專利名稱：農(nóng)藥微膠囊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)藥微膠囊。
背景技術(shù)：
微膠囊技術(shù)是將活性物質(zhì)包覆于高分子基材使得其緩慢釋放的技術(shù)。由于其具有可降低毒副作用、減少活性物質(zhì)用量、提高利用效率、改善物質(zhì)形態(tài)、屏蔽異味、控制和延長釋放等優(yōu)點(diǎn)，微膠囊技術(shù)在醫(yī)藥，農(nóng)藥，化肥，日用化學(xué)品等領(lǐng)域都顯示了廣闊的應(yīng)用前景。
在農(nóng)藥微膠囊領(lǐng)域，大量材料諸如聚脲，聚酰胺，聚烯烴被用作壁材，但由于其不具有可降解性而容易在使用后造成白色污染，而且用此類壁材所得微膠囊其緩釋途徑為單一的滲透釋放機(jī)制，在實(shí)踐中應(yīng)用有一定局限性。利用生物降解材料作緩釋壁材成為新的研究熱點(diǎn)。
傳統(tǒng)的天然高分子雖然多數(shù)降解性能良好且價(jià)格低廉，但由于其性能不易調(diào)控，在實(shí)際應(yīng)用中受到限制；而用作醫(yī)藥緩釋體系壁材的聚乳酸、聚羥基烷酸酯、聚己內(nèi)酯等合成高分子通常價(jià)格較高，而且，通常醫(yī)藥緩釋微膠囊主要應(yīng)用于人體體液環(huán)境，在自然環(huán)境尤其是土壤中很少也很難有大規(guī)模的應(yīng)用。
可生物降解的聚丁二酸二元醇酯及其共聚酯、聚己二酸丁二醇酯都具有良好的力學(xué)和熱學(xué)性能，而且價(jià)格相對(duì)較低，可在土壤中以合適的速度完全生物降解，有望成為適于農(nóng)藥領(lǐng)域的主要緩釋基材。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的一是提供農(nóng)藥微膠囊的制備和應(yīng)用方法，制備出高質(zhì)量，高包覆效率，高負(fù)載量、長效緩釋并且可生物降解和緩釋的農(nóng)藥微膠囊。
本發(fā)明的再一目的是提供一種用聚丁二酸二元醇酯及其共聚酯，或聚己二酸丁二醇酯制備得到的農(nóng)藥微膠囊。
本發(fā)明利用乳液溶劑揮發(fā)—冷凝法制備農(nóng)藥微膠囊。由于在乳液溶劑揮發(fā)—冷凝法中使用的有機(jī)溶劑可以回收并循環(huán)使用，并且制備中采用的乳化劑溶液也可反復(fù)利用，使得農(nóng)藥微膠囊的制備比較簡便而且經(jīng)濟(jì)。
這種乳液溶劑揮發(fā)—冷凝法的原理為含有生物降解性高分子和農(nóng)藥的有機(jī)溶劑相和含有乳化劑的水相溶液混合后，通過高速攪拌，形成分散良好的油/水乳液。在得到穩(wěn)定的油/水乳液后，通過升溫來控制水相的溫度。在緩慢的升溫中，有機(jī)溶劑逐漸從溶液中油/水界面處擴(kuò)散至與空氣接觸的水相表面，并在表面揮發(fā)除去。隨著有機(jī)溶劑的逐漸除去，高分子開始成膜析出，形成微膠囊囊壁。當(dāng)有機(jī)溶劑量減少到一定程度時(shí)，農(nóng)藥芯材也開始析出。最終，在溶劑被完全除去和冷凝后，便得到農(nóng)藥微膠囊。
本發(fā)明的農(nóng)藥微膠囊是用乳液溶劑揮發(fā)—冷凝法制備得到的將0.1～1.0重量份生物降解性高分子溶解在10～20重量份的有機(jī)溶劑中；在溶解上述生物降解性高分子溶液中混合0.2～2.0重量份農(nóng)藥；將上述生物降解性高分子、有機(jī)溶劑和農(nóng)藥的混合溶液在溶解了1～10重量份水的20～200重量份的乳化劑溶液中飽和，用分散機(jī)高速分散乳化。在分散中，以2～10分鐘4000～16000rpm的攪拌速度乳化。將乳化完成的乳液用水浴加熱升溫至20～50℃除去上述乳化飽和溶液中的有機(jī)溶劑，得到以生物降解性高分子為壁材包覆農(nóng)藥的農(nóng)藥微膠囊。其中，除去有機(jī)溶劑的方法為以20～50℃的水溫使有機(jī)溶劑在300～900rpm的攪拌速度下除去有機(jī)溶劑。
