专利名称：一种通过球磨改性矿物质土制备载药纳米复合材料的方法及应用的制作方法
技术领域：
本发明属于农药制药技术领域，具体的是涉及了一种球磨改性矿物质土，并通过共混改性制备载药纳米复合材料的方法。
背景技术：
传统农药易受淋溶、蒸发、降解等环境因素的影响，因而其利用率往往只有20% 30%。而通过各种途径的损失率高达50% 60%。这不仅在经济上是一种浪费，而且造成了大面积的环境污染。随着社会的发展，人类环保意识逐渐提高，生存环境得到重视，绿色农业是今后农业的发展方向，是使我国农业得以持续发展的唯一道路。控制释放数量、释放时间和释放空间已成为化学农药新剂型研究的一个重要方向。而当前世界农药正朝着低毒高效、水性化、颗粒化、缓释化方向发展。利用绿色化学技术提取海藻中的有效成分，并将其与高效农药复合使用，开发出的具有高效、低毒、低残留的绿色环保型缓控释农药新剂型可延长农药作用持效期、降低农业农药施用量，对于农药高效利用和环境保护具有十分重要的意义。聚合物载体材料性质决定了载体分子、药物分子和水分子之间的相互作用，从而影响载药微球的农药缓释性能。单纯的海藻酸盐由于其自身机械强度差、不可控制的降解和遇水迅速溶胀等性能，药物的“突释”现象严重，并且对疏水性药物的负载率较低，所形成水凝胶质脆，机械强度不好。这些不利因素在一定程度上限制了海藻酸钠在农药缓释方面的进一步应用。为了提高海藻酸钠水凝胶的应用水平，必须对其进行改性。共混改性是解决这一问题简便而重要的途径之一。通过添加膨润土、高岭土、活性炭、淀粉和壳聚糖等虽然可以提高载体材料的机械性能，调节其缓释性能，但是不能从根本上提高载体材料的载药率。材料的高效利用不能得到充分的体现。球磨法是依靠机械力诱发化学反应的方法。它可以使热力学中不可能或难于发生的化学反应成为可能。它可以破坏矿物质土的晶体结构，形成晶格缺陷，加快反应速率。同时操作简单便捷，是一种较为理想的改性方法。蒙脱土与十六烷基三甲基溴化铵的插层改性、高岭土与含氢硅油的表面改性，经球磨后它们的粒度变小，比表面积增大，疏水性增强。改性蒙脱土和海藻酸钠通过强力搅 拌后形成均匀混合物再通过氯化钙胶凝成球。这时候海藻酸钠与改性膨润土以两种形式结合。其一，经改性后的膨润土层间距增大层间形成疏水微区，利于高聚物分子链的插入和疏水农药的载入。其二，经改性后的蒙脱土溶胀性能增大，在溶剂中充分溶胀解离为单个片层。这些纳米片层均匀的分布在海藻酸钠聚合物中，从而形成纳米复合材料。而改性后的高岭土其疏水性和吸附性大大增强，对疏水性农药具有极强的负载能力。这两种改性矿物质土按照一定的比例复配，既能极大地提高载体材料的载药能力又能形成纳米复合材料，增强其机械性能，调节药物释放。这种将球磨改性引入农药剂型研制的方法为农药剂型的开发与运用开辟了新的方向。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种制备对疏水性农药具有高负载率，缓释性能和机械性能均优良的农药载体。本发明的目的之二是将操作简单便捷的球磨方法使用在矿物质土的改性上，将蒙脱土的插层改性与高岭土的表面改性结合起来。一方面提高载体材料的载药性能和缓释性能；另一方面形成纳米复合材料，提高材料的机械强度。为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案。(I)蒙脱土的插层改性是通过钠基蒙脱土与十六烷基三甲基溴化铵球磨改性实现的；高岭土的表面改性是通过工业高岭土与含氢硅油球磨改性实现的。其的球磨条件参数如下球磨介质为钢球配球1颗(p20、6颗(piO、20颗cp6主盘转速450 600r/min球磨时间2 5小时原料1 3g改性剂2% 10%(M/M)(2)采用“负压-冷 冻干燥法”对改性矿物质土加载啶虫脒的水溶液。改性矿物质土复配改性高岭土(M)改性蒙脱土(M) =1: 5 5 :1按改性矿物质土 啶虫脒十六烷基三甲基溴化铵水=3g 200mg 0. 05
