CZ93598A3 - Prostředek a způsob regulace biologického znečištění pomocí N-alkyl-heterocyklických sloučenin - Google Patents

Description

(57) Anotace:

Řešení se týká způsobu inhibování ulpívání bakterií na ponořitelném povrchu. Podle tohoto způsobu se ponořitelný povrch uvede do kontaktu s takovým množstvím alespoň jedné N-alkyl-heterocyklické sloučeniny, které je účinné pro inhibování ulpívání bakterií na ponořitelném povrchu. Řešení se také týká způsobu regulace biologického znečištění vodného systému. Podle tohoto způsobu se přidá takové množství alespoň jedné N-alkyl-heterocyklické sloučeniny, které je účinné pro inhibování ulpívání bakterií na povrchu ponořeném ve vodném systému. Podle tohoto způsobu se účinně reguluje biologické znečistění bez podstatného zabití organismů, které způsobují znečištění. N-alkyl-heterocyklická sloučenina použitá v tomto způsobuje sloučenina obecného vzorce I. Substituent R¹ znamená alkylovou skupinu s 8 až 20 atomy uhlíku. Heterocyklický kruh znamená 5- až 8členný heterocyklický kruh, v němž X znamená atom kyslíku, NH nebo skupinu CH2. znamená methylovou skupinu, hydroxymethylovou skupinu nebo hydroxyethylovou skupinu. Číslo n nabývá hodnot v rozmezí od 0 do 3. Řešení se také týká prostředku, který obsahuje N-alkyl-heterocyklické sloučeniny a je použitelný ve shora uvedených způsobech. Tyto prostředky obsahují alespoň jednu N-alkyl-heterocyklickou sloučeninu v takovém množství, které je účinné pro inhibování ulpívání bakterií na ponořitelném nebo ponořeném povrchu.

'x z \

n(R^a)

Prostředek a způsob regulace biologického znečištění pomocí N-alkyl-heterocyklických sloučenin

Oblast techniky

Tento vynález se týká použití N-alkyl-heterocyklických sloučenin pro inhibování ulpívání bakterií na ponořitelných nebo ponořených površích, zvláště na površích ve vodném systému. Tento vynález se týká také způsobů a prostředků pro regulaci biologického znečištění.

Dosavadní stav techniky

Mikroorganismy ulpívají na rozmanitých površích, zvláště na těch površích, které jsou v kontaktu s vodnými kapalinami, které jsou vhodným prostředím pro mikrobiální růst. Například jsou známy mikroorganismy, které ulpívají na trupech lodí, na mořských stavbách, na zubech, na lékařských implantech, na chladících věžích a na výměnících tepla. Ulpěním na těchto ponořených nebo ponořitelných površích mohou organismy tento povrch znečistit nebo mohou způsobit jeho zhoršení.

U savců (např. u lidí, domácích zvířat a domácích miláčků) mohou mikroorganismy, které ulpěly na povrchu, vést ke zdravotním problémům. Například plak pochází od mikroorganismů, které ulpěly na povrchu zubů. Lékařské implanty s nechtěnými mikroorganismy, které ulpěly na jejich povrchu, se často potáhnou plakem a musí být nahrazeny.

Vědecké studie ukázaly, že prvním stupněm biologického znečištění ve vodných systémech je obvykle tvorba tenkého biologického filmu na ponořených nebo ponořitelných površích, tj. na površích vystavených působení vodného systému. Připojení mikroorganismů, jako jsou bakterie, na ponořeném povrchu a jejich kolonizace na tomto povrchu se obvykle považuje za skutečnost, která vede k tvorbě biologického filmu a modifikuje povrch ve prospěch vývoje složitější sestavy organismů, která způsobí postupné biologické znečištění vodného systému a jeho ponořených povrchů. Obecný přehled mechanismů důležitých pro biologický film, jako počáteční stupeň biologického znečištění, podává C. A. Kent v Biological Fouling: Basic Science and Models (Melo L. F., Bott T. R., Bernardo C. A. (red.).), Fouling Science and Technology, NATO ASI Series, serie E, Applied Sciences: č. 145, Kluwer Acad. Publishers, Dordrecht, Nizozemí, 1988.). Mezi další literární odkazy patří M. Fletcher a G. I. Loeb: Appl. Environ. Microbiol. 1979, 37, 67 až 72; M. Humpries a spol.: FEMS Microbiology Ecology 1986, 38, 299 až 308 a M. Humpries a spol.: FEMS Microbiology Letters 1987, 42, 91 až 101.

Bioznečištění nebo biologické znečištění představuje trvalou obtíž nebo problém u rozmanitých vodných systémů. Biologické znečištění, jak mikrobiologické tak makrobiologické biologické znečištění, je způsobeno růstem mikroorganismů, makroorganismů, mimobuněčných látek a špínou a zbytky buněk, které se zachycují v biologické hmotě. Mezi organismy, které jsou zde zahrnuty, patří takové mikroorganismy, jako jsou bakterie, houby, kvasinky, řasy, rosivky, prvoci a makroorganismy, jako jsou makrořasy, vilejsi a malí měkkýši, jako jsou asijští mlži (škeble; Bivalvia) nebo pruhovaní plži (mušle; Pulmonalia).

