崔七澤++曹莉慧++楊華

摘要：選擇脲醛樹脂作為囊壁材料，采用原位聚合法對(duì)煙堿類殺蟲劑噻蟲嗪、呋蟲胺進(jìn)行包裹，制備了具有緩釋功能的微膠囊。獲得脲醛樹脂微膠囊最佳工藝參數(shù)：甲醛的摩爾比為1.0∶1.8，乳化60 min，酸化0.5 h，固化2 h。使用智能溶出試驗(yàn)儀，考察了微膠囊的包裹率、載藥量和溶出率。結(jié)果表明，脲醛樹脂微膠囊在18 d內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)均勻釋放。田間試驗(yàn)表明，采用噻蟲嗪微膠囊和呋蟲胺微膠囊，用量分別為90 g.ai/hm2和45 g.ai/hm2具有較好的防治水稻飛虱的效果。

關(guān)鍵詞：微膠囊；脲醛樹脂；噻蟲嗪；呋蟲胺；緩釋

中圖分類號(hào)：R9；TS2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）22-5830-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.22.026

The Preparation and Sustained Release of Thiamethoxam Wrapped by

Urea-formaldehyde Resin

CUI Qi-ze， CAO Li-hui， YANG Hua

（College of Chemistry and Chemical Engineering， Guangxi University， Nanning 530004，China）

Abstract： Microcapsules of neonicotinoid insecticide thiamethoxam，dinotefuran were prepared using urea-formaldehyde resin as wall material by in situ polymerization. Optimum process parameters of urea-formaldehyde resin microcapsules were obtained： The molar ratio of formaldehyde was 1.0∶1.8，emulsifying 60 min，acidified 0.5 h，curing 2 h. The encapsulating rate， drug loading and release rate were investigated by the intelligent dissolution tester，the microcapsules could be sustainably release in 18 days. Field tests showed that the amount of 90 g.ai/hm2 and 45 g.ai/hm2 had good effect on prevention and control of rice planthoppers using thiamethoxam and dinotefuran microcapsules.

Key words： microencapsulation； urea-formaldehyde resin； thiamethoxam； dinotefuran； sustained release

目前常規(guī)的農(nóng)藥劑型往往存在難以發(fā)揮農(nóng)藥活性的問(wèn)題，并對(duì)環(huán)境和人畜有不良影響，這就迫使人們?nèi)ラ_(kāi)發(fā)新的替代劑型[1]，其中緩控釋技術(shù)逐漸從醫(yī)藥領(lǐng)域擴(kuò)展到農(nóng)藥領(lǐng)域[2-4]，微膠囊技術(shù)即是緩控釋技術(shù)中最重要的技術(shù)之一[5，6]。農(nóng)藥微膠囊劑是指將農(nóng)藥活性成分液體（或固體活性成分在溶劑中的混合物）包裹在聚合物中制成膠囊的微小球狀制劑[7]。制備微膠囊常采用原位聚合法、界面聚合法、相分離法、噴霧微膠囊法、溶劑蒸發(fā)法等[8]，微膠囊劑的囊材料有脲醛樹脂、三聚氰胺樹脂、聚氨基甲酸乙酯、聚酰胺、聚乙烯/石蠟、明膠/阿拉伯膠等[9，10]。在以上聚合方法中，原位聚合由于過(guò)程容易控制，原料便宜，目前已有許多產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化。

噻蟲嗪是市場(chǎng)上廣泛使用的煙堿類殺蟲劑，具有觸殺、胃毒和內(nèi)吸活性，對(duì)同翅目的蚜蟲、葉蟬、粉虱、飛虱等具有特效[11]。噻蟲嗪與殺菌劑復(fù)配，作為種子處理劑，在先正達(dá)公司的推廣下，市場(chǎng)份額不斷擴(kuò)大[12]。

呋蟲胺作為第三代煙堿類殺蟲劑，可防治各種半翅目、鱗翅目、甲蟲目、雙翅目、直翅目、膜翅目等各種害蟲，具有卓越的內(nèi)吸滲透作用，且對(duì)哺乳動(dòng)物、鳥類及水生生物安全。

噻蟲嗪和呋蟲胺在水中均有較好的溶解性，其中，25 ℃時(shí)噻蟲嗪溶解度4.1 g/L，呋蟲胺溶解度39 g/L，因此直接使用難以實(shí)現(xiàn)緩釋，采用疏水材料包裹噻蟲嗪制備微膠囊，可以實(shí)現(xiàn)緩釋。

