9%吡唑醚菌酯微囊懸浮劑的制備與性能研究

王仁飛，范文娟，王 丹，秦敦忠，張小祥

（南京林業大學化學工程學院，南京 210037）

吡唑醚菌酯（pyraclostrobin）是德國巴斯夫公司于1993年開發的甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑[1]。但其存在水解和光解等問題，在實際應用時會造成有效成分的流失。同時，吡唑醚菌酯原藥存在多種晶型，制備成高含量懸浮劑或與其他原藥復配時，容易產生物理不穩定現象，如結底、析晶、膏化等。因此，根據市場應用情況需要研究一種環保、穩定的吡唑醚菌酯劑型。微囊懸浮劑將有效成分包覆進高分子壁材內，能防止有效成分分解，并能提高制劑的物理穩定性[2-3]。

關于吡唑醚菌酯微囊懸浮劑的研究主要有以下幾種。王巖等[4]以脲醛樹脂為壁材，采用原位聚合法制備吡唑醚菌酯微囊懸浮劑。該工藝制備復雜，壁材中使用大量甲醛，對周圍環境和人體健康產生危害。王寧等[5]以丙烯酸丁酯和N-異丙基丙烯酰胺的共聚物為囊壁材料，通過乳液聚合法制備了吡唑醚菌酯微囊懸浮劑，但所制備的微囊包封率偏低，僅為78.30%。管磊等[6]以聚氨酯為壁材，采用界面聚合法制備20%吡唑醚菌酯微囊懸浮劑。閆憲飛[7]以三聚氰胺甲醛樹脂為囊壁材料，通過原位聚合法制備了吡唑醚菌酯微囊懸浮劑。芮佳佳等[8]以聚己內酯為壁材，丙酮為溶劑，通過溶劑提取法制備吡唑醚菌酯微膠囊劑和懸浮劑的混合劑型，該方法使用大量的有機溶劑，容易對環境產生不良影響。

本研究采用界面聚合法，制備了以聚脲為壁材的9%吡唑醚菌酯微囊懸浮劑。考察了囊芯溶劑種類、乳化劑種類、芯壁比、固化溫度、固化時間等因素對微囊粒徑和穩定性的影響。對所制備的微囊懸浮劑進行性能表征測定，并以斑馬魚作為試驗對象，對制劑毒性進行研究。

1 材料與方法

1.1 試驗材料和儀器

97%吡唑醚菌酯原藥，河北深泰化工有限公司；30%吡唑醚菌酯懸浮劑，江蘇精禾界面科技有限公司；二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI），山東西亞化學工業有限公司；二元胺，國藥集團化學試劑有限公司；溶劑油150#、溶劑油100#，江蘇華倫化工有限公司；二甲苯、無味煤油，南京道寬華工科技有限公司；油酸甲酯，蘇州豐倍生物科技有限公司；乳化劑SP-7125、SP-7123、OP-10、By125，分散劑SP-7270，江蘇擎宇化工科技有限公司；有機硅消泡劑，南京立人高分子材料有限公司；卡松，南京古田化工有限公司；黃原膠，上海萬照精細化工有限公司；甘油，濟南創世化工有限公司。

高剪切分散乳化機（FM200A），上海弗魯克儀器有限公司；電動攪拌器（YDK-75-6），金壇杰瑞爾電器有限公司；隔水式培養箱（GHP-9080），上海精恒儀器制造有限公司；冰箱（BCD-258WDPM），青島海爾股份有限公司；光學顯微鏡（BM2000），南京江南永新光學有限公司；掃描電子顯微鏡（EM-30Plus），韓國庫賽姆公司；激光粒度分布儀（Bettersize2600），丹東百特儀器有限公司；液相色譜儀（LC-20AD），島津公司；紅外光譜儀（VERTEX 80V），德國布魯克（Bruker）公司。