Jiným závadným projevem biologického znečištění, který se vyskytuje ve vodných systémech, zvláště ve vodných kapalinách při průmyslové výrobě, je tvorba slizu. K tvorbě slizu může docházet v systémech s čerstvou, poloslanou nebo slanou vodou. Sliz sestává ze spojených uloženin mikroorganismů, vláken a zbytků buněk. Může být lepkavý, pastovitý, kaučukovitý, podobat se tapoice nebo může být tvrdý a může mít charakteristický nežádoucí pach, který je jiný než je pach vodného systému, v němž se vytvořil. Mikroorganismy účastnící se tvorby slizu jsou primárně různé druhy bakterií tvořících spory a bakterií netvořících spory, zvláště bakterie uzavřené v tobolkách, které vylučují želatinové látky, které obalují buňky nebo je uzavírají do pouzdra. Mezi slizké mikroorganismy patří také vláknité bakterie, vláknité houby typu plísní, kvasinky a organismy podobné • · kvasinkám.

Biologické znečištění, které často degraduje vodný systém, se může samo projevovat jako různé problémy, jako je ztráta viskozity, tvorba plynu, závadné pachy, snížené pH, změna barvy a gelovatění. Degradace vodného systému může také způsobit znečištění systému, který tuto vodu používá, mezi který mohou patřit například chladící věže, čerpadla, výměníky tepla a potrubí, systémy pro dodávání tepla, čistící systémy a další podobné systémy.

Biologické znečištění může mít přímý nepříznivý ekonomický dopad, jestliže k němu dochází ve vodách při průmyslové výrobě, například v chladících vodách, v kapalinách pro zpracování kovů nebo v jiných recirkulačních vodných systémech, jako jsou systémy používané v papírenském nebo textilním průmyslu. Jestliže není regulováno, může biologické znečištění vod v průmyslové výrobě interferovat s výrobními operacemi, snižovat účinnost výroby, plýtvat energií, ucpávat systém pracující s vodou a dokonce snižovat kvalitu výrobku.

Například systémy s chladící vodou, používané v elektrárnách, rafineriích, chemických továrnách, systémech typu air-condition a při dalších průmyslových operacích, se často setkávají s problémy biologického znečištění. Organismy ze vzduchu z chladících věží stejně jako organismy z vody ze zásobníku systému dodávajícího vodu obvykle znečišťují tyto vodné systémy. Voda v těchto systémech obecně představuje výtečné růstové prostředí pro tyto organismy. Ve věžích kvetou aerobní a heliotropní organismy. Jiné organismy rostou na takových plochách, jako je kalová jímka, potrubí, výměníky tepla atd. a osidlují je. Jestliže nejsou regulovány, mohou výsledná biologická znečištění ucpat jímky, blokovat potrubí a potáhnout povrchy výměníku tepla vrstvami slizu a dalších biologických povlaků. To brání příslušným výrobním operacím, snižuje účinnost chlazení a, možná jako důležitější věc, zvyšuje cenu celé výroby.

• · · · * «··· · * » ·

Průmyslové výroby podléhající biologickému znečištění zahrnují také papírenský průmysl, výrobu buničiny, papíru, lepenky atd., a textilní průmysl, zvláště výrobu netkaných textilií vyráběných z vodného prostředí. V těchto průmyslových výrobách obvykle recirkulují velká množství vody za takových podmínek, které jsou příznivé pro růst organismů způsobujících biologické znečištění.

Například papírenské stroje používají v recirkulačních systémech, které se nazývají systémy s bílou vodu, velmi velké objemy vody. Základ, dodávaný papírenskému stroji, typicky obsahuje pouze asi 0,5 % vláknitých a nevláknitých pevných látek pro výrobu papíru, což znamená, že na každou jednu tunu papíru projde nátokovou skříní téměř 200 tun vody. Většina této vody recirkuluje v systému s bílou vodou. Systémy s bílou vodou představují vynikající růstové prostředí pro mikroorganismy způsobující biologické znečištění. Tento růst může vést k tvorbě slizu a dalších usazenin v nátokových skříních, ve vodovodních potrubích a v zařízeních pro výrobu papíru. Toto biologické znečištění může nejen interagovat s tokem vody a zásob, ale jestliže se ztratí, může způsobovat skvrny, díry a nepříjemné pachy v papíru stejně jako trhliny v tkanině - drahá přerušení operací papírenského stroje.

Biologické znečištění rekreačních vod, jako jsou bazény nebo lázně, nebo okrasných vodných systémů, jako jsou rybníky nebo fontány, může lidi od jejich využívání silně odpuzovat. Biologické znečištění vede často k závadným zápachům. Důležitější je, zvláště u rekreačních vod, že biologické znečištění může snižovat kvalitu vody do takové míry, že se voda stane nevhodnou pro použití a že může dokonce představovat zdravotní riziko.

Také sanitární vody, podobně jako vody používané v průmyslové výrobě a rekreační vody, jsou choulostivé na biologické znečištění a s tím související problémy. Mezi sanitární vody patří toaletní voda, cisternová voda, septická voda a vody pro

• · · · • ·

ošetření kalů. Vzhledem k povaze odpadu obsaženého v sanitárních vodách jsou tyto vodné systémy zvláště citlivé na biologické znečištění.

