SK39598A3

SK39598A3 - Methods and compositions for controlling biofouling using n-alkyl heterocyclic compounds

Info

Publication number: SK39598A3
Application number: SK395-98A
Authority: SK
Inventors: Marylin S Whittemore; Daniel E Glover; Joe C Steelhammer; Stephen D Bryant
Original assignee: Buckman Labor Inc
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1996-09-27
Publication date: 1998-09-09
Also published as: JPH11512715A; EP0874783A1; DE69628043D1; CA2233308C; NZ319853A; US5902808A; PT874783E; CA2233308A1; CZ93598A3; EP0874783B1; AU721522B2; ES2201203T3; ZA967821B; AR008746A1; DE69628043T2; AU7247096A; NO981405D0; BR9610782A; ATE239673T1; NO981405L

Description

Mikroorganizmy priľnievajú na rozmanitých povrchoch, zvlášť na takých povrchoch, ktoré sú v styku s vodnými kvapalinami, ktoré sú vhodným prostredím na mikrobiálny rast. Napríklad sú známe mikroorganizmy, ktoré prilipnievajú na trupoch lodí, na morských stavbách, na zuboch, na lekárskych implantantoch, na chladiacich vežiach a na výmenníkoch tepla. Prilipnutím na týchto ponorených alebo ponoriteľných povrchoch môžu organizmy tento povrch znečistiť alebo môžu spôsobiť jeho zhoršenie.

Pri cicavcoch (napr. u ľudí, domácich zvierat a domácich miláčikov) môžu mikroorganizmy, ktoré prilipli na povrchu, viesť k zdravotným problémom. Napríklad povlak pochádza od mikroorganizmov, ktoré prilipli na povrchu zubov. Lekárske implantanty s nechcenými mikroorganizmami, ktoré prilipli na ich povrchu, sa často potiahnu povlakom a musia sa nahradiť.

Vedecké štúdie ukázali, že prvým stupňom biologického znečistenia vo vodných systémoch je zvyčajne tvorba tenkého biologického filmu na ponorených alebo ponoriteľných povrchoch, t. j. na povrchoch vystavených pôsobeniu vodného systému. Pripojenie mikroorganizmov, ako sú baktérie, na ponorenom povrchu a ich kolonizácie sa zvyčajne považuje za skutočnosť, ktorá vedie k tvorbe biologického filmu a modifikuje povrch v prospech vývoja zložitejšej zostavy organizmov, ktorá spôsobí postupné biologické znečistenie vodného systému a jeho ponorených povrchov. Všeobecný prehľad mechanizmov dôležitých pre biologický film, ako počiatočný stupeň biologického znečistenia, podáva C. A. Kent v „Biological Fouling: Basic Science ans Models“ (Melo L. F., Bott T. R., Bernardo C. A. (red.), Fouling Science and Technology, NATO ASI Šerieš, šerie E, Applied Sciences: č. 145, Kluwer Acad. Publishers, Dordrecht, Holandsko, 1988). Medzi ďalšie literárne odkazy patria M. Fletecher 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 spoľ. FEMS Microbiology Letters 0987, 42, 91 až 101.

Bioznečistenie alebo biologické znečistenie predstavuje trvalé ťažkosti alebo problém pri rozmanitých vodných systémoch. Biologické znečistenie, ako mikrobiologické tak makrobiologické znečistenie, je spôsobené rastom mikroorganizmov, makroorganizmov, mimobunkových látok a špinou a zvyškami buniek, ktoré sa zachytávajú v biologickej hmote. Medzi organizmy, ktoré sú tu zahrnuté, patria také mikroorganizmy, ako sú baktérie, huby, kvasinky, riasy, rozsievky, prvoky a makroorganizmy, ako sú makroriasy, ulitníci a malí mäkkýši, ako sú ázijskí mlži (škeble; Bivalvia) alebo pruhovaní plži (mušle; Pulmonalia).

Iným chybným prejavom biologického znečistenia, ktoré sa vyskytuje vo vodných systémoch, zvlášť vo vodných kvapalinách pri priemyselnej výrobe, je tvorba slizu. K tvorbe slizu môže dochádzať v systémoch s čerstvou, poloslanou alebo slanou vodou. Sliz pozostáva zo spojených usadenín mikroorganizmov, vlákien a zvyškov buniek. Môže byť lepkavý, pastovitý, kaučukovitý, podobať sa škrobu (tapoike) alebo môže byť tvrdý a môže mať charakteristický nežiadúci zápach, ktorý je iný ako zápach vodného systému, v ktorom sa vytvoril. Mikroorganizmy zúčastňujúce sa tvorby slizu sú primárne rôzne druhy baktérií tvoriace spóry a baktérii netvoriace spóry, zvlášť baktérie uzavreté v tobolkách, ktoré vylučujú želatínové látky, ktoré obaľujú bunky alebo ich uzatvárajú do púzdra. Medzi slizké mikroorganizmy patria tiež vláknité baktérie, vláknité huby typu plesní, kvasinky a organizmy podobné kvasinkám.

Biologické znečistenie, ktoré často degraduje vodný systém, sa môže samé prejavovať ako rôzne problémy, ako je strata viskozity, tvorba plynu, závadné pachy, znížené pH, zmena farby a gelovatenie. Degradácia vodného systému môže tak spôsobiť znečistenie systému, ktorý túto vodu používa, medzi ktorý môžu patriť napríklad chladiace veže, pumpy, výmenníky tepla a potrubia, systémy na dodávanie tepla, čistiace systémy a ďalšie podobné systémy.

