Результат интеллектуальной деятельности: КОМПОЗИЦИИ ДИБРОММАЛОНАМИДА И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В КАЧЕСТВЕ БИОЦИДОВ

Перекрестная ссылка на родственные заявки

Данная заявка испрашивает приоритет по Предварительной Заявке Сер. №61/246184, поданной 28 сентября 2009 года, содержание которой включено в данное описание во всей полноте в виде ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к биоцидным композициям и способам их применения для контроля микроорганизмов в водных системах и системах, содержащих воду. Композиции включают 2,2-диброммалонамид и биоцид на основе изотиазолинона.

Уровень техники

Водные системы обеспечивают питательную среду для водорослей, бактерий, вирусов и грибов, некоторые из которых могут быть патогенными. Микробное загрязнение может создать множество проблем, включая эстетические проблемы, такие как слизистая зеленая вода, серьезный риск для здоровья, такой как грибковые, бактериальные или вирусные инфекции, и механические проблемы, включая забивку, коррозию оборудования и снижение теплообмена.

Биоциды обычно используются для дезинфекции и контроля роста микроорганизмов в водных системах и системах, содержащих воду. Однако не все биоциды эффективны в отношении широкого спектра микроорганизмов и/или при широком интервале температур, и некоторые биоциды несовместимы с другими добавками, используемыми для химической обработки. Кроме того, некоторые биоциды не обеспечивают микробиологический контроль в течение достаточно длительных периодов времени.

Хотя некоторые из указанных выше недостатков могут быть преодолены посредством применения повышенных количеств биоцида, такая альтернатива создает собственные проблемы, включая повышенную стоимость, повышенные потери и повышенную вероятность того, что биоцид будет мешать проявлению целевых свойств обрабатываемой среды. Кроме того, даже при применении больших количеств биоцида многие коммерческие биоцидные соединения не могут обеспечить эффективный контроль ввиду их слабой активности в отношении некоторых типов микроорганизмов или резистентности микроорганизмов к указанным соединениям.

Поэтому значительным достижением в данной области техники было бы предоставление биоцидных композиций для обработки водных систем, которые дают одно или несколько из следующих преимуществ: повышенная эффективность при более низких концентрациях, совместимость с физическими условиями и другими добавками в обрабатываемой среде, эффективность в отношении широкого спектра микроорганизмов и/или способность обеспечить как краткосрочный, так и долгосрочный контроль микроорганизмов.

Сущность изобретения

В соответствии с одним аспектом, изобретение предоставляет биоцидную композицию. Композиция применима для контроля микроорганизмов в водных системах или системах, содержащих воду. Композиция включает 2,2-диброммалонамид и биоцид на основе изотиазолинона формулы I:

где R, R¹ и Y принимают значения, определенные ниже.

В соответствии со вторым аспектом, изобретение предоставляет способ контроля микроорганизмов в водных системах или системах, содержащих воду. Способ включает обработку системы эффективным количеством биоцидной композиции согласно изобретению.

Подробное описание изобретения

Как указывалось выше, изобретение предоставляет биоцидную композицию и способы ее применения для контроля микроорганизмов. Композиция включает 2,2-диброммалонамид и биоцид на основе изотиазолинона формулы I, которая показана ниже. Неожиданно было установлено, что комбинации 2,2-диброммалонамида и биоцида на основе изотиазолинона согласно изобретению при некоторых массовых соотношениях являются синергическими при применении для контроля микроорганизмов в водной среде или среде, содержащей воду. То есть объединение указанных соединений приводит к более эффективным биоцидным свойствам, чем могли бы ожидаться, учитывая их эффективность при применении по отдельности. Синергизм позволяет снизить количества применяемых веществ для достижения желательного биоцидного эффекта, уменьшая таким образом проблемы, вызываемые ростом микроорганизмов в технологических процессах, а также снижая воздействие на окружающую среду и стоимость материалов.

