)剂,通过特定助剂在水中形成的悬浮剂。由于该剂型同时具有使药剂水性化、稳定化、控释化等诸多优点,尤其是环境相容性好,无刺激性气味,非常适合室内环境应用,在卫生领域的应用会越来越多。
2,4-滴丁酯(2,4-D-butylate)及其衍生物是内吸性激素类选择性除草剂。2,4-D难于生物降解,淡水中2,4-D含量高于1 mg/L时就不能被微生物有效分解,其自然降解过程是一个缓慢过程,降解产物可在水中或土壤中富集。主要用于苗后茎叶处理防除禾本科作物田中双子叶杂草、莎草及某些恶性杂草,但对棉花、大豆、马铃薯等有药害,施药时需要设置隔离带。常用剂型主要是72% 2,4-D乳油,而乳油中大量的有机溶剂的使用给环境带来了重大压力。将2,4-滴丁酯微囊化,大大地防止了飘移,可有效降低对人畜的毒性,减少环境尤其是土壤对其的影响,延长药效,具有很强的应用价值。农药微胶囊技术已成为农药新剂型的一个发展趋势,进入新世纪,走绿色农药和绿色农药制剂的道路已成为农药发展的必然。为此,笔者采用原位聚合法,以脲醛树脂为壁材制备成了2,4-D微胶囊悬浮剂。
1 材料与方法
1.1 实验仪器
FLUKO FA25高剪切乳化剂,上海弗鲁克流体机械造有限公司;BT-9300H型激光粒度分布仪,丹东市百特仪器有限公司;Agilent 6890N气相色谱仪,美国安捷伦科技有限公司;分析天平(SHIMADZU AUY220),日本岛津公司;DK-98-ⅡA电子恒温水浴锅,天津市泰斯特仪器有限公司;JJ-1型电动搅拌器,江苏省金坛市金城国胜实验仪器厂。
1.2 实验药品
96% 2,4-D原药,山东侨昌化学有限公司;尿素(分析纯);甲醛(37%~40%水溶液);乳化剂A、乳化剂B;柠檬酸(分析纯);NaOH(分析纯)。
1.3 脲醛树脂的制备
将甲醛、尿素按照适当的摩尔比(摩尔比=1∶1.75)混合溶解于装有温度计、搅拌装置的三口烧瓶中,搅拌器在500r/min的速度下搅拌;用10%氢氧化钠溶液调节pH至9.0;将水浴锅温度按2℃/min升温至70℃后保温1h,得甲醛—尿素预聚体(UF)溶液。
1.4 2,4-D微胶囊悬浮剂的制备
常温下将总质量为6g、一定质量比的乳化剂A和乳化剂B混合物加至31.25g 2,4-D原药中得到油相,微热震荡至均匀混合,再与适量预聚体溶液混合,用高剪切乳化机均质5 min,形成均一稳定的2,4-D(O/W)乳剂。将上述2,4-D乳液转移至250mL三口瓶中,在适当的转速下,在一定时间内将其pH调至2.0,逐渐升高转速,一定温度下固化囊壁,至反应终点后,加入NaOH调节体系pH为7.0,即为30% 2,4-D微胶囊悬浮剂。
1.5 2,4-D微胶囊悬浮剂的主要性能指标测定
1.5.1 2,4-D微胶囊悬浮剂的粒径大小及粒径分布测定
利用激光粒度分析仪测定微胶囊悬浮剂的粒径大小以及分布范围。
1.5.2 2,4-D微胶囊悬浮剂的包囊率测定
准确称取上述2,4-D微胶囊悬浮剂0.0500g于15mL具塞离心管中,加入适量甲醇充分震荡提取,后用离心机1,000r/min离心3min,提取上清液,如此反复提取5次,合并提取液,旋转蒸发至近干,正己烷定容气相色谱测定。计算公式如下:
2 结果与讨论
2.1 囊芯与囊壁比不同对制备微胶囊悬浮剂的影响(表1)
表1 囊芯与囊壁的质量比对微胶囊的影响
芯壁比 |
D 50 / μ m |
