CN103636671A - 包含2,2-二溴丙二酰胺和氧化杀生物剂的协同杀微生物组合物 - Google Patents

包含2,2-二溴丙二酰胺和氧化杀生物剂的协同杀微生物组合物 Download PDF

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Abstract

本申请描述了包含2，2-二溴丙二酰胺和氧化杀生物剂的协同增效杀微生物组合物，所述氧化杀生物剂选自以下组成的组：一氯胺、溴氯二甲基海因、次溴酸根离子或次溴酸、过氧化氢、二氯异氰脲酸、三氯异氰脲酸和二氧化氯，以及在水系统或含水系统中控制微生物生长的方法。

Description

包含2,2-二溴丙二酰胺和氧化杀生物剂的协同杀微生物组合物
本申请是申请日为2010年9月27日、国际申请号为PCT／US2010／050347、国家申请号为201080042923.3并且发明名称为“包含2,2-二溴丙二酰胺和氧化杀生物剂的协同杀微生物组合物”的申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年9月29日提交的美国临时申请系列号61／246,713的权益，通过参考将其整体引入本文中。
发明领域
本发明涉及杀生物组合物及其用于在水系统和含水系统中控制微生物的方法。该组合物包含2,2-二溴丙二酰胺和氧化杀生物剂。
发明背景
水系统为藻类、细菌、病毒、和真菌提供肥沃的滋生地，它们中的一些可以是致病性的。这种微生物污染可以导致多种问题，包括美学上使人不愉快诸如令人作呕的绿水，严重的健康风险诸如真菌、细菌、或病毒感染，和机械问题，包括堵塞、设备腐蚀、和传热减少。
杀生物剂通常用于消毒和控制水系统和含水系统中微生物的生长。然而，并非全部杀生物剂均对广泛范围的微生物和／或温度有效，且一些与其他化学处理添加剂不相容。另外，一些杀生物剂不在足够长的时期内提供微生物控制。
尽管这些缺点中的一些可以通过使用较大量的杀生物剂来克服，但是这种选择引起其自身的问题，包括增加成本、增加废物、和增加杀生物剂干扰被处理介质所需性质的可能性。另外，即使使用较大量的杀生物剂，许多商业杀生物剂化合物也不能提供有效的控制，这是因为针对某些类型微生物具有弱活性或微生物对那些化合物具有耐抗性。
提供用于处理水系统的提供一种或多种以下优点的杀生物组合物应该是本领域中的重大进展：以较低浓度产生增加的功效，与被处理介质中物理条件和其他添加剂相容，针对广谱微生物有效，和／或能够提供微生物的短期和长期控制。
发明简述
在一方面，本发明提供一种杀生物组合物。该组合物有效用于在水系统或含水系统中控制微生物。该组合物包含：2，2-二溴丙二酰胺和氧化杀生物剂，所述氧化杀生物剂选自一氯胺、溴氯二甲基海因、次溴酸根离子或次溴酸、过氧化氢、二氯异氰脲酸、三氯异氰脲酸和二氧化氯。
在第二方面，本发明提供用于在水系统或含水系统中控制微生物的方法。该方法包括使用有效量的如本文中所述的杀生物组合物处理所述系统。
发明详述
如上所述地，本发明提供杀生物组合物和利用它控制微生物的方法。该组合物包含：2，2-二溴丙二酰胺和氧化杀生物剂，所述氧化杀生物剂选自一氯胺、溴氯二甲基海因、次溴酸根离子或次溴酸、和过氧化氢。已经意外地发现处于一定重量比的如本文中所述的2，2-二溴丙二酰胺和氧化杀生物剂的组合在用于水性或含水介质中的微生物控制时是协同的。即，组合的材料导致与基于它们各自性能预期的杀生物性质相比提高的杀生物性质。该协同作用允许使用减少量的材料来获得所需的杀生物性能，由此减少由工业过程用水中微生物生长导致的问题，同时潜在地减小环境影响和材料成本。
为了本说明书的目的，“微生物”的含义包括，但不仅限于，细菌、真菌、藻类、和病毒。词语“控制(control)”和“控制(controlling)”应该广泛地解释为在其含义内包括，并不仅限于，抑制微生物的生长或繁殖，杀灭微生物，消毒，和／或防腐。在一些优选实施方案中，“控制(control)”和“控制(controlling)”意指抑制微生物的生长或繁殖。在其他实施方案中，“控制(control)”和“控制(controlling)”意指杀灭微生物。
术语“2，2-二溴丙二酰胺”指由以下化学式表示的化合物：
Figure BDA0000408399850000031
在本发明的一些实施方案中，2，2-二溴丙二酰胺与氧化杀生物剂的重量比是约100：1至约1：100，备选地约40：1至约1：100，备选地约32：1至约1：80。
在一些实施方案中，本发明的组合物包含2，2-二溴丙二酰胺和一氯胺。一氯胺容易地由本领域专业技术人员使用公知技术制备。例如，其可以通过混合适宜量的硫酸铵([NH4]2SO4)和次氯酸根离子诸如次氯酸钠的溶液来产生。一氯胺还可以例如通过混合溴化铵和次氯酸根离子来制备。次氯酸根离子可以是商购漂白剂的形式(例如，
Figure BDA0000408399850000032
)。混合溴化铵和次氯酸根离子的产品有时被认为是“溴化物-活化的”一氯胺，且其他时候简称为一氯胺。术语“一氯胺”当用于本发明中时涵盖所述混合的所有产物，包括溴化物-活化的一氯胺和单纯的一氯胺。
在一些实施方案中，2，2-二溴丙二酰胺与一氯胺的重量比是约100：1至约1：20，备选地约70：1至约1：10，备选地约40：1至约1：5，备选地约32：1至约1：4，或备选地约32：1至约1：2。在一些实施方案中，所述重量比是约16：1至约1：4。
还在另一些实施方案中，本发明的组合物包含2，2-二溴丙二酰胺和溴氯二甲基海因(bromochlorodimethylhydantoin)。溴氯二甲基海因是可商购的。
