СИНЕРГЕТИЧЕСКАЯ КОМБИНАЦИЯ, ВКЛЮЧАЮЩАЯ ГЛИФОСАТ И ОДНО ИЗ СЛЕДУЮЩИХ СОЕДИНЕНИЙ: ДХОИТ ИЛИ ОИТ ИЛИ ББИТ

В настоящем изобретении предлагаются комбинации биоцидов, которые характеризуются неожиданно более высокой активностью по сравнению с применением обоих индивидуальных противомикробных соединений.

Применение комбинаций по крайней мере двух противомикробных соединений может расширить потенциальные рынки, снизить рабочие концентрации и стоимость, а также снизить отходы. В ряде случаев коммерческие противомикробные соединения не обеспечивают эффективный контроль роста микроорганизмов даже при высоких рабочих концентрациях вследствие их низкой активности в отношении отдельных типов микроорганизмов, например микроорганизмов, устойчивых к некоторым противомикробным соединениям. Комбинации различных противомикробных соединений в некоторых случаях используются для обеспечения общего контроля роста микроорганизмов в конкретной окружающей среде. Например, в заявке WO 1998/121962 описаны комбинации 3-иод-2-пропинилбутилкарбамата и пиритиона цинка, но в указанной заявке не предполагается использование ни одной из комбинаций, заявленных в настоящем изобретении. Более того, существует потребность в дополнительных комбинациях противомикробных соединений, оказывающих относительно низкое влияние на здоровье и/или окружающую среду.

Целью настоящего изобретения является разработка таких дополнительных комбинаций противомикробных соединений.

В некоторых случаях противомикробные соединения включают в состав жидких композиций для покрытий, которые наносят на субстрат и которые превращаются в сухие пленки. Необходимо, чтобы такие сухие пленки обеспечивали контроль уровня грибов и водорослей на поверхности и оказывали минимальное неблагоприятное действие на здоровье и окружающую среду.

Ниже представлено описание сущности настоящего изобретения.

В первом объекте настоящего изобретения предлагается синергетическая противомикробная композиция, содержащая глифосат и одно из следующих соединений: 4,5-дихлор-2-н-октил-4-изотиазолин-3-он (ДХОИТ) или 2-н-октил-4-изотиазолин-3-он (ОИТ) или N-бутил-1,2-бензизотиазолин-3-он (ББИТ). Во втором объекте настоящего изобретения предлагается способ подавления роста или контроля роста микроорганизмов в строительном материале при добавлении синергетической противомикробной композиции по первому объекту настоящего изобретения. В третьем объекте настоящего изобретения предлагается композиция для покрытия, содержащая синергетическую противомикробную композицию по первому объекту настоящего изобретения.

В четвертом объекте настоящего изобретения предлагается сухая пленка, полученная из композиции для покрытия по третьему объекту настоящего изобретения.

Ниже представлено подробное описание изобретения.

В данном контексте использовали следующие термины, определения которых приведены ниже, если не указано иное.

Термин «противомикробное соединение» обозначает соединение, способное подавлять рост или контролировать рост микроорганизмов, противомикробные соединения включают бактерицидные, бактериостатические, фунгицидные, фунгистатические, альгицидные и альгистатические препараты в зависимости от величины использованной дозы, условий системы и требуемого контроля уровня микроорганизмов. Термин «микроорганизм» включает, например, грибы (такие как дрожжи и плесени), бактерии и водоросли.

В описании изобретения использованы следующие сокращения: част./млн - массовые части на миллион, АТСС - американская коллекция типовых культур и МИК - минимальная ингибирующая концентрация. Если не указано иное, величины указаны в массовых процентах (мас.%). Процентное содержание противомикробных соединений в композиции по настоящему изобретению определено в расчете на общую массу активных ингредиентов в композиции, т.е. самих противомикробных соединений, исключая любые количества растворителей, носителей, диспергирующих веществ, стабилизаторов или других материалов, которые могут присутствовать.

