TWI388350B - 生物膜生長防止技術 - Google Patents

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Description

生物膜生長防止技術 發明領域
本發明係有關於一種方法以及組成物來供用於減少或防止生物膜形成於溼氣或潮濕表面上，且更特別地是有關於要減少空氣調節系統之內的或附近的病原。本發明已被發展為主要是供空氣調節(包括空氣冷卻及空氣加熱)系統之用，且於下文中將就這個領域的使用來作詳述。然而，吾人可體會到，本發明可被施用於其他意欲抑止一表面的生物膜形成或微生物聚落形成(micro-organism colonization)之狀況。
發明背景
空氣調節系統，諸如一般於辦公室、住宅、健康照護中心以及其他建築物內所設置者，經常包含帶有濕氣或潮濕表面的組件。一個好例子是空調機冷凝器，它可包含有多個例如具有鋁製結構的散熱片(heat exchange fins)，藉由具有一再循環冷卻劑(recirculating refrigerant)的導熱連接區(heat conductive connection)來冷卻。要被冷卻的熱空氣被通過該等散熱片，而空氣中的濕氣在該等散熱片上冷凝並排出。在某些狀況中，冷凝器的換熱面(heat exchange surfaces)是藉由一由水所構成之再循環薄膜來冷卻。
冷卻表面典型地是具有一大塊區域，是有溼氣或潮濕的，並且對被空氣所攜帶以及會在表面形成生物膜的微生 物之固著與生長提供一理想的環境。該等微生物包括會在表面上增殖的細菌以及真菌。在數個月內，位於鄰接的換熱面之間的空間可能被生物膜生長予以完全閉塞。
生物膜降低效率並且引發主要的健康風險。效率的喪失係因為生物膜具有不良的傳熱性質，而因此該冷凝器的熱效率被降低。微生物的活性也會縮短一系統的使用壽命，因為酸性的細菌分泌液可造成嚴重的腐蝕，且因為裡裡外外生物質量的增加，該等組件會減少空氣流動並提高該加系統內的背壓，而在一短暫的使用時間之後即需要作保養清潔。
健康風險產生是因為生物膜的存在接而提供一個避難所來供諸如真菌、細菌、病毒、過敏原、酵母菌以及黴菌的病原之進一步的累積與進一步的生長。供該等生物體的生長之條件特別偏好於高溼度期間，諸如發生於當該系統停機時，例如在夜間時，但也會發生在正常運轉期間。生物體的存在是高度非為所欲的，因為它們會導致人類或動物的疾病或死亡，產生異臭味且會損害或破壞多種材質。
就人類的健康與安全而言特別為人所關注的是內毒素以及黴菌毒素，它們是真菌以及細菌細胞壁的分解組份且被知曉是人類的呼吸道過敏原。在某些個體，它們會觸發氣喘發作，並且在所有的病例中已被顯示會引起免疫反應。吾人當今認為，歷經一段時間的暴露，這降低免疫系統對於敵手(antagonists)產生反應的能力，而讓個體更容易被細菌、病毒等等所感染。亦為人所關注的是真菌孢子、 細菌孢子以及細菌。
在諸如醫院及護理之家的健康照護機構中，來自生物質量的內毒素與黴菌毒素的釋出之不利結果被加重惡化，因為許多病人由於他們的主要健康照護問題而身處於一衰弱的狀況下。對於一健康的人而言不會是一主要威脅的微生物對於一帶有一減低的能力以抵禦該等微生物的感染之病人而言會是致命的。諸如公共建築的其他環境亦被給予增高的關切，因為假如致病性微生物經由調節過的空氣或通風井而找到它們進入建築物內的管道，它們會被快速地循環遍佈於整個建築物，因而大大地提高感染與疾病的散播之可能性。防止空氣調節系統內的孢子萌芽以及微生物存活可幫助降低疾病以及過敏性反應之風險。
迄今尚無有效的方式來防止生物質量生長，而應對此問題的僅有方式就是定期清潔，這是耗費人力、花費高且不方便的，而且這並無法適當地解決處於清潔運作之間的健康掛慮。雖然各種不同的塗覆材料曾被提出，無一者能夠抵抗濕氣狀況或是在防止生物膜形成上能維持有效歷時一段有用的期間。
