Композиция дибромомалонамида и её применение в качестве биоцида

Композиция дибромомалонамида и её применение в качестве биоцида

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Перекрестные ссылки на родственные заявки

Эта заявка претендует на приоритет предварительной заявки US 61/246190, поданной 28 сентября 2009, которая включена в качестве ссылки во всей ее полноте.

Область изобретения

Изобретение относится к биоцидным композициям и способам их применения для борьбы с микроорганизмами в водных и водосодержащих системах. Композиции включают 2,2-дибромомалонамид и биоцидное соединение на фенольной основе.

Предпосылки создания изобретения

Водные системы обеспечивают плодородную почву для размножения водорослей, бактерий, вирусов и грибков, некоторые из которых могут быть патогенными. Бактериальное заражение может создать множество проблем, включающих эстетическую непривлекательность, такую как слизистая зеленая вода, серьезные риски для здоровья, такие как грибковые, бактериальные или вирусные инфекции, и механические проблемы, включающие забивку, коррозию оборудования, и снижение теплопередачи.

Для дезинфекции и подавления роста микроорганизмов в водных и водосодержащих системах обычно используют биоциды. Однако не все биоциды являются эффективными против широкого диапазона микроорганизмов и/или температур, а некоторые являются несовместимыми с другими добавками для химической обработки.

Кроме того, некоторые биоциды не обеспечивают подавление микробов в течение достаточно длительных периодов времени.

Хотя некоторые из этих недостатков могут быть преодолены путем использования больших количеств биоцида, этот вариант создает свои собственные проблемы, включающие увеличенные затраты, увеличенное количество отходов и повышенную вероятность того, что биоцид вредит желаемым свойствам обрабатываемой среды. Кроме того, даже при использовании увеличенных количеств биоцида многие промышленные биоцидные соединения не могут обеспечить эффективное подавление вследствие слабой активности против определенных типов микроорганизмов или резистентности микроорганизмов к этим соединениям.

Было бы значительным успехом в данной области предложить биоцидные композиции для обработки водных систем, которые дали бы одно или несколько из следующих преимуществ: повышенную эффективность при более низких концентрациях, совместимость с физическими условиями и другими добавками в обрабатываемой среде, эффективность против широкого спектра микроорганизмов и/или способность обеспечить и краткосрочное, и долгосрочное подавление микроорганизмов.

Сущность изобретения

В одном аспекте изобретение предлагает биоцидную композицию. Композиция используется для борьбы с микроорганизмами в водных или водосодержащих системах. Композиция включает 2,2-дибромомалонамид и орто-фенилфенолят натрия (ОФФН).

Во втором аспекте изобретение предлагает способ борьбы с микроорганизмами в водных или водосодержащих системах. Способ включает обработку системы эффективным количеством описанной здесь биоцидной композиции.

Подробное описание изобретения

Как отмечено выше, изобретение предлагает биоцидную композицию и способы ее применения для борьбы с микроорганизмами. Композиция включает 2,2-дибромомалонамид и орто-фенилфенолят натрия (ОФФН). Было неожиданно обнаружено, что комбинации 2,2-дибромомалонамида и орто-фенилфенолята натрия, которые описаны здесь, в определенных массовых соотношениях являются синергетическими при использовании для борьбы с микроорганизмами в водных или водосодержащих средах. То есть, комбинированные материалы приводят в результате к улучшенным биоцидным свойствам, чем те, которых можно было бы иначе ожидать, исходя из их индивидуальных характеристик. Синергия позволяет использовать уменьшенные количества материалов для того, чтобы достичь желаемой биоцидной характеристики, уменьшая таким образом проблемы, вызываемые ростом микроорганизмов в промышленных технологических водах, в то же время потенциально уменьшая воздействие на окружающую среду и материальные затраты.

Для целей настоящего описания значение термина “микроорганизм“ включает, но не ограничивается этим, бактерии, грибки, водоросли и вирусы. Слова “борьба“ и “подавление” должны быть широко истолкованы так, чтобы включать в свое значение, не будучи ограничены этим, торможение роста или размножения микроорганизмов, уничтожение микроорганизмов, дезинфекцию и/или консервацию. В некоторых предпочтительных осуществлениях “борьба“ и “подавление” означают торможение роста или размножения микроорганизмов.

