Результат интеллектуальной деятельности: КОМПОЗИЦИЯ, СОДЕРЖАЩАЯ ДИБРОММАЛОНАМИД, И ЕЁ ПРИМЕНЕНИЕ В КАЧЕСТВЕ БИОЦИДА

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к биоцидным композициям и способам их применения для уничтожения микроорганизмов в водных и содержащих воду системах. Композиции содержат 2,2-диброммалонамид и биоцидное соединение, содержащее по меньшей мере один электрофильный фрагмент.

Уровень техники

Водные системы обеспечивают питательную среду для размножения водорослей, бактерий, вирусов и грибов, некоторые из которых могут быть патогенными. Микробное загрязнение может привести к множеству затруднений, включая внешнюю непривлекательность, такую как слизистая зеленая вода, серьезная опасность для здоровья, вызванная грибковыми, бактериальными или вирусными инфекциями, и к механическим затруднениям, включая засорение, коррозию оборудования и уменьшение теплопереноса.

Биоциды обычно используют для дезинфекции и борьбы с ростом микроорганизмов в водных и содержащих воду системах. Однако не все биоциды эффективны по отношению к широкому диапазону микроорганизмов и/или в широком диапазоне температур и некоторые несовместимы с другими добавками, использующимися для химической обработки. Кроме того, некоторые биоциды не обеспечивают уничтожение микробов в течение длительных периодов времени.

Хотя некоторые из этих затруднений можно преодолеть путем использования больших количеств биоцида, этот подход сопряжен со своими собственными затруднениями, включая увеличение расходов, увеличение количества отходов и повышенную вероятность того, что биоцид ухудшит необходимые характеристики обработанной среды. Кроме того, даже при использовании увеличенных количеств биоцида, многие имеющиеся в продаже биоцидные соединения не могут обеспечить эффективное уничтожение вследствие слабой активности по отношению к некоторым типам микроорганизмов или резистентности микроорганизмов по отношению к этим соединениям.

В данной области техники была бы значительным успехом разработка биоцидных композиций для обработки водных систем, которые обладали бы одним или большим количеством следующих преимуществ: повышенная эффективность при более низких концентрациях, совместимость с физическими условиями и другими добавками, находящимися в обрабатываемой среде, эффективность по отношению к широкому спектру микроорганизмов и/или способность обеспечивать кратковременное и долговременное уничтожение микроорганизмов.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Одним объектом настоящего изобретения является биоцидная композиция. Эта композиция применима для уничтожения микроорганизмов в водных или содержащих воду системах. Композиция содержит 2,2-диброммалонамид и биоцидное соединение, содержащее по меньшей мере один электрофильный фрагмент ("биоцид, содержащий электрофил"), где биоцид, содержащий электрофил, выбран из группы, включающей 2-бром-2-нитропропан-1,3-диол, бромнитростирол, метиленбис(тиоцианат) и 1,2-дибром-2,4-дицианобутан.

Вторым объектом настоящего изобретения является способ уничтожения микроорганизмов в водных или содержащих воду системах. Этот способ включает обработку системы эффективным количеством биоцидной композиции, описанной в настоящем изобретении.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Как отмечено выше, настоящее изобретение относится к биоцидной композиции и способам ее применения для уничтожения микроорганизмов. Композиция содержит 2,2-диброммалонамид и биоцид, содержащий электрофил, выбранный из группы, включающей 2-бром-2-нитропропан-1,3-диол, бромнитростирол, метиленбис(тиоцианат) и 1,2-дибром-2,4-дицианобутан. Согласно изобретению неожиданно было установлено, что комбинации 2,2-диброммалонамида и биоцида, содержащего электрофил, описанного в настоящем изобретении, при некоторых массовых соотношениях являются синергетическими при использовании для уничтожения микроорганизма в водных или содержащих воду средах. Это означает, что объединенные материалы приводят к лучшим биоцидным характеристикам, чем можно было бы ожидать на основании характеристик отдельных материалов. Синергия позволяет использовать меньшие количества материалов для обеспечения необходимых биоцидных характеристик и тем самым уменьшает затруднения, связанные с ростом микроорганизмов в воде для промышленных процессов и потенциально уменьшает воздействие на окружающую среду и затраты на материалы.

