改性聚乳酸生物基质囊壁材料及其制备双分子结构缓释灭藻微胶囊的方法与流程

本发明涉及灭藻材料领域，具体涉及一种改性聚乳酸生物基质囊壁材料及其制备双分子结构缓释灭藻微胶囊的方法。

背景技术：

香榧是浙江省特色林产业，近10年发展成为林农增收致富最紧密的产业，在经济林中具有重要战略地位，对浙江经济社会发展具有独特作用。近年来，香榧病害爆发频率逐年提高、范围不断扩大、经济损失不断增加，病害已经成为制约香榧产业健康发展的主要瓶颈，而香榧绿藻在初产林中的危害最为严重，迫切需要积极开展香榧重大病害防控关键技术研究，全面提升香榧产区重大病害治理技术水平，为香榧产业的可持续发展提供科技保障。

现今，香榧绿藻主要应用石硫合剂进行防治，石硫合剂带来的硫残余、短效突释、生态环境污染等问题使其在使用中饱受病垢。而杀藻效率高的两类化学杀藻剂：氧化型杀藻剂和絮凝型杀藻剂目前应用有限。氧化型杀藻产品能够氧化微生物体内与新陈代谢密切相关的酶类，导致微生物代谢紊乱以致死亡。然而这类杀藻剂含带的卤代物卤化水体有机物，产生致癌物，威胁人类健康。絮凝型杀藻剂多为重金属盐溶液，一方面通过金属离子抑制藻类的正常代谢干扰藻类的生长，另一方面则通过金属离子的絮凝作用沉降藻类而达到除藻目的，但带来严重的重金属污染。因此，迫切需要创新香榧绿藻病害防治技术，改进目前高效香榧绿藻灭藻剂形成绿色新剂型，或筛选高效、低毒化合物并研制环境友好安全的新型环保生物基杀藻剂显得十分必要。

技术实现要素：

为解决了目前亟需解决的针对化学农药治理香榧绿藻病利用率低、有效期短、污染环境等问题，本发明提出一种改性聚乳酸生物基质囊壁材料及其制备双分子结构缓释灭藻微胶囊的方法，具有高效、低残留特性，对于延长灭藻作用持效期、降低高毒灭藻剂施用量，以及农药高效利用和环境保护具有十分重要的意义。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种改性聚乳酸生物基质囊壁材料由以下步骤制成：

(a)称取聚乳酸，加入三口烧瓶中，再加入甲苯溶解后放入恒温水浴锅中，加热到90～100℃后加入马来酸酐和引发剂，在90～100℃恒温搅拌下反应，搅拌速率为180～220r/min，反应2～3h后用甲醇进行沉淀，并用甲醇反复洗涤去除剩余马来酸酐后烘干后得到马来酸酐接枝改性聚乳酸；

作为优选，聚乳酸、马来酸酐的质量比为1∶0.33～10.2。

甲苯作为溶剂，使用量为使溶质充分溶解的量，作为优选，聚乳酸、甲苯的质量比为1∶5.2～17.2。

作为优选，聚乳酸与引发剂的质量比为80～100∶1，所述的引发剂为2，5-二甲基-2，5-二叔丁基-过氧基-己烷。

(b)在装有搅拌器和温度计的三颈烧瓶中加入含有乙二胺的四氢呋喃溶液，另将马来酸酐接枝改性聚乳酸溶解于四氢呋喃中，搅拌下滴入乙二胺的四氢呋喃溶液中，控制反应体系温度≤20℃，滴加完毕，保温10～15分钟后，再将温度升至20～30℃反应0.5～1h，将反应产物搅拌溶于四氢呋喃后，再滴入蒸馏水中，收集表面的膜，用蒸馏水洗涤，重复洗涤直至洗液ph＝7～9为止；将收集的膜在20～30℃下干燥90～100h，得到改性聚乳酸生物基质囊壁材料。

作为优选，马来酸酐接枝改性聚乳酸与乙二胺的质量比为1∶2～2.5。

四氢呋喃作为溶剂，使用量为使溶质充分溶解的量，作为优选，乙二胺的与四氢呋喃的体积比为1∶10～1∶12。

反应结构式如下所示：

利用改性聚乳酸生物基质囊壁材料制备双分子结构缓释灭藻微胶囊的方法为以下步骤：

(1)制备肉桂醛基灭藻化合物

(1.1)对甲氧基肉桂醛的制备：以四氢呋喃作为溶剂，加入对甲氧基苯甲醛与乙酸乙烯酯，再加入氢氧化钡，30～45℃搅拌1.5～2.5h后过滤混合物，用有机溶剂萃取分离出滤液中的有机层，采用旋转蒸发仪除去有机溶剂得到固体，30～50℃干燥10～12h后得到黄色的对甲氧基肉桂醛；

