相关申请的交叉引用
本申请要求2009年9月28日提交的美国临时申请系列号61/246,186的权益，通过参考将其整体引入本文中。
发明领域
本发明涉及杀生物组合物及其用于在水系统和含水系统中控制微生物的方法。该组合物包含2,2-二溴丙二酰胺和醛系(aldehyde-based)杀生物化合物。
发明背景
水系统为藻类、细菌、病毒、和真菌提供肥沃的滋生地，它们中的一些可以是致病性的。微生物污染可以导致多种问题，包括美学上使人不愉快诸如令人作呕的绿水，严重的健康风险诸如真菌、细菌、或病毒感染，和机械问题，包括堵塞、设备腐蚀、和传热减少。
杀生物剂通常用于消毒和控制水系统和含水系统中微生物的生长。然而，并非全部杀生物剂均对广泛范围的微生物和/或温度有效，且一些与其他化学处理添加剂不相容。另外，一些杀生物剂不在足够长的时期内提供微生物控制。
尽管这些缺点中的一些可以通过使用较大量的杀生物剂来克服，但是这种选择引起其自身的问题，包括增加成本、增加废物、和增加杀生物剂干扰被处理介质所需性质的可能性。另外，即使使用较大量的杀生物剂，许多商业杀生物剂化合物也不能提供有效的控制，这是因为针对某些类型微生物具有弱活性或微生物对那些化合物具有耐抗性。
提供用于处理水系统的产生一种或多种以下优点的杀生物组合物应该是本领域中的重大进展：以较低浓度产生增加的功效，与被处理介质中物理条件和其他添加剂相容，针对广谱微生物有效，和/或能够提供微生物的短期和长期控制。
发明简述
在一方面，本发明提供一种杀生物组合物。该组合物有效用于在水系统或含水系统中控制微生物。该组合物包含：2,2-二溴丙二酰胺和醛系杀生物化合物，所述醛系杀生物化合物选自由戊二醛、三(羟甲基)硝基甲烷、4,4-二甲基唑烷、7-乙基双环唑烷、1-(3-氯烯丙基)-3,5,7-三氮杂-1-氮金刚烷氯化物、和1,3,5-三乙基六氢-s-三嗪组成的组。
在第二方面，本发明提供用于在水系统或含水系统中控制微生物的方法。该方法包括使用有效量的如本文中所述的杀生物组合物处理所述系统。
发明详述
如上所述地，本发明提供杀生物组合物和利用它控制微生物的方法。该组合物包含：2,2-二溴丙二酰胺和醛系(即包含醛的或释放醛的)杀生物化合物，所述醛系杀生物化合物选自由戊二醛、三(羟甲基)硝基甲烷、4,4-二甲基唑烷、7-乙基双环唑烷、1-(3-氯烯丙基)-3,5,7-三氮杂-1-氮金刚烷氯化物、和1,3,5-三乙基六氢-s-三嗪组成的组。已经意外地发现处于一定重量比的如本文中所述的2,2-二溴丙二酰胺和醛系杀生物化合物的组合在用于水性或含水介质中的微生物控制时是协同的。即，组合的材料导致与基于它们各自性能预期的杀生物性质相比提高的杀生物性质。该协同作用允许使用减少量的材料来获得所需的杀生物性能，由此减少由工业过程用水中微生物生长导致的问题，同时潜在地减小环境影响和材料成本。
为了本说明书的目的，“微生物”的含义包括，但不仅限于，细菌、真菌、藻类、和病毒。词语“控制(control)”和“控制(controlling)”应该广泛地解释为在其含义内包括，并不仅限于，抑制微生物的生长或繁殖，杀灭微生物，消毒，和/或防腐。在一些优选实施方案中，“控制(control)”和“控制(controlling)”意指抑制微生物的生长或繁殖。在其他实施方案中，“控制(control)”和“控制(controlling)”意指杀灭微生物。
术语“2,2-二溴丙二酰胺”指由以下化学式表示的化合物：
2,2-二溴丙二酰胺和本发明的醛系杀生物化合物是可商购的，和/或可以由本领域中技术人员利用公知技术容易地制备。1-(3-氯烯丙基)-3,5,7-三氮杂-1-氮金刚烷氯化物化合物是可以是顺式异构体、反式异构体、或顺式和反式异构体的混合物。优选地，它是顺式异构体或顺式和反式异构体的混合物。
在本发明的一些实施方案中，2,2-二溴丙二酰胺与醛系杀生物化合物的重量比是约100:1至约1:1500。
