包含第一酶和包封的第二酶的防污组合物的制作方法

专利名称：包含第一酶和包封的第二酶的防污组合物的制作方法
包含第一酶和包封的第二酶的防污组合物本发明涉及防污组合物。具体地，本发明涉及防污组合物，其包含能够产生具有防 污作用的化合物的酶。生物污垢的问题出现在持续或间歇性地与水接触的任何表面。活生物体的表面粘 附与生长引起多种类型的设备和装置在卫生和功能上的问题，其范围涉及医用植入物和电 子电路，乃至较大的建筑，例如加工设备、造纸机和船舶。在许多情况下，生物污垢由微观有机杂质或包含细菌和其它微生物的胞外聚合物 (EPS)的可见粘性层构成。这种类型的生物污垢被称作微污垢，更常被称作生物膜，其出现 在自然环境和工业环境中表面与水接触的任何地方。在充分发育时，海洋环境中的生物污 垢还包括宏观生物，例如藻类和藤壶。这种类型的生物污垢是水下建筑，例如管道、锚链、捕 鱼网、桥梁和石油平台以及其它港口或水利建筑的主要问题。生物污垢可使船舶的燃料消 耗增加达40%。特别地，如在US 5071479所讨论的，海洋生物在船体水下部分上的生长是一个特 殊的问题。这种生长增加了船体穿过水时的摩擦阻力，导致燃料消耗增加和/或船速降低。 海洋生长物积累得如此之快，以至于需要在干船坞中进行的清洗和重漆修缮通常被认为过
于昂贵。专门用于防止污垢的涂料主要有两种不同的类型，即脱污漆(foul-re 1 ease paint)和自抛光漆。脱污漆的特征在于使结垢生物难以附着的光滑表面。然而，这种机制 通常仅对多数时间在航行且优选以高速巡航的船舶有效。由其字面含义所示，自抛光漆被 逐步溶解或剥离。这样就提供了不断获得新漆层的过程。这些漆料可以包含防污剂，其能 够以足以抑制海洋生物在船体表面结垢的高浓度从涂层逐步释放。此前，三丁基锡(TBT)曾广泛用作生物杀灭剂，特别是用于海洋防污剂中。然而， 由于对这种有机锡生物杀灭剂在以商业水平作为用于水(海洋)的涂料组合物中防污活性 成分时导致的环境影响的担忧不断增加，这种应用实际上已经停止。已经发现，由于三丁基 锡型化合物，特别是20wt%的高浓度三丁基锡型化合物在船底漆中的广泛使用，因该化合 物浸出而导致的周围水域污染已经达到引起贝类和壳类生物的生殖和免疫缺陷的水平。已 经在法英海岸线检测到了这些影响，并且已经在美国和远东水域证实了类似的影响。国际 海运组织(IMO)外交会议在2001年10月通过的关于控制有害防污体系的IMO国际协定 (AFS协定)禁止在船舶上使用TBT涂料(于2003年1月1日起生效)，并要求在2008年 1月1日之前从船舶上清除活性TBT涂层。目前，最广泛使用的防污漆以铜和助生物杀灭剂(booster biocides)为基础 (Yebra et al，2004. Progress in Organic Coatings 50:75—104)。然而，如口比 硫丽 铜或异噻唑啉酮的助生物杀灭剂对于补充铜的生物杀灭作用是必需的，而铜的生物杀 灭作用对一些广泛传播的铜耐受性藻类物种(例如，浒苔属Enteromorpha spp.)不起 作用。助生物杀灭剂同样也被怀疑对环境有害。现已有多篇文献评述了助生物杀灭剂 的安全性(Boxal1,2004. Chemistry Today22(6) 46-8 ；Karlsson and Eklund，2004. Marine Pollution Bulletin2004 ；49 :456-64 ；Kobayashi and Okamura, 2002. MarinePollution Bulletin2002 ；44 :748-51 ；Konstantinou and Albanis,2004. Environment International2004 ；30 :235-48 ；Ranke and Jastorff, 2002 Fresenius Environmental Bulletin2002 ；11(IOa) :769-72)。因此，需要提供环境友好型防污组分。由于其在海洋环境中将被快速降解，认为酶 对环境是友好的。因此，尽管预期酶不能在涂层的整个使用期间保持活性，但自抛光涂料体 系为该问题提供了解决方案。在自抛光涂料中，酶仅在漆料的水化层中具有活性并易于降 解，同时预期所述酶在漆料的干燥内层中将非常稳定，从而在漆料的整个使用期间持续提 供新的活性酶源。本发明解决了现有技术的难题。