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'Biozide Zubereitungen,die quaternäre Ammoniumverbindungen
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enthalten Der Einsatz biocid wirkender Substanzen spielt besonders
zur Desinfektion und Konservierung des Wassers von Lu.ftbefeuchtungssystemen, in
Kühlwasserkreisläufen sowie in Präparaten, die zur Desinfektion im Lebensmittelbereich
geeignet sind, eine entscheidende Rolle.
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Hierbei- sind einige Voraussetzungen wichtig.
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Durch die Ausbildung resistenter Mikrobenstämme und die natürliche
Selektion ist es erforderlich, immer neue Mittel und Mittelkombinationen bereitzustellen,
welche die zum Teil bewährten älteren Produkte in ihrer Wirkung übertreffen oder
ergänzen. Ihre Bereitstellung ermöglicht den Austausch vorhandener Biocide und vermindert
dadurch die Ausbildung resistenter Stämme.
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Eine weitere wichtige Voraussetzung ist die notwendige Schaumarmut
biocider Formulierungen. Gerade in der Lebensmittelindustrie (Reinigungsmittel)
und auch in anderen technischen Bereichen wie Kühlwasserkreisläufen wirkt Schaum
bekanntlich überaus störend. Diese Probleme sind bisher in ihrer Gesamtheit noch
nicht befriedigend gelöst worden; entweder waren an sich schon schaumarme Biocide
in ihrer Wirksamkeit noch nicht befriedigend, oder waren toxisch, was hinsichtlich
der Entsorgung Schwierigkeiten machte.
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Aus der DE-AS 25 31 031 sind schaumarme Biocide auf Imidazolinbasis
schon bekannt, jedoch sind diese Verbindungen infolge ihres komplizierten chemischen
Aufbaus teurer in ihrer Herstellung, und außerdem reichen sie im Hinblick auf die
obenerwähnte Möglichkeit der Bildung resistenter
'Bakterienstämme
noch nicht aus. Sonstige quaternäre Verbin-' dungen sind als Biocide zwar schon
in großer Zahl bekannt, und es sei-en hierfür z.B. Alkylbenzylammoniumsalze genannt;
auch diese sind aus den obengenannten Gründen noch nicht optimal auf allen Gebieten
einsetzbar.
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Das Ziel der Erfindung bestand darin, Stoffe aufzufinden, die in
wäßriger Lösung auch in Verbindung mit sonstigen Einsatzstoffen schaumarm sind,
hinsichtlich ihrer biociden Wirkung ein möglichst breites Band von Bakterienstämmen
umfassen und eine zumindest gleich gute Wirkung gegenüber bisherigen Wirkstoffen
entfalten und somit auch zur Ver--hinderung der Bakterienresistenz alternativ eingesetzt
werden können.
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Dieses Ziel wurde mit Verbindungen und mit Zubereitungen davon erreicht,
wie in den Patentansprüchen definiert ist.
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Die Verbindungen gehorchen der Formel I
R1 steht für. eine C6-- bis C12-Alkylgruppe. Bevorzugt sind die Heptyl-, Octyl-,
Nonyl-, Undecyl-, Dodecylgruppe oder Gemische. Besonders bevorzugt ist die C8/C10-Alkylmischgruppe
- sie leitet sich von C8/C10-Ziegleralkoholgemischen ab.
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PR2 steht für eine C6 - bis Cg-Alkylgruppe, eine C8/C1O-Mischalkylgruppe,
C11- bis C12-Alkylgruppe oder Gemische davon. Einzelne Alkylgruppen'sind hier ebenfalls
die Heptyl-, Octyl-, Nonyl-, Undecyl-Dodecylgruppe oder Gemische. Von technisch
besonderem Interesse ist auch hier die C8/C1O-Mischalkylgruppe.
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3 R3 steht für Wasserstoff oder Methyl und n für 1 bs 5.
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Falls n 1-, kann R3 auch wechselnd für Wasserstoff oder Methyl stehen.
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X bedeutet ein Anion, und zwar im erfindungsgemäßen Sinne Halogenid,
wie Chlorid oder Bromid, Methosulfat oder Toluolsulfonat.