本發(fā)明得到的農(nóng)藥微膠囊能夠在土壤微生物作用下，實(shí)現(xiàn)高分子壁材降解和農(nóng)藥緩釋調(diào)控。
本發(fā)明的農(nóng)藥微膠囊的粒徑范圍是0.3～40微米本發(fā)明農(nóng)藥微膠囊的囊壁孔洞的孔徑是0.01～3微米所述的生物降解性高分子是可以生物降解的脂肪族聚酯類高分子，選自聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚丁二酸乙二醇酯(PES)、聚丁二酸己二醇酯(PHS)、丁二醇丁二酸己二酸共聚酯(PBSA)、丁二醇丁二酸對(duì)苯二甲酸共聚酯(PBST)、聚己二酸丁二醇酯(PBA)中的一種或一種以上的混合物。
所述的有機(jī)溶劑沒有特別的限定，可以是二氯甲烷、三氯甲烷或它們的混合物。
所述的農(nóng)藥可以使用在水中不易溶而在有機(jī)溶劑中易溶的有機(jī)磷農(nóng)藥，有機(jī)磷農(nóng)藥選自毒死蜱、二嗪磷(地亞農(nóng))、地蟲硫磷、敵瘟磷中的一種或一種以上的混合物。
為使生物降解性高分子和農(nóng)藥的溶液穩(wěn)定而使用的乳化劑，可以使用聚氧化乙烯(20)失水山梨醇單硬脂酸酯(俗稱吐溫60)、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇單棕櫚酸酯(吐溫40)、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇單油酸酯(吐溫80)、十二烷劑基硫酸鈉、聚乙烯醇(PVA)(聚合度1750～2000，醇解度88％～90％)中的一種或一種以上的混合物。
所述的土壤微生物選自雜色曲霉菌、芽胞桿狀細(xì)菌、直桿高溫多胞菌、青霉菌中的一種或一種以上的混合物。優(yōu)先選用雜色曲霉菌。
本發(fā)明的農(nóng)藥微膠囊是以可以生物降解的脂肪族聚酯類高分子為壁材，該農(nóng)藥微膠囊是經(jīng)乳液溶劑揮發(fā)—冷凝法制備而成。該農(nóng)藥微膠囊以具有良好的可降解性和成膜特性的聚丁二酸二元醇酯及其共聚酯或聚己二酸丁二醇酯為主要原料，殼材成本相對(duì)較低，微膠囊制備工藝簡便，包覆效率高，緩釋周期長，在土壤微生物作用下可降解和緩釋，適合于規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用。
本發(fā)明的農(nóng)藥微膠囊可以屏蔽農(nóng)藥的異味，減少不必要的農(nóng)藥滲漏和浪費(fèi)，降低農(nóng)藥在自然環(huán)境中的分解和損失，實(shí)現(xiàn)長久的農(nóng)藥緩釋效果，并可以通過生物降解調(diào)控農(nóng)藥緩釋，在緩釋完成后還可以實(shí)現(xiàn)高分子壁材的完全降解，減少了造成白色污染的可能。
本發(fā)明的農(nóng)藥微膠囊，具有優(yōu)良的形態(tài)和較窄的粒徑分布，在使用初期農(nóng)藥是通過微膠囊囊壁孔洞緩慢向外滲透擴(kuò)散，在后期則可以通過壁材降解帶來農(nóng)藥釋放，從而可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥的長效緩釋。
下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)給予進(jìn)一步的說明。


圖1.本發(fā)明實(shí)施例1、2的農(nóng)藥微膠囊的掃描電鏡照片。
(a)PBS；(b)PBSA(放大倍數(shù)×1000)圖2.本發(fā)明實(shí)施例1、2的農(nóng)藥微膠囊的粒徑分布圖。
圖3.本發(fā)明實(shí)施例6的農(nóng)藥微膠囊在體積比為1∶1乙醇/水中的緩釋曲線。
圖4.本發(fā)明實(shí)施例6的農(nóng)藥微膠囊農(nóng)藥緩釋完成后掃描電鏡照片。