0.5g IOOg的比例混合并超声分散，然后在电冰箱中冷冻成块，置于冷冻干燥器中继续冷冻，抽真空干燥得到载药矿物质土。(3)利用海藻酸钠作为包覆剂与二价钙离子交联，壳聚糖与海藻酸钠通过静电相互作用形成聚合电解质复合物包覆载药矿物质土。①将一定量海藻酸钠溶解在缓慢加热蒸馏水中制得1% 4% (w/v)海藻酸钠水溶液50ml，待其完全冷却后将3 % (w/v)的载药矿物质土混合在海藻酸钠水溶液中，并强力搅拌使其成为均匀的混合液。②配制0.1 0. 4M的氯化钙水溶液100ml，分别加入2% (w/v)醋酸和0. 5%~1% (w/v)的壳聚糖,搅拌充分混合。③将步骤①中聚合物混合液用25mL皮下注射器在30cm高处逐滴滴入氯化钙壳聚糖混合溶液中并恒速搅拌。30min后将胶珠从胶凝剂中转移出来，过滤，用蒸馏水冲洗。在室温下干燥30min，最后转入烘箱内在40°C条件下干燥至恒重就得到了载药纳米复合胶珠。所述球磨机为行星式球磨机所制得的载药纳米胶珠，干燥后粒径为0. 76 2. 56mm所述的超声分散功率为20 200W，超声波的频率为25 50千赫，时间为20 40mino所述的海藻酸钠相对分子量Mn = 33. 23kD，Mw = 43. 98kD。本发明的有益效果是所制得的载药纳米复合胶珠可有效地防止啶虫脒的降解和雨水淋蚀，对疏水性农药具有很高的负载能力。球磨改性后的矿物质土，表面能得到极大地增强，对农药具有很强的吸附能力。这种作用力不仅提高了农药在亲水性包覆剂海藻酸钠基体中的负载，而且在释药的过程中延缓了农药释放。这对于材料的有效利用与缓释性能的提高具有积极的意义。另外在球磨过程中矿物质土的晶型遭到破坏，在聚合物海藻酸钠水溶液中容易溶胀解离为单个的纳米片层，这些纳米片层均匀的分布在海藻酸钠聚合物中，从而形成机械性能优越，可同时调控释药性能的载药纳米复合材料。为农药剂型的储藏和运输提供了保障。本发明从环境保护和材料的有效利用出发，为农药缓释载体的使用推广及工业化奠定了基础。
图1为本发明实施例中载药纳米复合胶珠的实物图，从图可看出复合胶珠在干燥脱水前球形规整，大小均一。图2为高岭土球磨改性后的粒度分布图，改性后的高岭土粒径较以前均显著下降，且粒度分布更加均一。图3为蒙脱土改性后的粒度分布图，改性后的蒙脱土粒径比未改性前有所下降。图4为高岭土改性后的比表面积变化图，改性剂含氢硅油的加入量为6%时，球磨改性后的高岭土比表面积最大。图5为蒙脱土改性后的比表面积变化图，正如图中所述在改性剂十六烷基三甲基溴化铵的加入量为4%时，球磨改性后的蒙脱土比表面积最大。图6为实施例1 8 (分别以AKl AK8表示)的载药率与包封率的对比图。从图中可以看出在复合胶珠中加入球磨改性后的矿物质土并以“负压-冷冻干燥”的方法载药，能够有效地提高复合胶珠的包封率和载药率。图7为对比实施例1、2和8的 释药试验图。无论是球磨改性后的高岭土还是蒙脱土都能够调控农药的释放，延长农药的释放周期。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步的描述，但仅是对本发明的示例性说明，绝不是对本发明范围的限制。