本發(fā)明專利申請是申請?zhí)枮?01510500505.9、申請日為2010年9月30日、名稱為“二溴丙二酰胺的組合物及其作為殺生物劑的用途”的發(fā)明專利申請的分案申請，上述發(fā)明專利申請又是國際申請?zhí)枮閜ct/us2010/050880，國際申請日為2010年9月30日，進(jìn)入中國國家階段的申請?zhí)枮?01080069381.9，名稱為“二溴丙二酰胺的組合物及其作為殺生物劑的用途”的發(fā)明專利申請的分案申請。
本發(fā)明涉及殺生物組合物及其在水性和含水體系中用于控制微生物的方法。所述組合物包括2,2-二溴丙二酰胺和包含至少一個(gè)親電子部分的殺生物化合物。
背景技術(shù)：
水體系為藻類、細(xì)菌、病毒和真菌(其中一些可為致病性的)提供肥沃的繁殖地。微生物污染可產(chǎn)生各種問題，包括美觀性差(例如泥濘的綠色水)、嚴(yán)重的健康風(fēng)險(xiǎn)(例如真菌、細(xì)菌或病毒感染)以及機(jī)械性問題(包括堵塞、設(shè)備的腐蝕以及傳熱的減少)。
在水性體系和含水體系中，通常使用殺生物劑來消毒并控制微生物的生長。然而，并非所有的殺生物劑對各種微生物和/或溫度有效，并且一些殺生物劑與其它化學(xué)處理添加劑不相容。另外，一些殺生物劑不能提供足夠長時(shí)間的微生物控制。
盡管通過使用較大量的殺生物劑可以克服上述缺點(diǎn)中的一部分，該方法會(huì)帶來自身的問題，包括成本增加、浪費(fèi)增加以及增加了殺生物劑將干擾所處理介質(zhì)的所需性質(zhì)的可能性。另外，由于許多市售的殺生物劑化合物對某些類型的微生物的活性弱或者某些微生物對這些化合物具有抗性，因此即使使用較大量的殺生物劑，這些殺生物劑化合物仍不能提供有效的控制。
本領(lǐng)域中提供這樣一種用于水體系處理的殺生物劑組合物將是一項(xiàng)重大進(jìn)步，該組合物能產(chǎn)生一種或多種以下益處：在較低濃度下效力提高；與物理?xiàng)l件和所處理介質(zhì)中的其它添加劑相容；對寬范圍的微生物有效；和/或能夠同時(shí)提供對微生物的短期控制和長期控制。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
在一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種殺生物組合物。該組合物可用于控制水性或含水體系中的微生物。該組合物包含：2,2-二溴丙二酰胺和包含至少一個(gè)親電子部分的殺生物化合物(“含親電子試劑的殺生物劑”)，其中，所述含親電子試劑的殺生物劑選自下組：2-溴-2-硝基丙烷-1,3-二醇、溴硝基苯乙烯、二硫氰基甲烷和1,2-二溴-2,4-二氰基丁烷。
在第二個(gè)方面，本發(fā)明提供一種控制水性或含水體系中的微生物的方法。該方法包括使用有效量的本文所述的殺生物組合物來處理所述體系。
發(fā)明詳述
如上所述，本發(fā)明提供了一種殺生物組合物以及使用該化合物來控制微生物的方法。該組合物包含：2,2-二溴丙二酰胺和選自下組的含親電子試劑的殺生物劑：2-溴-2-硝基丙烷-1,3-二醇、溴硝基苯乙烯、二硫氰基甲烷和1,2-二溴-2,4-二氰基丁烷。我們令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)以一定的重量比將2,2-二溴丙二酰胺和本文所述的含親電子試劑的殺生物劑的組合用于水性或含水介質(zhì)中的微生物控制時(shí)，這兩種物質(zhì)的組合具有協(xié)同作用。也就是說，所述組合材料的殺生物性質(zhì)比基于其單獨(dú)的性能所預(yù)期的殺生物性質(zhì)得到改進(jìn)。該協(xié)同作用使得用來實(shí)現(xiàn)所需殺生物性能效果的材料量減少，因此，減少了由工業(yè)處理水中微生物生長所造成的問題，同時(shí)可能降低了環(huán)境影響和材料成本。
