DE69631152T2

DE69631152T2 - Verhinderug von biologischen verschmutzungen durch anwendung von estern aus polyglykolen und fettsäuren

Info

Publication number: DE69631152T2
Application number: DE69631152T
Authority: DE
Inventors: E. Daniel GLOVER; S. Marilyn WHITTEMORE; D. Stephen BRYANT
Original assignee: Buckman Laboratories International Inc
Current assignee: Buckman Laboratories International Inc
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1996-09-27
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2016-09-28
Also published as: AU7200396A; ZA967822B; MX9802437A; CA2233283C; AR004005A1; US6110452A; WO1997011912A1; AU726514B2; EP0854842A1; DE69631152D1; CA2233283A1; EP0854842B1; JPH11512720A; ATE256639T1; NO981402D0; NO981402L; CZ93498A3; PT854842E; BR9611327A; SK39898A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung verwendet Polyglykolfettsäureester, um eine bakterielle Anheftung an eintauchbare oder eingetauchte Oberflächen zu hemmen, insbesondere an solche Oberflächen innerhalb eines wässrigen Systems. Die Erfindung betrifft auch Verfahren und Zusammensetzungen zur Kontrolle biologischer Verschmutzungen.
Beschreibung des Standes der Technik
Mikroorganismen heften an eine ganze Reihe von Oberflächen, insbesondere Oberflächen, die in Kontakt mit wässrigen Flüssigkeiten stehen, die eine geeignete Umgebung für mikrobielles Wachstum zur Verfügung stellen. Zum Beispiel ist von Mikroorganismen bekannt, dass sie an Schiffsrümpfe, marine Strukturen, Zähne, medizinische Implantate, Kühltürme und Wärmetauscher anhaften. Während der Anheftung an solche eingetauchten oder eintauchbaren Oberflächen können Mikroorganismen die Oberfläche verschmutzen oder sogar deren Zerstörung bewirken.
In Säugetieren (z. B., Menschen, Nutztiere, Haustiere) können Mikroorganismen, die an einer Oberfläche anhaften, zu Gesundheitsproblemen führen. Zum Beispiel resultiert Plaque aus Mikroorganismen, die an der Oberfläche von Zähnen haften. Medizinische Implantate mit ungewollten Mikroorganismen, die auf deren Oberflächen haften, werden oft überkrustet und müssen ersetzt werden.
Wissenschaftliche Studien haben gezeigt, dass das erste Stadium der Bioverschmutzung in wässrigen Systemen normalerweise die Ausbildung eines dünnen Biofilms auf eingetauch ten oder eintauchbaren Oberflächen ist, d. h., Oberflächen, die einem wässrigen System ausgesetzt sind. Von Mikroorganismen wie Bakterien, die an eingetauchte Oberflächen anhaften und kolonisieren, wird im Allgemeinen angenommen, dass sie einen Biofilm ausbilden und die Oberfläche verändern, um die Entwicklung einer komplexeren Gemeinschaft von Organismen zu unterstützen, die die fortgeschrittene Bioverschmutrung des wässrigen Systems und seiner eingetauchten Oberflächen ausmacht. Ein allgemeiner Überblick über die Mechanismen und die Bedeutung eines Biofilms als Erststadium für Bioverschmutrungen wird in C. A. Kent in "Biological Fouling: Basic Science and Models" (in Melo, L. F., Bott, T. R., Bemardo, C. A. (Eds.), Fouling Science and Technology, NATO ASI Series, Series E, Applied Sciences: Nr. 145, Kluwer Acad. Publishers, Dordrecht, The Netherlands, 1988) zur Verfügung gestellt. Andere Literaturstellen umfassen M. Fletcher und G. I. Loeb, Appl. Environ. Microbiol. 37 (1979) 67–72; M. Humphries et. al., FEMS Microbiology Ecology 38 (1986) 299–308; und M. Humphries et. al., FEMS Microbiology Letters 42 (1987) 91 –101.
Bioverschmutzung oder biologische Verschmutzung ist ein dauerhaftes Ärgernis oder Problem in einer ganzen Reihe von wässrigen Systemen. Bioverschmutzung, sowohl mikrobiologische wie auch makrobiologische Verschmutzung, wird durch den Aufbau von Mikroorganismen, Makroorganismen, extrazelluläre Substanzen und Dreck und Debris bewirkt, der in der Biomasse eingeschlossen wird. Die involvierten Organismen umfassen Mikroorganismen wie Bakterien, Pilze, Hefen, Algen, Kieselalgen, Protozoen und Makroorganismen wie Makroalgen, Entenmuscheln und kleine Muscheln wie asiatische Muscheln oder Zebramuscheln.
Ein anderes unerwünschtes Phänomen der Bioverschmutzung, das in wässrigen Systemen vorkommt, insbesondere in wässrigen industriellen Prozessflüssigkeiten, ist Schleimbildung. Schleimbildung kann in Frisch-, Brack- oder Salzwassersystemen vorkommen. Schleim besteht aus mattenartigen Ablagerungen von Mikroorganismen, Fasern und Debris. Er kann strangartig, pastös, gummiartig, tapiokaartig oder hart sein und einen charakteristischen unerwünschten Geruch haben, der sich von dem des wässrigen Systems unterscheidet, in welchem er ausgebildet wird. Die in die Schleimbildung involvierten Mikro- Organismen sind hauptsächlich verschiedene Spezies sporenbildender und nichtsporenbildender Bakterien, insbesondere verkapselte Formen von Bakterien, die gelatinöse Substanzen sezemieren, die die Zellen umschließen oder verkapseln. Schleimmikroorganismen umfassen auch filamentöse Bakterien, filamentöse Pilze des Schimmeltyps, Hefe und hefeartige Organismen.
