Результат интеллектуальной деятельности: СОСТАВЫ С ДИБРОММАЛОНАМИДОМ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИХ В КАЧЕСТВЕ БИОЦИДОВ

Перекрестная ссылка на родственные заявки

Настоящая заявка заявляет преимущество предварительной заявки США с серийным номером 61/246,186, поданной 28 сентября 2009, которая полностью включена в описание посредством ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к биоцидным составам и способам их применения для борьбы с микроорганизмами в водных и водосодержащих системах. Составы содержат 2,2-диброммалонамид и биоцидное соединение на альдегидной основе.

Уровень техники изобретения

Водные системы являются благоприятными местами для размножения водорослей, бактерий, вирусов и грибов, некоторые из которых могут быть патогенными. Микробное заражение может создавать целый ряд проблем, включающих в себя эстетическую непривлекательность (например, склизкую на ощупь зеленую воду), серьезные угрозы для здоровья (например, грибковые, микробные или вирусные инфекции) и механические проблемы, включающие в себя закупоривание, коррозию оборудования и снижение теплопроводности.

Обычно для обеззараживания и борьбы с ростом микроорганизмов в водных и водосодержащих системах используются биоциды. Однако не все биоциды эффективны против широкого спектра микроорганизмов и/или температур, и некоторые несовместимы с другими добавками для химического воздействия. Кроме того, некоторые биоциды не обеспечивают микробиологический контроль в течение достаточно больших промежутков времени.

Хотя некоторые из этих недостатков могут быть преодолены посредством использования больших количеств биоцида, этот вариант создает свои проблемы, включающие повышенную стоимость, повышенные потери и повышенную вероятность того, что биоциды будут влиять на желаемые свойства обрабатываемой среды. Кроме того, даже при использовании больших количеств биоцида многие промышленные биоцидные соединения не могут обеспечивать эффективную борьбу из-за слабого воздействия на некоторые типы микроорганизмов или устойчивости микроорганизмов к этим соединениям.

Значительным усовершенствованием могло бы быть создание биоцидных соединений для обработки водных систем, которые давали бы одно или более из следующих преимуществ: повышенную эффективность при низких концентрациях, совместимость с физическими условиями и другими компонентами в обрабатываемой среде, эффективность против широкого спектра микроорганизмов, и/или возможность осуществлять борьбу с микроорганизмами в течение и коротких, и длительных сроков.

КРАТКАЯ СУТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

С одной стороны, в изобретении предложен биоцидный состав. Состав эффективен для борьбы с микроорганизмами в водных и водосодержащих системах. Состав содержит: 2,2-диброммалонамид и биоцидное соединение на альдегидной основе, выбранное из группы, состоящей из глутаральдегида, трис(гидроксиметил)нитрометана, 4,4-диметилоксазолидина, 7-этил бициклооксазолидина, 1-(3-хлораллил)-3,5,7-триаза-1-азониаадамантан хлорида и 1,3,5-триэтилгексагидро-s-триазина.

Другим аспектом изобретения является способ борьбы с микроорганизмами в водных и водосодержащих системах. Способ включает обработку системы эффективным количеством биоцидного состава, как описано в этом документе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Как отмечалось выше, изобретение обеспечивает биоцидный состав и способы его использования для борьбы с микроорганизмами. Состав включает: 2,2-диброммалонамид и биоцидные соединения на альдегидной основе (т.е. альдегидсодержащие или альдегидобразующие), выбранные из группы, состоящей из глутаральдегида, трис(гидроксиметил)нитрометана, 4,4-диметилоксазолидина, 7-этил бициклооксазолидина, 1-(3-хлораллил)-3,5,7-триаза-1-азониаадамантан хлорида, и 1,3,5-триэтилгексагидро-s-триазина. Удивительно, но было обнаружено, что сочетание 2,2-диброммалонамида и биоцидного соединения на альдегидной основе, как описано в этом документе, при определенных весовых соотношениях действуют синергично, когда используются для борьбы с микроорганизмами в водных и водосодержащих средах. То есть объединенные вещества приводят к улучшенным биоцидным свойствам, чем могло бы ожидаться исходя из их собственных качеств. Синергизм позволяет использовать меньшее количество материалов для достижения желаемого биоцидного действия, таким образом снижая проблемы, вызванные ростом микроорганизмов в технологических водах в производственном процессе, в то же время потенциально снижая влияние на окружающую среду и стоимость материалов.

