25%高效氯氟氰菊酯快速釋放型微膠囊懸浮劑的研制

朱震　高聰芬

摘要：通過界面聚合的方式開發了一種快速釋放型的高效氯氟氰菊酯微膠囊懸浮劑。考察了不同種類的囊壁材料、乳化劑和分散劑對囊芯釋放速率以及囊球理化穩定性的影響，并對開發獲得的微膠囊懸浮劑在不同環境溫度和pH值條件下的釋放機制進行了探索。結果表明，使用質量分數為3%的PAPI和0.2%的TDI作為囊壁材料，3%的Tergitol L-61 作為乳化劑，2%的D-800和3%的SP7270作為分散劑，可以制得具有快速釋放性能的25%高效氯氟氰菊酯微膠囊懸浮劑，該微膠囊囊形完整、無黏連，冷、熱貯穩定性合格，理化性能穩定。產品囊芯的釋放速率隨著外界環境溫度的升高而加快，推薦在中性pH值條件下稀釋使用。

關鍵詞：高效氯氟氰菊酯;界面聚合;微膠囊;快速釋放型;配方篩選;工藝優化

中圖分類號： TQ450.6+6文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2021）19-0144-05

高效氯氟氰菊酯（lambda-cyhalothrin），別稱功夫菊酯，是一種殺蟲譜廣、活性高、藥效迅速、耐雨水沖刷的擬除蟲菊酯類殺蟲劑^[1]。它對靶標生物具有強烈的觸殺和胃毒作用，被廣泛應用于農業、衛生等領域，多年來一直占據著該類殺蟲劑的市場領先地位^[2]。但是高效氯氟氰菊酯在使用過程中極易造成人體皮膚過敏，表現為瘙癢、紅腫，并且其傳統加工劑型存在有機溶劑使用量大，制劑穩定性較差等缺點，影響了高效氯氟氰菊酯的進一步推廣和使用^[3]。

微膠囊技術通過物理或化學的方法在目標物表層縮聚成一層半透性的薄膜，使得目標物與周圍環境隔離開來，從而達到保護、控釋目標物的目的^[4-5]。這些功能使微膠囊技術在食品、醫藥、農用品等眾多工業領域中得到商業化應用，發展前景廣闊^[6]。將高效氯氟氰菊酯微囊化不僅可以克服傳統農藥劑型的不足，而且還能達到緩釋和持效的效果，是一種比較理想的開發方式^[7]。

快速釋放型微膠囊制劑的特點是在水中囊壁完整呈球形，噴施后藥液水分干燥進而囊壁破裂，釋放出高濃度的殺蟲活性物質溶液，迅速殺滅害蟲。使用該項微膠囊技術將高效氯氟氰菊酯包裹，可以達到避免或降低高效氯氟氰菊酯對使用者皮膚的刺激性，同時不影響其速效性的效果，這對于擴大高效氯氟氰菊酯復配產品的市場份額、延長產品的生命周期具有重要的意義^[8-9]。

本研究基于界面聚合的原理，首先通過比較不同囊壁材料的釋放性能，確定快速釋放型的囊壁材料，并以這種囊壁材料為基礎開發25%高效氯氟氰菊酯微膠囊懸浮劑的配方和工藝，同時研究該產品在不同條件下的釋放機制。

1材料與方法

1.1試驗材料

高效氯氟氰菊酯原藥（≥97%），購自江蘇春江農化有限公司;高效氯氟氰菊酯標準品（≥99%），購自沈陽化工研究院;溶劑油150#，購自江蘇華倫化工有限公司;多亞甲基多苯基多異氰酸酯（PAPI）、二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）、甲苯二異氰酸酯（TDI）、六亞甲苯二異氰酸酯（HDI）、Tergitol L-61、Tergitol L-101、D-205、D-800，購自美國陶氏公司;SP-7123、SP-7125、SP-7270、SP-7290，購自江蘇擎宇化工科技有限公司;黃原膠，購自鄭州凱利化工有限公司;有機硅消泡劑、卡松，購自克萊恩公司;丙二醇，購自濟南創世化工有限公司;液相色譜試劑，購自國藥集團化學試劑有限公司。

