缓释剂

几种重要的缓释剂

缓释剂种类繁多，这里仅介绍几种比较成熟的缓释剂剂型及其产品。

（一）微胶囊剂

1．微胶囊剂的组成微胶囊剂是用物理或化学方法使原药分散成几微米到几百微米的微粒，然后用高分子化合物包裹和固定起来，形成具有一定包覆强度的微囊，通过囊皮的半透膜性能或开裂特性控制原药释放。微胶囊剂由囊核(有效成分及溶剂)和囊皮组成。囊核是微胶囊剂的活性组分，通常是单一或混合的液体、固体及各种分散体系。囊皮是影响微胶囊剂性能的关键，是各种高分子化合物，对这种高分子化合物的要求是黏着力强；不与囊核物质发生化学反应；成囊后的囊皮有坚韧性、渗透性和稳定性；有着色、调整修饰的灵活性。另外还要考虑到产品的强度及囊核的释放速度等因素。囊皮常用的高分子化合物有聚酰胺、聚脲、聚酯、纤维素和胶类。

微胶囊剂主要通过渗透扩散和囊皮破裂两种机理释放活性组分，对杀菌剂、除草剂以前者为主，杀虫剂以后者为主。破裂的方式主要有踩踏或咀嚼。

微胶囊剂的药效很大程度上取决于微胶囊剂的强度，也就是说，微胶囊剂的粒径(D)和壁厚(T)影响农药的持效作用。一般来说，D太大或T太小，微胶囊剂在短时间内大量破裂，将造成活性组分的浪费，并缩短持效期；反之，则持效期延长。参数D/T越大，微胶囊剂越易被踏破，其持效期越短；D/T太小，则活性组分释放量太少，难以发挥有效作用。D/T的最佳值取决于害虫的类型和数量。因囊皮材料不同，D/T的最佳值也会相应发生变化。

2、微胶囊的制造方法

制造微胶囊剂可采用物理法(锅式涂层法、空气悬浮涂层法、喷雾干燥涂层法、静电定向沉积法及多孔离心挤压法)、物理化学法(相分离法、液中干燥法、融解分散冷却法及内包物交换法)和化学法(界面聚合法、凝聚相分离法、飞行中成囊法、原位聚合法及液中包覆法)。不同的制造方法得到的微胶囊剂粒径不一样(表11-4)。微胶囊剂较为合适的粒径是小于800μm，通常使用的微胶囊剂粒径为5～400μm。实际生产中应用最多的制造方法是界面聚合法、原位聚合法和凝聚相分离法。

表11-4 微胶囊剂粒径与制造方法的关系

制造方法粒径范围(μm)

囊核为固体或液体

凝聚(相分离)

界面聚合

喷雾干燥

离心挤压

静电沉降

囊核为固体

转盘式包裹

空气悬浮

2～l 200

2～2 000

6～600

l～1 500

l～50

500～5 000

50～l 500

(1)界面聚合法以囊核物为分散相，以分散介质为连续相，在两相界面上发生聚合、缩聚反应，生成的高分子半透膜，将分散的囊核微料包裹起来，此法称为界面聚合法。界面聚合反应有界面加成与界面缩合两种。界面加成使用的是不饱和的单体，由于农药中的杂质会干扰产生自由基的催化剂作用，因而界面加成用于农药微胶囊剂加工有局限性。界面缩合法则非常适合于农药微胶囊剂的加工，因为该过程可以生产出高浓度的农药制剂(典型浓度为480g a.i／L)，并且加工过程不复杂。界面缩合法根据加工过程又分两种类型。

①类型I 制造时，先将疏水性原药或原药的溶液高度分散悬浮于含单体A的水相中，然后在强烈搅拌下加入脂溶性单体B，在水和疏水性微粒界面上迅速发生聚合反应，在原药微粒表面生成聚合物包裹膜，经固化后成为坚固的农药微囊。常用的单体与成囊聚合物如图11-5所示。