本發明之一目標是要克服或改善先前技術的至少一種缺失，或是提供一有用的替換物。
世界上許多地區在建築物內採用經加熱過濾的空氣來作為中央暖氣供應的方式。吾人可瞭解到該等系統會助長如上就空氣調節所描述的同樣危害，而本發明不限於任何特殊類型的過濾器或氣流系統。
發明概要
根據第一個方面，本發明提供一生物遏止性塗覆組成物(biostatic coating composition)，其包含有一當乾燥時會生成一本質上疏水的薄膜(intrinsically hydrophobic film)之薄膜形成組成物(film forming composition)，以及包含一殺生物性複合物(biocidal complex)A-B，其中A是一酚系殺生物劑(phenolic biocide)，而B係選自於聚乙烯吡咯啶酮(polyvinylpyrrolidone)、聚乙烯吡咯啶酮聚合物、聚乙烯吡咯啶酮共聚物以及此等之混合物。
除非在上下文當中另有明確地要求，在整個發明詳細說明以及申請專利範圍當中，詞彙“包含(comprise)”、“包括(comprising)”以及相似之詞是要以一相對於排除式或窮盡式意義(exclusive or exhaustive sense)之含括性意義(inclusive sense)來解釋；亦即，要以“包含但不限於(including,but not limited to)”的意義來看待。
根據第二個方面，本發明提供一根據該第一個方面之生物遏止性塗覆組成物，其中該塗覆組成物係選自於以丙烯酸聚合物為基礎的組成物(acrylic polymer based compositions)、以甲基丙烯酸聚合物為基礎的組成物(methacrylic polymer based compositions)、以丙烯酸共聚物為基礎的組成物(acrylic copolymer based compositions)、以甲基丙烯共聚物為基礎的組成物(methacrylic copolymer based compositions)、以乙烯基聚合物為基礎的組成物 (vinyl polymer based compositions)、以乙烯基共聚物為基礎的組成物(vinyl copolymer based compositions)、環氧樹脂(epoxy resins)、環氧酯類(epoxy esters)以及此等之混合物。
較佳地，該塗覆組成物具有細菌遏止性(bacteriostatic)和/或真菌遏止性(fungistatic)性質。
該薄膜形成組成物可以一乳液(emulsion)或膠乳(latex)、一聚合物或共聚物溶液或一聚合物或共聚物乳液為基礎。該薄膜形成組成物可以是一水性聚合物或共聚物乳液(water-based polymer or copolymer emulsion)。
就偏好而言，該薄膜形成組成物是或者包含一丙烯酸聚合物、丙烯酸共聚物、丙烯酸聚合物之混合物、丙烯酸共聚物之混合物或丙烯酸聚合物與共聚物之混合物。更佳地，該薄膜形成組成物是或者包含一丙烯酸-苯乙烯共聚物(acrylic-styrene copolymer)。
該薄膜形成組成物可以是或者包含一環氧樹脂或環氧酯。
高度偏好的塗層組成物是水性聚合物或共聚物乳液或膠乳組成物，且特別是那些包含一環氧酯者。
該薄膜形成組成物可以是或者包含一醋酸乙烯丙烯酸共聚物(vinyl acetate acrylic copolymer)。
較佳地，該薄膜形成組成物是呈一為混合物的30-80% w/w之數量而存在，更佳地該薄膜形成組成物是呈一為混合物的40-70% w/w之數量而存在，且又更佳地該薄膜形成組成物是呈一為混合物的50-60% w/w之數量而存在。