出于本發(fā)明的目的，術(shù)語“微生物”包括但不限于：細(xì)菌、真菌、藻類和病毒。術(shù)語“控制”應(yīng)廣義地被解釋為包括但不限于以下含義：抑制微生物的生長或繁殖，殺死微生物、消毒、和/或防腐。在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，“控制”指的是抑制微生物的生長或繁殖。在其它實(shí)施方式中，“控制”指的是殺死微生物。
術(shù)語“2,2-二溴丙二酰胺”指的是由以下化學(xué)式表示的化合物：
2,2-二溴丙二酰胺和本發(fā)明的含親電子試劑的殺生物劑均市售可得，和/或可容易地由本領(lǐng)域技術(shù)人員使用熟知的技術(shù)制備得到。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，2,2-二溴丙二酰胺與所述含親電子試劑的殺生物劑的重量比約為100:1至1:100。
在一些實(shí)施方式中，2,2-二溴丙二酰胺與所述含親電子試劑的殺生物劑的重量比約為40:1至1:30。
在一些實(shí)施方式中，2,2-二溴丙二酰胺與所述含親電子試劑的殺生物劑的重量比約為32:1至1:20。
在一些實(shí)施方式中，所述含親電子試劑的殺生物劑是2-溴-2-硝基丙烷-1,3-二醇，2,2-二溴丙二酰胺與2-溴-2-硝基丙烷-1,3-二醇的重量比約為100:1至1:20，或者約為70:1至1:10，或者約為40:1至1:5，或者約為32:1至1:2。在一些實(shí)施方式中，該重量比約為9:1至3:1。
在一些實(shí)施方式中，所述含親電子試劑的殺生物劑是溴硝基苯乙烯，2,2-二溴丙二酰胺與溴硝基苯乙烯的重量比約為100:1至1:20，或者約為70:1至1:10，或者約為40:1至1:5，或者約為32:1至1:2。
在一些實(shí)施方式中，所述含親電子試劑的殺生物劑是二硫氰基甲烷，2,2-二溴丙二酰胺與二硫氰基甲烷的重量比約為40:1至1:10，或者約為32:1至1:1，或者約為32:1至4:1。
在一些實(shí)施方式中，所述含親電子試劑的殺生物劑是1,2-二溴-2,4-二氰基丁烷，2,2-二溴丙二酰胺與1,2-二溴-2,4-二氰基丁烷的重量比約為20:1至1:10，或者約為10:1至1:1，或者約為8:1至2:1。
本發(fā)明的組合物可用于控制各種水性和含水體系中的微生物。此類體系的例子包括但不限于：油漆和涂料、水性乳液、膠乳、黏合劑、油墨、顏料分散體、家用和工業(yè)清潔劑、去污劑、餐具洗滌劑、礦物漿液、聚合物乳液、填縫劑和粘合劑、帶條接縫配混物、消毒劑、殺菌劑、金屬加工流體、建筑產(chǎn)品、個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品、紡織流體(例如紡絲油劑)、工業(yè)處理水(例如油田水、紙漿和紙張水、冷卻水)、油田功能流體(例如鉆井泥漿和壓裂液)、燃料、空氣洗滌劑、廢水、壓艙水、過濾系統(tǒng)以及游泳池和溫泉水。優(yōu)選的水性體系是金屬加工流體、個(gè)人護(hù)理、家用和工業(yè)清潔劑、工業(yè)處理水以及油漆和涂料。特別優(yōu)選的是工業(yè)處理水、油漆和涂料、金屬加工流體以及紡織流體(例如紡絲油劑)。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員不需要過多的實(shí)驗(yàn)就很容易確定任意具體應(yīng)用中為提供微生物控制而應(yīng)使用的所述組合物的有效量。作為說明，以所述水性或含水體系的總重量為基準(zhǔn)計(jì)，合適的活性物質(zhì)濃度(2,2-二溴丙二酰胺和含親電子試劑的殺生物劑的總計(jì))通常至少約為1ppm，或者至少約為3ppm，或者至少約為7ppm，或者至少約為10ppm，或者至少約為30ppm，或者至少約為100ppm。在一些實(shí)施方式中，以所述水性或含水體系的總重量為基準(zhǔn)計(jì)，活性物質(zhì)濃度的合適上限約為1000ppm，或者約500ppm，或者約100ppm，或者約50ppm，或者約30ppm，或者約15ppm，或者約10ppm，或者約7ppm。