1.2 吡唑醚菌酯微囊懸浮劑的制備及原理

制備步驟：稱取一定量的吡唑醚菌酯原藥溶解在溶劑中，待完全溶解后加入油性單體MDI，并充分攪拌形成油相；然后將油相倒入水相中，進行高速剪切得到水包油乳液；將此混合液轉移到四口燒瓶中繼續攪拌，邊攪拌邊緩慢滴加水性單體二元胺水溶液，繼續攪拌，并進行保溫固化，制得吡唑醚菌酯微囊。在制得的微囊中加入分散劑、增稠劑、防腐劑等助劑形成微囊懸浮劑。

吡唑醚菌酯微囊懸浮劑制備工藝流程見圖1。

1.3 性能表征的測定

參照文獻[9-10]中關于微囊懸浮劑的各項性能指標，對制得的9%吡唑醚菌酯微囊懸浮劑樣品進行性能表征測定。

1.3.1 形貌觀察和粒徑測定

通過光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀察制劑的微觀形貌并拍照；用激光粒度分布儀測定制劑的粒徑分布和平均粒徑。

1.3.2 懸浮率的測定

用標準硬水將待測試樣配制成適當濃度的懸浮液。在規定條件下，于量筒中靜置一段時間，測定底部25 mL懸浮液中有效成分質量分數，計算其懸浮率。試樣中有效成分懸浮率w（%）按下式計算。

式中：m1為配制懸浮液所取試樣中有效成分質量，g；m2為留在量筒底部25 mL懸浮液中有效成分質量為換算系數。

1.3.3 紅外光譜分析

圖1 吡唑醚菌酯微囊懸浮劑制備工藝流程

紅外光譜分析采用溴化鉀壓片法和液體涂膜法，采用VERTEX 80V型紅外光譜儀對吡唑醚菌酯原藥、MDI、吡唑醚菌酯微囊懸浮劑進行表征分析。紅外光譜儀掃描范圍為500～4 000 cm-1，分辨率為4.0 cm-1。

1.3.4 pH值的測定

稱取1 g待測微囊懸浮劑，于100 mL燒杯中，加入100 mL水，攪拌，靜置，將沖洗干凈的玻璃電極和飽和甘汞電極插入試樣溶液中，測定pH值，重復3次，以其平均值為該試樣值。

1.3.5 貯存穩定性的測定

（1）熱貯穩定性。將待測樣品裝入安瓿瓶中，密封后放置于（54±2）℃的恒溫烘箱中，靜置14 d后取出，冷卻至室溫。分別檢測記錄外觀、流動性、粒徑、有效成分含量、懸浮率等指標有無變化，若貯存前后相同或有輕微變化，視為熱貯穩定性合格。

（2）冷貯穩定性。將待測樣品裝入安瓿瓶中，密封后置于（0±2）℃下冷貯7 d后取出，恢復至室溫。分別檢測記錄外觀、流動性、粒徑、有效成分含量、懸浮率等指標有無變化，若貯存前后相同或有輕微變化，視為冷貯穩定性合格。

1.3.6 制劑釋放速率的測定

取少量微囊懸浮劑，稀釋40倍后涂抹在載玻片上，通過顯微鏡觀察不同時間下微囊的形貌變化。

1.3.7 制劑毒性的測定

將9%吡唑醚菌酯微囊懸浮劑和30%吡唑醚菌酯懸浮劑稀釋至0.08 mg/L，以斑馬魚作為研究對象，在兩種稀釋液中各放入5條大小接近、健康活潑的斑馬魚個體用于試驗。觀察并記錄不同時間內供試魚的中毒癥狀和死亡條數，判斷斑馬魚死亡的標準是用玻璃棒敲擊魚的尾部無反應。