В данном описании термин «микроорганизм» включает, но без ограничения, бактерии, грибы, водоросли и вирусы. Считается, что термины «контроль» и «контролирование» включают, но без ограничения, ингибирование роста или размножения микроорганизмов, поражение микроорганизмов, дезинфекцию и/или консервацию.

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

Биоцид на основе изотиазолинона композиции согласно изобретению представляет собой соединение формулы:

где R и R¹ независимо представляют собой водород, галоген или С₁-С₄ алкил, или R и R¹ вместе с атомами углерода, к которым они присоединены, образуют С₄-С₇ циклоалкильное кольцо или арильную группу; и

Y представляет собой Н, С₁-С₁₂ алкил, С₃-С₇ циклоалкил, арил или аралкил.

В некоторых вариантах осуществления изобретения R в формуле I представляет собой Н или Cl. В некоторых вариантах осуществления R¹ представляет собой Н или Cl. В некоторых вариантах осуществления изобретения R и R¹ вместе с атомами углерода, к которым они присоединены, образуют фенил или циклопентил.

В некоторых вариантах осуществления изобретения Y в формуле I представляет собой Н, CH₃, CH₂CH₃ или н-октил.

В некоторых вариантах осуществления изобретения биоцид на основе изотиазолинона представляет собой 5-хлор-2-метил-4-изотиазолин-3-он, 2-метил-4-изотиазолин-3-он, 2-н-октил-4-изотиазолин-3-он, 1,2-бензизотиазолин-3-он, 4,5-дихлор-2-н-октилизотиазолин-3-он, смесь 5-хлор-2-метил-4-изотиазолин-3-она и 2-метил-4-изотиазолин-3-она, 2-этил-4-изотиазолин-3-он, 5-хлор-2-этил-4-изотиазолин-3-он, 4,5-дихлор-2-метил-4-изотиазолин-3-он, 2-метил-4,5-триметилен-4-изотиазолин-3-он, N-метил-1,2-бензизотиазолин-3-он или N-бутил-1,2-бензизотиазолин-3-он.

В некоторых вариантах осуществления изобретения биоцид на основе изотиазолинона представляет собой 5-хлор-2-метил-4-изотиазолин-3-он (5-chloro-2-methyl-4-isothiazolin-3-one - "CMIT"), 2-метил-4-изотиазолин-3-он (2-methyl-4-isothiazolin-3-one - "ΜIT"), 2-н-октил-4-изотиазолин-3-он (2-n-octyl-4-isothiazolin-3-one - "OIT"), 1,2-бензизотиазолин-3-он (1,2-benzisothiazolin-3-one - "ΒIT"), 4,5-дихлор-2-н-октилизотиазолин-3-он (4,5-dichloro-2-n-octylisothiazolin-3-one - "DCOIT") или смесь 5-хлор-2-метил-4-изотиазолин-3-она и 2-метил-4-изотиазолин-3-она, N-метил-1,2-бензизотиазолин-3-он (N-methyl-1,2-benzisothiazolin-3-one - "MBIT") или N-бутил-1,2-бензизотиазолин-3-он (N-butyl-1,2-benzisothiazolin-3-one - "BBIT").

Для применения согласно настоящему изобретению могут объединяться несколько изотиазолиноновых соединений; в этих случаях соотношения и концентрации рассчитывают исходя из общей массы всех присутствующих изотиазолиноновых соединений.

Изотиазолиноны для применения в настоящем изобретении являются коммерчески доступными и/или могут быть легко получены специалистом в данной области техники с использованием хорошо известных методик (см., например, Патент США №5312827). 2,2-Диброммалонамид является коммерчески доступным. В некоторых вариантах осуществления изобретения желательно получать изотиазолинонсодержащие композиции согласно изобретению в растворах, содержащих воду, или органический растворитель, или их смеси в сочетании с нитратными или нитритными стабилизаторами для предотвращения разложения изотиазолинона (см. Патент США №3870795). В некоторых вариантах осуществления изобретения стабилизатор представляет собой нитрат магния.

