【教学课件】第十二章控制释放制剂

2022-9-25第十二章第十二章 控制释放剂控制释放剂和缓释剂和缓释剂 一、一、概述概述二、缓释剂的特点和分类二、缓释剂的特点和分类三、缓释剂的组成三、缓释剂的组成四、微胶囊剂四、微胶囊剂五、包结化合物五、包结化合物六、多层制品六、多层制品七、均一体七、均一体2022-9-25一、概一、概 述述 generalization缓释剂的定义为利用物理和化学的方法使农药贮存于加工品中，然后在特定时间内，农药有效成分从加工品中有控制缓慢释放出来的农药剂型。控制释放技术是根据有害生物的发生规律、为害特点，通过加工技术，使农药有效成分按必需的剂量，在特定的时间，持续稳定地释放，以达到经济、有效、安全地控制有害生物的目的。采用这种技术加工的制剂称为控制释放制剂。这种控制释放制剂从释放特征上可缓慢释放、持续释放和定时释放。通常主要是控制农药缓慢释放，称为农药缓释剂。2022-9-25缓释技术的提出1.社会发展对农药的要求提高，研制新药难度加大。2.农药在田间使用时的流失和分解十分严重，通常达6090。3.防治效果与药剂寿命的矛盾。2022-9-25缓释剂的发展概况20世纪60年代中期，华盛顿大学林学院化学工程系的研究人员提出了控制释放的概念和理论。首先用高分子载体研制防治林业蛀食性害虫的缓释剂获得成功。1974年，美国Pennwalt公司推出第一个Pennmp-M(甲基对硫磷)微胶囊剂作为缓释剂的典型代表后，已相继有20多个商品问世，但产量并不大。目前各种缓释剂中，工艺较成熟、品种较多、生产量较大的是微胶囊剂。2022-9-25造成缓释剂的发展缓慢的原因主要是囊皮材料价格昂贵、制剂化费用高，经济上缺乏有力的竞争能力。因此，开发制剂化费用较低类型的缓释剂以及高附加值农药的缓释剂乃是今后缓释剂研究的重点所在。进入21世纪后，缓释剂可能发展成为占主要地位的剂型。2022-9-25二、缓释剂的特点 1.降低了环境中光、空气、水和微生物对原药的分解，减少了挥发、流失的可能性，并改变了释放性能，从而使残效期延长，用药量和用药次数减少，以达到充分发挥药效、省工省药的目的。2.缓释剂的控制释放技术使高毒农药低毒化，降低了急性毒性，减轻了残留及刺激气味，减少了对环境的污染和对作物的药害。3.通过缓释技术处理，改善了药剂的物理性能，减少了飘移，使液体农药固体化，贮存、运输、使用和最后处理都很简便。2022-9-25三、缓释剂的分类1.物理型缓释剂 依靠高分子化合物与农药间的物理结合而成，进一步又可分为不均匀系统的贮存体和整体系统的均一体。(1)贮存体中，利用包裹、掩蔽、吸附等原理，将原药贮存于高分子化合物之中的不均一体系如微胶囊剂、包结化合物、多层制品等是封闭式的，具有外层保护，也称为控制膜系统；而空心纤维、吸附性载体及发泡体等多孔性制品无控制膜包覆，则称为开放式系统。2022-9-25（2）均一体，是指在适宜温度条件下，将原药均匀溶解或分散于高分子化合物或弹性基质中，形成固溶体(凝胶体)和分散体，或者将原药与高分子化合物混为一体，制成高分子化合物与原药的复合缓释剂。2.化学型缓释剂 原药与高分子化合物之间是通过化学反应结合成的缓释剂，则称为化学型缓释剂。按高分子化合物与农药的联结方式分为自身聚合体、直接结合体、架桥结合体、络合体等4种。2022-9-25四、微胶囊剂 微胶囊剂是指利用物理、化学或物理化学的方法，先使农药高度分散成几个到几百个微米的微粒，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胶囊制剂。（一）微胶囊剂的组成和制造方法微胶囊剂由囊核和囊皮组成。囊核为有效物；囊皮是各种高分子化合物对囊皮的要求：粘着力强；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；同时具有着色、调整修饰的灵活性。2022-9-25（二）微胶囊剂的制造方法1.物理法微胶囊剂的制造方法有物理法、物理化学法和化学法三类。（1）空气悬浮涂层法 在空气悬浮设备中，固体微粒反复与高分子雾化物接触而包覆涂层。（2）喷雾干燥涂层法 将囊核物质分散在囊皮稀释液中，然后在热空气中或液体介质中浓缩、固化，成为囊皮物质包裹于囊核之外。（3）静电定向沉积法 使囊核物和囊皮物分别带相反电荷，在涂层室内相遇成囊。2022-9-25（4）多孔离心挤压法 热熔成液态的囊核和囊皮物分别从内外孔道进入挤压机，当它们同时离开时，冷却断裂而成胶囊。2.物理化学法 囊核物质分散于囊皮材料的聚合物溶液中，用降温、盐析、异性溶剂、异性聚合物等诱发相互作用等方法，使之发生相变，让囊皮物质在囊核上吸着、扩展，然后用加温、交联或脱溶等技术分散成无数独立的微囊。2022-9-253.化学法 在以囊核物为分散相核分散介质为连续相的界面上，发生聚合或缩合反应，生成新的高分子半透膜，将分散的囊核微粒包裹起来的一种微胶囊加工方法称之为化学法，是工业生产中应用较为广泛的一类方法。