一方面，本发明提供了防污组合物，其包含(i)表面涂层材料；(ii) (a)第一酶，和(b)第一底物，其中所述第一酶对所述第一底物的作用产生第二底物；(iii)第二酶，其中所述第二酶被包封于硅酸盐中，并且其中所述第二酶在作用于 所述第二底物时产生防污化合物。另一方面，本发明提供了制备硅酸盐包封的酶的方法，其包括以下步骤(i)提供包含酶的发酵液，或从发酵液中分离但没有干燥的酶；(ii)将所述酶包封于硅酸盐中。另一方面，本发明提供了通过本发明方法获得的或能够通过本发明方法获得的硅 酸盐包封的酶。另一方面，本发明提供了防污组合物，其包含(i)表面涂层材料；(ii) (a)第一酶，和(b)第一底物，其中所述第一酶对所述第一底物的作用产生第二底物；(iii)第二酶，其中第二酶为根据本发明方法制备的酶，并且其中所述第二酶在作 用于所述第二底物时产生防污化合物。另一方面，本发明提供了由本发明的组合物构成的涂料。另一方面，本发明提供了由本发明的组合物构成的船舶防污剂(marine anti-foul)0本发明的各个方面均限定在所附的权利要求书中。下文将对这些方面以及其它优 选方面进行讨论。已经发现可以对现有技术的体系，例如W0-A_00/075293(

图1所示)中的体系，进 行改良。在此类体系中，通过氧化还原酶(例如，己糖氧化酶(HOX)或葡萄糖氧化酶(GOX)) 由葡萄糖和氧产生过氧化氢防污剂。葡萄糖通过葡糖淀粉酶(GA)由不溶底物(淀粉)产 生。在本发明提供的体系中，由酶涂料稳定酶组分，例如己糖氧化酶(HOX)或葡萄糖氧化酶 (GOX)。由此，可以在基于二甲苯的防污漆中使用防污剂生成体系，同时提高了酶在漆膜中 的保持力。在本发明提供的体系中，第二酶被二氧化硅颗粒包封或包封在硅石颗粒中。硅石 颗粒坚硬且不溶于含水溶剂和有机溶剂，由此为本发明所述防污体系中的酶提供了最佳包封方案。通常，通过提供第二酶和聚阳离子聚合物以及磷酸盐缓冲的硅酸盐溶液(PBSi)，形 成由水合无定形硅石基质中的酶和聚阳离子构成的胶状共沉淀物，由此提供硅酸盐包封的
第二酶。为了将酶转移至基于有机溶剂的漆料中，所述防污组合物可与有机溶剂混溶。这 可以通过表面活性剂实现，但该方法并不十分有效。或者，也可以以提供干燥形式的所述 酶。迄今为止，已经将各单组分作为例如干式葡糖淀粉酶(GA)、干式H0X/G0X以及干式淀粉 而混合至涂料中。尽管可商购获得粉末状淀粉，但可得的工业生产的酶主要为发酵液或浓 缩物，并且必须首先分别进行单独干燥从而提供现有技术使用的粉末。用于制备干燥酶产 品的很多载体(例如盐或麦芽糊精)与漆料并不相容。本发明人还提供了改良的方法，其 中将第一底物(淀粉)和液体形式的第一酶(葡糖淀粉酶(GA))在共沉淀悬浮液中直接混 合，从而将干颗粒的配制简化成一步干燥过程，并减少了成本和物力。漆内活性试验(in-paint activity assay)表明，硅石包封的酶，例如HOX的性能 优于未包封的酶。成功地生产了基于淀粉/GA/硅石-(H0X/G0X)产过氧化氢漆料。综上所 述，硅酸盐包封，例如通过共沉淀的包封，非常有望用于稳定和保持防污漆中的酶。在本发明的说明书中，术语“防污”、“防污的”和“防污剂”中所指的“污(垢)”包 括可以定植和/或生长在有待于利用本发明组合物处理的表面上的生物。这些生物包括微 生物，例如细菌、真菌和原生生物，还包括藻类以及诸如藻、植物和动物的生物，所述生物可 以是海洋生物。在本发明的说明书中，例如在“防污化合物”或“防污组合物”中的“防污 剂”(anti-fIoulant或anti-fouling)是指防止或减少或抑制污垢生长的物质或化合物或
组合物。在本发明的说明书中，“表面涂层材料(surface coating material) ”是指粘附到 表面从而在该表面产生涂层的物质或化合物或组合物。表面涂层材料是涂料领域熟知的。在本发明的说明书中，硅酸盐是至少包含硅和氧并具有一个或多个Si-O-Si键的 物质。术语“硅酸盐”的范围是本领域技术人员熟知的，其细节可见于，例如Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology (通过弓|用并入本文)。本发明的组合物包含第一酶和第一底物，其中，所述第一酶和所述第一底物通过 第一酶对第一底物的作用产生本发明第二酶的底物。所述第一酶和所述第一底物的这种组 合在下文中称为“底物产生体”。第一酶优选地，第一酶选自能够将寡聚或多聚底物降解成单体单元的外切作用酶，例如 β -半乳糖苷酶、肽酶、葡糖淀粉酶及其混合物。优选地，第一酶为葡糖淀粉酶(EC 3. 2. 1. 3)。本领域技术人员可以理解，葡糖淀粉 酶也被称作淀粉葡糖苷酶。优选地，第一酶为来自里氏木霉(Trichoderma reesei)的葡糖淀粉酶或来自灰腐 质霉(Humicola grisea)的葡糖淀粉酶。优选地，第一酶为来自里氏木霉的葡糖淀粉酶。优选地，第一酶为按照US 2006/0094080中的描述制备的来自里氏木霉的葡糖淀粉酶。
