Результат интеллектуальной деятельности: БИОЦИДНАЯ КОМПОЗИЦИЯ 2,6-ДИМЕТИЛ-М-ДИОКСАН-4-ОЛАЦЕТАТА И СПОСОБЫ ЕЕ ПРИМЕНЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к биоцидным композициям и способам их

применения для борьбы с микроорганизмами в водных и содержащих воду системах.

Предпосылки создания изобретения

Биоциды на основе изотиазолинона используют исключительно для защиты содержащих воду систем, таких как краски и покрытия, адгезивы, чистящие средства, предназначенные для домашнего и промышленного применения, моющие средства, моющие средства для посуды, минеральные суспензии и полимерные эмульсии. Биоциды, вызывающие выделение формальдегида, также широко используются, однако в последнее время общественные организации и нормы окружающей среды в отношении формальдегида начали ограничивать использование вызывающих выделение формальдегида веществ в качестве антимикробных агентов. Таким образом, биоциды на основе изотиазолинона, которые не вызывают выделение формальдегида, стали все более привлекательной альтернативой.

Однако изотиазолиноны также имеют ограничения, такие как недостаточная эффективность против определенных микроорганизмов и потенциальная возможность к повышению чувствительности кожи. Таким образом, желательно разработать новые составы на основе существующих широко используемых изотиазолинонов, с учетом преодоления указанных выше ограничений. Также желательно, чтобы такие составы не были основаны на агентах, вызывающих выделение формальдегида.

Сущность изобретения

В одном аспекте настоящее изобретение относится к биоцидным композициям. Композиции представляют собой пригодные для борьбы с микроорганизмами в водных или содержащих воду системах. Композиции настоящего изобретения включают 2,6-диметил-м-диоксан-4-олацетат (диметоксан) вместе с биоцидным изотиазолиноновым соединением.

Во втором аспекте изобретение относится к способу борьбы с микроорганизмами в водных или содержащих воду системах. Способ включает обработку системы биоцидной композицией, как описано в данном описании.

Подробное описание изобретения

Как отмечено выше, изобретение относится к биоцидным композициям и способам их применения для борьбы с микроорганизмами. Композиции содержат 2,6-диметил-м-диоксан-4-олацетат (диметоксан) вместе с биоцидным изотиазолиноновым соединением. Неожиданно было обнаружено, что комбинация диметоксана и изотиазолинона является синергической при использовании для борьбы с микроорганизмами в водной или содержащей воду среде. Это проявляется в том, что комбинирование данных веществ приводит к улучшенным биоцидным свойствам, по сравнению со свойствами, ожидаемыми на основе их индивидуальной эффективности при конкретно используемой концентрации. Наблюдаемый синергический эффект позволяет уменьшить количество используемых веществ для достижения приемлемых биоцидных свойств, таким образом, потенциально снижая воздействие на окружающую среду и снижая материальную стоимость. Уменьшение количества изотиазолинона также является выгодным, в связи с потенциальной возможностью таких соединений приводить к повышенной чувствительности кожи.

В дополнение к демонстрируемому синергетическому эффекту композиции настоящего изобретения также являются эффективными для борьбы с более широким спектром типов микроорганизмов, чем было возможно при использовании только одного изотиазолинона, включая борьбу с грибками (изотиазолиноны, такие как BIT обладают ограниченной эффективностью против грибков), борьбу с водорослями и микроорганизмами, устойчивыми в других случаях к изотиазолинону. Кроме того, поскольку ни диметоксан, ни соединение изотиазолинона не являются агентами, вызывающими выделение формальдегида, композиции могут быть получены и использованы в свободной от формальдегида форме, что является особенно выгодным в случае, когда использование формальдегида является нежелательным.

Как использовано в данном описании, термин «микроорганизм» включает, но не ограничивается ими, бактерии, грибки, водоросли и вирусы. Слова «борьба» и «контролирование» следует понимать в широком смысле, включая их значения и не ограничиваясь ими, такие как ингибирование роста или распространения микроорганизмов, уничтожение микроорганизмов, дезинфекцию и/или предохранение от повторного роста.

