光与热作用下农药微胶囊缓释剂的稳定性及释放性能研究

杨桂芝

山东理工职业学院 鲁南煤化工研究院 山东省济宁市 272067

摘要：本研究以壳聚糖（CS）与聚乳酸类共聚物（CPLA）为材料，制备典型农药微胶囊制剂，系统考察其在模拟自然光照与升温条件下的囊壁结构完整性、有效成分保留率及释放动力学规律。结果表明，微胶囊壁材的化学键合结构可有效抵御光降解与热老化，在60℃热老化7d后有效成分保留率仍达82.3%，光照120h后保留率为76.5%；释放行为符合Ritger-Peppas模型，光热耦合作用下释放速率常数k值较常温避光条件提升41.2%，为农药微胶囊缓释剂的田间应用与剂型优化提供理论依据。

关键词：农药微胶囊；缓释剂；光稳定性；热稳定性

中国每年使用的农药约80％进入环境，同时也带来了污染、残毒及抗药性等问题，据估计杀虫剂的有效利用率仅为0.02％—3.00％，流失的农药在光与热作用下容易对环境造成一定危害，农药微胶囊缓释剂具备一定的稳定性以及释放性，能够被良好应用在农业中。

1.农药微胶囊缓释剂的制备与表征

1.1微胶囊制备与壁材选择

本研究以壳聚糖（CS）以及聚乳酸类共聚物（CPLA）作为壁材，运用界面聚合法开展农药微胶囊缓释剂制备工作。壳聚糖具备优良生物相容性且成膜性佳，其分子链含有的氨基、羟基能够形成氢键网络结构；CPLA属于可降解聚酯材料，拥有出色机械强度与耐候特性，将二者进行复合可协同增强微胶囊稳定性与控释性能。

1.2红外光谱表征

运用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）对壁材以及微胶囊结构展开表征工作。CS于2996 cm⁻¹处显现C-H伸缩振动峰，且在1755 cm⁻¹处对应酰胺Ⅰ带的C=O伸缩振动，此表明壳聚糖分子间存在氢键相互作用；CPLA于1750~1760 cm⁻¹区间呈现酯基C=O特征峰，该特征峰与CS的酰胺峰相互叠加，证实复合壁材具有化学键合结构^[1]。

2.光与热作用下微胶囊的稳定性评价

2.1稳定性评价方法

依次运用加速热老化试验（于60℃恒温箱中处理7天）以及模拟光照试验（利用氙灯模拟自然光，光照强度设定为300 W・m⁻²，处理时长120h）来测定微胶囊中有效成分保留率，对其稳定性展开评价。

其中，R为有效成分保留率（%），为处理后有效成分含量（mg・L⁻¹），为初始有效成分含量（mg・L⁻¹）。

2.2稳定性结果分析

表1 不同处理条件下微胶囊有效成分保留率

处理条件	处理时间	有效成分保留率（%）
常温避光（对照）	7d	95.26±1.34
60℃热老化	7d	82.32±2.17
模拟光照	120h	76.51±2.58
光热耦合（60℃+光照）	7d	68.74±3.20

由表格数据可知，在对照条件时有效成分保留率接近95%，此情况表明微胶囊自身具备良好稳定性；热老化处理以及光照处理均会致使保留率降低，尤其在光热耦合作用影响下保留率降至68.7%，这体现出二者存在协同降解效应。红外光谱检测结果呈现，光热处理后酯基与酰胺峰强度降低，对应着壁材链段出现断裂，引发有效成分出现泄漏情况。

3.光与热作用下微胶囊的释放性能研究

3.1释放试验设计

运用透析袋法开展释放试验，把微胶囊放置于pH 7.0磷酸盐缓冲液内，于常温避光、60℃热老化、模拟光照以及光热耦合等不同条件作用下，定期对释放液中有效成分浓度进行测定。

表2 培养基配制中不同有效成分浓度对应的药液体积

有效成分浓度 (ppm)	V药（ml）
15.0	0.0375
10.0	0.1875
5.0	0.3750
1.0	1.8750

由表格数据可知，当培养基中有效成分浓度逐渐降低时，所需添加药液体积明显增大态势,有效成分浓度与药液体积二者间存在显著负相关联系。

3.2释放动力学分析

采用Ritger-Peppas模型对释放数据进行拟合，模型公式为：

其中，为累计释放率，k为释放速率常数，n为释放机制指数。

表3 不同处理条件下的拟合结果

处理条件	k (h⁻ⁿ)	n	R2
常温避光	0.082	0.65	0.987
60℃热老化	0.115	0.68	0.982
模拟光照	0.123	0.67	0.985
光热耦合	0.116	0.70	0.979

试验结果呈现，于所有处理条件中n值处于0.45至0.89范围，意味着释放机制是Fickian扩散与骨架溶蚀协同作用的结果；经历光热处理后k值显著增大，在光热耦合条件作用下k值相较于对照提升41.2%，由此表明光与热能够促使壁材降解，加快有效成分扩散速度，推动释放速率提升^[2]。

4.微胶囊稳定性与释放性能的关联机制

在光与热的共同影响下，微胶囊稳定性与释放性能呈现出显著关联特性：其一，光辐射会诱发壁材高分子链发生光氧化降解现象，致使酯键与酰胺键断裂，进而破坏壁材结构完整性，引发有效成分提前释放；其二，高温能够加速分子链运动进程，推动壁材溶胀以及链段松弛，并且增强有效成分扩散驱动力，从而进一步提升释放速率。红外光谱中特征峰强度变化与释放速率常数k呈负相关关系，即特征峰强度下降幅度越明显，k值越大，这表明壁材结构降解是促使释放速率提升的关键因素^[3]。

结语

本研究厘清了CS/CPLA复合壁材农药微胶囊在光热作用下的稳定性与释放性能规律，验证了复合壁材化学键合结构能有效抗光热降解。尽管光热耦合作用会降低有效成分保留率并加快释放速率，不过其仍可维持良好的控释特性。研究揭示了壁材降解与释放性能之间的关联机制，为农药微胶囊剂型优化提供了重要理论依据。

参考文献：

[1]王伟栋,陈龙,李颖,周新华,左继浩.农药微胶囊的制备方法及缓控释性能调控的研究进展[J].仲恺农业工程学院学报,1-17.

[2]李淼,杨佳乐,陈景,张文兵,李颖,韩国栋,谭瑶.基于离子液体的氯虫苯甲酰胺多孔中空二氧化硅缓释剂研发及对沙葱萤叶甲的生物活性[J].农药学学报,2025,27(01):58-68.

[3]相会明,刁红亮,李先伟,赵志国,李拥虎,马瑞燕.交配干扰缓释剂研究及应用进展[J].应用昆虫学报,2023,60(02):524-533.

姓名:杨桂芝，出生：1980年1月26日，性别：女，民族：汉，籍贯：山东兖州，学历：本科，职称：副教授，研究方向：化学工程，工作单位：山东理工职业学院。

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