Pro regulaci biologického znečištění se takto ovlivněný vodný systém tradičně v oblasti techniky ošetřuje chemikáliemi (biocidy) v takových koncentracích, které jsou dostatečné k zabití nebo k inhibici větší části růstu organismů způsobujících biologické znečišťování. Viz např. USA patenty číslo 4 293 559 a 4 295 932. Například plynný chlor a roztoky chlornanu vyrobené z plynu byly dlouhou dobu přidávány k vodným systémům, aby zabíjely nebo inhibovaly růst bakterií, hub, řas a dalších obtížných organismů. Chlorové sloučeniny však mohou nejen poškozovat materiály použité pro konstrukci vodných systémů, ale mohou také reagovat s organickými materiály za vzniku nežádoucích látek v tekoucích proudech, jako jsou karcinogenní chlormethany a chlorované dioxiny. Používány byly také některé organické sloučeniny, jako je methylenbisthiokyanát, dithiokarbamáty, halogenované organické látky a kvartérní amoniová povrchově aktivní činidla. I když mnohé z nich jsou dost účinné při zabíjení mikroorganismů nebo při inhibování jejich růstu, mohou být také toxické nebo škodlivé pro lidi, zvířata nebo jiné necílové organismy.

Jedním z možných způsobů regulování biologického znečištění vodných systémů, mezi které patří ponořené povrchy, by bylo zabránění nebo inhibování ulpívání bakterií na površích ponořených ve vodném systému. To ovšem lze udělat použitím mikrobicidů, které však obvykle mají některé ze shora uvedených nevýhod. Jako jinou možnost předložený vynález poskytuje způsoby a prostředky užitečné pro v podstatě inhibování ulpívání bakterií na ponořeném nebo ponořitelném povrchu a pro regulaci biologického znečištění vodných systémů. Tento vynález obchází nevýhody předchozích způsobů. Další výhody tohoto vynálezu budou zřejmé po přečtení popisů a připojených nároků.

• ·

Podstata vynálezu

Předložený vynález se týká způsobu inhibování ulpívání bakterií na ponořitelném povrchu. Podle tohoto způsobu se ponořitelný povrch uvede do kontaktu s alespoň jednou N-alkyl-heterocyklickou sloučeninou v takovém množství, které je účinné pro inhibování ulpívání bakterií na ponořitelném povrchu. N-alkyl-heterocyklická sloučenina použitá podle tohoto způsobu znamená sloučeninu následujícího obecného vzorce

n(R²)

V tomto obecném vzorci R¹ znamená alkylovou skupinu s 8 až 20 atomy uhlíku. Heterocyklický kruh znamená 5- až 8-členný heterocyklický kruh, v němž X znamená atom kyslíku, skupinu NH nebo skupinu CH₂. Substituent R² znamená methylovou skupinu, hydroxymethylovou skupinu nebo hydroxyethylovou skupinu. Číslo n se pohybuje v rozsahu od 0 do 3.

Předložený vynález se týká také způsobu regulace biologického znečištění vodného systému. Podle tohoto způsobu se k vodnému systému přidá alespoň jedna shora popsaná N-alkyl-heterocyklická sloučenina v takovém množství, které je účinné pro inhibici ulpívání bakterií na površích ponořených ve vodném systému. Tento způsob účinně reguluje biologické znečištění bez podstatného zabití bakterií.

Předložený vynález se týká také prostředku pro regulaci biologického znečištění vodného systému. Tento prostředek obsahuje alespoň jednu N-alkyl-heterocyklickou sloučeninu v takovém množství, které je účinné pro inhibování ulpívání bakterií na ponořitelném povrchu nebo povrchu ponořeném ve vodném systému.

Podle jednoho provedení se tento vynález týká způsobu in-

• ··· · ··· • ····» * ···· · • · · · · » • · · · · · · hibice ulpívání bakterií na ponořitelném povrchu. Ponořitelným povrchem je takový povrch, který je alespoň zčásti potažen, přeplavován nebo smáčen kapalinou, jako je voda nebo jiná vodná tekutina nebo kapalina. Tento povrch může být v kontaktu s kapalinou přerušovaně nebo trvale. Jak bylo shora uvedeno, mezi příklady ponořitelných povrchů patří, ale bez omezení na ně, trupy lodí nebo člunů, mořské stavby, zuby, lékařské implanty, povrchy ve vodném systému, jako jsou vnitřky čerpadla, potrubí, chladící věže nebo výměníku tepla. Ponořitelný povrch může sestávat z hydrofóbního, hydrofilního nebo kovového materiálu.

S výhodou se použitím N-alkyl-heterocyklické sloučeniny podle vynálezu může účinně inhibovat ulpívání bakterií na hydrofóbním, hydrofilním nebo kovovém ponořitelném nebo ponořeném povrchu .

Pro inhibici ulpívání bakterií na ponořitelném povrchu se podle tohoto způsobu ponořitelný povrch uvádí do kontaktu s N-alkyl-heterocyklickou sloučeninou. Povrch se uvede do kontaktu s účinným množstvím N-alkyl-heterocyklické sloučeniny nebo směsi N-alkyl-heterocyklických sloučenin, aby se inhibovalo ulpívání mikroorganismů na povrchu. N-alkyl-heterocyklická sloučenina se může aplikovat na ponořitelný povrch způsoby známými z oblasti techniky. Například, jak je uvedeno níže, se N-alkyl-heterocyklická sloučenina může aplikovat postříkáním, potažením nebo ponořením povrchu do kapalného prostředku, který obsahuje N-alkyl-heterocyklickou sloučeninu. N-Alkyl-heterocyklická sloučenina se může připravit také ve formě pasty, která se pak natře nebo se nanese kartáčem na ponořitelný povrch. N-Alkyl-heterocyklická sloučenina může s výhodou znamenat složku prostředku nebo přípravku obvykle používaného u příslušného ponořitelného povrchu.

