СИНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ПРОТИВОМИКРОБНАЯ КОМПОЗИЦИЯ
SYNERGETIC ANTIMICROBIAL COMPOSITION

В настоящем изобретении предлагаются комбинации биоцидов, которые характеризуются более высокой активностью по сравнению с применением каждого индивидуального противомикробного соединения.
Применение комбинаций по крайней мере двух противомикробных соединений может расширить потенциальные рынки, снизить рабочие концентрации и стоимость, а также снизить отходы. В ряде случаев коммерческие противомикробные соединения не обеспечивают эффективный контроль роста микроорганизмов даже при высоких рабочих концентрациях вследствие их низкой активности в отношении отдельных типов микроорганизмов или относительно медленного противомикробного действия, или нестабильности в некоторых условиях, например, при высокой температуре и высоких значениях рН. Комбинации различных противомикробных соединений в некоторых случаях используются для обеспечения общего контроля роста микроорганизмов или для обеспечения аналогичного уровня контроля микроорганизмов при более низких нормах использования в конкретной окружающей среде. Например, в патенте US №5385896 описаны комбинации солей фосфония и альдегидов, но в указанной заявке не предполагается использование ни одной из комбинаций, заявленных в настоящем изобретении. Более того существует потребность в дополнительных комбинациях противомикробных соединений, характеризующихся повышенной активностью, с целью обеспечения эффективного контроля микроорганизмов. Целью настоящего изобретения является разработка таких дополнительных комбинаций противомикробных соединений.
Краткое описание сущности изобретения
В настоящем изобретении предлагается синергетическая противомикробная композиция, содержащая: (а) гидроксиметилзамещенное соединение фосфора, выбранное из группы, включающей соли тетракис(гидроксиметил)фосфония и трис(гидроксиметил)фосфин, и (б) второй биоцид, выбранный из группы, включающей (1) гексагидро-1,3,5-трис(2-гидроксиэтил)-s-триазин (ГГТ), (2) 2,6-диметил-1,3-диоксан-4-илацетат (ДМДО) и (3) орто-фенилфенол или его соли щелочных металлов, или соли аммония, при этом массовое соотношение гидроксиметилзамещенное соединение фосфора/гексагидро-1,3,5-трис(2-гидроксиэтил)-s-триазин составляет от 15:1 до 1:15, массовое соотношение гидроксиметилзамещенное соединение фосфора/2,6-диметил-1,3-диоксан-4-илацетат составляет от 15:1 до 1:15, а массовое соотношение гидроксиметилзамещенное соединение фосфора/орто-фенилфенол или его соли щелочных металлов, или соли аммония составляет от 15:1 до 1:5.
Подробное описание изобретения
Следующие термины, использованные в данном контексте, имеют определенные ниже значения, если в контексте не указано иное. Термин «противомикробное соединение» обозначает соединение, способное подавлять рост или контролировать рост микроорганизмов и/или уничтожать микроорганизмы, при этом противомикробные соединения включают бактерицидные, бактериостатические, фунгицидные, фунгистатические, альгицидные и альгистатические препараты в зависимости от величины использованной дозы, условий системы и требуемого контроля уровня микроорганизмов. Термин «микроорганизм» включает, например, грибы (такие как дрожжи и плесени), бактерии и водоросли. В описании изобретения использовано следующее сокращение: част./млн - массовые части на миллион. Если не указано иное, величины указаны в массовых процентах (мас.%). Процентное содержание противомикробных соединений в композиции по настоящему изобретению определено в расчете на общую массу активных ингредиентов в композиции, т.