实施例1将Ig海藻酸钠溶解在缓慢加热蒸馏水中制得海藻酸钠水溶液50ml，待其完全冷却后将200mg的农药混合在海藻酸钠水溶液中，强力搅拌使其成为均匀的混合液。然后配制0. 25M的氯化钙水溶液100ml，分别加入2% (w/v)醋酸和0.6% (w/v) CS，搅拌充分混合。最后将上述聚合物混合液用25mL皮下注射器在30cm高处逐滴滴入氯化钙壳聚糖混合溶液中并恒速搅拌。30min后将胶珠从胶凝剂中转移出来，过滤，用蒸馏水冲洗。在室温下干燥一会，最后转入烘箱内在40°C条件下干燥至恒重。得到的负载啶虫脒的复合胶珠其包封率为42. 13%，载药率为4. 15%。在50%甲醇溶液释药体系中5小时释药率达到80%。实施例2一种载药纳米复合胶珠的制备方法包含以下两个过程(I)载药将2g高岭土和0. 12g含氢硅油投入行星式球磨机的罐体中。罐体中配备钢球I颗Cp20、6颗(p I O、20颗(p6，主盘转速控制在516r/min，球磨2小时。取
改性好的高岭土1. 5g、十六烧基三甲基溴化铵0. 5g、唳虫脒200mg和IOOml的去离子水混合在一起并超声分散30min。然后将混合液在电冰箱中冷冻成块，置于冷冻干燥器中继续冷冻，抽真空，干燥，即得到载药矿物质土。(2)制成剂型将Ig海藻酸钠溶解在缓慢加热蒸馏水中制得海藻酸钠水溶液50ml，待其完全冷却后将载药矿物质土混合在海藻酸钠水溶液中，强力搅拌使其成为均匀的混合液。然后配制0. 25M的氯化钙水溶液100ml，分别加入2% (w/v)醋酸和0. 6% (w/v) CS，搅拌充分混合。最后将上述聚合物混合液用25mL皮下注射器在30cm高处逐滴滴入氯化钙壳聚糖混合溶液中并恒速搅拌。30min后将胶珠从胶凝剂中转移出来，过滤，用蒸馏水冲洗。在室温下干燥一会，最后转入烘箱内在40°C条件下干燥至恒重。得到的负载啶虫脒的纳米复合胶珠其包封率为82. 95%，载药率为6. 02%。在50%甲醇溶液释药体系中9小时释药率达到70%。实施例3一种载药纳米复合胶珠的制备方法包含以下两个过程(I)载药分别将2g蒙脱土和0. 08g十六烷基三甲基溴化铵，2g高岭土和0. 12g含氢硅油投入行星式球磨机中的两个罐体中。每个罐体中配备钢球I颗cp^O、6颗
(p I 0、20颗cp6 ,主盘转速控制在516r/min，球磨2小时。分别取改性好的高岭土1. 25g
蒙脱土 0. 25g、十六烷基三甲基溴化铵0. 4g、啶虫脒200mg和IOOml的去离子水混合在一起并超声分散30min。然后将混合液在电冰箱中冷冻成块，置于冷冻干燥器中继续冷冻，抽真空，干燥，即得到载药矿物质土。(2)制成剂型 将Ig海藻酸钠溶解在缓慢加热蒸馏水中制得海藻酸钠水溶液50ml，待其完全冷却后将载药矿物质土混合在海藻酸钠水溶液中，强力搅拌使其成为均匀的混合液。然后配制0. 25M的氯化钙水溶液100ml，分别加入2% (w/v)醋酸和0. 6% (w/v) CS，搅拌充分混合。最后将上述聚合物混合液用25mL皮下注射器在30cm高处逐滴滴入氯化钙壳聚糖混合溶液中并恒速搅拌。30min后将胶珠从胶凝剂中转移出来，过滤，用蒸馏水冲洗。在室温下干燥一会，最后转入烘箱内在40°C条件下干燥至恒重。得到的负载啶虫脒的纳米复合胶珠其包封率为76. 53%，载药率为5. 39%。在50%甲醇溶液释药体系中10小时释药率达到70%。实施例4—种载药纳米复合胶珠的制备方法包含以下两个过程(I)载药分别将2g蒙脱土和0. 08g十六烷基三甲基溴化铵，2g高岭土和0. 12g含氢硅油投入行星式球磨机中的两个罐体中。每个罐体中配备钢球I颗cp^O、6颗
