一种抗冲刷的生物杀虫剂及其制备方法

1.本发明涉及生物农药领域，特别涉及一种抗冲刷的生物杀虫剂及其制备方法。


背景技术：

2.农药是重要的农业生产资料，广发应用于农林业生产活动中病、虫、害的防治，对保障农业生产安全、农产品质量安全和生态环境安全具有重要的作用。近年来，农药使用量逐年增加，虽然农药的使用在一定程度上保证了粮食产量和减少了经济损失，但与此同时，过高的农药使用量给人类生活带来了许多新的问题，例如农药残留超标、环境污染严重、生态平衡破坏等。
3.生物农药通过利用生物活体或其产生的纯天然的活性成分，达到了防治病虫害的目的，其并不会产生化学残留，环境污染的问题。植物源绿色农药是通过提取植物的根、茎、叶、花、果、种子等或利用其次生代谢产物制成的具抗虫抑菌作用的活性物质。与化学农药相比其具有环境兼容性好的优点，其可在自然界分解成无毒物质，不富集、无污染，对人畜安全，病虫不易产生抗药性，安全性高，选择性好，是未来农药的发展方向。
4.此外，农药的叶面持留能从另一反面解决环境污染的问题，农药在叶面持留时间越长，其发挥的作用越久，一方面，能减少施药次数，另一方面，增加农药持留时间，能避免其在未发挥效用时，就被雨水等冲入土中的情况，避免了土中的农药残留改善了环境。
5.基于上述两点，本发明提供了一种抗冲刷的生物杀虫剂及制备方法，可以有效的提升农药利用率，避免土地内农药残留的问题。


技术实现要素：

6.针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种抗冲刷的生物杀虫剂及其制备方法，其不仅能够提升杀虫剂在植物叶片的持留能力与抗雨水冲刷型，提升农药的利用率，而且解决了化学残留问题。
7.为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，本发明的第一目的是提供一种抗冲刷的生物杀虫剂，其为微球结构，包括：以植物源农药为杀虫有效物质的芯材；
8.将芯材包覆，以明胶及cmc为原料的壁材；
9.以及修饰于壁材表面的具有高叶面亲和力的聚合物，其为邻苯二酚改性的聚乙烯醇。
10.作为优选，植物源杀虫剂为印楝素、鱼藤酮、除虫菊素、辣椒素中的一种或多种。
11.作为优选，微球中芯材与壁材的质量比为1:0.5～3。
12.作为优选，明胶与cmc的质量比为7～11:1。
13.作为优选，聚合物与微球的质量比为1:20。
14.本发明的第二目的是提供一种上述的抗冲刷的生物杀虫剂的制备方法，包括以下步骤：
15.采用超临界流体萃取法提取植物中的植物源农药活性物质；
16.取一定量的明胶及cmc分别加入蒸馏水溶解形成明胶溶解液及cmc溶解液，将明胶溶解液及cmc溶解液混合形成混合液；
17.向混合液中加入萃取的植物源农药活性物质并反应形成第一乳化液；
18.通过调节ph至酸性并调节搅拌温度及速度使所述第一乳化液凝聚形成第二乳化液；
19.将第二乳化液调节ph至中性并假加入谷氨酰胺酶使其固化形成微球分散液；
20.将微球分散液经沉淀水洗后抽滤，之后冷冻干燥得到植物源微球。
21.将一定量的植物源微球、1
‑
乙基
‑
(3
‑
二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐、4
‑
二甲氨基吡啶加入到n,n
‑
二甲基甲酰胺与二甲基亚砜混合溶液中超声分散后，磁力搅拌，制得预修饰混合液；
22.将聚合物邻苯二酚改性的聚乙烯醇分散在n,n
‑
二甲基甲酰胺与二甲基亚砜混合溶液中，加热至完全溶解，冷却至室温；得到的溶液滴加至预修饰混合液中，常温磁力搅拌，而后升温至50℃继续反应一端时间；
23.将反应后的混合液降温至室温，采用乙醇、水分别离心并洗涤，冷冻干燥后得到抗冲刷的生物杀虫剂。
24.作为优选，邻苯二酚改性的聚乙烯醇采用如下所述的步骤制备：
25.a1:将pva
‑
210分散在二甲基亚酚中，持续磁力搅拌至固体完全溶解，冷却至室温；
26.a2:向步骤a1得到的溶液中加入3,4
‑
二羟基苯甲醛和对甲基苯磺酸，并在绝氧环境下磁力搅拌并反应；
27.a3：将步骤a2得到的溶液冷却至室温，并在磁力搅拌下缓慢加入丙酮中，减压抽滤分离得到淡棕色片状沉淀物；