在本发明的一些实施方案中，2,2-二溴丙二酰胺与醛系杀生物化合物的重量比是约100:1至约1:400。
在一些实施方案中，2,2-二溴丙二酰胺与醛系杀生物化合物的重量比是约50:1至约1:350。
在一些实施方案中，2,2-二溴丙二酰胺与醛系杀生物化合物的重量比是约9:1至约1:320。
在一些实施方案中，所述醛系杀生物化合物是戊二醛且2,2-二溴丙二酰胺与戊二醛的重量比是约20:1至约1:20,备选地约9:1至约1:9,或备选地约9:1至约1:1。在一些实施方案中，该重量比是约2:1至约1:350,备选地约1:1至约1:330,或备选地约1:5至约1:320。在一些实施方案中，该重量比是约20:1至约1:400,备选地约10:1至约1:350,或备选地约9:1至约1:320。
在一些实施方案中，所述醛系杀生物化合物是三(羟甲基)硝基甲烷且2,2-二溴丙二酰胺与三(羟甲基)硝基甲烷的重量比是约1:1至约1:50,备选地约1:2至约1:40,或备选地约1:2.5至约1:40。
在一些实施方案中，所述醛系杀生物化合物是7-乙基双环唑烷且2,2-二溴丙二酰胺与7-乙基双环唑烷的重量比是约5:1至约1:1500,备选地约1:1至约1:1300,或备选地约1:1至约1:1280,或备选地约1:1.2至约1:1280。
在一些实施方案中，所述醛系杀生物化合物是1-(3-氯烯丙基)-3,5,7-三氮杂-1-氮金刚烷氯化物且2,2-二溴丙二酰胺与1-(3-氯烯丙基)-3,5,7-三氮杂-1-氮金刚烷氯化物的重量比是约10:1至约1:350,备选地约4:1至约1:320,或备选地约3.2:1至约1:320。
在一些实施方案中，所述醛系杀生物化合物是4,4-二甲基唑烷且2,2-二溴丙二酰胺与4,4-二甲基唑烷的重量比是约5:1至约1:5,备选地约1:2至约1:3,或备选地约1:2.5。
在一些实施方案中，所述醛系杀生物化合物是1,3,5-三乙基六氢-s-三嗪且2,2-二溴丙二酰胺与1,3,5-三乙基六氢-s-三嗪的重量比是约10:1至约1:30,备选地约4:1至约1:20,或备选地约2:1至约1:16。
本发明的组合物有效用于在多种水系统和含水系统中控制微生物。这样的系统的实例包括，但不仅限于，油漆和涂料、水乳剂、乳胶、粘合剂、油墨、色素分散体、家庭和工业清洁剂、洗涤剂、碗碟洗涤剂、矿浆聚合物乳液、嵌缝胶和粘合剂、带条接缝填料(tape joint compounds)、消毒剂、消毒杀菌剂、金属加工液、建筑产品、个人护理产品、纺织用液诸如纺丝油剂、工业过程用水(例如油田水、浆纸水、冷却水)、油田功能性流体(functional fluids)诸如钻探泥浆和压裂液、燃料、空气洗涤器(air washer)、废水、压舱水、过滤系统、和游泳池和温泉水。优选的水系统是金属加工液、个人护理品、家庭和工业清洁剂、工业过程用水、和油漆和涂料。特别优选工业过程用水、油漆和涂料、金属加工液、和纺织用液诸如纺丝油剂。
本领域中普通技术人员可以在不需要过度实验的条件下，容易地确定在任何具体应用中为提供微生物控制所应该使用的组合物的有效量。通过举例说明，合适的活性浓度(关于2,2-二溴丙二酰胺和醛系杀生物化合物二者的总量)典型地是基于水系统或含水系统总重量的至少约1ppm,备选至少约3ppm,备选至少约7ppm,备选至少约10ppm,或备选至少约100ppm。在一些实施方案中，活性浓度的合适上限是基于水系统或含水系统总重量的约1000ppm,备选约500ppm,备选约100ppm,备选约50ppm,备选约30ppm,备选约15ppm,备选约10ppm,或备选约7ppm。
所述组合物的成分可以单独添加至水系统或含水系统中，或在添加前预混合。本领域中的普通技术人员可以容易地确定合适的添加方法。所述组合物可以用在具有其他添加剂诸如，但不仅限于，表面活性剂、离子型/非离子型聚合物和污垢和腐蚀抑制剂、去氧剂、和/或另外的杀生物剂的系统中。
