КОМПОЗИЦИИ, СОДЕРЖАЩИЕ ДИБРОММАЛОНАМИД, И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ
DIBROMOMALONAMIDE-CONTAINING COMPOSITIONS AND USE THEREOF

Перекрестная ссылка на родственную(ые) заявку(и)
Настоящая заявка претендует на приоритет предварительной заявки на патент США №61/371906, поданной 9 августа 2010 г., полное содержание которой включено в настоящее описание в качестве ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к биоцидным композициям и способам их применения для контроля микроорганизмов в водных и содержащих воду системах. Композиции содержат 2,2-диброммалонамид и металл, выбранный из серебра, меди и их смесей.
Предпосылки создания изобретения
Водные системы представляют собой питательные среды, пригодные для размножения водорослей, бактерий, вирусов и грибов, некоторые из которых могут быть патогенными. Такое заражение микроорганизмами может создавать целый ряд проблем, включая неприятный с позиций эстетики внешний вид, такой как мутная зеленая вода, серьезные риски для здоровья, такие как возможность грибных, бактериальных или вирусных инфекций, и технические проблемы, включая возникновение засоров, коррозию оборудования и снижение теплопередачи.
Биоциды нашли широкое применение для дезинфекции и контроля микроорганизмов в водных и содержащих воду системах. Однако не все биоциды обладают эффективностью в отношении широкого спектра микроорганизмов и/или в широком диапазоне температур, а некоторые из них являются несовместимыми с другими применяемыми для обработки химическими добавками. Кроме того, некоторые биоциды не обеспечивают контроль микроорганизмов в течение достаточно продолжительных периодов времени.
Хотя ряд этих проблем можно преодолеть посредством применения больших количеств биоцида, этот путь приводит к своим проблемам, включая более высокие затраты, более высокий уровень отходов и повышенную вероятность того, что биоцид будет оказывать влияние на требуемые характеристики обрабатываемой среды. Кроме того, даже при применении больших количеств биоцида многие из поступающих в продажу соединений, обладающих биоцидной активностью, не могут обеспечивать эффективный контроль вследствие их слабой активности в отношении определенных типов микроорганизмов или устойчивости микроорганизмов к указанным соединениям.
Для рассматриваемой области техники имело бы большое значение создание биоцидных композиций для обработки водных систем, обладающих одним или несколькими из следующих преимуществ: повышенная эффективность при применении при более низких концентрациях, совместимость с физическими условиями и другими добавками обрабатываемой среды, эффективность в отношении широкого спектра микроорганизмов и/или способность обеспечивать как кратковременный контроль микроорганизмов, так и их контроль в течение продолжительного периода времени.
Краткое изложение сущности изобретения
Одним из объектов изобретения является биоцидная композиция. Композицию можно применять для контроля микроорганизмов в водных или содержащих воду системах. Композиция содержит 2,2-диброммалонамид и металл, выбранный из серебра, меди и их смесей
Вторым объектом изобретения является способ контроля микроорганизмов в водных или содержащих воду системах. Способ заключается в обработке системы биоцидной композицией, представленной в настоящем описании, в эффективном количестве.
Подробное описание изобретения
Как указано выше, в изобретении предложена биоцидная композиция и способы ее применения для контроля микроорганизмов. Композиция содержит 2,2-диброммалонамид и металл, выбранный из серебра, меди и их смесей. При создании изобретения неожиданно было установлено, что комбинации, включающие 2,2-диброммалонамид и металл, указанный в настоящем изобретении, в определенных массовых соотношениях, обладают синергетическим действием при их применении для контроля микроорганизмов в водных или содержащих воду средах. Это означает, что вещества при их совместном применении обладают более высокими биоцидными свойствами, чем это можно было бы ожидать на основе их индивидуальных характеристик. Наличие синергетического действия позволяет уменьшать количества веществ, применяемых для достижения требуемой биоцидной эффективности, снижая тем самым проблемы, обусловленные ростом микроорганизмов в используемых в промышленности технологических водах, в результате возможного снижения воздействия на окружающую среду и уменьшения материальных затрат.