Biologické znečistenie môže mať priamy nepriaznivý ekonomický dopad, ak k nemu dochádza vo vodách pri priemyselnej výrobe, napríklad v chladiacich vodách, v kvapalinách používaných pri opracovávaní kovov alebo v iných recirkulačných vodných systémoch, ako sú systémy používané v papierenskom alebo textilnom priemysle. Ak sa nereguluje, môže biologické znečistenie vôd v priemyselnej výrobe interferovať s výrobnými operáciami, znižovať účinnosť výroby, plytvať energiou, upchávať systém pracujúci s vodou a dokonca znižovať kvalitu výrobku.

Napríklad systémy s chladiacou vodou, používané v elektrárňach, rafinériách, chemických továrňach, systémoch typu „air-condition“ a pri ďalších priemyselných operáciách, sa často stretávajú s problémami biologického znečistenia. Organizmy zo vzduchu z chladiacich veží rovnako ako organizmy z vody zo zásobníka systému dodávajúceho vodu zvyčajne znečisťujú tieto vodné systémy. Voda v týchto systémoch všeobecne predstavuje výborné rastové prostredie pre tieto organizmy. Vo vežiach kvitnú aeróbne a heliotropné organizmy. Iné organizmy rastú na takých plochách, ako je kalový zachytávač, potrubia, výmenníky tepla atď. a osídľujú ich. Ak sa neregulujú, môžu výsledné biologické znečistenia upchať zachytávače, blokovať potrubia a potiahnuť povrchy výmenníka tepla vrstvami slizu a ďalších biologických povlakov. To zabraňuje príslušným výrobným operáciám, znižuje účinnosť chladenia a, možno ešte dôležitejšiu vec, zvyšuje cenu celej výroby.

Priemyselné výroby podliehajúce biologickému znečisteniu zahrňujú tiež papierenský priemysel, výrobu buničiny, papiera, lepenky atď., a textilný priemysel, zvlášť výrobu netkaných textílií vyrábaných z vodného prostredia. V týchto priemyselných výrobách zvyčajne recirkulujú veľké množstvá vody za takých podmienok, ktoré sú priaznivé pre rast organizmov spôsobujúcich biologické znečistenie.

Napríklad papierenské stroje používajú v recirkulačných systémoch, ktoré sa nazývajú „systémy s bielou vodou“, veľmi veľké objemy vody. Základ dodávaný papierenskému stroju typicky obsahuje iba asi 0.5 % vláknitých a nevláknitých pevných látok na výrobu papiera, čo znamená, že na každú jednu tonu papiera prejde nátokovou skriňou takmer 200 ton vody. Väčšina tejto vody recirkuluje v systéme s bielou vodou. Systémy s bielou vodou predstavujú vynikajúce rastové prostredie pre mikroorganizmy spôsobujúce biologické znečistenie. Tento rast môže viesť k tvorbe slizu a ďalších usadenín v nátokových skriniach, vo vodovodných potrubiach a v zariadeniach na výrobu papiera. Toto biologické znečistenie môže nielen interagovať s tokom vody a zásob, ale ak sa stratí, môže spôsobovať škvrny, diery a nepríjemné zápachy v papieri rovnako ako trhliny v tkanine - drahé prerušenie operácií papierenského stroja.

Biologické znečistenie rekreačných vôd, ako sú bazény alebo kúpele, alebo okrasných vodných systémov, ako sú rybníky alebo fontány, môže ľudí od ich používania silne odpudzovať. Biologické znečistenie často vedie k závadným zápachom. Dôležitejšie je, zvlášť pri rekreačných vodách, že biologické znečistenie môže znižovať kvalitu vody do takej miery, že sa voda stane nevhodná na použitie a že môže dokonca predstavovať zdravotné riziko.

Tiež sanitárne vody, podobne ako vody používané v priemyselnej výrobe a rekreačné vody, sú chúlostivé na biologické znečistenie a s tým súvisiacimi problémami. Medzi sanitárne vody patrí toaletná voda, cisternová voda, septická voda a vody na ošetrenie kalov. Vzhľadom k povahe odpadu obsiahnutého v sanitárnych vodách sú tieto vodné systémy zvlášť citlivé na biologické znečistenie.

Na reguláciu biologického znečistenia sa takto ovplyvnený vodný systém tradične v oblasti techniky ošetruje chemikáliami (biocídmi) v takých koncentráciách, ktoré sú dostatočné na zničenie alebo na inhibíciu väčšej časti rastu organizmov spôsobujúcich biologické znečisťovanie. Pozri napr. USA patenty číslo 4 293 559 a 4 295 932. Napríklad plynný chlór a roztoky chlornanu vyrobené z plynu sa dlhú dobu pridávali k vodným systémom, aby ničili alebo inhibovali rast baktérií, húb rias a ďalších obtiažnych mikroorganizmov. Chlórové zlúčeniny však môžu nielen poškodzovať materiály použité na konštrukciu vodných systémov, ale môžu tiež reagovať s organickými látkami za vzniku nežiadúcich látok v tekúcich prúdoch, ako sú karcinogenné chlórmetany a chlórované dioxíny. Používali sa tiež niektoré organické zlúčeniny, ako je metylénbistiokyanát, ditiokarbamáty, halogenované organické látky a kvartéme amóniové povrchovo aktívne činidlá. Hoci mnohé z nich sú dosť účinné na ničenie mikroorganizmov alebo na inhibovanie ich rastu, môžu byť tiež toxické alebo škodlivé pre ľudí, zvieratá alebo iné necieľové organizmy.