Inhibování ulpívání bakterií na ponořitelném povrchu znamená, že dojde k nepatrnému nebo nevýznamnému množství ulpívání bakterií po žádanou dobu. S výhodou nedojde k v podstatě žádnému ulpívání bakterií. Výhodněji je tomuto ulpívání zabráněno. Množství použité N-alkyl-heterocyklické sloučeniny by « · • « · » » · r

4····· ·· * · · «· mělo umožnit pouze nepatrné nebo nevýznamné ulpívání bakterií. Toto množství lze stanovit běžným testováním. S výhodou se používá takové množství N-alkyl-heterocyklické sloučeniny, které je dostatečné pro aplikování alespoň monomolekulárního filmu N-alkyl-heterocyklické sloučeniny na ponořitelný povrch. Takový film s výhodou pokrývá celý ponořitelný povrch.

Uvedení ponořítelného povrchu do kontaktu s N-alkyl-heterocyklickou sloučeninou podle tohoto způsobu umožňuje, aby povrch byl předem ošetřen proti ulpívání bakterií. Povrch tedy může být uveden do kontaktu s N-alkyl-heterocyklickou sloučeninou a potom ponořen do vodného systému.

Předložený vynález se týká také způsobu regulování biologického znečištění vodného systému. Vodný systém obsahuje nejen vodnou tekutinu nebo kapalinu protékající tímto systémem, ale také ponořené povrchy, které souvisejí s tímto systémem. Ponořené povrchy jsou takové povrchy, které jsou v kontaktu s vodnou kapalinou nebo tekutinou. Podobně jako u shora uvedených ponořitelných povrchů mezi ponořené povrchy patří, ale bez omezení na ně, vnitřní povrchy potrubí nebo čerpadel, stěny chladící věže nebo nátokové skříně, výměníků tepla, sít atd. Ve stručnosti - povrchy, které jsou v kontaktu s vodnou tekutinou nebo kapalinou, jsou ponořené povrchy a jsou považovány za část vodného systému.

Způsob podle vynálezu přidává alespoň jednu N-alkyl-heterocyklickou sloučeninu k vodnému systému v takovém množství, které účinně inhibuje ulpívání bakterií na povrchu ponořeném ve vodném systému. Při použité koncentraci tento způsob účinně reguluje biologické znečištění vodného systému bez podstatného zabití bakterií.

Regulování biologického znečištění vodného systému znamená regulovat množství nebo rozsah biologického znečištění na nebo pod žádanou úroveň a po žádanou dobu pro příslušný systém. Tato regulace může odstranit biologické znečištění z vodného systému, snížit biologické znečištění na žádanou úroveň, zcela zabránit biologickému znečištění nebo zabránit biologickému znečištění nad žádanou úroveň.

Podle předloženého vynálezu inhibování ulpívání bakterií na povrchu ponořeném ve vodném systému znamená ponechat nepatrné nebo nevýznamné množství ulpívajících bakterií po žádanou dobu v příslušném systému. S výhodou nedojde k v podstatě žádnému ulpívání bakterií. Výhodněji se ulpívání bakterií zabrání. Použití N-alkyl-heterocyklické sloučeniny podle vynálezu může v mnoha případech rozbít nebo snížit již existující ulpívající mikroorganismy na nedetegovatelná množství a udržovat toto množství po významnou dobu.

I když některé N-alkyl-heterocyklické sloučeniny mohou vykazovat biocidní účinnost v koncentracích nad prahovými hodnotami, N-alkyl-heterocyklické sloučeniny účinně inhibují ulpívání bakterií v koncentracích obecně dost pod těmito prahovými hodnotami. Podle vynálezu N-alkyl-heterocyklická sloučenina inhibuje ulpívání bakterií bez podstatného zabití bakterií. Účinné množství N-alkyl-heterocyklické sloučeniny použité podle vynálezu je dost pod jejím prahem toxicity, jestliže N-alkyl-heterocyklická sloučenina má také biocidní vlastnosti. Například koncentrace N-alkyl-heterocyklické sloučeniny může být desetkrát nebo vícekrát nižší než je její práh toxicity. N-alkyl-heterocyklická sloučenina by s výhodou neměla být škodlivá také pro necílové organismy, které mohou být ve vodném systému přítomny .

N-alkyl-heterocyklická sloučenina nebo směs N-alkyl-heterocyklických sloučenin se může používat pro regulaci biologického znečištění rozmanitých vodných systémů, jako jsou systémy, které byly shora uvedeny. Mezi tyto vodné systémy patří, ale bez omezení na ně, průmyslové vodné systémy, sanitární vodné systémy a rekreační vodné systémy. Jak bylo shora uvedeno, příklady průmyslových vodných systémů jsou kapaliny pro zpracovávání kovů, chladící vody (například přítoková chladící voda, odcháze10 «444 • •4 « 9 · · · 4 · * · · · · · • · · · · · · 4 4 44 · · · · · jící chladící voda a recirkulující chladící voda) a další recirkulační vodné systémy, jako jsou ty, které jsou používány při výrobě papíru nebo textilu. Mezi sanitární vodné systémy patří vodné systémy s odpadní vodou (např. průmyslové, soukromé a obecní systémy odpadních vod), toalety a systémy pro ošetřování vody (např. systémy pro ošetřování kalů). Příklady rekreačních vodných systémů jsou plavecké bazény, fontány, dekorační nebo okrasné bazény, rybníky nebo toky atd.

