負(fù)載IPBC微囊型制劑的制備及木材防霉性能研究

李彤彤 李冠君 李曉文 李家寧 李民

(中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所海南海口 571101)

據(jù)最新數(shù)據(jù)，中國膠園年產(chǎn)橡膠木約200萬m3，每年進(jìn)口東南亞橡膠木近400萬m3，橡膠木已成為中國進(jìn)口的熱帶鋸材中數(shù)量最大的樹種［1］。橡膠木紋理美觀、加工性能良好，由于其淀粉等含量遠(yuǎn)高于其它樹種，通常需經(jīng)化學(xué)防腐改性處理［2］。

3-碘-2-丙炔基丁基氨基甲酸丁酯（IPBC）是一種有機(jī)溶劑型廣譜殺菌劑，能有效殺滅藍(lán)變/霉菌、酵母菌、藻類和細(xì)菌，對擔(dān)子菌有一定的抑制效果，對人、畜低毒，可安全降解，是高效、低毒和對環(huán)境無害的綠色木材防腐劑［3］。Muinm等［4］采用IPBC作為防腐劑，使用超臨界CO2處理法，對5種結(jié)構(gòu)木材中密度纖維板、闊葉材膠合板、針葉材膠合板、刨花板和定向刨花板進(jìn)行防腐處理，結(jié)果顯示，IPBC具有良好的抗腐朽性能。肖忠平等［5］以超臨界CO2流體為載體攜帶IPBC，處理杉木、馬尾松、中密度纖維板和刨花板，對木材的防腐性能和IPBC的抗流失性能進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，IPBC對綿腐臥孔菌、彩絨革蓋菌有較好的抑制效果。李曉文［6］用IPBC和二癸基二甲基氯化銨（DDAC）對橡膠木進(jìn)行防霉防藍(lán)變處理，結(jié)果表明，單一IPBC制劑及IPBC與DDAC復(fù)配制劑處理的木材，均具有較優(yōu)的防霉防藍(lán)變性能。

以上學(xué)者均是將IPBC直接作為防腐劑處理木材，但I(xiàn)PBC水溶性較差，其在熱或者紫外光輻照條件下因易分解而喪失抑菌能力，分解產(chǎn)生的碘導(dǎo)致產(chǎn)品變黃，最終影響產(chǎn)品的質(zhì)量［7-8］。因此，對IPBC的制劑進(jìn)行改進(jìn)，將其制備成微膠囊形式，提高其穩(wěn)定性具有重要意義。本研究采用溶劑揮發(fā)法制得一種負(fù)載IPBC的微囊型防霉劑，其具有緩釋藥效作用，期望提高IPBC水溶性、光熱穩(wěn)定性及防霉性能。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試材

橡膠木品系PR107，采自海南省儋州市中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)場，樹齡25年。自然風(fēng)干，制成50 mm×20 mm×5 mm（L×T×R）試件備用。

1.1.2 試劑

IPBC質(zhì)量分?jǐn)?shù)99%，白色晶體；乙基纖維素，粘度45-55 MPa·s；甲醇，分析純；無水乙醇，分析純；吐溫-80，分析純，均由廣州化學(xué)試劑廠生產(chǎn)。乙腈，色譜純購自美國Thermo Fisher公司。

1.1.3 供試菌種

哈茨木霉（Trichoderma harzianum），可可球二孢（Botryodiplodia theobromae），由中國林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所提供。

1.1.4 儀器

ZM-250型恒溫恒濕箱；DZF-6030A型真空干燥箱；ZHJH-C1209B型超凈工作臺；Agilent 1226高效液相色譜儀，DAD檢測器；Horiba Partica LA-960激光散射粒度儀；攪拌器；Mettler電子天平等。

