微胶囊农药制备技术概述.doc

微胶囊农药制备技术概述20世纪50岁月B. K. Green在讨论第一代无碳复写纸时使用凝结法制备了包含染料的微胶囊，这标志着微胶囊技术的开头；进入21世纪，微胶囊技术的讨论进展加快，已被广泛地用于医药、食品、化妆品、建材等很多领域，微胶囊是以高分子材料作为囊壁或囊膜，通过物理或物理化学方法将作为囊芯的活性物质（固体、液体或气体）包裹起来，形成一种具有半渗透性囊膜的微型胶囊；其具有爱护囊芯材料免受环境影响、屏蔽气味、降低毒性等作用；上世纪60岁月大量化学农药开头使用，特殊是有机氯和有机磷农药；进入70岁月后化学农药的污染问题越来越被重视，降低毒性、削减污染、爱护环境的理念被提出来；同时削减有机溶剂的用量、削减喷药次数、提高农药的利用率成为化学农药讨论的重要课题，农药微胶囊制剂就是在这种趋势下显现的；最早的农药微胶囊产品是1974年Pennwalt公司开发的甲基对硫磷微胶囊，投入市场后特别畅销；从那时起微胶囊悬浮剂作为农药的缓释剂型被广泛认可，我国与上世纪70岁月后期开头引入农药微胶囊制剂，先后有对硫磷、倍硫磷等商品化；近年来随着我国农药政策的调整，微胶囊悬浮剂进入了一个快速进展的时期；1 常用微胶囊制备技术的特点 目前，有关农药微胶囊的制备仍以界面聚合法、原位聚合法、凝结法和溶剂挥发法为主；界面聚合法是囊壁成膜反应发生在互不相溶的油水两相界面上，该方法的基本过程是将成膜反应所需要的油溶性高分子单体和原药一起溶解在有机溶剂中，再向此有机相中加入乳化剂和水，剪切乳化形成水包油乳状液；再添加水溶性的高分子单体；两个单体在药物颗粒的两相界面发生缩聚反应，形成包覆活性成分的聚合物薄膜；该方法的优点是：加工工艺简洁，条件温顺，易于实现工业化生产，通过该法制备的微胶囊适合包裹液体（液体原药或溶解固体原药微粒的有机溶剂），制得的微胶囊致密性好；但是不足之处是：该方法使用的囊壁材料主要是聚脲聚酰胺聚胺酯等；这些单体的毒性比较大，形成的囊壁很难在液体农药中溶解，某些副反应仍会使得囊芯性能被破坏或失去生物活性，制备过程中有些农药需要使用大量有机溶剂，生产成本较高； 原位聚合法的原理是将囊材溶解在连续相中，通过转变条件使成囊材料沉淀在两相的界面上；为了简化制备工艺和节省成本，一般采纳成本较低的尿素—甲醛预聚体（脲醛树脂）或者三聚氰胺—甲醛预聚体（密胺树脂）作为囊壁材料；该方法制备的微胶囊其刚性及韧性均较好，所得微胶囊不易被压破，且具有良好的密封性和防透水性；此方法的缺陷是简洁产生絮凝问题，难以掌握农药的释放速率，而且单体中的甲醛简洁残留，对四周环境和人体健康易产生危害；该方法也有界面聚合法类似的难点，即反应速度和终点不能在生产中直观的观测，也不适合连续化生产；尿醛树脂和密胺树脂通透性差密封性好，难以应用茎叶处理的农药，更适制备成微胶囊种衣剂，具有较好的持效性和缓释性能，因此该法常用于生产大田产品；商品化的微囊农药悬浮剂中微胶囊大都采纳界面聚合法和原位聚合法制得，主要是由于这两种方法所用到的壁材皆是全合成高分子材料，形成的微胶囊稳固性、致密性和胶囊强度都比较好，缓释才能强，粒径适中（通常分布在1-20微米），储备运输便利； 复合凝结法是由两种或者多种带有相反电荷的线性无规章聚合物作囊壁材料，第一将囊芯物分散在囊壁材料的的水溶液中，在适当的条件下使得相反电荷的高分子材料静电吸附；这就导致了溶解度的降低并产生了相分别，形成了凝结胶体相和稀释胶体相；这种凝结现象称为复凝结；此法是经典的微胶囊化方法，操作简洁，适用于难溶性药物的微胶囊化，复凝结法主要受pH值和壁材浓度两个因素的影响，较难掌握反应条件，精品.