納米二氧化硅接枝有機功能高分子大環內酯類殺蟲劑緩釋劑及其制備方法
【專利摘要】本申請涉及一種納米二氧化硅接枝有機功能高分子大環內酯類殺蟲劑緩釋劑及其制備方法，并限定所述殺蟲劑為阿維菌素、乙基多殺菌素中的一種或一種以上任意組合。所述制備方法包括：首先制備空心納米二氧化硅A，再與氨基硅烷偶聯劑制備氨基改性空心納米二氧化硅B，進而與水、不飽和單體化合物、引發劑、催化劑和表面活性劑制備得到C，再和殺蟲劑制備得到殺蟲劑納米緩釋劑。本發明的制備方法，成本低，反應條件溫和，耗能少，無三廢排放；所得產品負載率高，環境相容性好，具有較長的持效期，解決了某些載體中農藥突釋的問題，減少了施藥次數，提高了農藥利用率。
【專利說明】
納米二氧化硅接枝有機功能高分子大環內酯類殺蟲劑緩釋劑 及其制備方法
技術領域
[0001] 本發明涉及一種納米二氧化硅接枝有機功能高分子大環內酯類殺蟲劑緩釋劑及 其制備方法，屬于殺蟲劑新劑型的技術領域。
【背景技術】
[0002] 2014年，我國的化學農藥生產量達到了370萬噸，使用量接近200萬噸。農藥長期大 量與低效施用（有效利用率只有10%_30%，其流失率高達70%-90%)，使我國的蔬菜、水 果、糧食以及土壤、水體中的農藥殘留超標，不僅對非靶標生物及人體健康構成了嚴重威 脅，也導致了生態系統的結構和功能的破壞。
[0003] 目前，我國生產和使用的農藥制劑以乳油、可濕性粉劑等常規農藥劑型為主。這些 劑型存在大量使用有機溶劑、粉塵飄移、分散性差等局限性，且不具備活性成分的控制釋放 能力，導致農藥在靶標體或靶標附近的環境中被快速水解、光解或微生物代謝，使其濃度降 至有效濃度以下，難以發揮藥效。已有研究表明，將傳統農藥劑型加工成緩釋劑可以延長農 藥的持效期，達到減少施藥次數的目的，從而提高經濟效益，減輕農藥對環境的不良影響。 因此，運用現代前沿科技手段，發展先進的農藥劑型加工技術，提高農藥有效利用率，降低 其在非靶標區域和環境中的投放量與殘留污染，對于緩解我國當前的農藥殘留與環境污 染，保障國家糧食、食品與生態安全，促進農藥產業的可持續發展具有重要意義。
[0004] 近年來，納米材料在醫學領域的藥物控制釋放方面的研究取得了長足的進步，被 廣泛應用于基因、蛋白和抗腫瘤藥物等的運輸，使其能夠緩慢釋放、定點釋藥，達到長效、靶 向治療的目的。在農藥領域，利用納米材料與技術發展納米農藥新劑型，已經成為國際納米 農業領域的研究熱點之一。由于農藥納米緩釋劑具有持效期長、對環境使用者安全等優點， 因此，研制農藥納米緩釋劑不但能夠減少農藥對環境、非靶標生物和人類的危害，并且能夠 提尚農業生廣效:fii。
【發明內容】
[0005] 在現有技術中，大量與低效施用(有效利用率只有10%_30%，其流失率高達70%-90 % )農藥，帶來的蔬菜、水果、糧食以及土壤、水體中的農藥殘留超標，危害生態環境中的 益蟲、鳥類安全，同時也影響人類社會的食品、水源等安全。
[0006] 為了解決上述問題，本發明提供一種納米二氧化硅接枝有機功能高分子大環內酯 類殺蟲劑緩釋劑。
[0007] 本發明還提供一種納米二氧化硅接枝有機功能高分子大環內酯類殺蟲劑緩釋劑 及其制備方法。
[0008] 本發明所提供的納米二氧化硅接枝有機功能高分子大環內酯類殺蟲劑緩釋劑及 其制備方法，具體包括如下步驟：
[0009] (1)向燒瓶加入納米碳酸鈣、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)和乙醇，超聲分散半小 時后加入氨水，開啟攪拌，水浴控制反應溫度在25-50°C，向上述反應體系加入正硅酸乙酯， 反應24-72h;