Как здесь определено, понятие «микроорганизм» включает бактерии, грибы, водоросли и вирусы, но не ограничиваясь только ими. Понятия «контроль» и «контролировать» следует понимать в широком смысле, они включают (но не ограничиваясь только этим) ингибирование роста или размножения микроорганизмов, уничтожение микроорганизмов, дезинфекцию и/или защиту от них. В конкретных предпочтительных вариантах осуществления изобретения понятия «контроль» и «контролировать» обозначают ингибирование роста или размножения микроорганизмов. В других вариантах осуществления изобретения понятия «контроль» и «контролировать» обозначают уничтожение микроорганизмов.
Понятия «2,2-диброммалонамид», «диброммалонамид», и «DBMAL» обозначают соединение, представленное следующей формулой:
.
В конкретных вариантах осуществления изобретения массовое соотношение 2,2-диброммалонамида и металла составляет от примерно 1000:1 до примерно 1:100, в другом варианте от примерно 800:1 до примерно 1:1. 2,2-Диброммалонамид поступает в продажу и/или может быть легко получен специалистом в данной области техники с помощью хорошо известных методов.
В конкретном варианте осуществления изобретения композиция, предлагаемая в изобретении, содержит 2,2-диброммалонамид и серебро. Серебро может находиться в любой ионной или неионной форме, которая обладает способностью вступать во взаимодействие с клеточным компонентом микроорганизма. Серебро предпочтительно получают из неорганического или органического источника или путем электролиза, создавая ионы серебра. Примерами могут служить (но не ограничиваясь только ими) одно или несколько из следующих соединений: ацетат серебра, ацетилацетонат серебра, арсенат серебра, бензоат серебра, бромат серебра, бромид серебра, карбонат серебра, хлорат серебра, хлорид серебра, хромат серебра, гидрат цитрата серебра, цианат серебра, циклогексанбутират серебра, фторид серебра, гептафторбутират серебра, гексафторантимонат серебра, гексафторарсенат серебра, гексафторфосфат серебра, кислый фторид серебра, йодат серебра, йодид серебра, лактат серебра, метаванадат серебра, метансульфонат серебра, метенамин серебра, молибдат серебра, нитрат серебра, нитрит серебра, оксид серебра, пентафторпропионат серебра, гидрат перхлората серебра, моногидрат перхлората серебра, перхлорат серебра, фосфат серебра, фталоцианин серебра, пиколинат серебра, протаргол, протеинат серебра, пара-толуолсульфонат серебра, селенид серебра, сульфадиазин серебра, сульфат серебра, сульфид серебра, сульфит серебра, теллурид серебра, тетрафторборат серебра, тиоцианат серебра, трифторацетат серебра, трифторметансульфонат серебра или вольфрамат серебра. Предпочтительным источником является нитрат серебра. Серебро можно также высвобождать из препаративной формы, предназначенной для контролируемого высвобождения серебра. Примерами препаративных форм с контролируемым высвобождением серебра могут служить формы на основе органических полимеров, цеолитов, стекла, фосфата кальция, диоксида титана и оксида цинка. В этих препаративных формах можно применять различные неорганические или органические содержащие серебро соединения из числа указанных выше.
В конкретных вариантах осуществления изобретения массовое соотношение 2,2-диброммалонамида и серебра составляет от примерно 800:1 до примерно 1:1, в других вариантах от примерно 800:1 до примерно 6:1, в следующих вариантах от примерно 800:1 до примерно 12,5:1 или в других вариантах от примерно 400:1 до примерно 6:1.