作为优选，对甲氧基苯甲醛、乙酸乙烯脂、氢氧化钡的体积质量比为1ml∶0.5～1.3ml∶0.15～0.45g。

作为优选，有机溶剂选自氯仿。

反应方程式如下所示：

(1.2)2-氨基苯并咪唑的制备：将邻苯二胺与盐酸在85～95℃加入反应容器中(反应容器用油浴锅加热)，然后以5～7滴/min滴加氨基氰溶液至反应体系中，反应0.6～1.2h后再加入氢氧化钠溶液，继续反应0.6～1.2h，将反应得到的产物进行抽滤，使用去离子水洗涤所得固体，50～65℃干燥10.5～13h后得到淡褐色的2-氨基苯并咪唑；

作为优选，盐酸与邻苯二胺的摩尔比为1.1～1.3∶1，氨基氰与邻苯二胺的摩尔比为1.1～1.2∶1，氢氧化钠与邻苯二胺的摩尔比为1.1～1.3∶1。

上述盐酸的质量分数为20％～35％，氨基氰溶液的质量分数为45％～50％，氢氧化钠溶液的质量分数30％～50％。

反应方程式如下：

(1.3)肉桂醛基灭藻化合物制备：将(1.1)制得的对甲氧基肉桂醛与(1.2)制得的2-氨基苯并咪唑溶解于甲醇中，55～75℃搅拌反应0.6～1.2h后，将混合溶液进行冰浴，冷却至0～6℃，析出黄色的固体，将溶液中析出的固体过滤，35～40℃干燥10～12h后得到n-2-(4-甲氧环己基-2，4-二烯亚基)亚乙基)-1-h-苯甲基咪唑-2-胺，即肉桂醛基灭藻化合物；

作为优选，对甲氧基肉桂醛与2-氨基苯并咪唑的摩尔比为1∶1.1～1.2；

作为优选，上述干燥方法为真空干燥。

反应方程式如下：

所制备合成的肉桂醛基灭藻化合物在碱性植物细胞液条件下可分解成具有灭藻杀菌的效果两单体物质，从而达到预期防治香榧绿藻的效果。

(2)双分子结构缓释灭藻微胶囊的制备

将肉桂醛基灭藻剂加入改性聚乳酸生物基质囊壁材料/二氯甲烷溶液中，20～25℃下匀质器搅拌10～20s，形成乳白色w/o微球；200～300r·min^-1磁力搅拌18～20h，以蒸发掉微球中的有机溶剂(二氯甲烷)，然后10000r·min^-1离心10min，沉淀微球；用蒸馏水洗若干次，最后离心收集产物，冷冻干燥，封瓶，0～8℃下保存，得到双分子结构缓释灭藻微胶囊，反应示意图如图5所示。

作为优选，改性聚乳酸生物基质囊壁材料、肉桂醛基灭藻剂的质量比为0.7～1.0∶1。

二氯甲烷作为有机溶剂，起到溶剂的作用，使用量为使溶质溶解的量。

本发明以聚乳酸为原料，逐步接枝改性为双亲性分子(empla)，制备新型生物基分子胶囊壁材；基于肉桂醛、2-氨基苯并咪唑为具有广泛杀菌灭藻功能的药剂基础，两步法合成2-氨基苯并咪唑新型智能型肉桂醛基灭藻化合物；以合成的新型生物基分子材料为壁材，合成的肉桂醛基灭藻化合物为囊芯，采用乳化法制得新型缓释灭藻微胶囊。新型缓释灭藻微胶囊期可解决当前香榧绿藻灭藻难题，促进香榧产业健康发展，为香榧重大病害防治的深入研究奠定基础。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：绿色环保型缓释灭藻剂纳米胶囊结合了物理方法灭藻、化学药剂灭藻、智能材料缓释功效等诸多优点，是环保杀藻剂和高效、低残留的抗菌农药新剂型，对于延长灭藻作用持效期、降低高毒灭藻剂施用量，以及农药高效利用和环境保护具有十分重要的意义。

