合物虽然不如上述酯易溶于用于递送农用化学品的油，但也可用于所述胶囊化过程。含硫羟基的羧酸衍生物HS-Z-CO2R’的例子包括3-巯基丙酸、巯基乙醇酸、硫羟乳酸、3-巯基丙酸甲酯、巯基乙醇酸甲酯和硫羟乳酸甲酯。含胺化合物的例子尤其包括二-、三-和五-亚乙基二胺、1，4-二氨基丁烷、1，6-二氨基己烷、C2H5C[CH2O(CH2CHMe)1.7-2NH2]3(JeffamineT-403，购自Huntsman)、和3-氨基-1，2-丙二醇。
虽然优选多硫醇化合物，但也可使用含有能形成二硫键的两个硫羟基和能与烷基化氨基甲醛树脂反应的其它官能团如醇或胺的化合物。在此情况下，成壁条件这样选择以致在与树脂交联之前形成二硫键。具有两个硫羟基和能与所述烷基化氨基甲醛树脂反应的醇基的化合物的例子尤其包括2，3-二巯基-1-丙醇和1，4-二巯基-2，3-丁二醇。
树脂
在一些成壁材料含有硫原子而一些不含硫原子的组合物中，不含硫原子的材料是部分醚化的氨基甲醛树脂预聚物，它在有机相中的溶解度高，在水相中的溶解度低。非醚化形式的预聚物在其分子结构中含有大量羟甲基。醚化的预聚物有氢原子被烷基取代的羟基，通过含氨基的化合物与甲醛和醇缩合得到。
所述预聚物应溶于有机相。优选所述烷基有四或更多个碳原子，所述预聚物分子上约50％以上的羟基氢原子被取代。适用于上述方法的是约50％至90％的羟基氢原子已被烷基取代的那些，因为在成壁步骤中发生的缩合/聚合需要一些羟基。最优选约70％至90％的羟甲基已与C4-C6醇醚化。所述醇可以是直链或支链的。
所述氨基塑料树脂可以是以下四类之一：脲醛、三聚氰胺-甲醛、苯并胍胺-甲醛、和甘脲-甲醛。优选前两类，最优选脲醛预聚物。所用预聚物可以是商购醚化树脂预聚物。一些商购的预聚物是Cytec以商品名Beetle和Cymel出售的那些、Reichhold Chemicals出售的Beckamine系列、和Solutia出售的Resimen系列。
氧化剂
已知许多氧化剂。下面说明适用于在就地界面聚合期间或在加入有机相中之前由硫醇形成二硫化物( )的氧化剂的选择：
卤素(在水中)：
，其中X为Cl、Br或I
高锰酸钾(在酸性溶液中)：
重铬酸钾(在酸性溶液中)：
铁盐(在溶液中)：
过氧化氢(在水溶液中)：
氧化还原反应发生的程度主要取决于试剂给出和接受电子的难易。可通过所给试剂的氧化还原电势值来定量预测氧化还原。下面说明各体系的氧化还原电势的选择：
             表1-各体系的氧化还原电势
体系                                          氧化还原电势伏特
H2                   → 2H++2e-            0H2S                  → 2H++S+2e-          +0.14Fe(CN)6 4-            → Fe(CN)6 3-+e-       +0.362I-                  → I2+2e-             +0.533I-                  → I3 -+2e-            +0.542H2SO3              → S2O6 2-+4H++2e-  +0.56H2O2                → O2+2H++2e-       +0.70Fe2+                 → Fe3++e-            +0.772HNO2                → N2O4+2H++2e-    +1.072Br-                 → Br2(aq)+2e-         +1.10Cr2O7 2-+14H++6e- → 2Cr3++7H2O         +1.232Cl-                 → Cl2+2e-            +1.36H2O2                → HO2+H++e-        +1.504H2O+Mn2+           → MnO4-+8H++5e-     +1.52MnO2+2H2O           → MnO4-+4H++3e-     +1.682H2O                 → H2O2+2H++2e-    +1.782F-                  → F2+2e-             +2.87
以上氧化还原系列中越靠下面的体系，氧化剂(即箭头右侧的体系)的氧化趋势越强。例如，碘可使硫化氢氧化成硫，但不能使氯离子氧化成氯。
来自文献的选择用于硫醇至二硫化物反应( )的氧化还原电势列于下表：
表2-用于硫醇至二硫化物反应的氧化还原电势
 硫醇 氧化还原电势伏特  参考文献
 C2H5SHn-C6H13SHn-C12H25SHC6H5SHSHCHCH3CO2HHSCH2CH(NH2)CO2HHOCH2CH2SHHO2CCH2SH +0.41+0.36+0.33+0.18+0.08-0.10+0.08+0.44+0.42  111123455
参考文献
1.R.Geyer & K.G.Hausler，64ACTA CHIM.ACAD.SCIEN.HUNG，TOMUS(1970)pp.365-68.
2.H.Borsook，E.L.Ellis & H.M.Huffman，117 J.BIOL.CHEM.，(1937)pp.281-308.
3.Fa Zhang，& G Dryhurst，37 J.MED.CHEM.，(1994)8，pp.1084-98.
4.I.M.Kolthoff，W.Stricks & R.C.Kapoor，77 J.AMER.CHEM.SOC.，(1955)pp.4733-39.
5.E.K.Fisher，89 J.BIOL.CHEM.，(1930)pp.753-63.
氧化还原电势值对结构敏感。上述硫醇结构的氧化还原电势值低于+0.5V。氧化还原电势值更高的氧化剂将促进此硫醇的氧化偶合。上面表1中碘以下的所有试剂均适用于此反应。
该反应的化学计量由提供电中性的试剂比控制。为解释起见，对于碘(0.54V)、铁(0.77V)、氧(0.70V)、重铬酸根离子(1.23V)、和过氧化氢(1.78V)氧化剂而言用于硫醇氧化偶合的氧化还原反应如下：
1摩尔碘使2摩尔硫醇偶合-
            
            
            
1摩尔铁离子使1摩尔硫醇偶合-
            
            
            
1摩尔氧使2摩尔硫醇偶合-
            
            
            
1摩尔重铬酸根离子使6摩尔硫醇偶合-
       
       
       
1摩尔过氧化氢使2摩尔硫醇偶合-
       
       
       
