Результат интеллектуальной деятельности: КОМПОЗИЦИЯ ДИБРОМОМАЛОНАМИДА И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ В КАЧЕСТВЕ БИОЦИДА

2420-184061RU/23

КОМПОЗИЦИИ ДИБРОМОМАЛОНАМИДА И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В КАЧЕСТВЕ БИОЦИДОВ

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Эта заявка заявляет приоритет предварительной заявки US 61/246.187, поданной 28 сентября 2009, которая включена здесь 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 поверхностно-активный биоцид.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Водные системы предоставляют плодородную среду 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 засорение, 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 в широком диапазоне температур, а некоторые являются несовместимыми с другими добавками, используемыми 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 решения создает свои собственные проблемы, включающие увеличенные затраты, увеличенные отходы и повышенную вероятность того, что биоцид вредить 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 поверхностно-активный биоцид, выбранный из группы, состоящей из хлорида С₁₂-С₁₆-алкилдиметилбензиламмония, хлорида диоктилдиметиламмония, полигексаметиленбигуанида, гидрохлорида додецилгуанидина и хлорида дидецилдиметиламмония.

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 и поверхностно-активный биоцид, выбранный из группы, состоящей из хлорида С₁₂-С₁₆-алкилдиметилбензиламмония, хлорида диоктилдиметиламмония, полигексаметиленбигуанида, гидрохлорида додецилгуанидина и хлорида дидецилдиметиламмония. Было неожиданно обнаружено, что комбинации 2,2-дибромомалонамида и поверхностно-активного биоцида, которые описаны здесь, в определенных массовых соотношениях проявляют синергетический эффект 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 величины биоцидной активности, 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, грибы, водоросли и вирусы. Слова “борьба“ и “подавление“ должны быть широко истолкованы так, чтобы включать в свое значение, не будучи ограничены этим, ингибирование роста или размножения микроорганизмов, уничтожение микроорганизмов, дезинфекцию и/или консервацию. В некоторых предпочтительных осуществлениях “борьба“ и “подавление' означают ингибирование роста или размножения микроорганизмов.

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

2,2-Дибромомалонамид и поверхностно-активные биоциды по изобретению доступны в продаже и/или могут быть легко получены специалистами с использованием хорошо известных методов.

В некоторых осуществлениях изобретения отношение массы 2,2-дибромомалонамида к массе поверхностно-активного биоцида находится между примерно 100:1 и примерно 1:100.

В некоторых осуществлениях отношение массы 2,2-дибромо-малонамида к массе поверхностно-активного биоцида находится между примерно 40:1 и примерно 1:20.

В некоторых осуществлениях отношение массы 2,2-дибромо-малонамида к массе поверхностно-активного биоцида находится между примерно 32:1 и примерно 1:16.

В некоторых осуществлениях поверхностно-активным биоцидом является хлорид алкилдиметилбензиламмония, и отношение массы 2,2-дибромо-малонамида к массе хлорида алкилдиметилбензиламмония составляет от примерно 100:1 до примерно 1:20, альтернативно от примерно 70:1 до примерно 1:10, альтернативно от примерно 40:1 до примерно 1:1, альтернативно от примерно 32:1 до примерно 2:1.

В некоторых осуществлениях поверхностно-активным биоцидом является хлорид диоктилдиметиламмония, и отношение массы 2,2-дибромо-малонамида к массе хлорида диоктилдиметиламмония составляет от примерно 100:1 до примерно 1:20, альтернативно от примерно 70:1 до примерно 1:10, альтернативно от примерно 20:1 до примерно 1:5, альтернативно от примерно 9:1 до примерно 1:3 или альтернативно от примерно 3:1 до примерно 1:3.

В некоторых осуществлениях поверхностно-активным биоцидом является полигексаметиленбигуанид, и отношение массы 2,2-дибромомалонамида к массе полигексаметиленбигуанида составляет от примерно 100:1 до примерно 1:20, альтернативно от примерно 70:1 до примерно 1:10, альтернативно от примерно 10:1 до примерно 1:1, или альтернативно от примерно 8:1 до примерно 2:1.

В некоторых осуществлениях поверхностно-активным биоцидом является гидрохлорид додецилгуанидина, и отношение массы 2,2-дибромомалонамида к массе гидрохлорида додецилгуанидина составляет от примерно 100:1 до примерно 1:20, альтернативно от примерно 20:1 до примерно 1:20, или альтернативно от примерно 10:1 до примерно 1:16, альтернативно от примерно 4:1 до примерно 1:16 или альтернативно от примерно 1:1 до примерно 1:16.

В некоторых осуществлениях поверхностно-активным биоцидом является хлорид дидецидиметиламмония, и отношение массы 2,2-дибромомалонамида к массе хлорида дидецидиметиламмония составляет от примерно 100:1 до примерно 1:20, альтернативно от примерно 20:1 до примерно 1:20, или альтернативно от примерно 10:1 до примерно 1:16, или альтернативно от примерно 4:1 до примерно 1:16.

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 полимерных эмульсий, 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 в данной области 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 иллюстрации, подходящая концентрация активных веществ (для 2,2-дибромомалонамида и поверхностно-активного биоцида суммарно) обычно составляет по меньшей мере примерно 1 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.

Компоненты композиции могут быть добавлены в водную или водосодержащую систему по отдельности или предварительно смешанными перед добавлением. Специалист может легко установить 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 ингибирование роста или пробы на уничтожение. Детали каждого испытания приведены ниже.