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Es handelt sich- um quaternäre Ammoniumverbindungen, die alle zwingend
am Stickstoff eine Methylgruppe und eine, definitionsgemäße Oxalkylgruppe tragen.
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Die Di-n-decylverbindung dieser Definition, wobei R3 = H und n ,=
1 bedeutet, ist aus der DE-OS 1 543 024 bekannt und ist dort als fungicides oder
baktericides Mittel beschrieben. Hinsichtlich ihrer Anwendung werden nur pharmazeutische
Zubereitungen genannt, und hinsichtlich Schaumarmut, was auch eine Verwendung in
den anderen obengenannten Bereichen erlauben könnte, ist aber nichts angegeben.
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Die Herstellung der Verbindungen ist einfach und kann nach mehreren
an sich bekannten Methoden erfolgen.
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So kann man beispielsweise, wenn n = 1 betragen soll ein Amin der
Formel II
in der R1 und R2 gemäß Formel I definiert sind, mit Ethylen- oder 2-Propytenchlorhydrin
umsetzen, wobei das quaternäre Salz entsteht.
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Man kann aber auch, und dies ist im Sinne der Erfindung die allgemeine
und auch wirtschaftlichere Methode, ein sekundäres Amin der Formel III
in der R¹ und R² die Bedeutung gemäß Formel I haben, zunächst mit 1 bis 5 Mol Ethylen-
und/oder 1,2-Propylenoxid alkoxylieren und anschließend methylieren, was im Sinne
der obengenannten Definition für das Anion X mit Methylhalogenid, vorzugsweise -chlorid
oder -bromid, Dimethylsulfat oder Methyltoluolsulfonat erfolgen kann. Bevorzugte
Verbindungen bzw. Verbindungsgemische stellen z.B. Dioctylmethylhydroxyethyl-, Dinonylmethylhydroxyethyl
und Di-C8/C1O-alkylmethylhydroxyethylammoniumchlorid, -bromid oder -methosulfat
dar.
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Die Verbindungen der Formel I wirken für sich allein schon als ausgezeichnete
schaumarme biocid wirkende Verbindingen, Eine bedeutende Steigerung der Wirkung
diese Verbindungen enthaltender biocider Zubereitungen erzielt man, wenn man
ihnen
noch Tri-C6 - bis C12-alkylmethylammoniumsalze, vorzugsweise in Mengen von 20 bis
40 Gew.-%, bezogen auf die Summe der Verbindungen der Formel I und der Trialkylmethylammoniumsalze
- zusetzt. Von diesen letztgenannten Salzen sind wiederum Mischungen besonders wirksam,
vor allem die Tri-C8/C10-alkylmethylammoniumsalze. Gegenionen dieser Ammoniumverbindungen
sind ebenfalls z.B. Chlorid, Bromid, Methosulfat oder Toluolsulfonat.
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Ein derartiges Mischsystem ist besonders schaumarm und ist auch hinsichtlich
seiner biociden Wirkung in allen möglichen technischen Bereichen anderen bekannten
Systemen z.T. stark überlegen.
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Die erfindungsgemäß einzusetzenden Verbindungen und auch die bevorzugt
zugemischten Ammoniumsalze sind wasserlöslich und lassen sich deshalb in üblicher
Weise konfektionieren. Unter Konfektionieren versteht man dabei die Herstellung
von wäßrigen anwendungsgerechten Lösungen.der Verbindungen in konzentrierter oder
anwendungstypischer Konzentration. Die Konfektionierung umfaßt dabei auch die Einstellung
eines bestimmten, dem Anwendungszweck entsprechenden pH-Wertes, eventuell die Zugabe
von kationischen oder nichtionischen oberflächenaktiven Substanzen - vor allem,
wenn sie in Reinigungsmitteln Verwendung finden -, gegebenenfalls die Färbung und/oder
Parfümierung der Zubereitung. Eine andere Art der Konfektionierung besteht in der
Herstellung eines trockenen Produkts, indem die kristalline Reinsubstanz gegebenenfalls
vermischt mit insbesondere anorganischen Trägerstoffen, Gerüststoffsubstanzen, wie
Phosphaten, oder Alumosilikaten, verwendet wird, wobei diese auch in übliche pulverförmige
Reiniger eingearbeitet werden kann. Auch die Auflösung der Wirksubstanzen in niedrig
siedenden Lösungsmitteln oder die Versprühung der Wirksubstanzlösungen durch Treibgase,
wie
CO2 oder aufgepreßten Stickstoff ist möglich. So-lche Zubereitungen
werden als Aerosole auf den Markt gebracht.