В конкретном варианте осуществления изобретения композиция, предлагаемая в изобретении, содержит 2,2-диброммалонамид и медь. Медь может находиться в любой ионной или неионной форме, которая обладает способностью вступать во взаимодействие с клеточным компонентом микроорганизма. Медь предпочтительно получают из неорганического или органического источника или путем электролиза, создавая ионы меди. Примерами могут служить (но не ограничиваясь только ими) одно или несколько из следующих соединений: ацетат меди; ацетилацетонат меди; бромид меди; карбонат меди; хлорид меди; хромит меди; цианид меди; циклогексанбутират меди; D-глюконат меди; фторид меди; гидрат формиата меди; гидрат гексафторацетилацетоната меди; гидроксид меди; йодид меди; комплекс йодид меди - диметилсульфид; комплекс йодид меди - триметилфосфит; метоксид меди; молибдат меди; нитрат меди; оксид меди; оксихлорид меди; гексагидрат перхлората меди; гидрат пирофосфата меди; селенид меди; селенит меди; сульфат меди; сульфид меди; гидрат тартрата меди; теллурид меди; тиоцианат меди; тиофен-2-карбоксилат меди; тиофенолят меди; трифторацетилацетонат меди; 1-бутантиолат меди; 2-этилгексаноат меди; 3-метилсалицилат меди или трифторметансульфонат меди. Предпочтительным источником является сульфат меди. Медь можно также высвобождать из препаративной формы, предназначенной для контролируемого высвобождения меди. Примерами препаративных форм с контролируемым высвобождением меди могут служить формы на основе органических полимеров, цеолитов, стекла, фосфата кальция, диоксида титана и оксида цинка. В этих препаративных формах можно применять различные неорганические или органические содержащие медь соединения из числа указанных выше.
В конкретных вариантах осуществления изобретения массовое соотношение 2,2-диброммалонамида и меди составляет от примерно 100:1 до примерно 1:1, в другом варианте от примерно 70:1 до примерно 1:1, в следующем варианте от примерно 40:1 до примерно 1:1, еще в одном варианте от примерно 32:1 до примерно 1:1 или еще в одном варианте от примерно 16:1 до 1:1 или от 16:1 и 2:1.
Приведенные выше соотношения основаны на количестве металла, присутствующего в композиции, даже в том случае, когда металл может вноситься, например, в форме неорганического или органического соединения.
Композицию, предлагаемую в изобретении, можно применять для контроля микроорганизмов в различных водных и содержащих воду системах. Примерами таких систем могут служить (но не ограничиваясь 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. Наиболее предпочтительными являются вода для промышленного процесса, краски и покрытия, жидкости для металлообработки, и жидкости для обработки текстиля, такие как замасливатели.
Обычный специалист в данной области может легко без излишних экспериментов определить эффективное количество, в котором следует применять композицию в каждом конкретном случае для обеспечения контроля микроорганизмов. Например, пригодная концентрация действующих веществ (включая как 2,2-диброммалонамид, так металл), как правило, может составлять по меньшей мере примерно 0,001 мас.%, в другом варианте по меньшей мере примерно 0,01 мас.% в пересчете на общую массу водной или содержащей воду системы, включающей биоцидную композицию. В некоторых вариантах осуществления изобретения пригодный верхний предел концентрации действующих веществ составляет примерно 5 мас.% или менее, в другом варианте 1 мас.%, еще в одном варианте 0,1 мас.% в пересчете на общую массу водной или содержащей воду системы.
Компоненты композиции можно добавлять в водную или содержащую воду систему по отдельности или в виде смеси, приготовленной перед осуществлением добавления. Обычный специалист в данной области легко может выбрать соответствующий метод добавления. Композицию можно применять в виде системы, включающей другие добавки, такие как (но не ограничиваясь только ими) поверхностно-активные вещества, ионные/неионные полимеры и ингибиторы накипи и коррозии, акцепторы кислорода и/или дополнительные биоциды.