28.a4：将步骤a3得到的沉淀物重新分散于二甲基亚砜中，持续磁力搅拌至完全溶解，冷却至室温后重复步骤a3的操作，至最终得到白色片状沉淀物；
29.a5:将步骤a4最终得到的白色片状沉淀物在氮气保护下，用二氯甲烷进行索氏提取，最终得到纤维状聚合物邻苯二酚改性的聚乙烯醇。
30.作为优选，抗冲刷的生物杀虫剂的制备方法包括以下具体步骤：
31.采用超临界流体萃取法提取植物中的植物源农药活性物质；
32.取一定量的明胶及cmc分别加入蒸馏水溶解形成明胶溶解液及cmc溶解液，将所述明胶溶解液及cmc溶解液混合形成混合液，其中混合液中明胶及cmc的质量浓度为0.5～2％；
33.向所述混合液中加入所述萃取的植物源农药活性物质并在组织搅拌机中以8000～12000r/min的转速乳化2～3min形成第一乳化液；
34.使用10％的乙酸溶液调节ph至4.5～5，并调节搅拌温度为35～50℃，搅拌速度为300～500r/min，使第一乳化液凝聚形成第二乳化液；
35.将第二乳化液用10％的氢氧化钠溶液调节ph至中性并假加入谷氨酰胺酶使其固化形成微球分散液，其中，加入的谷氨酰胺转氨酶在总反应体系中的质量百分比为0.5～1.5％，固化时需保持100～200r/min的搅拌速度，固化时间为4～5h；
36.将微球分散液经沉淀水洗后抽滤，之后冷冻干燥得到植物源微球。
37.将一定量的植物源微球、1
‑
乙基
‑
(3
‑
二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐、4
‑
二甲
氨基吡啶加入到60ml的n,n
‑
二甲基甲酰胺与二甲基亚砜混合溶液中超声分散后，磁力搅拌0.5h～1h，制得预修饰混合液；
38.将聚合物邻苯二酚改性的聚乙烯醇分散在10ml的n,n
‑
二甲基甲酰胺与二甲基亚砜混合溶液中，加热至90℃完全溶解，冷却至室温；得到的溶液滴加至预修饰混合液中，常温磁力搅拌24h，而后升温至50℃继续反应3h；
39.将反应后的混合液降温至室温，采用乙醇、水分别离心并洗涤两次，冷冻干燥后得到抗冲刷的生物杀虫剂。
40.作为优选，加入的一定量的植物源微球、1
‑
乙基
‑
(3
‑
二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐、4
‑
二甲氨基吡啶的质量分别为2g～3g，0.2g～0.4g，0.1g～0.2g；加入的邻苯二酚改性的聚乙烯醇的质量为0.1g～0.15g。
41.作为优选，n,n
‑
二甲基甲酰胺与二甲基亚砜混合溶液中n,n
‑
二甲基甲酰胺与二甲基亚砜的体积比为2:1。
42.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
43.本发明以植物源农药作为杀虫剂，与现有技术中的化学农药相比，其不存在化学残留，此外，本发明的杀虫剂为微球，能在一定程度上避免其被雨水冲刷入土地的问题，而且，该微球在微球表面修饰有具有高叶面亲和力的聚合物，能提升杀虫剂在植物叶面上的挂持能力，避免其被雨水冲刷。综上，该杀虫剂提升农药的利用率，降低土壤中的农药残留量。
具体实施方式
44.为了理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步说明。以下所述仅为本发明较好的实施例，仅仅用于描述本发明，不能理解为对本发明的范围的限制。应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
45.本发明提供的抗冲刷的生物杀虫剂通过如下所述的方法制备：
46.s1采用超临界流体萃取法提取植物中的植物源农药活性物质，其中，从植物中提取植物源农药具体的为从印楝种子中提取印楝素，从鱼藤根中提取鱼藤酮，从除虫菊花中提取除虫菊素，从辣椒中提取辣椒素。
47.本发明以超临界流体萃取法萃取植物中的植物源农药活性物质。超临界流体萃取法兼有精馏和液液萃取的某些特点，其以低温co2为萃取剂，有效地防止热敏性物质的氧化和逸散；此外，其能把高沸点、挥发度低、易热解的物质在其沸点温度以下萃取出来；而且，超临界流体萃取全过程中不用有机溶剂，因此萃取物绝无残留溶媒，同时也防止了提取过程中对人体的毒害和环境的污染。