且当壁材高分子所带的异种电荷相等时，微囊产率最高；复合凝结法常用两种带相反电荷的自然高分子材料（或其衍生物）组合有：明胶/白蛋白/瓜尔胶-阿拉伯胶/海藻酸盐、明胶/白蛋白/瓜尔胶-羧甲基纤维素/聚阴离子纤维素、壳聚糖/聚赖氨酸-海藻酸盐/羧甲基纤维素；为了使生成的微胶囊更稳固，两种高分子材料凝结时需要加入交联剂进行固化；复合凝结法所用囊壁材料大多为多糖及其衍生物、聚氨酸或蛋白质，具有较高的包埋率和高产率，反应条件温顺，比单凝结法应用更广泛，且易于把握，胜利率高，粒径匀称；复合凝结法适合难容性固体农药微胶囊化，但只能制备微米级的微胶囊；单凝结法是通过向含有芯材的某种聚合物溶液中加入沉淀剂、凝结剂、絮凝剂等而使该聚合物的溶解性降低，从溶液中析出并沉积于芯材表面形成微囊；单凝结法中常用的壁材有明胶、海藻酸钠、壳聚糖、聚丙烯酸树脂、聚氨酯等，单凝结法制备微胶囊时通常要加入醛类物质对形成的微囊进行固化；此外，单凝结法制得的微胶囊粒径通常较大；在以明胶作为壁材的单凝结法中不需要乳化剂，先形成的是软胶囊，接着加入醛类交联剂加热调pH使胶囊逐步硬化后，可通过离心、过滤和喷雾干燥分别出来；喷雾干燥法制备成本低，操作简洁，相宜连续生产，但由于在喷雾干燥过程中水分和溶剂的挥发速率过快，囊壁上简洁产生缝隙，导致微囊的包覆率普遍偏低，因而制约了该方法在农药领域的应用；多层包覆或挑选包覆性能更好的囊壁材料可能是解决该问题最有效的方法；溶剂蒸发法是先将芯材和壁材分散到有机相中，之后将有机相转移至与壁材不相溶的溶液中加热使溶剂蒸发进而壁材析出成囊；其常用的囊壁材料主要包括丙烯酸甲酯、壳聚糖、聚己内酯、乙基纤维素、生物塑料PBS和聚乳酸等非水溶性聚合物；采纳溶剂蒸发法制备微囊时，由于其溶剂挥发比喷雾干燥法慢，因此包覆率相对较高；但由于溶剂挥发不匀称，微囊外形一般不规章粒径也不匀称；此外，二氯甲烷是该方法中最常用的溶剂，如想将芯材完全溶解，其用量一般需为芯材的几倍到几十倍，因而溶剂回收也是需要考虑的问题；当PBS或聚乳酸单独作为药缓释的载体时，由于其降解速度快导致释药过快，可通过与其他高分子材料如聚甲基丙烯酸酯〔PMMA〕、聚碳酸亚丙酯（PPC 〕等进行共聚、共混等方法来补偿单组份材料各 自的缺点，从而调剂其释药速率；吡虫啉易溶于二氯甲烷，因此常用该方法制备其微胶囊；上述方法制备微胶囊都在含有乳化剂的介质中进行，与乳液聚合反应生成复合高分子聚合物类似，都是以乳液作为反应介质，形成的都是高分子材料，只是外形不同，前者包覆囊芯形成微囊，后者被乳化剂包裹形成乳胶粒；在乳液聚合反应发生时囊壁包覆囊芯的方式又有很多不同，详细分为以上几种方法；反应介质-乳液的外形对微胶囊的粒径有很大影响，细乳液和微乳液聚合反应形成的是亚微米的微胶囊；界面聚合法和原位聚合法属于乳液共聚反应，适合同时含有两种不同的壁材单体的聚合反应；单凝结法可以是均聚反应，即同一种壁材单体的交联反应，也可以是仅通过凝结剂使囊壁包覆囊芯形成微囊的方法；实际上可以通过乳液共聚反应制得复合囊壁材料，再通过喷雾干燥、溶剂蒸发、相分别（单、复凝结法）等方法将囊壁包覆囊芯制得微胶囊；虽然这些方法推动了农药微胶囊技术的进展，但是由于他们潜在的缺点也制约了进一步创新，使得农药微胶囊的进展遇到了瓶颈；这也就急待要求我们查找一些新的思路去讨论；2 层层自组装技术2.1 层层自组装技术简介 上个世纪90岁月后期，一种新的微胶囊制备技术引起了人们的广泛留意，现今已成为微胶囊制备的一个重要方法；利用静电引力自组装技术，在合适的模板上，层层沉积电荷相反的聚电解质，然后得到纳米或微纳米的微胶囊；由于这种微胶囊技术可以对胶囊的囊壁进行符合要求的转变，这也使得越来越多的讨论人员进入这一领域；但到目前为止，层层自组装技术广泛地应用于医药领域微胶囊的制备，它是先将模板颗粒带上电荷，然后加入含带不同电荷的聚电解质，这样就会在模板颗粒表面过饱和吸附；再加入含另一电荷的聚电解质，又会过饱和吸附；这样吸附几次之后就会在模板表面形成符合要求的聚电解质囊膜；各种合成和自然聚电解质、纳米微粒、多价离子及有机小分子等均可以作为囊壁材料，如自然聚电解质的组合有壳聚糖-木质素磺酸钠、壳聚糖-海藻酸钠、壳聚糖-羧甲基纤维素等；合成聚电解质的组合有聚二甲基二烯丙基氯化胺〔PDDA〕-聚苯乙烯磺酸钠〔PSS〕、聚烯丙基胺盐酸盐〔PAH〕-聚丙烯酸〔PAA，即卡波姆〕、PAH-PSS、聚乙烯亚胺〔PEI〕-PSS；无机纳米离子的组合有SiO精品.2-PDDA、Fe3O4-PAH等；层层自组装技术具有一下优点：① 