Представленные ниже примеры служат для иллюстрации изобретения и не направлены на ограничение его объема. Если не указано иное, то использованные в описании соотношения, проценты, части и т.п. представляют собой массовые соотношения, проценты, части и т.п.
Примеры
Результаты, представленные в примерах, получали с помощью анализа ингибирования роста. Ниже приведено более подробное описание каждого анализа.
Анализ ингибирования роста. Анализ ингибирования роста, который применяли в примерах, позволяет оценивать ингибирование роста (или его отсутствие) консорциума микроорганизмов. Ингибирование роста может являться результатом уничтожения клеток (в результате чего имеет место отсутствие роста), уничтожения значительной части популяции клеток, в результате чего требуется продолжительный период времени для возобновления роста, или оно может представлять собой ингибирование роста без уничтожения (задержку роста). Независимо от механизма действия, влияние биоцида (или комбинации биоцидов) можно оценивать на основе увеличения размера сообщества с течением времени.
3
2
2
2
4
2
4
2
4
2
4
2
4
Анализ позволяет оценивать эффективность одного или нескольких биоцидов в отношении предупреждения роста консорциума бактерий в разбавленной среде, содержащей минеральные соли. Среда содержала (концентрации даны в мг/мл) следующие компоненты: FeCl·6НО (1); CaCl·2HO (10); MgSO·7HO (22,5); (NH)SO·(40); KHPO (10); КНРО (25,5); дрожжевой экстракт (10) и глюкозу (100). После внесения всех компонентов в деионизированную воду значение pH среды доводили до 7,5.
После стерилизации фильтрацией вносили аликвоты по 100 мкл в стерильные лунки титрационного микропланшета. Затем в титрационный микропланшет добавляли разведения 2,2-диброммалонамида («DBMAL») и/или «биоцида В».
6
После приготовления комбинаций действующих веществ, представленных ниже, каждую лунку инокулировали 100 мкл суспензии клеток, содержащей смесь Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae, Staphylococcus aureus и Bacillus subtilis в концентрации примерно 1×10 клеток/мл. Конечный общий объем среды в каждой лунке составлял 300 мкл. После приготовления согласно описанной выше процедуре концентрация каждого действующего вещества составляла от 25 ч./млн до 0,195 ч./млн, как указано в таблице 1.
Полученная матрица позволяла осуществлять тестирование каждого действующего вещества в восьми концентрациях и 64 комбинаций действующих веществ в указанных соотношениях (соотношения действующих веществ).
Таблица 1
Матрица для анализа синергизма с использованием титрационного микропланшета, показывающая концентрации каждого действующего вещества. Соотношения представлены в виде массовых соотношений (ч./млн) для всех действующих веществ.
DBMAL (ч./млн)
25
12.5
6.25
3.125
1.563
0.781
0.391
0.195
Биоцид В (ч./млн)
25
1:1
1:2
1:4
1:8
1:16
1:32
1:64
1:128
12.5
2:1
1
1:2
1:4
1:8
1:16
1:32
1:64
6.25
4:1
2:1
1
1:2
1:4
1:8
1:16
1:32
3.125
8:1
4:1
2:1
1
1:2
1:4
1:8
1:16
1.56
16:1
8:1
4:1
2:1
1
1:2
1:4
1:8
0.781
32:1
16:1
8:1
4:1
2:1
1
1:2
1:4
0.391
64:1
32:1
16:1
8:1
4:1
2:1
1
1:2
0.195
128:1
64:1
32:1
16:1
8:1
4:1
2:1
1:1
Контроли (не представлены) содержали среду без добавления биоцида.