Množství N-alkyl-heterocyklické sloučeniny, které je účinné pro inhibici ulpívání bakterií na ponořeném povrchu v příslušném systému, se bude poněkud měnit podle vodného systému, který má být chráněn, podle podmínek pro mikrobiální růst, podle rozsahu jakéhokoliv existujícího biologického znečištění a podle stupně požadované regulace biologického znečištění. U příslušné aplikace lze toto množství stanovit rutinním testováním různých množství před ošetřením celého ovlivněného systému. Obecně se účinné množství používané ve vodném systému může pohybovat v rozsahu od asi 1 do asi 500 dílů na milion, výhodněji od asi 20 do asi 100 dílů na milion dílů vodného systému.

N-alkyl-heterocyklické sloučeniny používané podle předloženého vynálezu znamenají sloučeniny následujícího obecného vzorce:

/ \

n(R²)

Substituent R¹ znamená alkylovou skupinu s 8 až 20 atomy uhlíku. R^x s výhodou znamená alkylovou skupinu s 8 až 18 atomy uhlíku, výhodněji alkylovou skupinu s 10 až 14 atomy uhlíku a nejvýhodněji alkylovou skupinu s 12 atomy uhlíku. Alkylová skupina R¹ může být vázána koncovým atomem uhlíku nebo atomem uhlíku alkylového řetězce. Alkylová skupina může obsahovat dvoj • · nou nebo trojnou vazbu mezi atomy uhlíku a může být také rozvětvená nebo nerozvětvená.

Jak bylo shora uvedeno, N-alkyl-heterocyklický kruh má 5až 8-členný heterocyklický kruh obecného vzorce / \

n(R²)

Skupina X může znamenat atom kyslíku, skupinu NH nebo skupinu CH^. Substituent R² může znamenat methylovou skupinu, hydroxymethylovou skupinu nebo hydroxyethylovou skupinu. Číslo n se může pohybovat v rozmeí od 0 do 3, s výhodou znamená číslo 0 nebo

1. Heterocyklický kruh s výhodou znamená 5- nebo 6-členný kruh. Mezi specifické výhodné kruhy patří morfolinylový a piperidinylový kruh.

Mezi specifické příklady N-alkyl-heterocyklických sloučenin shora uvedeného vzorce patří N-dodecylmorfolin, sloučenina a, N-oktylmorfolin, sloučenina b, a N-dodecyl-3-piperidinmethanol, sloučenina c.

N-alkyl-heterocyklické sloučeniny užitečné v tomto vynálezu jsou dostupné buď komerčně od dodavatelů chemikálií nebo se mohou vyrábět z výchozích materiálů způsoby dobře známými z oblasti techniky. Například podle obecného postupu se přidá nepatrný nadbytek aminu (asi 1,1 molárních ekvivalentů) k roztoku louhu a vaří se pod zpětným chladičem. Za míchání se přidá alkylbromid (asi 1 ekvivalent). Výsledná dvoufázová reakční směs se nechá oddělit. Dolní vodná vrstva se odstraní. Organická vrstva se odežene, aby se odstranil jakýkoliv nadbytečný amin. Čistota produktu se může sledovat plynovou chromatografií. USA patent číslo 5 250 194 popisuje příklady způsobů; tento patent je zde zahrnut jako odkaz.

• · • · · · · · «····· ·· · ♦ · * ·

USA patent č. 5 250 194 popisuje také N-dodecyl-heterocyklické sloučeniny a a jejich použití jako mikrobicidy pro vodné systémy pro inhibování růstu mikroorganismů, tvorby slizu ve vodných systémů nebo pro pokažení nebo zhoršení látek citlivých na mikrobiální růst. Jedním příkladem N-alkyl-heterocyklické sloučeniny užitečné jako mikrobicid je N-dodecyl-morfolin (DDM). DDM je dodáván Buckman Laboratories lne., Memphis, Tn.

Způsoby podle tohoto vynálezu mohou tvořit část celkového režimu ošetřování vody. N-alkyl-heterocyklická sloučenina se může používat při ošetřování vody jinými chemikáliemi, zvláště biocidy (např. algicidy, fungicidy, baktericidy, moluscicidy, oxidačními činidly atd.), odstraňovači skvrn, zjasňovacími činidly, vločkovacími činidly, koagulačními činidly nebo jinými chemikáliemi obvykle používanými při ošetřování vody. Ponořitelné povrchy mohou být například uvedeny do kontaktu s N-alkyl-heterocyklickou sloučeninou, jako předběžným ošetřením pro inhibování ulpívání bakterií, a umístěny do vodného systému, který pro regulaci růstu mikroorganismů používá mikrobicid. Nebo se vodný systém, u kterého dochází k silnému biologickému znečištění, může nejdříve ošetřit příslušným biocidem, aby se odstranilo existující znečištění. Potom se může použít N-alkyl-heterocyklická sloučenina, která bude uchovávat vodný systém. Nebo se také může N-alkyl-heterocyklická sloučenina použít v kombinaci s biocidem pro inhibování ulpívání bakterií na površích ponořených ve vodném systému, při čemž biocid působí jako regulace růstu mikroorganismů ve vodném systému. Tato kombinace obvykle umožňuje používat menší množství mikrobicidu.

Regulování růstu mikroorganismů ve vodném systému znamená regulaci příslušného systému do, na nebo pod žádanou hladinu a po žádané období. To lze provést odstraněním mikroorganismů nebo zabráněním jejich růstu ve vodných systémech.