Для задач настоящего описания значения термина "микроорганизм" включают, но не ограничивается только ими, бактерии, грибы, водоросли и вирусы. Термины "борьба" и "подавление" следует понимать в широком смысле, включая следующие значения и не ограничиваясь только ими, подавление роста или размножения микроорганизмов, уничтожение микроорганизмов, дезинфекцию и/или консервацию. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления "борьба" и "подавление" означают подавление роста или размножения микроорганизмов. В других вариантах осуществления "борьба" и "подавление" означают уничтожение микроорганизмов.

Термин "2,2-диброммалонамид" означает соединение, описывающееся следующей химической формулой:

2,2-Диброммалонамид и биоциды, содержащие электрофил, предлагаемые в настоящем изобретении, имеются в продаже, и/или специалисты в данной области техники могут их получить по хорошо известным методикам.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения отношение массы 2,2-диброммалонамид к массе биоцида, содержащего электрофил, составляет от примерно 100:1 до примерно 1:100.

В некоторых вариантах осуществления отношение массы 2,2-диброммалонамид к массе биоцида, содержащего электрофил, составляет от примерно 40:1 до примерно 1:30.

В некоторых вариантах осуществления отношение массы 2,2-диброммалонамид к массе биоцида, содержащего электрофил, составляет от примерно 32:1 до примерно 1:20.

В некоторых вариантах осуществления биоцидом, содержащим электрофил, является 2-бром-2-нитропропан-1,3-диол и отношение массы 2,2-диброммалонамида к массе 2-бром-2-нитропропан-1,3-диола 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 или альтернативно от примерно 32:1 до примерно 1:2. В некоторых вариантах осуществления отношение масс составляет от примерно 9:1 до примерно 3:1.

В некоторых вариантах осуществления биоцидом, содержащим электрофил, является бромнитростирол и отношение массы 2,2-диброммалонамида к массе бромнитростирола 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 или альтернативно от примерно 32:1 до примерно 1:2.

В некоторых вариантах осуществления биоцидом, содержащим электрофил, является метиленбис(тиоцианат) и отношение массы 2,2-диброммалонамида к массе метиленбис(тиоцианата) составляет от примерно 40:1 до примерно 1:10, альтернативно от примерно 32:1 до примерно 1:1 или альтернативно от примерно 32:1 до примерно 4:1.

В некоторых вариантах осуществления биоцидом, содержащим электрофил, является 1,2-дибром-2,4-дицианобутан и отношение массы 2,2-диброммалонамида к массе 1,2-дибром-2,4-дицианобутана составляет от примерно 20:1 до примерно 1:10, альтернативно от примерно 10:1 до примерно 1:1 или альтернативно от примерно 8:1 до примерно 2:1.

Композиция, предлагаемая в настоящем изобретении, применима для уничтожения микроорганизмов в различных водных и содержащих воду системах. Примеры таких систем включают, но не ограничиваются только ими, краски и покрытия, водные эмульсии, латексы, связывающие материалы, чернила, пигментные дисперсии, средства бытовой химии и средства для очистки производственных помещений, моющие средства, средства для мытья посуды, минеральные суспензии полимерных эмульсий, замазки и связывающие материалы, соединения для склейки, обеззараживающие средства, дезинфицирующие средства, жидкости для металлообработки, строительные материалы, средства личной гигиены, жидкости для обработки текстиля, такие как замасливатели (для финишного вытягивания волокон), вода для промышленного процесса (например, вода для нефтяных месторождений, вода для целлюлозно-бумажного производства, охлаждающая вода), функциональные жидкости для разработки нефтяных месторождений, такие как буровые растворы и жидкости для гидравлического разрыва пластов, различные виды топлива, воздухоочистители, сточные воды, балластная вода, системы фильтрации и вода для плавательных бассейнов и СПА-процедур. Предпочтительными водными системами являются жидкости для металлообработки, средства личной гигиены, средства бытовой химии и средства для очистки производственных помещений, вода для промышленного процесса и краски и покрытия. Особенно предпочтительными являются вода для промышленного процесса, краски и покрытия, жидкости для металлообработки и жидкости для обработки текстиля, такие как замасливатели.