В контексте данного описания, под термином «микроорганизмы» подразумеваются (но не ограничиваются этим) бактерии, грибы, водоросли и вирусы. Термин «борьба» следует использовать в широком смысле, включая его значение (и не ограничиваясь только им) подавление роста или прорастания микроорганизмов, уничтожение микроорганизмов, обеззараживание и/или предохранение. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления «борьба» означает подавление роста или прорастания микроорганизмов. В других вариантах осуществления «борьба» означает уничтожение микроорганизмов.

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

2,2-Диброммалонамид и биоцидные соединения на альдегидной основе из этого изобретения коммерчески доступны и/или могут быть легко приготовлены специалистами, используя широко известные приемы. 1-(3-Хлораллил)-3,5,7-триаза-1-азониаадамантан хлорид может быть в форме цис-изомера, транс-изомера или смеси цис- и транс-изомеров. Предпочтительнее цис-изомер или смесь цис- и транс-изомеров.

В некоторых вариантах осуществления изобретения весовое соотношение 2,2-диброммалонамида к биоцидному соединению на альдегидной основе находится в интервале примерно 100:1 и примерно 1:1500.

В некоторых вариантах осуществления изобретения весовое соотношение 2,2-диброммалонамида к биоцидному соединению на альдегидной основе находится в интервале примерно 100:1 и примерно 1:400.

В некоторых вариантах осуществления весовое соотношение 2,2-диброммалонамида к биоцидному соединению на альдегидной основе находится в интервале примерно 50:1 и примерно 1:350.

В некоторых вариантах осуществления весовое соотношение 2,2-диброммалонамида к биоцидному соединению на альдегидной основе находится в интервале примерно 9:1 и примерно 1:320.

В некоторых вариантах осуществления биоцидным соединением на альдегидной основе является глутаральдегид и весовое соотношение 2,2-диброммалонамида к глутаральдегиду составляет от примерно 20:1 до примерно 1:20, либо от примерно 9:1 до примерно 1:9, либо от примерно 9:1 до примерно 1:1. В некоторых вариантах осуществления весовое отношение составляет от примерно 2:1 до примерно 1:350, либо от примерно 1:1 до примерно 1:330, либо от примерно 1:5 до примерно 1:320. В некоторых вариантах осуществления весовое соотношение составляет от примерно 20:1 до примерно 1:400, либо от примерно 10:1 до примерно 1:350, либо от примерно 9:1 до примерно 1:320.

В некоторых вариантах осуществления биоцидным соединением на альдегидной основе является трис(гидроксиметил)нитрометан, и весовое соотношение 2,2-диброммалонамида к трис(гидроксиметил)нитрометану составляет от примерно 1:1 до примерно 1:50, либо от примерно 1:2 до примерно 1:40, либо от примерно 9:1 до примерно 1:320.

В некоторых вариантах осуществления биоцидным соединением на альдегидной основе является 7-этил бициклооксазолидин, и весовое соотношение 2,2-диброммалонамида к 7-этил бициклооксазолидину составляет от примерно 5:1 до примерно 1:1500, либо от примерно 1:1 до примерно 1:1300, либо от примерно 1:1 до примерно 1:1280, либо от примерно 1:1,2 до примерно 1:1280.

В некоторых вариантах осуществления биоцидным соединением на альдегидной основе является 1-(3-хлораллил)-3,5,7-триаза-1-азониаадамантан хлорид, и весовое соотношение 2,2-диброммалонамида к 1-(3-хлораллил)-3,5,7-триаза-1-азониадамантан хлориду составляет от примерно 10:1 до примерно 1:350, либо от примерно 4:1 до примерно 1:320, либо от примерно 3,2:1 до примерно 1:320.

В некоторых вариантах осуществления биоцидным соединением на альдегидной основе является 4,4-диметилоксазолидин, и весовое соотношение 2,2-диброммалонамида к 4,4-диметилоксазолидину составляет от примерно 5:1 до примерно 1:5, либо от примерно 1:2 до примерно 1:3, либо примерно 1:2,5.

В некоторых вариантах осуществления биоцидным соединением на альдегидной основе является 1,3,5-триэтилгексагидро-s-триазин, и весовое соотношение 2,2-диброммалонамида к 1,3,5-триэтилгексагидро-s-триазину составляет от примерно 10:1 до примерно 1:30, либо от примерно 4:1 до примерно 1:20, либо от примерно 2:1 до примерно 1:16.