以下实施例举例说明本发明，但不意欲限制本发明的范围。除非另外指示，本文中使用的比率、百分比、份等以重量计。
实施例
实施例中提供的结果是利用生长抑制测定或杀灭测定产生。以下提供各自测定的详细信息。
杀灭测定。该测定用作活性物质之间协同作用的初步评估。程序如下。无机盐溶液(0.2203g CaCl2,0.1847g MgSO4,和0.2033g NaHCO3，处于1L水中,约pH 8)用等量(约107CFU/ml)的铜绿假单孢菌(Pseudomonas aeruginosa)ATCC 10145和金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)ATCC6538的混合物来接种。然后使用不同浓度水平的2,2-二溴丙二酰胺(“DBMAL”)、醛系杀生物化合物、及其组合来处理细胞混悬液的等分试样。在37℃温育2小时后，基于完全杀灭等分试样中细菌细胞所需的最小杀生物剂浓度(MBC)来确定杀生物功效。MBC值然后用于计算协同作用指数(SI)值。
杀灭测定结果的总结显示在各实施例中。在各表中，显示关于测试的各杀生物剂和混合物的MBC值。同样地，列举了关于组合的协同作用指数(“SI”)值。SI使用下式来计算：
协同作用指数＝Ca/CA+Mb/CB
其中
Ca:当与杀生物剂B组合使用时，完全杀灭细菌所需的杀生物剂A的浓度
CA:当单独使用时，完全杀灭细菌所需的杀生物剂A的浓度
Cb:当与杀生物剂A组合使用时，完全杀灭细菌所需的杀生物剂B的浓度
CB:当单独使用时，完全杀灭细菌所需的杀生物剂B的浓度SI值解释如下：
SI＜1:协同的
SI＝1:加和的
SI>1:对抗的
生长抑制测定。实施例中使用的生长抑制测定测量微生物聚生体生长的抑制(或生长的缺乏)。生长抑制可以是杀灭细胞(因此无生长发生)、杀灭大部分的细胞群以使得再生需要延长的时间、或在不杀灭条件下抑制生长(停滞)的结果。不考虑作用机理，杀生物剂(或杀生物剂的组合)的影响可以基于群落大小的增加而在一段时间内进行测量。
该测定测量一种或多种杀生物剂防止细菌聚生体在稀释无机盐介质中生长的功效。该介质包含(以mg/l为单位)以下成分：FeCl3.6H2O(1)；CaCl2.2H2O(10)；MgSO4.7H2O(22.5)；(NH4)2SO4(40)；KH2PO4(10)；K2HPO4(25.5)；酵母提取物(10)；和葡萄糖(100)。将全部成分加入至去离子水中后，将介质的pH调节至7.5。过滤灭菌后，将等分试样以100ul的量分配到无菌微量滴定板孔中。然后将DBMAL和/或“杀生物剂B”的稀释液加入至微量滴定板。制备如下举例说明的活性物质的组合后，各孔使用含有ca.1x 106个细胞/毫升的铜绿假单孢菌(Pseudomonas aeruginosa)、肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)混合物的100μl细胞混悬液来接种。各孔中介质的最终总体积是300μl。一旦如本文中所述制备，各活性物质的浓度范围为25ppm至0.19ppm，如表1中所示。由此产生的矩阵容许测试各活性物质的8种浓度和处于一定(活性物质)比率的活性物质的64种组合。
表1.基于微量滴定板的协同作用测定的模板，其显示各活性物质浓度。比率基于各活性物质的重量(ppm)。
对照(未显示)包含无杀生物剂加入的介质。制备如上举例说明的活性物质的组合后，各孔使用含有ca.1x 106个细胞/毫升的铜绿假单孢菌、肺炎克雷伯氏菌、金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌的混合物的100μl细胞混悬液来接种。各孔中介质的最终总体积是300μl。