N-alkyl-heterocyklická sloučenina se může používat ve způsobech podle vynálezu jako pevný nebo kapalný prostředek. Předložený vynález se tedy týká také prostředku, který obsahuje N13 • · · · vato ·· * * ·«· »·· ···· ♦ · · · ♦ ···«·· ··«· · • «·»· ··· «·*··* ·· · ♦· «·

-alkyl-heterocyklickou sloučeninu. Prostředek obsahuje alespoň jednu N-alkyl-heterocyklickou sloučeninu v takovém množství, které je účinné pro inhibování ulpívání bakterií na ponořitelném povrchu nebo na povrchu ponořeném ve vodném systému. Jestliže se používá v kombinaci s jinou chemikálií pro ošetřování vody, jako je biocid, prostředek může obsahovat také tuto chemikálii. Jestliže se připravují jako společný prostředek, N-alkyl-heterocyklická sloučenina a chemikálie pro ošetření vody by neměly podléhat nepříznivým interakcím, které by ve vodném systému snižovaly nebo odstraňovaly jejich účinnost. Jestliže může docházet k nepříznivým interakcím, jsou výhodné oddělené prostředky.

Podle použití se prostředek podle předloženého vynálezu může vyrábět v různých formách známých z oblasti techniky. Například se prostředek může vyrábět v kapalné formě jako roztok, disperze, emulze, suspenze nebo pasta, disperze, suspenze nebo pasta v ne-rozpouštědle nebo jako roztok rozpuštěním N-alkyl-heterocyklické sloučeniny v rozpouštědle nebo v kombinaci rozpouštědel. Mezi vhodná rozpouštědla patří, ale bez omezení na ně, aceton, glykoly, alkoholy, ethery nebo jiná ve vodě dispergovatelná rozpouštědla. Výhodné jsou vodné prostředky.

Prostředek se může vyrábět jako kapalný koncentrát pro zředění před jeho zamýšleným použitím. Pro zvýšení rozpustnosti N-alkyl-heterocyklické sloučeniny nebo jiných složek v kapalném prostředku nebo systému, jako je vodný prostředek nebo systém, se mohou používat obvyklé přísady, jako jsou povrchově aktivní činidla, emulgační činidla, dispergační činidla a podobné, jak je známo z oblasti techniky. V mnoha případech se prostředek podle vynálezu může uvést do roztoku jednoduchým mícháním. Pro příslušné aplikace, jako jsou toaletní vody, se mohou přidávat také barviva nebo vůně.

Prostředek podle předloženého vynálezu se může vyrábět také v pevné formě. Například N-alkyl-heterocyklická sloučenina se může vyrábět ve formě prášku nebo tablety použitím prostřed14 ků známých z oblasti techniky. Tablety mohou obsahovat různá ředidla známá z oblasti techniky výroby tablet, jako jsou barviva nebo jiná barvící činidla a parfémy nebo vůně. V prostředku mohou být zahrnuty také jiné složky, známé z oblasti techniky, jako jsou plnidla, vazebná činidla, kluzná činidla, mazadla nebo činidla působící proti ulpívání. Tyto další složky mohou být do tablety zahrnuty proto, aby se zlepšily vlastnosti tablety a/nebo aby se zlepšil způsob výroby tablet.

Následující ilustrační příklady jsou uvedeny pro jasnější popsání povahy tohoto vynálezu. Tomu je však třeba rozumět tak, že tento vynález není omezen na specifické podmínky nebo podrobnosti uvedené v těchto příkladech.

Příklady provedení vynálezu

Způsob testování

Následující způsob účinně definuje schopnost chemické sloučeniny inhibovat ulpívání bakterií nebo napadat vytvořené existující ulpělé miroorganismy na různých typech povrchů. Souhrnně - byly zkonstruovány bioreaktory, v nichž byly na konec bioreaktoru upevněny desky (skleněné nebo polystyrénové) o velikosti přibližně 2,5 x 7,5 cm. Dolní konce (přibližně 5 cm) desek byly ponořeny do bakteriálního růstového prostředí (pH 7) v bioreaktoru, který obsahoval známou koncentraci testované chemikálie. Po naočkování známými bakteriálními druhy byly testované roztoky 3 dny nepřetržitě míchány. Pokud není jinak v dále uvedených výsledcích uvedeno, prostředí v bioreaktoru bylo na konci tří dnů zakaleno. Toto zakalení ukazuje, že bakterie v prostředí proliferovaly bez ohledu na přítomnost testované chemikálie. To také ukazuje, že tato chemikálie v testované koncentraci nevykazuje v podstatě žádnou biocidní (baktericidní) účinnost. Potom byly destičky obarveny, aby se stanovilo množství bakterií, které ulpěly na povrchu těchto destiček.

Konstrukce bioreaktorů

Bioreaktory obsahovaly 400ml skleněnou kádinku, na kterou bylo umístěno víčko (kryt kádinky představovala standardní skleněná Petriho miska o průměru 9 cm). Při odstraněném víčku byly destičky z vybraného materiálu na jednom konci potaženy maskovací páskou a pak byly suspedovány v bioreaktoru z vrchní strany kádinky. To umožňuje, aby destičky byly ponořeny v testovacím prostředí. Typicky byly kolem bioreaktoru stejnoměrně umístěny čtyři destičky (opakování). Vyhodnocení uvedená níže jsou průměrem těchto čtyř opakování. Na dno jednotky se umístí magnetické míchadlo, na kádinku se položí víčko a bioreaktor se ošetří v autoklávu. Jako destičky byly používány dva různé typy materiálů, polystyren jako hydrofóbní povrch a sklo jako hydrofilní povrch.