е. самих противомикробных соединений, исключая любые количества растворителей, носителей, диспергирующих веществ, стабилизаторов или других материалов, которые могут присутствовать. Гидроксиметилзамещенное соединение фосфора выбирают из группы, включающей соли тетракис(гидроксиметил)фосфония (например, сульфат тетракис(гидроксиметил)фосфония (СТГФ) и хлорид тетракис(гидроксиметил)фосфония) и трис(гидроксиметил)фосфин. Может присутствовать более одного гидроксиметилзамещенного соединения фосфора, в указанном случае соотношение биоцидов рассчитывают относительно общего содержания указанных соединений. Орто-фенилфенол или его соли щелочных металлов, или соли аммония включают соли лития, натрия, калия, рубидия, цезия и аммония. Если присутствует более одной формы орто-фенилфенола, соотношение биоцидов рассчитывают относительно общего содержания указанных соединений. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения используют орто-фенилфенолят натрия (ОФФNa). 2,6-Диметил-1,3-диоксан-4-илацетат (ДМДО) описан ранее под названием 6-ацетокси-2,4-диметил-мета-диоксан в публикациях, включенных в настоящее описание в качестве ссылок.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения массовое соотношение гидроксиметилзамещенное соединение фосфора/ДМДО составляет от 12:1 до 1:15, в другом варианте от 12:1 до 1:12, в еще одном варианте от 10:1 до 1:12, в другом варианте от 10:1 до 1:10, в еще одном варианте от 9:1 до 1:12, в другом варианте от 9:1 до 1:10, в еще одном варианте от 9:1 до 1:9, в другом варианте от 8,2:1 до 1:9, в еще одном варианте от 8,2:1 до 1:8,2.
В некоторых вариантах массовое соотношение гидроксиметилзамещенное соединение фосфора/орто-фенилфенол или его соли щелочных металлов, или соли аммония составляет от 12:1 до 1:5, в другом варианте от 12:1 до 1:4, в еще одном варианте 10:1 до 1:5, в другом варианте от 10:1 до 1:4, в еще одном варианте от 10:1 до 1:3, в другом варианте от 9:1 до 1:4, в еще одном варианте от 9:1 до 1:3, в другом варианте от 8:1 до 1:3.
В некоторых вариантах противомикробная композиция в основном не содержит оксазолидинов, т.е. включает менее 5% оксазолидинов по отношению к содержанию активного биоцида, в другом варианте менее 2%, в еще одном варианте менее 1%, в другом варианте менее 0,5%, в еще одном варианте менее 0,1%.
В некоторых вариантах противомикробную комбинацию по настоящему изобретению можно использовать при закачивании нефтегазоносных месторождений, в добываемых флюидах, в жидкостях для гидроразрыва пласта и других функциональных флюидах, нефтегазовых скважинах, в ходе нефтегазовой технологической операции, в системах разделения, хранения и транспортировки, в нефтегазопроводах, нефтегазовых резервуарах и топливе. Комбинацию прежде всего можно использовать во флюидах на водной основе, которые добавляют в нефтегазовую скважину или добывают в ней. Комбинацию можно также использовать для контроля микроорганизмов в других технологических водах и содержащих воду загрязненных водой матрицах, таких как охлаждающая вода, воздухоочиститель, теплообменники, котловая вода, вода целлюлозно-бумажных комбинатов, вода других промышленных процессов, балластная вода, сточные воды, жидкости металлообрабатывающей промышленности, латекс, краска, покрытия, адгезивы, чернила, ленты для герметизации швов, пигмент, суспензии на водной основе, предметы личной гигиены и хозяйственные товары, такие как моющее средство, фильтрационные системы (включая установки обратного осмоса и ультрафильтрационные системы), внутреннее устройство туалетов, текстильные изделия, кожные изделия и системы производства изделий из кожи или используемая при этом система.