供該殺生物性複合物A-B之用的較佳殺生物劑是三氯沙(triclosan)；二氯沙(diclosan)；二氯酚(dichlorophen)；鄰苯基苯酚(orthophenylphenol)；鄰苯甲基對氯苯酚(orthobenzylparachlorophenol)，甲酚(cresols)，二甲苯(xylols)，以及經取代的二苯基醚類(substituted diphenyl ethers)。
更佳地，殺生物劑A是一經鹵化的酚系殺生物劑，以氯-酚系殺生物劑為優先而且最佳地，殺生物劑A是三氯沙。
較佳地，殺生物劑A是呈一為混合物的0.5到5% w/w之數量而存在，更佳地是呈一為混合物的1-2% w/w之數量，且又更佳地是呈一為混合物的1.5% w/w之數量。
較佳地，複合夥伴(complexing partner)B是聚乙烯吡咯啶酮，或可為，例如，一聚乙烯吡咯啶酮/醋酸乙烯共聚物。
較佳地，B是呈一為混合物的2-10% w/w之數量而存在，更佳地B是呈一為混合物的3-8% w/w之數量而存在，且又更佳地B是呈一為混合物的5% w/w之數量而存在。
較佳地，該生物遏止性組成物含有呈一為混合物的20-40% w/w(更佳為混合物的25-35% w/w)之數量的溶劑。一較佳的溶劑是水。
曾被實施的是將一PVP/酚系複合物組合至一親水性薄膜形成聚乙烯吡咯啶酮聚合物或共聚物內，而因此該複合物可被鬆散地結合至經浸漬的紙製或織物擦拭巾(impregnated paper or textile wipes)以供清潔食物調製表面(food preparation surfaces)以及類似之物。在先前的申請案 中，該複合物可容易地從擦拭巾基材(wipe substrate)被濾瀝出(leached)並可容易地接觸位於正被清潔/消毒的表面上的細菌。該複合物在該表面上不具任何長效作用(long lasting effect)，而該擦拭巾在經大約12次的洗滌之後就必須丟棄。申請人因此驚訝地發現，當該塗覆聚合物可能已被預期會封裝該殺生物劑並且使微生物不會接觸到該殺生物劑時，在一被施用至例如一金屬或石材表面(metal or masonry surface)上的塗覆組成物內包含該PVP複合物明顯地抑制該聚合物塗覆的表面上的生物膜生長。更令人訝異的是，在一原本生物質量生長是一主要問題的環境中，含有依據本發明之複合物的塗層於經塗覆的金屬上防止生物質量生長歷時超過3年的期間。亦讓人訝異的是，如此低濃度的殺生物劑在如此之長的期間內是有效的。
吾人可體會到，PVP/酚系複合物是不溶於水的而且將之包含於塗覆組成物內是不簡單的。就水性乳液塗覆組成物(water based emulsion coating compositions)而言，這曾有藉由將該複合物連同一水溶性高沸點極性溶劑[例如N-甲基吡咯啶酮(N-methyl pyrrolidone)或一種二醇醚(glycol ether)]分散於水層內而被達成。在塗覆被施用之後，且隨著水蒸發掉，該高沸點極性溶劑的相對比例增高，並且於一臨界點(critical point)下溶解該殺生物性複合物，讓該殺生物劑均質地分佈於整個薄膜內。吾人可瞭解到，雖然水是一較佳的溶劑，在以溶劑為基礎的塗覆組成物內之分散同樣是可被達到的。
依據第三個方面，本發明提供一根據該第一個或第二個方面的生物遏止性組成物，其進一步包含一具有一沸點要比該塗覆組成物之一溶劑載體(solvent vehicle)為高的水溶性極性溶劑。
較佳地，該高沸點極性溶劑幫助該複合物A-B於一聚合物乳液或膠乳內的分散。較佳地，該水溶性極性溶劑係選自於N-甲基吡咯啶酮、二醇醚類以及此等之組合。