Использованный в данном контексте термин «ДХОИТ» обозначает 4,5-дихлор-2-н-октил-4-изотиазолин-3-он, термин «ОИТ» обозначает 2-н-октил-4-изотиазолин-3-он, а термин «ББИТ» обозначает N-бутил-1,2-бензизотиазолин-3-он. Если в данном контексте указано, что соотношение составляет «X:1 или более», это обозначает, что соотношение равно Y:l, где Y равен X или более, и если в данном контексте указано, что соотношение составляет «X:1 или менее», это обозначает, что соотношение равно Z:1, где Z равен X или менее.

Глифосат обозначает N-(фосфонометил)глицин (регистрационный номер 1071-83-6). Глифосат представляет собой известный гербицид, который утвержден во множестве организаций для применения при борьбе с сорными растениями в посевах продовольственных зерновых культур. Было установлено, что одной из оценок относительно низкого влияния глифосата на окружающую среду является его относительно низкая активность в отношении различных водорослей. Некоторые результаты, характеризующие активность глифосата в отношении различных водорослей, представлены ниже:

⁽¹⁾Примечания.

EC_n/EC₅₀ - Эффективная концентрация EC_n обозначает концентрацию соединения, при которой в заданный период времени соединение оказывает влияние на n% популяции. Величина EC₅₀ широко используется, т.к. обозначает наиболее точно определяемую точку на кривой зависимости действия от концентрации.

E_bC₅₀ обозначает среднюю эффективную концентрацию в отношении биомассы (водорослей): концентрацию соединения, при которой в заданный период времени увеличение биомассы снижается на 50% по сравнению с контрольным образцом.

ErC₅₀ обозначает среднюю эффективную концентрацию в отношении скорости роста (водорослей): концентрацию соединения, при которой в заданный период времени скорость роста клеток водорослей снижается на 50% по сравнению с контрольным образцом.

Представленные выше данные свидетельствуют об относительно низком влиянии глифосата на водоросли, что указывает на относительно низкое действие глифосата на окружающую среду. Указанная характеристика считается пригодной для противомикробного материала, который можно включать в состав композиции для покрытия.

В настоящем изобретении предлагается применение глифосата. Использованный в данном контексте термин «глифосат» обозначает глифосат или соль глифосата. Соль глифосата обозначает соль глифосата и металла. Пригодные металлы включают щелочные металлы, щелочноземельные металлы и переходные металлы. Соли глифосата являются предпочтительными по сравнению с глифосатом. Более предпочтительными являются соли глифосата и переходных металлов, наиболее предпочтительна цинковая соль глифосата.

Глифосат характеризуется относительно высокой растворимостью в воде. Указанная относительно высокая растворимость в воде не является предпочтительной для противомикробного материала, который можно включать в состав композиции для покрытия или другого строительного материала, т.к. сухие покрытия и строительные материалы подвергаются действию воды, которая может вымывать соединение, характеризующееся высокой растворимостью, из сухого покрытия или строительного материала. Предпочтительными являются соли глифосата, растворимость которых в воде при 20°C составляет 3 г/л или менее, более предпочтительно 1 г/л или менее, наиболее предпочтительно 0,3 г/л или менее.

Можно считать, что соли глифосата оказывают относительно низкое влияние на здоровье и окружающую среду, т.к. предполагается, что действие солей глифосата на здоровье и окружающую среду аналогично действию глифосата.

В настоящем изобретении предлагается композиция, которая включает глифосат и одно из следующих соединений: 4,5-дихлор-2-н-октил-4-изотиазолин-3-он, или 2-н-октил-4-изотиазолин-3-он, или N-бутил-1,2-бензизотиазолин-3-он. Неожиданно было установлено, что указанная композиция характеризуется синергетическим действием в качестве эффективного биоцида. Прежде всего неожиданно было установлено, что композиции, которые включают цинковую соль глифосата и одно из следующих соединений: ДХОИТ или ОИТ или ББИТ, характеризуются синергетическим действием в качестве эффективных биоцидов. Предпочтительными являются композиции, которые включают глифосат и ДХОИТ. Еще более неожиданно было установлено, что композиции, которые включают цинковую соль глифосата и ДХОИТ, характеризуются синергетическим действием в качестве эффективных биоцидов.