附图说明

图1为实施例1中改性聚乳酸生物基质材料氢谱图；

图2为实施例1中肉桂醛基灭藻化合物的核磁氢谱图；

图3为实施例1中改性聚乳酸生物基质材料氢谱图的红外谱图；

图4为实施例1中肉桂醛基灭藻化合物的红外谱图；

图5为双分子结构缓释灭藻微胶囊反应示意图。

具体实施方式

下面通过附图与具体实施方式对本发明作进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而不是在对本发明的进一步限定，实施例中所用原料均可市购或采用常规方法制备。

实施例1：生物质基分子胶囊囊壁材料的制备

首先，称取15g聚乳酸，加入带有搅拌器的三口烧瓶中，再加入100ml甲苯溶解后放入恒温水浴锅中，加热到95℃后加入5g马来酸酐和0.15g引发剂(2，5-二甲基-2，5-二叔丁基-过氧基-己烷)，在95℃恒温搅拌下反应2.5h后，用甲醇进行沉淀，并用甲醇反复洗涤去除剩余马来酸酐后烘干得到马来酸酐接枝改性聚乳酸(mpla)。然后在装有搅拌器和温度计的三颈烧瓶中加入5ml含有9g乙二胺的thf溶液；将4.5gmpla完全溶解于50mlthf溶液中，搅拌下滴入三颈烧瓶中，控制反应体系温度19℃。滴加完毕，保温十分钟后，再将温度升至25℃反应30分钟，将反应产物搅拌溶于四氢呋喃后，再滴入过量的蒸馏水中，收集表面的膜，用蒸馏水洗涤，重复上述操作直至洗液ph＝8；将沉淀物在25℃下真空干燥96h，得到改性聚乳酸生物基质材料，作为胶囊壁材。

制备例1：微胶囊缓释灭藻剂的制备

(1)肉桂醛基灭藻化合物的制备

(1.1)对甲氧基肉桂醛的制备：以50ml四氢呋喃作为溶剂，加入1ml对甲氧基苯甲醛与0.5ml乙酸乙烯酯，再加入0.2g氢氧化钡，40℃搅拌2.0h后过滤混合物，用有机溶剂氯仿萃取分离出滤液中的有机层，采用旋转蒸发仪除去有机溶剂得到固体，40℃干燥10h后得到黄色的对甲氧基肉桂醛。

(1.2)2-氨基苯并咪唑的制备：将1mol邻苯二胺与1.2mol，质量浓度20％盐酸在90℃加入反应容器中(反应容器用油浴锅加热)，然后以7滴/min滴加1.1mol，质量浓度45％氨基氰溶液至反应体系中，反应0.7h后再加入1.1mol，质量浓度30％氢氧化钠溶液，继续反应0.7h，将反应得到的产物进行抽滤，使用去离子水洗涤所得固体，60℃真空干燥12h后得到淡褐色的2-氨基苯并咪唑。

(1.3)肉桂醛基灭藻化合物制备：将上述制得的1mol对甲氧基肉桂醛与1.1mol2-氨基苯并咪唑溶解于甲醇中，65℃搅拌反应0.8h后，将混合溶液进行冰浴，冷却至0℃，析出黄色的固体，将溶液中析出的固体过滤，38℃干燥10h后得到肉桂醛基灭藻化合物(n-2-(4-甲氧环己基-2，4-二烯亚基)亚乙基)-1-h-苯甲基咪唑-2-胺)。

(2)微胶囊缓释灭藻剂的制备

将1g肉桂醛基灭藻剂加入改性聚乳酸生物基质囊壁材料(0.8g)/二氯甲烷(8ml)溶液中，25℃下匀质器搅拌20s，形成乳白色w/o微球；300r·min^-1磁力搅拌20h，以蒸发掉微球中的二氯甲烷，然后10000r·min^-1离心10min，沉淀微球；用蒸馏水洗3次，最后离心收集产物，冷冻干燥，封瓶，8℃下保存，得到双分子结构缓释灭藻微胶囊。