②类型Ⅱ。该加工过程只涉及一种单体，为多官能团的异氰酸酯或氨基塑料。当单体为多官能团的异氰酸酯时，通过加热可以在界面发生聚合反应；当单体为氨基塑料时，通过加热或加入具有表面活性的酸性催化剂来进行界面聚合。类型Ⅱ与类型I的区别在于用类型Ⅱ的加工方法可以在界面产生独特的不对称膜。

在实验室中，一方面，将单体溶解于需要包裹的农药油相中形成有机相(假如农药是固体，就必须在单体加入之前将农药溶于与水不相溶的溶剂中)；另一方面，通过加人乳化剂和保护性胶体于水中制成水相(在氨基塑料的加工过程中，具有表面活性的磺酸催化剂也加入到水相中)。然后在适当搅拌的情况下将有机相倒入水相中，形成油－水乳浊液，其平均粒子大小为2～15μm；最后囊皮在50℃下开始形成，并在此温度保持3 h完成囊皮的反应过程，冷却该悬浮剂，便制成微胶囊剂。

(2)凝聚相分离法这一方法所得产品通常是基体型。由于基体型胶囊不能有效降低产品的毒性，所以这种方法仅适合于低毒化学合成农药或生物农药。凝聚相分离法制备微胶囊常用的聚合物有羧甲基纤维素、邻苯二甲酸纤维素酯、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯磺酸钠、明胶一阿拉伯树胶与乙基纤维素组成的体系等。

凝聚相分离法包括3个步骤：①形成互不混溶的3个化学相：囊核物分散在囊皮与液体介质的溶液中，利用降温、盐析、不相容的溶剂式聚合物或用诱发聚合物的相反电荷作用等方法，使囊皮物从液相中分离出来，成为另相液体；②囊皮物在囊核上沉积：囊皮物在凝聚成小滴过程中表面积减少，使界面总自由能降低，促进囊皮物在囊核上的吸着、扩展和沉积；③囊皮固化：用加温、交联或去溶剂法使之固化，形成各自独立的微囊。

(3)微胶囊技术的新进展。

①出现了以淀粉—黄原酸酯、淀粉—钙复合物、淀粉硼酸系、蒸气处理淀粉作为囊皮材料的方法。后种方法用蒸气将淀粉加热，待冷却后混入药剂，使之自行联

结或凝聚成囊，可直接或干燥后施用，其中干燥后的固体物，在自然界中吸水自动再次成囊，对于Bt等生物制剂最为适用。

②利用细菌、藻类、酵母等微生物细胞在发酵过程中不断累积可作为农药的各种毒素，而后使之死亡成为微囊。当该囊皮被害虫消化，毒素释放出来而发挥药效。若再结合新基因的导入，可再制成高功能多用途的生物农药的微囊剂。

③利用温度、水分或光照等自然因素作为刺激信息，传递给药剂后才放出有效成分，并称这种制剂为定时释放剂。也就是将有效成分的释放与作物生长或防治对象的环境需求相配合，使之充分有效地利用农药。如将吸水性、膨胀性物质掺入粒剂中，并在其表面包有适当水溶性的高分子膜，当水分冲破被覆层而内部瞬时大量吸胀，有效物顿时大量放出，以水分来控制农药的定时释放。此外，还可包有不同性质的多被覆层使之分期分批地定时释放，以达到不同时期防治多种病虫草害的目的。

（二）其他缓释剂

1．包结化合物原药分子通过氢键、范德华力、自由电子授受及偶极矩感应、极化等作用，与另外的化合物形成不同空间结构的新的分子化合物称为包结化合物。分子化合物的形成只与参与化合物的形状、长度、大小、空间排布及数量有关，而无固定的结合比、生成常数及平衡常数等。但形成的新分子化合物的理化性质与原化合物有很大的差异。例如，环糊精就是包结化合物很好的材料。?-

