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以来源丰富的废弃甘蔗渣为原料,经过液化、交联预聚、原位掺杂聚合制备农药缓释微球,研究其制备、结构及其缓释性能之间的关系,以及在实际农业生产中的应用,是一项利国利民、有着良好应用前景的研究课题。
本文以甘蔗渣为原料,经化学降解制得液化多元醇,在交联剂异氰酸酯和催化剂二丁基二月桂酸锡作用下,分别制备了聚氨酯块状凝胶和聚氨酯载药微球,通过研究液化条件、反应物配比等因素对材料结构的影响,并通过扫描电镜(SEM),热重分析(TDA),红外光谱(IR),X—射线衍射(XRD),孔结构分析,激光粒度分布等手段对材料的结构形态进行了表征,得出以下主要结论:
(1)甘蔗渣经过液化处理,在催化剂和交联剂作用下,可以制备得到具有一定孔结构的凝胶材料。当聚乙二醇与乙二醇的质量比为5:1,甘蔗渣/(聚乙二醇十乙二醇)的固液比为1:6时,能得到具有较好三维网络结构的凝胶材料。异氰酸酯作为凝胶形成的交联剂,对凝胶结构影响很大。当TDI(甲苯—二异氰酸酯)/液化多元醇=1:2~1:2.5之间时,形成的块状凝胶具有三维网络结构,并且以大孔和中孔结构为主。
(2)在聚氨酯微球的制备过程中,搅拌速度、农药掺杂量、交联剂TDI、催化剂二月桂酸二丁基锡以及分散剂十二烷基硫酸钠的用量对微球的形成有重要影响,当催化剂/多元醇=3%,十二烷基硫酸钠的质量分数为0.5%,交联剂TDI/多元醇=1.3~1.7时,形成的微球颗粒分布较均匀。搅拌速度影响颗粒的形态和粒径分布。搅拌速度在500~700r/min时,形成的微球粒径分布较集中,平均粒径在50~80um左右。农药的掺杂量影响微球的颜色和粒径分布。
(3)交联剂用量、甘蔗渣/液化助剂的固液比以及投药量等因素影响微球的包封率。当甘蔗渣用量较多时,微球的包封率较高。随着交联剂用量的增加,农药包封率呈减少的趋势,随着农药投入量的增加,包封率变化不显著。XRD表征结果表明,微球内的2,4—D以非晶形式存在,部分2,4—D可能与交联剂发生反应,以化学键合方式负载在微球中。本文制备得到的微球载药量在6.10%~29.67%,平均粒径在55μm~200μm,药物包封率在55.12%~85.57%的范围。
(4)本文制备的聚氨酯载药微球在水溶液释放的过程中,前7小时存在突释现象,释放曲线较符合Higuchi动力学方程,7小时后的释放过程符合零级动力学方程,主要取决于药物在微球内的扩散速度。以MDI(二苯基甲烷—4,4—二异氰酸酯)为交联剂所得微球的释药速率大于以TDI为交联剂所得微球的释药速率。温度对于本实验的药物释放影响不大。
(5)本文制备的聚氨酯载药微球具有较好的除草和抑制生长能力。