Результат интеллектуальной деятельности: СИНЕРГИЧЕСКАЯ МИКРОБИЦИДНАЯ КОМПОЗИЦИЯ, СОДЕРЖАЩАЯ 2,2-ДИБРОММАЛОНАМИД И ОКИСЛЯЮЩИЙ БИОЦИД, И СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РОСТА МИКРООРГАНИЗМОВ

Перекрестная ссылка на родственные заявки

Настоящая заявка испрашивает приоритет предварительной заявки на патент США сер. №61/246713, поданной 29 сентября 2009 года, которая во всей ее полноте включена в настоящий документ посредством ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к биоцидным композициям и способам их применения для регулирования численности микроорганизмов в водных в водосодержащих системах. Указанные композиции содержат 2,2-диброммалонамид и окисляющий биоцид.

Предпосылки создания изобретения

Водные системы представляют плодородную среду для размножения водорослей, бактерий, вирусов и грибков, некоторые из которых могут быть патогенными. Такое загрязнение микроорганизмами может создать множество проблем, включая эстетическую непривлекательность, как у воды с зеленой слизью, серьезные опасности для здоровья, такие как грибковые, бактериальные или вирусные инфекции и механические осложнения, включая засорение и коррозию оборудования и уменьшение теплопереноса.

Биоциды повсеместно применяют для дезинфекции и регулирования роста микроорганизмов в водных и водосодержащих системах. Однако не все биоциды эффективны против широкого спектра микроорганизмов и/или в широком диапазоне температур, а некоторые из них несовместимы с другими средствами, применяемыми для химической обработки. Кроме того, некоторые биоциды не обеспечивают регулирование численности микроорганизмов в течение продолжительных периодов времени.

Хотя некоторые из этих недостатков можно преодолевать, применяя большие количества биоцида, это создает свои собственные проблемы, включая рост стоимости, увеличение объема вредных отходов и повышенную вероятность того, что биоцид окажется неблагоприятным для сохранения желательных свойств обрабатываемой среды. Кроме того, даже при применении больших количеств биоцида, многие коммерческие биоцидные соединения не могут обеспечить эффективный контроль вследствие их слабой активности против определенных типов микроорганизмов или вследствие устойчивости микроорганизмов к этим соединениям.

Значительным прогрессом в данной области было бы предоставление таких биоцидных композиций, предназначенных для обработки водных систем, которые были бы способны обеспечить один или более из следующих благоприятных эффектов: повышенную эффективность при более низких концентрациях, совместимость с физическими условиями и другими добавками в обрабатываемой среде, эффективность против широкого спектра микроорганизмов и/или способность обеспечивать как краткосрочное, так и долгосрочное регулирование численности микроорганизмов.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном аспекте настоящее изобретение представляет биоцидную композицию. Указанную композицию можно применять для регулирования численности микроорганизмов в водных или водосодержащих системах. Композиция содержит 2,2-диброммалонамид и окисляющий биоцид, выбранный из монохлорамина, бромхлордиметилгидантоина, гипобромитного иона или бромноватистой кислоты, пероксида водорода, дихлоризоцианурата, трихлоризоцианурата и диоксида хлора.

Во втором аспекте настоящее изобретение представляет способ регулирования численности микроорганизмов в водных или водосодержащих системах. Указанный способ включает в себя обработку указанной системы эффективным количеством биоцидной композиции, как описано в настоящем документе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Как отмечено выше, настоящее изобретение представляет биоцидную композицию и способы ее применения для регулирования численности микроорганизмов. Указанная композиция содержит 2,2-диброммалонамид и окисляющий биоцид, который выбирают из монохлорамина, бромхлордиметилгидантоина, гипобромитного иона или бромноватистой кислоты и пероксида водорода. Неожиданно было обнаружено, что комбинации 2,2-диброммалонамида и окисляющего биоцида, как описано в настоящем документе, при определенных соотношениях их масс, являются синергичными, когда их применяют для регулирования численности микроорганизмов в водных или водосодержащих средах. То есть результатом комбинирования материалов является более значительное улучшение биоцидных свойств, чем можно было ожидать, основываясь на их индивидуальной эффективности. Такой синергизм дает возможность применять меньшие количества материалов для достижения желаемой биоцидной эффективности, тем самым ослабляя значимость проблем, вызванных ростом микроорганизмов в промышленных технологических водах, с одновременной возможностью уменьшения экологической нагрузки и материальных затрат.