氧化剂的性质影响在微胶囊壁中形成二硫键的方法和胶囊悬浮体(CS)产品的性能。例如，(1)氧化剂在水中的溶解度影响产生的CS的固含量，通常溶解度越低，所得固含量越低；(2)氧化剂的性质可能影响所述水包油乳液在成壁过程中的胶态稳定性；(3)所用氧化剂的摩尔数将决定所得胶囊悬浮体中氧化剂副产物的量；(4)氧化剂的性质将决定副产物的性质，可能是所述胶囊悬浮体产品中想要或不想要的(例如，可能需要中和所述副产物或从胶囊悬浮体产品中除去)；(5)所需氧化剂的类型和数量将影响胶囊悬浮体产品的成本；(6)氧化剂在水相和有机相之间的分配系数将决定形成二硫化物的速率；和(7)氧化剂的性质可使两或多种氧化反应结合以利用一种氧化剂催化。
方法
本发明一实施方案中，描述一种方法，其中在所有成壁材料都含硫原子的情况下通过溶于油相的硫醇氧化偶合形成二硫化物聚合物在水包油乳液的界面处形成微胶囊壁。
一般步骤如下：制备由被包封物质和至少一种多硫醇化合物的溶液组成的油或有机相。所述有机相可由单一种液体物质、或一或多种活性液体物质或溶于惰性溶剂(所述溶剂至多微溶于水)中的固体物质组成，也可由固体物质在这种有机液体中的悬浮体组成。所述水相由水、保护性胶体、和可选地在所述硫醇化合物还没有二硫键的情况下优选溶于水并能在成壁之前使硫醇偶合形成二硫键的氧化剂组成。然后用任何传统的高剪切搅拌器使所述有机相分散在所述水相中直至达到要求的粒度为止制成乳液。水相中不存在氧化剂时，或除水相中的氧化剂之外还需要氧化剂时，在给定温度下将氧化剂的水溶液加入所述乳液中，将搅拌的混合物适当的话加热一段时间。
乳液的粒度或液滴大小对本发明来说并不是关键。为使实用性最大，液滴大小在直径约0.5至4000μm的范围内，优选直径约1至约100μm，最优选直径约1至约25μm。一旦获得要求的液滴大小，温和地搅拌一般足以在该方法的余下过程中防止其再生长。
通过以下界面过程形成二硫键：氧化剂从水相扩散至油相中，使多硫醇化合物的硫羟基氧化成二硫基。所述氧化剂的分配系数通常促使其保留在水相中。因此所述偶合反应多数发生在或接近水-有机界面处。氧化还原反应的副产物扩散回到水相中。氧化剂的摩尔数与硫醇的摩尔数之比决定可能生成的二硫键的最大量。
适用的多硫醇化合物的例子尤其包括四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯和四(2-巯基乙酸)季戊四醇酯。适用的油包括称为精吡氟禾草灵(Fluazifop-p-butyl)的(R)-2-(4-((5-三氟甲基)-2-吡啶基)氧基)苯氧基)丙酸丁酯、称为丁草敌的二异丁基硫代氨基甲酸S-乙基酯、和Solvesso 200。适用的氧化剂包括碘、氯化铁、过氧化氢和重铬酸钾。
在酸性介质中重铬酸盐氧化在下文实施例1e中说明。硫醇被碘和氯化铁氧化产生质子导致pH下降。碘和氯化铁氧化分别在实施例1a和1f中说明。在过氧化物氧化( )中，消耗的质子数与硫醇氧化( )中所产生的相同，因此原则上pH不变。分别在实施例1d、1b和1c中在酸性和碱性pH下考察了该反应。
本发明一优选实施方案中，描述一种方法，其中使用与至少一种烷基化氨基甲醛树脂混合的至少一种多硫醇化合物，在形成微胶囊壁的过程中通过界面反应形成二硫键和硫醚键。
一般步骤如下：有机相由溶解于有机液中的丁基化脲醛预聚物和多硫醇化合物的溶液组成，它们可分开地或一起组成溶剂和活性成分或待包封物质。水相由水、保护胶体、和可选地(a)促进形成硫醚键的催化剂和(b)溶于水并能使硫醇偶合成二硫化物的氧化剂组成。然后用任何传统的高剪切搅拌器使油相分散在水相中直至达到要求的粒度从而制成乳液。在给定温度下将氧化剂的水溶液加入所述乳液中，将搅拌的混合物适当加热一段时间。
适用的多硫醇化合物的例子尤其包括四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯和四(2-巯基乙酸)季戊四醇酯。适用的油包括称为丁草敌的二异丁基硫代氨基甲酸S-乙基酯、Solvesso 200、和毒死蜱在Solvesso 200中的溶液。适用的氧化剂包括碘、氯化铁、过氧化氢和重铬酸钾。所述氧化剂可在5℃-70℃的温度下加入。优选在20-50℃的温度下加入氧化剂。
如前面所述通过界面过程形成二硫键。氧化剂的摩尔数与硫醇的摩尔数之比决定可生成二硫键的最大量。在形成二硫化物的反应中未消耗的多硫醇化合物的硫羟基可与烷基化氨基甲醛树脂反应生成硫醚键。酸促进硫醚键的形成，导致生成理论上无穷大分子量热固性聚合物。
在酸性溶液中进行氧化时，例如用重铬酸根离子作氧化剂时，所述形成二硫化物和硫醚的反应可能同时发生。从中性或高于中性pH开始且所述氧化还原反应产生酸例如用碘作氧化剂时，所述形成二硫化物和硫醚的反应可能顺序发生。从中性或高于中性的pH开始且所述氧化还原反应不改变pH时，所述形成二硫化物的反应可能比形成硫醚的反应优先发生。
形成硫醚的反应速率取决于氢离子的局部浓度。形成二硫化物的反应产生的质子使多硫醇化合物的硫羟基附近的pH暂时较低(浓度高)。但所述质子可能迅速扩散至水相中，而不能有效地催化所述形成硫醚的反应。组合物中包含催化剂如烷基萘磺酸可提高该反应的速率。这种催化剂有疏水和亲水片段，使得该化合物易于穿越所述水-有机界面。磺酸片段将质子从水相中携带至有机相以促进形成硫醚的反应。
该过程的原理通过采用碘或溴的氧化还原反应说明。碘在25℃水中的溶解度低，为0.335g/dm3，还有相当大的蒸汽压。这使在含水体系中使用碘变得复杂。使碘溶于碘化钾水溶液中可克服这两个困难。因生成三碘离子[ ](上面表1中表示为3I-)使溶解度提高。
不希望受理论限制，所述三碘化物溶液加入水相时，三碘离子从水相扩散至乳状液滴中，在水-有机界面处使硫羟基氧化成二硫化物。所产生的HI使介质的pH下降促使烷基化氨基甲醛树脂与未反应的硫羟基交联。组合物中包含催化剂和附加的酸可增强所述交联反应。需要时，可用K2CO3中和所述HI。
KI3的用量决定所述系统的pH下降度。每摩尔KI3与2摩尔硫醇反应产生2摩尔HI。此化学计量很重要。KI3∶SH之比很高时，大多数硫醇将在形成二硫键中消耗，即不能有效地使烷基化氨基甲醛低聚物交联。二硫键具有极大柔性，此基团的浓度将影响壁的刚性。下文所述实施例2a、2b、2c、2d和2e说明用碘和溴作氧化剂。这些试验(没有氨基塑料树脂)表明所述试剂分配在水和有机相之间在2-8的pH使硫醇偶合成二硫化物。该试剂也已用于含硫醇和烷基化氨基甲醛树脂的体系。
下面通过使用过氧化氢的氧化还原反应进一步说明本发明方法的原理。过氧化氢不贵且完全溶于水中。但其氧化还原势为1.78V，是强氧化剂，可能在成壁之前使乳液胶态失稳。在室温下仔细地计量加入乳液中的试剂量可最大限度地减轻这些问题，还有助于降低热分解的可能性。在室温和pH约7的情况下向乳液中加入酶催化剂可破坏过量的过氧化氢。下文在实施例2f中说明用过氧化氢作氧化剂。
本发明另一实施方案中，用氧化剂的混合物使溶解在油相中的硫醇偶合形成含二硫键的聚合物。一般步骤与前面所述相似，但使用两种氧化剂(A)和(B)，这可带来一些益处。例如，可按以下方式用1摩尔氧化剂(A)产生多于氧化剂(A)和硫醇之间反应的化学计量所预计的二硫键。氧化剂(A)从水相扩散至油相中，使硫羟基氧化成二硫基，然后氧化剂(A)的还原副产物扩散回到水相中。如果两个电子使氧化剂(A)还原，则：
         
