5%吡虫啉微囊悬浮剂配方研究

闫兴亚，高瞻

(安徽丰乐农化有限责任公司,合肥 231622)

微胶囊的制备可根据药物、囊材的理化性质，以及所需粒度与释放性能的不同而选择不同的方法。微胶囊悬浮剂属于缓释剂的范畴，制备微囊悬浮剂的工艺有2 种方法[1]。

一是界面聚合法，界面聚合法是囊壁成膜反应发生在互不相溶的油水两相界面上，反应在常温下便可进行。该方法的基本步骤：将成膜反应所用的油溶性高分子单体，溶解在农药原油中构成有机相；然后将此有机相加入乳化剂、水，在高速剪切条件下，形成水包油乳状液；再向此乳状液中，添加水溶性的高分子单体，在常温条件下便可在乳状液粒子的油-水界面处发生成囊的聚合反应，囊膜将农药有效成分与水隔离。反应完毕，再加入适当适量的助剂调制后，即可制备微囊产品。

二是原位聚合法，原位聚合法是先把原药、溶剂、乳化剂及水混合后，用均质机剪切成为水包油乳液，然后将水溶性成膜剂加入到乳液状农药中，升温、加入催化剂后开始包覆成膜。反应完毕，再加入适当适量的助剂调制后，即可制备微囊悬浮剂。

吡虫啉是烟碱类超高效杀虫剂，具有广谱、高效、低毒、低残留，害虫不易产生抗性，对人、畜、植物和天敌安全等特点，并有触杀、胃毒和内吸等多重作用。产品速效性好，药后1 d 即有较高的防效，持效期长达25 d 左右，是取代对哺乳动物毒性高、有残留和环境问题的有机磷、氨基甲酸酯、有机氯类杀虫剂的较好品种[2]。

微囊悬浮剂具有缓释作用、持效期长、稳定性高、毒性低、防效高等特点，以水为分散介质，减少有机溶剂的使用量，对于保护农业生态平衡具有重要意义，更有利于农业的可持续发展[3]。

本研究采用原位聚合法制备了5%吡虫啉微囊悬浮剂，并对囊壁材料用量、分散剂及结构稳定剂等因素对成囊的影响进行了探索，对制备的微囊悬浮剂理化性能进行了测定。

1 材料与方法

1.1 材料

97%吡虫啉原药(山东中农联合生物科技股份有限公司)；囊材：三聚氰胺(山东金生润化工有限公司)、37%甲醛水溶液(山东金生润化工有限公司)；分散剂：G 5000(英国禾大化工中国公司)、2700(上海统江化工有限公司)、NNO(泰兴市华龙化工实验设备有限公司)；结构稳定剂：硅酸镁铝(苏州中材科技有限公司)、黄原胶(淄博中轩化工有限公司)。

1.2 主要仪器

SE202FZH 型电子天平(常州奥豪斯仪器有限公司)，SFJ-400 型立式砂磨机(上海现代环境工程技术有限公司)，101S-A 型电热恒温干燥箱(上海锦昱科学仪器有限公司)，Waters 2489 高效液相色谱仪(Waters 公司)，pHS-25 型pH 计(上海精科雷磁仪器厂)，BT-9300S 型激光粒度分散仪(丹东百特仪器有限公司)，赛默飞Apreo2S 型扫描电子显微镜(北京欧波同光学技术有限公司)。

1.3 方法

1.3.1 微囊制备

⑴微囊芯材吡虫啉悬浮剂的制备

采用湿法研磨工艺。准确称量原药、助剂及分散介质等，用弗鲁克高剪切乳化机充分预分散，将浆料转入立式砂磨机，加入1.2 倍浆料质量的氧化锆珠(直径1.4 mm)进行砂磨，研磨时间约为120～150 min，砂磨机转速2 000 r/min，砂磨至粒径在3～4µm 结束砂磨。

⑵预聚体的制备

将三聚氰胺和37%甲醛水溶液混合均匀，用稀液碱调pH 至8.5～9.0，快速封口，在69～75 ℃下搅拌至澄清，然后快速冷却至室温。

⑶微囊的制备

将预聚体倒入吡虫啉悬浮剂中，然后加入适量分散剂和水，搅拌一定时间后，用稀盐酸缓慢调节pH 至酸性，搅拌至成囊，加入适量25%氯化铵溶液搅拌观察成囊情况，至成囊均匀后，加入液碱调节pH 至中性，再加入分散剂、增稠剂(结构稳定剂)、防冻剂、防腐剂等，再用水补足余量，搅拌均匀即得微囊悬浮剂。

