分享包覆技術(shù)驅(qū)動(dòng)農(nóng)藥制劑發(fā)展新趨勢

包覆及釋放技術(shù)已被廣泛地應(yīng)用在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，包括制藥、染料、油墨、香料、食品、農(nóng)業(yè)等。該技術(shù)有助于提高活性成分的穩(wěn)定性，降低毒性和對環(huán)境的影響，可實(shí)現(xiàn)有效成分的緩慢和可控釋放，延長持效期等，被視為提高農(nóng)藥、肥料產(chǎn)品應(yīng)用性能的新一代配方技術(shù)。

界面聚合法目前在農(nóng)藥領(lǐng)域制備微膠囊的常用方法包括物理法、原位聚合法、界面聚合、相分離聚合等，但是由于微膠囊技術(shù)對生產(chǎn)條件和工業(yè)化放大技術(shù)要求較高，目前尚未在行業(yè)中得到廣泛普及。其中，界面聚合法是使分別溶解在水相和油相的單體在油水界面反應(yīng)而制備微膠囊的方法（圖1）。制備的微囊的尺寸及粒徑分布可控，并且具有生產(chǎn)設(shè)備和工藝簡單、操作方便等特點(diǎn)，逐漸被農(nóng)藥制劑企業(yè)認(rèn)可。圖1界面聚合反應(yīng)示意

使用界面聚合方法制備微膠囊需考慮的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)（1）活性成分：以液體或者溶解在液體溶劑中的形式被包覆在微膠囊中。因此，為得到較高包覆率的微膠囊制劑，活性成分需要在溶劑中有較高的溶解度，而在水中的溶解度越低越好。（2）溶劑：界面聚合方法首先要形成穩(wěn)定均一的油相，因此溶劑的選擇至關(guān)重要。適合的溶劑應(yīng)對有效成分具有較高的溶解能力及相對低的水溶性，以確保有效成分被盡可能多的被保留在油相中，得到較高的包覆率。

（3）乳化劑：用于形成穩(wěn)定和均勻的水包油乳液。通過改變?nèi)榛瘎┑慕Y(jié)構(gòu)和用量，調(diào)整乳液液滴的尺寸和分布，從而實(shí)現(xiàn)對最終微膠囊的調(diào)控。

（4）分散劑：用于將反應(yīng)形成的微膠囊顆粒分散在水中，通過空間位阻及靜電排斥有效阻止聚合過程中發(fā)生微膠囊的聚集、團(tuán)聚。分散劑也有助于提高配方在貯存過程中的穩(wěn)定性，減小外界環(huán)境對配方的影響。

（5）聚合單體：目前廣泛使用的聚合單體是以異氰酸酯和多胺為主的反應(yīng)單體。選擇異氰酸酯單體時(shí)，單體自身的毒性需要受到關(guān)注。

傳統(tǒng)的TDI/MDI屬于高毒的反應(yīng)單體，對生產(chǎn)操作及安全帶來一定的難度和風(fēng)險(xiǎn)。鐘玲博士指出陶氏公司提供一系列寡聚的MDI產(chǎn)品，有效降低了單體毒性，提高生產(chǎn)操作的安全性。另外，為保證異氰酸酯基團(tuán)反應(yīng)完全，在選擇多胺添加量時(shí)，可適當(dāng)超過所需反應(yīng)的添加量。值得一提的是，包覆技術(shù)是一個(gè)復(fù)雜的反應(yīng)過程，上述每個(gè)參數(shù)都會(huì)對其它參數(shù)的選擇產(chǎn)生影響，因此要綜合考慮配方需求，選擇適合的產(chǎn)品。

陶氏包覆及控釋技術(shù)的應(yīng)用陶氏公司在過去幾年的實(shí)踐中，已建立了包覆技術(shù)研發(fā)平臺(tái)，通過提供溶劑、乳化劑、分散劑，以及異氰酸酯和多胺單體，為農(nóng)藥微膠囊配方的開發(fā)提供了完備的技術(shù)方案。鐘玲博士以30%毒死蜱CS配方為例，介紹界面聚合制備微膠囊的過程和表征方法。

毒死蜱是目前廣泛使用的非內(nèi)吸性的廣譜殺蟲、殺螨劑，對光敏感，在陽光照射下僅有5～7天的持效期。毒死蜱第二個(gè)弱點(diǎn)就是對敏感作物會(huì)出現(xiàn)藥害，比如瓜類、葉菜類甚至一些根莖類蔬菜，安全性較低?；谝陨蠁栴}，考慮采用微膠囊技術(shù)，將毒死蜱包覆起來制備成微膠囊懸浮劑，以降低毒死蜱的降解及提高對作物的安全性。