         
         
如果水相中有第二氧化剂(B)，其氧化还原电势能使氧化剂(A)的还原副产物氧化回其氧化形式，则可重复上述循环。
         
         
         
如果氧化剂(B)本身不与油相中的硫羟基反应，则形成二硫键的氧化反应相对于氧化剂(A)来说就成为催化性的。如果氧化剂(B)在油和水相之间的分配系数使之大量留在水相中则属于此情况。当氧化剂(B)是浸没在乳液中被电能驱动的电极时可设想此情况。在氧化剂(B)本身与油相中的硫羟基反应的情况下，氧化剂(A)的催化循环仍是可能的，但该过程的效率将受氧化剂(A)和(B)在油和水相之间的分配系数差异的影响。
混合氧化剂的例子尤其包括使用三碘化钾[氧化剂(A)]和过氧化氢[氧化剂(B)]。三碘化钾通过碘与碘化钾反应形成：
                     
向乳液中加入KI3溶液之后，该试剂从水相扩散至有机相中，使硫羟基氧化成二硫基。
                   
碘化氢和碘化钾副产物扩散回到水相中。如果再向水相中添加过氧化氢，它将使所述HI氧化成水和碘。
                   
该反应有时放热。碘可再与碘化钾结合产生KI3。以上混合氧化剂成壁过程示于图1中，可描述为-
                   催化合成
            
            
            