CplO、20颗(()6,主盘转速控制在516r/min，球磨2小时。分别取改性好的高岭土1.125g蒙脱土 0. 375g、十六烷基三甲基溴化铵0. 3g、啶虫脒200mg和IOOml的去离子水混合在一起并超声分散30min。然后将混合液在电冰箱中冷冻成块，置于冷冻干燥器中继续冷冻，抽真空，干燥，即得到载药矿物质土。
(2)制成剂型将Ig海藻酸钠溶解在缓慢加热蒸馏水中制得海藻酸钠水溶液50ml，待其完全冷却后将载药矿物质土混合在海藻酸钠水溶液中，强力搅拌使其成为均匀的混合液。然后配制0. 25M的氯化钙水溶液100ml，分别加入2% (w/v)醋酸和0. 6% (w/v) CS，搅拌充分混合。最后将上述聚合物混合液用25mL皮下注射器在30cm高处逐滴滴入氯化钙壳聚糖混合溶液中并恒速搅拌。30min后将胶珠从胶凝剂中转移出来，过滤，用蒸馏水冲洗。在室温下干燥一会，最后转入烘箱内在40°C条件下干燥至恒重。得到的负载啶虫脒的纳米复合胶珠其包封率为73. 67%，载药率为5. 19%。在50%甲醇溶液释药体系中13小时释药率达到70%。实施例5一种载药纳米复合胶珠的制备方法包含以下两个过程(I)载药分别将2g蒙脱土和0. 08g十六烷基三甲基溴化铵，2g高岭土和0. 12g含氢硅油投入行星式球磨机中的两个罐体中。每个罐体中配备钢球I颗6颗
Cp I 0、20颗cp6 ,主盘转速控制在516r/min，球磨2小时。分别取改性好的高岭土 0. 75g
蒙脱土 0. 75g、十六烷基三甲基溴化铵0. 2g、啶虫脒200mg和IOOml的去离子水混合在一起并超声分散30min。然后将混合液在电冰箱中冷冻成块，置于冷冻干燥器中继续冷冻，抽真空，干燥 ，即得到载药矿物质土。(2)制成剂型将Ig海藻酸钠溶解在缓慢加热蒸馏水中制得海藻酸钠水溶液50ml，待其完全冷却后将载药矿物质土混合在海藻酸钠水溶液中，强力搅拌使其成为均匀的混合液。然后配制0. 25M的氯化I丐水溶液100ml,分别加入2% (w/v)醋酸和0. 6% (w/v)C S，搅拌充分混合。最后将上述聚合物混合液用25mL皮下注射器在30cm高处逐滴滴入氯化钙壳聚糖混合溶液中并恒速搅拌。30min后将胶珠从胶凝剂中转移出来，过滤，用蒸馏水冲洗。在室温下干燥一会，最后转入烘箱内在40°C条件下干燥至恒重。得到的负载啶虫脒的纳米复合胶珠其包封率为79. 04%，载药率为5.81%。在50%甲醇溶液释药体系中18.5小时释药率达到70%。实施例6一种载药纳米复合胶珠的制备方法包含以下两个过程(I)载药分别将2g蒙脱土和0. 08g十六烷基三甲基溴化铵，2g高岭土和0. 12g含氢硅油投入行星式球磨机中的两个罐体中。每个罐体中配备钢球I颗cp^O、6颗
Cpl O、20颗CpG,主盘转速控制在516r/min，球磨2小时。分别取改性好的高岭土
0.375g蒙脱土1. 125g、十六烷基三甲基溴化铵0. lg、啶虫脒200mg和IOOml的去离子水混合在一起并超声分散30min。然后将混合液在电冰箱中冷冻成块，置于冷冻干燥器中继续冷冻，抽真空，干燥，即得到载药矿物质土。(2)制成剂型将Ig海藻酸钠溶解在缓慢加热蒸馏水中制得海藻酸钠水溶液50ml，待其完全冷却后将载药矿物质土混合在海藻酸钠水溶液中，强力搅拌使其成为均匀的混合液。然后配制0. 25M的氯化钙水溶液100ml，分别加入2% (w/v)醋酸和0. 