Bioverschmutzungen, die wässrige Systeme oft zersetzen, können sich in einer Reihe von Problemen manifestieren, wie ein Verlust der Viskosität, Gasbildung, unerwünschte Gerüche, verringerter pH, Farbänderung und Gelierung. Zudem kann die Zersetzung des wässrigen Systems die Bioverschmutzung verwandter wasserführender Systeme bewirken, die z. B. Kühltürme, Pumpen, Wärmetauscher und Rohre, Wärmesysteme, Berieselungssysteme und andere ähnliche Systeme umfassen können.
Bioverschmutzung kann einen direkten nachteiligen ökonomischen Einfluss haben, wenn sie in industriellen Prozesswässern vorkommen, z. B. in Kühlwässern, Metallbearbeitungsflüssigkeiten oder anderen rezirkulierenden Wassersystemen, wie solchen, die in der Papier- oder Textilherstellung verwendet werden. Wenn sie nicht kontrolliert wird, kann die biologische Verschmutzung industrieller Prozesswässer Prozessoperationen stören, was die Prozesseffizienz verringert, Energie verschwendet, das Wasserführungssystem verstopft und sogar die Produktqualität verringern.
Zum Beispiel haben Kühlwassersysteme, die in Stromwerken, Raffinerien, chemischen Anlagen, Klimaanlagen und anderen industriellen Operationen verwendet werden, häufig Probleme mit Bioverschmutzungen. Aus der Luft eingeführte Organismen, die in Kühltürmen angesammelt werden sowie Organismen aus dem Wasser des Wasservorrats des Systems kontaminieren üblicherweise diese wässrigen Systeme. Das Wasser in solchen Systemen stellt im Allgemeinen ein exzellentes Wachstumsmedium für diese Organismen dar. Aerobe und heliotrope Organismen gedeihen in den Türmen. Andere Organismen wachsen in und kolonisieren solche Flächen wie den Turmsumpf, Rohre, Wärmetauscher, etc. Wenn sie nicht kontrolliert wird, kann die resultierende Bioverschmutzung die Türme verstopfen, Rohre blockieren und Hitze-Transfer-Oberflächen mit Schichten von Schleim und anderen biologischen Matten beschichten. Dieses verhindert die richtige Durchführung, reduziert die Kühleffizienz und, vielleicht noch wichtiger, erhöht die Kosten des Gesamtverfahrens.
Industrielle Prozesse, die Bioverschmutzungen ausgesetzt sind, umfassen die Papiefierstellung, die Herstellung von Papierbrei, Papier, Pappe, etc. und die Textilherstellung, insbesondere Wasser-gelegter, nicht-gewebter Textilien. Diese industriellen Prozesse rezirkulieren im Allgemeinen große Mengen an Wasser unter Bedingungen, die das Wachstum von bioverschmutzenden Organismen fördern.
Zum Beispiel handhaben Papiermaschinen sehr große Wasservolumen in rezirkulierenden Systemen, die "Weißwassersysteme" genannt werden. Der Zufluss zu einer Papiermaschine enthält typischerweise nur ungefähr 0,5% an faserigen und nicht-faserigen papiefierstellenden Feststoffen, was bedeutet, dass für jede Tonne Papier ungefähr 200 Tonnen Wasser durch die Eingangsbox passieren. Das Meiste dieses Wassers rezirkuliert in dem Weißwassersystem. Weißwassersysteme stellen exzellente Wachstumsmedien für bioverschmutzende Bioorganismen dar. Das Wachstum kann in der Ausbildung von Schleim und anderen Ablagerungen in Eingangsboxen, Wasserlinien und dem Zubehör zur Papiefierstellung resultieren. Solch eine Bioverschmutzung kann nicht nur den Wasser- und Lagerfluss stören, sondern kann auch, wenn frei wirkend, Flecken, Löcher und schlechte Gerüche in dem Papier sowie Gewebebrüche bewirken – teuere Unterbrechungen in den Operationen der Papierrnaschine.
Bioverschmutzung von Freizeitwässern wie Schwimmbädern oder Whirlpools oder Zierwässern wie Teiche oder Fontänen kann die Freude der Menschen an diesen stark beeinträchtigen. Biologische Verschmutzung resultiert oft in unerwünschten Gerüchen. Noch wichtiger, insbesondere bei Freizeitwässern kann die Bioverschmutzung die Wasserqualität in einem solchen Ausmaß abbauen, dass sie zur Verwendung ungeeignet ist und sogar ein Gesundheitsrisiko darstellen kann.
Sanitärwässer, wie industrielle Prozesswässer und Freizeitwässer sind auch für Bioverschmutzung und die damit assoziierten Probleme anfällig. Sanitärwässer umfassen Toilettenwasser, Zistemenwasser, septisches Wasser und Abwasserbehandlungswasser. Bedingt durch die Natur des in Sanitärwässern enthaltenen Abfalls sind diese Wassersysteme für Bioverschmutzung besonders anfällig.