1.2主要儀器設備

高剪切分散乳化機（FM200A），購自上海弗魯克儀器有限公司;HH-SH-2 型電熱恒溫水浴鍋，購自北京長安科學儀器廠;電子天平，購自北京賽多利斯儀器系統有限公司;高效液相色譜儀（HPLC，LC-20AD），購自日本島津;Nicolet iS5紅外光譜儀，購自美國賽默飛世爾科技公司;Bettersize 2600激光粒度分析儀，購自丹東百特儀器有限公司;CX31生物顯微鏡，購自日本奧林巴斯公司;電熱數顯恒溫箱，購自天津市泰斯特儀器有限公司。

1.3主要測試方法

1.3.1高效氯氟氰菊酯質量分數的測定按照GB 20695—2006《高效氯氟氰菊酯原藥》中關于高效氯氟氰菊酯質量分數測定液相色譜法（仲裁法）的要求，對試樣的高效氯氟氰菊酯含量進行測定。

1.3.2溶液中異氰酸醋基（NCO）殘留的測定取適量待測溶液，放入樣品槽中，使用Thermo Scientific Nicolet iS5 傅里葉變換紅外光譜儀進行檢測，在 2 280～2 260 cm-1處的吸收峰為NCO的特征峰。

1.3.3高效氯氟氰菊酯游離含量的測定參照國際農藥分析協作委員會（CIPAC）MT 189微囊懸浮劑中游離高效氯氟氰菊酯的方法進行測定。將一定量微囊樣品加入到 150 mL 玻璃瓶中，加適量水搖晃使其均勻分散。添加鄰苯二甲酸二環已酯內標溶液，蓋上瓶塞，放至混勻器上，設置溫度25 ℃，水平轉速（70±10） r/min。5 min后取下，取1 mL正己烷層，加1滴三氟乙酸，使用HPLC進行定量分析。

1.3.4高效氯氟氰菊酯釋放速率的測定參照CIPAC MT 190微囊懸浮劑中高效氯氟氰菊酯釋放測定的方法進行。將一定量微囊樣品加入到150 mL玻璃瓶中，加適量水搖晃使其均勻分散。添加鄰苯二甲酸二環已酯內標溶液，蓋上瓶塞，放至混勻器上，設置溫度25 ℃，水平轉速（70±10） r/min。05、10、2.0、3.0 h后，各取1 mL正己烷層，加1滴三氟乙酸，使用HPLC進行定量分析。

1.3.5高效氯氟氰菊酯微膠囊懸浮劑的質量控制指標

1.3.5.1懸浮率的測定按GB/T 14825—2006《農藥懸浮率測定方法》測定懸浮率。使用標準硬水將待測試樣配制成適當濃度的懸浮液，上下顛倒30次后，將量筒置于恒溫水浴中30 min，測定下層25 mL即10%懸浮液中有效成分的含量，根據下式計算懸浮率：

懸浮率=111×整個量筒中試樣的質量-底部25 mL試樣中有效成分的質量整個量筒中試樣的質量×100%。

1.3.5.2自發分散性的測定用標準硬水將待測試樣配制成適當濃度的懸浮液，翻轉1次量筒進行混合，在（20±0.5） ℃下靜置5 min，測定下層 25 mL 即10%懸浮液中有效成分的含量，根據下式計算自發分散性：

1.3.5.3pH值的測定按NY/T 1860.1—2016《農藥理化性質測定試驗導則第1部分：pH值》進行，試樣稀釋倍數為10 倍。

1.3.5.4傾倒性的測定按GB/T 31737—2015《農藥傾倒性測定方法》進行，在規定條件下，分別稱取傾倒和洗滌前后量筒的總質量，根據公式（1）和公式（2）計算傾倒后殘余物和洗滌后殘余物：

式中：m₀為空的量筒和塞子質量，g;m₁為加入樣品后量筒總質量，g;m₂為傾倒后量筒總質量，g;m₃為洗滌后量筒總質量，g。

1.3.5.5細度的測定（濕篩）按 GB/T 16150—1995《農藥粉劑、可濕性粉劑細度測定方法》中的濕篩法進行。稱取適量樣品，完全潤濕后用平緩的自來水沖洗，待過篩的水呈清亮透明，使用水沖洗篩中殘余物，干燥稱質量，計算細度。