Как правило, количество комбинаций биоцидов по настоящему изобретению для контроля роста микроорганизмов составляет от 10 част./млн до 5000 част./млн активного ингредиента. В некоторых вариантах активные ингредиенты композиции присутствуют в количестве по крайней мере 20 част./млн, в другом варианте по крайней мере 50 част./млн, в другом варианте по крайней мере 100 част./млн, в другом варианте по крайней мере 150 част./млн, в другом варианте по крайней мере 200 част./млн. В некоторых вариантах активные ингредиенты композиции присутствуют в количестве не более 2000 част./млн, в другом варианте не более 1000 част./млн, в другом варианте не более 500 част./млн, в другом варианте не более 400 част./млн, в другом варианте не более 300 част./млн, в другом варианте не более 250 част./млн, в другом варианте не более 200 част./млн, в другом варианте не более 100 част./млн, в другом варианте не более 50 част./млн. Упомянутые выше концентрации указаны для жидкой композиции, содержащей комбинации биоцидов. Концентрации биоцидов в высокотемпературной среде и среде, содержащей высокие концентрации сульфидов, как правило, выше по сравнению с другими средами. В некоторых вариантах внутрискважинные концентрации активных ингредиентов в нефтяной скважине составляют от 30 част./млн до 500 част./млн, в другом варианте от 50 част./млн до 250 част./млн. В некоторых вариантах концентрации активных ингредиентов для обработки приповерхностных участков нефтяной скважины составляют от 10 част./млн до 300 част./млн, в другом варианте от 30 част./млн до 100 част./млн.
В настоящем изобретении предлагается также способ предотвращения роста микроорганизмов в описанных выше областях применения, прежде всего в ходе операций добычи нефти или природного газа, и указанный способ заключается в том, что заявленную комбинацию биоцидов включают в материалы.
Примеры
Пример 1
Синергетическое действие СТГФ и ГГТ в отношении сульфатвосстанавливающих бактерий (СВБ)
3
2
4
2
4
2
3
6
7
∗1
Деаэрированный стерильный солевой раствор (3,1183 г NaCl, 1,3082 мг NaHO, 47,70 мг KCl, 72,00 мг CaCl, 54,49 мг MgSO, 172,28 мг NaSO, 43,92 мг NaCO в 1 л воды) в анаэробной камере (Bactron) заражали выделенным из нефтяного месторождения анаэробным консорциумом, в основном сульфатвосстанавливающими бактериями (СВБ), при конечных концентрациях бактерий от 10 КОЕ/мл до 10 КОЕ/мл. Затем аликвотные части указанной зараженной воды обрабатывали СТГФ и гексагидро-1,3,5-трис(2-гидроксиэтил)-s-триазином (ГГТ), или комбинацией СТГФ/ГГТ при различных концентрациях активных агентов. Смеси инкубировали при 40°С в течение 24 ч, затем определяли биоцидную эффективность по минимальной концентрации исследуемого биоцида (МКБ), требующейся для полного уничтожения бактерий в аликвотных частях. В табл.1 приведены значения эффективности каждого биоцида и смесей биоцидов, а также индекса синергизма для каждой комбинации.
Таблица 1
Биоцидная эффективность СТГФ, гексагидро-1,3,5-трис(2-гидроксиэтил)-s-триазина (ГГТ), комбинации СТГФ/ГГТ и индекс синергизма
Соотношение СТГФ/ГГТ (мас.% активного ингредиента)
Средняя МКБ (част./млн активного ингредиента)
Средний индекс синергизма
Значение р Z-критерия<sup>∗2</sup>
СТГФ
ГГТ
1:0
6,1
0,0
9:1
5,2
0,6
0,88
0,00
3:1
5,0
1,7
0,87
0,00
1:1
7,0
7,0
1,26
0,00
1:3
3,3
10,0
0,69
0,00
1:9
2,4
21,5
0,69
0,00
0:1
0,0
79,0
<sup>∗1</sup> Индекс синергизма = Ca/CA+Cb/CB
Ca обозначает концентрацию биоцида А, которая требуется для полного уничтожения бактерий при использовании биоцида А в комбинации с биоцидом В.
CA обозначает концентрацию биоцида А, которая требуется для полного уничтожения бактерий при использовании биоцида А в отдельности.