Специалист с общей подготовкой в данной области техники без проведения сложных экспериментов может определить эффективное количество композиции, которое необходимо использовать в любом конкретном случае для уничтожения микроорганизма. Например, подходящая концентрация активных веществ (суммарная 2,2-диброммалонамида и биоцида, содержащего электрофил) обычно равна не менее примерно 1 част./млн, альтернативно не менее примерно 3 част./млн, альтернативно не менее примерно 7 част./млн, альтернативно не менее примерно 10 част./млн, альтернативно не менее примерно 30 част./млн или альтернативно не менее примерно 100 част./млн в пересчете на полную массу водной или содержащей воду системы. В некоторых вариантах осуществления подходящее верхнее предельное значение концентрации активных веществ равно примерно 1000 част./млн, альтернативно примерно 500 част./млн, альтернативно примерно 100 част./млн, альтернативно примерно 50 част./млн, альтернативно примерно 30 част./млн, альтернативно примерно 15 част./млн, альтернативно примерно 10 част./млн или альтернативно примерно 7 част./млн в пересчете на полную массу водной или содержащей воду системы.

Компоненты композиции можно добавлять к водной или содержащей воду системе по отдельности или перед добавлением предварительно перемешать. Специалист с общей подготовкой в данной области техники может легко определить подходящую методику добавления. Композицию можно использовать в системе вместе с другими добавками, такими как, но не ограничиваясь только ими, поверхностно-активные вещества, ионогенные/неионогенные полимеры и ингибиторы отложений и коррозии, поглотители кислорода и/или дополнительные биоциды.

Приведенные ниже примеры иллюстрируют настоящее изобретение, но не ограничивают его объем. Если не указано иное, отношения, содержания в процентах, части и т.п., использующиеся в настоящем изобретении, являются массовыми.

ПРИМЕРЫ

Результаты, приведенные в примерах, получены с помощью исследования подавления роста или исследования уничтожения. Подробное описание каждого исследования приведено ниже.

Исследование уничтожения

Это исследование используют для предварительной оценки синергии активных веществ. Методика является следующей. Раствор неорганической соли (0,2203 г CaCl₂, 0,1847 г MgSO₄ и 0,2033 г NaHCO₃ в 1 л воды, pH равно примерно 8) инокулируют одинаковыми количествами (примерно 100 КОЕ/мл) смеси Pseudomonas aeruginosa ATCC 10045 и Staphylococcus aureus ATCC 6538. Затем аликвоты суспензии клеток обрабатывают 2,2-диброммалонамидом ("DBMAL"), биоцидом, содержащим электрофил, и их комбинациями при различных концентрациях. После инкубации при 37°C в течение 2 ч биоцидную эффективность определяют на основе минимальной концентрации биоцида (МВС), необходимой для полного уничтожения бактериальных клеток в аликвотах. Затем значения МВС используют для расчета значений индекса синергии (SI).

Сводка результатов для исследования уничтожения приведена в отдельных примерах. В каждой таблице приведены значения МВС для каждого биоцида и исследованных смесей. Также приведены значения индекса синергии ("SI") для комбинаций. SI рассчитывают по следующему уравнению:

Индекс синергии = M_DBMAL/C_DBMAL + M_B/C_B

где

C_DBMAL: Концентрация DBMAL, необходимая для подавления роста бактерий, при использовании по отдельности.

C_B: Концентрация биоцида (В), необходимая для подавления роста бактерий, при использовании по отдельности.

M_DBMAL: Концентрация DBMAL, необходимая для подавления роста бактерий, при использовании в комбинации с биоцидом (В).

M_B: Концентрация биоцида (В), необходимая для подавления роста бактерий, при использовании в комбинации с DBMAL.