Jedným z možných spôsobov regulovania biologického znečistenia vodných systémov, medzi ktoré patria ponorené povrchy, by bolo zabránenie alebo inhibovanie priľnutia baktérií na povrchoch ponorených vo vodnom systéme. To ovšem je možné uskutočniť použitím mikrobicídov, ktoré však zvyčajne majú niektoré z hore uvedených nevýhod. Ako inú možnosť predložený vynález poskytuje spôsoby a prostriedky užitočné v podstate na inhibovanie priľnutia baktérií na ponorenom alebo ponoriteľnom povrchu a na reguláciu biologického znečistenia vodných systémov. Tento vynález sa vyhýba nevýhodám predchádzajúcich spôsobov. Ďalšie výhody tohto vynálezu budú zrejmé po prečítaní opisov a pripojených nárokov.

Podstata vynálezu

Predložený vynález sa týka spôsobu inhibovania prilipnievania baktérií na ponoriteľnom povrchu. Podľa tohto spôsobu sa ponoriteľný povrch privedie do styku s aspoň jednou N-alkyl-heterocyklickou zlúčeninou v takom množstve, ktoré je účinné na inhibovanie prilipnievania baktérií na ponoriteľnom povrchu. N-alkylheterocyklická zlúčenina, ktorá sa použila podľa tohto spôsobu znamená zlúčeninu nasledujúceho všeobecného vzorca

X N—R¹

Z⁷ n(R²)

V tomto všeobecnom vzorci R¹ znamená alkylovú skupinu s 8 až 20 atómami uhlíka. Heterocyklický kruh znamená 5- až 8-článkový heterocyklický kruh, v ktorom X znamená atóm kyslíka, skupinu NH alebo skupinu CH₂. Substituent R²znamená metylovú skupinu, hydroxymetylovú skupinu alebo hydroxyetylovú skupinu. Číslo n sa pohybuje v rozsahu od 0 do 3.

Predložený vynález sa týka tiež spôsobu regulácie biologického znečistenia vodného systému. Podľa tohto spôsobu sa k vodnému systému pridá aspoň jedna hore opísaná N-alkyl-heterocyklická zlúčenina v takom množstve, ktoré je účinné na inhibíciu prilipnievania baktérií na povrchoch ponorených do vodného systému. Tento spôsob účinne reguluje biologické znečistenie bez podstatného ničenia baktérií.

Predložený vynález sa týka tiež prostriedku na reguláciu biologického znečistenia vodného systému. Tento prostriedok obsahuje aspoň jednu N-alkylheterocyklickú zlúčeninu v takom množstve, ktoré je účinné na inhibovanie priľnievania baktérií na ponoriteľnom povrchu alebo povrchu ponorenom vo vodnom systéme.

Podľa jedného uskutočnenia sa tento vynález týka spôsobu inhibície prilipnievania baktérií na ponoriteľnom povrchu. Ponoriteľným povrchom je taký povrch, ktorý je aspoň sčasti potiahnutý, preplavovaný alebo zmáčaný kvapalinou, ako je voda alebo iná vodná tekutina alebo kvapalina. Tento povrch môže byť v styku s kvapalinou prerušovane alebo trvalé. Ako bolo hore uvedené, medzi príklady ponoriteľných povrchov patria, ale bez obmedzenia na ne, trupy lodí alebo člnov, morské stavby, zuby, lekárske implantanty, povrchy vo vodnom systéme, ako sú vnútrajšky čerpadiel, potrubí, chladiacej veže alebo výmenníkov tepla. Ponoriteľný povrch môže pozostávať z hydrofóbneho, hydrofilného alebo kovového materiálu. S výhodou sa použitím N-alkyl-heterocyklickej zlúčeniny podľa vynálezu môže účinne inhibovať prilipnievanie baktérií na hydrofóbnom, hydrofilnom alebo kovovom ponoriteľnom alebo ponorenom povrchu.

Na inhibíciu prilipnievania baktérií na ponoriteľnom povrchu sa podľa tohto spôsobu ponoriteľný povrch uvádza do styku s N-alkyl-heterocyklickou zlúčeninou. Povrch sa uvedie do styku s účinným množstvom N-alkyl-heterocyklickej zlúčeniny alebo zmesi N-alkyl-heterocyklických zlúčenín, aby sa inhibovalo prilipnievanie mkroorganizmov na povrchu. N-alkyl-heterocyklická zlúčenina sa môže aplikovať na ponoriteľný povrch spôsobmi známymi z oblasti techniky. Napríklad, ako sa uvádza nižšie, sa N-alkyl-heterocyklická zlúčenina môže aplikovať postriekaním, potiahnutím alebo ponorením povrchu do kvapalného prostriedku, ktorý obsahuje N-alkyl-heterocyklickú zlúčeninu. N-alkyl-heterocyklická zlúčenina sa môže pripraviť tiež vo forme pasty, ktorá sa potom natrie alebo nanesie kefou na ponoriteľný povrch. N-alkyl-heterocyklická zlúčenina môže s výhodou znamenať zložku prostriedku alebo úpravy zvyčajne používanej pri príslušnom ponoriteľnom povrchu.

„Inhibovanie prilipnievania baktérií“ na ponoriteľnom povrchu znamená, že dôjde k nepatrnému alebo nevýznamnému množstvu prilipnievania baktérií počas požadovanej doby. S výhodou nedôjde v podstate k žiadnemu prilipnievaniu baktérií. Výhodnejšie je tomuto prilipnievaniu zabrániť. Množstvo použitej N-alkylheterocyklickej zlúčeniny by malo umožniť iba nepatrné alebo bezvýznamné prilipňovanie baktérií. Toto množstvo je možné stanoviť bežným testovaním. S výhodou sa používa také množstvo N-alkyl-heterocyklickej zlúčeniny, ktoré je dostatočné na aplikovanie aspoň monomolekulového filmu N-alkyl-heterocyklickej zlúčeniny na ponoriteľný povrch. Takýto film s výhodou pokrýva celý ponoriteľný povrch.