            
如上所述，过氧化氢可穿越水/有机界面从而影响二硫化物形成。因此，在碘循环和用过氧化氢形成二硫化物的反应之间可能存在竞争。所述循环过程的效率取决于过氧化氢在水相和油相之间的分配系数。
实施例3a中说明了仅使用四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯的过程，其中向乳液中加入足量的三碘化钾使pH从大约9.1降至4.8，表明产生碘化氢。后加过氧化物由HI再生碘时，pH和温度升高，乳液的颜色变化表明碘的循环。
以下实施例进一步说明本发明：
胶囊形成的例证-
以下实施例说明在油/水界面处产生二硫键，其中硫醇在油相中，氧化剂溶于水相中。进行模型研究说明此界面和二硫键的产生。
模型研究的一般步骤如下：使巯基乙醇酸甲酯(1.00g，9.42meq)的甲苯(9.00g)溶液小心地在9.27g 35.3％w/w KI3(aq)(2.0g KI，1.27g I2，6g水，KI∶I2之比为2.4∶1；10meq I2)的水溶液上成层。将下面的水相以这样的速度磁力搅拌以致不扰动所述有机/水界面。在室温下24小时之后，两相仍为紫色。将混合物在50℃加热三小时，此时上面有机层失去所有颜色。然后用20％w/w KI(aq)洗涤所述混合物，有机层经MgSO4干燥。GCMS(高分辨气相色谱，使用30m×0.25mm×0.2μm DB-1柱，以10℃/min从40℃直线升温至300℃；低分辨MS，EI+模式)分析显示除甲苯外存在的唯一组分是3，4-二硫杂-1，6-己二酸(MeO2CCH2S)2，m/z 210。
实施例1a-1f(不存在烷基化氨基甲醛树脂；使用不同的氧化剂)
实施例1a-1f说明微胶囊壁组合物的形成，其中所有成壁材料都含硫原子，在成壁过程中产生二硫单元。一般步骤如下。有机相由多硫醇化合物的溶液组成。水相由保护胶体和可选的溶于水中的能使硫醇偶合形成二硫化物的氧化剂组成。用任何传统的高剪切搅拌器使有机相分散在水相中直至达到要求的粒度制成乳液。典型地使用Silverson SL2T搅拌器，以4000-5000rpm搅拌3至5分钟。在给定温度下将氧化剂的水溶液加入所述乳液中，将搅拌的混合物再适当加热一段时间。
实施例1a(用三碘化钾作氧化剂)
该实验证明可用碘化钾作氧化剂由多硫醇化合物制备具有10％(重)壁的微胶囊。使四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯(Evans Chemetics以Q43出售)(2.0g)的Fluazifop-p-butyl[(R)-2-(4-((5-三氟甲基)-2-吡啶基)氧基)苯氧基)丙酸丁酯](18.0g)溶液在含40％Reax 100M(0.8g)的水(19.2g)的水相中乳化。在室温下将碘化钾(3.2g)和碘(2.0g)的水(2ml)溶液滴加至搅拌的乳液中。在室温下继续搅拌2小时，此时加入碳酸钾(2.0g)的水(2ml)溶液。得到球形微胶囊，干燥时保持其结构。
实施例1b(在室温下用过氧化氢作为氧化剂)
此实验证明可用过氧化氢作氧化剂在碱性pH和环境温度下由多硫醇化合物制备坚固的微胶囊。在高剪切下使Q43(2.38g)的Solvesso200(12.5g)溶液在由40％Reax 100M(aq)(2.00g)和蒸馏水(15.00g)组成的水相中乳化。将乳液在室温下搅拌，同时将过氧化氢(2ml 100vol.)分批加入，间隔30分钟每批0.5ml，加完后再搅拌1小时。pH从9.1降至7.6。蒸煮之前产生的微胶囊是光滑球形的，强度适中，干燥时无泄漏，可以相同的干燥特征再悬浮。然后将乳液在53℃蒸煮3小时，此时pH从7.6降至4.3。据信pH下降(温度升高时放大)与过氧化物的热分解有关。蒸煮之后，所述微胶囊似乎强度还稍微更高些。
实施例1c(用过氧化氢作氧化剂)
此实验证明可用过氧化氢作氧化剂在接近中性pH下由多硫醇化合物制备具有10％(重)壁的微胶囊。在高剪切下使四(2-巯基乙酸)季戊四醇酯(2.11g)在Solvesso 200(11.4g)和乙酸乙酯(2.00g)中的溶液在由40％Reax 100M(2.00g)和蒸馏水(15.00g)组成的水相中乳化。加入硫酸使pH降至8。将乳液在50℃下搅拌，同时分批加入2ml 100vol.H2O2，间隔30分钟，每批0.5ml。产生的微胶囊是光滑球形的，具有强度适当的壁。
实施例1d(在低pH下用过氧化氢作氧化剂)
此实验证明可用过氧化氢作氧化剂在低pH和环境温度下由多硫醇化合物制备适当强度的微胶囊。在高剪切下使Q43(2.3g)的Solvesso200(12.6g)溶液在由40％Reax 100M(0.75g)和去离子水(15.5g)组成的水相中乳化。加入硫酸使pH从9.5降至2。将乳液在室温下搅拌，同时将过氧化氢(2ml 100vol.)分批加入，间隔30分钟每批0.5ml。将乳液在53℃加热3小时，然后加2％NaHCO3(aq)中和。产生的微胶囊是光滑球形的，强度适当。
实施例1e(用重铬酸钾作氧化剂)
此实验证明可用重铬酸钾作氧化剂由多硫醇化合物制备具有8％(重)壁的微胶囊。在高剪切下使Q43(1.35g)的Solvesso 200(15.3g)溶液在由40％Reax 100M(aq)(2.35g)和蒸馏水(17.65g)组成的水相中乳化。将乳液在35℃下搅拌，同时将0.5N K2Cr2O7(7.3g，保持在35℃以维持溶解度.)与5.1ml c.HCl一起分批加入，重铬酸钾每批1.5ml间隔15分钟，盐酸每15分钟1ml(2.5小时后pH为1)。所述乳液共加热2.5小时。产生的微胶囊是球形的，强度较高，干燥时无泄漏，可再悬浮于水中。
实施例1f(用氯化铁作氧化剂)
此实验证明可用氯化铁作氧化剂由多硫醇化合物制备具有8％(重)壁的微胶囊。在高剪切下使Q43(1.35g)的Solvesso 200(15.3g)溶液在由Lomar D(0.94g)、蒸馏水(11.06g)和～8g饱和FeCl3溶液(10ml，10％w/w)组成的水相中乳化。将乳液在50℃下搅拌，同时间隔1小时加入2×5g剩余FeCl3的洗液(3小时后pH0.5)。所述乳液共加热3小时。产生的微胶囊是球形的，强度适当，干燥时无泄漏，可再悬浮于水中。
实施例2a-2f(存在硫醇化合物和烷基化氨基甲醛树脂；氧化剂不 同)
实施例2a-2f说明微胶囊壁组合物的形成，其中一些成壁材料含有硫原子，一些不含硫原子，在成壁过程中产生二硫单元。一般步骤如下。有机相由丁基化脲醛预聚物和多硫醇化合物的溶液组成。水相由保护胶体和可选的溶于水中促进形成硫醚键的催化剂组成。用任何传统的高剪切搅拌器使有机相分散在水相中直至达到要求的粒度制成乳液。在20℃和55℃之间的温度下在pH＞8下将氧化剂的水溶液加入所述水包油乳液中。pH下降的值与硫羟基与氧化剂之比和氧化剂的性质和量有关。通过显微镜观察评价微胶囊的完整性。适当时，通过加入硫酸使pH降至约2，将混合物在50℃±5℃加热一段时间。
实施例2a(用KI3作氧化剂)
该实验证明：硫醇∶碘之摩尔比为9.6∶1时，pH从约9.5降至约4.1，形成质量较差的壁。加入H2SO4使乳液的pH进一步降至约1.7时，形成质量良好的壁。这表明在上述摩尔比下，形成的二硫键不足以产生完整的壁，随后在低pH下多硫醇化合物和预聚物之间形成硫醚键而形成坚固的壁。在室温及高剪切下使Q43(0.70g)和醚化脲醛树脂(Cytec以Beetle-80出售)(1.60g)在Aromatic 200(12.5g)中的溶液在由40％Reax 100M(0.75g)、PetroBAF(来自Witco的烷基萘磺酸钠盐)(0.03g)和蒸馏水(13.5g)组成的水相中乳化。乳液的pH为约9。在室温下将碘(0.038g)和碘化钾(0.060g)的水(1.8ml)溶液滴加至乳液中。pH降至4.1。通过光学显微镜观察显示已形成较弱的壁。加入硫酸使pH降至1.7，将混合物在50℃±5℃加热2小时。产生的微胶囊有光滑球形的强度好的壁，干燥时无泄漏，干燥后可再悬浮于水中。
实施例2b(用KI3作氧化剂)
该实验和结果与实施例2a类似，但用四(2-巯基乙酸)季戊四醇酯代替Q43。在室温及高剪切下使四(2-巯基乙酸)季戊四醇酯(0.70g)和Beetle-80(1.60g)在Aromatic 200(12.6g)中的溶液在由40％Reax100M(0.75g)、PetroBAF(0.03g)和蒸馏水(15.5g)组成的水相中乳化。乳液的pH为约9。在室温下将碘(0.038g)和碘化钾(0.060g)的水(1.8ml)溶液滴加至乳液中。pH降至4.2。通过光学显微镜观察显示已形成较弱的壁。加入硫酸使pH降至1.7，将混合物在50℃±5℃加热2小时。产生的微胶囊有光滑球形的强度好的壁，干燥时无泄漏，干燥后可再悬浮于水中。
实施例2c(用KI3作氧化剂)
该实验证明：硫醇∶碘之摩尔比为5.4∶1时，pH从约9.5降至约2.4，形成质量比较好的壁，表明可能生成二硫基和硫醚基。加入H2SO4使乳液的pH进一步降至约1.9时，在没有用于形成硫醚键的催化剂存在的情况下形成质量良好的壁。在室温及高剪切下使四(2-巯基乙酸)季戊四醇酯(0.70g)和Beetle-80(1.60g)在Aromatic 200(14.9g)中的溶液在由40％Reax 100M(0.75g)和蒸馏水(15.5g)组成的水相中乳化。乳液的pH为约9。在室温下将碘(0.076g)和碘化钾(0.120g)的水(3.6ml)溶液滴加至乳液中。pH降至2.4。通过光学显微镜观察显示已形成比较强的壁。加入硫酸使pH降至1.9，将混合物在50℃±5℃加热2小时。产生的微胶囊有光滑球形的强壁，干燥时无泄漏，干燥后可再悬浮于水中。
实施例2d(用KI3作氧化剂)
该实验与实施例2c相似，但水相中包含用于形成硫醚键的催化剂。在pH2.4下，形成质量比较好的壁。加入H2SO4使乳液的pH进一步降至约1.9时，形成质量极好的壁。在室温及高剪切下使四(2-巯基乙酸)季戊四醇酯(0.70g)和Beetle-80(1.60g)在Aromatic 200(14.9g)中的溶液在由40％Reax 100M(0.75g)、PetroBAF(0.03g)和蒸馏水(15.5g)组成的水相中乳化。乳液的pH为约9。在室温下将碘(0.076g)和碘化钾(0.120g)的水(3.6ml)溶液滴加至乳液中。pH降至2.4。通过光学显微镜观察显示已形成比较强的壁。加入硫酸使pH降至1.9，将混合物在50℃±5℃加热2小时。产生的微胶囊有光滑球形的很强的壁，干燥时无泄漏，干燥后可再悬浮于水中。