48.s2:取一定量的明胶及cmc分别加入蒸馏水溶解形成明胶溶解液及cmc溶解液，将所述明胶溶解液及cmc溶解液混合形成混合液，其中混合液中明胶及cmc的质量浓度为0.5～2％；其中，混合时明胶与cmc的质量比为7～11:1。
49.s3:向混合液中加入萃取的植物源农药活性物质并在组织搅拌机中以8000～12000r/min的转速乳化2～3min形成第一乳化液，其中，明胶及cmc的质量总和与植物源农药活性物质的质量比为7～11:1。
50.s4:使用10％的乙酸溶液调节ph至4.5～5，并调节搅拌温度为35～50℃，搅拌速度为300～500r/min，使第一乳化液凝聚形成第二乳化液；
51.s5:将第二乳化液用10％的氢氧化钠溶液调节ph至中性并加入谷氨酰胺酶使其固化形成微球分散液，其中，加入的谷氨酰胺转氨酶在总反应体系中的质量百分比为0.5～1.5％，固化时需保持100～200r/min的搅拌速度，固化时间为4～5h；
52.s6:将微球分散液经沉淀水洗后抽滤，之后冷冻干燥得到植物源微球。
53.s7:将2g～3g的植物源微球、0.2g～0.3g 1
‑
乙基
‑
(3
‑
二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐、0.1g～0.2g 4
‑
二甲氨基吡啶加入到40ml的n,n
‑
二甲基甲酰胺与20ml二甲基亚砜混合溶液中超声分散后，磁力搅拌0.5h～1h，制得预修饰混合液；
54.s8:将0.1g～0.15g聚合物邻苯二酚改性的聚乙烯醇分散在6ml的n,n
‑
二甲基甲酰胺与4ml二甲基亚砜混合溶液中，加热至90℃完全溶解，冷却至室温；得到的溶液滴加至预修饰混合液中，常温磁力搅拌24h，而后升温至50℃继续反应3h；
55.s9:将反应后的混合液降温至室温，采用乙醇、水分别离心并洗涤两次，冷冻干燥后得到抗冲刷的生物杀虫剂。
56.在该方法中，聚合物邻苯二酚改性的聚乙烯醇采用如下所述的方法制备：
57.a1:将2.5g pva
‑
210分散在80ml二甲基亚酚中，在85℃下持续磁力搅拌至固体完全溶解，冷却至室温；
58.a2:向步骤a1得到的溶液中加入2.5g 3,4
‑
二羟基苯甲醛和对0.75g甲基苯磺酸，并在绝氧环境下85℃磁力搅拌并反应12h，绝氧环境通过通氮气排气15min来取出体系中的氧气。
59.a3：将步骤a2得到的溶液冷却至室温，并在磁力搅拌下缓慢加入400ml丙酮中，减压抽滤分离得到淡棕色片状沉淀物；
60.a4：将步骤a3得到的沉淀物重新分散于50ml二甲基亚砜中，在85℃下磁力搅拌至完全溶解，冷却至室温后重复步骤a3的操作，至最终得到白色片状沉淀物；
61.a5:将步骤a4最终得到的白色片状沉淀物在氮气保护下，用二氯甲烷进行索氏提取，纯化时间为48h，最终得到纤维状聚合物邻苯二酚改性的聚乙烯醇。
62.在本发明中利用植物源农药作为芯材，其具有良好的杀虫效果，如辣椒素对治理菜蚜及菜青虫方面具有优秀的治理效果，除虫菊素对多种昆虫如蚊、蝇、臭虫和蟑螂等有毒杀作用，印楝素对昆虫有拒食、忌避、调节生长及绝育等多重作用，鱼藤酮对菜粉蝶幼虫、小菜蛾和蚜虫均有优秀的杀虫效果。而且纯天然的植物源农药，具有无污染，无材料的优点。
63.此外，该杀虫剂的壁材选自明胶及cmc，其为天然材料，具有无污染，不会造成环境负担的优点。该杀虫剂具有微胶囊接结构，一方面，微胶囊结构的体积相比于普通植物源农药更大，一旦其留存于植物叶片上，其在叶片上的挂持能力要优于普通植物源农药，能够提升农药的利用效率，减少农药的施用次数，避免造成土壤中农药残留，降低土壤质量的问题。另一方面，微胶囊结构能够为有效杀虫物质提供一个保护环境，能够一定程度上避免阳光，雨水等对植物源农药性质的影响，保证了农药的杀虫效果。
64.最为重要的是，该发明微球杀虫剂表面修饰了具有高叶面亲和力的聚合物，其能够极大程度上提升杀虫剂在植物叶面上的持挂能力，抗冲刷能力；通过该种修饰方法，使杀虫剂能够留在叶片上，能够有效避免雨水对杀虫剂的影响，提升了杀虫剂的利用率，此外，