В некоторых вариантах осуществления изобретения массовое соотношение 2,2-диброммалонамида и биоцида на основе изотиазолинона находится в интервале от примерно 100:1 до примерно 1:400.

В некоторых вариантах осуществления изобретения массовое соотношение 2,2-диброммалонамида и биоцида на основе изотиазолинона находится в интервале от примерно 70:1 до примерно 1:350.

В некоторых вариантах осуществления изобретения массовое соотношение 2,2-диброммалонамида и биоцида на основе изотиазолинона находится в интервале от примерно 32:1 до примерно 1:320.

В некоторых вариантах осуществления изобретения биоцид на основе изотиазолинона представляет собой 5-хлор-2-метил-4-изотиазолин-3-он и массовое соотношение 2,2-диброммалонамида и 5-хлор-2-метил-4-изотиазолин-3-она находится в интервале 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 или альтернативно от примерно 32:1 до примерно 1:2.

В некоторых вариантах осуществления изобретения биоцид на основе изотиазолинона представляет собой 2-метил-4-изотиазолин-3-он и массовое соотношение 2,2-диброммалонамида и 2-метил-4-изотиазолин-3-она находится в интервале от примерно 20:1 до примерно 1:20, альтернативно от примерно 10:1 до примерно 1:10 или альтернативно от примерно 4:1 до примерно 1:4.

В некоторых вариантах осуществления изобретения биоцид на основе изотиазолинона представляет собой 4,5-дихлор-2-н-октилизотиазолин-3-он и массовое соотношение 2,2-диброммалонамида и 4,5-дихлор-2-н-октилизотиазолин-3-она находится в интервале от примерно 20:1 до примерно 1:20, альтернативно от примерно 10:1 до примерно 1:20, или альтернативно от примерно 4:1 до примерно 1:16.

В некоторых вариантах осуществления изобретения биоцид на основе изотиазолинона представляет собой 1,2-бензизотиазолин-3-он и массовое соотношение 2,2-диброммалонамида и 1,2-бензизотиазолин-3-она находится в интервале от примерно 20:1 до примерно 1:20, альтернативно от примерно 10:1 до примерно 1:10, альтернативно от примерно 1:1 до примерно 1:5 или альтернативно от примерно 1:1,6 до примерно 1:5.

В некоторых вариантах осуществления изобретения биоцид на основе изотиазолинона представляет собой 2-н-октил-4-изотиазолин-3-он и массовое соотношение 2,2-диброммалонамида и 2-н-октил-4-изотиазолин-3-она находится в интервале от примерно 20:1 до примерно 1:350, альтернативно от примерно 1:1 до примерно 1:320, альтернативно от примерно 1:2 до примерно 1:320 или альтернативно от примерно 1:2,5 до примерно 1:320.

В некоторых вариантах осуществления изобретения биоцид на основе изотиазолинона представляет собой N-метил-1,2-бензизотиазолин-3-он и массовое соотношение 2,2-диброммалонамида и N-метил-1,2-бензизотиазолин-3-она находится в интервале от примерно 20:1 до примерно 1:280, альтернативно от примерно 1:1 до примерно 1:256.

В некоторых вариантах осуществления изобретения биоцид на основе изотиазолинона представляет собой N-бутил-1,2-бензизотиазолин-3-он и массовое соотношение 2,2-диброммалонамида и N-бутил-1,2-бензизотиазолин-3-она находится в интервале от примерно 20:1 до примерно 1:20, альтернативно от примерно 10:1 до примерно 1:10, альтернативно от примерно 1:1 до примерно 1:8 или альтернативно от примерно 1:2 до примерно 1:8.