Для целей настоящего описания значение термина «микроорганизм» включает, но не ограничивается ими, бактерии, грибки, водоросли и вирусы. Термины «регулирование» и «регулирующий» следует толковать в широком смысле, включая в него, но не ограничиваясь этим, ингибирование роста или распространения микроорганизмов, гибель микроорганизмов, дезинфекцию и/или стерилизацию. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения термины «регулирование» и «регулирующий» означают ингибирование роста или распространения микроорганизмов. В дальнейших вариантах осуществления настоящего изобретения термины «регулирование» и «регулирующий» означают гибель микроорганизмов.

Термин «2,2-диброммалонамид» относится к соединению, представленному следующей химической формулой:

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения отношение массы 2,2-диброммалонамида к массе окисляющего биоцида составляет от примерно 100:1 до примерно 1:100 (40:1 до примерно 1:100, альтернативно, от примерно 32:1 до примерно 1:80).

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения композиция согласно настоящему изобретению содержит 2,2-диброммалонамид и монохлорамин. Квалифицированные специалисты в данной области техники, применяя хорошо известные методики, могут легко получить монохлорамин. Например, он может быть получен при смешивании необходимых количеств растворов сульфата аммония ([NH₄]₂SO₄) и источника гипохлоритного иона, такого как гипохлорит натрия. Например, монохлорамин можно также получать, смешивая бромид аммония и вещество, содержащее гипохлоритный ион. Гипохлоритный ион может быть в форме коммерческого отбеливателя (например, Clorox®). Продукт, образующийся при смешивании бромида аммония и вещества, представляющего собой источник гипохлоритного иона, иногда называют монохлорамином, «активированным бромом», а в других случаях его называют просто монохлорамином. Все продукты, образующиеся в результате такого смешивания, охвачены термином «монохлорамин», используемым в настоящем изобретении, включая монохлорамин, активированный бромом, и просто монохлорамин.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения отношение массы 2,2-диброммалонамида к массе монохлорамина 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 1:5, альтернативно, от примерно 32:1 до примерно 1:4 или, альтернативно, от примерно 32:1 до примерно 1:2). В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения указанное отношение масс составляет от примерно 16:1 до примерно 1:4.

В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения композиция согласно настоящему изобретению содержит 2,2-диброммалонамид и бромхлордиметилгидантоин. Бромхлордиметилгидантоин является коммерчески доступным.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения отношение массы 2,2-диброммалонамида к массе бромхлордиметилгидантоина составляет от примерно 20:1 до примерно 1:100 (альтернативно, от примерно 10:1 до примерно 1:70, альтернативно, от примерно 5:1 до примерно 1:20 или, альтернативно, от примерно 4:1 до примерно 1:16).

В другом варианте осуществления настоящего изобретения композиция согласно настоящему изобретению содержит 2,2-диброммалонамид и бромноватистую кислоту или гипобромитный ион. Бромноватистая кислота и гипобромитный ион являются коммерчески доступными или легко могут быть получены квалифицированными специалистами в данной области (например, бромноватистую кислоту можно получать, растворяя бром в избытке воды).

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения отношение массы 2,2-диброммалонамида к массе бромноватистой кислоты или гипобромитного иона составляет от примерно 20:1 до примерно 1:100 (альтернативно, от примерно 10:1 до примерно 1:70, альтернативно, от примерно 5:1 до примерно 1:40 или, альтернативно, от примерно 4:1 до примерно 1:32).

В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения композиция согласно настоящему изобретению содержит 2,2-диброммалонамид и пероксид водорода. Растворы пероксида водорода в воде являются коммерчески доступными.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения отношение массы 2,2-диброммалонамида к массе пероксида водорода составляет от примерно 50:1 до примерно 1:100 (альтернативно, от примерно 30:1 до примерно 1:80, альтернативно, от примерно 1:10 до примерно 1:80 или, альтернативно, от примерно 1:20 до примерно 1:80).