2 結果與分析

2.1 囊芯溶劑的篩選

吡唑醚菌酯原藥為類白色固體，直接加熱至65℃時就能使其融化，但其黏度較大，需要通過溶劑調節成黏度合適的均一油相才能被包覆。制備吡唑醚菌酯微囊時要求囊芯溶劑對原藥有較高的溶解度，溶劑對制劑的黏度要合適而且還應性質穩定，不與其他物質反應[11]。本實驗的吡唑醚菌酯和溶劑質量比為3∶7，加熱至50℃后原藥溶解，比較不同溫度下溶劑對吡唑醚菌酯的溶解情況。由表1可知，無味煤油與吡唑醚菌酯不能形成均相液體，不適合做囊芯溶劑。油酸甲酯、溶劑油100#、溶劑油150#和二甲苯在常溫時，對吡唑醚菌酯溶解度相似，但從0℃冷貯溶解穩定性可以看出，溶劑油150#和二甲苯析晶需要的時間更長，說明溶解度更高。因溶劑油150#比二甲苯更環保，故選用溶劑油150#為囊芯溶劑。

表1 吡唑醚菌酯在不同溶劑中的溶解穩定性

2.2 乳化劑種類的篩選

乳化劑是一種親水親油的兩性分子，親水基和親油基分別位于乳化劑兩側，在乳化過程中能夠降低水油兩相間的界面張力，使乳滴在相互碰撞時不易聚集[12]。由表2可知，使用不同乳化劑制備的微囊形貌差異較大。以SP-7125為乳化劑時微囊形貌規整，大小均勻。因此，選擇SP-7125作為制備吡唑醚菌酯微囊的乳化劑。

表2 乳化劑種類對微囊制備的影響

2.3 芯壁比對微囊穩定性的影響

芯壁比是指芯材和壁材油溶性單體MDI的質量比。由表3可知，當芯壁比大于100∶3時，微囊貯存穩定性差，有晶體析出。這可能是由于芯壁比過大致使芯材不能被完全包覆。當芯壁比為100∶5時，固化階段反應過于迅速，體系黏度不斷增大，最終導致膏化。當芯壁比為100∶3和100∶4時，制劑穩定性合格，但從原料成本考慮，最終確定芯壁比為100∶3。

表3 芯壁比對微囊制備的影響

2.4 固化溫度對微囊貯存穩定性的影響

固化溫度直接影響囊壁材料的反應速率。由表4可知，當固化溫度為55℃時容易產生浮油。這是由于低溫固化聚合反應速度慢，囊壁材料交聯程度不夠，所形成的聚脲相對分子質量較低，不能及時形成致密的網狀結構。溫度在60～75℃時，囊形完好。固化溫度高于75℃時微囊形貌發生變化，微囊之間彼此黏連，這是由于高溫固化時反應過于激烈，反應不均導致。因此，優選溫度區間為60～75℃，結合吡唑醚菌酯熔點為65℃，固化溫度選用65℃。

表4 固化溫度對微囊制備的影響

2.5 固化時間對微囊貯存穩定性的影響

固化時間對微囊的貯存穩定性具有重要影響。由表5可知，固化時間小于6.5 h時，微囊貯存穩定性差，冷貯有晶體出現。這主要是因為囊壁反應未完全，囊壁交聯度不夠，造成破囊。延長固化時間能夠提高穩定性，當固化時間等于或超過6.5 h時，此時制備的微囊貯存穩定性皆合格。因此，優選固化時間為6.5 h。

表5 固化時間對微囊制備的影響

結合圖2可知，異氰酸酯基團在2 270 cm-1處有很強的吸收峰，而65℃固化6.5 h后形成的吡唑醚菌酯微囊吸收峰在此處消失，表明體系中MDI和二元胺反應完全。囊壁材料在3 440 cm-1處有單峰吸收，說明異氰酸酯基團與氨基基團之間發生了反應，生成了聚脲。598 cm-1和935 cm-1處的吸收峰是吡唑環骨架上次甲基振動產生的，吡唑醚菌酯原藥和吡唑醚菌酯微囊的紅外譜圖相比，吡唑醚菌酯原藥特征吸收峰強度在微囊中有明顯減弱。聚脲囊壁材料和吡唑醚菌酯原藥的特征峰都出現在了吡唑醚菌酯微囊的圖譜中，且沒有新的吸收峰出現，表明吡唑醚菌酯原藥被包封于微囊中。