杀虫剂利用率的提升，能够减少施药次数，降低了人工成本和农药成本，长此以往，能够减小农药残留，避免了农药在流入土壤后对土壤性质的改变，保持土壤的原生态，最终实现环境保护的目的。
65.本文将在下述具体实施例中进行更详尽的描述，并通过具体实施例及对比例的除虫效果测试，对该抗冲刷的生物杀虫剂的优点进行阐述。
66.实施例1
67.s11：采用超临界流体萃取法提取印楝种子中的印楝素。
68.s12:将14g明胶溶于2800ml蒸馏水形成明胶溶液，2g cmc溶于400ml蒸馏水形成cmc溶液，将所述明胶溶解液及cmc溶解液混合形成混合液。
69.s13:向混合液中加入萃取的印楝素32g并在组织搅拌机中以8000r/min的转速乳化2min形成第一乳化液。
70.s14:使用10％的乙酸溶液调节ph至4.5，并调节搅拌温度为35℃，搅拌速度为300r/min，搅拌时间为40min，使第一乳化液凝聚形成第二乳化液；
71.s15:将第二乳化液用10％的氢氧化钠溶液调节ph至中性并加入谷氨酰胺酶使其固化形成微球分散液，其中，加入的谷氨酰胺转氨酶在总反应体系中的质量百分比为0.5％，固化时需保持100r/min的搅拌速度，固化时间为4h。
72.s16:将微球分散液经沉淀水洗后抽滤，之后冷冻干燥得到植物源微球。
73.s17:将2g的植物源微球、0.2g1
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乙基
‑
(3
‑
二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐、0.1g 4
‑
二甲氨基吡啶加入到40ml的n,n
‑
二甲基甲酰胺与20ml二甲基亚砜混合溶液中超声分散后，磁力搅拌0.5h，制得预修饰混合液。
74.s18:将0.1g聚合物邻苯二酚改性的聚乙烯醇分散在6ml的n,n
‑
二甲基甲酰胺与4ml二甲基亚砜混合溶液中，加热至90℃完全溶解，冷却至室温；得到的溶液滴加至预修饰混合液中，常温磁力搅拌24h，而后升温至50℃继续反应3h。其中，聚合物邻苯二酚改性的聚乙烯醇已在上述的具体实施方式中阐述。
75.s19:将反应后的混合液降温至室温，采用乙醇、水分别离心并洗涤两次，冷冻干燥后得到抗冲刷的生物杀虫剂。
76.实施例2
77.s21：采用超临界流体萃取法提取鱼藤根中的鱼藤酮。
78.s22:将20g明胶溶于2000ml蒸馏水形成明胶溶液，2g cmc溶于200ml蒸馏水形成cmc溶液，将所述明胶溶解液及cmc溶解液混合形成混合液。
79.s23:向混合液中加入萃取的鱼藤酮22g并在组织搅拌机中以10000r/min的转速乳化2.5min形成第一乳化液。
80.s24:使用10％的乙酸溶液调节ph至4.7，并调节搅拌温度为45℃，搅拌速度为400r/min，搅拌时间为40min，使第一乳化液凝聚形成第二乳化液；
81.s25:将第二乳化液用10％的氢氧化钠溶液调节ph至中性并加入谷氨酰胺酶使其固化形成微球分散液，其中，加入的谷氨酰胺转氨酶在总反应体系中的质量百分比为1％，固化时需保持150r/min的搅拌速度，固化时间为4.5h。
82.s26:将微球分散液经沉淀水洗后抽滤，之后冷冻干燥得到植物源微球。
83.s27:将2.5g的植物源微球、0.25g 1
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乙基
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(3
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二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸
盐、0.15g 4
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二甲氨基吡啶加入到40ml的n,n
‑
二甲基甲酰胺与20ml二甲基亚砜混合溶液中超声分散后，磁力搅拌0.75h，制得预修饰混合液；