(a)PBS微膠囊；(b)PBSA微膠囊(放大倍數(shù)×1000)圖5.本發(fā)明實(shí)施例6的農(nóng)藥微膠囊壁材在堆肥條件下的降解曲線(纖維素為陽性對(duì)照)。
圖6.本發(fā)明實(shí)施例7的農(nóng)藥微膠囊在土壤微生物作用下，生物降解緩釋后雜色曲霉菌黏附于PBSA農(nóng)藥微膠囊的掃描電鏡照片。
(a)放大倍數(shù)×250；(b)放大倍數(shù)×2000圖7.本發(fā)明實(shí)施例7的農(nóng)藥微膠囊在土壤雜色曲霉菌微生物作用下的緩釋曲線(非生物降解緩釋為對(duì)照曲線)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1常溫下在10ml三氯甲烷中溶解0.2g生物降解性高分子聚丁二酸丁二醇酯(PBS)后，再溶解0.8g的農(nóng)藥毒死蜱。
將0.3g聚氧化乙烯(20)失水山梨醇單硬脂酸酯和0.3克聚乙烯醇溶解于100ml水中。
將上述水溶液和溶有毒死蜱、聚丁二酸丁二醇酯的三氯甲烷溶液混合，用分散機(jī)高速分散乳化，在10000rpm攪拌速度乳化5～10分鐘。
將乳化完成的乳液用水浴加熱緩慢升溫，控制25～50℃水溫且攪拌速度在800rpm，除去三氯甲烷。最終，制造得平均直徑為0.3～40μm的農(nóng)藥微膠囊，農(nóng)藥微膠囊的囊壁孔洞的孔徑是0.01～3微米。如圖1，圖2。
實(shí)施例2常溫下在20ml二氯甲烷中，溶解0.6克丁二醇丁二酸己二酸共聚酯(PBSA)，再溶解1.2g毒死蜱。
將0.1g十二烷劑基硫酸鈉和0.4克聚乙烯醇溶解于150ml水中。其中聚乙烯醇聚合度為1750，醇解度為88％將上述水溶液和溶有毒死蜱、丁二醇丁二酸己二酸共聚酯的二氯甲烷溶液混合，用分散機(jī)高速乳化，在12000rpm攪拌速度下乳化5～10分鐘。
將乳化完成的乳液用水浴從室溫緩慢加熱到40℃，在800rpm除去二氯甲烷。在加熱過程中，最終，制造得平均直徑為0.3～40μm的農(nóng)藥微膠囊，農(nóng)藥微膠囊的囊壁孔洞的孔徑是0.01～3微米。如圖1，圖2。
實(shí)施例3常溫下在20ml二氯甲烷中，溶解0.6克丁二醇丁二酸己二酸共聚酯(PBSA)，再溶解1.5g二嗪磷(地亞農(nóng))。
將0.2g聚氧化乙烯(20)失水山梨醇單油酸酯，1.0g聚乙烯醇溶解于150ml水中。其中聚乙烯醇聚合度為1750，醇解度為88％。
將上述水溶液和溶有毒死蜱、丁二醇丁二酸己二酸共聚酯的二氯甲烷溶液混合，用分散機(jī)高速乳化，在6000rpm攪拌速度下乳化5～10分鐘。
將乳化完成的乳液用水浴從室溫緩慢加熱到40℃，在800rpm除去二氯甲烷，制造得平均直徑為0.3～40μm的農(nóng)藥微膠囊，農(nóng)藥微膠囊的囊壁孔洞的孔徑是0.01～3微米。
實(shí)施例4常溫下在15ml三氯甲烷中，溶解0.4g丁二醇丁二酸對(duì)苯二甲酸共聚酯(PBST)，再溶解1.6g敵瘟磷。
將0.05g聚氧化乙烯(20)失水山梨醇單油酸酯、0.5g聚氧化乙烯(20)失水山梨醇單棕櫚酸酯和0.3g聚乙烯醇溶于100ml水中。其中聚乙烯醇聚合度為1795，醇解度為88％將上述水溶液和溶有敵瘟磷、丁二醇丁二酸對(duì)苯二甲酸共聚酯的三氯甲烷溶液混合，用分散機(jī)高速乳化，在15000rpm攪拌速度下乳化5～10分鐘。
將乳化完成的乳液用水浴從室溫加熱到50℃，在800rpm緩慢除去三氯甲烷，制造得平均直徑為0.3～40μm的農(nóng)藥微膠囊，農(nóng)藥微膠囊的囊壁孔洞的孔徑是0.01～3微米。
實(shí)施例5常溫下在20ml二氯甲烷中，溶解0.6克丁二醇丁二酸己二酸共聚酯(PBSA)和0.6克聚丁二酸丁二醇酯(PBS)，再溶解1.2g毒死蜱。
將5.0克聚乙烯醇(PVA)溶于200毫升水中。聚乙烯醇聚合度1795，醇解度88％。
將上述水溶液與溶有毒死蜱、丁二醇丁二酸己二酸共聚酯(PBSA)和聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的溶液混合，用分散機(jī)高速乳化，在16000rpm攪拌速度下乳化5～10分鐘。