1.3.5.6黏度的測定采用NDJ-5S數顯旋轉式黏度計，使用2號轉子，在30 r/min室溫下測定。

1.3.5.7粒徑的測定吸取1 mL左右試樣，適當稀釋后，采用激光粒度分布儀測定粒徑大小。

1.3.5.8持久起泡性的測定按GB/T 28137—2011《農藥持久起泡性測定方法》進行。在250 mL量筒中加入標準硬水至 180 mL 刻度線處，稱取 1.0 g 試樣（精確至0.1 g），置于量筒中，加硬水至距量筒塞底部 9 cm 的刻度線處。塞緊塞子，并以量筒底部為中心，上下傾倒30次。然后放置于試驗臺上靜置1 min，記錄泡沫體積。

1.3.5.9低溫穩定性的測定參照 GB/T 19137—2003《農藥低溫穩定性測定方法》中懸浮制劑的要求進行。在100 mL燒杯中加入80 mL試樣，置于（0±1） ℃冰箱中1 h，每隔15 min攪拌1次，每次15 s，觀察試樣外觀有無變化。然后繼續放入（0±1） ℃冰箱中，7 d后將燒杯取出，恢復至室溫，懸浮率、細度測定結果符合標準要求為合格。

1.3.5.10熱貯穩定性的測定參照GB/T 19136—2003《農藥熱貯穩定性測定方法》中液體制劑的要求進行。將約 30 mL 試樣加入到安瓿瓶中，用高溫火焰封口，置于（54±2） ℃恒溫箱中。14 d后，取出試樣并冷卻至室溫，檢測理化指標。熱貯后有效成分質量分數應不低于貯前測得質量分數的95%，懸浮率、傾倒性、pH值范圍、細度仍應以符合標準要求為合格。

2結果與分析

2.1快速釋放型高效氯氟氰菊酯微膠囊懸浮劑的基礎配方篩選

2.1.1囊壁材料的篩選囊壁材料的性質是影響囊芯釋放速率的重要因素，也是項目成功研發的基礎。本試驗先用溶劑將一定量的高效氯氟氰菊酯溶解后，以具備快速釋放特性的微囊懸浮劑Warrior Ⅱ[高效氯氟氰菊酯100 g/L 微囊懸浮劑（CS）]和佳田奔騰（10%高效氯氟氰菊酯CS）作為參照，在同等質量濃度條件下篩選了4種囊壁材料，結果見表1。從成囊反應情況來看，TDI和MDI反應比較劇烈，PAPI反應較溫和，其中TDI和PAPI制得的囊球囊形完整;從釋放速率來看，TDI的釋放速率最快（高于對照品），PAPI釋放速率最慢。綜合成囊反應情況和釋放速率，選取TDI和PAPI 2種囊壁材料進行組合優化篩選。

表2結果顯示，TDI+PAPI在用量為3%+05%時，反應制得微膠囊的釋放速率與對照品最為接近，并且囊形完整，搖晃可分散，因而確定快速釋放型微膠囊的囊壁材料為TDI+PAPI，用量為3.5%（3%+0.5%）。

2.1.2乳化劑的篩選由于TDI水解反應較劇烈，反應時氣泡較多，生成的微膠囊易產生絮凝現象，因此須要在油相中添加保護劑，用來控制TDI的水解速率。分別考察Tergitol L-61、Tergitol L-101、SP-7123和SP-7125這4種油溶性乳化劑對TDI水解反應速率的影響，結果見表3。從表3中可以看出，在油相中加入3%的Tergitol L-61，既可以起到油相分散劑的作用，又可以有效控制TDI的水解速率，解決反應后產生絮凝的問題。