Термин “2,2-дибромомалонамид“ относится к соединению, представленному следующей химической формулой:

2,2-Дибромомалонамид и орто-фенилфенолят натрия по изобретению доступны в продаже и/или могут быть легко получены специалистами с использованием хорошо известных методов.

В некоторых осуществлениях изобретения массовое отношение 2,2-дибромомалонамида к орто-фенилфеноляту натрия находится между примерно 100:1 и примерно 1:100.

В некоторых осуществлениях массовое отношение 2,2-дибромомалонамида к орто-фенилфеноляту натрия находится между примерно 50:1 и примерно 1:50.

В некоторых осуществлениях массовое отношение 2,2-дибромомалонамида к орто-фенилфеноляту натрия находится между примерно 10:1 и примерно 1:30.

В некоторых осуществлениях изобретения массовое отношение 2,2-дибромомалонамида к орто-фенилфеноляту натрия находится между примерно 1:1 и примерно 1:20.

В некоторых осуществлениях массовое отношение 2,2-дибромомалонамида к орто-фенилфеноляту натрия находится между примерно 1:1,25 и примерно 1:20.

Композиции по изобретению используются для борьбы с микроорганизмами в различных водных и водосодержащих системах. Примеры таких систем включают, но не ограничиваются этим, краски и покрытия, водные эмульсии, латексы, клеи, чернила, дисперсии пигмента, бытовые и промышленные обезжириватели, моющие средства, средства для мытья посуды, минеральные взвеси, полимерные эмульсии, замазки и уплотнители, соединения для лент для заделки швов, дезинфектанты, дезинфицирующие средства, жидкости для металлообработки, строительные продукты, продукты личной гигиены, рабочие жидкости текстильного производства, такие как замасливатели, технологические воды производства (например, вода нефтепромыслов, вода целлюлозно-бумажного производства, охлаждающая вода), функциональные растворы нефтепромыслов, такие как бурильные растворы, и растворы для гидроразрыва пласта, топлива, воздухоочистители, сточные воды, балластные воды, фильтрационные системы и воду плавательных бассейнов или воду СПА. Предпочтительными водными системами являются жидкости для металлообработки, продукты личной гигиены, бытовые и промышленные обезжириватели, технологические воды производства и краски и покрытия. Особо предпочтительными являются технологические воды производства, краски и покрытия, жидкости для металлообработки, рабочие жидкости текстильного производства, такие как замасливатели.

Специалист с обычной подготовкой может легко определить без лишних экспериментов эффективное количество композиции, которое должно быть использовано в любом конкретном применении для того, чтобы обеспечить подавление микроорганизмов. В качестве примера, подходящая концентрация активных веществ (для 2,2-дибромомалонамида и орто-фенилфенолята натрия суммарно) обычно составляет по меньшей мере примерно 1 ч./млн., альтернативно по меньшей мере примерно 3 ч./млн., альтернативно по меньшей мере примерно 7 ч./млн., альтернативно по меньшей мере примерно 10 ч./млн., или альтернативно по меньшей мере примерно 100 ч./млн., в расчете на общую массу водной или водосодержащей системы. В некоторых осуществлениях подходящий верхний предел концентрации активных веществ составляет примерно 1000 ч./млн., альтернативно примерно 500 ч./млн., альтернативно примерно 100 ч./млн., альтернативно примерно 50 ч./млн., альтернативно примерно 30 ч./млн., альтернативно примерно 15 ч./млн., альтернативно примерно 10 ч./млн., альтернативно примерно 7 ч./млн., в расчете на общую массу водной или водосодержащей системы.

Вследствие синергии системы можно по выбору использовать более низкие количества биоцида, в то же время еще обеспечивая с пользой подавление микроорганизмов. Так, в некоторых осуществлениях концентрация активных веществ находится между примерно 10 и примерно 135 ч/млн.