Cb обозначает концентрацию биоцида В, которая требуется для полного уничтожения бактерий при использовании биоцида В в комбинации с биоцидом А.
CB обозначает концентрацию биоцида В, которая требуется для полного уничтожения бактерий при использовании биоцида В в отдельности.
Индекс синергизма менее 1 указывает на синергизм.
∗2
Значение р<0,05 указывает на достоверное различие между средним индексом синергизма и 1,00.
Пример 2
Оценка биоцидной эффективности комбинаций СТГФ/ГГТ в отношении анаэробных бактерий в высокотемпературной среде, обогащенной сульфидами
4
5
4
5
Растворы биоцидов в анаэробной камере (BACTRON IV) заражали выделенным из нефтяного месторождения консорциумом СВБ (от 10 КОЕ/мл до 10 КОЕ/мл) и добавляли ион сульфида (10 част./млн, в форме сульфида натрия). Затем растворы биоцидов инкубировали при 80°С в анаэробных условиях в течение 7 сут, при этом ежедневно добавляли консорциум СВБ (от 10 КОЕ/мл до 10 КОЕ/мл) и ион сульфида (10 част./млн). Биоцидную эффективность определяли по наиболее низкой концентрации исследуемого биоцида, требующейся для уничтожения 99,999% бактерий или для полного уничтожения бактерий при нагревании в течение 2 ч и 7 сут в присутствии СВБ и сульфида. Затем рассчитывали индекс синергизма. В табл.2 приведены значения эффективности каждого биоцида и смесей биоцидов, а также индекса синергизма для каждой комбинации.
Таблица 2
Оценка биоцидной эффективности СТГФ, ГГТ и комбинации СТГФ/ГГТ в высокотемпературной среде, обогащенной сульфидами, и индекс синергизма
Соотношение СТГФ/ГГТ (мас.% активного ингредиента)
Доза (част./млн активного ингредиента), требующаяся для уничтожения 99,999% бактерий или для полного уничтожения бактерий при нагревании в течение 2 ч и 7 сут в присутствии СВБ и сульфида
Индекс синергизма<sup>∗3</sup>
СТГФ
ГГТ
1:0
88,9
0,0
5,1:1
59,3
11,7
2,3:1
59,3
26,3
0,75
1:1
39,5
39,5
0,86
1:2,3
17,6
39,5
0,74
1:5,1
11,7
59,3
0,49
0:1
0,0
133,3
0,58
<sup>∗3</sup> Индекс синергизма = Ca/CA+Cb/CB
Ca обозначает концентрацию биоцида А, которая требуется для уничтожения 99,999% бактерий при использовании биоцида А в комбинации с биоцидом В.
CA обозначает концентрацию биоцида А, которая требуется для уничтожения 99,999% бактерий при использовании биоцида А в отдельности.
Cb обозначает концентрацию биоцида В, которая требуется для уничтожения 99,999% бактерий при использовании биоцида В в комбинации с биоцидом А.
CB обозначает концентрацию биоцида В, которая требуется для уничтожения 99,999% бактерий при использовании биоцида В в отдельности.
Индекс синергизма менее 1 указывает на синергизм.
Приведенные выше данные свидетельствуют о том, что комбинация СТГФ и ГГТ характеризуется синергетическим действием в высокотемпературной среде, обогащенной сульфидами.
Пример 3
Синергетическое действие СТГФ и ДМДО в отношении сульфатвосстанавливающих бактерий (СВБ)
3
2
4
2
4
2
3
6
7
Деаэрированный стерильный солевой раствор (3,1183 г NaCl, 1,3082 мг NaHCO, 47,70 мг KCl, 72,00 мг CaCl, 54,49 мг MgSO, 172,28 мг NaSO, 43,92 мг NaCO в 1 л воды) в анаэробной камере (Bactron III) заражали выделенным из нефтяного месторождения анаэробным консорциумом СВБ при конечных концентрациях бактерий от 10 КОЕ/мл до 10 КОЕ/мл. Затем аликвотные части указанной зараженной воды обрабатывали СТГФ, ДМДО или комбинациями СТГФ/ДМДО при различных концентрациях активных агентов. Смеси инкубировали при 40°С в течение 24 ч, затем подсчитывали число выживших бактерий с использованием метода серийного разведения и определяли биоцидную эффективность по дозе биоцида, требующейся для уничтожения 99,99% бактерий в течение 24 ч. Затем рассчитывали индекс синергизма. В табл.3 приведены значения эффективности каждого биоцида и смесей биоцидов, а также индекса синергизма для каждой комбинации.