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Wenn die Wirkstoffe in Reinigungsmitteln eingesetzt werden, kommen
sie zusammen mit nichtionischen oder sonstigen kationischen Tensiden zur Anwendung.
Derartige Tenside sind z.B. C8- bis C20-Alkoholalkoxylate mit 5 bis 20 Alkylenòxidgruppen,
C8---bis C12-alkylphenolethoxylate mit 5 bis 10 Alkylenoxidgruppen oder Blockcopolymerisate
des Ethylen- und Propylenoxids. Als kationische Tenside können beispielsweise Pyridinumverbindungen
wie Cetylpyridinumchlorid zur Anwendung gelangen.
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Der für die Anwendung optimale pH-Wert liegt im schwach sauren bis
alkalischen Bereich und erstreckt sich etwa von 3,5 bis 9. Zum Einstellen des pH-Wertes
- etwa bei der Flaschenwäsche oder der Reinigung von Lebensmittelbehältern, Fässern
etc. - verwendet man schwache organische Säuren, wie Essigsäure Citronensäure oder
Milchsäure.
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Die erfindungsgemäß in den Zubereitungen enthaltenen Verbindungen
sind gegen eine große Zahl von Mikroorganismen wirksam, und es seien beispielhaft
Staphylococcus aureus, Escherichia coli, klebsiella pneumonia, Citrobacter freundii,
Proteus vulgaris, Pseudomonas aeroginosa, Xanthomokas malvacearum, Erwinia carotovora,
Erwinia amylovora, Desulfovibrio desulfurieaus, Streptoverticillium rubrireticuli,
Aspergillus niger, Aspergillus versicolor, Penicillium famiculosum, Paecilomyces
variotii, Trichoderma viride, chaetonicum globosum, Caudida albricans, Geotrichum
candidans, Monilia sitophila, Scenedesmus quadricauda, Chlorella vulgaris und Nostoc
muscorium angegeben.
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Als übliche Anwendungskonzentrationen wählt man - bezogen auf das
Gewicht des zu schützenden Materials - 0,01 bis 1 % an Wirkstoff; beim Einsatz zur
Wasserbehandlung, bei der Erdölförderung, in Schwimmbädern, Rückkühlwerken, Luftbefeuchtungsanlagen
oder in der Papierindustrie sind Wirkstoffmengen von 5 bis 100 ppm ausreichend.
Gebrauchsfertige Desinfektionsmittellösungen enthalten ca. 0,5 bis 5 Gew.-* an Wirkstoff.
Die Wirkstoffe können auch mit anderen bekannten Mikroziden gemischt werden. In
vielen Fällen erhält man dabei einen synergistischen Effekt.
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Solche Wirkstoffe sind beispielsweise 2-(Thiocyanomethylthio)-benzthiazol,
l-[2-(2,4-Dichlorphenyl )-2-(2-propenyl-oxy)-äthyl-lH-imidazol, 2,4,5,6-Tetrachlor-isophthalodinitril,
Methylenbisthiocyanat, Tributylzinnoxid, Mercaptobenzthiazol, Benzisothiazolon und
seine Alkalisalze, Alkaliverbindungen des N N'-Hydroxy-N-cyclohexyl-diazeniumoxids,
2-(Methoxy-carbonylamino)-benzimidazol, 2-Methyl-3-oxo-5-chlor-thiazolin-3-on, Trihydroxymethyl-nitro-methan,
Glutardialdehyd, Chloracetamid. < Als Vergleichsmittel wurde das aus Applied
Microbiology, 14, 308, 1966, Seite 313, bekannte Tri-(octyl-decyl)--methyl-ammoniumchlorid
(Verbindung Nr. 4543) verwendet.
