微胶豪农药制备技术概述.doc

微胶豪农药制备技术概述20世纪50年代B. K. Green在研究第一代无碳复写纸时使用凝聚法制备了包含染料的微胶囊，这标志 着微胶囊技术的开始进入21世纪，微胶囊技术的研究进展加快，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保护囊芯材料免受环 境影响、屏蔽气味、降低毒性等作用上世纪60年代大量化学农药开始使用，特别是有机氯和有机磷农药 进入70年代后化学农药的污染问题越来越被重视，降低毒性、减少污染、保护环境的理念被提出来同时 减少有机溶剂的用最、减少喷药次数、提高农药的利用率成为化学农药研究的重要课题，农药微胶囊制剂 就是在这种趋势下出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 入市场后非常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年代后期开 始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 剂进入了一个快速发展的时期。

1常用微胶養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、凝聚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：加工工艺简单，条件温和，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腺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，某些副反应还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，通过改变条件使成囊材料沉淀在两相的界面上为了简化 制备工艺和节约成本，一般采用成本较低的尿素一甲醛预聚体（腺醛树脂）或者三聚氧胺一甲醛预聚体（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。

此方法的缺陷是容易产生絮凝问题，难以控制农药的释放速率，而且单体中的甲醛 容易残留，对周围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用界面聚合法和原位聚合法制得，主要是因为这两种方法所 用到的壁材皆是全合成高分子材料，形成的微胶囊稳定性、致密性和胶囊强度都比较好，缓释能力强，粒 径适中（通常分布在1-20微米），存储运输方便复合凝聚法是由两种或者多种带有相反电荷的线性无规则聚合物作囊壁材料，首先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 生了相分离，形成了凝聚胶体相和稀释胶体相这种凝聚现象称为复凝聚此法是经典的微胶囊化方法， 操作简单，适用于难溶性药物的微胶囊化，复凝聚法主要受pH值和壁材浓度两个因素的影响，较难控制反 应条件，且当壁材高分子所带的异种电荷相等时，微囊产率最高。

复合凝聚法常用两种带相反电荷的天然 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■竣甲基 纤维素/聚阴离子纤维素、壳聚糖/聚赖氨酸■海藻酸盐/竣甲基纤维素为了使生成的微胶囊更稳固，两种高 分子材料凝聚时需要加入交联剂进行固化复合凝聚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，反应条件温和，比单凝聚法应用更广泛，且易于掌握，成功率高，粒 径均匀复合凝聚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聚法是通过向含有芯材的某种聚合物溶液中加入沉淀剂、凝聚剂、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聚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，单凝聚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 凝聚法制得的微胶囊粒径通常较大在以明胶作为壁材的单凝聚法中不需要乳化剂，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、过滤和喷雾干燥分离出来喷雾干燥法制 备成本低，操作简单，适宜连续生产，但由于在喷雾干燥过程中水分和溶剂的挥发速率过快，囊壁上容易 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。

多层包覆或选择包覆性能 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用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均匀，微囊形状一般不规则粒径也不均匀此外，二氯甲烷是该方法中最常用的溶剂，若想将芯材完全溶解，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、共混等方法来弥补单组份材 料各自的缺点，从而调节其释药速率毗虫啦易溶于二氯甲烷，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，只是形态不同，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许多不同，具体分为以上几种方法。

反应介质■乳液的形态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；单凝聚 法可以是均聚反应，即同一种壁材单体的交联反应，也可以是仅通过凝聚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、相分离（单、复凝聚 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发展，但是由于他们潜在的缺点也制约了进一步创新，使得农 药微胶囊的发展遇到了瓶颈这也就急待要求我们寻找一些新的思路去研究2层层自组装技术2.1层层自组装技术简介上个世纪90年代后期，一种新的微胶囊制备技术引起了人们的广泛注意，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改变，这也使得越来越多的研 究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天然聚电解质、纳米微粒、多价离子及有机小分子等均可以作为囊壁材料，如天然聚电解质的 组合有壳聚糖■木质素磺酸钠、壳聚糖-海藻酸钠、壳聚糖-竣甲基纤维素等；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SiO2・PDDA、Fe3O4-PAH 层层自组装技术 具有一下优点：①制备方法简单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围内可以精确地调控可以通 过改变沉积的聚电解质的层数来改变膜的厚度③豆膜的选择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层层自组装技术研究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单，通过简单的交替浸涂技术就可实现在材料表面的分子 组装；同时，制备条件温和，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持生物活性功能的天然构象。

国内外对其用在医药微胶囊的研究比较多，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天然抗癌药物姜黄素通过测定其Zeta电势，电镜下的观察和细胞 毒性实验得出，由该法制备的医药微胶囊的控释效果非常好南开大学的ZhaoZixiao和日本Tohoku大学 的Junichi Anzai科研小组致力于研究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，研究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、表面状态进行准确裁 控，采用该技术的微胶囊释放速率可控范围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大学 的赵静老师研究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层层自组装的工艺研究根据文献报道，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 )离心分离法，先向农药悬浮液中加入过最的、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多余的聚电解质，并用去离子水洗涤干净；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，再离心并洗涤干净重复上面的 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2) 连续吸附法该方法和上一方法的原理相同，只是优化了实验过程，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最比其在胶体表面吸附的饱和最略大或相当(该过 程可以通过Zeta电势控制b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。