优选地，第一酶为来自灰腐质霉的葡糖淀粉酶。第一底物提供第一底物是有利的，这是因为通过第一酶对第一底物的作用提供了第二底物 的持续和/或延长释放。优选地，第一底物选自氧化酶底物的寡聚物和多聚物，淀粉、乳糖、纤维素、葡萄 糖、肽、菊粉及其混合物。在所述两步法中，优选第一底物为淀粉。特别优选天然淀粉(naive starch)作为第一底物。天然淀粉提供了能够容易地 应用于表面涂层材料中的密集晶体。此外，天然淀粉还不溶于水。另外，还特别优选纤维素作为第一底物。纤维素是漆料的常用组分，并且使用纤维 素作为第一底物减少了必须添加到漆料组合物中的额外组分的数量。第二酶优选地，第二酶为氧化酶。优选地，第二酶选自葡萄糖氧化酶、L-氨基酸氧化酶、 D-氨基氧化酶、半乳糖氧化酶、己糖氧化酶、吡喃糖氧化酶、苹果酸氧化酶、胆固醇氧化酶、 芳基醇氧化酶、醇氧化酶、7-烯胆烷醇氧化酶、天冬氨酸氧化酶、胺氧化酶、D-谷氨酸氧化 酶、乙醇胺氧化酶、NADH氧化酶、尿酸氧化酶(尿酸酶)及其混合物。优选地，第二酶为葡萄糖氧化酶、己糖氧化酶或其混合物。一方面，优选第二酶为葡萄糖氧化酶。优选地，第一酶为来自黑曲霉(Aspergillus niger)的葡萄糖氧化酶。优选地，第一酶为按照US5783414的描述制备的来自黑曲霉的葡萄糖氧化酶。优选地,第一酶为得可自 Genencor International Inc, Rochester, NY, USA 的葡 萄糖氧化酶GC199。一方面，优选第二酶为己糖氧化酶。己糖氧化酶(D-己糖02-氧化还原酶，EC 1. 1. 3. 5)(亦称作Η0Χ)是能够在氧存 在下将D-葡萄糖和包括麦芽糖、乳糖和纤维二糖在内的其它几种还原性糖氧化成其对应 的内酯，并随后水解成相应的己醛糖酸的酶。因此，HOX与另一类氧化还原酶，即只能转化 D-葡萄糖的葡萄糖氧化酶的不同之处在于HOX(第二酶)能够利用的糖底物范围更广。由 HOX催化的氧化反应可由下式说明D-葡萄糖+O2------> Y-D-葡萄糖酸内酯+H2O2，或D-半乳糖+O2-----> Y -D-半乳糖酸内酯+H2O2本文所用术语“Η0Χ”是指能够氧化选自D-葡萄糖、D-半乳糖、D-甘露糖、麦芽糖、 乳糖和纤维二糖的底物的酶。己糖氧化酶优选得自于或可以得自皱波角叉菜(Chondrus cripus) 。一方面，己糖氧化酶为包含在EP-A-0832245公开内容中的酶。优选地，第一酶为按照EP-A-0832245中的描述制备，并以发酵液形式使用的来自 皱波角叉菜的己糖氧化酶。第二底物优选地，第二底物选自肽、L-氨基酸和碳水化合物/糖，包括己糖，优选包括葡萄 糖、半乳糖、乳糖、2-脱氧葡萄糖、吡喃糖、木聚糖、纤维素、菊糖、淀粉、葡聚糖、果胶及其混合物。酶/底物在优选的实施方式中，第二酶/第二底物的组合选自葡萄糖/己糖氧化酶、葡萄糖 /葡萄糖氧化酶、L-氨基酸L-氨基酸氧化酶、半乳糖/半乳糖氧化酶、乳糖/ β -半乳糖苷 酶/己糖氧化酶、乳糖/ β -葡萄糖苷酶/葡萄糖氧化酶、2-脱氧葡萄糖/葡萄糖氧化酶、吡 喃糖/吡喃糖氧化酶及其混合物。在高度优选的方面，第一底物/第一酶/第二酶的组合为淀粉/葡糖淀粉酶/己 糖氧化酶。优选地，所述防污化合物为过氧化氢。在一个优选的方面，第一酶的存在量使其活性小于第二酶的活性。因此，第一酶 将限制防污化合物的形成速度。因此，在一个优选的方面，第一酶第二酶的活性比大于 1 1，优选至少为1 2，优选至少为1 10，优选至少为1 20，优选至少为1 50，优 选至少为1 100，优选至少为1 1000，优选至少为1 10000。在一个优选的方面，第一酶为葡糖淀粉酶，第二酶为HOX或G0X，并且葡糖淀粉酶 与H0X/G0X的活性比大于1 1，优选至少为1 2，优选至少为1 10，优选至少为1 20， 优选至少为1 50，优选至少为1 100，优选至少为1 1000，优选至少为1 10000。