Значения SI интерпретируют следующим образом:

SI<1: Синергетическая комбинация

SI=1: Аддитивная комбинация

SI>1: Антагонистическая комбинация

Исследование подавления роста

В исследовании подавления роста, использованном в примерах, определяют подавление роста (или его отсутствия) микробной консорции. Подавление роста может быть результатом уничтожения клеток (так что не происходит роста), уничтожения значительной части популяции клеток, вследствие чего для возобновления роста необходимо длительное время, или подавление роста без уничтожения (остановка роста). Независимо от механизма действия, воздействие биоцида (или комбинации биоцидов) во времени можно определить на основе увеличения размера сообщества.

В исследовании определяют эффективность одного или большего количества биоцидов для предупреждения роста консорции бактерий в разбавленной среде неорганических 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 к деионизированной воде значение pH среды устанавливают равным 7,5. После стерилизации фильтрованием аликвоты по 100 мкл помещают в стерильные лунки микропланшета для титрования. Затем в микропланшет для титрования добавляют разведения DBMAL и/или "биоцида B". После приготовления комбинаций активных веществ, как это описано ниже, каждую лунку инокулируют с помощью 100 мкл суспензии клеток, содержащей примерно 1×100 клеток на 1 мл смеси Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae, Staphylococcus aureus и Bacillus subtilis. Полный конечный объем среды в каждой лунке равен 300 мкл. После приготовления, проведенного, как это описано в настоящем изобретении, концентрация каждого активного вещества равна от 25 част./млн до 0,19 част./млн, как представлено в таблице 1. Полученная матриц позволяет исследовать 8 концентраций каждого активного вещества и 64 комбинаций активных веществ в указанных соотношениях (активных веществ).

Контрольные лунки (не представлены) содержат среду без добавления биоцида. После приготовления комбинаций активных веществ, как это описано выше, каждую лунку инокулируют с помощью 100 мкл суспензии клеток, содержащей примерно 1×100 клеток на 1 мл смеси Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae, Staphylococcus aureus и Bacillus subtilis. Полный конечный объем среды в каждой лунке равен 300 мкл.

Сразу же после приготовления микропланшетов для титрования для каждой лунки определяют оптическую плотность (ОП) при 580 нм и затем планшеты инкубируют при 37°C в течение 24 ч. После завершения периода инкубации содержимое планшетов осторожно перемешивают и затем определяют значения ОП₅₈₀. Значения ОП₅₈₀ при T₀ вычитают из значений при T₂₄ для определения полной степени происходящего роста (или его отсутствия). Эти значения используют для расчета выраженного в процентах подавления роста, обусловленного наличием каждого биоцида и каждой из 64 комбинаций. Составляющее 90% подавление роста используют в качестве порога для расчета значений индекса синергии (SI) по следующему уравнению:

Индекс синергии = M_DBMAL/C_DBMAL + M_B/C_B

где

C_DBMAL: Концентрация DBMAL, необходимая для подавления -90% роста бактерий, при использовании по отдельности

C_B: Концентрация биоцида (B), необходимая для подавления -90% роста бактерий, при использовании по отдельности.

M_DBMAL: Концентрация D_BMAL, необходимая для подавления -90% роста бактерий, при использовании в комбинации с биоцидом (B).

M_B: Концентрация биоцида (B), необходимая для подавления -90% роста бактерий, при использовании в комбинации с DBMAL.

Значения SI интерпретируют следующим образом:

SI<1: Синергетическая комбинация

SI=1: Аддитивная комбинация

SI>1: Антагонистическая комбинация

В приведенных ниже примерах количества биоцидов в растворе измеряют в миллиграммах на литр раствора (мг/л). Поскольку плотности растворов равны примерно 1,0, значение в мг/л соответствует значению в мас. част./млн. Поэтому в примерах обе единицы измерения могут использоваться взаимозаменяемым образом.

Пример 1

DBMAL и бронопол

Результаты исследования уничтожения. В таблице 2 приведены результаты исследований, проведенных с использованием только DBMAL и в комбинации с 2-бром-2-нитропропан-1,3-диолом ("бронопол" или "BNPD"). Результаты указывают на синергию активных веществ (таблица 2).