实施例2：生物质基分子胶囊囊壁材料的制备

首先，称取20g聚乳酸，加入带有搅拌器的三口烧瓶中，再加入120ml甲苯溶解后放入恒温水浴锅中，加热到100℃后加入8g马来酸酐和0.2g引发剂(2，5-二甲基-2，5-二叔丁基-过氧基-己烷)，在100℃搅拌下反应2h后用甲醇进行沉淀，并用甲醇反复洗涤去除剩余马来酸酐后烘干，得到马来酸酐接枝改性聚乳酸(mpla)。然后在装有搅拌器和温度计的三颈烧瓶中加入含有10g乙二胺的5mlthf溶液；将4gmpla完全溶解于70mlthf溶液中，搅拌下滴入三颈烧瓶中，控制反应体系温度18℃。滴加完毕，保温15分钟后，再将温度升至室温(20℃)反应60分钟，将反应产物搅拌溶于四氢呋喃后，再滴入过量蒸馏水中，，收集表面的膜，用蒸馏水洗涤，重复上述操作直至洗液呈中性ph＝7；将沉淀物在室温下(20℃)真空干燥96h，得到改性聚乳酸生物基质材料，作为胶囊壁材。

制备例2：微胶囊缓释灭藻剂的制备

(1)肉桂醛基灭藻化合物的制备

(1.1)对甲氧基肉桂醛的制备：以50ml四氢呋喃作为溶剂，加入1ml对甲氧基苯甲醛与1ml乙酸乙烯酯，再加入0.3g氢氧化钡，45℃搅拌1.5h后过滤混合物，用有机溶剂氯仿萃取分离出滤液中的有机层，采用旋转蒸发仪除去有机溶剂得到固体，50℃干燥12h后得到黄色的对甲氧基肉桂醛。

(1.2)2-氨基苯并咪唑的制备：将1mol邻苯二胺与1.1mol，质量浓度为25％盐酸在90℃加入反应容器中(反应容器用油浴锅加热)，然后以6滴/min滴加1.2mol，质量浓度为50％氨基氰溶液至反应体系中，反应0.7h后再加入1.2mol，质量浓度为40％氢氧化钠溶液，继续反应0.7h，将反应得到的产物进行抽滤，使用去离子水洗涤所得固体，65℃干燥11h后得到淡褐色的2-氨基苯并咪唑。

(1.3)肉桂醛基灭藻化合物制备：将上述制得的1mol对甲氧基肉桂醛与1.2mol2-氨基苯并咪唑溶解于甲醇中，70℃搅拌反应1h后，将混合溶液进行冰浴，冷却至3℃，析出黄色的固体，将溶液中析出的固体过滤，35℃干燥12h后得到肉桂醛基灭藻化合物(n-2-(4-甲氧环己基-2，4-二烯亚基)亚乙基)-1-h-苯甲基咪唑-2-胺)。

(2)微胶囊缓释灭藻剂的制备

将1g肉桂醛基灭藻剂加入改性聚乳酸生物基质囊壁材料(1g)/二氯甲烷(10ml)溶液中，20℃下匀质器搅拌20s，形成乳白色w/o微球；300r·min^-1磁力搅拌18h，以蒸发掉微球中的二氯甲烷，然后10000r·min^-1离心10min，沉淀微球；用蒸馏水洗4次，最后离心收集产物，冷冻干燥，封瓶，0℃下保存，得到双分子结构缓释灭藻微胶囊。

实施例3：生物质基分子材料的制备

首先，称取15g聚乳酸，加入带有搅拌器的三口烧瓶中，再加入90ml甲苯溶解后放入恒温水浴锅中，加热到90℃后加入5g马来酸酐和0.17g引发剂(2，5-二甲基-2，5-二叔丁基-过氧基-己烷)，在恒温90℃搅拌下反应3h。反应完成后的溶液用甲醇进行沉淀，并用甲醇反复洗涤去除剩余马来酸酐后烘干，得到马来酸酐接枝改性聚乳酸(mpla)。然后在装有搅拌器和温度计的三颈烧瓶中加入含9g乙二胺的5mlthf溶液；将3.75gmpla完全溶解于60mlthf溶液中，搅拌下滴入三颈烧瓶中，控制反应体系温度17℃。滴加完毕，保温15分钟后，再将温度升至室温(23℃)反应30分钟。将反应产物搅拌溶于四氢呋喃后，再滴入过量的蒸馏水中，收集表面的膜，用蒸馏水洗涤。重复上述操作直至洗液呈弱碱性ph＝9；将沉淀物在室温(23℃)下真空干燥100h，得到改性聚乳酸生物基质材料，作为胶囊壁材。