Если присутствует ДХОИТ, предпочтительно массовое соотношение ДХОИТ/глифосат составляет 0,33:1 или более. Если присутствует ДХОИТ, предпочтительно массовое соотношение ДХОИТ/глифосат составляет 2:1 или менее. Если присутствует ОИТ, предпочтительно массовое соотношение ОИТ/глифосат составляет от 0,3:1 до 0,4:1. Если присутствует ББИТ, предпочтительно массовое соотношение ББИТ/глифосат составляет от 0,1:1 до 10:1.

Если композиция включает более одного из перечисленных соединений изотиазолинона (т.е. ДХОИТ, ОИТ и ББИТ), обычно учитывают сумму масс всех перечисленных соединений изотиазолинона (т.е. сумму: масса ДХОИТ (если присутствует) + масса ОИТ (если присутствует) + масса ББИТ (если присутствует)). Предпочтительное соотношение сумма масс всех перечисленных соединений изотиазолинона/масса глифосата составляет от 0,1:1 до 10:1.

Смесь, содержащую глифосат и одно из следующих соединений: ДХОИТ, или ОИТ, или ББИТ, можно включать в состав композиции для покрытия. Глифосат и одно из следующих соединений: ДХОИТ, или ОИТ, или ББИТ можно добавлять в композицию для покрытия в отдельности, или в виде смеси, или любой комбинации указанных соединений. Предпочтительные композиции для покрытий являются жидкими. Композиции для покрытий являются водными или не водными. Водные композиции для покрытий содержат 40 мас.% или более воды в расчете на массу композиции для покрытия.

Среди вариантов осуществления настоящего изобретения, в которых глифосат и одно из следующих соединений: ДХОИТ, или ОИТ, или ББИТ включены в состав краски или другой композиции для покрытия, предпочтительными композициями для покрытий являются жидкие композиции, прежде всего композиции, которые содержат дисперсии полимеров в водных средах.

Кроме красок и других композиций для покрытий, комбинации биоцидов по настоящему изобретению прежде всего пригодны для консервации строительных материалов, например адгезивов, герметиков, шовных герметиков, изоляционного материала, обивочного картона и т.п., полимеров, пластиков, синтетического и природного каучука, бумажной продукции, стеклоткани, изоляции, наружных теплоизоляционных систем, кровельного материала и строительного картона, алебастра, кирпича, мертеля, гипсокартона, лесоматериалов и древесно-пластиковых композитных материалов. Если комбинация биоцидов по настоящему изобретению присутствует в строительном материале, предпочтительно, чтобы некоторая часть комбинации или вся комбинация биоцидов находилась на поверхности строительного материала или достаточно близко к поверхности строительного материала, чтобы подавлять рост микроорганизмов на указанной поверхности.

В некоторых вариантах используют латексные краски или другие жидкие композиции для покрытий, которые содержат комбинации биоцидов, описанные в данном контексте.

Композиции для покрытий предназначены для простого нанесения слоя композиции для покрытия на субстрат и затем высушивания или выдерживания на воздухе для высушивания, при этом образуется сухая пленка. Композиции для покрытий содержат связующее. Связующие содержат одно или более следующих соединений: один или более полимеров, один или более олигомеров и/или один или более мономеров. Олигомеры и мономеры в составе связующих предназначены для полимеризации и/или сшивания при образовании или после образования сухой пленки. Полимеры в составе связующего необязательно предназначены для сшивания при образовании или после образования сухой пленки.

Композиции для покрытий необязательно содержат один или более красителей. Краситель представляет собой неорганическое или органическое соединение в форме небольших твердых частиц. Красители обеспечивают полную или частичную непрозрачность сухой пленки.

Комбинации биоцидов пригодны для консервации сухого пленочного покрытия, полученного после нанесения краски или другой жидкой композиции для покрытия. Предпочтительно противомикробной композицией является водная латексная краска, содержащая одну или более комбинаций биоцидов, описанных в данном контексте, или сухое пленочное покрытие, полученное в результате нанесения краски на поверхность. Водная латексная краска представляет собой жидкую водную композицию для покрытия, в которой связующим является полимер в форме латекса (т.е. в форме диспергированных в воде полимерных частиц). Более предпочтительны водные латексные краски, в которых связующее содержит один или более акриловых полимеров.