跨度值 |
最大区间粒径范围 / μ m |
区间 /% |
包囊率 /% |
1.2 ∶ 1 |
2.83 |
4.59 |
1.61 ~ 1.80 |
5.23 |
62.8 |
1.3 ∶ 1 |
2.41 |
3.12 |
2.0 ~ 2.23 |
6.2 |
73.9 |
1.4 ∶ 1 |
2.28 |
2.55 |
1.61 ~ 1.80 |
6.56 |
76.9 |
1.5 ∶ 1 |
2.32 |
4.1 |
1.61 ~ 1.80 |
6.44 |
80.0 |
1.6 ∶ 1 |
2.27 |
2.23 |
1.61 ~ 1.80 |
6.7 |
82.3 |
1.7 ∶ 1 |
2.13 |
1.66 |
1.8 ~ 2.0 |
7.53 |
88.7 |
1.8 ∶ 1 |
2.37 |
1.65 |
2.23 ~ 2.48 |
7.97 |
84.6 |
如表1所示,当囊芯与囊壁的质量比在1.2∶1~1.7∶1区间变化时,随着比例的增大,微胶囊的包囊率逐渐增大而平均粒径逐渐减小,同时跨度值也减小,跨度值越小说明溶液的均一性越好。其原因主要是,在酸性条件下,反应体系中的脲醛树脂预聚物聚合生成聚脲甲醛纳米粒子,由于囊芯用量较小,生成的聚脲甲醛纳米粒子的浓度相对较高,而且在微胶囊加工中又有机械能的加入,这就增大了自身碰撞聚合的几率,部分聚脲甲醛纳米粒子在水相中自行聚合,生成粒径较大的团聚体,导致包囊率降低,平均粒径增加。而囊心与囊壁的质量比大于1.7∶1 后,微胶囊包囊率减小且粒径增大,此时包囊率的增加速度小于质量增加的速度,反应体系不能提供足够的囊壁材料来包覆质量逐渐增加的芯材,致使包囊率降低。实验结果表明:囊心与囊壁的质量比为1.7∶1时所制备的微胶囊包囊率最高,平均粒径较小,粒径分布均匀。
2.2 调酸时间的快慢对制备微胶囊悬浮剂的影响
经实验结果表明,最佳的调酸时间为2.5h,制得的微胶囊悬浮剂粒径和包囊率均符合标准,表面形貌较好光滑不粘结。研究发现如果酸性固化剂一次或迅速加入到反应中,由于反应的pH迅速下降,而导致反应剧烈进行,脲醛树脂预聚物很快聚合,粘接在一起形成片状物,而酸性固化剂少量多次的加入所制备的微胶囊悬浮剂粒径较小,分散程度提高。
2.3 终点pH和固化温度不同对制备微胶囊悬浮剂的影响
经实验得到终点pH为2~4之间时D50最小为2.54μm,包囊率89.93%为最高值,pH过高或是过低都会严重影响包囊率;固化温度为40~70℃之间微胶囊悬浮剂表面形貌较好,均匀稳定不粘结,包囊率最高可达到90.5%,符合要求,实验中发现,当固化温度达到一定程度后若进一步升高温度导致大部分粒子在向2,4-D小液滴表面沉积的过程中就已经自聚,形成粒径较大的颗粒,甚至使囊壁包覆过于牢固而使有效成分不能顺利释放,从而影响药效,原因是聚脲甲醛纳米粒子的生成速率远远高于包覆速率。
3 结论
采用原位聚合法,以脲醛树脂预聚体为壁材制备2,4-D微胶囊悬浮剂过程中,囊心与囊壁比、固化时间、固化温度等都明显地影响所制得的微胶囊悬浮剂的粒径大小、粒径分布以及包囊率,而包囊率是衡量农药微胶囊悬浮剂质量优劣的一个重要指标。本研究将影响制备微胶囊悬浮剂的影响因子进行了更加详细的研究,结果表明,反应过程中各影响因子都有一定值,高于或低于这个值所制备的微胶囊悬浮剂的包囊率不是最高值,从而会影响药效。