Компоненты композиции могут быть добавлены в водную или водосодержащую систему по отдельности или предварительно смешанными перед добавлением. Специалист может легко определить должный способ добавления. Композиция может быть использована в системе с другими добавками, такими как, но не ограниченными этим, сурфактанты, ионные/неионные полимеры, ингибиторы ржавчины и коррозии, поглотители кислорода и/или другие биоциды.

Следующие примеры иллюстрируют изобретение, но не предназначены для ограничения его объема. Если не указано иное, соотношения, проценты, части и т.п. являются массовыми.

Примеры

Результаты, приведенные в примерах, получены с использованием пробы на торможение роста. Детали каждого испытания приведены ниже.

Проба на торможение роста. Проба на торможение роста, использованная в примерах, измеряет торможение роста (или его отсутствие) микробной популяции. Торможение роста может быть результатом уничтожения клеток (так что рост не происходит), уничтожения значительной части популяции клеток, так что восстановление роста требует продолжительного времени, или торможения роста без уничтожения (стаз). Безотносительно к механизму действия, влияние биоцида (или комбинации биоцидов) может быть измерено за промежуток времени на основании размера популяции.

Проба измеряет эффективность одного или нескольких биоцидов в предотвращении роста консорции бактерий в разбавленной среде минеральных солей. Среда содержит (в мг/л) следующие компоненты: FeCl₃·6H₂O (1); CaCl₂·2H₂O (10); MgSO₄·7H₂O (22,5); (NH₄)₂SO₄ (40); KH₂PO₄ (10); K₂HPO₄ (25,5); экстракт дрожжей (10) и глюкозу (100). После того, как все компоненты добавлены в деионизированную воду, рН среды доводят до 7,5. После стерилизации фильтрованием аликвоты распределяют в количестве по 100 мкл в стерильные ячейки микротитровального планшета. Разведения 2,2-дибромомалонамида (“ДБМАЛ“) и/или “Биоцида В“ добавляют затем в микротитровальный планшет. После приготовления комбинаций активных веществ, как показано ниже, каждую ячейку инокулируют 100 мкл суспензии клеток, содержащей приблизительно 1×10⁶ клеток на миллилитр смеси Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneunomoniae, Staphylococcus aureus и Bacillus subtilis. Конечный суммарный объем среды в каждой ячейке составляет 300 мкл. После приготовления, как описано здесь, концентрация каждого активного вещества находится в интервале от 25 ч./млн. до 0,195 ч./млн., как показано в таблице 1. Полученная матрица дает возможность испытать 8 концентраций каждого активного вещества и 64 комбинации активных веществ в соотношениях (активных веществ).

Контрольные ячейки (не показаны) содержат среду без добавленного биоцида. После приготовления комбинаций активных веществ, как показано выше, каждую ячейку инокулировали 100 мкл суспензии клеток, приблизительно 1×10⁶ клеток на миллилитр смеси Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneunomoniae, Staphylococcus aureus и Bacillus subtilis. Конечный суммарный объем среды в каждой ячейке составляет 300 мкл.

Сразу после подготовки микротитровальных планшетов измеряли значения оптической плотности (OD) для каждой ячейки при 580 нм, и затем планшеты инкубировали при 37°С в течение 24 ч. После периода инкубации планшеты осторожно встряхивали перед тем, как собирать значения OD₅₈₀. Значения при Т_о вычитали из значений при Т₂₄ для того, чтобы определить суммарную величину роста (или его отсутствия), который происходит. Эти величины использовали для расчета процента торможения роста, вызванного присутствием каждого биоцида и каждой из 64 комбинаций. 90% торможение роста использовали как граничную точку для расчета величин показателя синергии (SI) по следующему уравнению:

Показатель синергии = М_ДБМАЛ/С_ДБМАЛ + М_В/С_В,

где:

С_ДБМАЛ - концентрация ДБМАЛ, достаточная для ингибирования 90% роста бактерий при его индивидуальном использовании;

С_В - концентрация биоцида В, достаточная для ингибирования 90% роста бактерий при его индивидуальном использовании;

М_ДБМАЛ - концентрация ДБМАЛ, требуемая для того, чтобы затормозить 90% роста бактерий, когда он используется в комбинации с биоцидом В;

М_В - концентрация биоцида В, требуемая для того, чтобы затормозить 90% роста бактерий, когда он используется в комбинации с ДБМАЛ.