Um eine Bioverschmutzung zu kontrollieren, hat der Stand der Technik traditionell ein betroffenes Wassersystem mit Chemikalien (Bioziden) in Konzentrationen behandelt, die ausreichend sind, um das Wachstum der bioverschmutzenden Organismen deutlich zu hemmen oder diese zu töten. Siehe z. B. die US-Patente Nr. 4,293,559 und 4,295,932. Zum Beispiel wurde Chlorgas und Hypochloritlösungen, die mit dem Gas hergestellt wurden, lange zu Wassersystemen hinzugefügt, um das Wachstum von Bakterien, Pilzen, Algen und anderen störenden Organismen zu hemmen oder diese zu töten. Jedoch können Chlorverbindungen nicht nur Materialien beschädigen, die zur Herstellung wässrigen Systeme verwendet werden, sie können auch mit Organischem reagieren, um erwünschte Substanzen in den ausgehenden Strömen auszubilden, wie karzinogene Chlormethane und chlorinierte Dioxine. Es wurden auch bestimmte organische Verbindungen wie Methylenbisthiocyanat, Dithiocarbamate, Haloorganika und quatemäre Ammoniumtenside verwendet. Während viele von diesen durchaus effizient im Abtöten von Mikroorganismen oder der Hemmung von deren Wachstum sind, können sie auch toxisch oder schädigend für Menschen, Tiere oder andere Nicht-Zielorganismen sein.
Ein möglicher Weg zur Kontrolle der Bioverschmutzung von wässrigen Systemen, der die damit assoziierten eingetauchten Oberflächen umfasst, wäre es, die bakterielle Anheftung an eingetauchte Oberfläche innerhalb des wässrigen Systems zu verhindern oder zu hemmen. Dieses kann natürlich unter Verwendung von Mikrobioziden geschehen, welche jedoch im Allgemeinen an einigen der oben genannten Nachteilen leiden. Als eine Alternative stellt die vorliegende Erfindung Verfahren und Zusammensetzungen zur Verfügung, die nützlich sind, um bakterielles Anheften an eine eingetauchte oder eintauchbare Oberfläche wesentlich zu hemmen und die Bioverschmutzung der wässrigen Systeme zu kontrollieren. Die Erfindung macht die Nachteile der vorangegangenen Verfahren obsolet. Andere Vortei- le dieser Erfahrung ergeben sich aus einem Lesen der Beschreibungen und der beigefügten Ansprüche.
JP-A-05186302 offenbart ein biobewuchshemmendes Agens zur Verhinderung der Anheftung von aquatischen Organismen an eingetauchte Oberflächen wie die Rümpfe von Schiffen. Das Agens, das aus einer Reaktion einer veresterten Fettsäure (z. B. Palmenöl) mit Ethylenoxid erhalten wird, hat die Formel (1) R₁COO (CH₂CH₂O)_mH [n = 0, R₂ = N].
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines Polyglykolfettsäureesters zur Kontrolle von biologischen Verschmutzungen eines wässrigen Systems ohne im Wesentlichen die Bakterien in besagtem System abzutöten, durch den Zusatz des besagten Polyglykolfettsäureesters zu dem wässrigen System, wodurch Bakterien daran gehindert werden, an eine eingetauchte Oberfläche innerhalb des wässrigen Systems anzuhaften, wobei der Polyglykolfettsäureester: der Monoester von Diethylenglykol und einer Fettsäuremischung, enthaltend ungefähr 46 Gew.-% Iso-Ölsäure, 37 Gew.-% Ölsäure und 17 Gew.-% gesättigte Säuren; der Monoester von Diethylenglykol und einer großen Ölfettsäure; der Diester einer großen Ölfettsäure und ein Polyglykols, ausgewählt aus einem propoxylierten Glyzerin mit einem Molekulargewicht von 250 oder 3000; oder der Monoester einer großen Ölfettsäure und eines Polyethylenglykols mit einem Molekulargewicht von 400; oder einer Mischung davon ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Zusammensetzung zur Kontrolle von biologischen Verschmutzungen eines wässrigen Systems, umfassend bestimmte der oben definierten Polyglykolfettsäureester in einer Menge, die wirksam ist, um Bakterien daran zu hindern, an eine eingetauchte Oberfläche innerhalb des wässrigen Systems anzuhaften.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle von biologischen Verschmutzungen eines wässrigen Systems. Ein wässriges System umfasst nicht nur die wässrige Flüssigkeit oder Flüssigkeit, die durch das System fließt, sondern auch die eingetauchten Oberflächen, die mit dem System assoziiert sind. Eingetauchte Oberflächen sind solche Oberflächen, die in Kontakt mit der wässrigen Flüssigkeit oder der Flüssigkeit stehen. Eingetauchte Oberflächen umfassen, sind aber nicht eingeschränkt auf, die Innenseiten von Rohren und Pumpen, die Wände von Kühltürmen oder einer Eingangsbox, Wärmetauscher oder Siebe, etc. Kurz gefasst, Oberflächen, die in Kontakt mit der wässrigen Flüssigkeit oder der Flüssigkeit stehen, sind eingetauchte Oberflächen und werden als Teil des wässrigen Systems betrachtet.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung fügt mindestens einen Polyglykolfettsäureester in einer Menge zu dem wässrigen System, die wirksam die Bakterien an der Anheftung an eine eingetauchte Oberfläche innerhalb des wässrigen Systems hindert. Bei der verwendeten Konzentration kontrolliert dieses Verfahren wirksam Bioverschmutzungen des wässrigen Systems, ohne die Bakterien im Wesentlichen zu töten.