制备例3：微胶囊缓释灭藻剂的制备

(1)肉桂醛基灭藻化合物的制备

(1.1)对甲氧基肉桂醛的制备：以50ml四氢呋喃作为溶剂，加入1ml对甲氧基苯甲醛与0.8ml乙酸乙烯酯，再加入0.35g氢氧化钡，30℃搅拌2.0h后过滤混合物，用有机溶剂氯仿萃取分离出滤液中的有机层，采用旋转蒸发仪除去有机溶剂得到固体，30℃干燥11h后得到黄色的对甲氧基肉桂醛。

(1.2)2-氨基苯并咪唑的制备：将1mol邻苯二胺与1.3mol，质量浓度为30％盐酸在95℃加入反应容器中(反应容器用油浴锅加热)，然后以5滴/min滴加1.2mol，质量浓度为45％氨基氰溶液至反应体系中，反应1.2h后再加入1.3mol，质量浓度为35％氢氧化钠溶液，继续反应1.2h，将反应得到的产物进行抽滤，使用去离子水洗涤所得固体，50℃干燥13h后得到淡褐色的2-氨基苯并咪唑。

(1.3)肉桂醛基灭藻化合物制备：将上述制得的1mol对甲氧基肉桂醛与1.2mol2-氨基苯并咪唑溶解于甲醇中，75℃搅拌反应1.2h后，将混合溶液进行冰浴，冷却至6℃，析出黄色的固体，将溶液中析出的固体过滤，40℃干燥11h后得到肉桂醛基灭藻化合物(n-2-(4-甲氧环己基-2，4-二烯亚基)亚乙基)-1-h-苯甲基咪唑-2-胺)。

(2)微胶囊缓释灭藻剂的制备

将1g肉桂醛基灭藻剂加入改性聚乳酸生物基质囊壁材料(0.9g)/二氯甲烷(9ml)溶液中，25℃下匀质器搅拌15s，形成乳白色w/o微球；250r·min^-1磁力搅拌20h，以蒸发掉微球中的二氯甲烷，然后10000r·min^-1离心10min，沉淀微球；用蒸馏水洗若干次，最后离心收集产物，冷冻干燥，封瓶，5℃下保存，得到双分子结构缓释灭藻微胶囊。

测试例1

采用核磁共振波谱仪对制得的化合物进行测试。取少量化合物加入核磁管中，加入氘代氯仿溶解试样，对试样进行核磁共振氢谱测试。实施例1中改性聚乳酸生物基质囊壁材料的核磁氢谱图如图1所示，实施例1中肉桂醛基灭藻化合物的核磁氢谱图如图2所示。

采用红外光谱仪对制得的化合物进行测试。取少量化合物粉末与溴化钾混匀，研磨，压片，在0～4000cm-1范围内测其红外光谱。实施例1中改性聚乳酸生物基质囊壁材料的红外谱图如图3所示，实施例1中肉桂醛基灭藻化合物的红外谱图如图4所示。

测试例2

采用生长速率法测定香榧绿藻对药剂的敏感性。选择常生长于香榧上的绿藻，在培养皿中加入适合绿藻生长的培养基，并加入制备例制备的缓释灭藻微胶囊，在相同并适宜的条件下培养，观察绿藻在培养皿中的生长情况，微胶囊缓释灭藻剂浓度根据所得包载率(ee)计算，抑制率计算方法如下：

根据以上公式计算的制备例1、制备例2缓释灭藻微胶囊的抑制率分别为85.7％、84.2％，说明纳米胶囊对香榧绿藻病具有较好的毒力。

测试例3

实际防治初步效果：田间试验在浙江省香榧主产区进行。取香榧树势、土壤类型、生长体系具有典型性的地块为试验点，设3个处理，分别为制备例3制备的缓释灭藻微胶囊(k1组)、98％肉桂醛基灭藻化合物(b1组)、清水空白对照(ck组)。各处理小区随机排列，每处理小区为3株香榧树，3次重复，周围设保护行。香榧绿藻处理初期施药，采用病患树叶喷雾施药法(药液质量浓度为12.05mg·l^-1)。调查方法：施药当天调查初始病情，之后第4、7天调查病情，记录树叶绿藻覆盖数目和级别，采用下式计算病情指数和防治效果。测试效果见表1。

表1不同灭藻剂对山核桃干腐病的田间防效

在田间防效试验中，缓释灭藻微胶囊对香榧绿藻的治理表现出一定的防效，具有长期防治效果，主要是由于灭藻胶囊缓慢释放的肉桂醛基灭藻化合物对绿藻具有灭藻的效果，同时由于微胶囊中的药物缓慢释放，可增加药物的持效性。