Uvedenie ponoriteľného povrchu do styku s N-alkyl-heterocyklickou zlúčeninou podľa tohto spôsobu umožňuje, aby sa povrch vopred ošetril proti prilipnievaniu baktérií. Povrch sa teda môže uviesť do styku s N-alkylheterocyklickou zlúčeninou a potom ponoriť do vodného systému.

Predložený vynález sa týka tiež spôsobu regulovania biologického znečistenia vodného systému. Vodný systém obsahuje nielen vodnú tekutinu alebo kvapalinu pretekajúcu týmto systémom, ale tiež ponorené povrchy, ktoré súvisia s týmto systémom. Ponorené povrchy sú také povrchy, ktoré sú v styku s vodnou kvapalinou alebo tekutinou. Podobne ako u hore uvedených ponoriteľných povrchov, medzi ponorené povrchy patria, ale bez obmedzenia na ne, vnútorné povrchy potrubí alebo čerpadiel, steny chladiacej veže alebo nátokovej skrine, výmenníkov tepla, sít atď. V stručnosti - povrchy ktoré sú v styku s vodnou tekutinou alebo kvapalinou, sú ponorené povrchy a považujú sa za časť vodného systému.

I

Spôsob podľa vynálezu pridáva aspoň jednu N-alkyl-heterocyklickú zlúčeninu k vodnému systému v takom množstve, ktoré účinne inhibuje prilipnievanie baktérií na povrchu ponorenom vo vodnom systéme. Pri použitej koncentrácii tento spôsob účinne reguluje biologické znečistenie vodného systému bez podstatného zničenia baktérií.

„Regulovanie biologického znečistenia“ vodného systému znamená regulovať množstvá alebo rozsah biologického znečistenia na alebo pod požadovanú úroveň a po požadovaný čas pre príslušný systém. Táto regulácia môže odstrániť biologické znečistenie z vodného systému, znížiť biologické znečistenie na požadovanú úroveň, celkom zabrániť biologickému znečisteniu alebo zabrániť biologickému znečisteniu nad požadovanú úroveň.

Podľa predloženého vynálezu „inhibovanie prilipnievania baktérií“ na ponorenom povrchu vo vodnom systéme znamená nechať nepatrné alebo nevýznamné množstvo prilipnievajúcich baktérií po požadovaný čas v príslušnom systéme. S výhodou nedôjde v podstate k žiadnemu prilipnutiu baktérií. Výhodnejšie sa prilipnievaniu baktérií zabráni. Použitie N-alkyl-heterocyklickej zlúčeniny podľa vynálezu môže v mnohých prípadoch rozbiť alebo znížiť už existujúce prilipnievanie mikroorganizmami na nedetegovateľné množstvá a udržovať toto množstvo po významnú dobu.

I keď niektoré N-alkyl-heterocyklickú zlúčeniny môžu vykazovať biocídnu účinnosť v koncentráciách nad prahovými hodnotami, N-alkyl-heterocyklické zlúčeniny účinne inhibujú prilipnievanie baktérií v koncentráciách všeobecne dosť pod týmito prahovými hodnotami. Podľa vynálezu N-alkyl-heterocyklická zlúčenina inhibuje prilipnievanie baktérií bez podstatného zničenia baktérií. Účinné množstvo N-alkyl-heterocyklickej zlúčeniny použité podľa vynálezu je dosť pod jej prahom toxicity, ak N-alkyl-heterocyklická zlúčenina má tiež biocídne vlastnosti. Napríklad koncentrácia N-alkyl-heterocyklickej zlúčeniny môže byť desaťkrát alebo viackrát nižšia ako je jej prah toxicity. N-alkyl-heterocyklická zlúčenina by s výhodou nemala byť škodlivá tiež pre necieľové organizmy, ktoré môžu byť prítomné vo vodnom systéme.

N-alkyl-heterocyklická zlúčenina alebo zmes N-alkyl-heterocyklických zlúčenín sa môžu používať na reguláciu biologického znečistenia rozmanitých vodných systémov, ako sú systémy, ktoré boli uvedené hore. Medzi tieto vodné systémy patria, ale bez obmedzenia na ne, priemyselné vodné systémy, sanitárne vodné systémy a rekreačné vodné systémy. Ako bolo hore uvedené, príklady priemyselných vodných systémov sú kvapaliny používané pri opracovaní kovov, chladiace vody (napríklad prítoková chladiaca voda, odchádzajúca chladiaca voda a recirkulujúca chladiaca voda) a ďalšie recirkulačné vodné systémy, ako sú tie, tie, ktoré sa používajú pri výrobe papiera a textilu. Medzi sanitárne vodné systémy patria vodné systémy s odpadovou vodou (napr. priemyselné, súkromné a mestské systémy odpadových vôd), toalety a systémy na ošetrovanie vody (napr. systémy na ošetrovanie kalov). Príkladmi rekreačných vodných systémov sú plavárenské bazény, fontány, dekoračné alebo okrasné bazény, rybníky alebo toky atď.

Množstvo N-alkyl-heterocyklickej zlúčeniny, ktoré je účinné na inhibíciu prilipnievania baktérií na ponorenom povrchu v príslušnom systéme, sa bude meniť podľa vodného systému, ktorý sa má chrániť, podľa podmienok pre mikrobiálny rast, podľa rozsahu akéhokoľvek existujúceho biologického znečistenia a podľa stupňa požadovanej regulácie biologického znečistenia. Pri príslušnej aplikácii je možné toto množstvo stanoviť rutinným testovaním rôznych množstiev pred ošetrením celého ovplyvneného systému. Všeobecne sa účinné množstvo používané vo vodnom systéme môže pohybovať v rozsahu od asi 1 do asi 500 dielov na milión, výhodnejšie od asi 20 do asi 100 dielov na milión dielov vodného systému.