"Kontrolle von biologischen Verschmutzungen" des wässrigen Systems bedeutet, die Menge oder das Ausmaß der biologischen Verschmutzung bei oder unterhalb eines gewünschten Grades zu kontrollieren sowie für einen gewünschten Zeitraum für das jeweilige System. Dieses kann Bioverschmutzungen aus dem wässrigen System eliminieren, die Bioverschmutzung auf einen gewünschten Grad verringern oder die Bioverschmutzung vollständig oder über einen gewünschten Grad hinaus verhindern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung bedeutet "die Hemmung von Bakterien an der Anheftung" an eine eingetauchte Oberfläche innerhalb des wässrigen Systems, eine geringe oder unwesentliche Menge bakterieller Anheftung für einen gewünschten Zeitraum für das jeweilige System zuzulassen. Vorzugsweise kommt es im Wesentlichen zu keinerlei bakterieller Anheftung und mehr bevorzugt wird die bakterielle Anheftung verhindert. Unter Verwendung eines Polyglykolfettsäureesters gemäß der Erfindung kann in vielen Fällen ein Aufbrechen oder Reduzieren anderer existierender anhaftender Mikroorganismen auf nicht nachweisbare Mengen erreicht werden und dieser Grad für einen wesentlichen Zeitraum aufrecht erhalten werden.
Während einige Polyglykolfettsäureester eine biozidale Aktivität bei Konzentrationen oberhalb bestimmter Grenzmengen aufzeigen, hemmen Polyglykolfettsäureester wirksam die bakterielle Anheftung bei Konzentrationen, die im Allgemeinen unterhalb dieser Grenzmengen liegen. Gemäß der Erfindung hemmt der Polyglykolfettsäureester die bakterielle Anheftung ohne im Wesentlichen die Bakterien zu töten. Somit liegt die wirksame Menge eines Polyglykolfettsäureesters, der gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, deutlich unter seiner toxischen Grenzmenge, wenn der Polyglykolfettsäureester auch biozidale Eigenschaften aufweist. Zum Beispiel kann die Konzentration des Polyglykolfettsäureesters zehn- oder mehrfach unterhalb seiner toxischen Grenzmenge liegen. Vorzugsweise sollte der Polyglykolfettsäureester nicht-Zielorganismen, die im dem wässrigen System vorhanden sein können, nicht schädigen.
Ein Polyglykolfettsäureester oder eine Mischung von Polyglykolfettsäureestern kann verwendet werden, um Bioverschmutzungen in einer ganzen Reihe wässriger Systeme wie den oben diskutierten zu kontrollieren. Diese wässrigen Systeme umfassen, sind aber nicht eingeschränkt auf, industrielle wässrige Systeme, wässrige Sanitärsysteme und wässrge Freizeitsysteme. Wie oben diskutiert sind Beispiele industrieller wässriger Systeme Metallbearbeitungsflüssigkeiten, Kühlwässer (z. B., eingehendes Kühlwasser, ausgehendes Kühlwasser und rezirkulierendes Kühlwasser) und andere rezirkulierende Wassersysteme, wie solche, die in der Papier- oder Textilherstellung verwendet werden. Sanitär-wässrige Systeme umfassen Abwassersysteme (z. B., industrelle, private und kommunale Abwässersysteme), Toiletten und Wasserbehandlungssysteme (z. B., Abwasserbehandlungssysteme). Schwimmbäder, Fontänen, dekorative oder Zierteiche, Teiche oder Bäche, etc., stellen Beispiele solcher Freizeitwassersysteme dar.
Die wirksame Menge eines Polyglykolfettsäureesters, um Bakterien an der Anheftung an eine eingetauchte Oberfläche in einem jeweiligen System zu hemmen, wird abhängig von dem zu schützenden wässrigen System, den Bedingungen für mikrobielles Wachstum, dem Ausmaß einer existierenden Bioverschmutzung und dem Grad der gewünschten Bioverschmutzungskontrolle variieren. Für eine bestimmte Anwendung, kann die Menge der Wahl durch routinemäßiges Testen verschiedener Mengen vor der Behandlung des gesamten betroffenen Systems bestimmt werden. Im Allgemeinen liegt eine in einem wässrigen System verwendete wirksame Menge im Bereich von ungefähr 1 bis ungefähr 500 ppm und mehr bevorzugt von ungefähr 20 bis 100 ppm des wässrigen Systems.
Die Polyglykolfettsäureester können durch eine Standardesterfizierungsreaktion unter Reagieren des Polyglykols mit einer Fettsäure hergestellt werden. Für Monoester liegt das Verhältnis von Polyglykol zu Fettsäure bei 1 : 1 und für Diester bei 1 : 2. Die Reaktion verwendet typischerweise eine kleine Menge eines dehydrierenden Katalysators wie Schwefelsäure. Die Reagenzien werden im Allgemeinen unter Vakuum erhitzt, z. B. auf Temperaturen im Bereich von ungefähr 100–140°C, für ungefähr 1–2 Stunden. Die Reaktion wird typischennreise als vollständig angesehen, wenn weniger als ungefähr 4% freie Fettsäure zurückbleibt. Der Fortgang der Reaktionen kann durch Titrierung oder FTIR beobachtet werden. Wasser, ein Nebenprodukt der Reaktion, wird im Allgemeinen abdestilliert oder azeotrop aus der Produktmischung entfernt und verworfen.