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения окисляющий биоцид представляет собой дихлоризоцианурат и отношение массы 2,2-диброммалонамида к массе дихлоризоцианурата 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 1:5, альтернативно, от примерно 32:1 до примерно 1:1).

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения окисляющий биоцид представляет собой трихлоризоцианурат и отношение массы 2,2-диброммалонамида к массе трихлоризоцианурата 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 1:5, альтернативно, от примерно 16:1 до примерно 1:4).

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения окисляющий биоцид представляет собой диоксид хлора и отношение массы 2,2-диброммалонамида к массе диоксида хлора составляет от примерно 50:1 до примерно 1:50 (альтернативно, от примерно 20:1 до примерно 1:20, альтернативно, от примерно 16:1 до примерно 1:16).

Многие из окисляющих биоцидов, описанных в настоящем документе, могут быть получены электролитическим способом.

Композицию согласно настоящему изобретению можно применять для регулирования численности микроорганизмов в разнообразных водных и водосодержащих системах. Примеры таких систем включают в себя, но не ограничиваются ими, краски и покрытия, водные эмульсии, латексы, адгезивы, чернила, дисперсии пигментов, бытовые и промышленные чистящие средства, детергенты, детергенты для мытья посуды, минеральные суспензии, эмульсии полимеров, герметики и адгезивы, соединения, используемы в липких лентах, дезинфицирующие средства, санитайзеры, жидкости, применяемые в металлообработке, продукты, применяемые в строительстве, продукты, применяемые для личной гигиены, жидкости, применяемые при производстве текстильных материалов (такие как жидкости, применяемые для отделки пряжи), промышленную технологическую воду (например, воду нефтяного пласта, воду, применяемую в целлюлозно-бумажном производстве, охлаждающую воду), функциональные жидкости, применяемые при разработке нефтяных месторождений (такие как буровые растворы и жидкости для гидроразрыва), различные виды топлива, увлажнители воздуха, сточную воду, балластную воду, системы фильтрации и воду, используемую в плавательных бассейнах и при спа-процедурах. Предпочтительными водными системами являются жидкости, применяемые в металлообработке, средства личной гигиены, бытовые и промышленные очистители, промышленная технологическая вода и краски и покрытия. Особо предпочтительными являются промышленная технологическая вода, краски и покрытия, жидкости, применяемые в металлообработке, и текстильные жидкости, такие как средства для отделки пряжи.

Специалист с обычной квалификацией в данной области может без излишнего экспериментирования легко определить эффективное количество композиции, которое следует использовать в любой конкретной области использования для обеспечения регулирования численности микроорганизмов. В качестве иллюстрации можно указать, что подходящая концентрация активных ингредиентов (суммарная для 2,2-диброммалонамида и окисляющего биоцида) обычно составляет, по меньшей мере, примерно 1 м.д. (альтернативно, по меньшей мере, примерно 3 м.д., альтернативно, по меньшей мере, примерно 7 м.д., альтернативно, по меньшей мере, примерно 10 м.д., альтернативно, по меньшей мере, примерно 30 м.д. или, альтернативно, по меньшей мере, примерно 100 м.д.) в расчете на общую массу водной или водосодержащей системы. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения подходящий верхний предел для концентрации активных ингредиентов составляет примерно 1000 м.д. (альтернативно, примерно 500 м.д., альтернативно, примерно 100 м.д., альтернативно, примерно 50 м.д., альтернативно, примерно 30 м.д., альтернативно, примерно 15 м.д., альтернативно, примерно 10 м.д. или, альтернативно, примерно 7 м.д.) в расчете на общую массу водной или водосодержащей системы.

Компоненты композиции можно добавлять в водную или водосодержащую систему по отдельности или предварительно смешанными перед добавлением. Специалист с обычной квалификацией в данной области техники легко может определить подходящий способ добавления. Композицию можно применять в системе с другими добавками, которые включают в себя, но не ограничиваются ими, такие материалы, как поверхностно-активные вещества, ионные/неионные полимеры и ингибиторы образования накипи и коррозии, поглотители кислорода и/или дополнительные биоциды.

Нижеследующие примеры иллюстрируют настоящее изобретение, но они не предназначены для ограничения его объема. Если не указано иначе, отношения, процентные доли, части и т.п., использованные в настоящем документе, рассчитаны по массе.