Величины SI интерпретируются следующим образом:

SI<1 - синергетическая комбинация;

SI=1 - аддитивная комбинация

SI>1 - антагонистическая комбинация.

В примерах ниже содержание биоцидов в растворе измеряли в миллиграммах на литр раствора (мг/л). Поскольку плотности растворов составляют примерно 1,00, величины в мг/л соответствует величинам в ч/млн масс. Поэтому обе размерности могут быть использованы в примерах взаимозаменяемо.

Таблица 2 показывает результаты испытаний ДБМАЛ, орто-фенилфенолята натрия (“ОФФН“) и их комбинаций. Концентрации ДБМАЛ и ОФФН, требуемые для того, чтобы предотвратить по меньшей мере 90% роста микробной консорции, составляют 12,5 мг/л и 500 мг/л, соответственно (таблица 2). Комбинации активных веществ (в которых каждого было меньше, чем его величина I₉₀), которые вызывают по меньшей мере 90% торможение, лежат в интервале от 3,13 мг/л ДБМАЛ плюс 250 мг/л ОФФН до 0,39 мг/л ДБМАЛ плюс 250 мг/л ОФФН. Как показано в таблице 3, это представляет соотношения от 1:1,25 до 1:20 (ДБМАЛ к ОФФН).

Таблица 3 показывает соотношения ДБМАЛ и ОФФН, которые сочтены синергетическими при испытаниях на ингибирование роста.

Хотя изобретение было описано выше согласно его предпочтительным осуществлениям, оно может быть модифицировано в рамках сути и объема этого изобретения. Эта заявка поэтому предназначена для того, чтобы охватить любые вариации применения или адаптации изобретения, использующие раскрытые здесь общие принципы. Далее, подразумевается, что заявка охватывает такие отклонения от настоящего описания, которые происходят в рамках известной или обычной практики в той области, к которой относится данное изобретение, и которые попадают в пределы следующей формулы изобретения.

1. Биоцидная композиция, включающая 2,2-дибромомалонамид и орто-фенилфенолят натрия.

2. Композиция согласно п.1, в которой массовое отношение 2,2-дибромомалонамида к орто-фенилфеноляту натрия находится в интервале от 100:1 и до 1:100.

3. Композиция согласно п.1, в которой массовое отношение 2,2-дибромомалонамида к орто-фенилфеноляту натрия составляет от 1:1 до 1:20.

4. Композиция согласно любому одному из пп.1-3, которую применяют в красках, покрытиях, водной эмульсии, латексе, клее, чернилах, дисперсии пигмента, бытовом или промышленном обезжиривателе, моющем средстве, средстве для мытья посуды, минеральной взвеси, полимерной эмульсии, замазке и пропитке, соединении для лент для заделки швов, дезинфектанте, дезинфицирующем средстве, жидкости для металлообработки, строительном продукте, продукте личной гигиены, рабочей жидкости текстильного производства, замасливателе, технологической воде производства, функциональной жидкости нефтепромыслов, топливе, воздухоочистителях, сточных водах, балластной воде, фильтрационной системе, или воде плавательных бассейнов и воде СПА.

5. Способ подавления роста микроорганизмов в водных и водосодержащих системах, где способ включает обработку водной или водосодержащей системы эффективным количеством композиции согласно любому одному из пп.1-3.

6. Способ согласно п.5, в котором водная или водосодержащая система представляет собой краску, покрытие, водную эмульсию, латекс, клей, чернила, дисперсию пигмента, бытовой или промышленный обезжириватель, моющее средство, средство для мытья посуды, минеральную взвесь, полимерную эмульсию, замазку и пропитку, соединение для лент для заделки швов, дезинфектант, дезинфицирующее средство, жидкость для металлообработки, строительный продукт, продукт личной гигиены, рабочую жидкость текстильного производства, замасливатель, технологическую воду производства, функциональную жидкость нефтепромыслов, топливо, воздухоочистители, сточные воды, балластную воду, фильтрационную систему, или воду плавательных бассейнов и воду СПА.