Die Polyglykole, die in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, sind Diethylenglykol; propoxylierte Glyzerine mit Molekulargewichten von 250 bis 3000, die von Dow Chemical unter den Markennamen PT 250 und PT 3000 verfügbar sind; und Polyethylenglykol mit einem Molekulargewicht von 400, das von der Olin Chemical Company of Brandenburg, KY unter dem Markennamen PEG 400 verfügbar ist.
Fettsäuren sind Carbonsäuren, die in tierischem oder pflanzlichem Fett oder Öl enthalten sind oder daraus abgeleitet werden. Fettsäuren bestehen aus einer Kette von Alkylgruppen, die ungefähr 4 bis ungefähr 22 Kohlenstoffatome enthalten (normalerweise geradzahlige) und weisen eine terminale Carbonsäuregruppe auf. Fettsäuren können geradkettig oder verzweigt, gesättigt oder ungesättigt und sogar aromatisch sein. In der vorliegenden Erfindung verwendete Fettsäuren sind große ölige Fettsäuren (tall oil fatty acid, TOFA), welche hauptsächlich eine Mischung aus Ölsäure (~45 Gew.-%) und Linolsäure (~36 Gew.-%) und anderen Fettsäuren sind, die von der Arizona Chemical Company, Panama City, Florida verfügbar sind und die Mischung von Fettsäuren, die unter dem Markennamen Century MO-5 von der Union Camp Chemical Company of Jacksonville, Florida vertrieben wird. Die Century MO-5 Fettsäuremischung enthält ungefähr 46 Gew.-% Iso-Ölsäure, 37 Gew.-% Ölsäure und 17 Gew.-% gesättigte Fettsäuren wie Palmitinsäure und Stearinsäure.
Die Verfahren gemäß der Erfindung können Teil einer Gesamtwasserbehandlungsstrategie sein. Der Polyglykolfettsäureester kann mit anderen Wasserbehandlungschemikalien, insbesondere mit Bioziden (z. B. Algiziden, Fungiziden, Bakterioziden, Molluskiziden, Oxidationsmitteln, etc.), Fleckentfernern, Aufklarungsmitteln, Flockungsmitteln, Koagulanzien und anderen Chemikalien, die typischerweise in der Wasserbehandlung verwendet werden, verwendet werden. Zum Beispiel können eingetauchte Oberflächen mit einem Polyglykolfettsäureester als Vorbehandlung in Kontakt gebracht werden, um die bakterielle Anheftung zu hemmen und dann in ein wässriges System unter Verwendung eines Mikrobiozids platziert werden, um das Wachstum der Mikroorganismen zu kontrollieren. Oder ein wässriges System, das eine schwere biologische Verschmutzung erfährt, kann zuerst mit einem geeigneten Biozid behandelt werden, um die existierende Bioverschmutzung zu überwinden. Ein Polyglykolfettsäureester kann dann eingesetzt werden, um das wässrige System aufrechtzuerhalten.
Alternativ dazu kann ein Polyglykolfettsäureester in Kombination mit einem Biozid verwendet werden, um Bakterien an der Anheftung an eingetauchte Oberflächen innerhalb des wässrigen Systems zu hemmen, während das Biozid wirkt, um das Wachstum von Mikroorganismen in dem wässrigen System zu kontrollieren. Solch eine Kombination ermöglicht im Allgemeinen die Verwendung von weniger Mikrobiozid.
Das "Kontrollieren des Wachstums der Mikroorganismen" in einem wässrigen System bedeutet die Kontrolle bei, auf oder unter eine gewünschte Menge für einen gewünschten Zeitraum für das jeweilige System. Das kann das Eliminieren der Mikroorganismen oder das Verhindern von deren Wachstum in den wässrigen Systemen sein.
Die Polyglykolfettsäureester können in den Vertahren der Erfindung als Feststoff- oder Flüssigformulierung verwendet werden. Dementsprechend betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Zusammensetzung, enthaltend einen Polyglykolfettsäureester. Die Zusammensetzung umfasst mindestens einen Polyglykolfettsäureester in einer Menge, die wirksam ist, um Bakterien an der Anheftung an eine eingetauchte Obertläche innerhalb eines wässrigen Systems zu hindern. Wenn sie in Kombination mit einer anderen Wasserbehandlungschemikalie, wie einem Biozid, verwendet wird, kann die Zusammensetzung auch die Chemikalie enthalten. Falls gemeinsam formuliert, sollten der Polyglykolfettsäureester und die Wasserbehandlungschemikalie keine nachteiligen Wechselwirkungen eingehen, die deren Wirksamkeit in dem wässrigen System verringem oder eliminieren würden. Getrennte Formulierungen sind bevorzugt, wenn nachteilige Wechselwirkungen vorkommen können.