1.2 方法

1.2.1 IPBC微膠囊的制備

采用溶劑揮發(fā)法［9-11］制 備IPBC微 膠 囊。將300 mg乙基纖維素加入40 mL無水乙醇中，以1 000 r/min的轉(zhuǎn)速溶解攪拌；待溶解完全后，加入150 mg IPBC，攪拌直至IPBC均勻分散于溶液中，制得內(nèi)相；然后將質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.75%的吐溫-80加入到100 mL去離子水中，形成外相；在恒壓漏斗下，以恒定速率將內(nèi)相混合液加入到外相中，保持?jǐn)嚢杷俾蕿? 200 r/min，直到無水乙醇揮發(fā)完全，即得IPBC微膠囊；用0.45μm濾膜過濾，收集固體物質(zhì)（囊壁材料）和濾液，濾液即為IPBC微膠囊溶液。

1.2.2 IPBC微膠囊的粒徑測定

將1 mL IPBC微膠囊溶液滴入Horiba Partica LA-960激光散射粒度儀，測定IPBC微膠囊的平均粒徑（D50）。

1.2.3 IPBC微膠囊包覆率及載藥量測定

1.2.3.1 IPBC標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

準(zhǔn)確稱取IPBC標(biāo)準(zhǔn)品0.300 0 g，加甲醇定容至50 mL，配制成6.00 mg/mL的IPBC標(biāo)準(zhǔn)液；取上述標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋，分別配制成質(zhì)量濃度為0.15、0.75、1.50、3.00 mg/mL的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.2.3.2 高效液相色譜檢測條件

參考趙玥等［12］的IPBC高效液相色譜檢測條件。色譜柱：Agilent Eclipse XDB-C18柱，5μm，250 mm×4.6 mm（id）；流動相：乙腈-水（55∶45，V/V）；流速：1.0 mL/min，等度洗脫；柱溫：30℃；檢測波長：204 nm；進(jìn)樣量：20μL。

1.2.3.3 包覆率和載藥量計(jì)算

取1.2.1收集的固體物質(zhì)，以50℃烘干并稱重，即為析出的囊壁材料的質(zhì)量。取1 mL IPBC納米膠囊溶液，用4 mL甲醇溶解，超聲10 min后，離心取上清液，采用高效液相色譜法測定微膠囊中IPBC的質(zhì)量濃度，按照式（1）和（2）分別計(jì)算包覆率和載藥量［13-14］。

式中：C為微膠囊中IPBC的質(zhì)量濃度，mg/mL；V為微膠囊溶液的體積，mL；M1為加入的IPBC的質(zhì)量，mg；M2為投放的囊壁材料的質(zhì)量，mg；M3為析出的囊壁材料的質(zhì)量，mg。

1.2.4 抑菌實(shí)驗(yàn)

將橡膠木試件分別用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%和0.3%的IPBC微膠囊溶液及空白微膠囊溶液浸漬處理，放置真空干燥箱中抽真空至-0.09 MPa，保持5 min；卸壓，繼續(xù)浸泡1 h，使試件達(dá)到全透；取出試件，用濾紙吸去表面余藥；參考帶毒培養(yǎng)基法［15-16］，將哈茨木霉、可可球二孢菌餅分別接種到PDA培養(yǎng)基［17］中，每皿接種菌餅1塊，放入溫度28℃、濕度75%的恒溫恒濕箱中培養(yǎng)和觀察；當(dāng)培養(yǎng)基表面完全被菌絲覆蓋時(shí)，將經(jīng)殺菌的橡膠木試件及空白樣平放在培養(yǎng)皿中，二者之間用玻璃棒隔開，在溫度28℃、濕度75%的恒溫恒濕箱中培養(yǎng)；觀察橡膠木霉變情況，每組設(shè)3次重復(fù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 IPBC微膠囊的粒徑

根據(jù)配方制成的IPBC微膠囊溶液，外觀為白色、流動性良好的均相液體，無可見懸浮物或沉淀。經(jīng)激光散射粒度儀檢測的IPBC微膠囊粒徑分布見圖1。IPBC微膠囊直徑分布在30～172 nm，均勻度良好，平均粒徑（D50）為58 nm。IPBC微膠囊的粒徑越小，越有利于在浸漬處理橡膠木時(shí)木材防霉劑滲透到木材內(nèi)部，充分發(fā)揮藥劑的藥效。本研究制備的IPBC微膠囊粒徑較小，達(dá)到納米級別，可以進(jìn)入木材的細(xì)胞腔中，從而提高木材的防腐作用。