在一个优选的方面，第一酶为葡糖淀粉酶，第二酶为Η0Χ，并且葡糖淀粉酶与HOX 的活性比大于1 1，优选至少为1 2，优选至少为1 10，优选至少为1 20，优选至少 为1 50，优选至少为1 100，优选至少为1 1000，优选至少为1 10000。在一个优选的方面，第一酶为葡糖淀粉酶，第二酶为G0X，并且葡糖淀粉酶与GOX 的活性比大于1 1，优选至少为1 2，优选至少为1 10，优选至少为1 20，优选至少 为1 50，优选至少为1 100，优选至少为1 1000，优选至少为1 10000。^jj1 (encapsulation)硅石颗粒坚硬且不溶于含水溶剂和有机溶剂，由此被认为为防污体系中的酶提供 了最佳包封。之前已经开发出了用于共沉淀硅酸盐和酶的方法(描述于US2005/0158837 中)。将酶和聚阳离子聚合物的混合物与磷酸盐缓冲的硅酸盐溶液(PBSi)混合，从而形成 由水合无定形硅石基质内的所述酶和聚阳离子构成的胶状共沉淀物。此外，本发明提供了一步配制方法，其可简化用于漆料的防污组合物的配制。在一个优选的方面，所述包封的第二酶是酶、硅酸盐和含N有机模板分子的共沉 淀物。优选地，所述含N有机模板分子为多胺、改性多胺、聚乙烯亚胺、多肽或修饰的多肽。在一个优选的方面，所述包封的第二酶是酶、硅酸盐和含N有机模板分子的共沉 淀物，其中所述含N有机模板分子选自多胺、改性多胺、聚乙烯亚胺、多肽或修饰的多肽。在一个优选的方面，通过中和碱金属硅酸盐得到所述硅酸盐。在一个优选的方面，通过水解有机硅酸盐并加入缓冲液而得到的或可以通过水解 有机硅酸盐并加入缓冲液得到所述包封的酶。在一个优选的方面，所述包封的第二酶是酶、硅酸盐和聚乙烯亚胺的共沉淀物。优 选地，所述酶聚乙烯亚胺的比例为约1-约20，如2-约15，或如约5-约15，或如约5-约 10，或约0. 3-约10，或约0. 5-约5，或约0. 7-约2，或约0. 75-约1. 25。在一个优选的方面，所述包封的第二酶为Η0Χ、硅酸盐和聚乙烯亚胺的共沉淀物。当第二酶为HOX时，HOX 聚乙烯亚胺的比例可以为约0. 3-约10，更优选为约0. 5-约5， 更优选为约0. 7-约2，更优选为约0. 75-约1. 25。在一个优选的方面，所述包封的第二酶为G0X、硅酸盐和聚乙烯亚胺的共沉淀物。 当第二酶为GOX时，GOX 聚乙烯亚胺的比例可以为约1-约20，更优选为约2-约15，更优 选为约5-约15，更优选为约5-约10。用于包封酶的硅酸盐或有机硅酸盐溶液可以由硅石前体制得。出于本发明的目 的，所述硅酸盐前体可以为能够在所选条件下产生二氧化硅(SiO2，硅石)的有机物或无机 物。硅酸盐溶液为包含硅酸盐或寡聚硅酸盐形式的可溶二氧化硅的溶液。通过将稀 释的碱金属硅酸盐溶液或烷基硅酸盐(alkyl siliconate salt)溶液与含水溶液或酸性 树脂混合，将PH降低至12或更低以形成缓冲硅酸盐溶液(例如磷酸盐缓冲的溶液)，来制 备用于所述方法的硅酸盐溶液。将碱金属硅酸盐或烷基硅酸盐的PH降低至12或更低的 含水溶液可以为酸、酸性溶液或PH低的缓冲液。用于中和的酸包括磷酸、柠檬酸、乙酸和 盐酸等。优选弱酸，例如磷酸、柠檬酸和乙酸，并且更优选磷酸。用于中和的酸性树脂包括 Amberlite" ‘ IR-120+(Aldrich，WI)，其为强酸性阳离子交换剂。用于本发明的硅酸盐前体包括碱金属硅酸盐和烷基硅酸盐。碱金属硅酸盐包括硅 酸钠盐类(如偏硅酸钠、正硅酸钠和硅酸钠溶液)，硅酸钾盐类和硅酸铯盐类。优选的碱金 属硅酸盐为硅酸钠和硅酸钾。优选的碱金属硅酸盐包括硅酸钠盐类。硅酸钠盐类是可商购的。例如，偏硅酸钠 和正硅酸钠可购自Gelest Inc. (Morrisville，PA)。硅酸钠溶液(SiO和NaOH的溶液)可 购自 Sigma Aldrich0烷基硅酸盐包括烷基硅酸钠、烷基硅酸钾和烷基硅酸铯。优选的烷基硅酸盐为烷 基硅酸钠和烷基硅酸钾。优选的烷基硅酸盐为甲基硅酸钠。在此实施方式中，由Si-O-金 属基团，例如烷基硅酸盐，如甲基硅酸钠MeSi (ONa)3的质子化产生能够缩合并形成凝胶的 Si-OH基团。在所述硅酸盐溶液的制备中，可以首先用酸、碱或催化剂水解四烷基正硅酸盐 以形成硅酸盐溶胶。硅酸酸盐溶胶的定义为硅酸盐寡聚物的稳定胶状溶液，其中，所述 寡聚物的粒径在纳米范围内。