Результаты исследования подавления роста. В таблице 3 приведены результаты исследования подавления роста для DBMAL, THPS (тетракис-гидроксиметилфосфонийсульфат) и комбинаций. В исследовании минимальная концентрация DBMAL, при которой рост консорции не менее чем на 90% меньше, чем для контролей (значение I₉₀), равна 12,5 мг/л. Значение I₉₀ для бронопола равно 6,25 мг/мл.

Таблица 3. Выраженное в процентах подавление роста в содержащей указанные штаммы микробной консорции в результате воздействия бронопола (BNPD) и только DBMAL и комбинации этих активных веществ после 24-часового периода инкубации. Числа означают выраженное в процентах подавление роста, определенное по данным измерений значений оптической плотности (580 нм), в момент времени = 24 ч по сравнению с моментом времени = 0.

В таблице 4 приведены отношения содержаний DBMAL и бронопола (BNPD), найденные синергетическими при исследовании подавления роста.

Пример 2

DBMAL и BNS

Результаты исследования подавления роста. В таблице 5 приведены результаты исследования подавления роста для DBMAL, бромнитростирола ("BNS") и их комбинаций. Значения I₉₀ для DBMAL и BNS равны 12,5 мг/л и 6,25 мг/л соответственно.

Таблица 5. Выраженное в процентах подавление роста в содержащей указанные штаммы микробной консорции в результате воздействия BNS и только DBMAL и комбинации этих активных веществ после 24-часового периода инкубации. Числа означают выраженное в процентах подавление роста, определенное по данным измерений значений оптической плотности (580 нм), в момент времени = 24 ч по сравнению с моментом времени = 0.

В таблице 6 приведены концентрации DBMAL и BNS, найденные синергетическими при исследовании подавления роста. Отношения основаны на концентрациях активных веществ.

Пример 3

DBMAL и МВТ

Результаты исследования подавления роста. В таблице 7 приведены результаты исследования подавления роста для DBMAL, метиленбис(тиоцианата) ("МВТ") и комбинаций. Значения I₉₀ для DBMAL и МВТ равны 12,5 мг/л и 0,78 мг/л соответственно.

Таблица 7. Выраженное в процентах подавление роста в содержащей указанные штаммы микробной консорции в результате воздействия только DBMAL и МВТ и комбинаций этих активных веществ после 24-часового периода инкубации. Числа означают выраженное в процентах подавление роста, определенное по данным измерений значений оптической плотности (580 нм), в момент времени = 24 ч по сравнению с моментом времени = 0.

В таблице 8 приведены концентрации DBMAL и МВТ, найденные синергетическими. Отношения основаны на концентрациях активных веществ.

Пример 4

DBMAL и DBDCB

Результаты исследования подавления роста. В таблице 9 приведены результаты исследования подавления роста для DBMAL, 1,2-дибром-2,4-дицианобутан ("DBDCB") и их комбинаций. Значения I₉₀ для DBMAL и DBDCB равны 6,25 мг/л.

Таблица 9. Выраженное в процентах подавление роста в содержащей указанные штаммы микробной консорции в результате воздействия только DBMAL и DBDCB и комбинаций этих активных веществ после 24-часового периода инкубации. Числа означают выраженное в процентах подавление роста, определенное по данным измерений значений оптической плотности (580 нм), в момент времени = 24 ч по сравнению с моментом времени = 0.

В таблице 10 приведены концентрации DBMAL и DBDCB, найденные синергетическими.

Хотя настоящее изобретение описано выше в соответствии с его предпочтительными вариантами осуществления, в пределах сущности и объема раскрытия его можно модифицировать. Поэтому настоящая заявка охватывает любые варианты, применения или адаптации настоящего изобретения, проведенные с использованием общих положений, раскрытых в настоящем изобретении. Кроме того, настоящая заявка охватывает такие отклонения от настоящего раскрытия, которые соответствуют известной или обычной практике в области техники, к которой относится настоящее изобретение, и которые входят в объем прилагаемой формулы изобретения.