根據本發明之塗層可被用作為位於對生物質量生長敏感的組件(諸如空調冷凝板、通氣口)以及其他表面(例如手術室內的敏感表面)上的保護性塗層，以防止生物膜形成於該表面上。本發明也可被施用於裝飾塗層(諸如塗漆)以防止敏感表面上的黴菌生長。根據本發明之塗層可被施用[不限於金屬、石材、木材、粒片板(particle board)以及其他建築物或建構材料(construction materials)的表面]。某些組成物可如所望地被烘烤至表面上或是在升高的溫度下被乾燥。
根據第三個方面，本發明提供一藉由將一根據前述方面中之任何一者的生物遏止性塗覆組成物之一薄膜或薄層乾燥而被形成的生物遏止性塗層。
該塗層較佳地能有效防止其表面上的生物膜生長歷時超過1年，且又更佳地是有效防止其表面上的生物膜生長歷時超過3年。
該塗層可被施用至金屬、混凝土或一水泥質表面或一木材表面。
該塗層可呈一裝飾塗層的形式被施用。一個實例是呈 一塗漆的形式來防止黴菌生長。該一塗漆進一步包含選自於由懸浮劑(suspension agents)、觸變劑(thixotropic agents)、流動及黏度改質劑(flow and viscosity modifiers)、防腐劑(preservatives)以及類似之物所組成的群組中之塗漆成分。其他塗漆成分可有利地選自於由腐蝕抑制劑(corrosion inhibitors)和/或顏料(pigments)所組成之群組。
因此端視所欲的最終應用而定，根據本發明之組成物可被著色，而且在那個狀況下通常會包含其他塗漆成分，諸如懸浮劑、觸變劑、流動及黏度改質劑、防腐劑以及類似之物。該等組成物不見得需予以著色且可包含腐蝕抑制劑以及其他已知對於薄膜形成塗層有用的添加劑。
吾人可瞭解到：該處理是細菌遏止性或真菌遏止性，會是足夠的。換言之，該處理試劑終止表面上的聚落形成而非殺死一有聚落形成的表面上之生物體，會是足夠的。
根據第四個方面，本發明提供一用以抑制一生物膜形成於一對該形成是敏感的表面上之方法，其包括下列步驟：於該表面上施用一由一根據該第一個或第二個方面的組成物所構成之塗層，以及乾燥該組成物或容許該組成物變乾。
在一較佳具體例中，該表面是一空調表面、一空調冷凝板、一空調冷凝通氣口，或可為一手術室內之一敏感表面。
在某些實施例中，該組成物被烘烤至該表面上或在升高的溫度被乾燥。
根據第五個方面，本發明提供一利用一根據該第一個或第二個方面之組成物或一根據該第四個方面之方法予以處理的表面。
較佳實施例之詳細說明
現在將僅藉由舉例方式來對本發明的各種不同具體例作更特別地描述。
供本發明之用的合適殺生物劑包括，但不限於PVP或PVP共聚物與下列所構成的複合物：三氯沙；二氯沙；二氯酚；鄰苯基苯酚；鄰苯甲基對氯苯酚，甲酚，二甲苯，以及經取代的二苯基醚類。
配方的實例
如下面實例當中所示來製備配方。
實例1
實例2
三氯沙 1.5% w/w
實例3
實例4
實例5
PVP/VA S630可購自於ISP公司。
一位在一坐落於雪梨之一大型城市建築物內的空調系統內之冷卻線圈被徹底地清潔，並接而在一超過12個月的期間內被監控。在一個月內，在該冷卻線圈上觀察到一明顯的生物質量生長，而每隔大約3個月該線圈即需要作清潔處理。該線圈接而再次地被清潔，而該線圈的各個區段被塗覆以根據實例1至3之任一者的配方。該線圈被定期檢查。在12個月之後，於任一個被塗覆的區段上都未觀察到生物膜生長。

Claims (47)

  1. 一種水不可溶生物遏止性組成物，其適合於施用至表面並且在當表面係有溼氣或潮濕時有效抑制生物膜生長歷時至少12個月，該組成物包含：一具有一殺生物性複合物A-B的薄膜形成組合，其中該殺生物性複合物A-B之中的A是一酚系殺生物劑，且該殺生物性複合物A-B之中的B包含聚乙烯吡咯啶酮共聚物，其中B被選定以使得該殺生物性複合物A-B是不溶於水的，但藉由一極性溶劑之包含而被分散於一以水為基礎的乳液內或是被分散於一以溶劑為基礎的載體內；以及其中當施用至表面時，該組成物乾燥成水不可溶塗層，且其中A是呈一為混合物的0.5至5% w/w的量而存在以及B是呈一為混合物的2至10% w/w的量而存在。