2.1.3反應后殘余NCO的去除NCO會對生態環境造成潛在的危害，所以農藥微膠囊懸浮劑須要控制NCO的殘留含量。在上述聚合反應后加入不

同量的堿液再攪拌一段時間，紅外結果如圖1所示，2 280～2 260 cm-1處的吸收峰歸屬于NCO的不對稱伸縮振動峰的吸收，強度很大，它是鑒定NCO最有效的特征峰。從圖1中可以看出，聚合反應后仍有少部分NCO殘留，加入足量的堿液可以對其進行有效去除。為了控制最終產品的pH值，在NCO去

除后調節溶液pH值在中性范圍（6～8）。

2.1.4分散劑的篩選農藥微膠囊懸浮劑的懸浮液體與水懸浮劑體系一樣，同屬于熱力學不穩定體系。為了保證微膠囊懸浮體系的分散性和界面聚合穩定性，須要添加一些分散劑來起輔助懸浮和分散作用。選取不同性能的表面活性劑進行比較，綜合考慮樣品熱貯后的析水和流動性等指標，選擇表現較好的D-800和SP-7270作為微膠囊懸浮劑的分散劑進行下一步優化篩選（表4）。

設置總用量為5%，對篩選得到的2種分散劑進行組合優化試驗，結果見表5。當D-800、SP-7270 兩者的用量比例為2 ∶3時，產品的理化性能最好（析水率最低，懸浮分散性最高，粒子分布較集中，且熱貯無絮凝和沉淀現象）。因此，確定 D-800、SP-7270用量分別為2%、3%。結合以上篩選結果，進而確定適用于高效氯氟氰菊酯快速釋放型微膠囊懸浮劑的基礎配方為囊壁材料TDI 3%、PAPI 0.5%，乳化劑Tergitol L-61 3%，分散劑 D-800 2%、SP-7270 3%。在此基礎上添加適量的消泡劑、黃原膠、丙二醇、抑菌劑等，形成最終的快速釋放型微膠囊懸浮劑產品。

2.2快速釋放型高效氯氟氰菊酯微膠囊懸浮劑的工藝優化

粒徑分布是微膠囊懸浮劑加工工藝中的重要指標，剪切速率、剪切時間都會影響微膠囊的粒度大小和分布，進而影響成品藥效的發揮[10];聚合反應是微膠囊懸浮劑加工工藝中的關鍵環節，聚合反應溫度、固化時間都會影響微膠囊的囊形穩定以及囊芯的釋放。因而，需要對剪切粒徑分布和聚合反應條件進行研究，探索最佳的微膠囊懸浮劑加工工藝。

2.2.1不同剪切粒徑對微膠囊釋放的影響通過調整剪切速率和剪切時間，制得D50分別在1.0、15、2.0 μm左右的樣品，并測試不同粒徑大小微膠囊的釋放速率，結果見表6。加工制得微膠囊D50在112、142 μm時，囊芯的釋放速率基本一致;而當微膠囊D50大于2 μm時，囊芯的釋放速率降低。對于快速釋放型高效氯氟氰菊酯微膠囊懸浮劑而言，為了保證產品釋放速率的穩定性，須控制剪切粒徑D50<2 μm，D90<4 μm。

2.2.2不同聚合反應條件對微膠囊釋放的影響本試驗采用的界面聚合反應主要是通過水與異氰酸酯發生作用，該反應在常溫下就能進行，但是反

應速率比較慢，為了提高聚合反應速率，通常需要對反應體系進行加熱，因此反應溫度和時間是重要的影響條件。不同聚合反應條件對微膠囊釋放的影響結果如表7所示。溫度低反應速率降低，需要較長的反應時間，釋放速率也會有一定程度下降;而溫度過高則容易發生聚集的現象，影響產品理化，同時釋放速率也變快。結合不同反應溫度的測試結果，確定55 ℃反應3 h作為微膠囊聚合反應的條件。

綜上，快速釋放型高效氯氟氰菊酯微膠囊懸浮劑的加工工藝為（1）油相的制備：稱取一定量的高效氯氟氰菊酯原藥溶解在150#溶劑油中，完全溶解后加入囊壁材料TDI和PAPI及乳化劑Tergitol L-61，充分攪拌形成油相;（2）水相的制備：稱取一定量的D-800、SP-7270分散劑和消泡劑加入到適量水中，充分攪拌溶解，混勻形成水相;（3）微膠囊懸浮劑的制備：將油相倒入水相中，用高速剪切機剪切至粒徑D50在1.5 μm左右，將此乳化液轉移，在55 ℃加熱的情況下反應3 h，降至室溫，加入堿液，待未反應的NCO完全中和后，調節pH值至中性，最后加入預先配制的黃原膠溶液、抑菌劑和丙二醇，充分攪拌即得高效氯氟氰菊酯微膠囊懸浮劑產品。