实施例2e(用KBr、Br2作氧化剂)
该实验证明可以上述与碘相同的方式使用溴。在高剪切下使Q43(0.7g)和Beetle-80树脂(1.6g)在Solvesse 200(12.6g)中的溶液在由40％Reax 100M(aq)(0.75g)、PetroBAF(30mg)和蒸馏水(15.5g)组成的水相中乳化。在室温下搅拌该乳液，同时加入5％w/wKBr3(aq)(1.7g，KBr∶Br2之摩尔比为2.4∶1)，此时pH降至1.8。加完后将乳液在pH1.8下于50℃加热5小时。然后加入5％K2CO3(aq)中和所述乳液。产生的微胶囊是光滑球形的，强度良好，干燥时无泄漏，可以相同的干燥特征再悬浮。
实施例2f(用过氧化氢作氧化剂)
该实验证明在使用烷基化氨基甲醛树脂和四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯的微胶囊中用过氧化氢作氧化剂且使用酸催化剂可相继形成二硫键和硫醚键。在高剪切下使Q43(2.3g)和Beetle-80树脂(2.3g)在Solvesse 200(10.2g)中的溶液在由40％Reax 100M(1.13g)、PetroBAF(45mg)和蒸馏水(16.0g)组成的水相中乳化。将此pH9.3的乳液在室温下搅拌，同时将H2O2(100vol，4ml)以30分钟的间隔分批加入，每批1ml。加入第一批之后温度从19℃升至21℃，然后在其余添加过程中保持在20℃。颜色保持乳白色。每批加料之后，pH分别降至8.3、7.3、6.8和6.6。通过光学显微镜观察显示已形成较弱的壁。加完过氧化氢之后30分钟，用H2SO4使pH降至1.9，将乳液加热至50℃3小时，得到质量良好的微胶囊。
实施例3a(使用混合氧化剂)
以下实施例说明用混合氧化剂形成含二硫单元的微胶囊壁组合物。成壁材料可都含硫原子，也可一些材料含有硫原子而一些不含硫原子。
实施例3a(用三碘化钾和过氧化氢作氧化剂)
此实验证明可用氧化试剂的混合物由Q43制备微胶囊，其中用过氧化氢再生三碘化钾。在高剪切下使Q43(2.3g)在Solvesse 200(12.5g)中的溶液在由40％Reax 100M(aq)(2.00g)和蒸馏水(14.25g)组成的水相中乳化。在室温下搅拌该乳液，同时滴加入5.4g 5.2％w/w KI3(aq)(KI∶I2之摩尔比为2.4∶1)。在室温下搅拌2小时后，pH从9.1降至4.8。混合物的颜色变成浅棕色。然后在室温下以1小时的间隔分批加入过氧化氢(2ml，100vol)，每批1ml，加完后再搅拌半小时。每次添加过氧化氢之后，温度从约18℃升至约21℃，浅棕色变成橙色。一段时间之后温度降回约18℃，颜色也恢复成浅棕色。添加第一批过氧化氢之后pH升至约6.0。据信pH、温度和颜色变化反映了每次添加过氧化氢之后碘和三碘化钾的再生。静置过夜之后，pH降至4.0，橙色消失。加过氧化氢之前产生的微胶囊是光滑球形的，但强度较弱，干燥时破裂。加过氧化氢之后，微胶囊是光滑球形的，干燥时无泄漏，可以相同的干燥特征再悬浮。
实施例4a(使用预形成的二硫化物)
以下实施例说明含二硫单元的微胶囊壁组合物的形成，其中二硫单元已经存在于起始原料中。所述成壁材料可都含硫原子，也可一些材料含有硫原子，一些不含硫原子。
实施例4a(用2-羟乙基二硫化物作交联剂)
该实验证明可由烷基化氨基甲醛树脂和2-羟乙基二硫化物制备微胶囊，即二硫单元已经存在于起始原料中，2-羟乙基二硫化物的羟基与树脂反应。在高剪切下使2-羟乙基二硫化物(0.70g)和Beetle-80(1.60g)在Solvesse 200(12.6g)中的溶液在由40％Reax 100M(aq)(0.75g)、PetroBAF(0.04g)和去离子水(15.5g)组成的水相中乳化。加入H2SO4使pH降至1.9。将乳液在50℃加热6小时，然后加入2％NaHCO3(aq)中和。产生的微胶囊是球形的，强度适当。
形成有活性成分的胶囊悬浮体的例证
微胶囊的制备
用本文所述微胶囊化方法制备含有杀虫剂毒死蜱或氯氟氰菊酯或除草剂丁草敌作为农药的微胶囊悬浮体，其中所述农药被包封在通过多硫醇化合物的氧化偶合或多硫醇化合物和丁基化脲醛预聚物的混合物的氧化偶合和界面聚合和缩合相结合形成的聚合物壳壁中。虽然以下提供的实施例例举了包封单一种农药，但本发明不限于包封单一成分而可包含任何数量和组合的成分如两种杀虫剂和一种除草剂(只要它们化学相容)对于本领域技术人员来说是显而易见的。
一般步骤如下。有机相由农药(某些情况下溶于溶剂中)、至少一种多硫醇化合物和可选的丁基化脲醛预聚物组成。水相由保护胶体和在许多情况下溶于水中的乳化剂/相转移催化剂组成。用任何传统的高剪切搅拌器使有机相分散在水相中直至达到要求的粒度制成乳液。在室温下将氧化剂的水溶液加入所述乳液中，将混合物在室温下搅拌3小时，然后加热至50℃±5℃3小时。取出所得胶囊悬浮体，然后用传统的高剪切搅拌器配入抗微生物剂、悬浮剂和碱的水溶液，使pH升至5.5。
按上述步骤制备包含下列成分的组合物：
                                                          表3
实施例#：                         5            6           7             8          9           10
成分                             重量(g)      重量(g)     重量(g)       重量(g)    重量(g)     重量(g)
丁草敌(工业级)                    18.00        18.00       17.99         18.02      18.02       18.01
Beetle 80(来自Cytec的丁基化脲     0.42         0.43        0.40          1.02       1.41        n.a.
         醛树脂)
Q43(来自Evans Chemetics的四(3-    1.64         1.66        1.59          1.00       0.62        2.02
   巯基丙酸)季戊四醇酯)
Kraftsperse 25M(来自West Vaco     1.048        1.051       1.05          1.057      1.049       1.052
     的木素磺酸钠盐保护胶体)
PetroBAF(来自Witco的烷基萘磺      0.009        0.009       0.009         0.013      0.022       0.010
        酸钠盐表面活性剂)
水                                33.11        30.58       31.79         28.54      27.60       36.02
碘化钾                            1.53         0.85        1.16          0.53       0.34        1.72
碘                                1.52         0.85        1.18          0.52       0.33        1.71
碳酸钾                            0.80         0.453       0.623         0.282      0.174       0.904
Proxel GXL(来自Avecia的基于       0.1          0.1         0.1           0.1        0.1         0.1
      20％1，2-苯并异噻唑啉-3-酮
     的二丙二醇溶液的抗微生物剂)
Kelzan(来自Kelco的黄原胶)         n.a.         0.30        0.030         0.032      0.031       0.030
Attagel 40(来自Englehard的硅镁活  n.a.         0.303       0.300         0.310      00304       .0300
         性粘土)
中值粒径(μm)                     9.5          8.9         10.2          8.2        8.6         13.6
％Q43*                           80           80          80            50         30          100
％KI3 #                           90           50          70            50         50          100
*相对于总壁含量的百分率
#相对于巯基的化学计量百分率
                                                  表4
实施例#：                        11            12            13            14
成分                            重量(g)       重量(g)       重量(g)       重量(g)
丁草敌(工业级)                   17.98         n.a.          n.a.          n.a.
毒死蜱(工业级)                   n.a.          11.7          11.70         n.a.
氯氟氰菊酯(工业级)               n.a.          n.a.          n.a.          9.01
Aromatic 200(来自Exxon的溶剂)    n.a.          6.30          6.30          9.00