Abhängig von seiner Verwendung kann eine Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung in verschiedenen auf dem Gebiet bekannten Formen hergestellt werden. Zum Beispiel kann die Zusammensetzung in flüssiger Form als Lösung, Dispersion, Emulsion, Suspension oder Paste hergestellt werden; eine Dispersion, Suspension oder Paste in einem Nicht-Lösungsmittel; oder als eine Lösung durch Auflösen des Polyglykolfettsäureesters in einem Solvenz oder einer Kombination von Solvenzien. Geeignete Solvenzien umfassen, sind aber nicht eingeschränkt auf, Azeton, Glykole, Alkohole, Ether oder andere wasserdispergierbare Solvenzien. Wässrige Formulierungen sind bevorzugt.
Die Zusammensetzung kann als ein Flüssigkeitskonzentrat zur Verdünnung vor der vorgesehenen Verwendung hergestellt werden. Übliche Additive wie Tenside, Emulgatoren, Dispergierungsmittel und Ähnliche können wie auf dem Gebiet bekannt ist, verwendet werden, um die Löslichkeit des Polyglykolfettsäureesters oder anderer Komponenten in einer Flüssigzusammensetzung oder einem System, wie einer wässrigen Zusammensetzung oder einem System, zu erhöhen. In vielen Fällen kann die Zusammensetzung der Erfindung durch einfaches Rühren solubilisiert werden. Farbstoffe und Geruchsmittel können auch für geeignete Anwendungen wie Toilettenwasser verwendet werden.
Eine Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann auch in fester Form hergestellt werden. Zum Beispiel kann der Polyglykolfettsäureester als Pulver oder Tablette unter Verwendung von Mitteln, die auf dem Gebiet bekannt sind, formuliert werden. Die Tabletten können eine Reihe von Hilfsstoffen, die auf dem Gebiet der Tablettierung bekannt sind, wie Farbstoffe oder andere Farbmittel und Parfüme oder Geruchsstoffe enthalten. Andere auf dem Gebiet bekannte Komponenten wie Füllstoffe, Bindemittel, Gleitmittel, Schmierstoffe oder Antianheftungsmittel können auch mit umfasst werden. Diese letzteren Komponenten können mit umfasst werden, um Tablettierungseigenschaften und/oder den Tablettierungsprozess zu verbessern.
Die folgenden illustrierenden Beispiele werden gegeben, um die Natur der Erfindung deutlicher zu offenbaren. Es ist jedoch zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die jeweiligen Bedingungen oder Details, die in solchen Beispielen dargestellt werden, eingeschränkt ist.
BEISPIELE:
Testverfahren: Das folgende Verfahren definiert wirksam die Fähigkeit einer chemischen Verbindung, eine bakterielle Anheftung zu verhindern oder die Ausbildung von existierenden anheftenden Mikroorganismen auf verschiedenen Arten von Oberflächen anzugreifen. Als Überblick wurden Bioreaktoren konstruiert, in denen ungefähr 1 Inch × 3 Inch – Platten (2,5 cm × 7,5 cm; Glas, Polystyrol, Metall) an der Kante des Bioreaktors fixiert wurden. Die unteren Enden (ungefähr 2 Inch, 5 cm) der Platten tauchten in ein bakterielles Wachstumsmedium (pH 7) innerhalb des Bioreaktors, das eine bekannte Konzentration der Testchemikalie enthielt.
Nach der Inokulation mit bekannten bakteriellen Spezies wurden die Testlösungen kontinuierlich für 3 Tage gerührt. Es sei denn, dieses wird in den Ergebnissen unten anders angezeigt, war das Medium in dem Bioreaktor am Ende von 3 Tagen trüb. Diese Trübung zeigte, dass die Bakterien in dem Medium trotz der Gegenwart der getesteten Chemikalie proliferierten. Dieses zeigt auch, dass die Chemikalie bei der getesteten Konzentration im Wesentlichen keine biozide (bakteriozide) Aktivität aufzeigte. Ein Färbeverfahren wurde dann auf den Platten verwendet, um die Menge an Bakterien zu bestimmen, die auf der Obertläche der Scheiben anhefteten.
Konstruktion von Bioreaktoren: Die Bioreaktoren umfassten einen 400 ml Glasbecher, auf den ein Deckel (Deckel einer Standard Glaspetrischale mit 9 cm Durchmesser) platziert wurde. Während der Deckel entfernt war, wurden Platten des ausgewählten Materials an einem Ende mit Klebeband versehen und in den Bioreaktor von der Oberkante des Becherglases abgehängt. Dieses ermöglichte es den Platten, in das Testmedium eingetaucht zu werden. Typischerweise wurden vier Platten (Replikate) einheitlich um den Bioreaktor gestellt. Die unten gezeigte Bewertung ist der Durchschnitt der vier Replikate. Ein magnetischer Rührstab wurde auf den Boden der Einheit platziert, der Deckel aufgesetzt und der Bioreaktor autoklaviert. Zwei verschiedene Arten von Material wurden als Platten verwendet, Polystyrol (Polystyr.) als eine hydrophobe Oberfläche und Glas als eine hydrophile Oberfläche.
Bakterielles Wachstumsmedium: Das in den Bioreaktoren verwendete Flüssigmedium wurde zuvor durch Delaquis, et al., "Detachment of Pseudomonas fluorescens From Biofilms On Glass Surfaces In Response To Nutrient Stress", Microbial Ecology 18: 199–210, 1989 beschrieben. Die Zusammensetzung des Mediums war:

Glukose 1,0 g

K₂HPO₄ 52, g

KH₂PO₄ 2,7 g

NaCl 2,0 g

NH₄Cl 1,0 g

MgSO₄·7H₂O 0,12 g

Spurenelement 1,0 ml

Deionisiertes H₂O 1,0 l

Spurenelementlösung:

CaCl₂ 1,5 g

FeSO₄·7H₂O 1,0 g

MnSO₄·2H₂O 0,35 g

NaMoO₄ 0,5 g

Deionisiertes H₂O 1,0 l
Das Medium wurde autoklaviert und dann abkühlen gelassen. Wenn ein Sediment in dem autoklavierten Medium ausgebildet wurde, wurde das Medium durch Schütteln vor der Verwendung resuspendiert.
Herstellung bakterieller Inokula: Bakterien der Genera Bacillus, Flavobacterium und Pseudomonas wurden aus einer Papiermühlenschleimablagerung isoliert und in einer kontinuierlichen Kultur aufbewahrt. Die Testorganismen wurden separat auf Plattenzählagar ausgestrichen und bei 30°C für 24 Stunden inkubiert. Mit einem sterilen Baumwollbällchen wurden Teile der Kolonien entfernt und in sterilem Wasser suspendiert. Die Suspensionen wurden sehr gut vermischt und auf eine optische Dichte von 0,858 (Bacillus), 0,625 (Flavobacterium) und 0,775 (Pseudomonas) bei 686 nm eingestellt.
Biofilmherstellung/chemisches Testen: Zu vier getrennten Bioreaktoren wurden 200 ml des oben hergestellten sterilen Medium hinzugefügt. Chemikalien, die als Biodispersionsmittel zu untersuchen sind, wurden zuerst als Stammlösung (40 mg / 2 ml) unter Verwendung von entweder Wasser oder einer 9 : 1 Azeton : Methanol-Mischung (Az/MeOH) als Lösungsmittel hergestellt. Eine 1,0 ml Probe der Stammlösung wurde zu dem Bioreaktor unter moderatem, kontinuierlichem, magnetischem Rühren hinzugefügt. Dieses ergab eine ursprüngliche Konzentration von 100 ppm für die Testverbindung. Ein Bioreaktor (Kontrolle) enthält keine Testverbindung. Proben (0,5 ml) von jeder der drei bakteriellen Suspensionen wurden dann in jeden Bioreaktor eingeführt. Die Bioreaktoren wurden dann mit kontinuierlichem Rühren für 3 Tage versehen, um eine Erhöhung der bakteriellen Population und Ablagerung der Zellen auf der Oberfläche der Platten zu ermöglichen.
Evaluierung der Ergebnisse: Die folgenden Verbindungen wurden unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens untersucht: Der Monoester von Diethylenglykol und Centun MO-5, Verbindung a; der Diester von PT 250 und der großen öligen Fettsäure (TOFA), Verbindung c; der Diester von PT 3000 und der großen öligen Fettsäure (TOFA), Verbin dung d; der Monoester von PEG 400 und der großen öligen Fettsäure (TOFA), Verbindung e; und der Monoester von Diethylenglykol und der großen öligen Fettsäure (TOFA), Verbindung f.
Nachdem der Test vollständig war, wurden die Platten aus den Bioreaktoren entfernt und vertikal positioniert, um Lufttrocknen zu ermöglichen. Der Grad der Anheftung der Bakterien an die Testoberfläche wurde dann unter Verwendung eines Färbeverfahrens abgeschätzt. Die Platten wurden kurz angeflammt, um die Zellen auf der Oberfläche zu fixieren und dann für zwei Minuten in einen Behälter mit Gram Crystal Violet (DIFCO Laboratories, Detroit, MI) transferiert. Die Platten wurden vorsichtig unter laufendem Wasser abgespült und dann vorsichtig abgetupft. Der Grad der bakteriellen Anheftung wurde dann durch visuelle Untersuchung und subjektive Bewertung von jeder Platte bestimmt. Die Intensität der Färbung ist direkt proportional zur Menge der bakteriellen Anheftung. Die folgenden Biofilm-Bewertungen sind gegeben:
0 = im Wesentlichen keine
1 = kaum
2 = gering
3 = moderat
4 = schwer
Chemische Behandlungen wurden relativ zur Kontrolle bewertet, die typischerweise einen Durchschnittswert für vier Bioreaktorplatten im Bereich von 3–4 erhielt. Von Verbindungen, die einen Durchschnittswert im Bereich von 0–2 erhalten, wurde angenommen, dass sie wirksam sind, um die Anheftung von Bakterien an eingetauchte Platten zu verhindern. Die Ergebnisse werden in der folgenden Tabelle gezeigt.
Minimale hemmende Konzentration (minimum inhibitory concentration, MIC) für jede Verbindung gegen das Bakterium E. Aerogenes unter Verwendung eines 18 Stunden Basal-Salz-Tests sowohl bei pH 6 wie auch pH B.

