Page 27 - 《精细化工》2020年第5期
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第 5 期 申 越，等: 刺激响应型农药控释剂的研发与应用进展 ·877·
成环境污染，同时也导致严重的食品安全问题。造 1 刺激响应性聚合物
成农药的有效利用率低的原因有很多，常规农药制
剂脱靶流失及使用技术落后是主要因素之一 [1-3] 。因 1.1 温度响应性聚合物
此，通过使用新材料和新技术，构建新型高效农药 温度响应聚合物是能对外界温度变化作出有
载药系统，提高农药有效利用率和持效期，降低其 效响应的一类聚合物。当前，研究人员对这类智
在非靶标处的残留和累积，是目前亟待解决的问题。 能材料的开发集中于具有最低临界溶解温度（lower
中国农药剂型正日趋向水基化、无尘化和控制 critical solution temperature, LCST）的水溶性聚合
释放等高效、安全的方向转变，并严格限制有毒有 物。其特异性响应过程中会伴随显著的流体力学体
害溶剂和助剂的运用。其中，利用农药缓控释技术 积变化。例如，当环境温度超过 LCST 时，聚合物
对现有农药剂型进行改进，是降低农药流失、提高 在水体系中由溶解转变为不溶；当环境温度低于
农药利用率的有效措施。首先，农药缓控释剂是以 LCST 时，聚合物又可以重新溶解。由温度响应性
[4]
最为安全、有效、低成本的方法控制有害生物 ， 聚合物制成的水凝胶载体在高于 LCST 的环境中，
通过载体的包封，能够提高环境敏感型有效成分的 凝胶会从溶胀状态转为收缩状态，由此表现出显著
化学稳定性和生物活性。其次，缓控释技术可有效 的温度响应性 [16-17] 。目前，研究较多的具有 LCST
地延长相同剂量农药的持效期，有利于减少农药的 的聚合物主要是 N 取代的聚酰胺类、聚醚类以及寡
喷施次数和用量，显著降低农药的残留和环境污染。 聚乙二醇类。
再次，缓控释技术可减低农药的毒性和药害，提高 在 N 取代的聚酰胺类聚合物中，具有良好生物
[5]
对使用者和非靶标生物的安全性 。 相容性的聚 N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)的 LCST
智能材料通过感知周边环境的变化，如温度、 为 32 ℃，由于和人体温度比较接近，成为研究的热
pH 和光照等，从而引起其物理化学特性和功能状态 点 [18-22] 。PNIPAM 的相转变机理如图 2 所示。此外，
发生明显转变，并反馈出可被检测或可视的信号 [6-9] 。 聚 N-正丙基丙烯酰胺(PNNPAM)、聚 N-环丙基丙烯
借助这种特性转变能够开发多种功能材料。刺激响 酰胺 (PNCPAM) 和聚 N- 异丙基甲 基丙烯酰 胺
应聚合物（Stimuli-responsive polymer）属于一种智 (PNIPMAM)等的研究也较多。聚醚类聚合物中聚氧
能材料，是近期逐步发展起来的新型功能性聚合物 乙烯醚（PEO）、聚氧丙烯醚（PPO）和聚乙烯甲基
高分子材料 [10-12] 。刺激响应聚合物能够快速响应外 醚（PVME）的研究较多。其中，PPO 的相转变温
部环境带来的物理/化学刺激（如温度、pH、氧化还 度较宽，PVME 的 LCST 有两个不同值。寡聚乙二
原、光、磁场和酶等），引起聚合物在结构、物理和 醇类聚合物因生物相容性好且低毒，成为医药领域
化学性能上的变化 [13-15] ，基本的信号传输模式如图 的研究热点之一 [23-26] 。寡聚乙二醇类聚合物的链段
1 所示。具有特定结构的聚合物分子被外界环境刺 长度可设计，并且可以改性端基的组成和整体共聚
激后，分子结构发生转变，进而功能发生变化，将 物的结构，可以有效调控聚合物的 LCST，因此，
可被检测或可视化的理化参数有效反馈 [10] 。将刺激 具有更加广阔的应用前景 [27-29] 。
响应性聚合物应用于农药剂型加工领域，研发能对
环境刺激做出响应的新型农药控释剂，是农药制剂
开发的一个极具前景的研究方向。目前，国内外的
相关研究处于起步阶段，受到工艺和成本等诸多因
素制约，尚未实现规模化应用。本文综述了刺激响
应载体材料在农药控释领域的研发应用，旨在说明
此类功能材料在农药控释剂开发及应用中的有效性
和必要性。
图 2 PNIPAM 的相转变机理
Fig. 2 Mechanism of PNIPAM hydrophilic and hydrophobic
transition
1.2 光响应性聚合物
光能清洁环保，具有很多优异特性如远程可控性
图 1 刺激响应性聚合物的有效响应模式
Fig. 1 Effective response patterns of stimuli-responsive polymers 和瞬时性，因此，光响应聚合物受到广泛的关注 [30-32] 。