Beetle 80                        0.39          0.42          0.39          0.39
Q43                              1.60          1.58          1.70          1.60
Kraftsperse 25M                  1.054         n.a.          n.a.          n.a.
Reax 100M(保护胶体，40％溶液，   n.a.          2.02          2.01          2.01
         来自WestVaco)
水                               33.40         25.14         26.17         25.01
碘化钾                           1.49          1.77          1.76          1.76
碘                               1.51          1.75          1.75          1.75
碳酸钾                           0.801         0.954         0.954         0.951
Proxel GXL                       0.1           0.1           0.1           0.1
Kelzan                           n.a.          0.03          0.035         0.03
Attagel 40                       n.a.          0.300         0.302         0.300
中值粒径(μm)                    11.5          10.7          9.6           9.2
％Q43*                          80            80            80            80
％KI3 #                          90            110           110           110
*相对于总壁含量的百分率
#相对于巯基的化学计量百分率
按上述一般步骤制备组合物，但在室温下向水包油乳液中加入氧化剂水溶液之后，立即将混合物加热至50℃±5℃3小时。组合物的成分列于下表中：
                                                            表5
实施例#：              15           16           17            18            19             20            21          22
成分                 重量(g)      重量(g)      重量(g)       重量(g)       重量(g)        重量(g))      重量(g)     重量(g)
丁草敌(工业级)         18.02        18.00        18.05         18.00         18.01          18.01
毒死蜱(工业级)         n.a.         n.a.         n.a.          n.a.          n.a.           n.a.          11.60       11.60
Aromatic 200           n.a.         n.a.         n.a.          n.a.          n.a.           n.a.          6.32        6.31
Beetle 80              0.42         0.43         0.40          1.03          1.42           n.a.          0.41        0.39
Q43                    1.64         1.65         1.60          1.02          0.61           2.02          1.61        1.59
Kraftsperse 25M        1.049        1.052        1.065         1.064         1.049          1.06          1.05        1.07
PetroBAF               0.009        0.009        0.010         0.013         0.020          0.010         0.009       0.009
水                     28.57        30.55        31.82         28.57         27.64          36.01         30.58       33.10
碘化钾                 1.50         0.85         1.18          0.52          0.32           1.72          0.83        1.51
碘                     1.49         0.85         1.16          0.53          0.32           1.74          0.85        1.50
碳酸钾                 0.808        0.451        0.622         0.284         0.173          0.905         0.45        0.801
Proxel GXL             0.1          0.1          0.1           0.1           0.1            0.1           0.1         0.1
Kelzan                 n.a.         0.033        0.033         0.031         0.032          0.032         0.031       0.030
Attagel 40             n.a.         0.303        0.300         .0300         0.300          0.300         0.304       0.302
中值粒径(μm)          9.8          8.3          10.0          9.7           8.0            11.3          10.0        11.8
％Q43*                80           80           80            50            30             100           80          80
％KI3 #                90           50           70            50            50             100           50          90
*相对于总壁含量的百分率
#相对于巯基的化学计量百分率
标准氨基塑料试样的制备(没有预形成的二硫键或形成二硫键的氧 化步骤)
制备以下标准氨基塑料试样作为标准与上述实施例对比。所述成壁材料不含预形成的二硫键，所述方法也不包括(氧化)形成二硫键的步骤。所述标准氨基塑料试样按上述一般步骤制备，但有以下例外：(1)向水相中加入酸化剂使pH降至2，(2)不加氧化剂的水溶液，和(3)所得水包油乳液立即加热至50℃±5℃3小时。详尽的工艺步骤描述在USP4,956 129、5,160 529和5,332 584中。组合物的成分列于下面：
成分                                重量(g)                    重量(g)
丁草敌(工业级)                       19.35                      n.a.
毒死蜱(工业级)                       n.a.                       17.79
Aromatic 200                         n.a.                       9.58
Beetle 80                            1.95                       3.85
Q43                                  0.22                       0.99
Reax 100M(40％溶液)                  2.265                      n.a.
Reax 83A(来自West Vaco的保护胶体)    n.a.                       .82
PetroBAF                             0.026                      0.029
硫酸(50％溶液)                       0.20                       0.40