Предпочтительные соединения изотиазолинона для использования в композициях по настоящему изобретению имеют следующую формулу I:

где R и R¹ независимо представляют собой водород, галоген или С₁-С₄алкил, или R и R¹ вместе с атомами углерода, к которым они присоединены, образуют С₄-С₇циклоалкильное кольцо или арильную группу; и

Y представляет собой H, С₁-С₁₂алкил, С₃-С₇циклоалкил, арил или аралкил.

Также предпочтительными являются соединения формулы I, где R представляет собой H или Cl. Дополнительно предпочтительными являются соединения, где R¹ представляет собой H или Cl. Дополнительно предпочтительными являются соединения, где R и R¹ вместе с атомами углерода, к которым они присоединены, образуют фенил или циклопентил.

Дополнительно предпочтительными являются соединения формулы I, в которых Y представляет собой H, CH₃, CH₂-CH₃ или н-октил.

В особенности предпочтительными являются 5-хлор-2-метил-3-изотиазолинон; 2-метил-3-изотиазолинон; 2-этил-3-изотиазолинон; 5-хлор-2-этил-3-изотиазолинон; 4,5-дихлор-2-метил-3-изотиазолинон; 2-н-октил-3-изотиазолинон; 4,5-дихлор-н-октил-3-изотиазолинон; 1,2-бензизотиазол-3-он; 2-метил-4,5-триметилен-4-изотиазолин-3-он; 1,2-бензизотиазол-3-он; 2-метил-4,5-триметилен-4-изотиазолин-3-он и смеси двух или более из них. В особенности предпочтительным является 1,2-бензизотиазол-3-он (BIT), 2-метил-3-изотиазолинон (MIT) и смеси 5-хлор-2-метил-3-изотиазолинона/2-метил-3-изотиазолинона.

Несомненно, что для использования в настоящем изобретении может быть комбинировано более чем одно соединение изотиазолинона, в таких случаях соотношения и концентрации рассчитывают, используя общую массу всех присутствующих изотиазолиноновых соединений. Как отмечалось, в особенности предпочтительной комбинацией является 5-хлор-2-метил-3-изотиазолинон/2-метил-3-изотиазолинон.

Предпочтительно массовое соотношение диметоксан:изотиазолинон в композициях настоящего изобретения составляет от около 2000:1 до около 1:1000, более предпочтительно, от около 1500:1 до около 1:500, еще более предпочтительно, от около 1500:1 до около 1:100. В наиболее предпочтительных вариантах осуществления массовое соотношение составляет от около 1400:1 до около 1:10 или составляет от около 1400:1 до около 1:3. В дополнительных вариантах осуществления изобретения массовое соотношение составляет от около 1000:1 до около 1:3, от около 500:1 до около 1:3, от около 100:1 до около 1:3 или от около 50:1 до около 1:3.

В других вариантах осуществления, если биоцидное изотиазолиноновое соединение представляет собой 1,2-бензизотиазол-3-он, дополнительно является предпочтительным, чтобы массовое соотношение диметоксана к 1,2-бензизотиазол-3-ону составляло от около 50:1 до около 1:4.

В других предпочтительных вариантах осуществления, если биоцидное изотиазолиноновое соединение представляет собой смесь собой 5-хлор-2-метил-3-изотиазолинона и 2-метил-3-изотиазолинона, предпочтительно, чтобы массовое соотношение диметоксана к смеси составляло от около 900:1 до около 10:1.

В других предпочтительных вариантах осуществления, если биоцидное изотиазолиноновое соединение представляет собой 2-метил-3-изотиазолинон, массовое соотношение диметоксана к 2-метил-3-изотиазолинону составляет предпочтительно от около 150:1 до около 2:1.

В другом предпочтительном варианте осуществления подлежащий обработке микроорганизм представляет собой водоросли, и водная или содержащая воду система представляет собой латекс. Биоцидная композиция для такого варианта осуществления предпочтительно содержит: диметоксан и смесь 5-хлор-2-метил-3-изотиазолинона и 2-метил-3-изотиазолинона. Массовое соотношение диметоксана к смеси 5-хлор-2-метил-3-изотиазолинона и 2-метил-3-изотиазолинона предпочтительно составляет от около 150:1 до около 30:1.