[0010] (2)加入過量稀鹽酸，去除納米碳酸鈣模板，離心去上清液，洗滌所得固體，重復三 次，得到空心納米二氧化娃A;
[0011] (3)向三口燒瓶中加入水和乙醇、步驟(2)中所得空心納米二氧化硅A，超聲分散半 小時后控制反應溫度在25-70°C，滴加氨基硅烷偶聯劑，反應，離心去上清液，洗滌所得固 體，重復三次，得到氨基改性空心納米二氧化硅B;
[0012] (4)向燒瓶中加入將所得氨基改性空心納米二氧化硅B、水、不飽和單體化合物、弓丨 發劑、催化劑和表面活性劑，在氮氣保護條件下，室溫下反應2_4h，離心去上清洗滌所得固 體，重復二次，得到廣物C;
[0013] (5)向燒瓶中加入產物C和殺蟲劑丙酮溶液，攪拌，離心去上清得殺蟲劑納米緩釋 劑；
[0014] 其中，在步驟(1)中，納米碳酸鈣粒徑為200-500nm，納米碳酸鈣用量占所述反應體 系質量百分比為〇 . 5 % -2 %，優選質量百分比為0.8 %-1.5 %，CTAB用量占所述反應體系質 量百分比為0.01 %-2%，優選質量百分比為0.1 %-1 %，27wt%氨水和乙醇的體積比為1.0: (4? 0-10? 0)，優選比例為1 ? 0: (5? 0-8? 0);所述氨水的濃度為27wt%。
[0015]其中，在步驟（1)和(3)中，正硅酸乙酯和氨基硅烷偶聯劑的摩爾比例為1.0: (0.5-2.0)，優選比例為 1.0: (0.6-1.2)。
[0016]所述氨基硅烷偶聯劑為（CH30)3Si (CH2)3NH2、（CH3CH20) 3Si (CH2)3NH2、（CH30)3Si (CH2)4NH2、（ CH3CH2O) 3Si (CH2)4NH2、（ CH3CH2O) 3Si (CH2)3NHCH2NH2、（ CH3CH2O) 2CH3Si (CH2) 3NH2、 (0130)351(012)3順(01 2)2順2和（0130120) 331(012)3順(012)2順 2中的一種或一種以上任意組 合。
[0017]步驟(3)中所述的水和乙醇的體積比為1:1;反應時間為不小于2小時。
[0018]其中，在步驟（1)和（4)中，正硅酸乙酯和不飽和單體化合物的摩爾比例為1.0 : (0.8-3.0)，優選比例為1.0: (1.0-2.0)。
[0019] 其中，在步驟（4)中，所述引發劑的用量占所述反應體系質量百分比為0.01%-8%，優選質量百分比為0.05%-0.5%。
[0020] 所述催化劑的用量占所述反應體系質量百分比為0.001%-4%，優選質量百分比 為0.005%-2%〇
[0021] 所述表面活性劑的用量占所述共聚反應體系質量百分比為0.1%-8%，優選質量 百分比為〇.2%-4%。
[0022] 所述不飽和單體化合物為丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯 酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙 酯、丙烯酸縮水甘油酯、甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯和 雙丙酮丙烯酰胺中的一種或一種以上任意組合。
[0023]所述催化劑為乙二胺、丙二胺、1，4_丁二胺和四甲基乙二胺、膦腈堿和四丁基硫酸 氫銨中的一種或一種以上任意組合。
[0024]所述引發劑為雙氧水、過硫酸銨、過硫酸鉀、過硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、過氧化苯甲 酰、過氧化二異丙苯、偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈和叔丁基過氧化氫中的一種或一種以上 任意組合。