2.2 IPBC微膠囊的包覆率及載藥量

圖1 IPBC微膠囊的粒徑分布

2.2.1 IPBC標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

采用高效液相色譜儀，每次進(jìn)樣20μL，以色譜峰的峰面積（Y）為縱坐標(biāo)，IPBC的濃度（C）為橫坐標(biāo)作圖，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果如圖2所示。IPBC的線性方程為Y＝1 836.62C＋132.47，相關(guān)系數(shù)為0.999 8。將質(zhì)量濃度為1.50 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液連續(xù)進(jìn)樣5次，每次進(jìn)樣20μL，計(jì)算RSD值，結(jié)果為5.83%。以噪音的3倍所對應(yīng)的質(zhì)量濃度為檢出限，計(jì)算出檢出限為1.32 mg/L。

圖2 IPBC標(biāo)準(zhǔn)溶液的工作曲線

2.2.2 IPBC的質(zhì)量濃度檢測圖譜

采用高效液相色譜儀檢測IPBC微膠囊溶液上清液中IPBC的質(zhì)量濃度，圖譜見圖3。IPBC保留時(shí)間為6.386 min時(shí)，峰形對稱。根據(jù)IPBC標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算IPBC微膠囊中IPBC的濃度為0.22 mg/mL。1.2.1中收集的囊壁材料，干重為28.10 mg。根據(jù)公式（1、2）得包覆率為71.57%，載藥量為25.85%。

圖3 IPBC微膠囊的高效液相色譜圖

2.3 IPBC微膠囊的抑菌實(shí)驗(yàn)

分別將經(jīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%和0.3%的IPBC微膠囊溶液及空白微膠囊溶液浸漬處理的橡膠木試件放置于長滿菌絲的培養(yǎng)基中，觀察IPBC微膠囊的抑菌效果，放置一個(gè)月，結(jié)果見圖4。空白微膠囊處理的橡膠木試件表面長滿了菌絲，沒有任何抑菌效果。經(jīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%和0.3%的IPBC微膠囊溶液處理的橡膠木對哈茨木霉菌均有較好的抑菌效果，木材表面未長菌絲。與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的IPBC微膠囊溶液相比，0.15%的IPBC微膠囊溶液對可可球二孢的抑菌效果較低，在橡膠木試件表面邊沿位置有菌絲生長。根據(jù)公式（2）計(jì)算出質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的IPBC微膠囊溶液的載藥量為49.60%，因此其抑菌效果更好。微膠囊增大了IPBC的水溶性及光熱穩(wěn)定性，具有緩釋作用，對橡膠木具有顯著的防霉作用，為開發(fā)新型橡膠木防霉劑奠定基礎(chǔ)。

圖4 不同濃度IPBC微膠囊溶液處理橡膠木試件對可可球二孢和哈茨木霉的抑菌效果

3 結(jié)論

本研究采用溶劑揮發(fā)法制備的IPBC微膠囊木材防霉制劑，以IPBC為囊芯，乙基纖維素為囊壁，提高了IPBC的水溶性及光熱穩(wěn)定性；制備的IPBC微膠囊溶液粒徑分布在30～172 nm，微膠囊的平均粒徑（D50）為58 nm；經(jīng)高效液相色譜儀檢測，質(zhì)量濃度0.15%的IPBC微膠囊的包覆率為71.57%，載藥量為25.85%。分別用質(zhì)量濃度為0.15%和0.3%的IPBC微膠囊溶液處理橡膠木試件，2種不同濃度的微膠囊對哈茨木霉菌均有較好的抑菌效果。與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的IPBC微膠囊溶液相比，0.15%的IPBC微膠囊溶液對可可球二孢的抑菌效果較低。本研究為開發(fā)新型橡膠木防霉劑提供了途徑。