当PH出现变化或接触催化剂时，硅酸酸盐溶胶会发生 凝胶化或沉淀(Iler，R. K. ‘ The Chemistry of Silica ' (Wiley, 1979) ；Brinker, C. J. and Scherer, G. W. , ' Sol Gel Science :The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing' (Academic press，1990))。然后，将硅酸酸盐溶胶加入到缓冲液、酸或碱中， 从而形成PH为约2-约12，更优选约4-约10且最优选约5-约9的硅酸盐溶液。四烷基正 硅酸盐的实例包括四甲基正硅酸盐(TMOS)和四乙基正硅酸盐(TEOS)。有机硅酸盐溶液为包含硅酸盐或寡聚硅酸盐形式的可溶二氧化硅和有机硅烷 (即，包含至少一个硅-碳(Si-C)键的硅烷)的溶液。在用于所述方法的有机硅酸盐溶液的 制备中，首先通过水解四烷基正硅酸盐和一种或多种有机硅烷，来形成酸性pH(pH 1-6)或 碱性pH(pH 8-13)的溶胶，其中所述有机硅烷选自烷基三烷氧基硅烷、芳基三烷氧基硅烷、 二烷基二烷氧基硅烷和二芳基二烷氧基硅烷组成的组。优选的酸性PH为，例如，pH 1-5或 PH 1.5-4。优选的碱性pH为，例如，pH 9-12。然后，将所述溶胶加入到缓冲液、酸或碱中，从而形成PH为约2-约12，优选pH为约4-约10并且更优选pH为约5-约9的有机硅酸盐 溶液。例如，利用水性酸水解苯基三乙氧基硅烷(PTEQ形成苯基倍半硅氧烷溶胶(PPSQ)， 将PPSQ与衍生自四乙基正硅酸盐的硅酸盐溶胶合并，并加入到缓冲液中从而形成有机硅 酸盐溶液。有机硅烷与硅酸盐前体的摩尔比为约1 100至约10 1，优选约1 50至约 2 1且优选约1 10至约1 1。^^如本发明所讨论的，一方面，本发明提供了用于制备硅酸盐包封的酶的方法，其包 括以下步骤(i)提供包含酶的发酵液，或从发酵液中分离但没有干燥的酶；(ii)将所述酶包封于硅酸盐中。一方面，本发明的方法提供了包含酶的发酵液。一方面，本发明的方法提供了从发酵液中分离但没有干燥的酶。通过本发明说明书可以理解，本发明方法的酶优选为本发明防污组合物的第二 酶。在本发明方法的一方面，所述方法包括用于提供其他酶(如本发明防污组合物的 第一酶)的额外步骤(iii)。在本发明方法的一方面，所述方法包括用于提供底物(如本发明防污组合物的第 一底物)的额外步骤(iii)。在本发明方法的一方面，所述方法包括用于提供其他酶(如本发明防污组合物的 第一酶)和底物(如本发明防污组合物的第一底物)的额外步骤(iii)。优选地，所提供的其他酶(如本发明防污组合物的第一酶)和底物(如本发明防 污组合物的第一底物)的比例可使防污组合物具有理想的防污剂释放。在本发明方法的一方面，所述方法包括用于干燥所述物质的额外步骤(iv)。这种 干燥可以提供可直接混合到基于有机溶剂的漆料中的组合物。在本发明方法的一方面，所述方法包括本发明限定的额外步骤(iii)和本发明限 定的额外步骤(iv)。本发明的优点在于，将酶粗液的配制与一个组分的包封合并在同一个步骤中(即 没有中间干燥或其它分离步骤)，由此获得各组分之间的适当比例，同时，从酶制造的观点 来看，配制的成本显著降低，而从涂料配制的观点来看，降低了对混合设备的需求和并减少 了生产时间。表面涂层材料优选地，所述表面涂层材料包含选自以下的组分于基于溶剂的体系中的聚氯 乙烯树脂；于基于溶剂的体系中的氯化橡胶；于基于溶剂的体系或含水体系中的丙烯酸 树脂和甲基丙烯酸树脂；作为含水分散体或基于溶剂的体系的氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚 物体系；聚乙烯甲基醚；丁二烯共聚物，如丁二烯-苯乙烯橡胶、丁二烯-丙烯腈橡胶和 丁二烯-苯乙烯-丙烯腈橡胶；干性油如亚麻籽油；醇酸树脂；浙青；环氧树脂；聚氨酯 树脂(urethane resin)；聚酯树脂；酚醛树脂；(天然)松香；松香衍生物；歧化松香； 部分聚合的松香；氢化松香；脂松香(gum rosin)；歧化脂松香；非含水分散粘合剂体系 (non-aqueous dispersion binder systems)；娃烧化丙烯酸酉旨粘合齐Ll体系(silylatedacrylate binder systems) ； ^ M M St it Ii1J ^ ^Ll ΙΦ ^ (metal acrylate binder systems)；及其衍生物和混合物。