在一些实施方案中，2，2-二溴丙二酰胺与溴氯二甲基海因的重量比是约20：1至约1：100，备选地约10：1至约1：70，备选地约5：1至约1：20，或备选地约4：1至约1：16。
在另一个实施方案中，本发明的组合物包含2，2-二溴丙二酰胺和次溴酸或次溴酸根离子。次溴酸或次溴酸根离子是可商购的或可以容易地由本领域专业技术人员获得(例如，次溴酸可以通过将溴溶解在过量水中而生成)。
在一些实施方案中，2,2-二溴丙二酰胺与次溴酸或次溴酸根离子的重量比是约20：1至约1：100，备选地约10：1至约1：70，备选地约5：1至约1：40，或备选地约4：1至约1：32。
在另外的实施方案中，本发明的组合物包含2,2-二溴丙二酰胺和过氧化氢。过氧化氢的水溶液是可商购的。
在一些实施方案中，2,2-二溴丙二酰胺与过氧化氢的重量比是约50：1至约1：100，备选地约30：1至约1：80，备选地约1：10至约1：80，或备选地约1：20至约1：80。
在一些实施方案中，氧化杀生物剂是二氯异氰脲酸(dichloroisocyanurate)且2,2-二溴丙二酰胺与二氯异氰脲酸的重量比是约100：1至约1：20，备选地约70：1至约1：10，备选地约40：1至约1：5，备选地约32：1至约1：1。
在一些实施方案中，氧化杀生物剂是三氯异氰脲酸且2,2-二溴丙二酰胺与三氯异氰脲酸的重量比是约100：1至约1：20，备选地约70：1至约1：10，备选地约40：1至约1：5，备选地约16：1至约1：4。
在一些实施方案中，氧化杀生物剂是二氧化氯且2,2-二溴丙二酰胺与二氧化氯的重量比是约50：1至约1：50，备选地约20：1至约1：20，备选地约16：1至约1：16。
本文所述的各种氧化杀生物剂可以电解产生。
本发明的组合物有效用于在多种水系统和含水系统中控制微生物。这样的系统的实例包括，但不仅限于，油漆和涂料、水乳剂、乳胶、粘合剂、油墨、色素分散体、家庭和工业清洁剂、洗涤剂、碗碟洗涤剂、矿浆聚合物乳液、嵌缝胶和粘合剂、带条接缝填料(tape joint compounds)、消毒剂、消毒杀菌剂、金属加工液、建筑产品、个人护理产品、纺织用液诸如纺丝油剂、工业过程用水(例如油田水、浆纸水、冷却水)、油田功能性流体(functional fluids)诸如钻探泥浆和压裂液、燃料、空气洗涤器、废水、压舱水、过滤系统、和游泳池和温泉水。优选的水系统是金属加工液、个人护理品、家庭和工业清洁剂、工业过程用水、和油漆和涂料。特别优选工业过程用水、油漆和涂料、金属加工液、和纺织用液诸如纺丝油剂。
本领域中普通技术人员可以在不需要过度实验的条件下，容易地确定在任何具体应用中为提供微生物控制所应该使用的组合物的有效量。通过举例说明，合适的活性浓度(关于2,2-二溴丙二酰胺和氧化杀生物剂二者的总量)典型地是基于水系统或含水系统总重量的至少约1ppm，备选至少约3ppm，备选至少约7ppm，备选至少约10ppm，备选地至少约30ppm，或备选至少约100ppm。在一些实施方案中，活性浓度的合适上限是基于水系统或含水系统总重量的约1000ppm，备选约500ppm，备选约100ppm，备选约50ppm，备选约30ppm，备选约15ppm，备选约10ppm，或备选约7ppm。
所述组合物的成分可以单独添加至水系统或含水系统中，或在添加前预混合。本领域中的普通技术人员可以容易地确定合适的添加方法。所述组合物可以用在具有其他添加剂诸如，但不仅限于，表面活性剂、离子型／非离子型聚合物和污垢和腐蚀抑制剂、去氧剂、和／或另外的杀生物剂的系统中。
以下实施例举例说明本发明，但不意欲限制本发明的范围。除非另外指示，本文中使用的比率、百分比、份等以重量计。
实施例
实施例中提供的结果是利用生长抑制测定产生。以下提供各自测定的详细信息。
生长抑制测定。实施例中使用的生长抑制测定测量微生物聚生体生长的抑制(或生长的缺乏)。生长抑制可以是杀灭细胞(因此无生长发生)、杀灭大部分的细胞群以使得再生需要延长的时间、或在不杀灭条件下抑制生长(停滞)的结果。不考虑作用机理，杀生物剂(或杀生物剂的组合)的影响可以基于群落大小的增加而在一段时间内进行测量。
该测定测量一种或多种杀生物剂防止细菌聚生体在稀释无机盐介质中生长的功效。该介质包含(以mg／l为单位)以下成分：FeCl3.6H2O(1)；CaCl2.2H2O(10)；MgSO4.7H2O(22.5)；(NH4)2SO4(40)；KH2PO4(10)；K2HPO4(25.5)；酵母提取物(10)；和葡萄糖(100)。将全部成分加入至去离子水中后，将介质的pH调节至7.5。过滤灭菌后，将等分试样以100ul的量分配到无菌微量滴定板孔中。然后将2,2-二溴丙二酰胺(“DBMAL”)和／或“杀生物剂B”的稀释液加入至微量滴定板。制备如下举例说明的活性物质的组合后，各孔使用含有ca.1x106个细胞／毫升的铜绿假单孢菌(Pseudomonas aerugmosa)、肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumonae)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、和枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)混合物的100μl细胞混悬液来接种。各孔中介质的最终总体积是300μl。一旦如本文中所述制备，各活性物质的浓度范围为25ppm至0.195ppm，如表1中所示。由此产生的矩阵容许测试各活性物质的8种浓度和处于一定(活性物质)比率的活性物质的64种组合。