Таблица 3
Биоцидная эффективность СТГФ, ДМДО, комбинации СТГФ/ДМДО и индекс синергизма
Соотношение СТГФ/ДМДО (мас.% активного ингредиента)
Доза (част./млн активного ингредиента), требующаяся для уничтожения 99,99% бактерий
Индекс синергизма<sup>∗4</sup>
СТГФ
ДМДО
1:0
5,5
0,0
8,2:1
4,2
0,5
0,76
2,9:1
4,2
1,5
0,77
1:1
4,2
4,2
0,77
1:2,9
3,2
9,2
0,62
1:8,2
3,2
26,4
0,67
0:1
0,0
330,9
<sup>∗4</sup> Индекс синергизма = Ca/CA+Cb/СВ
Ca обозначает концентрацию биоцида А, которая требуется для уничтожения 99,99% бактерий при использовании биоцида А в комбинации с биоцидом В.
CA обозначает концентрацию биоцида А, которая требуется для уничтожения 99,99% бактерий при использовании биоцида А в отдельности.
Cb обозначает концентрацию биоцида В, которая требуется для уничтожения 99,99% бактерий при использовании биоцида В в комбинации с биоцидом А.
CB обозначает концентрацию биоцида В, которая требуется для уничтожения 99,99% бактерий при использовании биоцида В в отдельности.
Индекс синергизма менее 1 указывает на синергизм.
Пример 4
Синергетическое действие СТГФ и орто-фенилфенолята натрия (ОФФNа) в отношении сульфатвосстанавливающих бактерий (СВБ)
3
2
4
2
4
2
3
6
7
Деаэрированный стерильный солевой раствор (3,1183 г NaCl, 1,3082 мг NaHCO, 47,70 мг KCl, 72,00 мг CaCl, 54,49 мг MgSO, 172,28 мг NaSO, 43,92 мг NaCO в 1 л воды) в анаэробной камере (Bactron) заражали выделенным из нефтяного месторождения анаэробным консорциумом СВБ при конечных концентрациях бактерий от 10 КОЕ/мл до 10 КОЕ/мл. Затем аликвотные части указанной зараженной воды обрабатывали СТГФ, ОФФNа или комбинациями СТГФ/ОФФNа при различных концентрациях активных агентов. Смеси инкубировали при 40°С в течение 24 ч, затем подсчитывали в культуральной среде число выживших бактерий. Биоцидную эффективность определяли по минимальной концентрации исследуемого биоцида (МКБ), требующейся для полного уничтожения бактерий в аликвотных частях. В табл.4 приведены значения эффективности каждого биоцида и смесей биоцидов, а также индекса синергизма для каждой комбинации.