Как правило, количество комбинаций биоцидов по настоящему изобретению, обеспечивающее контроль роста микроорганизмов, составляет от 100 част./млн до 10000 част./млн активного ингредиента. Предпочтительно количество активных ингредиентов в композиции составляет по крайней мере 300 част./млн, предпочтительно по крайней мере 500 част./млн, предпочтительно по крайней мере 600 част./млн, предпочтительно по крайней мере 700 част./млн. Предпочтительно количество активных ингредиентов в композиции составляет не более 8000 част./млн, предпочтительно не более 6000 част./млн, предпочтительно не более 5000 част./млн, предпочтительно не более 4000 част./млн, предпочтительно не более 3000 част./млн, предпочтительно не более 2500 част./млн, предпочтительно не более 2000 част./млн, предпочтительно не более 1800 част./млн, предпочтительно не более 1600 част./млн. Упомянутые выше концентрации указаны для жидкой композиции, включающей комбинации биоцидов, содержание биоцидов в сухих пленочных покрытиях составляет более высокую величину.

В настоящем изобретении предлагается также способ предотвращения роста микроорганизмов в строительных материалах, прежде всего в сухих пленочных покрытиях, при включении в состав материалов любой из заявленных комбинаций биоцидов.

Как правило, противомикробные композиции применяют для подавления роста водорослей и/или грибов.

Композиция по настоящему изобретению включает глифосат и одно из следующих соединений: ДХОИТ, или ОИТ, или ББИТ. Предполагается, что в некоторых вариантах композиция включает одно или более дополнительных противомикробных соединений.

Предполагается, что цинковая соль глифосата характеризуется неожиданным синергетическим противомикробным действием по сравнению с результатами, которые ожидаются для комбинации цинка и глифосатовой кислоты.

Ниже приведены примеры осуществления настоящего изобретения.

Цинковую соль глифосата получали следующим образом.

Сначала предварительно готовили реагенты. Глифосатовую кислоту (15-20 г) сушили в сушильном шкафу при 80-90°C в течение ночи. Готовили 1 М раствор NaOH в деионизированной воде.

Раствор глифосата готовили следующим образом. Деионизированную воду (200 мл) отмеряли в мерный стакан объемом 600 мл, содержащий магнитный мешальник. Глифосатовую кислоту (15 г) медленно добавляли в стакан с водой при перемешивании на магнитной мешалке со средней скоростью. Для растворения глифосата температуру повышали до 60-70°C, температуру контролировали термометром. pH доводили до 6,0 при добавлении 1 М раствора NaOH. Глифосат растворялся при значении рН приблизительно 2,4. Смесь перемешивали в течение 5-10 мин.

Раствор цинковой соли готовили следующим образом. Деионизированную воду (100 мл) отмеряли в мерный стакан объемом 400 мл, содержащий магнитный мешальник. Хлорид цинка (36,25 г, химически чистый, ≥98%, фирмы Sigma-Aldrich, номер по каталогу 208086) взвешивали и медленно добавляли в воду в мерном стакане при перемешивании на магнитной мешалке. Раствор нагревали до 65°C.

Раствор цинковой соли глифосата готовили следующим образом. Раствор хлорида цинка добавляли в раствор глифосата с использованием пипетки Пастера (9 дюймов). После каждого добавления небольшого количества раствора хлорида цинка в раствор глифосата перед добавлением следующей порции раствора хлорида цинка осадок растворяли. Когда осадок больше не растворялся, pH доводили до 5. Оставшийся раствор хлорида цинка выливали в раствор глифосата и смесь перемешивали в течение ночи.

Примечание: контроль pH раствора является чрезвычайно важным для получения требуемого продукта. При получении реагентов, описанных в данном контексте, необходимо убедиться, что значение pH не превышает 5.

Цинковую соль глифосата отфильтровывали следующим образом.

Собирали устройство для фильтрования, включающее воронку Бюхнера и колбу Бунзена, соединенные через уплотнение и подключенные к водоструйному насосу. В воронку помещали фильтровальную бумагу (№41 фирмы Whatman™). Для создания вакуума включали насос и на фильтровальную бумагу наливали деионизированную воду. Суспензию цинковой соли глифосата медленно выливали на фильтровальную бумагу и затем промывали один раз горячей (приблизительно 50°C) деионизированной водой и два раза изопропиловым спиртом.

