噻唑膦/膨胀珍珠岩缓释农药制备及性能研究

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为提高农药利用率,实现农业的可持续发展,国家“十四五”发展规划,要求着力于构建绿色低碳的现代农药生产体系。而发展缓释制剂,能够促进农药生产朝着清洁化、低碳化、循环化的方向发展。噻唑膦作为非熏蒸型杀线虫剂之一,在实际应用中具有较强的水解性,在土壤中易降解。因此,本论文以噻唑膦作为模型药物,进行缓释剂型的研究。基于不同作物,不同虫害,使用农药所需的持效期不同,论文以膨胀珍珠岩(EP)为载体、噻唑膦(FOS)为模型药物,分别制备了四种具有不同缓释性能的缓释农药。并对各载药颗粒的结构、形貌及性能进行了表征与分析,主要内容如下:(1)论文利用真空浸渍法制备FOS/EP缓释颗粒,为了解决噻唑膦从膨胀珍珠岩中泄露的问题,再以亚甲基多苯基多异氰酸酯(PM200)与改性大豆油(MSO)为原料制备了包膜用的膜材料(PM200-MSO)。将制得的膜材料对FOS/EP进行包膜制备了包膜型噻唑膦/膨胀珍珠岩体系(c FOS/EP)。结果显示,PM200-MSO(1:1)发生了反应生成了氨基甲酸酯,接触角为90.25°,具有疏水作用。c FOS/EP-1的载药量为365.98 mg/g,PM200-MSO膜能防止FOS从EP内溢出,并起到缓释作用。25℃条件下,c FOS/EP-1中FOS的200 h累积释放率为57.44%。(2)以硬脂酸(SA)为疏水基质,采用真空浸渍法制备了FOS-SA/EP缓释颗粒。通过FT-IR、TGA、XRD、DSC和SEM对FOS-SA/EP缓释颗粒的结构、形貌与性质进行了表征与分析,并研究了不同条件下的释放动力学。结果表明,FOS与SA通过物理作用固定在EP的孔隙。熔融FOS-SA混合物中SA用量(xSA)与FOS-SA/EP的载药量(ySA)成线性关系ySA=702.49-778.70xSA,R~2=0.9575;与24 h释放率(y’SA)也成线性关系为y’SA=27.74-29.0xSA,R~2=0.9533。在25℃、30℃和35℃时,200 h的累积释放率分别为33.38%、41.50%和51.17%,其释药行为均符合Korsmeryer-Pappas动力学模型,T50分别为743.06h、335.50 h、152.54 h。试验显示,FOS-SA/EP只适用于中性或偏酸性土壤。且当p H=5时,FOS的释放率大于p H=7,其200 h累积释放率分别为49.01%、30.12%。二种p H条件下,FOS-SA/EP的释放机制均属于Fickian扩散机理。(3)以棕榈酸(PA)为疏水基质,采用真空浸渍法制备了FOS-PA/EP缓释颗粒。结果表明,熔融FOS-PA混合物中PA用量(xPA)与FOS-PA/EP的载药量(yPA)、24 h释放率(y’PA)成线性关系,yPA=642.61-672.63xPA,R~2=0.9634;y’PA=25.47-25.71xPA,R~2=0.9539。200 h的累积释放率分别为30.88%、39.51%、43.44%,T50分别为811.89 h、484.12 h、331.59 h,释放速率比FOS-SA/EP慢得多。此外,FOS-PA/EP也表现出极强的酸敏感性,在酸性条件下的释药速度大于中性条件,但释放机制仍属于Fickian扩散机理。(4)以棕榈酸(PA)和氢化棕榈油(HPO)为二元疏水基质,采用真空浸渍法制备了FOS-PA-HPO/EP缓释颗粒。结果表明,FOS用量不变,PA-HPO的用量对EP的载药量影响不大。但改变PA与HPO二者间的比例,可得到具有不同缓释效果的载药体系,HPO用量大增加,释放速率加快。当FOS:PA:HPO比例分别为5:4.5:0.5、5:4:1、5:3:2时,FOS-PA-HPO/EP的200 h累积释放率分别为51.16%、79.92%、82.50%。并且,体系中PA与HPO比例的变化不会影响FOS的释药机制,仍遵循Fickian机理,且符合Korsmeyer-Peppas模型。论文以膨胀珍珠岩为载体,并基于废弃油脂的利用,通过改性油脂包膜以及脂肪酸类疏水基质的使用,制得了四种缓释农药,满足不同场景的使用需求。c FOS/EP-1、FOS-SA/EP-3、FOS-PA/EP-3这三种在25℃下200 h累积释放率分别为57.44%、33.38%和30.88%,持效期长且后二种比第一种更长,它们比较适用于生长周期长的果树类植物;FOS-PA-HPO/EP-2释放速率快,在25℃下200 h释放率为82.50%,较适合用于生长周期较短的蔬菜类作物或虫害爆发期。论文通过缓释噻唑膦颗粒的制备与性质分析,为解决农药在土壤中易降解,利用率低的问题,以及为促进废弃油脂高值化利用提供新的思路。
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