ПРИМЕРЫ

Результаты, предоставленные в Примерах, получены в тестах с ингибированием роста. Детали каждого теста предоставлены ниже.

Тест с ингибированием роста. В тесте с ингибированием роста, использованном в Примерах, измеряют ингибирование роста (или его отсутствие) некоторого консорциума микроорганизмов. Ингибирование роста может быть результатом искусственно вызванной гибели клеток (нет никакого роста), уничтожения значительной части популяции клеток, вследствие чего для восстановления роста требуется больше времени, или оно может представлять собой ингибирование роста без гибели клеток (цитостаз). Независимо от механизма действия, воздействие биоцида (или комбинации биоцидов) можно измерять во времени по увеличению размера сообщества.

В данном тесте измеряют эффективность одного или более биоцидов по способности предотвращать рост консорциума бактерий в разбавленной среде с минеральными солями. Среда содержит следующие компоненты (в мг/л): FeCl₃∙6H₂O (1); CaCl₂∙2H₂O (10); MgSO₄∙7H₂O (22,5); (NH₄)₂SO₄ (40); KH₂PO₄ (10); K₂HPO₄ (25,5); дрожжевой экстракт (10) и глюкозу (100). После добавления всех компонентов к деионизированной воде, величину рН в этой среде доводят до 7,5. После фильтрационной стерилизации, диспенсором вносят 100-мкл аликвоты в стерильные лунки микротитровальных планшетов. Затем на микротитровальный планшет наносят последовательные разбавления 2,2-диброммалонамида ("DBMAL") и/или «биоцида B». После составления комбинаций активных ингредиентов, как показано ниже, в каждую лунку вносят по 100 мкл клеточной суспензии, содержащей приблизительно 1×10⁶ клеток Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae, Staphylococcus aureus и Bacillus subtilis на миллилитр смеси. Конечный общий объем среды в каждой лунке составляет 300 мкл. В препаратах, полученных так, как описано в настоящем документе, концентрация каждого активного ингредиента находится в диапазоне от 25 м.д. до 0,195 м.д., как показано в Таблице 1. Шаблон, полученный в результате этого, дает возможность испытывать восемь концентраций каждого активного ингредиента и 64 комбинации активных ингредиентов в этих отношениях (или индивидуальных активных ингредиентов).

Контрольные образцы (не показаны) содержат среду без добавления биоцида. После составления комбинаций активных ингредиентов, как показано выше, в каждую лунку вносят по 100 мкл клеточной суспензии, содержащей приблизительно 1×10⁶ клеток Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae, Staphylococcus aureus и Bacillus subtilis на миллилитр смеси. Конечный общий объем среды в каждой лунке составляет 300 мкл.

Непосредственно после подготовки микротитровальных планшетов в каждой лунке измеряют оптическую плотность (OD) при 580 нм, после чего их инкубируют при 37°С в течение 24 часов. После инкубационного периода планшеты осторожно перемешивают, а затем записывают значения OD₅₈₀.

Значения OD₅₈₀ при T₀ вычитают из значений при T₂₄ для определения общей количественной характеристики происходящего роста (или его отсутствия).

Эти значения применяют для вычисления процента ингибирования роста, обусловленного присутствием каждого биоцида и каждой из 64 комбинаций. 90%-ное ингибирование роста используют как пороговую величину для вычисления значений индекса синергизма (SI) по следующему уравнению:

Индекс синергизма = M_DBMAL/C_DBMAL + M_B/C_В,

где

C_DBMAL - концентрация, требующаяся для ингибирования бактериального роста примерно на 90%, когда применяют один DBMAL.

C_B - концентрация биоцида (B), требующаяся для ингибирования бактериального роста примерно на 90%, когда применяют один биоцид.

M_DBMAL - концентрация DBMAL, требующаяся для ингибирования бактериального роста примерно на 90%, когда его применяют в комбинации с биоцидом (B).

M_B - концентрация биоцида (B), требующаяся для ингибирования бактериального роста примерно на 90%, когда его применяют в комбинации с DBMAL.