Конечный раствор цинковой соли глифосата готовили следующим образом.

Фильтровальную бумагу, содержащую осадок цинковой соли глифосата, извлекали и помещали в большую чашу из пирексного стекла. Чашу накрывали металлической фольгой и в фольге протыкали несколько отверстий для вентиляции. Осадок сушили в сушильном шкафу при 80-90°C в течение ночи. Затем осадок взвешивали в чистом предварительно взвешенном стеклянном флаконе с этикеткой и регистрировали массу осадка.

Образцы для определения противомикробной активности готовили следующим образом.

Один биоцид или смесь биоцидов добавляли в белую акриловую латексную краску, не содержащую биоцидов, при этом получали максимальную общую концентрацию исследуемого активного ингредиента/ингредиентов. Затем указанную краску разбавляли акриловой латексной краской, не содержащей биоцидов, при этом получали требуемые для анализа концентрации. Общие концентрации биоцидов изменяли в зависимости от типа исследуемых смесей биоцидов в диапазоне от 400 част./млн до 3300 част./млн. После добавления или разбавления биоцидов каждый образец перемешивали вручную в течение по крайней мере 1 мин до образования однородной смеси. Каждый из образцов краски, как и контрольный образец (не содержащий биоцидов), использовали для получения пленок на черных пластиковых панелях из сополимера винилхлорида и винилацетата (фирмы Leneta, Mahwah, NJ) с использованием углового аппликатора (0,0762 мм, 3 мил). Панели тщательно высушивали в течение по крайней мере 2 сут, не допуская попадания прямого солнечного света. Из каждой панели вырезали квадратные диски (0,5 дюйм², 1,27 см²) и использовали в качестве субстрата для определения эффективности в отношении грибов и водорослей. Указанный размер образца позволял окружить исследуемый диск агаром при помещении диска образца в лунку аналитического планшета. Анализ каждого образца проводили в двух повторах.

Анализ проводили в следующих условиях.

Для поддержания роста микроорганизмов использовали соответствующую среду (Bold's 3N для хлорофитов, BG-11 для цианобактерий и PDA для грибов). Исследуемые пластинки выдерживали при комнатной температуре (25-26°C) с использованием цикла свет-темнота в течение четырех недель для водорослей. Пластинки для испытаний на заражение грибами выдерживали при температуре 30°C в течение четырех недель. После завершения периода инкубации определяли поверхность образцов, покрытую видимым проростом микроорганизмов, в процентах.

Посевной материал водорослей

Посевной материал грибов

Определение эффективности в отношении водорослей проводили следующим образом (модифицированный метод ASTM 5589).

Метод ASTM 5589 является стандартным ускоренным методом анализа для определения устойчивости различных покрытий (включая краски) к повреждению водорослями. Для повышения производительности анализа размер образцов снижали от чашек Петри до 6-луночных планшетов. Один образец помещали стерильным пинцетом в центр агарового слоя (на поверхность) окрашенной стороной вверх. Посевной материал водорослей получали при смешивании равных концентраций (приблизительно 1×10⁶ КОЕ/мл) и равных объемов (в зависимости от числа образцов, предназначенных для посева) организмов со сходными условиями роста.

При изучении синергизма в качестве посевного материала для анализа получали три пула смешанных водорослей: смесь цианобактерий Gloeocapsa sp. и Oscillatoria sp., культивированных в среде BG-11, одноклеточные хлорофиты - Chlorella sp., Chlorella kessleri и Nostoc commune, которые смешивали и культивировали в среде Bold, нитевидные водоросли - Trentepohlia aurea, Tretepohlia odorata и Calotrix parientina, которые смешивали и культивировали в среде Bold.

В каждую лунку, содержащую исследуемый образец, вносили посевной материал, 400 мкл смеси организмов (приблизительно 1×10⁶ КОЕ/мл), обеспечивая равномерное покрытие всей поверхности (слоя краски и окружающего его агара) посевным материалом. Планшеты выдерживали при комнатной температуре (25-26°C) с использованием циклов света (модель OTT-Lite № OTL4012P, 40 Вт, 26 килолюменов (клм)) и темноты в течение четырех недель. В конце каждой недели определяли общую покрытую площадь в процентах с шагом 5%.