可將所述組合物的組分分別添加至所述水性或含水體系中，或者在添加前進(jìn)行預(yù)混。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員很容易能確定合適的添加方法。所述組合物可與其它添加劑聯(lián)用于所述系統(tǒng)中，所述添加劑例如但不限于：表面活性劑、離子/非離子聚合物和水垢和腐蝕抑制劑、氧清除劑、和/或其它殺生物劑。
以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，而不是用來限制其范圍。除非另有說明，本文使用的比值、百分比、份數(shù)等以重量計(jì)。
實(shí)施例
實(shí)施例中提供的結(jié)果是使用生長抑制試驗(yàn)或殺滅試驗(yàn)產(chǎn)生的。各試驗(yàn)的細(xì)節(jié)如下。
殺滅試驗(yàn)。該試驗(yàn)用作所述活性物質(zhì)之間的協(xié)同作用的初步評價(jià)。該方法如下：用等量(約100cfu/ml)的銅綠假單胞菌(pseudomonasaeruginosa)atcc10045和金黃色葡萄球菌(staphylococcusaureus)atcc6538的混合物對礦物鹽溶液(0.2203克cacl2、0.1847克mgso4和0.2033克nahco3在1l水中，ph約為8)進(jìn)行接種。然后使用2,2-二溴丙二酰胺("dbmal")、含親電子試劑的殺生物劑以及它們以各種濃度含量的組合對等份的所述細(xì)胞懸液進(jìn)行處理。在37℃條件下孵育2小時(shí)后，基于完全殺死等份樣中細(xì)菌細(xì)胞所需的最小殺生物劑濃度(mbc)來確定殺生物效力。然后使用該mbc值來計(jì)算協(xié)同指數(shù)(si)值。
所述殺滅試驗(yàn)結(jié)果的總結(jié)如各實(shí)施例所示。各表中，列出測試的各殺生物劑和混合物的mbc值。同樣，列出了所述組合的協(xié)同指數(shù)("si")值。使用下式計(jì)算si：
協(xié)同指數(shù)＝mdbmal/cdbmal+mb/cb
式中，
cdbmal：單獨(dú)使用dbmal時(shí)抑制細(xì)菌生長所需的dbmal的濃度；
cb：單獨(dú)使用殺生物劑(b)時(shí)抑制細(xì)菌生長所需的殺生物劑(b)的濃度；
mdbmal：dbmal與殺生物劑(b)聯(lián)用時(shí)抑制細(xì)菌生長所需的dbmal的濃度；
mb：殺生物劑(b)與dbmal聯(lián)用時(shí)抑制細(xì)菌生長所需的殺生物劑(b)的濃度。
所述si值解釋如下：
si<1：協(xié)同性組合
si＝1：相加性組合
si>1：對抗性組合
生長抑制試驗(yàn)。實(shí)施例中使用的生長抑制試驗(yàn)測量了微生物聚生體的生長抑制(或缺乏生長)。生長的抑制可為以下情況的結(jié)果：細(xì)胞被殺死(因此不發(fā)生生長)；大量大部分細(xì)胞群被殺死因而再生長需要很長的時(shí)間；或者抑制了生長而沒有殺死(靜態(tài))。無論是何作用機(jī)理，殺生物劑(或殺生物劑的組合)的影響可基于群落尺寸的增加隨時(shí)間進(jìn)行測量。
該實(shí)驗(yàn)測量了在稀釋礦物鹽培養(yǎng)基中一種或多種殺生物劑在防止細(xì)菌聚生體的生長上的效力。所述培養(yǎng)基包含(以毫克/升計(jì))以下組分：fecl3.6h2o(1)；cacl2.2h2o(10)；mgso4.7h2o(22.5)；(nh4)2so4(40)；kh2po4(10)；k2hpo4(25.5)；酵母提取物(10)；以及葡萄糖(100)。待將所有的組分添加至去離子水中后，將該培養(yǎng)基的ph調(diào)節(jié)至7.5。過濾滅菌之后，將100微升量的等分樣分配至無菌微孔板孔中。然后將dbmal和/或“殺生物劑b”的稀釋液添加至該微孔板中。待制備如下所示的活性物質(zhì)的組合后，用100微升的細(xì)胞懸液對各孔進(jìn)行接種，該細(xì)胞懸液中每毫升的銅綠假單胞菌、肺炎桿菌(klebsiellapneumoniae)、金黃色葡萄球菌和芽孢桿菌(bacillussubtilis)的混合物包含約1x100個(gè)細(xì)胞。各孔中培養(yǎng)基的最終總體積為300微升。如表1所示，當(dāng)如本文所述進(jìn)行制備后，各活性物質(zhì)的濃度為25至0.19ppm。所得培養(yǎng)基可以測試每個(gè)活性物質(zhì)的8種濃度，即以(活性物質(zhì)的)不同比例的活性物質(zhì)的64種組合。