1.3.2 微囊性能测定

⑴总有效成分质量分数的测定

准确称取0.05 g(精确到0.000 2 g)微囊悬浮剂，加入1.5 mL 二甲亚砜，待完全溶解后用超声波继续破囊5 min，用甲醇定容至10 mL，过0.22µm 有机滤膜后，采用高效液相色谱检测有效成分质量分数。

⑵囊外有效成分质量分数的测定

准确称取0.05 g(精确到0.000 2 g)的微囊，加入3 mL 甲醇振荡萃取微囊外的吡虫啉，萃取3 次，合并萃取液，用甲醇定容，过0.22µm 有机滤膜后用高效液相色谱检测含量，即为囊外有效成分的质量分数。

⑶囊内有效成分质量分数的测定

囊内有效成分质量分数=总有效成分质量分数-囊外有效成分质量分数

⑷包囊率测定

准确称取0.05 g(精确到0.000 2 g)的微囊，加入3 mL 甲醇振荡萃取微囊外的吡虫啉，萃取3 次，合并萃取液，用甲醇定容，过0.22µm 有机滤膜后用高效液相色谱检测含量，即为囊外有效成分的量。按下式计算有效成分包囊率。

包囊率(%)=(总有效成分质量分数-囊外有效成分质量分数)/总有效成分质量分数×100

⑸囊径和囊壁厚度的测量

取少量微囊悬浮剂，用清水稀释后用激光粒度仪测定其D50、D90，从而判定微囊的粒径分布；微囊的壁厚可以通过制备冷冻切片，用扫描电子显微镜，用显微镜在同一放大倍率下观察，再通过二次变焦测得微囊的内径d 和外径D，膜厚ΔX 按下式进行计算。

图1 为吡虫啉微囊及其横切面电镜照片。

图1 吡虫啉微囊及其横切面电镜照片

⑹微囊悬浮剂稳定性的测定

热储稳定性：每支安瓿瓶分装待测微囊悬浮剂10 g，密封后放入(54±2)℃烘箱中，静置热储30 d后，检测记录外观、流动性、有效成分质量分数等各项指标有无变化。

冷储稳定性：每支安瓿瓶分装待测微囊悬浮剂10 g，密封后放入-18℃低温下冷储24 h，取出后观察冻结情况。然后室温下静置融化，观察记录外观、流动性、有效成分含量等各项指标有无变化。

⑺悬浮率的测定

按GB/T 14825—2006 中4.3 进行悬浮率的测定。

⑻释放速率的测定

取1 mL 的微胶囊样品，加入9 mL 的甲醇，混合均匀，用滤纸过滤，自然晾干，装入硅胶柱中，在25℃下，每天用甲醇淋洗后定容摇匀，对甲醇中的吡虫啉的含量进行测定，连续测定7 d。按下式计算该微胶囊悬浮剂的释放速率。

释放速率(%)＝每天用甲醇淋洗后甲醇中吡虫啉的含量/硅胶柱中前一天吡虫啉的理论剩余量×100

1.3.3 田间药效试验

田间药效试验于2022 年8 月5 日在合肥市肥西县官亭镇河北村进行。水稻品种Q 两优丝苗，处于抽穗扬花期，施药天气为晴天，气温26.7～38.4 ℃。小区面积200 m2，采用阳光电动背负式喷雾器配装扇型喷头(压力0.3～0.45 MPa，喷孔口径1 mm)进行均匀喷雾，喷液量为600 kg/hm2，药液采用二步稀释法配制。设3 次重复，小区随机排列。试验设5 个处理：5%吡虫啉微囊悬浮剂15、22.5、30 g a.i./hm2，对照药剂25%吡虫啉乳油(市购)22.5 g a.i./hm2及清水空白对照。

2 结果与分析

2.1 壁材用量的筛选

2.1.1 壁材用量对吡虫啉包囊率及粒径的影响

如表1 所示，当壁材三聚氰胺-甲醛树脂的用量小于15%时，随着使用量的增加，吡虫啉有效成分的包囊率逐渐增加；壁材的用量大于15%时，包囊率则变化很小。主要原因是当壁材用量为15%时，吡虫啉的包囊率达到了饱和；壁材用量的增加仅仅是加固现有的微囊结构，从而导致囊壁逐渐变厚。