Определение эффективности в отношении грибов проводили следующим образом (модифицированный метод ASTM 5590).

Метод ASTM 5590 является стандартным ускоренным методом анализа для определения устойчивости различных покрытий (включая краски) к повреждению грибами. Для повышения производительности анализа размер образцов снижали от чашек Петри до 6-луночных планшетов. Для проведения анализа на дно каждой лунки стерильного 6-луночного планшета помещали слой агара. Один образец помещали стерильным пинцетом в центр агарового слоя (на поверхность) окрашенной стороной вверх. Посевной материал грибов получали при смешивании равных концентраций (приблизительно 1×10⁶ КОЕ/мл) и равных объемов (в зависимости от числа образцов для анализа) организмов со сходными условиями роста. При изучении синергизма в качестве посевного материала для анализа получали три пула смешанных грибов. Cladosporium herbarum смешивали с Trichoderma viride, Aspergillus niger смешивали с Penicillium funiculosum, a Alternaria alternata смешивали с Aureobasidium pullulans. В каждую лунку вносили посевной материал, 400 мкл смеси организмов (приблизительно 1×10⁶ КОЕ/мл), таким образом, чтобы вся поверхность (слой краски и окружающий его агар) была равномерно покрыта посевным материалом. Планшеты выдерживали при температуре 30°C в присутствии влаги в течение четырех недель. В конце каждой недели определяли общую покрытую площадь в процентах с шагом 5%.

Индекс синергизма (ИС) рассчитывали следующим образом.

ИС рассчитывали методом, описанным в статье Kull F.C. и др., Applied Microbiology, т.9 (1961). В указанном исследовании ИС рассчитывали по приведенной ниже формуле, причем минимальную ингибирующую концентрацию определяли по подавлению (в %), которое регистрировали для индивидуального биоцида в отношении каждого исследованного микроорганизма.

ИС=Qa/QA+Qв/QB,

где Qa обозначает концентрацию биоцида A в смеси;

QA обозначает концентрацию биоцида A в качестве единственного биоцида;

Qв обозначает концентрацию биоцида B в смеси;

QB обозначает концентрацию биоцида B в качестве единственного биоцида.

В указанной формуле величина ИС<1 указывает на синергизм смешанных биоцидов.

Примечание. Если любое активное соединение при максимальной исследованной концентрации не проявляло никакого подавляющего эффекта, эту максимальную концентрацию использовали для расчета оцениваемого ИС, и знак «менее» (<) обозначает, что для достижения необходимого уровня подавления требуется более высокая концентрация активного соединения.

«ОК» обозначает отсутствие конечного значения исследуемой концентрации, которое удовлетворяет критерию процента подавления, установленному для расчета каждого ИС.

Перечисленные ниже композиции, которые содержат цинковую соль глифосата и одно из следующих соединений: ДХОИТ, или ОИТ, или ББИТ, представлены в качестве примеров осуществления настоящего изобретения. Другие композиции представлены для сравнения.

Результаты анализа цинковой соли глифосата и глифосатовой кислоты представлены ниже.

Результаты анализа композиций цинковой соли глифосата и ДХОИТ представлены ниже.

При соотношениях цинковая соль глифосата/ДХОИТ от 1:10 до 10:1 наблюдается синергизм. При соотношениях цинковая соль глифосата/ДХОИТ от 0,33:1 до 2:1 наблюдается синергизм в широком диапазоне.

Результаты анализа композиций цинковой соли глифосата и ОИТ представлены ниже.

Результаты анализа композиций цинковой соли глифосата и ББИТ представлены ниже.

При соотношениях цинковая соль глифосата/ББИТ от 1:1 до 3:1 и 1:5 и 1:10 наблюдается синергизм. Три дополнительных отдельных анализа проводили с использованием смесей водорослей: Gs + Os, быстро растущих грибов: An, Aa, Pf, Tv, и медленно растущих грибов: Ap+Ch. При проведении указанных трех анализов синергетическое действие не наблюдали.