Изотиазолиноны, для использования в настоящем изобретении, являются коммерчески доступными или могут быть легко получены специалистами в данной области при использовании хорошо известных способов (см., например, патент США 5312827). Диметоксан является коммерчески доступным. В некоторых вариантах осуществления предпочтительно составлять композиции настоящего изобретения, содержащие изотиазолинон, в растворах, содержащих воду или органический растворитель, или их смесь совместно с нитратным или нитритным стабилизатором для предотвращения разложения изотиазолинона (см. патент США 3870795). Предпочтительным стабилизатором является нитрат магния.

Композиция настоящего изобретения может быть использована для подавления роста микроорганизмов в разнообразных водных или содержащих воду системах. Примеры таких систем включают, но не ограничиваются ими, краски и покрытия, латексы, адгезивы, чернила, дисперсии пигментов, чистящие средства, предназначенные для домашнего и промышленного использования, моющие средства, моющие средства для посуды, минеральные суспензии полимерных эмульсий, жидкости для работы с металлами, строительные продукты, продукты личной гигиены, жидкости для тканей, такие как замасливатели, производственная техническая вода (например, пластовая вода, оборотная вода и бумажная масса, охлаждающая вода), функциональные жидкости нефтяных месторождений, такие как буровой раствор и жидкости для гидроразрыва и топлива.

Специалист в данной области может легко определить, без необходимого экспериментирования, концентрацию композиции, которую следует использовать в любом конкретном применении. В качестве иллюстрации, подходящая активная концентрация (общая для диметоксана и изотиазолинона) составляет от около 5000 до около 100 ч/млн по массе от общей массы водной или содержащей воду системы. В качестве более конкретной иллюстрации, для композиции, содержащей диметоксан и BIT, активная концентрация предпочтительно составляет от около 2500 ч/млн до около 350 ч/млн. Для комбинации диметоксан/CMIT/MIT концентрация предпочтительно составляет от около 1800 ч/млн до около 300 ч/млн.

Компоненты композиции можно добавлять к водной или содержащей воду системе отдельно или предварительно смешивать перед добавлением. Специалист в данной области может легко определить подходящий способ добавления. Композиции можно использовать в системе с другими добавками, такими как, но, не ограничиваясь ими, поверхностно-активные вещества, ионогенные/неионогенные полимеры и ингибиторы накипи и коррозии, поглотители кислорода и/или дополнительные биоциды.

Следующие примеры являются иллюстрирующими изобретение, но не предназначены для ограничения его объема.

Примеры

Общая часть

Экспериментальная установка: В последующих примерах испытания проводили в формате 96-луночного глубокого блока при использовании общего объема образца 600 мкл для всех оценок. В данных образцах не более чем 10% общего объема состояло из биоцида и раствора организмов, и все нематричные добавки нормализовали для всех образцов. Каждый экспериментальный 96-луночный блок содержал образцы, обработанные биоцидом, и контрольные образцы, не содержащие биоцида.

Биоциды:

2,6-диметил-м-диоксан-4-олацетат (диметоксан) использовали в виде BIOBAN^TM DXN, 87% активности, доступного от The Dow Chemical Company.

1,2-бензизотиазол-3-он (BIT) использовали в виде CANGUARD^TM ULTRA BIT 20 LE, 20% активности, доступного от The Dow Chemical Company.

2-метил-3-изотиазолинон (MIT) использовали в виде Kordek^TM 50C Industrial Microbiocide (промышленный микробиоцид).

5-хлор-2-метил-3-изотиазолинон/2-метил-3-изотиазолинон (CMIT/MIT) использовали в виде CANGUARD^TM CM1p5, 1,11% активности CMIT; 0,39% активности MIT, доступного от The Dow Chemical Company.

Микроорганизмы: Культуры, выращенные в течение двадцати четырех часов на соевом бульоне, комбинировали в равных частях для затравочных составов с конечной концентрацией 5×10⁶ КОЕ/мл. Организмы добавляли к каждому образцу 96-луночного блока и смешивали до гомогенного состояния. Дополнительно, контрольное микробное заражение продукта, предназначенного для промышленности или домашнего использования, проводили на 2, 7 и 14 дни 28-дневного периода испытания.