580
580
0
24
90
Сразу после подготовки титрационных микропланшетов проводили измерение оптической плотности (ОП) при 580 нм для каждой лунки и затем планшеты инкубировали при 37°C в течение 24 ч. После периода инкубации планшеты осторожно встряхивали перед осуществлением измерений величин ОП. Величины ОП, полученные в момент времени Т, вычитали из величин, измеренных в момент времени Т, на основе чего оценивали достигнутый общий уровень роста (или устанавливали его отсутствие). Полученные данные использовали для расчета процента ингибирования роста, обусловленного присутствием каждого биоцида и каждой из 64 комбинаций. Величину концентрации, вызывающую 90% ингибирование роста (I), использовали в качестве отсекающего значения для расчета коэффициентов синергизма (SI) согласно следующему уравнению:
DBMAL
DBMAL
B
B
коэффициент синергизма = M/c + M/C,
DBMAL
где C обозначает концентрацию DBMAL, требуемую для ингибирования роста бактерий по меньшей мере на 90% в случае индивидуального применения;
B
C обозначает концентрацию биоцида (В), требуемую для ингибирования роста бактерий по меньшей мере на 90% в случае индивидуального применения;
DBMAL
M обозначает концентрацию DBMAL, требуемую для ингибирования роста бактерий по меньшей мере на 90% в случае его применения в комбинации с биоцидом (В);
B
M обозначает концентрацию биоцида (В), требуемую для ингибирования роста бактерий по меньшей мере на 90% в случае его применения в комбинации с DBMAL.
В зависимости от величины SI действие классифицируют следующим образом:
SI<1: синергетическая комбинация (комбинация обладает синергетическим действием);
SI=1: аддитивная комбинация (комбинация обладает аддитивным действием);
SI>1: антагонистическая комбинация (комбинация обладает антагонистическим действием).
В представленных ниже примерах количества биоцидов в растворе измеряли в мг/литр раствора (мг/л). Поскольку плотности растворов близки к 1,00, то величина в мг/л соответствует массе и может быть выражена в виде частей на миллион (ч./млн). Таким образом, обе единицы измерения можно применять в примерах взаимозаменяемо.
Оценивали присутствие серебра (Ag) и меди (Cu). Для каждого металла проводили по два отдельных эксперимента для определения того, можно ли обнаружить синергетическое действие при их применении в комбинации с DBMAL. Результаты экспериментов представлены в следующих разделах.
Пример 1
DBMAL и серебро
Эксперимент 1
3
90
Хотя Ag добавляли к суспензии клеток в форме AgNO, указанные концентрации приведены в пересчете на Ag и даны в мг/л. DBMAL и Ag тестировали индивидуально и в выбранных соотношениях от 1:64 до 64:1 (соотношение DBMAL и Ag). Величины I для DBMAL и Ag составляли 12,5 мг/л и 0,063 мг/л соответственно. В следующем эксперименте величина 190 для Ag составляла 0,125 ч./млн. Тем не менее, в обоих опытах было выявлено несколько синергетических комбинаций. В Таблице 2 представлены соотношения и величины коэффициента синергизма для синергетических комбинаций.
Таблица 2
DBMAL (мг/л)
Ag (мг/л)
SI
Соотношение (DBMAL:Ag)
6,25
0,0156
0,75
400:
6,25
0,0078
0,63
800:
3,13
0,0313
0,75
100:
3,13
0,0156
0,50
200:
3,13
0,0078
0,37
400:
1,56
0,0313
0,62
50:1
1,56
0,0156
0,38
100:
1,56
0,0078
0,25
200:
0,78
0,0313
0,55
25:1
0,78
0,0156
0,32
50:1
0,39
0,0313
0,52
12,5:1
Как продемонстрировано в Таблице, выявлен широкий диапазон соотношений двух действующих веществ, при которых величины SI<1, что свидетельствует о наличии синергетического действия.
Эксперимент 2
Как продемонстрировано в Таблице 3, результаты, представленные в Таблице 2 (эксперимент 1), являются воспроизводимыми и в этом случае схема ингибирования очень сходна с той, которая была выявлена в эксперименте 1.