Композиция согласно изобретению применима для контроля микроорганизмов в различных водных системах и системах, содержащих воду. Примеры таких систем включают, но без ограничения, краски и покрытия, водные эмульсии, латексы, клеи, чернила, пигментные дисперсии, бытовые и промышленные моющие средства, детергенты, моющие средства для посуды, минеральные суспензионные полимерные эмульсии, уплотнители и связующие материалы, вещества для соединения стыков (швов), дезинфекционные средства, дезинфицирующие средства, жидкости для технологической обработки металлов, конструкционные изделия, предметы личной гигиены, текстильные жидкости, такие жидкости для обработки волокна в процессе его кручения, как вода промышленных технологических процессов (например, пластовая вода, технологическая вода, используемая в целлюлозно-бумажной промышленности, охлаждающая вода и вода, используемая в камерах орошения и воздухоочистителях), функциональные жидкости нефтяного промысла, такие как буровые растворы и рабочие жидкости, топливо, вода, используемая в камерах орошения и воздухоочистителях, сточные воды, водяной балласт, системы фильтрации, воду, используемую в плавательных бассейнах или при спа-процедурах. Предпочтительными водными системами являются жидкости обработки металлов, предметы личной гигиены, бытовые и промышленные моющие средства, промышленная вода и краски и покрытия. Особенно предпочтительными являются вода промышленных технологических процессов, краски и покрытия, жидкости для обработки металлов и текстильные жидкости, такие как жидкости для обработки волокна в процессе его кручения.

Специалист в данной области техники может без дополнительного эксперимента легко определить эффективное количество композиции, которое следует применить в любом конкретном случае для обеспечения контроля микроорганизмов. Например, подходящая концентрация активных веществ (общее количество 2,2-диброммалонамида и биоцида на основе изотиазолинона) обычно составляет по меньшей мере приблизительно 1 м.д. (ч./млн), альтернативно по меньшей мере приблизительно 3 м.д., альтернативно по меньшей мере приблизительно 7 м.д., альтернативно по меньшей мере приблизительно 10 м.д. или альтернативно по меньшей мере приблизительно 100 м.д. из расчета на общую массу водной системы или системы, содержащей воду. В некоторых вариантах осуществления изобретения подходящий верхний предел концентрации активных соединений 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. из расчета на общую массу водной системы или системы, содержащей воду.

Компоненты композиции могут добавляться в водную систему или систему, содержащую воду, раздельно или смешиваться перед добавлением. Специалист данной области техники может легко определить подходящий способ добавления. Композиция может применяться в системе с другими добавками, такими как, но без ограничения, поверхностно-активные вещества, полимеры, содержащие или не содержащие ионогенные группы, ингибиторы образования окалины или накипи и коррозии, поглотители кислорода и/или дополнительные биоциды.

Представленные далее примеры являются иллюстративными примерами настоящего изобретения, но они не предназначены для ограничения области настоящего изобретения. Соотношения, проценты, части и т.п., используемые в примерах, являются соотношениями, процентами, частями и т.п. по массе, если не указано иного.

ПРИМЕРЫ

Биологическое испытание ингибирования роста. Для количественного определения ингибирования роста в примерах используют биологическое испытание ингибирования роста (или потери роста) микробной консорции. Ингибирование роста может быть результатом поражения клеток (в результате которого не происходит роста), поражения значительной части популяции клеток, при котором возобновление роста требует длительного периода, или ингибирования роста без поражения (остановки или задержки роста). Независимо от механизма действия, влияние биоцида (или сочетания биоцидов) может количественно определяться во времени на основании увеличения размера консорции.

Данное биологическое испытание количественно оценивает эффективность одного или нескольких биоцидов в предотвращении роста консорции бактерий в среде разбавленных 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 добавления всех компонентов в деионизированную воду значение рН среды доводят до 7,5. После стерилизации фильтрацией аликвоты распределяют по 100 мкл в стерильные лунки микротитровального планшета. После этого в микротитровальный планшет добавляют разбавления 2,2-диброммалонамида (“DBMAL”) и/или «Биоцида В». После получения комбинаций активных ингредиентов, которые представлены ниже, каждую лунку инокулируют 100 мкл клеточной суспензии, содержащей приблизительно 1×10⁶ клеток на миллилитр смеси Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae, Staphylococcus aureus и Bacillus subtilis. Конечный общий объем среды в каждой лунке составляет 300 мкл. В результате манипуляций в соответствии с описанной выше методикой концентрация каждого активного соединения находится в интервале от 25 м.д. (ч./млн) до 0,19 м.д., как показано в таблице 1. Полученная матрица дает возможность провести биологическое испытание восьми концентраций каждого активного соединения и 64 комбинаций активных ингредиентов в различных соотношениях (активных ингредиентов).