[0025] 所述表面活性劑為聚氧乙烯失水山梨醇單月桂酸酯、失水山梨醇月桂酸單酯、壬 基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈣中的一種或一 種以上任意組合。
[0026] 其中，在步驟(5)中，所述殺蟲劑為維菌素和乙基多殺菌素中的一種或一種以上任 意組合。
[0027]本發明提供的大環內酯類殺蟲劑緩釋劑的負載率為66.8%-77.9%，緩釋期達35-47天。
[0028]本發明的有益效果:本發明的制備方法，成本低，反應條件溫和，耗能少，無三廢排 放;所得產品負載率高，環境相容性好，具有較長的持效期，解決了某些載體中農藥突釋的 問題，減少了施藥次數，提高了農藥利用率。
【附圖說明】
[0029] 圖1阿維菌素納米緩釋劑緩釋曲線。
[0030] 圖2乙基多殺菌素納米緩釋劑緩釋曲線。
【具體實施方式】
[0031] 下述實施例均按照下述方法對所得殺蟲劑納米緩釋劑的負載率進行評價：
[0032]將l.Og C(m。)置于盛有50mL殺蟲劑丙酮溶液的燒瓶中，攪拌72h后離心，檢測上清 液中殺蟲劑的含量。
[0034]下述實施例均按照下述方法對所得殺蟲劑納米緩釋劑的緩釋性能進行評價：
[0035]將l.Og納米緩釋劑置于截留分子量為3500-5000的透析袋中，然后將透析袋置于 盛有100mL甲醇/水(v/v，30:70)混合液的D-800LS溶出試驗儀中，以lOOrpm的速度攪拌，在 不同時間間隔從溶出儀中取樣1. 〇mL，稀釋一定倍數后進液譜檢測，取出的lmL緩釋液用lmL 甲醇/水(v/v，30:70)混合液補足。
[0037] 下面結合具體實施例對本發明做進一步說明。
[0038] 實施例1
[0039] (1)向250mL燒瓶加入1.0g納米碳酸鈣、0.5g十六烷基三甲基溴化銨（CTAB)和 104mL乙醇，超聲分散半小時后加入13mL 27wt%氨水，開啟攪拌，水浴控制反應溫度在50 °C，向上述反應體系加入0.02mol正硅酸乙酯，反應72h;
[0040] (2)加入過量稀鹽酸，去除納米碳酸鈣模板，離心去上清洗滌所得固體，重復三次， 得空心納米二氧化娃A;
[00411 (3)向三口燒瓶中加入水和乙醇(V/V = 1:1) 100mL、步驟(2)中所得A，超聲分散半 小時后控制反應溫度在70°C，滴加0 . Olmol (CH3CH20)2CH3Si (CH2)3NH2，反應2h，離心去上清 洗滌所得固體，重復三次，得氨基改性空心納米二氧化硅B;
[0042] (4)向燒瓶中加入將所得B、84.0g水、0.06mo 1甲基丙烯酸甲酯、0.01 g過硫酸銨、 1. Og四甲基乙二胺和8. Og壬基酚聚氧乙烯醚，在氮氣保護條件下，室溫下反應4h，離心去上 清洗滌所得固體，重復三次，得到C;
[0043] (5)向燒瓶中加入C和阿維菌素丙酮溶液，攪拌72h，離心去上清得阿維菌素納米緩 釋劑。
[0044] 將1 .Og C(mc；)置于盛有50mL 100000mg/L的阿維菌素丙酮溶液的燒瓶中，攪拌72h 后離心，按式（1)計算得負載率為77.9%。
[0045]將l.Og阿維菌素納米緩釋劑置于截留分子量為3500-5000的透析袋中，然后將透 析袋置于盛有l〇〇mL甲醇/水(v/v，30:70)混合液的D-800LS溶出試驗儀中，以lOOrprn的速度 攪拌，在不同時間間隔從溶出儀中取樣l.OmL，稀釋一定倍數后進液譜檢測，取出的lmL緩釋 液用lmL甲醇/水(v/v，30 :70)混合液補足，由此得出阿維菌素納米緩釋劑的緩釋劑為47天。 [0046]本實施例制備的阿維菌素納米緩釋劑的負載率為77.9%，緩釋期為47天。