Проба на уничтожение

Пробу на уничтожение используют в качестве предварительной оценки синергизма между активными веществами. Методика испытания является следующей. Раствор минеральных солей (0,2203 г CaCl₂, 0,1847 г MgSO₄ и 0,203 г NaHCO₃ в 1 л воды, рН приблизительно 8) инокулируют равными количествами (примерно 10⁷ КОЕ/мл) смеси Pseudomonas aeruginosa ATCC 10145 и Staphilococcus aureus ATCC 6538. Аликвоты суспензии клеток обрабатывают затем 2,2-дибромомалонамидом (“ДБМАЛ“}, поверхностно-активным биоцидом и их комбинациями при различных уровнях концентраций. После инкубации при 37°С в течение 24 ч определяют биоцидную активность на основании минимальной концентрации биоцида (МКБ), необходимой для уничтожения бактериальных клеток в аликвотах. Значения МКБ затем используют для определения величин показателя синергии (SI).

Сводки результатов испытаний на уничтожение представлены в отдельных примерах. В каждой таблице представлены значения МКБ для каждого биоцида и для испытанных смесей. Подобным образом приведены величины показателя синергии (SI) для комбинаций. SI рассчитаны по следующему уравнению:

Показатель синергии=С_а+/С_А+C_b+/C_B,

где:

С_а+ - концентрация биоцида А, требуемая для полного уничтожения бактерий, когда биоцид используют в комбинации с биоцидом В;

С_А - концентрация биоцида А, требуемая для полного уничтожения бактерий, когда используют один биоцид А;

C_b+ - концентрация биоцида В, требуемая для полного уничтожения бактерий, когда биоцид используют в комбинации с биоцидом А;

C_B - концентрация биоцида В, требуемая для полного уничтожения бактерий, когда используют один биоцид В.

Значения SI интерпретируются следующим образом:

SI<1 - синергетическая;

SI=1 - аддитивная;

SI>1 - антагонистическая.

Проба на ингибирование роста

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

Проба измеряет эффективность одного или нескольких биоцидов в предотвращении роста комплекса 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 микротировального планшета. Разведения 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, Staphylococcusaureus и Bacillus subtilis. Конечный суммарный объем среды в каждой ячейке составляет 300 мкл. После приготовления, которое 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 восемь 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, Staphylococcusaureus 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 ингибирования роста, вызванного присутствием каждого биоцида и каждой из 64 комбинаций. 90% ингибирование 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, требуемая для ингибирования роста 90% бактерий, когда он используется один;

С_В - концентрация биоцида В, требуемая для ингибирования роста 90% бактерий, когда он используется один;

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

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

Значения SI интерпретируются следующим образом:

SI<1 - синергетическая;

SI=1 - аддитивная;

SI>1 - антагонистическая.

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

Пример 1

ДБМАЛ и ДДАХ

Результаты испытания на уничтожение, таблица 2, суммируют результаты опытов с ДБМАЛ одним и в комбинации с хлоридом диоктилдиметиламмония (ДДАХ). Как можно видеть, несколько комбинаций демонстрируют синергетический эффект.

Пример 2

ДБМАЛ и АДБАХ

Результаты испытания на ингибирование роста, таблица 3, показывают результаты испытания на ингибирование роста для ДБМАЛ, хлорида С₁₂-С₁₆-алкилдиметилбензиламмония (АДБАХ) и их комбинаций. Концентрация 90% ингибирования роста (I₉₀) для ДБМАЛ составляет 12,5 мг/л (таблица 3), а АДБАХ оказывается даже более эффективным, так как только 3,13 мг/л нужно для того, чтобы достичь порогового значения 90% ингибирования роста. Однако, когда испытывали комбинации этих активных веществ, результаты показали, что ингибирование роста вызывают более низкие концентрации двух активных веществ. Например, 3,13 мг/л ДБМАЛ вызывает ингибирование роста >90%, если присутствует настолько мало, как 1,56 мг/л АДБАХ.

Таблица 4 показывает соотношения ДБМАЛ и АДБАХ, найденные являющимися синергетическими в опытах по ингибированию роста.

Пример 3

ДБМАЛ и ДГГХ

Результаты испытания на ингибирование роста, таблица 5, показывают результаты испытания на ингибирование роста для ДБМАЛ, гидрохлорида додецилгуанидина (ДГГХ) и их комбинаций.

Таблица 6 показывает соотношения ДБМАЛ и ДГГХ, найденные являющимися синергетическими в опытах по ингибированию роста. Соотношения основаны на концентрациях (мг/л) двух активных веществ.

Пример 4

ДБМАЛ и ДДМАХ

Результаты испытания на ингибирование роста, таблица 7, показывают результаты испытания на ингибирование роста для ДБМАЛ, хлорида дидецилдиметиламмония (ДДМАХ) и их комбинаций.

Таблица 8 показывает соотношения ДБМАЛ и ДДМАХ, для которых обнаружен синергетический эффект в опытах по ингибированию роста. Соотношения основаны на концентрациях (мг/л) двух активных веществ.

Пример 5

ДБМАЛ и ПГМБГ

Результаты испытания на ингибирование роста, таблица 9, показывают результаты испытания на ингибирование роста для ДБМАЛ, полигексаметиленбигуанида (ПГМБГ) и их комбинаций.

Таблица 10 показывает соотношения ДБМАЛ и ПГМБГ, для которых обнаружен синергетический эффект в опытах по ингибированию роста. Соотношения основаны на концентрациях (мг/л) двух активных веществ.

Хотя изобретение было описано выше в соответствии с его предпочтительными осуществлениями, оно может быть модифицировано в рамках духа и объема этого раскрытия. Эта заявка поэтому предназначена для того, чтобы охватить любые вариации, применения или приспособления 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.

JP 2001213707 А 07.08.2001;

JP 6256107 А 13.09.1994;

RU 2207154 С1 27.06.2003.