优选地，所述表面涂层材料包含粘合剂。优选地，所述粘合剂选自(天然)松香， 松香衍生物，歧化松香，部分聚合的松香，氢化松香，脂松香，歧化脂松香，丙烯酸树脂，聚乙 烯甲基醚，乙酸乙烯酯-氯乙烯-乙烯三元共聚物，非含水分散粘合剂体系，硅烷化丙烯酸 酯粘合剂体系和金属丙烯酸盐粘合剂体系。此类粘合剂特别用于航海目的的防污组合物。非含水分散粘合剂体系术语“非含水分散树脂”和类似表述是指壳-核结构，其包括利用高分子量组分 (“壳组分”)，将高极性高分子量树脂微粒组分(“核组分”)稳定分散到低极性溶剂中的 非含水液体介质而获得的树脂。可以通过以下方法制备所述非含水分散树脂，在该方法中，根据常规方法，将可聚 合的乙烯系(ethylenically)不饱和单体在含壳组分(分散稳定剂)的烃溶剂中分散聚 合，其中，所述可聚合的乙烯系不饱和单体可溶于烃溶剂，且可聚合从而形成不溶于所述烃 溶剂的聚合物(核组分)，所述壳组分由溶解于或膨胀于所述溶剂中的聚合物制得。所利用的非含水分散型树脂可以为本质已知的树脂，或者可以按照已知树脂生产 的树脂。此类非含水分散型树脂及其制备方法的描述于，例如US3，607，82UUS 4，147，688、 US 4，493，914和US 4，960，828、日本专利公开No. 29，551/1973和日本特开专利申请 No. 177，068/1982中。具体地，可以使用溶于低极性溶剂的各种高分子物质作为构成非含水 分散型树脂的壳组分，其中，所述高分子物质描述于，例如US 4, 960,828(日本特开专利申 请 No. 43374/1989)中。考虑到最终漆涂层的防污性，可以使用诸如丙烯酸树脂或乙烯树脂的壳组分。通常可采用高极性乙烯系不饱和单体的共聚物作为核组分。所述非含水分散型树脂可以由本质已知的方法形成。所述方法的实例为，预先通 过嵌段共聚或接枝共聚形成核组分和壳组分，然后按照需要将核组分和壳组分在低极性溶 剂中混合并反应，从而形成非含水分散体的方法(参见，日本专利公开No. 29，551/1973)， 和在溶解乙烯系不饱和单体但不溶解由乙烯系不饱和单体形成的聚合物(核组分)的 溶剂中以及存在溶解或者稳定分散在溶剂中的分散稳定剂的条件下，共聚乙烯系不饱 和单体(其中至少一种单体具有高极性基团)的混合物，并且如果需要，使所得共聚 物进一步与所述分散稳定剂反应以形成最终的非含水分散体的方法(参见，美国专利 No. 3, 607, 821号(日本专利公开No. 48，566/1982)，日本特开专利申请No. 177,068/1982、 No. 270，972/2001、No. 40，010/2001 和 No. 37，971/2002)。在后一种方法中，所述分散稳定 剂的分子中包含溶解于低极性溶剂中的成分和对所分散的树脂具有亲和性的成分，或者具 有特定组成的溶解于所述低极性溶剂的分散稳定剂作为壳组分存在，而通过单体的共聚形 成作为核组分的分散组分。在本发明使用的壳-核结构的非含水分散型树脂中，重要的是至少核组分具有游 离的酸性基团，或者具有游离的酸性基团和可以通过在海水中水解而转化为所述酸性基团 的甲硅烷基酯基团。优选按重量计5-75 %，优选5-60 %，优选7-50 %的核聚合物单体应具 有游离的酸性基团。由于所述游离的酸性基团将对漆制剂的性质产生直接影响，而甲硅烷 基酯基团只有在海水中水解后才具有影响作用，因此重要的是，按重量计不超过3%的核组分单体为甲硅烷基酯单体。通常，按重量计，不超过1 %的核组分单体为甲硅烷基酯单体，并 且多数情况下，核中不存在甲硅烷基酯基团。甲硅烷基酯单体的实例为丙烯酸甲硅烷酯或甲基丙烯酸甲硅烷酯。如果需要，壳组分中也可以包含较小比例的游离酸性基团或甲硅烷基酯基团。然 而，认为按重量计，小于3%的壳组分单体为游离酸性基团或甲硅烷基酯基团。术语“游离的酸性基团”旨在涵盖酸性形式的酸性基团。应当理解，如果组合物中 或环境中存在合适的反离子，这种酸性基团可以暂时以盐形式存在。作为说明性实例，预期 如果此类酸性基团与盐水接触，一些游离的酸性基团可以以钠盐形式存在。因此，所述非含水分散型树脂的树脂酸值优选为15-400mg KOH/g，优选为5_300mg KOH/g，，优选为18-300mg KOH/g。如果所述非含水分散树脂的总酸值低于15mg KOH/g，则 漆涂层的抛光率(polishing rate)可能太低，且防污性质也常常不理想。