Контроль (не показан) содержит среду без добавления биоцида.

Сразу после подготовки микротитровальных планшетов, как описано выше, определяют оптическую плотность (optical density - OD) содержимого каждой лунки при 580 нм и затем планшеты инкубируют при 37°С в течение 24 часов. После инкубационного периода, планшеты осторожно перемешивают до сбора значений OD₅₈₀. Значения OD₅₈₀ при Т₀ вычитают из значений Т₂₄ для определения общего роста (или его отсутствия), которое имеет место. Полученные значения используют для вычисления процента ингибирования роста, вызванного присутствием каждого биоцида и каждой из 64 комбинаций. 90% ингибирование роста используют в качестве предельного значения для вычисления значений индекса синергизма (synergy index - SI) в соответствии со следующим уравнением:

Индекс синергизма = M_DBMAL/C_DBMAL+M_B/C_B,

где

C_DBMAL: концентрация DBMAL, необходимая для ~90% ингибирования бактериального роста, когда он применяется сам по себе;

C_B: концентрация биоцида (В), необходимая для ~90% ингибирования бактериального роста, когда он применяется сам по себе;

M_DBMAL: концентрация DBMAL, необходимая для ~90% ингибирования бактериального роста, когда он применяется в комбинации с биоцидом (В);

M_B: концентрация биоцида (В), необходимая для ~90% ингибирования бактериального роста, когда он применяется в комбинации с DBMAL.

Значения SI интерпретируют следующим образом:

SI<1:Синергическая комбинация

SI=1:Аддитивная комбинация

SI>1:Антагонистическая комбинация

В примерах, представленных ниже, количества биоцида в растворе определяют в мг на литр раствора (мг/л). Поскольку плотности раствора приблизительно равны 1,00, значения, выраженные в мг/л, соответствуют м.д. (ч./млн) по массе. Поэтому обе размерности в примерах используют взаимозаменяемым образом.

Пример 1

DBMAL и CMIT

В таблице 2 представлены результаты биологического испытания DBMAL, 5-хлор-2-метил-4-изотиазолин-3-она (“CMIT”), взятых по отдельности, и их комбинаций. В данном биологическом испытании минимальная концентрация DBMAL, при которой рост консорций по меньшей мере на 90% меньше, чем рост контроля (то есть значение I₉₀), составляет 12,5 мг/л. Значение I₉₀ для CMIT равно 0,78 мг/л. Однако некоторые комбинации указанных активных ингредиентов проявляют ингибиторное действие при концентрациях ниже их соответствующих значений I₉₀. Например, комбинация 0,19 мг/л DBMAL и 0,38 мг/л CMIT приводит к 97% ингибированию роста микробного консорциума.

В таблице 3 представлены концентрации DBMAL и CMIT, при которых, как установлено, комбинации этих активных ингредиентов, являются синергическими. Соотношения представлены из расчета концентраций активных ингредиентов.

Пример 2

DBMAL и MIT

В таблице 4 представлены результаты биологического испытания DBMAL и 2-метил-4-изотиазолин-3-она (“MIT”), взятых по отдельности, и их комбинаций. Значения I₉₀ для MIT и DBMAL составляют 25 мг/л и 12,5 мг/л соответственно. Некоторые комбинации данных активных ингредиентов проявляют ингибиторное действие при концентрациях ниже их соответствующих значений I₉₀.