表1.基于微量滴定板的协同作用测定的模板，其显示各活性物质浓度。比率是基于各活性物质的重量(ppm)。
Figure BDA0000408399850000061
对照(未显示)包含无杀生物剂加入的介质。制备如上举例说明的活性物质的组合后，各孔使用含有ca.1x106个细胞／毫升的铜绿假单孢菌、肺炎克雷伯氏菌、金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌的混合物的100μl细胞混悬液来接种。各孔中介质的最终总体积是300μl。
制备了微量滴定板后，立即在580nm处测量各孔的光密度(OD)读数，并然后将板在37℃温育24小时。温育期后，轻轻地搅动该板，随后收集OD580值。从T24值中减去T0处的OD580值，以确定发生的生长(或其缺乏)的总量。这些数值用于计算由每种杀生物剂和64种组合中的每一种的存在而引起的生长的百分比抑制。将90％的生长抑制用作使用下式计算协同作用指数(SI)值的阈值：
协同作用指数=MDBMAL／CDBMAL+MB／CB
其中
CDBMAL；当单独使用时，抑制～90％细菌生长所需的DBMAL的浓度
CB：当单独使用时，抑制～90％细菌生长所需的杀生物剂(B)的浓度。
MDBMAL：当与杀生物剂(B)组合使用时，抑制～90％细菌生长所需的DBMAL的浓度。
MB：当与DBMAL组合使用时，抑制～90％细菌生长所需的杀生物剂(B)的浓度
SI值解释如下：
SI<1：协同的组合
SI=1：加和的组合
SI>1：对抗的组合
在以下实施例中，溶液中杀生物剂的量以mg／升溶液(mg／l)为单位来测量。由于溶液密度是约1.00，所以mg／l测量值对应于重量ppm。这两种单位因此可以在实施例中互换使用。
实施例1
DBMAL和由硫酸铵和漂白粉制备的一氯胺
一氯胺(NH2Cl)通过混合适宜量的硫酸铵([NH4]2SO4)和商购漂白剂(
Figure BDA0000408399850000071
)的溶液而生成。表2显示对于DBMAL、一氯胺(NH2Cl)及其各种组合的生长抑制测定的结果。结果证明对于NH2Cl和DBMAL的I90值分别为1.56mg／l和12.5mg／l(表2)。NH2Cl和DBMAL的组合非常有效地阻止生长，如采用0.78mg/lNH2Cl和0.19mg／lDBMAL的组合所获得的结果所示的那样。
Figure BDA0000408399850000081
表3显示根据生长抑制测定发现具有协同作用的DBMAL和NH2Cl的比率。
表3.
Figure BDA0000408399850000091
实施例3
DBMAL和由溴化铵／次氯酸盐制备的一氯胺
一氯胺通过将适宜量的溴化铵和次氯酸盐混合在一起来制备。
表4显示对于DBMAL、溴化铵／次氯酸盐及其组合的生长抑制测定结果。
Figure BDA0000408399850000101
表5显示根据生长抑制测定发现具有协同作用的DBMAL和溴化铵／次氯酸盐的比率。
表5
Figure BDA0000408399850000111
实施例4
DBMAL和BCDMH
表6显示对于DBMAL、溴氯二甲基海因(″BCDMH")及其组合的生长抑制测定结果。
表7显示使用生长抑制测定发现具有协同作用的DBMAL和BCDMH的浓度。
表7
Figure BDA0000408399850000131
实施例5
DBMAL和次溴酸
表8显示对于DBMAL、次溴酸(“HOBr”)及其组合的生长抑制测定结果。在此实施例中，HOBr是在使用前通过混合等摩尔量的次溴酸钠(NaOCl)和溴化钠(NaBr)即刻产生的。
Figure BDA0000408399850000141
表9显示使用生长抑制测定发现具有协同作用的DBMAL和HOBr的浓度。
表9
实施例6
DBMAL和过氧化氢
表10显示对于DBMAL、过氧化氢(H2O2)及其组合的生长抑制测定结果。
Figure BDA0000408399850000161
表11显示使用生长抑制测定发现具有协同作用的DBMAL和H2O2的一个浓度。
表11
Figure BDA0000408399850000171
实施例7
DBMAI和二氯异氰脲酸
表12显示对于DBMAL、二氯异氰脲酸及其组合的生长抑制测定结果。
Figure BDA0000408399850000181
表13显示使用生长抑制测定发现具有协同作用的DBMAL和DCI的浓度。
表13
Figure BDA0000408399850000191
实施例8
DBMAL和三氯异氰脲酸
表14显示对于DBMAL、三氯异氰脲酸(“TCI”)及其组合的生长抑制测定结果。
Figure BDA0000408399850000201
表15显示使用生长抑制测定发现具有协同作用的DBMAL和TCI的浓度。
表15
Figure BDA0000408399850000211
实施例8
DBMAL和二氧化氯
表16显示对于DBMAL、二氧化氯(ClO2)及其组合的生长抑制测定结果。
Figure BDA0000408399850000221
表17显示使用生长抑制测定发现具有协同作用的DBMAL和ClO2的浓度。
表17
Figure BDA0000408399850000231
虽然本发明已经根据其优选实施方案进行描述，但是它可以在本发明内容的精神和范围内进行改良。本申请因此意欲涵盖利用本文中公开的一般原理进行的本发明的任何变化、使用、或改编。此外，本申请意欲涵盖从本发明内容的这样的偏离，只要其属于本发明所属领域中已知或通常实践的范围内和属于以下权利要求的范围内。