N-alkyl-heterocyklické zlúčeniny používané podľa predloženého vynálezu znamenajú zlúčeniny nasledujúceho všeobecného vzorca:

X N—R¹ nfR²)

Substituent R¹ znamená alkylovú skupinu s 8 až 20 atómami uhlíka. R¹ s výhodou znamená alkylovú skupinu s 8 až 18 atómami uhlíka, výhodnejšie alkylovú skupinu s 10 až 14 atómami uhlíka a najvýhodnejšie alkylovú skupinu s 12 atómami uhlíka. Alkylová skupina R¹ môže byť viazaná koncovým atómom uhlíka alebo atómom uhlíka alkylového reťazca. Alkylová skupina môže obsahovať dvojitú alebo trojitú väzbu medzi atómami uhlíka a môže byť tiež rozvetvená alebo nerozvetvená.

Ako bolo hore uvedené, N-alkyl-heterocyklický kruh má 5- až 8-článkový heterocyklický kruh všeobecného vzorca

X N n(R²)

Skupina X môže znamenať atóm kyslíka, skupinu NH alebo skupinu CH₂. Substituent R² môže znamenať metylovú skupinu, hydroxymetylovú skupinu alebo hydroxyetylovú skupinu. Číslo n sa môže pohybovať v rozsahu od 0 do 3, s výhodou znamená číslo 0 alebo 1. Heterocyklický kruh s výhodou znamená 5alebo 6-článkový kruh. Medzi špecifické výhodné kruhy patria morfolinylový a piperidinylový kruh.

Medzi špecifické príklady N-alkyl-heterocyklických zlúčenín hore uvedeného vzorca patria N-dodecylmorfolín, zlúčenina a, N-oktylmorfolín, zlúčenina b, a Ndodecyl-3-piperidínmetanol, zlúčenina c.

N-alkyl-heterocyklické zlúčeniny užitočné v tomto vynáleze sú dostupné buď komečne od dodávateľov chemikálií, alebo sa môžu vyrábať z východiskových materiálov spôsobmi dobre známymi z oblasti techniky. Napríklad podľa všeobecného postupu sa pridá nepatrný nadbytok amínu (asi 1,1 molárnych ekvivalentov) k roztoku zásady a varí sa pod spätným chladičom. Počas miešania sa pridá alkylbromid (asi 1 ekvivanelnt). Výsledná dvojfázová reakčná zmes sa nechá oddeliť a dolná vodná vrstva sa odstráni. Organická vrstva sa odparí, aby sa odstránil akýkoľvek nadbytočný amín. Čistota produktu sa môže sledovať plynovou chromatografiou. USA patent č. 5 250 194 opisuje príklady spôsobov; tento patent je tu zahrnutý ako odkaz.

USA patent č. 5 250 194 opisuje tiež N-dodecyl-heterocyklické zlúčeniny a ich použitie ako mikrobicídy pre vodné systémy na inhibovanie rastu mikroorganizmov, tvorby slizu vo vodných systémoch alebo na pokazenie alebo zhoršenie látok citlivých na mikrobiálny rast. Jedným príkladom N-alkylheterocyklickej zlúčeniny užitočnej ako mikrobicíd je N-dodecyl-morfolín (DDM). DDM dodáva Buckman Laboratories Inc., Memphis, TN..

Spôsoby podľa tohto vynálezu môžu tvoriť Časť celkového režimu ošetrovania vody. N-alkyl-heterocyklická zlúčenina sa môže používať pri ošetrovaní vody inými chemikáliami, zvlášť biocídmi (napr. algicídmi, fungicídmi, baktericídmi, moluscicídmi, oxidačnými činidlami atď.), odstraňovačmi škvŕn, zjasňovacími činidlami, vločkovacími činidlami, koagulačnými činidlami alebo inými chemikáliami zvyčajne používanými pri ošetrovaní vody. Ponoriteľné povrchy sa môžu napríklad uviesť do styku s N-alkyl-heterocyklickou zlúčeninou, ako predbežným ošetrením na inhibovanie prilipnutia baktérii, a umiestniť do vodného systému, ktorý na reguláciu rastu mikroorganizmov používa mikrobicíd. Alebo sa vodný systém, pri ktorom dochádza k silnému biologickému znečisteniu, môže najprv ošetriť príslušným biocídom, aby sa odstránilo existujúce znečistenie. Potom sa môže použiť N-alkyl-heterocyklická zlúčenina, ktorá bude zachovávať vodný systém. Alebo sa tiež môže N-alkyl-heterocyklická zlúčenina použiť v kombinácii s bocídom na inhibovanie prilipnievajúcich baktérií na povrchoch ponorených do vodného systému, pričom biocíd pôsobí ako regulátor rastu mikroorganizmov vo vodnom systéme. Táto kombinácia zvyčajne umožňuje používať menšie množstvá mikrobicídu.

„Regulovanie rastu mikroorganizmov vo vodnom systéme znamená reguláciu príslušného systému do, na alebo pod požadovanú hladinu a po požadovaný čas. To je možné uskutočniť odstránením mikroorganizmov alebo zabránením ich rastu vo vodných systémoch.