Таблица 4
Биоцидная эффективность СТГФ, ОФФNa, комбинации СТГФ/ОФФNa в отношении анаэробных бактерий
Соотношение СТГФ/ОФФNа (мас.% активного ингредиента)
Средняя МКБ (част./млн активного ингредиента)
Средний индекс синергизма<sup>∗1</sup>
Значение p<sup>∗2</sup> Z-критерия
СТГФ
ОФФNа
1:0
7,9
0,0
9:1
6,1
0,7
0,77
0,04
3:1
5,1
1,7
0,66
0,00
1:1
8,5
8,5
1,10
0,51
1:3
6,4
19,1
0,86
0,00
1:9
6,1
55,1
0,94
0,62
0:1
0,0
333,3
Пример 5
Синергетическое действие СТГФ и ОФФNа в отношении сульфатвосстанавливающих бактерий (СВБ)
3
2
4
2
4
2
3
7
Деаэрированный стерильный солевой раствор (3,1183 г NaCl, 1,3082 мг NaHCO, 47,70 мг KCl, 72,00 мг CaCl, 54,49 мг MgSO, 172,28 мг NaSO, 43,92 мг NaCO в 1 л воды) в анаэробной камере (Bactron) заражали выделенным из нефтяного месторождения анаэробным консорциумом, в основном СВБ, при конечных концентрациях бактерий 10 КОЕ/мл. Затем аликвотные части указанной зараженной воды обрабатывали СТГФ, ОФФNа, или комбинациями СТГФ/ОФФNа при различных концентрациях активных агентов. Смеси инкубировали при 40°С в течение 24 ч, затем подсчитывали число выживших бактерий с использованием метода серийного разведения. Биоцидную эффективность определяли по минимальной концентрации исследуемого биоцида, требующейся для уничтожения 99,999% бактерий в аликвотных частях. В табл.5 приведены значения эффективности каждого биоцида и смесей биоцидов, а также индекса синергизма для каждой комбинации.
Таблица 5
Биоцидная эффективность СТГФ, ОФФNа, комбинации СТГФ/ОФФNа в отношении анаэробных бактерий
Соотношение СТГФ/ОФФNа (мас.% активного ингредиента)
Концентрация (част./млн активного ингредиента), требующаяся для уничтожения 99,999% бактерий
Индекс синергизма<sup>∗3</sup>
СТГФ
ОФФNа
1:0
11,9
0,0
2,25:1
7,9
3,5
0,68
1:1
7,9
7,9
0,69
1:2,25
7,9
17,8
0,72
1:5,06
11,9
60,0
1,19
1:7,59
7,9
60,0
0,86
0:1
0,0
303,8
Пример 6
Синергетическое действие СТГФ и ОФФNа в отношении сульфатвосстанавливающих бактерий (СВБ)
6
Фосфатно-солевой буферный раствор (ФСБ, рН 7) заражали бактериями Psedomonas aeruginosa из американской коллекции типовых культур (АТСС) №10145 и Staphylococcus aureus АТСС №6538 при конечной концентрации бактерий ~10 КОЕ/мл. Затем аликвотные части указанной зараженной воды обрабатывали СТГФ, ОФФNа или комбинациями СТГФ/ОФФNа при различных концентрациях активных агентов. Смеси инкубировали при 37°С в течение 24 ч, затем подсчитывали число выживших бактерий с использованием метода серийного разведения. Биоцидную эффективность определяли по минимальной концентрации исследуемого биоцида, требующейся для уничтожения 99,999% бактерий. В табл.6 приведены значения эффективности каждого биоцида и смесей биоцидов, а также индекса синергизма для каждой комбинации.
Таблица 6
Биоцидная эффективность СТГФ, ОФФNа, комбинации СТГФ/ОФФNа в отношении анаэробных бактерий
Соотношение СТГФ/ОФФNа (мас.% активного ингредиента)
Концентрация (част./млн активного ингредиента), требующаяся для уничтожения 99,999% бактерий
Индекс синергизма
СТГФ
ОФФNа
1:0
26,7
0,0
2,25:1
17,8
7,9
0,70
1:1
17,8
17,8
0,75
1:2,25
17,8
40,0
0,86
1:5,06
17,8
90,0
1,11
1:7,59
17,8
135,0
1,33
0:1
0,0
202,5
Данные, представленные в табл.4-6, свидетельствуют о том, что для СТГФ в комбинации с ОФФNa наблюдается синергетическое действие, и при использовании указанных соединений в комбинации для эффективного контроля СВБ требуются значительно более низкие дозы.