另一方面，如果 总酸值高于400mg K0H/g，则抛光率可能太高，并且由此可能出现耐水性(S卩，漆涂层在海 水中的耐久性)问题。(当核组分和/或壳组分包含酸性前体基团时，树脂酸值为通过水解 将所述基团转化为酸性基团时得到的值)。本文中的“树脂酸值”是指中和Ig树脂(固体 含量)所消耗的KOH量(mg)，表示所述树脂(固体含量)的酸性基团含量(在酸性前体基 团的情况下，为通过水解形成的酸性基团的含量)。推荐酸性基团和/或酸性前体基团包含于核组分中，从而使其含量(作为树脂酸 值)为非含水分散型树脂的总树脂酸值的至少80%，优选至少90%，更优选至少95%。如果所述非含水分散树脂的核组分的酸值低于所述非含水分散型树脂总酸值的 80%，即壳组分的酸值高于总酸值的20%，则可能出现上述耐水性和持久性的潜在问题。此 外，如果涂料组合物包含游离的金属离子，那么在壳组分的酸值高于总酸值的20%时，可能 出现凝胶化的问题。因此，通常优选疏水性的壳组分。非含水分散型树脂中，核组分相对于壳组分的干重比例没有具体限制，但通常在 90/10至10/90的范围内，优选80/20至25/75，优选60/40至25/75。此外，认为所述非含水分散树脂的干物质通常构成涂料组合物湿重的2-30%，优 选 4-25 %，优选 5-25 %，优选 5-20 %。对于用于分散将作为粘合剂的所述非含水分散树脂的溶剂，可以使用常用于漆料 的各种有机溶剂，而没有任何特别限制。用于溶解或分散所述非含水分散树脂漆组合物的组分的溶剂实例为醇类，例如甲 醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇和苯甲醇；醇/水混合物，例如乙醇/水混合物；脂肪 族烃、脂环族烃和芳族烃，例如石油溶剂(white spirit)、环己烷、甲苯、二甲苯和石脑油溶 剂；酮类，如甲乙酮、丙酮、甲基异丁基酮、甲基异戊基酮、双丙酮醇和环己酮；醚醇，如2- 丁 氧基乙醇、丙二醇单甲基醚、乙二醇单乙基醚、乙醚和丁基二乙二醇；酯类，如乙酸乙酯、丙 酸乙酯、乙酸甲氧基丙酯、乙酸正丁酯和乙酸2-乙氧基乙酯；氯代烃类，如二氯甲烷、四氯 乙烷和三氯乙烯；及其混合物。可用的溶剂特别为烃型溶剂，并且包括脂肪族、脂环族和芳族溶剂。在本发明中， 优选使用脂肪族烃溶剂和/或脂环族烃溶剂，或者主要含此类溶剂。合适的脂肪族和脂环族烃溶剂包括，例如，正己烷、异己烷、正庚烷、正辛烷、异辛烷、正癸烷、正十二烷、环己烷、甲基环己烷和环庚烷。商业产品包括，例如，mineral spirit ec、vm&p naphtha 禾口 shellzole 72 (Shell Chemical Co.制造)；naphtha no· 3、naphtha no. 5 λ naphtha no· 6 禾口 solvent no. 7 (Exxon Chemical Co.制造)；ip solvent 1016、 ip solvent 1620 禾口 ip solvent 2835 (Idemitsu Petrochemical co. ltd.制造)；以及 pengazole an-45 和 pengazole 3040 (Mobile Oil Co.制造)。 此外，所述芳族溶剂包括，例如，苯、甲苯、二甲苯和萘烷。商业产品包括，例如， Solvesso 100 禾口 Solvesso 150 (Exxon Chemical Co.制造)；禾口 Swazole (Maruzen Oil Co.，Ltd.制造)。
这些烃型溶剂可以单独使用或者将其中两种或更多种的混合物组合使用, 硅烷化丙烯酸酯粘合剂体系
另一方面，在所述涂料组合物中使用的共聚物包含带有至少一个通式I
权利要求
1.防污组合物，其包含(i)表面涂层材料；(ii)(a)第一酶，和(b)第一底物，其中所述第一酶对所述第一底物的作用产生第二底物；(iii)第二酶，其中所述第二酶被包封于硅酸盐中，并且其中所述第二酶在作用于所述 第二底物时产生防污化合物。
2.如权利要求1所述的组合物，其中，所述第一酶是被包封的。
3.如权利要求1或2所述的组合物，其中，所述包封的第二酶是酶、硅酸盐和含N有机 模板分子的共沉淀物。
4.如权利要求3所述的组合物，其中，所述硅酸盐是通过中和碱金属硅酸盐而得到的。
5.如权利要求3或4所述的组合物，其中，所述含N有机模板分子为多胺、改性多胺、聚 乙烯亚胺、多肽或修饰的多肽。
6.如权利要求5所述的组合物，其中，所述酶与聚乙烯亚胺的比例为约0.3-约10。