主要包括界面聚合、原位聚合法、相分离法等。2022-9-253.13.1界面聚合法界面聚合法 界面聚合法是生产微胶囊农药的最为常用的方法。典型的界面聚合是指两种反应单体分别溶于互不相溶的两种溶剂中，而在两相界面发生的聚合反应。这种方法合成微胶囊的过程可分为两个阶段：第一阶段是将被包囊物和第一种单体用适当的溶剂溶解并在溶液中通过加入适宜的乳化剂，使其乳化在与其不相溶的溶剂中；第二阶段是通过加入第二种单体引发聚合，在分散的液滴表面形成聚合物膜，微胶囊从油相或水相中分离出来。2022-9-25 界面聚合法示意图X，Y为两种反应单体；（XY）n为生成的聚合物囊壁2022-9-25 在用界面聚合反应制备微胶囊时，影响产品性能的重要因素是芯材的分散状态。另外，乳化剂、分散剂、稳定剂的种类与用量和机械搅拌速率对微胶囊的粒度分布、囊壁厚度等也有很大的影响。合成壁材的单体：水相中的单体有二元胺、二元醇、二元酚；油相中的的单体有二酰氯、二氯甲酸酯、二异腈酸酯、碳酰氯等。每种单体都可与其它单体生成一系列聚合产物，同时，也可通过改变形成共聚物的两种单体的比例来改变壁材的组成。2022-9-25界面聚合法的特点界面聚合法的特点 界面聚合法制备微胶囊的优点:加工方法简单，反应时间短，可连续生产，可制得活性物质含量很高的微胶囊，所得微胶囊的囊壁渗透性较好，颗粒直径可以通过搅拌强度或加入表面活性剂来调节，易于操作。缺点：会有末反应的单体；容易发生副反应；不适合包覆要求密封的芯材。2022-9-253.2原位聚合法原位聚合法 原位聚合法是将单体和引发剂全部置于囊芯外部或内部，通过加入反应引发剂或改变条件使单体发生聚合，它要求单体是可溶的，而生成的聚合物是不可溶的，聚合物沉积在囊芯物表面并包覆形成微胶囊。2022-9-25 原位聚合法与界面聚合法都是以单体为原料，利用合成高分子材料作壳材料的方法。两种方法所不同的是，在界面聚合法微胶囊化的过程中，分散相和连续相两者均要能够提供单体，而且两种以上不相容的单体分别溶解在不相溶的两相中；而对于原位聚合来说，单体仅由分散相或连续相中的一个提供。比较这两种方法时可以看出，界面聚合法产生微胶囊壳的速率要比原位聚合法快得多。2022-9-253.3相分离法相分离法 相分离法是改变条件使溶解状态的成膜材料从溶液中聚沉出来，并将囊心包覆形成微胶囊的一种加工方法，其中最有代表性的是凝聚相分离技术，即利用改变温度，或在溶液中加入无机盐电解质、成膜材料的非溶剂，或创造条件诱发两种成膜材料间相互结合等方法，使壁材溶液产生相分离，形成两个新相，个是含壁材浓度很高的聚合物丰富相，另一个是含壁材很少的聚合物缺乏相，形成的聚合物丰富相是可以充分流动的，并能够稳定地逐步环绕在囊心微粒周围形成囊壁。凝聚相分离法按凝聚方式可以分为简单凝聚，复合凝聚，或盐析凝聚，其中最为常用的是复合凝聚法。2022-9-25（a）囊心分散在含壁材的溶液中（b）分散后改变条件发生相分离形成两个新相；(c)聚合物丰富相富积在囊心表面；（d）壁材包覆囊心；(e)固化形成微胶囊图2 凝聚相分离法制备微胶囊的过程2022-9-25凝聚相分离法的特点凝聚相分离法的特点 采用凝聚相分离法制备微胶囊时，体系的pH值、温度、浓度以及盐含量都对凝聚相的构成及数量有很大的影响。在复凝聚法中，微胶囊化是在水溶液中进行的，故芯材必须是非水溶性的固体粉末或液体。它的优点是非水溶性的液体材料能被高效率和高产率的微胶囊化，壁材单体不会与芯材发生反应。微胶囊化完成后加入适当的助剂就可以制得微胶囊悬浮剂。缺点是相分离条件不易控制，试验重复性差。2022-9-254生物微胶囊法生物微胶囊法 英国的科学家研究发现，霉菌、酵母茵等真菌微生物适合制作微胶囊，尤其以酵母茵的效果最好。这些真菌细胞大小在几十微米之间，且分布均匀。利用细胞壁的半透性可以使囊心物质进人细胞内，形成微胶囊产品。一般情况下，作为微胶囊的酵母菌已经死亡。制作农药时，需要将干的细胞放在由农药、酒精水组成的溶液中浸泡、溶胀，当渗透达平衡后用空气或冷凝干燥去除酒精和水，得到干燥的农药微胶囊固体粉末。2022-9-254.存在的问题存在的问题 从1974至今，微胶囊剂农药虽有一定的发展，但与该剂型的优点和功能相比，这种发展速度是不相称的。究其原因，大概有以下几个方面：（1）微胶囊剂技术含量比较高，研制的技术难度大，对科研条件和研究人员都提出更高的要求(2)微胶囊化的过程中消耗了一定量的壁材和添加剂相应地提高了生产成本和销售价格2022-9-25(3)影响微胶囊剂缓释性能的因素多种多样，至今还没有完整的理论对其释放的机制和过程作出令人满意的定量化分析。换句话来说，微胶囊剂还处于“自由释放型”，还没有达到真正“控制释放”的程度(4)作为一种新的剂型，人们对微胶囊剂的认识和要求尚未达到足够的高度。