Таблица 3
DBMAL (мг/л)
Ag (мг/л)
SI
Соотношение (DBMAL:Ag)
6,25
0,0313
0,75
200:1
6,25
0,0156
0,63
400:1
3,125
0,0625
0,75
50:1
3,125
0,0313
0,50
100:1
3,125
0,0156
0,38
200:1
3,125
0,0078
0,31
400:1
1,563
0,0625
0,63
200:1
1,563
0,0313
0,37
50:1
1,563
0,0156
0,25
100:1
1,563
0,0078
0,19
200:1
0,781
0,0625
0,57
12,5:1
0,781
0,0313
0,31
25:1
0,391
0,0625
0,54
6,25:1
0,391
0,0313
0,28
12,5:1
Пример 2
DBMAL и медь
В Таблице 4 представлены результаты анализа ингибирования роста в случае применения DBMAL, Cu и их комбинаций. Для достижения ингибирования роста тестируемых организмов по меньшей мере на 90% требовалась концентрация Cu, составляющая 0,78 мг/л, и, как было установлено ранее, для достижения такого же действия требовалась концентрация DBMAL, составляющая 12.5 мг/л. В присутствии двух действующих веществ в определенных концентрациях, меньших концентраций, соответствующих 190, было выявлено синергетическое действие. Данные представлены в таблице 4.
Таблица 4
DBMAL (мг/л)
Cu (мг/л)
SI
Соотношение (DBMAL:Cu)
6,25
0,195
0,75
32:1
3,125
0,39
0,752
8:1
3,125
0,195
0,50
16:1
1,563
0,39
0,62
4:
1,563
0,195
0,37
8:
0,780
0,39
0,56
2:
0,780
0,195
0,31
4:
0,391
0,391
0,53
1:
0,391
0,195
0,28
2:
Эксперимент 2
В этом эксперименте были получены результаты, сходные с результатами, полученными в эксперименте 1 (см. Таблицу 5).
Таблица 5
DBMAL (мг/л)
Cu (мг/л)
SI
Соотношение (DBMAL:Cu)
6,25
0,20
0,75
32:1
3,13
0,39
0,75
8:1
3,13
0,20
0,50
16:1
1,56
0,39
0,62
4:1
1,56
0.20
0,37
8:1
0,78
0.39
0,56
2:1
0,78
0,20
0,31
4:1
Пример 3
В Таблице 6 представлены результаты анализа в случае применения DBMAL и цинка (Zn). При использовании этих субстанций не было обнаружено синергетического действия.
DBMAL при индивидуальном применении
Zn при индивидуальном применении
Zn (мг/л)
мг/л
% ингибирования роста
мг/л
% ингибирования роста
DBMAL мг/л
2500,0
1250,0
625,0
312,5
156,2
78,1
39,0
19,5
25,00
100
2500,0
92
25,00
100
100
100
84
87
100
100
100
12,50
100
1250,0
91
12,50
67
100
100
84
94
100
95
100
6,25
29
625,0
74
6,25
80
80
74
89
55
25
15
0
3,13
21
312,5
33
3,13
88
67
72
44
24
22
7
0
1,56
9
156,3
23
1,56
85
89
68
8
0
23
0
0
0,78
4
78,1
18
0,78
85
61
85
17
2
0
0
0
0,39
0
39,1
12
0,39
87
76
79
0
0
0
0
0
0,20
2
19,5
19
0,20
97
81
67
0
0
0
0
0
Хотя изобретение было описано выше на примере предпочтительных вариантов его осуществления, его можно модифицировать без отклонения от сущности и объема изобретения. Таким образом, следует понимать, что под объем настоящего изобретения подпадают любые варианты, применения или адаптации изобретения, осуществленные на основе общих принципов, изложенных в настоящем описании. Кроме того, следует понимать, что под объем изобретения подпадают такие отклонения от настоящего описания, которые рассматриваются как общеизвестные или которые обычно практикуются в области, к которой относится настоящее изобретение, и которые подпадают под объем приведенной ниже формулы изобретения.