Состав настоящего изобретения пригоден для борьбы с микроорганизмами в различных водных и водосодержащих системах. Примеры таких систем включают в себя, но не ограничиваются ими, краски и покрытия, водные эмульсии, латексы, клеи, чернила, дисперсии пигментов, бытовые и промышленные очистители, детергенты, средства для мытья посуды, минеральные растворы, полимерные эмульсии, замазки и адгезивы, связывающие составы, обеззараживающие средства, дезинфицирующие средства, растворы для обработки металлов, строительные материалы, средства личной гигиены, текстильные растворы, такие, как замасливатели, технологические воды в производственном процессе (например, пластовая вода, целлюлозно-бумажная вода, охлаждающая жидкость), нефтепромысловые функциональные растворы, такие как буровые растворы и жидкости разрыва, топливо, жидкостные воздухоочистители, сточные воды, балластные воды, фильтрационные системы, и бассейны и спа. Предпочтительными водными системами являются растворы для обработки металлов, средства личной гигиены, бытовые и промышленные очистители, технологические воды в производственном процессе и краски и покрытия. Особое предпочтение у технологических вод в производственном процессе, красок и покрытий, растворов для обработки металлов и текстильных растворов (таких, как замасливатели).

Специалист в данной области может легко, без лишних экспериментов, определить эффективное количество раствора, которое следует использовать в каждом конкретном случае для осуществления борьбы с микроорганизмами. В качестве иллюстрации, подходящие концентрации действующих веществ (общее и для 2,2-диброммалонамида, и для биоцидного соединения на альдегидной основе), как правило, по меньшей мере примерно 1 части на миллион, либо по меньшей мере примерно 3 частей на миллион, либо по меньшей мере примерно 7 частей на миллион, либо по меньшей мере примерно 10 частей на миллион, либо по меньшей мере 100 частей на миллион от общего веса водной или водосодержащей системы. В некоторых вариантах осуществления подходящее верхнее значение для концентрации действующих веществ примерно 1000 частей на миллион, либо примерно 500 частей на миллион, либо примерно 100 частей на миллион, либо примерно 50 частей на миллион, либо примерно 30 частей на миллион, либо примерно 15 частей на миллион, либо примерно 10 частей на миллион, либо примерно 7 частей на миллион от общего веса водной или водосодержащей системы.

Компоненты состава могут быть внесены в водную или водосодержащую среду по отдельности, либо предварительно смешанными до внесения. Специалист может легко установить подходящий метод внесения. Раствор может быть использован в системе с другими добавками, такими как, но не ограничено ими, поверхностно-активные вещества, полимеры с содержанием/без содержания ионогенных групп, ингибиторы накипи и коррозии, поглотители кислорода и/или дополнительные биоциды.

Нижеследующие примеры поясняют изобретение, но не предполагают ограничивать его объем. Если не указано другое, соотношение, процентные содержания, доли и другие используемые значения подобного типа даны по весу.

ПРИМЕРЫ

Результаты, приведенные в Примерах, получены в тестах по подавлению роста или тестах по уничтожению микроорганизмов. Подробное описание каждого теста приведено ниже.

Тест по уничтожению. Этот тест используется в качестве первичной оценки синергизма между действующими веществами. Процедура следующая. Раствор минеральных солей (0,2203 г CaCl₂, 0,1847 г MgSO₄ и 0,2033 г NaHCO₃ в 1 л воды, примерное значение pH 8) засевается равным количеством (примерно 10⁷ колониеобразующих единиц на мл) смеси Pseudomonas aeruginosa ATCC 10145 и Staphylococcus aureus ATCC 6538. Затем аликвоты клеточных суспензий обрабатываются 2,2-диброммалонамидом («ДБМАЛ»), биоцидным соединением на альдегидной основе и их комбинациями с разной степенью концентрации. После выдержки при температуре 37°С в течение 2 часов биоцидная эффективность воздействия определяется на основе минимальной биоцидной концентрации (МБК), необходимой для полного уничтожения клеток бактерий в аликвоте. После этого значения МБК используются для расчета индекса синергизма (ИС).

Суммарные результаты теста по уничтожению приведены в отдельных примерах. В каждой таблице испытаны и представлены значения МБК для каждого биоцида и их смесей. Также перечислены значения индекса синергизма (ИС).