脲醛樹脂作為囊壁在農(nóng)藥上的研究已有報(bào)道。馮薇等[13]研究了以水為介質(zhì)的原位聚合法制備以脲醛樹脂為壁材的溴氰菊酯農(nóng)藥微膠囊的縮聚反應(yīng)工藝，表明以NH4Cl作酸性催化劑，酸化3 h，終點(diǎn)pH 2.0，固化溫度70 ℃，固化2 h，可制得包裹良好、粒徑分布均勻且粒徑小于10 μm的流動(dòng)性球形固體微膠囊；陳金紅等[14]探索了以水為介質(zhì)的原位聚合法制備以脲醛樹脂為壁材的氟蟲腈農(nóng)藥微囊粒劑；楊毅等[15]通過(guò)直接原位聚合法一步制備了以有機(jī)溶劑為內(nèi)相的脲醛樹脂微膠囊。以脲醛樹脂為壁材在農(nóng)藥上的應(yīng)用除了包裹殺蟲劑，在除草劑方面也有報(bào)道。李培仙等[16]采用原位聚合法制備了以脲醛樹脂為壁材的草甘膦微膠囊劑。對(duì)于脲醛樹脂包裹復(fù)合農(nóng)藥方面，韓文素等[17]利用原位聚合法制備吡蟲啉和吡蚜酮復(fù)配微膠囊，用于制備懸浮劑。但目前利用脲醛樹脂包裹噻蟲嗪和呋蟲胺未見(jiàn)報(bào)道。

1 材料與方法

1.1 原料與儀器

99%噻蟲嗪，由西亞試劑有限責(zé)任公司提供；97.5%呋蟲胺，由Dr. Ehrenstorfer（Augsburg，Germany）提供；分子量100萬(wàn)以上聚乙烯、37%甲醛水溶液，由中國(guó)石化揚(yáng)子石油化工有限公司提供；尿素、環(huán)己烷和無(wú)水乙醇均為分析純，由國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司提供。

UV2501PC型紫外分光光度計(jì)，日本島津儀器有限公司提供；ZRS-8G智能溶出試驗(yàn)儀，天津天大天發(fā)科技有限公司提供；激光納米粒分析儀Naos，英國(guó)馬爾文公司提供；場(chǎng)發(fā)射掃電子顯微鏡SU-8020/X-Max80，日本高新技術(shù)公司提供。

1.2 脲醛樹脂包裹噻蟲嗪、呋蟲胺微膠囊的制備

在裝有溫度計(jì)、攪拌裝置的三口燒瓶中，將甲醛、尿素按照適當(dāng)?shù)哪柋然旌先芙猓?00 r/min攪拌；用0.5 mol/L氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH 8.0；升溫至70 ℃反應(yīng)1 h，得甲醛-尿素預(yù)聚體溶液。

分別將一定量的噻蟲嗪、呋蟲胺分散在二氯甲烷中得到油相，加到含4 g十二烷基硫酸鈉的40 g去離子水中，在1 200 r/min轉(zhuǎn)速下進(jìn)行乳化，制備水/油乳化液。再將脲醛預(yù)聚體逐滴加入上述乳化液后，升溫至35 ℃，800 r/min攪拌，用0.5 mol/L的HCl溶液分階段調(diào)體系pH至2.0進(jìn)行酸化處理，然后逐漸升溫至60 ℃進(jìn)行固化，經(jīng)過(guò)濾洗滌，最后移至真空干燥箱中，于40 ℃干燥24 h得到微膠囊。

1.3 微膠囊的釋放試驗(yàn)

1.3.1 噻蟲嗪、呋蟲胺標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定 ①稱取一定量的標(biāo)準(zhǔn)品，加入50 mL容量瓶中，用去離子水定容至刻度，超聲2 min，搖勻，作為待測(cè)液；②用10 mm比色皿，以試劑空白（去離子水）作參比，建立基線；③用紫外分光光度計(jì)對(duì)參比溶液進(jìn)行全波長(zhǎng)掃描；④用待測(cè)液潤(rùn)洗比色皿3次，用紫外分光光度計(jì)進(jìn)行全波長(zhǎng)掃描，確定最大吸收波長(zhǎng)。準(zhǔn)確稱取0.01 g樣品（純度≥99%），溶于100 mL去離子水中。分別準(zhǔn)確量取母液配制不同質(zhì)量濃度的溶液，在最大吸收波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度。在255 nm處得到噻蟲嗪的標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=0.048 0x+0.032 3，R2=0.999 6。在268 nm處得到呋蟲胺的標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=0.048 7x+0.198 7，R2=0.999 2。

1.3.2 微膠囊載藥量、包覆率、釋放率的計(jì)算 準(zhǔn)確稱取質(zhì)量M1的干態(tài)微膠囊樣品，加入少量乙醇，超聲10 min后，加入一定體積的去離子水，超聲10 min后，過(guò)濾，測(cè)定水溶液中噻蟲嗪的濃度（μg/mL）。