  2. 如申請專利範圍第1項之水不可溶生物遏止性組成物，其中該薄膜形成組合係選自於下列所組成之群組：以丙烯酸聚合物為基礎的組成物、以甲基丙烯酸聚合物為基礎的組成物、以丙烯酸共聚物為基礎的組成物、以甲基丙烯酸共聚物為基礎的組成物、以乙烯基聚合物為基礎的組成物、以乙烯基共聚物為基礎的組成物、環氧樹脂、環氧酯，以及此等的混合物。
  3. 如申請專利範圍第1項之水不可溶生物遏止性組成物，其具有細菌遏止性質。
  4. 如申請專利範圍第1項之水不可溶生物遏止性組成物， 其具有真菌遏止性質。
  5. 如申請專利範圍第1項之水不可溶生物遏止性組成物，其中該薄膜形成組合是一乳液或膠乳組成物。
  6. 如申請專利範圍第1項之水不可溶生物遏止性組成物，其中該薄膜形成組合是一聚合物或共聚物溶液。
  7. 如申請專利範圍第1項之水不可溶生物遏止性組成物，其中該薄膜形成組合是一聚合物或共聚物乳液。
  8. 如申請專利範圍第7項之水不可溶生物遏止性組成物，其中該薄膜形成組合是一水性聚合物或共聚物乳液。
  9. 如申請專利範圍第1項之水不可溶生物遏止性組成物，其中該薄膜形成組合係或包括一丙烯酸聚合物或丙烯酸共聚物。
  10. 如申請專利範圍第1項之水不可溶生物遏止性組成物，其中該薄膜形成組合係或包括一丙烯酸-苯乙烯共聚物。
  11. 如申請專利範圍第1項之水不可溶生物遏止性組成物，其中該薄膜形成組合係或包括一環氧樹脂或環氧酯。
  12. 如申請專利範圍第1項之水不可溶生物遏止性組成物，其中該薄膜形成組合包括一醋酸乙烯丙烯酸共聚物。
  13. 如申請專利範圍第1項之水不可溶生物遏止性組成物，其中該薄膜形成組合是呈一為該混合物的30至80%重量/重量(w/w)的量而存在。
  14. 如申請專利範圍第13項之水不可溶生物遏止性組成物，其中該薄膜形成組合是呈一為該混合物的40至70% w/w的量而存在。
  15. 如申請專利範圍第14項之水不可溶生物遏止性組成物，其中該薄膜形成組合是呈一為該混合物的50至60% w/w的量而存在。
  16. 如申請專利範圍第1項之水不可溶生物遏止性組成物，其中該殺生物劑A係選自於由三氯沙、二氯沙、二氯酚、鄰苯基苯酚、鄰苯甲基對氯苯酚、甲酚、二甲苯以及經取代的二苯基醚所組成之群組。
  17. 如申請專利範圍第1項之水不可溶生物遏止性組成物，其中該殺生物劑A係一經鹵化的酚系殺生物劑。
  18. 如申請專利範圍第16項之水不可溶生物遏止性組成物，其中該殺生物劑A係三氯沙。
  19. 如申請專利範圍第1項之水不可溶生物遏止性組成物，其中該殺生物劑A是呈一為混合物的1至2% w/w的量而存在。
  20. 如申請專利範圍第19項之水不可溶生物遏止性組成物，其中該殺生物劑A是呈一為混合物的1.5% w/w的量而存在。
  21. 如申請專利範圍第1項之水不可溶生物遏止性組成物，其中B是聚乙烯吡咯啶酮。
  22. 如申請專利範圍第1項之水不可溶生物遏止性組成物，其中B是聚乙烯吡咯啶酮/醋酸乙烯共聚物。
  23. 如申請專利範圍第1項之水不可溶生物遏止性組成物，其中B是呈一為混合物的3至8% w/w的量而存在。
  24. 如申請專利範圍第23項之水不可溶生物遏止性組成物，其中B是呈一為約混合物的5% w/w的量而存在。
  25. 如申請專利範圍第1項之水不可溶生物遏止性組成物，其含有呈一為混合物的20至40% w/w之量的溶劑。
  26. 如申請專利範圍第25項之水不可溶生物遏止性組成物，其中該溶劑係呈一為混合物的25至35% w/w之量而存在。
  27. 如申請專利範圍第25項之水不可溶生物遏止性組成物，其中該溶劑係水。
  28. 如申請專利範圍第25項之水不可溶生物遏止性組成物，其進一步包含一具有一沸點要比該組成物之一溶劑載體為高的水溶性極性溶劑。