6% (w/v) CS，搅拌充分混合。最后将上述聚合物混合液用25mL皮下注射器在30cm高处逐滴滴入氯化钙壳聚糖混合溶液中并恒速搅拌。30min后将胶珠从胶凝剂中转移出来，过滤，用蒸馏水冲洗。在室温下干燥一会，最后转入烘箱内在40°C条件下干燥至恒重。得到的负载啶虫脒的纳米复合胶珠其包封率为77. 88%，载药率为5. 16%。在50%甲醇溶液释药体系中8小时释药率达到70%。实施例7一种载药纳米复合胶珠的制备方法包含以下两个过程(I)载药分别将2g蒙脱土和0. 08g十六烷基三甲基溴化铵，2g高岭土和0. 12g含氢硅油投入行星式球磨机中的两个罐体中。每个罐体中配备钢球I颗cp^O、6颗
(p I 0、20颗cp6 ,主盘转速控制在516r/min，球磨2小时。分别取改性好的高岭土 0. 25g
蒙脱土1. 25g、十六烷基三甲基溴化铵0. 05g、啶虫脒200mg和IOOml的去离子水混合在一起并超声分散30min。然后将混合液在电冰箱中冷冻成块，置于冷冻干燥器中继续冷冻，抽真空，干燥，即得到载药矿物质土。(2)制成剂型将Ig海藻酸钠溶解在缓慢加热蒸馏水中制得海藻酸钠水溶液50ml，待其完全冷却后将载药矿物质土混合在海藻酸钠水溶液中，强力搅拌使其成为均匀的混合液。然后配制0. 25M的氯化I丐水溶液100ml,分别加入2% (w/v)醋酸和0. 6% (w/v)CS，搅拌充分混合。最后将上述聚合物混合液用25mL皮下注射器在30cm高处逐滴滴入氯化钙壳聚糖混合溶液中并恒速搅拌。30min后将胶珠从胶凝剂中转移出来，过滤，用蒸馏水冲洗。在室温下干燥一会，最后转入烘箱内在40°C 条件下干燥至恒重。得到的负载啶虫脒的纳米复合胶珠其包封率为83. 37%，载药率为5. 77%。在50%甲醇溶液释药体系中9. 5小时释药率达到70%。实施例8一种载药纳米复合胶珠的制备方法包含以下两个过程(I)载药将2g蒙脱土和0. OSg十六烷基三甲基溴化铵投入行星式球磨机的罐体
中。罐体中配备钢球I颗(p20、6颗Cp I 0、20颗Cp6，主盘转速控制在516r/min，球
磨2小时。取改性好的蒙脱土1. 5g、唳虫脒200mg和IOOml的去离子水混合在一起并超声分散30min。然后将混合液在电冰箱中冷冻成块，置于冷冻干燥器中继续冷冻，抽真空，干燥，即得到载药矿物质土。(2)制成剂型将Ig海藻酸钠溶解在缓慢加热蒸馏水中制得海藻酸钠水溶液50ml，待其完全冷却后将载药矿物质土混合在海藻酸钠水溶液中，强力搅拌使其成为均匀的混合液。然后配制0. 25M的氯化钙水溶液100ml，分别加入2% (w/v)醋酸和0. 6% (w/v) CS，搅拌充分混合。最后将上述聚合物混合液用25mL皮下注射器在30cm高处逐滴滴入氯化钙壳聚糖混合溶液中并恒速搅拌。30min后将胶珠从胶凝剂中转移出来，过滤，用蒸馏水冲洗。在室温下干燥一会，最后转入烘箱内在40°C条件下干燥至恒重。得到的负载啶虫脒的纳米复合胶珠其包封率为89. 68%，载药率为6. 18%。在50%甲醇溶液释药体系中11小时释药率达到70%。
权利要求
1.一种对疏水性农药具有高负载率、缓释性能和机械性能的纳米复合材料的制备方法
2.矿物质土通过球磨改性处理后，其粒度变小，比表面积增大，疏水性增强，对疏水性农药具有很好的吸附能力。通过“负压-冷冻干燥法”将原药吸附在改性矿物质土的孔隙中，增大了药物的负载能力。
3.经球磨改性后的矿物质土溶胀性能增大，在溶剂中充分溶胀解离为单个片层。这些纳米片层均匀的分布在海藻酸钠聚合物中，从而形成纳米复合材料。