7.如前述任一项权利要求所述的组合物，其中，所述第一酶为葡糖淀粉酶。
8.如前述任一项权利要求所述的组合物，其中，所述第一底物为所述第二底物的寡聚 物或多聚物。
9.如前述任一项权利要求所述的组合物，其中，所述第一底物为淀粉。
10.如前述任一项权利要求所述的组合物，其中，所述第二酶为氧化酶。
11.如前述任一项权利要求所述的组合物，其中，所述第二酶为氧化还原酶。
12.如前述任一项权利要求所述的组合物，其中，所述第二酶选自己糖氧化酶和葡萄糖氧化酶。
13.如前述任一项权利要求所述的组合物，其中，所述第二酶为己糖氧化酶。
14.如权利要求1-13中任一项所述的组合物，其中，所述第二酶为葡萄糖氧化酶。
15.如前述任一项权利要求所述的组合物，其中，所述第一酶与所述第二酶的比例为至 少 1 2。
16.如前述任一项权利要求所述的组合物，其中，所述第一酶与所述第二酶的比例为至 少 1 10。
17.如前述任一项权利要求所述的组合物，其中，所述第一酶与所述第二酶的比例为至 少 1 50。
18.如前述任一项权利要求所述的组合物，其中，所述第二底物为糖。
19.如权利要求18所述的组合物，其中，所述糖为葡萄糖。
20.如前述任一项权利要求所述的组合物，其中，所述组合物进一步包含固定所述组合 物中的至少一种组分的粘合剂。
21.如权利要求20所述的组合物，其中，所述粘合剂至少固定所述第二酶。
22.如前述任一项权利要求所述的组合物，其中，所述组合物被配制为涂料、漆、染剂或 瓷釉。
23.如前述任一项权利要求所述的组合物，其中，所述表面涂层材料包含选自以下的组 分于基于溶剂的体系中的聚氯乙烯树脂；于基于溶剂的体系中的氯化橡胶；于基于溶剂 的体系或含水体系中的丙烯酸树脂和甲基丙烯酸树脂；作为含水分散体或基于溶剂的体系的氯乙烯-乙酸乙烯共聚物体系；聚乙烯基甲基醚；丁二烯共聚物，如丁二烯苯乙烯橡胶、 丁二烯丙烯腈橡胶和丁二烯-苯乙烯-丙烯腈橡胶；干性油，如亚麻籽油；醇酸树脂；浙青； 环氧树脂；聚氨酯树脂；聚酯树脂；酚醛树脂；天然松香；松香衍生物；歧化松香；部分聚合 的松香；氢化松香；脂松香；歧化脂松香；非含水分散粘合剂体系；硅烷化丙烯酸酯粘合剂 体系；金属丙烯酸盐粘合剂体系；及其衍生物和混合物。
24.如前述任一项权利要求所述的组合物，其中，所述表面涂层材料为树脂。
25.用于制备硅酸盐包封的酶的方法，其包括以下步骤(i)提供包含酶的发酵液或从发酵液中分离但没有干燥的酶；(ii)将所述酶包封于硅酸盐中。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于权利要求I-M中任一项所述的特征。
27.由权利要求25或沈的方法获得或可获得的硅酸盐包封的酶。
28.防污组合物，其包含(i)表面涂层材料；(ii)(a)第一酶，和(b)第一底物，其中所述第一酶对所述第一底物的作用产生第二底物；(iii)第二酶，其中所述第二酶为权利要求27所述的硅酸盐包封的酶，并且其中所述 第二酶在作用于所述第二底物时产生防污化合物。
29.涂料，其由权利要求I-M中任一项所述的组合物构成。
30.船舶防污剂，其由权利要求I-M中任一项所述的组合物构成。
31.如权利要求30所述的船舶防污剂，其中，所述防污剂为自抛光型防污剂。
32.从表面涂层释放防污化合物的方法，其中，所述方法包括向表面涂层加入(i)表面涂层材料；(ii)(a)第一酶，和(b)第一底物，其中所述第一酶对所述第一底物的作用产生第二底物；(iii)第二酶，其中所述第二酶被包封于硅酸盐中，并且其中所述第二酶在作用于所述 第二底物时产生防污化合物。
33.参考实施例的基本如前所述的涂料。
34.参考实施例的基本如前所述的船舶防污剂。
35.参考实施例的基本如前所述的方法。
36.参考实施例的基本如前所述的工艺。
全文摘要
本发明提供了防污组合物，其包含(i)表面涂层材料；(ii)(a)第一酶，和(b)第一底物，其中所述第一酶对所述第一底物的作用产生第二底物；(iii)第二酶，其中第二酶被包封于硅酸盐中，并且其中所述第二酶在作用于所述第二底物时产生防污化合物。
文档编号C09D5/16GK102083919SQ200980124376
公开日2011年6月1日 申请日期2009年6月24日 优先权日2008年6月25日
发明者布赖恩·瑟高·劳尔森, 雅各布·布罗贝里·克里斯滕森 申请人:丹尼斯科公司