  29. 如申請專利範圍第28項之水不可溶生物遏止性組成物，其中該高沸點極性溶劑幫助該複合物A-B於一聚合物乳液或膠乳內的分散。
  30. 如申請專利範圍第28項之水不可溶生物遏止性組成物，其中該水溶性極性溶劑係選自於N-甲基吡咯啶酮、二醇醚，及其等之組合所組成的群組。
  31. 一種生物遏止性塗層，其係藉由在一表面上乾燥一生物遏止性塗覆組成物之一薄膜或薄層而形成，其中該生物遏止性塗覆組成物適合於供施用至表面且在當表面係有溼氣或潮濕時係有效抑制生物膜在表面上之生長歷時至少12個月；其中當施用至表面時，該組成物乾燥成水不可溶塗 層，其有效抑制生物膜在表面上之生長；以及其中該組成物包含有一具有一殺生物性複合物A-B的薄膜形成組合，其中該殺生物性複合物A-B之中的A是一酚系殺生物劑，且該殺生物性複合物A-B之中的B包含聚乙烯吡咯啶酮共聚物，以及其中B被選定以使得該殺生物性複合物A-B是不溶於水的，但藉由一極性溶劑之包含而被分散於一以水為基礎的乳液內或是被分散於一以溶劑為基礎的載體內，且其中A是呈一為混合物的0.5至5% w/w的量而存在以及B是呈一為混合物的2至10% w/w的量而存在。
  32. 如申請專利範圍第31項之生物遏止性塗層，其有效防止其表面上的生物膜生長歷時超過1年。
  33. 如申請專利範圍第32項之生物遏止性塗層，其有效防止其表面上的生物膜生長歷時超過3年。
  34. 如申請專利範圍第31項之生物遏止性塗層，當其被施用至金屬。
  35. 如申請專利範圍第31項之生物遏止性塗層，當其被施用至混凝土或一水泥質表面。
  36. 如申請專利範圍第31項之生物遏止性塗層，當其被施用至一木材表面上。
  37. 如申請專利範圍第31項之生物遏止性塗層，於裝飾塗層之形式。
  38. 如申請專利範圍第31項之生物遏止性塗層，於塗漆之形式以防止黴菌生長。
  39. 如申請專利範圍第31項之生物遏止性塗層，其係呈一塗漆的形式，進一步包含選自於由懸浮劑、觸變劑、流動及黏度改質劑、防腐劑及類似物所組成之群組中的塗漆成分。
  40. 如申請專利範圍第31項之生物遏止性塗層，其係呈一塗漆的形式，進一步包括腐蝕抑制劑作為塗漆成分。
  41. 如申請專利範圍第31項之生物遏止性塗層，其係呈一塗漆的形式，進一步包括顏料。
  42. 一種當一表面係有溼氣或潮濕時抑制一生物膜形成在該對該形成是敏感的表面上之方法，該方法包括下列步驟：將一生物遏止性組成物之一塗層施用至該表面上；以及乾燥該生物遏止性組成物或容許該組成物變乾，其中該塗層的生物遏止性組成物包含有一具有一殺生物性複合物A-B的薄膜形成組合，其中該殺生物性複合物A-B之中的A是一酚系殺生物劑，且該殺生物性複合物之中的B包含聚乙烯吡咯啶酮聚合物，以及其中B被選定以使得該殺生物性複合物A-B是不溶於水的，但藉由一極性溶劑之包含而被分散於一以水為基礎的乳液內或是被分散於一以溶劑為基礎的載體內，以及其中該生物遏止性組成物乾燥成水不可溶塗層，其有效抑制生物膜在表面上之生長歷時至少12個月，及其中A是呈一為混合物的0.5至5% w/w的量而存在 以及B是呈一為混合物的2至10% w/w的量而存在。
  43. 如申請專利範圍第42項之方法，其中該表面是一空調表面。
  44. 如申請專利範圍第42項之方法，其中該表面是一空調冷凝板。
  45. 如申請專利範圍第42項之方法，其中該表面是一空調冷凝通氣口。
  46. 如申請專利範圍第42項之方法，其中該表面是一手術室內之一敏感表面。
  47. 如申請專利範圍第42項之方法，其中該組成物烘烤至該表面上或在升高的溫度下乾燥。
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