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In den nun folgenden Beispielen werden die bioxiden Eigenschaften
der Wirkstoffe gezeigt.
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Beispiel 1 Zur Ermittlung der Wirksamkeit der neuen Verbindungen gegenüber
Bakterien werden zu je 5 ml steigender Verdünnungen der Wirkstoffe 5 ml-doppelt
konzentrierter Nährbouillon in sterile Reagenzgläser gegeben und vermischt. Durch
Zugabe von einem Tropfen einer 1:10 verdünnten 16 Stunden alten Bouillon-Kultur
der Bakterien-Arten Staphylococcus aureus bzw. Escherichia-coli oder Proteus vulgaris
werden dann die Röhrchen beimpft und 24 Stunden bei 370C bebrütet. Nach dieser zeit
werden Proben aus den Röhrchen auf Bakteriennährböden übertragen und diese ebenfalls24
Stunden lang bei 370C bebrütet. Diejenige Verdünnungsstufe, bei welcher nach dem
Übertragen einer Probe auf den Nährboden keine Bakterienentwicklung mehr erfolgt,
wird als Abtötungswert angegeben.
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Wirkstoff Wirkstoffmenge in der Nährbouillon Teile pro Million Teile
Nährbouillon Staphylococcus Escherichia Proteus 70:30 aureus coli vulgaris x x x
Di/Tri'Cs/ioH17/21 12,5 25 25 hydroxyethylmethyl ammoniumchl orid Vergleichsmittel
50 250 50
Beispiel 2 Zur Prüfung der Wirksamkeit gegenüber Pilzen
werden die Wirkstoffe einer für das Wachstum der Pilze Aspergillus niger, Oidium
lactis bzw. Candida albicans in Mengen von 100, 50, 25, 12, 6 und 3 Gewichtsteilen
pro Million Teile Nährlösung zugesetzt. Jeweils 10 ml Nährlösungs-Wirkstoffgemisch
werden in sterile Reagenzgläser gegeben und mit einem Tropfen einer Sporensuspension
beimpft, die 106 Konidien bzw. Zellen enthält. Nach 120-stündiger Bebrütung werden
aus denjenigen Röhrchen, die kein sichtbares Pilzwachstum zeigen, Proben entnommen
und auf Pilznährböden übertragen. In der Tabelle wird die Verdünnungsstufe angegeben,
bei welcher nach dem Übertragen einer Probe auf den Nährboden kein Wachstum der
Pilze mehr erfolgt.
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Wirkstoff Wirkstoffmenge in der Nährlösung Teile pro Million Nährlösung
Aspergillus Oidium Candida niger lactis albicans x x x Di/TrI-cg/loHl7/2l 25 50
25 hydroxyethylmethylammoniumchlorid Vergleichsmittel 50 250 25
Beispiel
3 Zur Prüfung der Wirksamkeit gegenüber Grünalgen werden die Wirkstoffe einer für
die Vermehrung der einzelligen Grünalge Chlorella vulgaris begünstigenden, phosphatreichen
Nährlösung in Mengen von 10, 7,5, 5 und 2,5 Gewichtsteilen pro Million Teile Nährlösung
zugesetzt. Jeweils 100 ml Nährlösungs-Wirkstoffgemischsowie nur Nährlösung (Kontrolle)
werden in 300 ml-Erlenmeyerkolben gegeben. Die Nährlösung wird vor dem Wirkstoffzusatz
mit einer Suspension der Alge Chlorella vulgaris beimpft; die Zelldichte wird auf
106 Zellen/ml Nährlösung eingestellt. Nach zehntägiger Aufstellung der Versuchsansätze
bei Raumtemperatur und Lichtzutritt wird die Wirksamkeit beurteilt.
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Wirkstoff Wirkstoffmenge in der Nährlösung in Teilen Wirkstoff pro
Million Teile Nährlösung 10 7,5 5 2,5 Di/Tri-C8/10H17/21 - - - + ++ hydroxyethylmethylammoniumchlorid
Kontrolle (unbehandelt) - Algen abgetötet + stark gehemmte Algenvermehrung ++ gehemmte
Algenvermehrung +++ ungehemmte-Algenvermehrung