將乳化完成的乳液用水浴從室溫緩慢加熱到40℃，在800rpm除去二氯甲烷，最終，制造得平均直徑為0.3～40μm的農(nóng)藥微膠囊，農(nóng)藥微膠囊的囊壁孔洞的孔徑是0.01～3微米。。
實(shí)施例6應(yīng)用實(shí)驗(yàn)(一)將實(shí)施例1和2制備的微膠囊農(nóng)藥放在1∶1(v/v)的乙醇——水溶液中，每隔一定時(shí)間取樣測試，研究微膠囊農(nóng)藥的緩釋行為，結(jié)果表明，微膠囊可以在1000小時(shí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好的農(nóng)藥緩釋(圖3)，且1000小時(shí)后微膠囊的良好形態(tài)仍得以保持(圖4)。
按照ISO14855，采用塑料材料在控制堆肥環(huán)境下最終需氧生物降解度及崩解性測定法—二氧化碳釋出量分析法，以纖維素為陽性對(duì)照，測試壁材降解性能，結(jié)果表明壁材PBS和PBSA在堆肥條件下可生物降解，降解曲線如圖5(纖維素為陽性對(duì)照)。
實(shí)施例7應(yīng)用試驗(yàn)(二)用以實(shí)施例2制備的毒死蜱/丁二醇丁二酸己二酸共聚酯(PBSA)微膠囊為碳源，用土壤中常見的雜色曲霉菌作微生物降解實(shí)驗(yàn)。定時(shí)取樣，用1∶1(v/v)的乙醇——水溶液淋洗微膠囊，測試毒死蜱的釋放量，并用電鏡表征微膠囊緩釋后的形貌。降解緩釋后的微生物黏附于微膠囊，并將微膠囊降解成多空結(jié)構(gòu)，甚至使微膠囊破碎(圖6)。
降解30天的農(nóng)藥緩釋曲線見圖7。相對(duì)于不接種雜色曲霉的非生物降解體系，接種雜色曲霉菌的微膠囊有著明顯長效的緩釋行為，可見微生物對(duì)緩釋行為實(shí)現(xiàn)了較好的調(diào)控。
由上述實(shí)施例的結(jié)果可以看到本發(fā)明具有以下突出優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明采用的材料為可生物降解的脂肪族聚酯，力學(xué)性能優(yōu)良，對(duì)環(huán)境友好，且價(jià)格相對(duì)較低，滿足農(nóng)藥對(duì)載體的要求。
2.本發(fā)明利用乳液溶劑揮發(fā)—冷凝法制備微膠囊農(nóng)藥。由于乳液溶劑揮發(fā)—冷凝法中使用的有機(jī)溶劑可以回收并循環(huán)使用，并且制備中采用的乳化劑溶液也可多次使用，使得微膠囊農(nóng)藥的制備比較簡便而且經(jīng)濟(jì)。
3.根據(jù)本發(fā)明制造方法制備的微膠囊農(nóng)藥，可以屏蔽農(nóng)藥的異味，減少不必要的農(nóng)藥滲漏和浪費(fèi)，降低農(nóng)藥在自然環(huán)境中的分解和損失。
4.本發(fā)明制備的農(nóng)藥微膠囊，具有優(yōu)良的形態(tài)和較窄的粒徑分布，在使用中由于農(nóng)藥是通過微膠囊囊壁孔洞緩慢向外滲透擴(kuò)散，在使用中，還可通過土壤微生物降解壁材而釋放微膠囊內(nèi)部農(nóng)藥，從而可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥的長效緩釋。
5.本發(fā)明中微膠囊選用土壤微生物降解微膠囊壁材高分子，實(shí)現(xiàn)了緩釋調(diào)控，提高了藥效，減少了白色污染。
權(quán)利要求