表1 壁材对微囊悬浮剂特征的影响

壁材用量对吡虫啉微囊的平均粒径有一定影响。总体表现为随着壁材用量的增加，吡虫啉的平均粒径随之增大。这是由于随着壁材用量的增加，包裹在吡虫啉固体颗粒周围的壁材用量逐渐增加，导致囊壁的厚度逐渐增加，粒径表现为略微增大。

2.1.2 壁材用量对吡虫啉释放速率的影响

壁材的用量对吡虫啉的释放速率有较大的影响(表2)。总体表现为随着壁材用量的增加，吡虫啉的释放速率降低，并且壁材用量越大，平均释放速率降低的越慢。这是由于随着壁材用量的增加，囊壁的厚度也逐渐增厚，微囊表面就越紧密，导致吡虫啉不易释放。

表2 壁材用量对释放速率的影响

2.2 分散剂的筛选

由于吡虫啉原药在水中有一定的溶解度，在制备囊芯材料时，需要制备高含量的悬浮剂，且制备微囊悬浮剂后需要防止微囊聚集，故要选用合适的分散剂，防止吡虫啉固体颗粒或微囊聚集长大，对制剂悬浮率及储存稳定性产生影响。分散剂的筛选结果见表3。由表3 可以看出：G5000 和NNO 作为分散剂时，所得制剂悬浮率低于90%，粒径大于5µm。2700 作为分散剂的分散效果最好，且粒径在5µm以下，因此选用分散剂2700。

表3 5%吡虫啉微囊悬浮剂分散剂筛选

2.3 结构稳定剂的筛选

结构稳定剂的筛选见表4。从表4 可见：黄原胶用量增加制剂产品的热储析水率降低，但是倾倒性逐渐变差。硅酸镁铝可以微调产品的黏稠度，所以当黄原胶达到一定比例后，使用硅酸镁铝对黏度进行微调。随着硅酸镁铝添加量的增加，制剂产品倾倒性逐渐提高。当黄原胶用量为0.2%、硅酸镁铝用量为2%时，制剂的储存效果和使用效果都较好且成本适中。

表4 5%吡虫啉微囊悬浮剂结构稳定剂筛选

2.4 优化配方的确定

综合上述各项筛选试验结果，另防冻剂和防腐剂的选择考虑经济性和通用性，选用乙二醇和卡松，确定了5%吡虫啉微囊悬浮剂优化配方为吡虫啉5%、囊材三聚氰胺-甲醛树脂15%、分散剂2700 5%、黄原胶0.25%、硅酸镁铝2.0%、乙二醇4%、水补至100%。制备的微囊悬浮剂平均粒径3～4µm，包封率90%以上，是粒径分布均匀、性能稳定的微囊悬浮剂。

2.5 微囊质量技术指标的测定

对经过优化配方制备的5%吡虫啉微囊悬浮剂进行各项质量技术指标的测定，结果见表5。

表5 5%吡虫啉微囊悬浮剂的质量技术指标测定

制备的5%吡虫啉微囊悬浮剂外观为可流动、黏稠状液体，储存过程中有少量沉淀，微分层，但置于室温下经摇动能恢复均一状态。

2.6 田间药效试验

5%吡虫啉微囊悬浮剂对水稻稻飞虱的防治效果、安全性及使用剂量见表6。

表6 5%吡虫啉微囊悬浮剂防治水稻稻飞虱田间试验

试验结果表明：5%吡虫啉微囊悬浮剂防治水稻稻飞虱的效果较好，并对水稻安全，可作为防治水稻稻飞虱的药剂登记使用。推荐制剂用量20.0～30.0 mL/667m2(即有效成分量15.00～30.00 g a.i./hm2)，于水稻稻飞虱低龄若虫发生始盛期喷雾施药，施药1 次。

3 结论

通过配方筛选和检测分析，确定了5%吡虫啉微囊悬浮剂优化配方：吡虫啉5%、囊材三聚氰胺-甲醛树脂15%、分散剂2700 5%、黄原胶0.25%、硅酸镁铝2.0%、乙二醇4%、水补至100%。制备的微囊悬浮剂平均粒径3～4µm，包封率90%以上，具有良好的经时稳定性、湿展性能；对环境污染小，对使用者安全，符合现代植保的要求，具有较强的市场竞争力和开发前景。