載藥量=■×100% （1）

包裹率=■×100% （2）

釋放率=■×100% （3）

1.3.3 微膠囊釋放測(cè)試 將一定量的微膠囊用紗布包裹，置于轉(zhuǎn)速為100 r/min的溶出度測(cè)定儀的吊籃中，在常溫下以去離子水500 mL作為釋放介質(zhì)，于不同時(shí)間吸取釋放液10 mL過(guò)濾，按外標(biāo)法測(cè)定釋放液中噻蟲嗪、呋蟲胺濃度。

1.4 微膠囊的粒度和形態(tài)測(cè)定

分別將噻蟲嗪微膠囊、呋蟲胺微膠囊分散在去離子水中，采用粒度分析儀對(duì)兩種微膠囊的粒度進(jìn)行測(cè)定。采用掃描電鏡測(cè)定噻蟲嗪微膠囊、呋蟲胺微膠囊的形態(tài)和表面狀態(tài)。

1.5 微膠囊制劑對(duì)稻飛虱的防治效果

采用內(nèi)吸法測(cè)定微膠囊對(duì)稻飛虱的田間防治效果。試驗(yàn)設(shè)9個(gè)處理，每個(gè)處理20 m2，4次重復(fù)，共36個(gè)小區(qū)。采用內(nèi)吸法，將水稻種子播種在底部有滲水孔的小土盆中，用土壤種植，定量澆灌霍格蘭試劑，待發(fā)芽至每株約有3片真葉后，停止?jié)补?。然后將土盆放入一次性碗中，在碗?nèi)灌入定量的藥液，讓水稻充分內(nèi)吸，每天定時(shí)向一次性碗內(nèi)補(bǔ)充霍格蘭試劑，保持盆內(nèi)土壤濕潤(rùn)。內(nèi)吸7 d后，采集相應(yīng)處理的水稻葉放入培養(yǎng)皿中供試蟲取食，于25 ℃、相對(duì)濕度為80%條件下飼養(yǎng)。藥后在不同時(shí)間觀察各處理的稻飛虱取食情況及剩余活蟲數(shù)，計(jì)算噻蟲嗪、呋蟲胺對(duì)稻飛虱的防效。

2 結(jié)果與分析

2.1 脲醛樹脂微膠囊工藝優(yōu)化

為獲得性能優(yōu)異的脲醛樹脂微膠囊，測(cè)定尿素/甲醛（摩爾比）、乳化時(shí)間、酸化時(shí)間、固化時(shí)間對(duì)微膠囊的影響，結(jié)果見(jiàn)表1。

2.1.1 尿素與甲醛比例的影響 隨著甲醛用量的增加，體系中逐漸出現(xiàn)交聯(lián)，繼續(xù)增加甲醛用量，體系出現(xiàn)縮聚產(chǎn)物所需時(shí)間越長(zhǎng)、產(chǎn)品易吸水潮解的現(xiàn)象，最佳配比的尿素/甲醛的摩爾比為1.0∶1.8。

2.1.2 酸化時(shí)間的影響 隨pH降低，預(yù)聚體逐漸縮聚成大分子鏈從溶液中析出，沉積在芯材表面。調(diào)酸速度太快，預(yù)聚體易使粒度變大，在1 h內(nèi)將pH降到2.0制得的微膠囊性能最好。

2.1.3 膠囊固化時(shí)間的影響 固化階段需要逐漸緩慢升溫，若固化時(shí)間太短，則體系溫度很快升到60 ℃，形成的微膠囊形態(tài)不規(guī)則。隨著固化時(shí)間延長(zhǎng)，微膠囊的藥物包封率提高。最佳固化時(shí)間是2 h。

2.1.4 乳化時(shí)間的影響 乳化時(shí)間越長(zhǎng)，分散越好，乳滴粒徑也越小，所以延長(zhǎng)乳化時(shí)間有利于形成良好的油水相分散液，從節(jié)約成本的角度考慮，建議乳化時(shí)間為60 min。

總之，脲醛樹脂微膠囊制備的優(yōu)化條件為尿素/甲醛的摩爾比為1.0∶1.8，乳化60 min，酸化0.5 h，固化2 h。

2.2 微膠囊的釋放研究

從表2可以看出，包裹噻蟲嗪和呋蟲胺的尿素/甲醛的最佳比例均為1.0/1.8，二者包埋率和載藥量差別不大，噻蟲嗪微膠囊包埋率為86.40%，載藥量為18.21%；呋蟲胺微膠囊包埋率為87.16%，載藥量為16.70%。呋蟲胺釋放率（83.35%）明顯大于噻蟲嗪（73.35%），這可能是因?yàn)檫幌x胺的溶解性明顯高于噻蟲嗪。