4.如权力要求2所述(I)蒙脱土的插层改性是通过钠基蒙脱土与十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)球磨改性实现的。(2)高岭土的表面改性是通过工业高岭土与含氢硅油球磨改性实现的。其球磨条件参数如下球磨介质为钢球配球I颗ο20 Λ 6颗PIO、20颗ρ6主盘转速450 600r/min球磨时间2 5小时原料:1 3g改性剂2% 10% (M/M)。
5.如权力要求2所述，改性矿物质土复配改性高岭土(M)改性蒙脱土(M)=1: 5 5 :1 “负压-冷冻干燥法”载药是按改性矿物质土 十六烷基三甲基溴化铵水 =3g 200mg 0.05 0.5g IOOg的比例混合并超声分散，然后在电冰箱中冷冻成块， 置于冷冻干燥器中继续冷冻，抽真空干燥得到载药矿物质土。
6.利用海藻酸钠作为包覆剂与二价钙离子交联，壳聚糖与海藻酸钠通过静电相互作用形成聚合电解质复合物包覆载药矿物质土。①将一定量海藻酸钠溶解在缓慢加热蒸馏水中制得1% 4%(w/v)海藻酸钠水溶液 50ml，待其完全冷却后将3% (w/v)的载药矿物质土混合在海藻酸钠水溶液中，并强力搅拌使其成为均匀的混合液。②配制O.1 O. 4M的氯化钙水溶液100ml，分别加入2% (w/v)醋酸和O. 5% 1% (w/v)的壳聚糖,搅拌充分混合。③将步骤①中聚合物混合液用25mL皮下注射器在30cm高处逐滴滴入氯化钙壳聚糖混合溶液中并恒速搅拌。30min后将胶珠从胶凝剂中转移出来，过滤，用蒸馏水冲洗。在室温下干燥30min，最后转入烘箱内在40°C条件下干燥至恒重就得到了载药纳米复合胶珠。
7.如权利要求3所述，原料矿物质土可以为高岭土和蒙脱石，也可以为硅藻土和水滑石等具有层状结构的矿物土。
8.如权利要求4所述，所使用的蒙脱土也可以为钙基蒙脱土。
9.如权利要求4所述，与钠基蒙脱土改性的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)也可以为其它阳离子表面活性剂，如十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)、十四烷基三甲基溴化铵(TTAB)、 双十二烷基二甲基溴化铵(DDAB)等。
全文摘要
本发明涉及了一种球磨改性矿物质土，并通过共混改性制备载药纳米复合材料的方法。一种新型缓控释农药高负载率载体的制备方法。其特征在于它包含以下步骤1)以十六烷基三甲基溴化铵和含氢硅油作为改性剂分别对蒙脱土和高岭土球磨改性并将改性后的蒙脱土和高岭土按一定比例混合。2)用水溶解啶虫脒并超声分散，通过“负压-冷冻干燥法”将啶虫脒的悬浮液负载到改性矿物质土上。3)海藻酸钠溶液与载药矿物质土混合搅拌得到溶胶体系，并利用注射器滴入含有壳聚糖的氯化钙胶凝剂中，交联制得海藻酸盐/矿物质土/壳聚糖载药纳米复合小球。该体系利用了壳聚糖的成膜性和改性矿物质土的自身特性，既提高了材料的稳定性和载药率，又可调节药物的释放，同时也提高了其机械强度。本发明开发出的新型缓控释农药载体可减少淋溶、蒸发、降解等环境因素的影响，延长农药作用持效期，降低农业农药施用量。
文档编号A01N25/08GK103039442SQ20131001975
公开日2013年4月17日 申请日期2013年1月21日 优先权日2013年1月21日
发明者李嘉诚, 林强, 颜慧琼, 冯玉红, 胡文涛, 程春凤, 刘若林, 王春修 申请人:海南大学