Измерение жизнеспособных организмов: Аликвоты образцов забирали в предварительно определенные промежутки времени для измерения числа выживших микроорганизмов. Числовые значения в таблицах данных, приведенных ниже, представляют собой log₁₀ жизнеспособных микроорганизмов, забранных из индивидуального образца в конкретный промежуток времени и при концентрациях биоцидов после добавления микроорганизмов. Концентрации биоцидов, приводившие к ≥4 log₁₀ смертности микроорганизмов, в сравнении с контролем, не содержащим консервантов, считались значимо снижающими уровень жизнеспособных микроорганизмов, и в последствии их использовали для расчета величины синергического индекса.

Синергические расчеты: Сообщаемый синергический индекс измеряли и рассчитывали при использовании описанной ниже формулы. Если индекс составлял менее чем 1, наблюдался синергизм, тогда как синергический индекс более чем 1 свидетельствовал об антагонизме.

Синергический индекс=C_A/C_a+C_B/C_b

C_a означает минимальную концентрацию одного антимикробного агента A, приводящую к ≥4 log₁₀ смертности микроорганизмов.

C_b означает минимальную концентрацию одного антимикробного агента B, приводящую к ≥4 log₁₀ смертности микроорганизмов.

C_A и C_B означает концентрацию антимикробных агентов A и B в комбинации, приводящую к ≥4 log₁₀ смертности микроорганизмов.

Пример 1

Оценка комбинации диметоксан/1,2-бензизотиазол-3-он (BIT)

А) Матрица моющего средства

Антимикробные профили диметоксана, 1,2-бензизотиазол-3-она (BIT) и комбинаций диметоксан/BIT оценивали на примере коммерческого состава моющего средства для стирки (рН 8,0). Состав моющего средства определяли на отсутствие микробного заражения перед началом оценки на эффективность консервантов.

B) Матрица краски

Антимикробные профили диметоксана, BIT и комбинаций диметоксан/BIT оценивали на примере состава коммерческой (внутренняя матовая) эмульсионной краски на водной основе (рН 7,4). Состав краски определяли на отсутствие микробного заражения перед началом оценки на эффективность консервантов.

Организмы для данного примера: Pseudomonas aeruginosa (ATCC # 15442), Pseudomonas aeruginosa (ATCC # 10145), Enterobacter aerogenes (ATCC # 13048), Escherichia coli (ATCC # 11229), Klebsiella pneumoniae (ATCC # 8308), Staphylococcus aureus (ATCC # 6538), Salmonella choleraesuis (ATCC # 10708).

Результаты для диметоксана/BIT в моющем средстве представлены в таблицах 1 и 2.

Диметоксан, если используют только его, требует 1160 ч/млн. (активная концентрация) для достижения ≥4 log₁₀ смертности микроорганизмов после четырех контрольных микробных заражений. BIT сам по себе требует 59 ч/млн. (активная концентрация) для достижения ≥4 log₁₀ смертности микроорганизмов в тех же условиях испытания. Использование различных отношений концентраций BIT и диметоксана в комбинации приводит к эквивалентному log₁₀ сокращению жизнеспособных микроорганизмов в тех же условиях испытания, свидетельствуя о синергической комбинации биоцидных активностей.

Результаты для диметоксана/BIT в краске показаны в таблицах 3 и 4.

Диметоксан, если используют только его, требует 1160 ч/млн. для достижения ≥4 log₁₀ смертности микроорганизмов после четырех контрольных микробных заражений. BIT сам по себе требует 500 ч/млн. для достижения ≥4 log₁₀ смертности микроорганизмов в тех же условиях испытания. Использование различных отношений концентраций BIT и диметоксана в комбинации приводит к эквивалентному log₁₀ сокращению жизнеспособных микроорганизмов в тех же условиях испытания, свидетельствуя о синергической комбинации биоцидных активностей.