N-alkyl-heterocyklická zlúčenina sa môže používať v spôsoboch podľa vynálezu ako pevný alebo kvapalný prostriedok. Predložený vynález sa teda týka tiež prostriedka, ktorý obsahuje N-alkyl-heterocyklickú zlúčeninu. Prostriedok obsahuje aspoň jednu N-alkyl-heterocyklickú zlúčeninu v takom množstve, ktoré je účinné na inhibovanie prilipnievania baktérií na ponoriteľnom povrchu alebo na povrchu ponorenom do vodného systému. Ak sa používa v kombinácii s inou chemikáliou na ošetrovanie vody, ako je biocíd, prostriedok môže obsahovať tiež túto chemikáliu. Ak sa pripravujú ako spoločný prostriedok, N-alkyl-heterocyklická zlúčenina a chemikálie na ošetrenie vody by nemali podliehať nepriaznivým interakciám, ktoré by vo vodnom systéme znižovali alebo odstraňovali ich účinnosť. Ak by mohlo prísť k nepriaznivým interakciám, sú výhodné oddelené prostriedky.

Podľa použitia sa prostriedok podľa predloženého vynálezu môže vyrábať v rôznych úpravách známych zoblasti techniky. Napríklad sa prípravok môže vyrábať v kvapalnej forme ako roztok, disperzia, emulzia, suspenzia alebo pasta, disperzia, suspenzia alebo pasta v ne-rozpúšťadle alebo ako roztok rozpustením N-alkyl-heterocyklickej zlúčeniny v rozpúšťadle alebo v kombinácii rozpúšťadiel. Medzi vhodné rozpúšťadlá patria, ale bez obmedzenia na ne, acetón, glykoly, alkoholy, étery alebo iné vo vode dispergovateľné rozpúšťadlá. Výhodné sú vodné prostriedky.

Prostriedok sa môže vyrábať ako kvapalný koncentrát na riedenie pred jeho zamýšlaným použitím. Na zvýšenie rozpustnosti N-alkyl-heterocyklickej zlúčeniny alebo iných zložiek v kvapalnom prostriedku alebo systéme, ako je vodný prípravok alebo systém, sa môžu používať zvyčajné prísady, ako sú povrchovo aktívne činidlá, emulgačné činidlá, dispergačné činidlá a podobné, ako je známe z oblasti techniky. V mnohých prípadoch sa prostriedok podľa vynálezu môže vniesť do roztoku jednoduchým miešaním. Pre príslušné aplikácie, ako sú toaletné vody, sa môžu pridávať tiež farbivá a vône.

Prostriedok podľa predloženého vynálezu sa môže vyrábať tiež v pevnej forme. Napríklad N-alkyl-heterocyklická zlúčenina sa môže vyrábať vo forme prášku alebo tablety použitím prostriedkov známych z oblasti techniky. Tablety môžu obsahovať rôzne riedidlá známe z oblasti techniky výroby tabliet, ako sú farbivá alebo farbiace činidlá a parfémy alebo vône. Do prostriedku sa môžu zahrnúť tiež iné zložky, známe z oblasti techniky, ako sú plnidlá, väzbové pojivá, klzné činidlá, mastivá alebo činidlá pôsobiace proti prilipnutiu. Tieto ďalšie zložky sa môžu do tablety zahrnúť preto, aby sa zlepšili vlastnosti tablety a/alebo aby sa zlepšil spôsob výroby tabliet.

Nasledujúce ilustračné príklady sa uvádzajú pre zrozumiteľnejšie opísanie povahy tohto vynálezu. Tomu je však potrebné rozumieť tak, že tento vynález nie je obmedzený na špecifické podmienky alebo podrobnosti uvedené v týchto príkladoch.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Spôsob testovania

Nasledujúci spôsob účinne definuje schopnosť chemickej zlúčeniny inhibovať prilipnievanie baktérií alebo napadať vytvorené existujúce prilipnuté mikroorganizmy na rôznych typoch povrchov. Súhrnne - skonštruovali sa bioreaktory, v ktorých boli na konci bioreaktora upevnené dosky (sklenené alebo polystyrénové) veľkosti približne 2.5 x 7.5 cm. Dolné konce (približne 5 cm) dosiek sa ponorili do bakteriálneho rastového prostredia (pH 7) v bioreaktore, ktorý obsahoval známu koncentráciu testovanej chemikálii. Po naočkovaní známymi bakteriálnymi druhmi sa testované roztoky 3 dni nepretržite miešali. Pokiaľ sa ináč v ďalej uvedených výsledkoch neuvádza, prostredie v bioreaktore sa na konci troch dní zakalilo. Toto zakalenie ukazuje, že baktérie v prostredí proliferovali bez ohľadu na prítomnosť testovanej chemikálie. To taktiež ukazuje, že táto chemikália v testovanej koncentrácii nevykazuje v podstate žiadnu biocídnu (baktericídnu) účinnosť. Potom sa doštičky odfarbili, aby sa stanovilo množstvo baktérií, ktoré prilipli na povrchoch týchto doštičiek.

Konštrukcia bioreaktorov

Bioreaktory obsahovali 400 ml sklenenú kádinku, na ktorú sa umiestnilo veko (kryt kádinky predstavovala štandardná sklenená Petriho miska s priemerom 9 cm). Pri odstránenom veku sa doštičky z vybratého materiálu na jednom konci potiahli maskovacou páskou a potom sa suspendovali v bioreaktore z vrchnej strany kádinky. To umožňuje, aby sa doštičky ponorili v testovacom prostredí. Typicky boli okolo bioreaktora rovnomerne umiestnené štyri doštičky (opakovanie). Vyhodnotenia uvedené nižšie sú priemerom týchto štyroch opakovaní. Na dno jednotky sa umiestni magnetické miešadlo, na kádinku sa položí veko a bioreaktor sa ošetrí v autokláve. Ako doštičky sa používali dva rôzne typy materiálov, polystyrén ako hydrofóbny povrch a sklo ako hydrofilný povrch.