Bakteriální růstové medium

Kapalné medium, které se používá v bioreaktorech, bylo již dříve popsáno Delaquisem a spol.: Detachment of Pseudomonas fluorescens from Biofilms on Glass Surfaces in Response to Nutrient Stress, Microbial Ecology 1989, 18, 199 až 210.

Složení tohoto media bylo:

glukosa	1,0 g
K HPO 2 4	5,2 g
KH PO 2 4	2,7 g
NaCl	2,0 g
NH Cl 4	1,0 g
MgSO4.7 H^O	0,12 g
stopové prvky	1,0 ml
deionizovaná voda	1,0 1

Roztok se stopovými prvky:
CaCl 2		1,5 g
FeSO .7 4	H 0 2	1,0 g
MnSO .2 4	H 0 2	0,35 g
NaMoO 4		0/5 g
deionizovaná voda	1,0 1

Medium se zpracuje v autoklávu. Potom se nechá ochladit. Jestliže se v autoklavovaném mediu vytvoří usazenina, medium se před použitím resuspenduje protřepáním.

Příprava bakteriálního inokula

Bakterie rodu Bacillus, Flavobacterium a Pseudomonas se isolují z uloženin slizu papírenského mlýnu a udržují se v kontinuální kultuře. Testované organismy se odděleně nanesou na desku agaru a inkubují se 24 hodin při 30 °C. Sterilním bavlněným smotkem se části kolonií odstraní a suspendují se ve sterilní vodě. Suspenze se velmi dobře promíchají a potom se upraví na optickou hustotu 0,858 (Bacillus), 0,625 (Flavobacterium) a 0,775 (Pseudomonas) při 686 nm.

Příprava biofilmu/chemické testování

Do čtyř oddělených bioreaktorů se vloží 200 ml shora připraveného sterilního media. Sloučeniny, které se mají vyhodnocovat jako biodispergační činidla, se nejdříve připraví jako zásobní roztok (40 mg/2 ml) použitím buď vody nebo směsi acetonu s methanolem (ac/MeOH; 9:1) jako rozpouštědla. Do bioreaktoru se za přiměřeného neustálého magnetického míchání přidá l,0ml podíl zásobního roztoku. Tím se dosáhne počáteční koncentrace testované sloučeniny 100 ppm. Jeden bioreaktor (kontrola) neobsahoval žádnou testovanou sloučeninu. Potom byly do každého bioreaktorů přidány podíly (0,5 ml) každé ze tří bakteriálních suspenzí. Bioreaktory byly pak tři dny neustále míchány, aby se umožnilo zvýšení populace bakterií a ukládání buněk na povrchy destiček.

• · · · ··· ·· · ♦ ·*·· ··· «··« · · · · · · ·.······*« · • · · · » ··· ··.«·» ·· · ·· ··

Vyhodnocení výsledků

Shora popsaným postupem byly hodnoceny následující sloučeniny: N-dodecyl-morfolin, sloučenina a, N-oktyl-morfolin, sloučenina b, a N-dodecyl-3-piperidinmethanol, sloučenina c. Po ukončení testu byly destičky z bioreaktorů odebrány a byly umístěny do svislé polohy tak, aby se umožnilo sušení vzduchem. Stupeň ulpívání bakterií na testovaném povrchu byl pak vyhodnocen vybarvováním. Destičky byly krátce ožehnuty, aby se buňky fixovaly na povrch. Potom byly přeneseny na dvě minuty do nádoby s krystalovou violetí Gram Crystal Violeť’ (Difco Laboratories, Detroit, Mi.). Destičky byly mírně opláchnuty pod tekoucí vodovodní vodou a potom byly pečlivě blotovány. Stupeň přilnutí bakterií byl pak stanoven vizuálním zkoumáním a subjektivním hodnocením každé destičky. Intenzita barvy je přímo úměrná množství ulpělých bakterií. Používá se následující hodnocení biofilmu:

= v podstatě žádné = nepatrné = mírné = střední = silné

Chemické ošetření bylo hodnoceno vzhledem ke kontrole, která typicky měla průměrné hodnocení čtyř destiček z bioreaktoru v rozmezí 3 až 4. Sloučeniny, které měly průměrné hodnocení v rozmezí od 0 do 2, byly považovány za účinné pro předcházení ulpívání bakterií na ponořených destičkách. Výsledky jsou uvedeny v následující tabulce.

• to • · sloučenina rozpou- konc. MIC¹ destičky hodnocení štědlo (ppm)

a	ac/MeOH	100	250, pH 6	sklo	1
			250, pH	8
	ac/MeOH	100			sklo	0,5
	voda	602			sklo	1
	voda	602			sklo	0,5
b	ac/MeOH	100	>500, pH	6	sklo	2
			>100, pH	8
c	ac/MeOH	100	40 až 100	sklo	0
			pH 6
			>500, pH	8
	ac/MeOH	100			polystyr.	1,7

¹ minimální inhibiční koncentrace (MIC) pro každou sloučeninu na bakterii E. Aerogenes s použitím 18h testu základních solí při pH 6 a při pH 8 ² BL-2180 produkt: 60% (hmotn.) vodný prostředek dodecylmorfo- linu (sloučenina a) ve vodě, dostupný od Buckman Laboratories lne., Memphis, Tn.