1.一種農(nóng)藥微膠囊，其特征是，該農(nóng)藥微膠囊是用乳液溶劑揮發(fā)—冷凝法制備得到的將0.1～1.0重量份生物降解性高分子溶解在10～20重量份的有機(jī)溶劑中；在溶解上述生物降解性高分子溶液中混合0.2～2.0重量份農(nóng)藥；將上述生物降解性高分子、有機(jī)溶劑和農(nóng)藥的混合溶液在溶解了1～10重量份水的20～200重量份的乳化劑溶液中飽和；高速攪拌乳化，將乳化完成的乳液用水浴加熱升溫至20～50℃除去上述乳化飽和溶液中的有機(jī)溶劑，得到以生物降解性高分子為壁材包覆農(nóng)藥的農(nóng)藥微膠囊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)藥微膠囊，其特征是所述的農(nóng)藥微膠囊能夠在土壤微生物作用下，實(shí)現(xiàn)生物降解性高分子壁材降解和農(nóng)藥緩釋調(diào)控。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)藥微膠囊，其特征是所述的農(nóng)藥微膠囊的粒徑是0.3～40微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)藥微膠囊，其特征是所述的農(nóng)藥微膠囊的囊壁孔洞的孔徑是0.01～3微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的農(nóng)藥微膠囊，其特征是所述的生物降解性高分子選自聚丁二酸丁二醇酯、聚丁二酸乙二醇酯、聚丁二酸己二醇酯、丁二醇丁二酸己二酸共聚酯、丁二醇丁二酸對(duì)苯二甲酸共聚酯、聚己二酸丁二醇酯中的一種或一種以上的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)藥微膠囊，其特征是所述的有機(jī)溶劑是二氯甲烷、三氯甲烷或它們的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)藥微膠囊，其特征是所述的農(nóng)藥是有機(jī)磷農(nóng)藥。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的農(nóng)藥微膠囊，其特征是所述的有機(jī)磷農(nóng)藥選自毒死蜱、二嗪磷、地蟲硫磷、敵瘟磷中的一種或一種以上的混合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)藥微膠囊，其特征是所述的乳化劑選自聚氧化乙烯(20)失水山梨醇單硬脂酸酯、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇單棕櫚酸酯、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇單油酸酯、十二烷劑基硫酸鈉、聚乙烯醇中的一種或一種以上的混合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的農(nóng)藥微膠囊，其特征是所述的土壤微生物選自雜色曲霉菌、芽胞桿狀細(xì)菌、直桿高溫多胞菌、青霉菌中的一種或一種以上的混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及農(nóng)藥微膠囊。農(nóng)藥微膠囊是以可以生物降解的脂肪族聚酯類高分子為壁材的微膠囊，該微膠囊是經(jīng)乳液溶劑揮發(fā)—冷凝法制備而成。該微膠囊以具有良好的可降解性和成膜特性的聚丁二酸二元醇酯及其共聚酯，或聚己二酸丁二醇酯為主要原料，殼材成本相對(duì)較低，微膠囊制備工藝簡便，包覆效率高，緩釋周期長，在土壤微生物作用下可降解和緩釋，適合于規(guī)模化生產(chǎn)和應(yīng)用。
文檔編號(hào)A01N57/10GK101073318SQ20061008143
公開日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2006年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月19日
發(fā)明者季君暉, 曾軍, 石峰暉, 王曉青, 嚴(yán)慶 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所