环糊精(?-CD)是7个葡萄糖分子连成的环形空腔式化合物，空腔外部属亲水性，内径6×10-10～l×10-9m。空腔能与进入内部的气、液、固等许多疏水性化合物形成包结化合物，即分子胶囊。该包结化合物改变了被包物的理化性质，如挥发性、稳定性、溶解性、气味和颜色等，起到了保护和控制释放作用，从而提高了被包物的稳定性，延长了残效期，降低了毒性等。

制法举例(敌敌畏包结化合物)：l份?-环糊精与1.7份水搅匀，加入0.25份敌敌畏(敌敌畏与?-环糊精的分子比是1:5)，充分搅拌混合后，再加入13.5份水，搅匀即生成沉淀。过滤、干燥，可得与?-环糊精等分子包结的敌敌畏不挥发粉末。包结化合物与其他固体原药一样，可继续加工成常规剂型和其他缓释剂，如敌敌畏包结化合物加入5％分散剂，配成500～1 000mg／L的浮液，对室内麦苗黏虫防治效果良好，残效期在40d以上，室外残效期在20d以上；防治稻飞虱的效果达90％以上，残效期17d，而对照乳油仅有3d残效期。

2．多层制品多层制品由富集着原药的多孔性纤维制品或高分子聚合物的贮药层和决定药剂扩散速度的膜层构成。根据使用要求可制成薄片、条带、包装袋等各种形式，其结构如图11-6所示。

该剂型使用灵活，携带方便，安全，残效长。主要用于卫生害虫、织物害虫防治，亦可用于医院垫被等。常选用驱避剂、昆虫激素、性引诱有剂做成此种剂型，其中引诱剂与杀虫剂混用效果最佳，但该剂型在农业上难以大面积应用。

3．空心纤维空心纤维属于无控制膜的贮存系统，即利用空心纤维的毛细管的吸附性来保持和控制药剂的释放。其结构是由充满了活性成分的合成空心纤维平行排列并黏附在支承带上(图11-7)。顺着带隔段封闭，使用时切断成施药单元。药液从切口蒸发出来以发挥生物活性(图11-8)。

4．吸附性制品将药剂吸附于无机、有机或天然吸附性载体中作为贮存体，然后涂以控制性外膜即制成吸附性制品。常用吸附性载体有氧化铝、膨润土、沸石、硅藻土、锯末、离子交换树脂或合成的粒状载体。外膜或阻滞性物质有烯烃类、蜡类或蜡质乳剂等。该制剂可采用包膜法或浸渍法成型。

制法举例(浸渍法制备敌敌畏缓释剂)：将20g敌敌畏、18g邻苯二甲酸二乙酯、0.4g甲氧基苯乙烯、1.6g乙烯基苯乙烯混合，将360g多孔性氧化铝片浸渍于上述混合物中，即成敌敌畏缓释剂。

5．均一体在适宜的温度下，将原药均匀地分散或溶解于高图11-8空心纤维释放机制分子聚合物或弹性基质(橡胶)中，形成固溶体、凝胶体和分散体，然后按使用需要加工成型，制成块、粒、粉、棒条、板、膜、发泡体等缓释剂，也可以制成植物种植器材、专架以及生产或生活器具。此类剂型使用方便，一剂多用，残效持久。而且大多数原料易得，制法简单，用途广泛，是很有发展前途的一类缓释剂。在制作过程中应考虑塑料软化温度与农药的稳定性以及农药溶解度与塑料相容性等问题。加工方法有热成型法和冷成型法两种。

6．化学型缓释剂这类缓释剂主要是利用原药本身的活性基团(如COOH、OH、SH、NH2)，在不破坏原化学结构的条件下，自身聚合或缩聚，与天然或合成高分子化合物直接结合或通过桥联(交联)结合，与无机或有机化合物生成络合物或分子化合物。这样形成的新的高分子农药，只有在使用的自然环境中，才能逐渐发生化学或生物降解，释放出有效剂量的活性成分，显示生物活性。