水                                   20.24                      26.29
Proxel GXL                           0.1                        0.1
Kelzan                               0.030                      0.061
Attagel 40                           0.300                      0.60
中值粒径(μm)                        8.7                        9.4％Q43*                               10                         20
％KI3 #                              0                          0
*相对于总壁含量的百分率
#相对于巯基的化学计量百分率
体外释放速率评价
在水存在下，某些情况下在碱存在下，在体外测试实施例5-11和15-20的组合物的释放速率。将未处理试样如下处理。将0.1g a.i.丁草敌胶囊悬浮体(CS)用1.5ml水稀释，在0.8μm滤纸上真空过滤，在干燥器中放置约1小时，然后进行释放速率测量。
如下处理碱处理试样。将0.1g a.i.丁草敌CS用3ml 0.1M KOH(pH12.5)或30ml 10mM KOH溶液(pH11.6)稀释。试样滚动(rolled)6小时，在0.8μm滤纸上真空过滤，在干燥器中放置约1小时，然后进行释放速率测量。
用Cahn RH电子天平监测在真空下丁草敌从微胶囊中蒸发失重的速率。将试样从干燥器中取出，用剩余的滤纸配平该电子天平的试样盘。将试样放在试样盘上，使之在40℃下平衡10分钟，然后放在真空下。在图表记录器上记录用封闭在真空下的电子天平测量的丁草敌重量损失。
下表6中，第4栏的数据表明可通过改变(1)交联剂Q43的量、(2)为形成二硫键所加入的氧化剂量、和(3)工艺条件(较小程度)，调节释放被包封的活性成分的扩散控制速度。第5和6栏的数据表明二硫键在碱性条件下可被断裂开，从而导致比未引发的扩散控制条件下(第4栏)更快地释放被包封的活性成分。如表6中所示，标准的氨基塑料微胶囊不含二硫键，因此在下面给出的碱性条件下不破裂。
                                      表6-释放速率数据
实施例#     ％Q43*     ％KI3 #     释放速率(mg/min)中性-水   释放速率(mg/min)碱性-0.1M KOH   释放速率(mg/min)碱性-10mM KOH
标准氨基塑料     10     0     3.3±0.6   0.2   1.8
5     80     90     17.4±2.0   -   -
6     80     50     0.0(2次实验)   5.3   0.9
7     80     70     17.8   -   -
8     50     50     4.6±1.0   9.1   10.7
9     30     50     5.4±0.8   12.3   7.2
10     100     100     16.4±0.6   -   -
11     80     90     13.5±2.2   -   -
15     80     90     16.8±1.8   -   -
16     80     50     0.0(3次实验)   5.6   1.0±0.6
17     80     70     14.2±2.6   -   -
18     50     50     0.0(2次实验)   7.5   3.6
19     30     50     2.7   9.6   3.2
20     100     100     7.4±0.2   11.2   -
*相对于总壁含量的百分率
#相对于巯基的化学计量百分率
生物评价
测试实施例12、13、21和22的组合物对以下物种的生物活性：豆荚草盲蝽(Lygus hesperus)(刺吸式害虫)、和谷实夜蛾(Helicoverpazea)或烟芽夜蛾(Heliothis virescens)(具有碱性消化道的叶面摄食鳞翅目)。
试验1
A.接触/残留接触(物种：平荚草盲蝽)
试验步骤如下：用10个成虫侵染装有新鲜绿豆的纸板笼。在PotterTower中以250升/公倾喷洒，每一施用量重复四次。使原料溶于0.05％X-77/水中。前面试验结果得到Lorsban 4E的LC50为~220ppm，所以为之选择600、400、267和178ppm的施用量。CS制剂的结果通常是在试验初期的高得多的LC50，所以为之选择2700、1800、1200、800、533ppm的施用量。在1、2、3、4、5、和6天评定死亡率。
表7中给出LC50(ppm)：
表7
制剂           1天        2天        3天       4天       5天      6天
Lorsban 4E*    262        253        252       258       260      257
实施例13       2118       1433       1245      1253      1218     1199
*Dow Chemical生产的毒死蜱浓缩乳液，含4磅毒死蜱/加仑。
该试验表明所述微胶囊表现出良好的防渗性，因此相对于标准Lorsban 4E来说，改善了对益虫(非叶面摄食昆虫)的保护。实施例13中LC50值随时间下降是因为被包封毒死蜱缓慢地扩散控制释放所致。
B.叶面残留性(物种：烟芽夜蛾)
试验步骤如下：将棉株在轨道喷雾器中以250升/公倾喷洒。前面试验得到Lorsban 4E对夜蛾的LC50为~75ppm，所以所有制剂都选择200、100、50和25ppm的的施用量。连续两天给植物施药，每个制剂测试四个施用量，第一天施药保留在温室中。第二天，最后一次施药之后，摘取施药后的叶子用于侵染。所述侵染作三次重复，每次重复用20只昆虫侵染。侵染后2天评定死亡率。
表8中给出LC50(ppm)：
表8
制剂                           0天                2天
Lorsban 4E                     104                --
实施例13                       58                 120
--表示由于数据不够而未计算出LC50
该试验表明所述微胶囊壁的二硫键在该昆虫的消化道内裂开，导致与标准Lorsban 4E相当的昆虫控制。
试验2
A.接触/残留接触(物种：豆荚草盲蝽)
试验步骤如下：以250l/h喷洒笼中的成年蝽。每种制剂采用5个施用量，作四次10只昆虫的重复。在1、2、3、4、5、和6天评定死亡率。
表9中给出LC50(ppm)：
表9
制剂             1天        2天       3天      4天      5天      6天
毒死蜱(工业级)   313        310       311      313      313      325
实施例13         2209       1158      986      836      689      650
该试验证明本发明微胶囊表现出良好的防渗性，因此相对于标准的工业级毒死蜱而言改善了对益虫的保护。实施例13中LC50值随时间下降是因为被包封毒死蜱缓慢地扩散控制释放所致。
B.叶面残留性(物种：谷实夜蛾)
试验步骤如下：所述鳞翅目一龄叶面法的目标是谷实夜蛾。将摘取的棉叶在Potter Tower中以250l/h喷洒。在施药后叶片上侵染新生幼虫。每种制剂采用3个施用量，进行18只昆虫的三次重复。在1、2和3天评定死亡率。表10中给出LC50(ppm)：
                           表10
制剂            1天            2天            3天
工业级毒死蜱    9.8            8.6            12.2
实施例13        13.9           12.8           11.1
该试验证明所述微胶囊壁的二硫键在该昆虫的消化道内断裂开，导致与标准的工业级毒死蜱相当的昆虫控制。
试验3
叶面残留性(物种：谷实夜蛾)
试验步骤如下：所述鳞翅目一龄叶面法的目标是谷实夜蛾。将摘取的棉叶在Potter Tower中以250l/h喷洒。在施药后叶片上侵染新生幼虫。每种制剂采用3个施用量，进行15只昆虫的四次重复。在第2天评定死亡率。表11中给出LC50(ppm)：
                               表11
制剂            ％Q43          ％KI3         LC50        注释
Lorsban 4E      0              0              14.5        标准-乳油
毒死蜱CS        10             0              96.4        标准-氨基塑料微胶囊
实施例12        80             110            8.4         ＞90％二硫键
实施例13        80             110            14.7        ＞90％二硫键
实施例21        80             50             17.2        50％二硫键
实施例22        80             90             14.3        90％二硫键
该试验证明所述微胶囊壁的二硫键在该昆虫的消化道内断裂开，导致与标准的Lorsban 4E相当的昆虫控制。所述标准氨基塑料制剂不含二硫键，因而预计在昆虫的消化道内不会破裂，如其LC50值所反映的那样。
虽然已结合具体实施方案描述本发明，但其细节不应解释为限制，显然可在不背离本发明精神和范围的情况下对本发明进行各种等同替代、变化和修改，应理解这些等同实施方案都应包括在本发明的范围内。