Claims

Verwendung eines Polyglykolfettsäureesters zur Kontrolle von biologischen Verschmutzungen eines wässrigen Systems ohne im Wesentlichen die Bakterien in besagtem System abzutöten, durch den Zusatz des besagten Polyglykolfettsäureesters zu dem wässrigen System, wodurch Bakterien daran gehindert werden, an eine eingetauchte Oberfläche innerhalb des wässrigen Systems anzuhaften, wobei der Polyglykolfettsäureester: der Monoester von Diethylenglykol und einer Fettsäuremischung, enthaltend ungefähr 46 Gew.-% Iso-Ölsäure, 37 Gew.-% Ölsäure und 17 Gew.-% gesättigte Säuren; der Monoester von Diethylenglykol und einer großen Ölfettsäure; der Diester einer großen Ölfettsäure und eines Polyglykols, ausgewählt aus einem propoxylierten Glyzerin mit einem Molekulargewicht von 250 oder 3000; oder der Monoester einer großen Ölfettsäure und eines Polyethylenglykols mit einem Molekulargewicht von 400; oder einer Mischung davon ist.
Verwendung wie in Anspruch 1 beansprucht, worin die Menge des Polyglykolfettsäureesters im Bereich von 10 ppm bis 500 ppm liegt.
Verwendung wie in Anspruch 1 oder Anspruch 2 beansprucht, worin das wässrige System ein industrielles Wassersystem, ausgewählt aus einem Kühlwassersystem, einem Flüssigkeitssystem zur Metallbearbeitung, einem Papiermühlenwassersystem und einem Wassersystem zur Textilherstellung, ist.
Verwendung wie in Anspruch 1 oder Anspruch 2 beansprucht, worin das wässrige System ein freizeitbedingtes Wassersystem, ausgewählt aus einem Schwimmbad, einem Springbrunnen, einem Zierteich, und einem Zierbachiauf ist.
Verwendung wie in Anspruch 1 oder Anspruch 2 beansprucht, worin das wässrige System ein Sanitärwassersystem, ausgewählt aus einem Toilettenwassersystem, einem Zisternenwassersystem, einem septischen Wassersystem und einem Abwasserbehandlungssystem,ist.
Verwendung wie in einem der Ansprüche 1 bis 5 beansprucht, zusätzlich umfassend den Zusatz eines Biozids zu dem wässrigen System, um das Wachstum eines Mikroorganismus in dem wässrigen System zu kontrollieren.
Verwendung wie in Anspruch 6 beansprucht, worin besagtes wässriges System aus einem industriellen Wassersystem, einem Freizeitwassersystem oder einem Sanitärabwassersystem ausgewählt ist.
Verwendung wie in einem der Ansprüche 1 bis 7 beansprucht, worin die eingetauchte Oberfläche ein Schiffsrumpf, ein Bootsrumpf, eine marine Struktur, eine Zahnoberfläche, die Oberfläche eines medizinischen Implantats oder eine Oberfläche eines wässrigen Systems ist.
Eine Zusammensetzung zur Kontrolle von biologischen Verschmutzungen eines wässrigen Systems, umfassend mindestens einen Polyglykolfettsäureester, der in der Lage ist, Bakterien an der Anheftung an eine eingetauchte Oberfläche innerhalb des wässrigen Systems zu hindern, wobei der Polyglykolfettsäureester: der Monoester von Diethylenglykol und einer großen Ölfettsäure; der Diester einer großen Ölfettsäure und eines Polyglykols, ausgewählt aus einem propoxylierten Glyzerin mit einem Molekulargewicht von 250 oder 3000; oder der Monoester einer großen Ölfettsäure und eines Polyethylenglykols mit einem Molekulargewicht von 400; oder einer Mischung davon ist.
Eine Zusammensetzung wie in Anspruch 10 beansprucht, die des Weiteren ein Biozid in einer Menge umfasst, das zur Kontrolle des Wachstums eines Mikroorganismus in dem wässrigen System wirksam ist.