制备了微量滴定板后，立即在580nm处测量各孔的光密度(OD)读数，并然后将板在37℃温育24小时。温育期后，轻轻地搅动该板，随后收集OD580值。从T24值中减去T0处的OD580值，以确定发生的生长(或其缺乏)的总量。这些数值用于计算由每种杀生物剂和64种组合中的每一种的存在而引起的生长的百分比抑制。将90％的生长抑制用作使用下式计算协同作用指数(SI)值的阈值：
协同作用指数＝MDBMAL/CDBMAL+MB/CB
其中
CDBMAL:当单独使用时，抑制～90％细菌生长所需的DBMAL的浓度
CB:当单独使用时，抑制～90％细菌生长所需的杀生物剂(B)的浓度。
MDBMAL:当与杀生物剂(B)组合使用时，抑制～90％细菌生长所需的DBMAL的浓度。
MB:当与DBMAL组合使用时，抑制～90％细菌生长所需的杀生物剂(B)的浓度
SI值解释如下：
SI＜1:协同的组合
SI＝1:加和的组合
SI>1:对抗的组合
在以下实施例中，溶液中杀生物剂的量以mg/升溶液(mg/l)为单位来测量。由于溶液密度是约1.00，所以mg/l测量值对应于重量ppm。这两种单位因此可以在实施例中互换使用。
实施例1
DBMAL和戊二醛
杀灭测定结果。关于DBMAL和戊二醛(Glut)组合的杀灭测定结果显示在表2中。在该测定中，当单独测试时，获得测试菌株完全杀灭所需的DBMAL和戊二醛的浓度分别是66.7mg/l和29.6mg/l。然而，当以1:1混合一起测试时，仅需要14.8mg/l的每种活性物质；相应的SI是0.72。DBMAL和glut的其他组合展示协同作用。
表2.DBMAL、Glut及其组合的MBC
生长抑制测定的结果。表3显示关于DBMAL、戊二醛和各种组合的测定结果。提供微生物聚生体的至少90％生长抑制所需的戊二醛的浓度是125mg/l，而对于DBMAL的浓度是12.5mg/l。
表4显示根据生长抑制测定发现具有协同作用的DBMAL和戊二醛的比率。
表4.
实施例2
DBMAL和CTAC
抑制生长测定的结果。表5显示关于DBMAL、1-(3-氯烯丙基)-3,5,7-三氮杂-1-氮金刚烷氯化物(“CTAC”)及各种组合的抑制生长测定的结果。
表7显示根据生长抑制测定发现具有协同作用的DBMAL和CTAC的比率。比率是基于所述活性物质的浓度。
表7.
实施例5
DBMAL和TN
抑制生长测定的结果。表8显示关于DBMAL、三(羟甲基)硝基甲烷(“TN”)、及其组合的抑制生长测定的结果。
表9显示发现具有协同作用的DBMAL和TN的浓度。比率是基于两种活性物质的浓度(以mg/l为单位)。
表9.
实施例4
DBMAL和EBO
抑制生长测定的结果。表10显示关于DBMAL、7-乙基双环唑烷(“EBO”)、及其组合的抑制生长测定的结果。
表11显示发现具有协同作用的DBMAL和EBO的浓度。比率是基于两种活性物质的浓度(以mg/l为单位)。
表11.
实施例5
DBMAL和4,4-二甲基唑烷
生长抑制测定的结果。表12显示关于DBMAL、4,4-二甲基唑烷(“4,4-D”)、及其组合的抑制生长测定的结果。
表13显示发现具有协同作用的DBMAL和4,4-二甲基唑烷(“4,4-D”)的浓度。比率是基于两种活性物质的浓度(以mg/l为单位)。
表13.
实施例6
DBMAL和1,3,5-三乙基六氢-s-三嗪
生长抑制测定的结果。表12显示关于DBMAL、1,3,5-三乙基六氢-s-三嗪(“TEHT”)、及其组合的抑制生长测定的结果。
表13显示发现具有协同作用的DBMAL和1,3,5-三乙基六氢-s-三嗪(“TEHT”)的浓度。比率是基于两种活性物质的浓度(以mg/l为单位)。
表13.
虽然本发明已经根据其优选实施方案进行描述，但是它可以在本
技术实现要素：
的精神和范围内进行改良。本申请因此意欲涵盖利用本文中公开的一般原理进行的本发明的任何变化、使用、或改编。此外，本申请意欲涵盖从本发明内容的这样的偏离，只要其属于本发明所属领域中已知或通常实践的范围内和属于以下权利要求的范围内。