表1.顯示各活性物質(zhì)濃度的基于微孔板的協(xié)同作用試驗(yàn)的模板。各活性物質(zhì)的比例以重量(ppm)計(jì)。
對照樣(未顯示)包含未添加殺生物劑的培養(yǎng)基。待制備如上所示的活性物質(zhì)的組合后，用100微升的細(xì)胞懸液對各孔進(jìn)行接種，該細(xì)胞懸液中每毫升的銅綠假單胞菌、肺炎桿菌、金黃色葡萄球菌和芽孢桿菌的混合物包含約1x100個(gè)細(xì)胞。各孔中培養(yǎng)基的最終總體積為300微升。
待微孔板預(yù)備好后，立即在580納米下測量各孔的光密度(od)讀數(shù)，然后使該板在37℃下孵育24小時(shí)。孵育期后，在od580值被采集之前，對該板進(jìn)行溫和攪拌。用t24處的od580值減去t0處的od580值以確定發(fā)生的生長(或缺乏生長)的總量。這些值被用于計(jì)算由于存在各殺生物劑和各64種組合而導(dǎo)致的生長抑制百分?jǐn)?shù)。結(jié)合下式，使用90％生長抑制作為計(jì)算協(xié)同指數(shù)(si)值的閾值：
協(xié)同指數(shù)＝mdbmal/cdbmal+mb/cb
式中，
cdbmal：單獨(dú)使用dbmal時(shí)抑制約90％的細(xì)菌生長所需的dbmal濃度；
cb：單獨(dú)使用殺生物劑(b)時(shí)抑制約90％的細(xì)菌生長所需的殺生物劑(b)的濃度；
mdbmal：dbmal與殺生物劑(b)聯(lián)用時(shí)抑制約90％的細(xì)菌生長所需的dbmal的濃度；
mb：殺生物劑(b)與dbmal聯(lián)用時(shí)抑制約90％的細(xì)菌生長所需的殺生物劑(b)的濃度。
所述si值解釋如下：
si<1：協(xié)同性組合
si＝1：相加性組合
si>1：對抗性組合
在以下實(shí)施例中，溶液中殺生物劑的量以毫克/升(mg/l)的溶液為單位計(jì)量。由于溶液密度約為1.0，因此毫克/升度量對應(yīng)于重量ppm。因此，在實(shí)施例中兩種單位可互換使用。
實(shí)施例1
dbmal和溴硝丙二醇(bronopol)
殺滅試驗(yàn)結(jié)果。表2總結(jié)了單獨(dú)使用dbmal以及dbmal與2-溴-2-硝基丙烷-1,3-二醇("溴硝丙二醇"或"bnpd")聯(lián)用的試驗(yàn)的結(jié)果。該結(jié)果表明了活性物質(zhì)之間的協(xié)同作用(表2)。
表2.dbmal、溴硝丙二醇及其組合的mbc。
抑制生長試驗(yàn)結(jié)果。表3顯示了dbmal、thps及其組合的抑制生長試驗(yàn)結(jié)果。在該試驗(yàn)中，聚生體的生長比對照樣至少低90％所需的dbmal的最小濃度(i90值)為12.5毫克/升。溴硝丙二醇的i90值為6.25毫克/毫升。
表3.24小時(shí)孵育期后，由單獨(dú)的溴硝丙二醇(bnpd)、單獨(dú)的dbmal以及這兩種活性物質(zhì)的組合產(chǎn)生的物種限定的微生物聚生體中的生長抑制百分?jǐn)?shù)。數(shù)值表示與時(shí)間為0時(shí)的光密度測量值相比，時(shí)間為24小時(shí)時(shí)的光密度測量值(580納米)所測得的生長抑制百分?jǐn)?shù)。
表4顯示了在生長抑制試驗(yàn)下，發(fā)現(xiàn)具有協(xié)同作用的dbmal和溴硝丙二醇(bnpd)的比值。
表4.