Claims (35)

1.一种微胶囊，包括含有一种或多种农药并且不溶于水的包封在含二硫键的脲醛或三聚氰胺甲醛氨基塑料聚合物树脂的固体可渗透壳内的液体芯物质，其中所述被包封物质在不导致所述二硫键断裂开的环境中通过跨越胶囊壁的扩散逐渐释放，并且其中所述微胶囊的周围环境条件导致所述二硫键断裂开从而使被包封物质快速释放。
2.权利要求1的微胶囊，其中所述农药是至少一种或多种杀虫剂。
3.权利要求2的微胶囊，其中至少一种杀虫剂是拟除虫菊酯。
4.权利要求3的微胶囊，其中所述拟除虫菊酯是氯氟氰菊酯。
5.权利要求2的微胶囊，其中至少一种杀虫剂是有机磷杀虫剂。
6.权利要求5的微胶囊，其中所述有机磷杀虫剂是毒死蜱。
7.权利要求1的微胶囊，其中所述农药是至少一种或多种除草剂。
8.权利要求7的微胶囊，其中至少一种除草剂是丁草敌。
9.权利要求1的微胶囊，其中所述农药是溶于溶剂中的固体农药。
10.权利要求1的微胶囊，其中所述液体芯物质还包括分散在所述液体芯内的固体紫外线防护剂。
11.一种在脲醛或三聚氰胺甲醛氨基塑料聚合物树脂壁内含有二硫键的微胶囊的制备方法，包括：
(a)制备包含一种或多种农药和成壁材料的有机相；
(b)形成所述有机相在连续水相中的乳液，其中所述乳液还包含分散在整个所述水相中的所述有机相的离散液滴；和
(c)导致成壁从而使所述有机相离散液滴转化成微胶囊。
12.权利要求11的方法，其中所述成壁材料包含至少一种或多种交联剂。
13.权利要求12的方法，其中至少一种交联剂是多硫醇化合物。
14.权利要求13的方法，其中所述多硫醇化合物是含硫羟基的酯。
15.权利要求13的方法，其中所述多硫醇化合物是含硫羟基的酰胺。
16.权利要求12的方法，其中所述成壁材料还包含烷基化氨基甲醛预聚物。
17.权利要求16的方法，其中所述氨基预聚物是脲醛预聚物。
18.权利要求16的方法，还包括使所述氨基预聚物与所述多硫醇化合物交联。
19.权利要求18的方法，还包括在与氨基预聚物交联之前由多硫醇化合物形成二硫键。
20.权利要求18的方法，还包括在与多硫醇化合物交联的同时形成二硫键。
21.权利要求11的方法，其中所述水相还包含至少一种能在与所述有机/水相界面相邻的有机相中使硫醇偶合形成二硫键的氧化剂。
22.权利要求21的方法，其中所述水相还包含能在有机相中使硫醇偶合形成二硫键的氧化剂的混合物。
23.权利要求21的方法，其中所述氧化剂选自碘、氯化铁、过氧化氢和重铬酸钾。
24.权利要求21的方法，其中所述氧化剂在5℃-70℃的温度下加入。
25.权利要求24的方法，其中所述氧化剂在20℃-50℃的温度下加入。
26.权利要求21的方法，还包括在酸性溶液中进行氧化。
27.权利要求11的方法，其中所述水相包含保护性胶体。
28.权利要求18的方法，其中所述水相还包含能促进形成硫醚键的催化剂。
29.权利要求11的方法，还包括通过多官能醇与含硫羟基的羧酸衍生物反应得到含硫羟基的酯预先制备成壁材料，其中所述反应具有下式：
           
其中R’为H或烷基或芳基，Z为烃基或芳基-烃基，Y为含两个或多个羟基的烃基单元。
30.权利要求11的方法，还包括通过多官能胺分子与含硫羟基的羧酸衍生物反应得到含硫羟基的酰胺预先制备成壁材料，其中所述反应具有下式：
         
其中R’为H或烷基或芳基，Z为烃基或芳基-烃基，Y为含两个或多个胺基或一个胺基和一或多个醇基的烃基单元，并且n为1或2。
31.权利要求11的方法，还包括在形成乳液之前将至少一种氧化剂加入所述水相中。
32.权利要求11的方法，还包括在形成乳液之后将至少一种氧化剂加入所述水相中。
33.权利要求11的方法，还包括在形成乳液之前和之后向所述水相中加入至少一种氧化剂。
34.权利要求11的方法，还包括在形成乳液之前向所述水相中加入至少一种氧化剂，和在形成乳液之后加入第二氧化剂。
35.权利要求11的方法，其中在权利要求11的步骤(c)中，通过形成二硫键和/或缩合，并使所述成壁材料固化形成壁，从而胶囊化所述一种或多种农药。
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