Значения SI интерпретируют следующим образом:

SI <1: синергическая комбинация

SI = 1: аддитивная комбинация

SI >1: антагонистическая комбинация

В Примерах, приведенных ниже, количества биоцидов в растворах измеряют в миллиграммах на литр раствора (мг/л). Поскольку плотности растворов составляют приблизительно 1,00, значение, измеренное в мг/л, соответствует массе, выраженной в м.д. Поэтому в Примерах обе единицы могут использоваться взаимозаменяемо.

Пример 1

DBMAL и монохлорамин, полученный из сульфата аммония и отбеливателя.

Монохлорамин (NH₂Cl) получают, смешивая необходимые количества растворов сульфата аммония ([NH₄]₂SO₄) и коммерческого отбеливателя (Clorox®). Таблица 2 показывает результаты исследования ингибирования роста для DBMAL, монохлорамина (NH₂Cl) и их комбинации. Результаты демонстрируют, что значения I₉₀ для NH₂Cl и DBMAL составляют 1,56 мг/л и 12,5 мг/л, соответственно (Таблица 2). Комбинации NH₂Cl и DBMAL являются очень эффективными в отношении предотвращения роста, как показывают результаты, полученные с комбинацией 0,78 мг/л NH₂Cl и 0,19 мг/л DBMAL.

Таблица 3 показывает соотношения DBMAL и NH₂Cl, найденные синергичными при исследовании ингибирования роста.

Пример 3

DBMAL и монохлорамин, полученный из бромида аммония и гипохлорита

Монохлорамин получают, смешивая необходимые количества бромида аммония и гипохлорита.

Таблица 4 показывает результаты исследования ингибирования роста для DBMAL, бромида аммония с гипохлоритом и их комбинации.

Таблица 5 показывает соотношения DBMAL и бромида аммония с гипохлоритом, найденные синергичными при исследовании ингибирования роста.

Пример 4

DBMAL и BCDMH

Таблица 6 показывает результаты исследования ингибирования роста для DBMAL, бромхлордиметилгидантоина («BCDMH») и их комбинации.

Таблица 7 показывает концентрации DBMAL и BCDMH, которые найдены синергичными при исследовании ингибирования роста.

Пример 5

DBMAL и бромноватистая кислота

Таблица 8 показывает результаты исследования ингибирования роста для DBMAL, бромноватистой кислоты («HOBr») и их комбинации. В этом примере HOBr получали непосредственно перед использованием, смешивая эквимолярные количества гипохлорита натрия (NaOCl) и бромида натрия (NaBr).

Таблица 9 показывает концентрации DBMAL и HOBr, найденные синергичными при исследовании ингибирования роста.

Пример 6

DBMAL и пероксид водорода

Таблица 10 показывает результаты исследования ингибирования роста для DBMAL, пероксида водорода (H₂O₂) и их комбинации.

Таблица 11 показывает одну концентрацию DBMAL и H₂O₂, найденную синергичной при исследовании ингибирования роста.

Пример 7

DBMAL и дихлоризоцианурат

Таблица 12 показывает результаты исследования ингибирования роста для DBMAL, дихлоризоцианурата (DCI) и их комбинации.

Таблица 13 показывает концентрации DBMAL и DCI, найденные синергичными при исследовании ингибирования роста.

Пример 8

DBMAL и трихлоризоцианурат

Таблица 14 показывает результаты исследования ингибирования роста для DBMAL, трихлоризоцианурата («TCI») и их комбинации.

Таблица 15 показывает концентрации DBMAL и TCI найденные синергичными при исследовании ингибирования роста.

Пример 8

DBMAL и диоксид хлора

Таблица 16 показывает результаты исследования ингибирования роста для DBMAL, диоксида хлора (ClO₂) и их комбинации.

Таблица 17 показывает концентрации DBMAL и ClO₂, найденные синергичными при исследовании ингибирования роста.

Хотя настоящее изобретение было описано выше согласно его предпочтительным вариантам осуществления, оно может быть изменено в пределах сущности и объема настоящего раскрытия. Поэтому настоящая заявка имеет целью охватить любые вариации, способы применения или адаптации настоящего изобретения, в которых использованы общие принципы, изложенные в настоящем документе. Кроме того, настоящая заявка имеет целью охватить такие отступления от настоящего раскрытия, которые соответствуют известной или обычной практике в той области техники, к которой относится настоящее изобретение, и которые находятся в пределах нижеследующих пунктов формулы настоящего изобретения.