Пример 2

Оценка диметоксана/2-метил-5-изотиазолинона (MIT)

Противомикробные профили 2,6-диметил-м-диоксан-4-олацетата (диметоксан), 2-метил-5-изотиазолинона (MIT) и комбинаций диметоксан/MIT оценивали в составе коммерчески доступного жидкого моющего средства для стирки (рН 8,0). Состав моющего средства определяли на отсутствие микробного заражения перед началом оценки на эффективность консервантов.

Организмы для данного примера: Pseudomonas aeruginosa (ATCC # 15442), Pseudomonas aeruginosa (ATCC # 10145), Enterobacter gergoviae (ATCC # 33028), Escherichia coli (ATCC # 11229), Pseudomonas putida (ATCC # 49128), Staphylococcus aureus (ATCC # 6538).

Результаты для диметоксана и MIT и комбинаций представлены в таблицах 5 и 6.

Пример 3

Диметоксан со смесью 5-хлор-2-метил-3-изотиазолинон/2-метил-3-изотиазолинон (CMIT/MIT)

Антимикробные профили 2,6-диметил-м-диоксан-4-олацетата (диметоксан), смеси 5-хлор-2-метил-3-изотиазолинон/2-метил-4-изотиазолин-3-он (CMIT/MIT) и комбинаций диметоксан/CMIT/MIT оценивали на примере состава коммерческой (внутренняя матовая) эмульсионной краски на водной основе (рН 7,4). Состав краски определяли на отсутствие микробного заражения перед началом оценки на эффективность консервантов.

Организмы для данного примера: Pseudomonas aeruginosa (ATCC # 15442), Pseudomonas aeruginosa (ATCC # 10145), Enterobacter aerogenes (ATCC # 13048), Escherichia coli (ATCC # 11229), Klebsiella pneumoniae (ATCC # 8308), Staphylococcus aureus (ATCC # 6538), Salmonella choleraesuis (ATCC # 10708).

Результаты для диметоксана/CMIT/MIT и комбинаций представлены в таблицах 7 и 8.

Диметоксан, если используют только его, требует 1740 ч/млн. (активная концентрация) для достижения ≥4 log₁₀ смертности микроорганизмов после четырех контрольных микробных заражений. Смесь CMIT/MIT сама по себе требует 15 ч/млн. (активная концентрация) для достижения ≥4 log₁₀ смертности микроорганизмов в тех же условиях испытания. Использование различных отношений концентраций CMIT/MIT и диметоксана в комбинации приводит к эквивалентному log₁₀ сокращению жизнеспособных микроорганизмов в тех же условиях испытания, свидетельствуя о синергической комбинации биоцидных активностей.

Пример 4

Оценка диметоксана и смеси CMIT/MIT против водорослей в ПВА латексе

Методика: В данном примере вязкий ПВА (поливинил ацетатный) латекс разбавляли водой в соотношении 5 к 1 для испытания эффективности в отношении водорослей. Указанный разбавленный латекс обрабатывают CMIT/MIT и диметоксаном в концентрациях, как указано в таблице 9. Каждый образец тщательно перемешивают вручную и встряхивают в течение 2 минут. Затем части по 5 мл каждого образца помещают в шестилуночный планшет и засевают 500 мл 1×10⁶ КОЕ/мл дикого штамма зеленой водоросли, выделенной из зараженного латекса.

Планшеты инкубируют при комнатной температуре (25°С-26°С) при циклическом экспонировании светлой (ОТТ-Lite модель # OTL4012P, 40 ватт, 26 Клм) и темной фаз в течение периода времени три недели. Результаты биоцидной активности представлены в таблице 9.

Данные показывают эффективность комбинации диметоксан/CMIT/MIT настоящего изобретения по сравнению с отдельно используемыми диметоксаном и CMIT/MIT.

При том, что настоящее изобретение описано выше согласно его предпочтительным вариантам осуществления, его можно модифицировать, не отходя от существа и объема настоящего описания. Настоящее описание, таким образом, имеет намерение защитить все вариации, применения и адаптации настоящего изобретения, использующие основные описанные в данном описании принципы. Дополнительно, настоящее описание имеет намерение защитить такие отклонения от настоящего изобретения, которые возникают в обычной практике в данной области техники, к которой имеет отношение настоящее изобретение, и которые входят в объем прилагаемой ниже формулы изобретения.