84.s28:将0.13g聚合物邻苯二酚改性的聚乙烯醇分散在6ml的n,n
‑
二甲基甲酰胺与4ml二甲基亚砜混合溶液中，加热至90℃完全溶解，冷却至室温；得到的溶液滴加至预修饰混合液中，常温磁力搅拌24h，而后升温至50℃继续反应3h；其中，聚合物邻苯二酚改性的聚乙烯醇已在上述的具体实施方式中阐述。
85.s29:将反应后的混合液降温至室温，采用乙醇、水分别离心并洗涤两次，冷冻干燥后得到抗冲刷的生物杀虫剂。
86.实施例3
87.s31：采用超临界流体萃取法提取除虫菊花中的除虫菊素，辣椒中的辣椒素。
88.s32:将22g明胶溶于1100ml蒸馏水形成明胶溶液，2g cmc溶于100ml蒸馏水形成cmc溶液，将所述明胶溶解液及cmc溶解液混合形成混合液。
89.s33:向混合液中加入萃取的除虫菊素22g，辣椒素10g，并在组织搅拌机中以12000r/min的转速乳化3min形成第一乳化液。
90.s34:使用10％的乙酸溶液调节ph至5，并调节搅拌温度为50℃，搅拌速度为500r/min，搅拌时间为40min，使第一乳化液凝聚形成第二乳化液；
91.s35:将第二乳化液用10％的氢氧化钠溶液调节ph至中性并加入谷氨酰胺酶使其固化形成微球分散液，其中，加入的谷氨酰胺转氨酶在总反应体系中的质量百分比为1.5％，固化时需保持200r/min的搅拌速度，固化时间为5h。
92.s36:将微球分散液经沉淀水洗后抽滤，之后冷冻干燥得到植物源微球。
93.s37:将3g的植物源微球、0.3g 1
‑
乙基
‑
(3
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二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐、0.2g 4
‑
二甲氨基吡啶加入到40ml的n,n
‑
二甲基甲酰胺与20ml二甲基亚砜混合溶液中超声分散后，磁力搅拌1h，制得预修饰混合液；
94.s38:将0.15g聚合物邻苯二酚改性的聚乙烯醇分散在6ml的n,n
‑
二甲基甲酰胺与4ml二甲基亚砜混合溶液中，加热至90℃完全溶解，冷却至室温；得到的溶液滴加至预修饰混合液中，常温磁力搅拌24h，而后升温至50℃继续反应3h；其中，聚合物邻苯二酚改性的聚乙烯醇已在上述的具体实施方式中阐述。
95.s39:将反应后的混合液降温至室温，采用乙醇、水分别离心并洗涤两次，冷冻干燥后得到抗冲刷的生物杀虫剂。
96.杀虫驱虫效果测试：
97.通过在有病虫害的植物中施加一定量的杀虫剂来表征杀虫驱虫效果，本测试通过控制辣椒素的质量相等来确定施加的杀虫剂质量，测试了7天及30天时的死虫数，并在15天时，模拟雨水对植物进行一次冲刷。
98.死亡率(％)＝死虫数/总虫数
×
100％
99.对比例1为不施任何农药，对比例2为常规植物源农药辣椒素，其施加量与实施例中施加的辣椒素的质量相等，对比例3为不经表面修饰的植物源微球。
[0100][0101][0102]
通过对比实施例及对比例1，可以明显看到，该杀虫剂有较为优异的杀虫效果，其在七天的杀虫效率为50.63％，30天时的杀虫效率为81.4％，相比于空白对照组，分别提升了40.93％及71.7％。通过对比实施例及对比例2，可以发现，虽然在初期，该杀虫剂的杀虫效果与普通植物源杀虫剂的杀虫效果基本持平，但在后期，尤其是模拟雨天后，该杀虫剂依旧具有良好的杀虫效果，表明将杀虫剂制成微球，能在一定程度上提升杀虫剂的挂留能力，且微球结构，能达到缓释的目的，提升杀虫剂的持续效果。通过对比实施例与对比例3，在30天时的杀虫效果实施例要明显优于对比例，这也证明了在杀虫剂微球表面修饰具有高叶面亲和力的聚合物能有效的提升杀虫剂的挂留能力，提升了抗冲刷能力，综上本发明以植物源农药为杀虫物质核心，制备了微球结构的杀虫剂，之后在微球结构表面修饰具有高叶面亲和力的聚合物，解决了现有杀虫剂易被雨水冲刷，导致农药失效的问题，对解决农药残留，环境问题均有较高的效果。
[0103]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。