I když byla popsána příslušná provedení podle vynálezu, je tomu ovšem třeba rozumět tak, že vynález není těmito provedeními omezen. Mohou existovat další modifikace. Připojené nároky jsou zamýšleny tak, aby pokryly jakékoliv tyto modifikace, které spadají do opravdového ducha a rozsahu tohoto vynálezu.

Claims (14)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob inhibování ulpívání bakterií na ponořitelném povrchu, vyznačující se tím, že zahrnuje stupeň uvedení ponořitelného povrchu do kontaktu s N-alkyl-heterocyklickou sloučeninou v takovém množství, které je účinné pro inhibování ulpívání bakterií na ponořitelném povrchu, při čemž N-alkyl-heterocyklická sloučenina znamená sloučeninu obecného vzorce v němž R¹ znamená alkylovou skupinu s 8 až 20 atomy uhlíku, heterocyklický kruh znamená 5- až 8-členný heterocyklický kruh, v němž X znamená atom kyslíku, skupinu NH nebo skupinu CH₂, R² znamená methylovou skupinu, hydroxymethylovou skupinu nebo hydroxyethylovou skupinu a n znamená číslo v rozmezí od 0 do 3.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že R¹ znamená alkylovou skupinu s 8 až 18 atomy uhlíku, heterocyklický kruh znamená 5- nebo 6-členný kruh a n znamená číslo 0 nebo 1.
3. 3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že N-alkyl-heterocyklická sloučenina znamená N-dodecylmorfolin, N-oktyl-morfolin, N-dodecyl-3-piperidinmethanol nebo jejich směs a ponořitelný povrch znamená trup lodě, trup člunu, mořskou stavbu, povrch zubu, povrch lékařského implantu nebo povrch vodného systému.
4. 4. Způsob regulace biologického znečištění vodného systému, vyznačující se tím, že zahrnuje stupeň přidání k tomuto vodnému systému N-alkyl-heterocyklické sloučeniny v takovém množství, které je účinné pro inhibici ulpívání bak• · terií na povrchu ponořeném ve vodném systému, při čemž N-alkyl-heterocyklická sloučenina znamená sloučeninu obecného vzorce • · · v němž R¹ znamená alkylovou skupinu s 8 až 20 atomy uhlíku, heterocyklický kruh znamená 5- až 8-členný heterocyklický kruh, v němž X znamená atom kyslíku, skupinu NH nebo skupinu CH^, R² znamená methylovou skupinu, hydroxymethylovou skupinu nebo hydroxyethylovou skupinu a n znamená číslo v rozmezí od 0 do 3.
5. 5. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že N-alkyl-heterocyklická sloučenina znamená N-dodecylmorfolin, N-oktyl-morfolin, N-dodecyl-3-piperidinmethanol nebo jejich směs a účinné množství N-alkyl-heterocyklické sloučeniny je v rozmezí od 10 ppm do 500 ppm.
6. 6. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že stupeň přidání obsahuje přidání takového množství N-alkyl-heterocyklické sloučeniny k vodnému systému, které je dostatečné pro snížení jakéhokoliv existujícího biologického znečištění v tomto vodném systému.
7. 7. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že vodný systém znamená průmyslový vodný systém, který je vybrán z chladícího vodného systému, kapalného systému pro zpracování kovů, vodného systému při výrobě papíru a vodného systému při výrobě látek.
8. 8. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že vodný systém znamená rekreační vodný systém, který je vybrán z plaveckého bazénu, fontány, okrasného rybníku, okrasného bazénu a okrasného toku.

   ♦« * · * · · * ·.

   «··· » ♦ · · » · * • * « « » * · · ' · :.

   • ····« ···««· · » «· » ·
9. 9 · · · · «·« ··««·· « · <* · * «β

   9. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že vodný systém znamená sanitární vodný systém, který je vybrán z toaletního vodného systému, cisternového vodného systému, septického vodného systému a systému pro ošetřování kalů.
10. 10. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že dále obsahuje stupeň, ve kterém se k vodnému systému přidá účinné množství biocidu pro regulaci růstu mikroorganismu v tomto vodném systému.
11. 11. Způsob podle nároku 10, vyznačující se tím, že uvedneý vodný systém je vybrán z průmyslového vodného systému, rekreačního vodného systému a sanitárního vodného systému.
12. 12. Prostředek pro regulaci biologického znečištění vodného systému, vyznačující se tím, že obsahuje takové množství alespoň jedné N-alkyl-heterocyklické sloučeniny, které je účinné pro inhibování ulpívání bakterií na ponořitelném povrchu nebo na povrchu ponořeném ve vodném systému, při čemž tato N-alkyl-heterocyklická sloučenina znamená sloučeninu obecného vzorce n(R²) /

    v němž R¹ znamená alkylovou skupinu s 8 až 20 atomy uhlíku, heterocyklický kruh znamená 5- až 8-členný heterocyklický kruh, v němž X znamená atom kyslíku, skupinu NH nebo skupinu CH₂, R² znamená methylovou skupinu, hydroxymethylovou skupinu nebo hydroxyethylovou skupinu a n znamená číslo v rozmezí od 0 do 3.
13. 13. Prostředek podle nároku 12, vyznačující se tím, že N-alkyl-heterocyklická sloučenina znamená N-dodecyl• · morfolin, N-oktyl-morfolin, N-dodecyl-3-piperidinmethanol nebo jejich směs.
14. 14. Prostředek podle nároku 12, vyznačující se tím, že dále obsahuje biocid v takovém množství, které je účinné pro regulaci růstu mikroorganismu ve vodném systému.