毒死蜱在水中的溶解度度較低（1.4mg/L，20℃～25℃）而在芳香烴溶劑中有很好的溶解性（苯中溶解度為6.9g/L，甲苯中為4.3g/L，20℃～25℃），符合前文提到的采用界面聚合方法制備微膠囊的基本要求。

列舉了兩個(gè)毒死蜱微膠囊懸浮劑的配方實(shí)例（表1）。反應(yīng)流程為：（1）將毒死蜱原藥溶解在100#溶劑油中，加入寡聚MDIPAPI?27單體形成溶劑相；（2）ECOSURF?EH-9乳化劑，POWERBLOX?D-305分散劑溶解在水中形成水相；（3）在連續(xù)的高速攪拌下，將溶劑相加入水相形成均一的水包油乳液；（4）攪拌，將10%的乙二胺水溶液緩慢加入上述乳液中，反應(yīng)生成聚合物微膠囊。

將得到的微膠囊懸浮劑樣品通過激光粒度儀統(tǒng)計(jì)尺寸（表1），配方1的粒徑D50和D90分別為4

μm和7

μm；配方2中D50和D90分別為2

μm和4μm。配方1和2的差別在乳化劑EH-9的含量。配方1中EH-9為3.0%，而配方2中為6.0%，因此可以推斷乳化劑的用量對微膠囊的粒徑有明顯的影響，隨著乳化劑用量的增加，得到的微膠囊尺寸減小。根據(jù)界面聚合的機(jī)理，微膠囊的尺寸主要取決于形成水包油乳液時(shí)乳液液滴的尺寸。眾所周知，乳化劑的種類和添加量對乳液的形成至關(guān)重要。當(dāng)乳化劑用量較低時(shí)，形成的乳液液滴尺寸偏大，進(jìn)而最終得到相對較大的微膠囊。隨著乳化劑用量的提高，形成的乳液液滴變小，得到尺寸更小的微膠囊。

表1

30%毒死蜱CS配方形成的微膠囊還可以采用其它多種手段，如光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡等，表征其形貌、統(tǒng)計(jì)尺寸分布、測量囊皮厚度等。其中光學(xué)顯微鏡是較為簡便直觀的方法用于觀察微膠囊的形貌。制備的微膠囊懸浮劑在水稀釋后，在光學(xué)顯微鏡下呈現(xiàn)均勻的球狀形貌，證明微膠囊的形成（圖1左）。球狀結(jié)構(gòu)的尺寸在2～10

μm，與激光粒度儀的測試結(jié)果較為匹配。另一方面，將微膠囊懸浮劑的樣品滴在載玻片后，干燥數(shù)分鐘，球狀結(jié)構(gòu)表面呈現(xiàn)塌陷結(jié)構(gòu)（圖1右），可能是由于隨水分揮發(fā)微膠囊內(nèi)外的壓差引起的。此外，隨著水分的揮發(fā)，未被包覆的活性成分在干燥的條件下容易形成特定的有序結(jié)構(gòu)，但是在光學(xué)顯微鏡下，除表面塌陷的球狀形貌以外，并沒有觀察到其它有序結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)（圖1右），證明毒死蜱原藥主要被包覆在膠囊內(nèi)。圖2

配方1的光學(xué)顯微鏡照片(左圖為濕態(tài)時(shí)的照片,右圖為干燥后的照片)為進(jìn)一步確認(rèn)包覆效果，對兩個(gè)配方樣品進(jìn)行了包覆率的測試。首先將制備的樣品進(jìn)行離心，將上層清液和下層分離。在分離的下層中加入甲醇反復(fù)溶洗，通過高效液相色譜（HPLC）測試有效成分含量，再與加入的有效成分作對比，得到包覆率。理化性質(zhì)的測試結(jié)果（表2）表明，兩個(gè)樣品的包覆率都高于95%。將樣品分別在54℃貯存2周和0℃度貯存1周，樣品保持了均一的外觀和較好的流動(dòng)性。用上述同樣的測試方法測試包覆率時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明貯存后樣品仍能保持較高的包覆效果，有效含量的損失＜0.5%。此外，將兩個(gè)樣品用342

μg/g的標(biāo)準(zhǔn)硬水稀釋200倍，在30℃放置1小時(shí)后，未觀察到沉淀或者浮膏的出現(xiàn)，表明樣品具有較好的分散性能。

表2

配方1及配方2性能測試總結(jié)綜上所述，以寡聚MDI和乙二胺為囊皮材料的界面聚合方法，是制備微膠囊懸浮劑的有效手段。