Claims (4)

1.一种杀生物组合物，其包含：2，2-二溴丙二酰胺和氧化杀生物剂，其中所述氧化杀生物剂是过氧化氢且2，2-二溴丙二酰胺与所述氧化杀生物剂的重量比是1：20至1：80。
2.根据权利要1所述的组合物，所述组合物用于在水系统或含水系统中控制微生物生长，所述水系统或含水系统是：油漆、涂料、水乳剂、乳胶、粘合剂、油墨、色素分散体、家庭或工业清洁剂、洗涤剂、碗碟洗涤剂、矿浆聚合物乳液、嵌缝胶、粘合剂、带条接缝填料、消毒剂、消毒杀菌剂、金属加工液、建筑产品、个人护理产品、纺织用液、纺丝油剂、工业过程用水、油田功能性流体、燃料、空气洗涤器、废水、压舱水、过滤系统、游泳池或温泉水。
3.一种用于在水系统或含水系统中控制微生物生长的方法，所述方法包括：使用有效量的根据权利要求1所述的组合物处理所述水系统或含水系统。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述水系统或含水系统是油漆、涂料、水乳剂、乳胶、粘合剂、油墨、色素分散体、家庭或工业清洁剂、洗涤剂、碗碟洗涤剂、矿浆聚合物乳液、嵌缝胶、粘合剂、带条接缝填料、消毒剂、消毒杀菌剂、金属加工液、建筑产品、个人护理产品、纺织用液、纺丝油剂、工业过程用水、油田功能性流体、燃料、空气洗涤器、废水、压舱水、过滤系统、游泳池或温泉水。
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