Bakteriálne rastové médium

Kvapalné médium, ktoré sa používa v bioreaktoroch, bolo už prv opísané Delaquisom a spol.: Detachment of Pseudomonas fluorescences from Biofilms on Glass Surfaces in Response to Nutrient Stress“, Microbial Ecology 1989, 18, 199 až 210.

Zloženie tohto média bolo:

glukóza	1.0 g
K₂HPO₄	5.2 g
KH₂PO₄	27 g
NaCI	2.0 g
NH₄CI	1.0g
MgSO₄.7 H₂O	0.12 g
stopové prvky	1.0 ml
deionizovaná voda	1.01

Roztok so stopovými prvkami:

CaCI₂

FeSO₄.7 H₂O MnSO₄.2 H₂O NaMoO₄

1.5g

1.0g

0.35 g 0.5 g deionizovaná voda 1.01

Médium sa spracuje v autokláve. Potom sa nechá ochladiť. Ak sa v autoklavovanom médiu vytvorí usadenina, médium sa pred použitím resuspenduje pretrepaním.

Príprava bakteriálneho inokula

Baktérie rodu Bacillus, Flavobacterium a Pseudomonas sa izolujú z usadenín slizu papierenského mlyna a udržujú sa v kontinuálnej kultúre. Testované organizmy sa oddelene nanesú na dosku agaru a inkubujú sa 24 hodín pri 30 °C. Sterilnou bavlnenou tkaninou (smotkom) sa časti kolónií odstránia a suspendujú sa v sterilnej vode. Suspenzie sa veľmi dobre premiešajú a potom sa upravia na optickú hustotu 0.858 (Bacillus), 0.625 (Flavobacterium) a 0.775 (Pseudomonas) pri 686 nm.

I

Príprava biofilmu/chemické testovanie

Do štyroch oddelených bioreaktorov sa vloží 200 ml hore pripraveného sterilného média. Zlúčeniny, ktoré sa majú vyhodnocovať ako biodispergačné činidlá, sa najprv pripravia ako zásobný roztok (40 mg/2 ml) použitím buď vody alebo zmesi acetónu s metanolom (ac/MeOH; 9:1) ako rozpúšťadla. Do bioreaktora sa za primeraného neustáleho magnetického miešania pridá 1.0 ml podiel zásobného roztoku. Tak sa dosiahne začiatočná koncentrácia testovanej zlúčeniny 100 ppm. Jeden bioreaktor (kontrola) neobsahoval žiadnu testovanú zlúčeninu. Potom sa do každého bioreaktora pridali podiely (0.5 ml) každej z troch bakteriálnych suspenzií. Bioreaktory sa potom tri dni neustále miešali, aby sa umožnilo zvýšenie populácie baktérií a ukladanie buniek na povrchy doštičiek.

Vyhodnotenie výsledkov

Hore opísaným postupom sa hodnotili zlúčeniny: N-dodecyl-morfolín, zlúčenina a, N-oktyl-morfolín, zlúčenina b, a N-dodecyl-3-piperidínmetanol, zlúčenina c. Po skončení testu sa doštičky z bioreaktorov odobrali a umiestnili do zvislej polohy tak, aby sa umožnilo sušenie vzduchom. Stupeň prilipnutia baktérií na testovanom povrchu sa potom vyhodnotil vyfarbovaním. Doštičky sa krátko oškvrkli, aby sa bunky fixovali na povrch. Potom sa preniesli na dve minúty do nádoby s kryštálovou violeťou „Gram Crystal Violet (Difco Laboratories, Detroit, Mi.). Doštičky sa mierne opláchli pod tečúcou vodovodnou vodou a potom sa starostlivo blotovali. Stupeň prilipnutia baktérií sa potom stanovil vizuálnym pozorovaním a subjektívnym hodnotením každej doštičky. Intenzita farby je priamoúmemá množstvu prilipnutých baktérií. Používa sa nasledujúce hodnotenie biofilmu:

= v podstate žiadne = nepatrné = mierne = stredné = silné

Chemické ošetrenie sa vyhodnocovalo vzhľadom ku kontrole, ktorá mala typicky priemerné hodnotenie štyroch doštičiek z bioreaktora v rozmedzí 3 až 4. Zlúčeniny, ktoré mali priemerné hodnotenie v rozmedzí od 0 do 2, sa považovali za účinné na predchádzanie prilipnutia baktérií na ponorených doštičkách. Výsledky sú uvedené v nasledujúcej tabuľke:

Zlúčenina	Rozpúšťadlo	Kone. (ppm)	MIC¹	Doštičky	Hodnotenie
a	ac/MeOH	100	250, pH 6 250, pH 8	sklo	1
	ac/MeOH	100		sklo	0.5
	voda	60²		sklo	1
	voda	60^z		sklo	0,5
b	ac/MeOH	100	>500, pH 6 >100, pH 8	sklo	2
c	ac/MeOH	100	40 až 100, pH 6	sklo	0
			>500, pH 8
	ac/MeOH	100		polystyrén	17

minimálna inhibičná koncentrácia (MIC) pre každú zlúčeninu na baktérii E.

Aerogenes s použitím 18 h testu základných solí ako pri pH 6 tak pri pH 8 ² BL-2180 produkt: 60% (hmotn.) vodný prostriedok dodecylmorfolínu (zlúčenina a) vo vode, dostupný od Buckman Laboratories Inc., Memphis,

TN.

I keď boli opísané príslušné uskutočnenia podľa vynálezu, je tomu ovšem treba rozumieť tak, že vynález nie je týmito uskutočneniami obmedzený. Môžu existovať ďalšie modifikácie. Pripojené nároky sú myslené tak, aby pokryli akékoľvek tieto modifikácie, ktoré spadajú do skutočného ducha a rozsahu tohto vynálezu.