實(shí)施例2
dbmal和bns
抑制生長試驗(yàn)結(jié)果。表5顯示了dbmal、溴硝基苯乙烯("bns")及其組合的抑制生長試驗(yàn)結(jié)果。dbmal和bns的i90值分別為12.5毫克/升和6.25毫克/升。
表5.24小時(shí)孵育期后，由單獨(dú)的bns、單獨(dú)的dbmal以及這兩種活性物質(zhì)的組合產(chǎn)生的物種限定的微生物聚生體中的生長抑制百分?jǐn)?shù)。數(shù)值表示與時(shí)間為0時(shí)的光密度測量值相比，時(shí)間為24小時(shí)時(shí)的光密度測量值(580納米)所測得的生長抑制百分?jǐn)?shù)。
表6顯示了在生長抑制試驗(yàn)下，發(fā)現(xiàn)具有協(xié)同作用的dbmal和bns的濃度。該比值基于活性物質(zhì)的濃度。
表6
實(shí)施例3
dbmal和mbt
抑制生長試驗(yàn)結(jié)果。表7顯示了dbmal、二硫氰基甲烷("mbt")及其組合的抑制生長試驗(yàn)結(jié)果。dbmal和mbt的i90值分別為12.5毫克/升和0.78毫克/升。
表7.24小時(shí)孵育期后，由單獨(dú)的dbmal、單獨(dú)的mbt以及這兩種活性物質(zhì)的組合產(chǎn)生的物種限定的微生物聚生體中的生長抑制百分?jǐn)?shù)。數(shù)值表示與時(shí)間為0時(shí)的光密度測量值相比，時(shí)間為24小時(shí)時(shí)的光密度測量值(580納米)所測得的生長抑制百分?jǐn)?shù)。
表8顯示了發(fā)現(xiàn)具有協(xié)同作用的dbmal和mbt的濃度。該比值基于活性物質(zhì)的濃度。
表8
實(shí)施例4
dbmal和dbdcb
抑制生長試驗(yàn)結(jié)果。表9顯示了dbmal、1,2-二溴-2,4-二氰基丁烷("dbdcb")及其組合的抑制生長試驗(yàn)結(jié)果。dbmal和dbdcb的i90值為6.25毫克/升。
表9.24小時(shí)孵育期后，由單獨(dú)的dbmal、單獨(dú)的dbdcb以及這兩種活性物質(zhì)的組合產(chǎn)生的物種限定的微生物聚生體中的生長抑制百分?jǐn)?shù)。數(shù)值表示與時(shí)間為0時(shí)的光密度測量值相比，時(shí)間為24小時(shí)時(shí)的光密度測量值(580納米)所測得的生長抑制百分?jǐn)?shù)。
表10顯示了發(fā)現(xiàn)具有協(xié)同作用的dbmal和dbdcb的濃度。
表10
盡管已根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行了以上描述，可對本發(fā)明作出修改并且這些修改包括在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。因此該申請旨在涵蓋使用本文所述的通用原理的本發(fā)明的任意變化、應(yīng)用或改動(dòng)。另外，本申請旨在涵蓋屬于本發(fā)明所屬領(lǐng)域的已知或常規(guī)實(shí)踐以及落入所附權(quán)利要求書的限定內(nèi)的與本發(fā)明相偏離之處。