ИС вычисляется по следующей формуле

Индекс синергизма=C_a/C_A+C_b/C_B,

где

C_a: Концентрация биоцида А, необходимая для полного уничтожения бактерий при использовании вместе с биоцидом B;

C_A: Концентрация биоцида А, необходимая для полного уничтожения бактерий при использовании только его;

C_b: Концентрация биоцида B, необходимая для полного уничтожения бактерий при использовании вместе с биоцидом A;

C_B: Концентрация биоцида B, необходимая для полного уничтожения бактерий при использовании только его.

Значения ИС интерпретируются следующим образом:

ИС<1: Синергичные (взаимно усиливающие)

ИС=1: Аддитивные (суммируемые)

ИС>1: Антагонистичные (противодействующие)

Тест по подавлению роста. Используемый в Примерах тест по подавлению роста измеряет подавление роста (или отсутствие этого) микробной консорции. Подавление роста может быть результатом смерти клеток (после чего рост не происходит), уничтожения значительной части популяции клеток, в результате чего возобновление роста займет длительное время, или подавление роста без уничтожения клеток (остановка роста). Независимо от механизма действия, влияние биоцида (или комбинации биоцидов) может быть измерено в динамике по времени на основании увеличения размера сообщества.

Тест измеряет эффективность одного или более биоцидов в предотвращении роста консорции бактерий в среде с растворенными минеральными солями. Среда содержит (в мг/л) следующие компоненты: FeCl₃.6H₂O (1); CaCl₂.2H₂O (10); MgSO₄.7H₂O (22,5); (NH₄)₂SO₄ (40); KH₂PO₄ (25,5); экстракт дрожжей (10) и глюкозу (100). В конечном итоге компоненты вносят в деионизированную воду, pH среды на уровне 7,5. После стерилизации фильтрованием аликвоты разливаются в количестве 100 микролитров в стерильные лунки титрационного микропланшета. После этого в титрационный микропланшет добавлялся раствор ДБМАЛ и/или «биоцида Б». После приготовления комбинаций действующих веществ так, как это показано ниже, в каждую лунку добавляется 100 микролитров клеточной суспензии, содержащей приблизительно 1×10⁶ клеток на миллилитр смеси Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae, Staphylococcus aureus и Bacillus subtilis. Итоговый объем среды в каждой лунке составляет 300 микролитров. Будучи приготовленной по тому, как здесь описано, концентрация каждого действующего вещества варьирует от 25 частей на миллион до 0,19 частей на миллион, как показано в таблице 1. Полученный матрикс позволяет испытать 8 концентраций каждого действующего вещества и 64 комбинации действующих веществ в указанных соотношениях.

Контроль (здесь не показан) содержит среду без добавления биоцидов. После приготовления комбинаций действующих веществ, как показано выше, в каждую лунку засевается 100 микролитров клеточной суспензии, содержащей примерно 1×10⁶ клеток на миллилитр смеси Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae, Staphylococcus aureus и Bacillus subtilis. Конечный общий объем среды в каждой лунке составляет 300 микролитров.

Сразу после приготовления микропланшет для каждой лунки измеряется оптическая плотность при длине световой волны 580 нанометров, и после этого микропланшеты выдерживают 24 часа при температуре 37ºС. После периода инкубации микропланшеты бережно взбалтываются перед сбором значений оптической плотности при 580 нм. Из значений оптической плотности при 580 нм по прошествии 24 часов вычитаются значения оптической плотности при 580 нм до инкубации для вычисления суммарной величины произошедшего роста (или отсутствие его). Эти значения используются для вычисления процента подавления роста, вызванного присутствием каждого биоцида и каждой из 64 комбинаций. 90-процентное подавление клеток используется как пороговое значение для вычисления значений индекса синергизма по следующей формуле

ИС=M_DBMAL/C_DBMAL + M_B/C_B,

где

C_DBMAL: Концентрация ДБМАЛ, необходимая для подавления 90% роста бактерий при использовании только его;

C_B: Концентрация биоцида (Б), необходимая для подавления 90% роста бактерий при использовании только его;

M_DBMAL: Концентрация ДБМАЛ, необходимая для подавления 90% роста бактерий при использовании вместе с биоцидом (Б);

M_B: Концентрация биоцида (Б), необходимая для подавления 90% роста бактерий при использовании вместе с ДБМАЛ.