[0047] 阿維菌素納米緩釋劑緩釋曲線見圖1。
[0048] 實施例2
[0049] (1)向250mL燒瓶加入1 ? 5g納米碳酸鈣、2 ? 0g十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)和99mL 乙醇，超聲分散半小時后加入16.5mL 27wt%氨水，開啟攪拌，水浴控制反應溫度在40°C，向 上述反應體系加入0.02mol正娃酸乙酯，反應36h;
[0050] (2)加入過量稀鹽酸，去除納米碳酸鈣模板，離心去上清洗滌所得固體，重復三次， 得空心納米二氧化娃A;
[00511 (3)向三口燒瓶中加入水和乙醇(V/V = 1:1) 100mL、步驟(2)中所得A，超聲分散半 小時后控制反應溫度在40°C，滴加0.04mol(CH30)3Si(CH2) 3NH2,反應2h，離心去上清洗滌所 得固體，重復三次，得氨基改性空心納米二氧化硅B;
[0052] (4)向燒瓶中加入將所得B、89.0g水、0.016mol丙烯酸縮水甘油酯、4.0g叔丁基過 氧化氫、4.0g乙二胺和O.lg聚氧乙烯失水山梨醇單月桂酸酯，在氮氣保護條件下，室溫下反 應2h，尚心去上清洗滌所得固體，重復二次，得到C;
[0053] (5)向燒瓶中加入C和乙基多殺菌素丙酮溶液，攪拌72h，離心去上清得乙基多殺菌 素納米緩釋劑。
[0054]乙基多殺菌素納米緩釋劑的負載率和緩釋期的計算參照實施例1。
[0055]本實施例制備的乙基多殺菌素納米緩釋劑的負載率為66.8%，緩釋期為35天。 [0056] 實施例3
[0057] (1)向250mL燒瓶加入1.5g納米碳酸鈣、0.05g十六烷基三甲基溴化銨（CTAB)和 94mL乙醇，超聲分散半小時后加入23.5mL 27wt %氨水，開啟攪拌，水浴控制反應溫度在25 °C，向上述反應體系加入0.02mol正硅酸乙酯，反應72h;
[0058] (2)加入過量稀鹽酸，去除納米碳酸鈣模板，離心去上清洗滌所得固體，重復三次， 得空心納米二氧化娃A;
[0059] (3)向三口燒瓶中加入水和乙醇(V/V = 1:1) 100mL、步驟(2)中所得A，超聲分散半 小時后控制反應溫度在50°C，滴加0.03mol (CH3CH20)2CH3Si (CH2)3NH2，反應2h，離心去上清 洗滌所得固體，重復三次，得氨基改性空心納米二氧化硅B;
[0060] (4)向燒瓶中加入將所得B、90.0g水、0.05mol甲基丙烯酸甲酯、0.05g過硫酸銨、 0.05g 1，4-丁二胺和4.0g失水山梨醇月桂酸單酯，在氮氣保護條件下，室溫下反應4h，離心 去上清洗滌所得固體，重復二次，得到c;
[0061 ] (5)向燒瓶中加入C和阿維菌素丙酮溶液，攪拌7 2h，離心去上清得阿維菌素納米緩 釋劑。
[0062]阿維菌素納米緩釋劑的負載率和緩釋期的計算參照實施例1。
[0063]本實施例制備的阿維菌素納米緩釋劑的負載率為67.1%，緩釋期為35天。
[0064] 實施例4
[0065] (1)向250mL燒瓶加入0 ? 5g納米碳酸鈣、1 ? 5g十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)和99mL 乙醇，超聲分散半小時后加入16.5mL 27wt%氨水，開啟攪拌，水浴控制反應溫度在30°C，向 上述反應體系加入0.02mol正娃酸乙酯，反應36h;
[0066] (2)加入過量稀鹽酸，去除納米碳酸鈣模板，離心去上清洗滌所得固體，重復三次， 得空心納米二氧化娃A;