制备方法简洁；只需将离子化的基底交替侵入带相反电荷的聚电解质溶液中，静置一段时间即可，整个过程不需要复杂的仪器设备；② 吸附层的厚度在纳米尺寸范畴内可以精确地调控；可以通过转变沉积的聚电解质的层数来转变膜的厚度；③ 豆膜的挑选不受基底的影响；也就是说不同的农药可以有通用的囊壁材料；2.2 层层自组装技术讨论进展 层层自组装法是利用超分子静电自组装原理，通过静电引力的作用依次吸附带相反电荷的聚电解质，从而形成具有多种功能的超薄膜；该法制备工艺简洁，通过简洁的交替浸涂技术就可实现在材料表面的分子组装；同时，制备条件温顺，在常温水溶液中就可以进行，从而有利于保持生物分子具有维护生物活性功能的自然构象；国内外对其用在医药微胶囊的讨论比较多，意大利的S. Manju. K.通过使用聚四苯乙烯磺酸钠和聚乙烯亚胺制备空心微胶囊来组装自然抗癌药物姜黄素；通过测定其Zeta电势，电镜下的观看和细胞毒性试验得出，由该法制备的医药微胶囊的控释成效特别好；南开高校的Zhao Zixiao和日本Tohoku高校的Junichi Anzai科研小组致力于讨论将将一些具有活性的的酶吸附在碳酸钙粒子上，然后分别通过聚烯丙胺和聚苯乙烯磺酸钠层层吸附，这样就形成了包裹碳酸钙和活性酶复合体的微胶囊；可以再通过乙二胺四乙酸将碳酸钙溶解掉就形成了只包含活性酶的微胶囊；法国的Univ Lille通过使用Zeta电势变化作为检测成膜过程的手段，讨论了油在水中乳化过程中通过静电引力将聚阳离子壳聚糖和聚阴离子SDS层层沉降在油微粒的表面形成微胶囊；层层自组装技术的优越性在于能够在纳米尺度对胶囊囊壁的组成、结构、厚度、表面状态进行精确裁控，采纳该技术的微胶囊释放速率可控范畴较大；目前应用该法最多的芯材是微晶，甚至表面不带电荷的晶体用两亲物质处理后也可应用该技术直接包埋；聚电解质作为囊壁材料制得微胶囊通透性较好，在制备过程中增加反应温度，热处理使聚电解质层发生构想重排，使胶囊制备时产生的微孔得以修复，透过性下降； 关于层层组装技术，目前主要用在医药微胶囊和高分子材料方面，而用于农药微胶囊只有北京化工高校的赵静老师讨论过使用壳聚糖和木质素磺酸钠制备阿维菌素微胶囊的制备方法；2.3 层层自组装的工艺讨论 依据文献报道，以胶体粒子为模板的层层自组装技术的方法主要有3种： （1）离心分别法，先向农药悬浮液中加入过量的、与其表面电荷极性相反的聚电解质，利用静电引力作用在农药微粒的表面吸附一层聚电解质层；离心除去余外的聚电解质，并用去离子水洗涤洁净；然后加入带有相反电荷的聚电解质，利用静电引力作用再吸附上一层聚电解质层，再离心并洗涤洁净；重复上面的操作，使带相反电荷的聚电解质在胶体粒子表面交替吸附，形成多层膜，从而制备出以胶体粒子为囊芯，聚电解质多层膜为囊材的微胶囊；精品. （2）连续吸附法；该方法和上一方法的原理相同，只是优化了试验过程，使其用作农药微胶囊的制备更加可行；先向农药悬浮液中加入适量的、与其表面电荷极性相反的聚电解质，利用静电吸引作用在胶体粒子的表面吸附一层聚电解质层；要求加入的聚电解质的量比其在胶体表面吸附的饱和量略大或相当（该过程可以通过Zeta电势掌握）；然后再向悬浮液中加入适量的、与初始胶体粒子表面电荷极性相同的聚电解质，利用静电引力作用在胶体粒子的表面再吸附一层聚电解质层；重复上面的操作，使带不同电荷的聚电解质在胶体粒子表面吸附，形成多层膜； （3）膜过滤法；该方法就是以膜过滤代替离心分别胶体粒子与聚。