Claims

1. Spôsob inhibovania prilipnievania baktérií na ponoriteľnom povrchu, vyznačujúci sa tým, že zahrňuje stupeň uvedenia ponoriteľného povrchu do styku s N-alkyl-heterocyklickou zlúčeninou v takom množstve, ktoré je účinné na inhibovanie prilipnievania baktérií na ponoriteľnom povrchu, pričom N-alkylheterocyklická zlúčenina znamená zlúčeninu všeobecného vzorca / \

X N—R¹ n(R2) v ktorom R¹ znamená alkylovú skupinu s 8 až 20 atómami uhlíka, heterocyklický kruh znamená 5- až 8-článkový heterocyklický kruh, v ktorom X znamená atóm kyslíka, skupinu NH alebo skupinu CH₂, R² znamená metylovú skupinu, hydroxymetylovú skupinu alebo hydroxyetylovú skupinu a n znamená číslo od 0 do 3.

2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že R¹ znamená alkylovú skupinu s 8 až 18 atómami uhlíka, heterocyklický kruh znamená 5- alebo 6-článkový kruh a n znamená číslo 0 alebo 1.

3. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že N-alkylheterocyklická zlúčenina znamená N-dodecyl-morfolín, N-oktyl-morfolín, Ndodecyl-3-piperidínmetanol alebo ich zmes a ponoriteľný povrch znamená trup lodi, trup člnu, morskú stavbu, povrch zuba, povrch lekárskeho implantantu alebo povrch vodného systému.

4. Spôsob regulácie biologického znečistenia vodného systému, vyznačujúci sa tým, že zahrňuje stupeň pridania N-alkyl-heterocyklickej zlúčeniny k tomuto vodnému systému v takom množstve, ktoré je účinné na inhibíciu prilipnievania baktérií na povrchu ponorenom vo vodnom systéme, pričom N-alkylheterocyklická zlúčenina znamená zlúčeninu všeobecného vzorca

O

X N—R¹

Z-⁷ n(R2) v ktorom R¹ znamená alkylovú skupinu s 8 až 20 atómami uhlíka, heterocyklický kruh znamená 5- až 8-článkový heterocyklický kruh, v ktorom X znamená atóm kyslíka, skupinu NH alebo skupinu CH_2l R² znamená metylovú skupinu, hydroxymetylovú skupinu alebo hydroxyetylovú skupinu a n znamená číslo v rozmedzí od 0 do 3.

5. Spôsob podľa nároku 4, vyznačujúci sa tým, že N-alkylheterocyklická zlúčenina znamená N-dodecyl-morfolín, N-oktyl-morfolín, N-dodecyl-3-piperidínmetanol alebo ich zmesi a účinné množstvo N-alkylheterocyklickej zlúčeniny je v rozmedzí od 10 ppm do 500 ppm.

6. Spôsob podľa nároku 4, vyznačujúci sa tým, že stupeň pridania obsahuje pridanie takého množstva N-alkyl-heterocyklickej zlúčeniny do vodného systému, ktoré je dostatočné na zníženie akéhokoľvek existujúceho biologického znečistenia v tomto vodnom systéme.

7. Spôsob podľa nároku 4, vyznačujúci sa tým, že vodný systém znamená priemyselný vodný systém, ktorý je vybraný z chladiaceho vodného systému, kvapalného systému používaného pri opracovaní kovov, vodného systému pri výrobe papiera a vodného systému pri výrobe textilu.

8. Spôsob podľa nároku 4, vyznačujúci sa tým, že vodný systém znamená rekreačný vodný systém, ktorý je vybraný z plavárenského bazénu, fontány, okrasného rybníka, okrasného bazénu a okrasného toku.

9. Spôsob podľa nároku 4, vyznačujúci sa tým, že vodný systém znamená sanitárny vodný systém, ktorý je vybraný z toaletného vodného systému, cisternového vodného systému, septického vodného systému a systému na ošetrovanie kalov.

10. Spôsob podľa nároku 4, vyznačujúci sa tým, že ďalej obsahuje stupeň, v ktorom sa k vodnému systému pridá účinné množstvo biocídu na reguláciu rastu mikroorganizmu v tomto vodnom systéme.

11. Spôsob podľa nároku 10, vyznačujúci sa tým, že uvedený vodný systém je vybraný z priemyselného vodného systému, rekreačného vodného systému a sanitárneho vodného systému.

12. Prostriedok na reguláciu biologického znečistenia vodného systému, vy značujúci sa tým, že obsahuje také množstvo aspoň jednej N-alkylheterocyklickej zlúčeniny, ktoré je účinné na inhibovanie prilipnievania baktérií na ponoriteľnom povrchu alebo povrchu ponorenom vo vodnom systéme, pričom táto N-alkyl-heterocyklická zlúčenina znamená zlúčeninu všeobecného vzorca

O

X N—R¹ n(R2) v ktorom R¹ znamená alkylovú skupinu s 8 až 20 atómami uhlíka, heterocyklický kruh znamená 5- až 8-článkový heterocyklický kruh, v ktorom X znamená atóm kyslíka, skupinu NH alebo skupinu CH_2l R² znamená metylovú skupinu, hydroxymetylovú skupinu alebo hydroxyetylovú skupinu a n znamená číslo v rozmedzí od 0 do 3.

13. Prostriedok podľa nároku 12, vyznačujúci sa tým, že N-alkylheterocyklická zlúčenina znamená N-dodecyl-morfolín, N-oktyl-morfolín, N-dodecyl-3-piperidínmetanol alebo ich zmes.

14. Prostriedok podľa nároku 12, v y z n a č u j ú c i sa tým, že ďalej obsahuje biocíd v množstve, ktoré je účinné na reguláciu rastu mikroorganizmu vo vodnom systéme.