[0067] (3)向三口燒瓶中加入水和乙醇(V/V = 1:1) 1 OOmL、步驟(2)中所得A，超聲分散半 小時后控制反應溫度在25°C，滴加0.04mol(CH30)3Si(CH2) 3NH2,反應2h，離心去上清洗滌所 得固體，重復三次，得氨基改性空心納米二氧化硅B;
[0068] (4)向燒瓶中加入將所得B、90.0g水、0.03mol丙烯酸縮水甘油酯、2.0g過硫酸鈉、 4.0g丙二胺和0. lg辛基酚聚氧乙烯醚，在氮氣保護條件下，室溫下反應2h，離心去上清洗滌 所得固體，重復三次，得到C;
[0069] (5)向燒瓶中加入C和乙基多殺菌素丙酮溶液，攪拌72h，離心去上清得乙基多殺菌 素納米緩釋劑。
[0070] 乙基多殺菌素納米緩釋劑的負載率和緩釋期的計算參照實施例1。
[0071] 本實施例制備的乙基多殺菌素納米緩釋劑的負載率為69.5%，緩釋期為37天。
[0072] 對比例
[0073] 以和實施例1中相同的試驗方法測定緩釋期，有以下試驗結果：
[0074]北京化工大學的梁旭東采用多空納米二氧化硅負載麥草畏和咪鮮胺，藥物負載率 分別達到了 50.8%和51.9%，緩釋期不到2天(梁旭東，北京化工大學碩士學位論文，2008)。 安徽大學的夏春苗利用細乳液界面聚合法制備了氯氰菊酯納米膠囊，負載率為61.2% (夏 春苗，安徽大學碩士學位論文，2012)。河南農業大學的秦興民以脲醛樹脂、聚乙二醇 (PEG6000)、0_環糊精為材料，分別制備了 20 %毒死蜱微囊懸浮劑、毒死蜱-PEG6000固體分 散體、毒死蜱-0-環糊精包合物三種載藥緩釋制劑，藥物負載率均不到5 %，緩釋期不超過26 天(秦興民，河南農業大學碩士學位論文，2014)。中國農業科學院的姜建芳制備了井閃霉素 海藻酸鈣納米膠囊，藥物負載率最高為62.64%，緩釋期為8天(姜建芳，中國農業科學院博 士學位論文，2014)。西南大學的楊倩制備了戊唑醇硅酸鈣納米膠囊緩釋劑，藥物負載率為 62.8%，緩釋期不到10天(楊倩，西南大學碩士學位論文，2015)。
【主權項】
1. 一種納米二氧化硅接枝有機功能高分子大環內酯類殺蟲劑緩釋劑及其制備方法，其 特征在于所述殺蟲劑為阿維菌素、乙基多殺菌素中的一種或一種以上任意組合，按照以下 步驟進行： (1) 向燒瓶加入納米碳酸鈣、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)和乙醇，超聲分散半小時后 加入氨水，開啟攪拌，水浴控制反應溫度在25-50Γ，向上述反應體系加入正硅酸乙酯，反應 24- 72h； (2) 加入過量稀鹽酸，去除納米碳酸鈣模板，離心去上清洗滌所得固體，重復三次，得空 心納米二氧化娃A; (3) 向三口燒瓶中加入水和乙醇、步驟(2)中所得A，超聲分散半小時后控制反應溫度在 25- 70°C，滴加氨基硅烷偶聯劑，反應，離心去上清洗滌所得固體，重復三次，得氨基改性空 心納米二氧化娃B; (4) 向燒瓶中加入將所得氨基改性空心納米二氧化硅B、水、不飽和單體化合物、引發 劑、催化劑和表面活性劑，在氮氣保護條件下，室溫下反應2_4h，離心去上清洗滌所得固體， 重復二次，得到C; (5) 向燒瓶中加入C和殺蟲劑的丙酮溶液，攪拌，離心去上清得殺蟲劑納米緩釋劑。2. 根據權利要求1所述的納米二氧化硅接枝有機功能高分子大環內酯類殺蟲劑緩釋劑 及其制備方法，其特征在于:步驟（1)中，納米碳酸鈣粒徑為200_500nm，納米碳酸鈣用量占 所述反應體系質量百分比為〇.5%-2%，CTAB用量占所述反應體系質量百分比為0.01%-2 %，氨水和乙醇的體積比為1.0:(4.0-10.0);所述氨水的濃度為27wt %。3. 