В таблице 5 представлены концентрации DBMAL и MIT, при которых, как установлено, комбинации данных активных ингредиентов являются синергическими. Соотношения представлены из расчета концентраций активных ингредиентов.

Пример 3

DBMAL и DCOIT

В таблице 6 представлены результаты биологического испытания DBMAL, 4,5-дихлор-2-н-октилизотиазолин-3-она (“DCOIT”) и их комбинаций. Значения I₉₀ для DCOIT и DBMAL составляют 6,25 мг/л и 12,5 мг/л соответственно. Некоторые комбинации активных ингредиентов проявляют ингибиторное действие при концентрациях ниже их соответствующих значений I₉₀.

В таблице 7 представлены концентрации DBMAL и DCOIT, при которых, как установлено, комбинации данных активных ингредиентов являются синергическими. Соотношения представлены из расчета концентраций активных ингредиентов.

Пример 4

DBMAL и BIT

В таблице 8 представлены результаты биологического испытания DBMAL, 1,2-бензизотиазолин-3-она (“BIT”) и их комбинаций. Значение I₉₀ для BIT составляет 15,63 мг/л, значение I₉₀ DBMAL составляет 12,5 мг/л. Некоторые комбинации данных активных ингредиентов проявляют ингибиторное действие при концентрациях ниже их соответствующих значений I₉₀.

В таблице 9 представлены концентрации DBMAL и BIT, при которых, как установлено, комбинации данных активных ингредиентов проявляют синергизм. Соотношения представлены из расчета концентраций активных ингредиентов.

Пример 5

DBMAL и OIT

В таблице 10 представлены результаты биологического испытания DBMAL, 2-н-октил-4-изотиазолин-3-она (“OIT”) и их комбинаций. Значения I₉₀ для OIT и DBMAL составляют 125 мг/л и 12,5 мг/л соответственно. Некоторые комбинации активных ингредиентов проявляют ингибиторное действие при концентрациях ниже их соответствующих значений I₉₀.

В таблице 11 представлены концентрации DBMAL и OIT, при которых, как установлено, комбинации данных активных ингредиентов проявляют синергизм. Соотношения представлены из расчета концентраций активных ингредиентов.

Пример 6

DBMAL и MBIT

В таблице 12 представлены результаты биологического испытания DBMAL, N-метил-1,2-бензизотиазолин-3-она (“MBIT”) и их комбинаций. Значения I₉₀ для MBIT и DBMAL составляют 100,0 мг/л и 12,5 мг/л соответственно. Некоторые комбинации активных ингредиентов проявляют ингибиторное действие при концентрациях ниже их соответствующих значений I₉₀.

В таблице 13 представлены концентрации DBMAL и MBIT, при которых, как установлено, комбинации данных активных ингредиентов проявляют синергизм. Соотношения представлены из расчета концентраций активных ингредиентов.

Пример 7

DBMAL и BBIT

В таблице 14 представлены результаты биологического испытания DBMAL, N-бутил-1,2-бензизотиазолин-3-она (“BBIT”) и их комбинаций. Значения I₉₀ для BBIT и DBMAL составляют 50,0 мг/л и 12,5 мг/л соответственно. Некоторые комбинации активных ингредиентов проявляют ингибиторное действие при концентрациях ниже их соответствующих значений I₉₀.

В таблице 15 представлены концентрации DBMAL и BBIT, при которых, как установлено, комбинации данных активных ингредиентов проявляют синергизм. Соотношения представлены из расчета концентраций активных ингредиентов.

Хотя изобретение было описано выше со ссылкой на предпочтительные варианты его осуществления, оно может быть изменено в пределах духа и буквы этого описания. Следовательно, настоящая заявка предназначена для защиты любых изменений, применений или приспособлений изобретения с использованием общих принципов, раскрытых в настоящем описании. Кроме того, заявка предназначена для защиты таких отступлений от настоящего раскрытия, которые подпадают под известную или общеизвестную практику в области техники, к которой относится данное изобретение, и которые охватываются его формулой изобретения.