為更加清晰地了解釋放過(guò)程，將釋放分成3段：60 min、10 h和18 d，分別對(duì)應(yīng)圖1、圖2和圖3。由圖1可以看出，殺蟲劑噻蟲嗪和呋蟲胺在60 min內(nèi)累積釋放率分別為6.5%和8.0%，在前10 min分別為4.2%和5.2%，這說(shuō)明僅僅是游離和表面吸附的殺蟲劑釋放，內(nèi)部沒(méi)有釋放。由圖2可以看出，噻蟲嗪在10 h內(nèi)累積釋放率僅為12%，呋蟲胺為15%，說(shuō)明脲醛樹脂對(duì)殺蟲劑包裹基本密實(shí)，僅僅有少量包裹不完全的噻蟲嗪釋放出來(lái)。由圖3可知，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，在18 d內(nèi)，噻蟲嗪累積釋放率達(dá)到73%，基本達(dá)到平衡；呋蟲胺累積釋放率達(dá)到83%，基本達(dá)到平衡，此時(shí)應(yīng)該是水分子深入脲醛樹脂，殺蟲劑滲透釋放所致。由于呋蟲胺水溶性比噻蟲嗪好，呋蟲胺釋放速度較快。同時(shí)由于噻蟲嗪和呋蟲胺在水中均存在一定程度的降解，因此累積釋放量不能完全釋放[18，19]。

2.3 微膠囊的粒徑與形態(tài)測(cè)定

微膠囊的粒徑分布見(jiàn)圖4、圖5。由圖4、圖5可以看出，噻蟲嗪和呋蟲胺微膠囊粒徑均呈正態(tài)分布，粒徑在50～200 μm之間，平均粒徑為120 μm左右。

試驗(yàn)采用掃描電子顯微鏡掃描噻蟲嗪微膠囊和呋蟲胺微膠囊，結(jié)果見(jiàn)圖6、圖7、圖8、圖9。由圖6可以看出，噻蟲嗪微膠囊為橢球狀物體，表面較光滑，粒徑基本均勻。由于脲醛樹脂在包裹過(guò)程中進(jìn)行了化學(xué)交聯(lián)，表面較為密實(shí)，包裹完全（圖7）。呋蟲胺微膠囊如圖8和圖9所示，粒徑基本一致，但是存在部分粘連現(xiàn)象。

2.4 微膠囊制劑對(duì)稻飛虱的田間防治效果

由表3可知，當(dāng)采用18.54%噻蟲嗪微膠囊，施藥后4 d，用量為60 g.ai/hm2時(shí)，稻飛虱防效達(dá)到52.6%。施藥8 d后，用量為90 g.ai/hm2和120 g.ai/hm2，稻飛虱防效分別是88.8%和90.2%。施藥13 d后，用量為60 g.ai/hm2時(shí)，稻飛虱防效達(dá)到89.9%；用量為90 g.ai/hm2和120 g.ai/hm2，稻飛虱防效分別是93.6%和95.8%。與25%噻蟲嗪懸浮劑相比，噻蟲嗪微膠囊與噻蟲嗪懸浮劑防效相當(dāng)。從節(jié)約成本的角度考慮，采用18.54%噻蟲嗪微膠囊，用量為90 g.ai/hm2具有較好的防治稻飛虱的效果。

由表4可知，施藥15 d后，呋蟲胺微膠囊用量為45 g.ai/hm2時(shí)，防治效果可達(dá)到90.3%。施藥18 d后，呋蟲胺累積釋放率超過(guò)80%，呋蟲胺微膠囊用量為67.5 g.ai/hm2時(shí)，防治效果最好，達(dá)到95.3%。呋蟲胺微膠囊防治效果較5%呋蟲胺乳油好。從節(jié)約成本的角度考慮，采用18.2%呋蟲胺微膠囊，用量為45 g.ai/hm2，具有較好的防治稻飛虱的效果。

比較表3和表4可以看出，由于呋蟲胺目前在國(guó)內(nèi)水稻上尚未推廣使用，當(dāng)其用量在45 g.ai/hm2時(shí)就能對(duì)稻飛虱具有較好的防治效果，與噻蟲嗪微膠囊用量為90 g.ai/hm2的防治效果相當(dāng)。

3 小結(jié)與展望

采用原位聚合法用脲醛樹脂制備噻蟲嗪微膠囊和呋蟲胺微膠囊，所包裹的噻蟲嗪與呋蟲胺能夠在18 d實(shí)現(xiàn)緩釋并對(duì)稻飛虱均有較好的防治效果。所得微膠囊可以單獨(dú)使用，也可以作為顆粒劑、懸浮劑使用。未來(lái)的工作將是控制微膠囊粒徑在30～50 μm之間，便于用于懸浮劑；調(diào)整釋放時(shí)間，在2個(gè)月內(nèi)均勻釋放，以便于作為種子處理劑使用。

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