根據權利要求1-2任一所述的納米二氧化硅接枝有機功能高分子大環內酯類殺蟲劑 緩釋劑及其制備方法，其特征在于:步驟（1)的正硅酸乙酯和步驟(3)中的氨基硅烷偶聯劑 的摩爾比例為1.0 :(0.5-2.0);所述氨基硅烷偶聯劑為(CH30)3Si(CH2) 3NH2、（CH3CH20)3Si (CH 2) 3NH2、（ CH30)3Si (CH2)4NH2、（CH3CH2O)3Si (CH2)4NH2、（ CH3CH2O) 3Si (CH2) 3NHCH2NH2、 (CH3CH2O) 2CH3S i (CH2) 3NH2、（ CH30) 3S i (CH2) 3NH (CH2) 2NH2和（CH3CH2O) 3S i (CH2) 3NH (CH2) 2NH2 中 的一種或一種以上任意組合； 步驟(3)中所述的水和乙醇的體積比為1:1;反應時間為不小于2小時。4. 根據權利要求1-3任一所述的納米二氧化硅接枝有機功能高分子大環內酯類殺蟲劑 緩釋劑及其制備方法，其特征在于:步驟（1)中的正硅酸乙酯和步驟(4)中的不飽和單體化 合物的摩爾比例為1.0:(0.8-3.0); 步驟(4)中，所述引發劑的用量占所述反應體系質量百分比為0.01%_8%; 所述催化劑的用量占所述反應體系質量百分比為〇.〇〇1%_4%; 所述表面活性劑的用量占所述共聚反應體系質量百分比為〇. 1 。5. 根據權利要求1-4任一所述的納米二氧化硅接枝有機功能高分子大環內酯類殺蟲劑 緩釋劑及其制備方法，其特征在于:所述不飽和單體化合物為丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯 酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙 烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、丙烯酸縮水甘油酯、甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥丙酯、甲 基丙烯酸縮水甘油酯和雙丙酮丙烯酰胺中的一種或一種以上任意組合； 所述催化劑為乙二胺、丙二胺、1，4_ 丁二胺和四甲基乙二胺、膦腈堿和四丁基硫酸氫銨 中的一種或一種以上任意組合； 所述引發劑為雙氧水、過硫酸銨、過硫酸鉀、過硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、過氧化苯甲酰、過 氧化二異丙苯、偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈和叔丁基過氧化氫中的一種或一種以上任意 組合； 所述表面活性劑為聚氧乙烯失水山梨醇單月桂酸酯、失水山梨醇月桂酸單酯、壬基酚 聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈣中的一種或一種以 上任意組合。6. 根據權利要求1所述的納米二氧化硅接枝有機功能高分子大環內酯類殺蟲劑緩釋劑 及其制備方法，其特征在于:所述的攪拌時間為不小于48小時。7. 權利要求1 _6中任一項所述的方法制備的納米二氧化娃接枝有機功能高分子大環內 酯類殺蟲劑緩釋劑。8. 根據權利要求7所述的納米二氧化硅接枝有機功能高分子大環內酯類殺蟲劑緩釋 劑，其特征在于:所述大環內酯類殺蟲劑緩釋劑的負載率為66.8%-77.9%，緩釋期為35-47 天。
【文檔編號】A01N25/10GK105850992SQ201610191303
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月30日
【發明人】何順, 李建洪, 萬虎, 馬洪菊, 高云昊, 沙黑拉什·拉馬贊, 張小磊
【申請人】華中農業大學