Значения ИС интерпретируются следующим образом:

ИС<1: Синергичные (взаимно усиливающие)

ИС=1: Аддитивные (суммируемые)

ИС>1: Антагонистичные (противодействующие)

В нижеизложенных примерах, содержание биоцидов в растворах измеряется в миллиграммах на литр раствора (мг/л). Поскольку плотность растворов приблизительно 1,00, измерение в мг/л соответствует весу в частях на миллион. Таким образом, обе единицы могут без переводов использоваться в примерах.

Пример 1

ДБМАЛ и глутаральдегид

Результаты теста по уничтожению. Результаты теста по уничтожению для комбинаций ДБМАЛ и глутаральдегида (Глут.) представлены в таблице 2. В этом тесте при использовании поодиночке концентрации ДБМАЛ и глутаральдегида, необходимые для достижения полного уничтожения тестовых штаммов, составляют 66,7 мг/л и 29,6 мг/л соответственно. Однако при совместном испытании в смеси 1:1 требуется всего лишь 14,8 мг/л каждого действующего вещества; соответствующий ИС равен 0,72. Другие комбинации ДБМАЛ и глутаральдегида показывают синергизм.

Результаты теста по подавлению роста. Таблица 3 показывает результаты теста по подавлению роста для ДБМАЛ, глутаральдегида и их комбинаций. Концентрация глутаральдегида, необходимая для обеспечения 90-процентного подавления роста консорции микроорганизмов, составляет 125 мг/л, она же для ДБМАЛ составляет 12,5 мг/л.

Таблица 4 показывает соотношения ДБМАЛ и глутаральдегида, для которых установлен синергизм в тесте по подавлению роста.

Пример 2

ДБМАЛ и ХТАХ

Результаты теста по подавлении. роста. Таблица 5 показывает результаты теста по подавлению роста для ДБМАЛ, 1-(3-хлораллил)-3,5,7-триаза-1-азониаадамантан хлорида (ХТАХ).

Таблица 7 показывает соотношения ДБМАЛ и ХТАХ, для которых установлен синергизм в тесте по подавлению роста. Соотношения даны на основе концентраций действующих веществ.

Пример 3

ДБМАЛ и ТН

Результаты теста по подавлению роста. Таблица 8 показывает результаты теста по подавлению роста для ДБМАЛ, трис(гидроксиметил)нитрометана (“ТН”) и их комбинаций.

Таблица 9 показывает концентрации ДБМАЛ и ТН, для которых установлен синергизм. Соотношения даны на основе концентраций (в мг/л) двух действующих веществ.

Пример 4

ДБМАЛ и ЭБО

Результаты теста по подавлению роста. Таблица 10 показывает результаты теста по подавлению роста для ДБМАЛ, 7-этил бициклооксазолидина (“ЭБО”) и их комбинаций.

Таблица 11 показывает концентрации ДБМАЛ и ЭБО, для которых установлен синергизм. Соотношения даны на основе концентраций (в мг/л) двух действующих веществ.

Пример 5

ДБМАЛ и 4,4-диметилоксазолидин

Результаты теста по подавлению роста. Таблица 12 показывает результаты теста по подавлению роста для ДБМАЛ, 4,4-диметилоксазолидина («4,4-Д») и их комбинаций.

Таблица 13 показывает концентрации ДБМАЛ и 4,4-диметилоксазолидина (“4,4-Д”), для которых установлен синергизм. Соотношения даны на основе концентраций (в мг/л) двух действующих веществ.

Пример 6

ДБМАЛ и 1,3,5-триэтилгексагидро-s-триазин

Результаты теста по подавлению роста. Таблица 12 показывает результаты теста по подавлению роста для ДБМАЛ, 1,3,5-триэтилгексагидро-s-триазина («ТЭГТ») и их комбинаций.

Таблица 13 показывает концентрации ДБМАЛ и 1,3,5-триэтилгексагидро-s-триазина («ТЭГТ»), для которых установлен синергизм. Соотношения даны на основе концентраций (в мг/л) двух действующих веществ.

Так как настоящее изобретение описывается выше согласно предпочтительным вариантам осуществления, то оно может быть модифицировано в пределах сущности и объема этого раскрытия. Соответственно, эта заявка направлена на охват любых вариантов, применений или адаптаций изобретения с использованием главных принципов, описанных здесь. Также заявка направлена на охват таких отступлений от настоящего раскрытия в рамках известной или обычной практики, которые относятся к этому изобретению и которые находятся в объеме следующей формулы изобретения.