3結論

界面聚合法加工微膠囊由于工藝簡單，反應時間短，條件溫和，過程可連續，并且制得微膠囊包覆率高，穩定性和滲透性好，可以通過攪拌強度或表面活性劑種類來調節微囊直徑，易于操作，是規模化生產農藥微膠囊最常用的方法[11-12]。本試驗通過界面聚合的方式成功開發了一種快速釋放型的高效氯氟氰菊酯微膠囊懸浮劑產品，與一般微囊懸浮劑相比，其囊芯釋放速率明顯變快，使用的囊壁材料為TDI和PAPI。Tergitol L-61具有降低TDI水解反應速率的作用，它可以作為微膠囊聚合的保護劑，提高TDI聚合反應的效率和穩定性。本試驗制得的微膠囊懸浮劑懸浮分散性能好，粒子分布較集中，冷、熱貯穩定性合格，各項技術指標均能達到質量標準要求。

本試驗開發的加工工藝分為3步：（1）稱取一定量的高效氯氟氰菊酯原藥溶解在溶劑油中，完全溶解后加入囊壁材料以及乳化劑，充分攪拌形成油相;（2）稱取一定量的分散劑和消泡劑加入到水中，攪拌混勻形成水相;（3）將油相倒入水相中，用高速剪切機剪切控制粒徑，將此乳化液轉移后在55 ℃加熱的情況下攪拌反應3 h，降至室溫后加入堿液中和未反應的NCO，調節pH值至中性后加入增稠劑、抑菌劑和防凍劑，充分攪拌即得高效氯氟氰菊酯微膠囊懸浮劑產品。

參考文獻：

[1]徐漢虹. 植物化學保護學[M]. 4版.北京：中國農業出版社，2007：87.

[2]冷陽. 我國農藥制劑的動態及發展趨勢[J]. 世界農藥，2010，32（增刊1）：19-21.

[3]馮建國，路福綏，李明，等. 懸浮液的穩定性與農藥水懸浮劑研究開發現狀[J]. 農藥研究與應用，2009，13（3）：12-19.

[4]華乃震. 農藥微膠囊劑的加工和進展（I）[J]. 現代農藥，2010，9（3）：10-14.

[5]華乃震. 農藥微膠囊劑的加工和進展 （Ⅱ）[J]. 現代農藥，2010，9（4）：6-10.

[6]梁艷輝，梅向東，寧君，等. 控制釋放技術在植物病蟲害防治中的應用[J]. 現代農藥，2011，10（6）：1-6.

[7]陸靜. 高效氯氟氰菊酯微膠囊懸浮劑的研制及釋放機理研究[D]. 杭州：浙江工業大學，2013.

[8]陳麒丞，孫陳鋮，沈亞明，等. 正交試驗優化高效氯氟氰菊酯微膠囊的制備工藝[J]. 農藥，2018，57（4）：269-272.

[9]王丹，范文娟，張小祥，等. 高濃度高效氯氟氰菊酯微囊懸浮劑的制備[J]. 現代農藥，2019，18（3）：24-27，38.

[10]許時嬰. 微膠囊技術[M]. 北京：化學工業出版社，2006.

[11]傅桂華，鐘濱，陳建宇，等. 界面聚合法制備農藥微膠囊劑的研究[J]. 農藥，2005，44（2）：66-68，73.

[12]劉廣文. 現代農藥劑型加工技術[M]. 北京：化學工業出版社，2013.

基金項目：2018年度江蘇省博士后科研資助計劃。

作者簡介：朱震（1987—），男，江蘇昆山人，博士，工程師，研究方向為植物保護和農業信息化。E-mail：zzenabcd@126.com。