綜合以上結果，選擇65℃固化6.5 h，得到的微囊樣品最穩定，且囊球彼此間分散均勻。

圖2 紅外譜圖

2.6 微囊及微囊懸浮劑的檢測與表征

根據以上實驗結果，確定吡唑醚菌酯微囊懸浮劑配方（表6）。

表6 吡唑醚菌酯微囊懸浮劑配方

2.6.1 制劑控制項目指標檢測

制劑各性能指標檢測結果顯示，9%吡唑醚菌酯微囊懸浮劑的各項性能指標符合標準[10]，并且制劑貯存穩定性合格，檢測結果見表7。

表7 吡唑醚菌酯微囊懸浮劑性能評價

2.6.2 吡唑醚菌酯微囊懸浮劑形貌分析

通過光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀察微囊的形貌。圖3（a）為吡唑醚菌酯微囊的光學顯微鏡圖，可以看出微囊分布比較均勻且無明顯的粘連現象。圖3（b）為吡唑醚菌酯微囊的電鏡拍攝圖，可以清晰地看出微囊形貌圓整，表面光滑。

圖3 吡唑醚菌酯微囊形貌

2.6.3 自然晾干條件下吡唑醚菌酯微囊懸浮劑釋放速率

將制備的9%吡唑醚菌酯微囊懸浮劑稀釋40倍后，涂抹于載玻片上，25℃下自然晾干，通過光學顯微鏡觀察不同時間內微囊的形貌變化。由圖4可知，所制備的吡唑醚菌酯微囊懸浮劑自然晾干30 min時，微囊形貌仍然為光滑球型。自然晾干60 min時微囊形貌發生明顯變化，吡唑醚菌酯原藥流出。其釋放較為迅速，因此所制備的吡唑醚菌酯微囊懸浮劑為速釋型。

圖4 吡唑醚菌酯微囊懸浮劑在自然晾干條件下不同時間段的光學顯微鏡圖片（400倍)

2.6.4 吡唑醚菌酯微囊懸浮劑在水中的釋放速率

將制備的9%吡唑醚菌酯微囊懸浮劑稀釋40倍后，靜置一段時間，移出上層清液，通過顯微鏡觀察9%吡唑醚菌酯微囊懸浮劑在水中浸泡后微囊的形貌變化。由圖5可知，所制備的吡唑醚菌酯微囊懸浮劑在水中靜置180 min時，其形貌均無明顯變化，因此所制備的吡唑醚菌酯微囊懸浮劑在水溶液中釋放較為緩慢。

2.6.5 吡唑醚菌酯微囊懸浮劑對斑馬魚的活性影響

將9%吡唑醚菌酯微囊懸浮劑與30%吡唑醚菌酯懸浮劑稀釋至相同倍數，并將斑馬魚放置在稀釋液中，觀察斑馬魚的游動情況，結果見表8。斑馬魚在30%吡唑醚菌酯懸浮劑溶液中5 min時出現中毒現象，30 min時斑馬魚全部死亡；而斑馬魚在9%吡唑醚菌酯微囊懸浮劑溶液中90 min后才出現中毒現象，240 min時徹底死亡。因此通過微囊化技術制備的制劑能夠明顯降低吡唑醚菌酯對斑馬魚的毒性。

圖5 吡唑醚菌酯微囊懸浮劑在水中不同時間段的光學顯微鏡圖片（400倍）

表8 吡唑醚菌酯制劑對斑馬魚活性的影響

3 結論

本研究以聚脲為囊壁材料，通過界面聚合法制備9%吡唑醚菌酯微囊懸浮劑。確定最佳配方及制備條件：囊芯溶劑選用150#溶劑油，乳化劑選用SP-7125，用量為水相質量的2.5%；芯壁比為100∶3；固化溫度65℃，固化時間6.5 h。所得微囊表面光滑，形態圓整，平均粒徑2.5 μm，包封率大于90%，貯存穩定性合格。與懸浮劑相比，所制備的9%吡唑醚菌酯微囊懸浮劑能夠明顯降低對斑馬魚的毒性。