“COMPOSIÇÃO BIOCIDA E MÉTODO PARA CONTROLAR O CRESCIMENTO DE MICROORGANISMO EM UM SISTEMA AQUOSO OU CONTENDO ÁGUA”
Referência remissiva aos pedidos correlatos 5 Este pedido reivindica prioridade ao pedido provisório de número serial 61/467.414, depositado em 25 de março de 2011, que é aqui incorporado em sua totalidade como referência.
Campo da invenção
A invenção refere-se às composições biocidas e aos métodos de seu uso para o controle de microorganismos em sistemas aquosos e contendo água. As composições compreendem 2,2-dibromomalonamida e um biocida oxidante.
Antecedentes da invenção
Os sistemas aquosos fornecem locais de procriação férteis para algas, bactérias, vírus, e fungos alguns dos quais são patogênicos. Tal contaminação com microorganismo pode criar uma variedade de problemas, incluindo condições esteticamente desagradáveis como água verde enlodada, vários riscos para a saúde como infecções füngicas, bacterianas, ou virais, e problemas mecânicos incluindo obstrução, corrosão de equipamento e redução de transferência de calor.
Os biocidas são comumente usados para desinfetar e controlar o crescimento de microorganismos em sistemas aquosos e contendo água. Entretanto, nem todos os biocidas são efetivos contra uma ampla variedade de microorganismos e/ou temperaturas, e alguns são incompatíveis com outros aditivos de tratamento químico. Em adição, alguns biocidas não proporcionam controle microbiano durante períodos de tempo suficientemente longos.
Embora algumas destas desvantagens possam ser suplantadas por intermédio do uso de quantidades maiores do biocida, esta opção cria seus próprios problemas, incluindo custo aumentado, resíduo aumentado, e possibilidade aumentada de que o biocida interferirá com as propriedades desejáveis do meio tratado. Em adição, mesmo com o uso de quantidades maiores do biocida, muitos compostos biocidas comerciais não podem proporcionar controle efetivo devido à atividade fraca contra certos tipos de microorganismos ou à resistência dos microorganismos àqueles compostos.
Seria um avanço significativo na técnica o fornecimento de
I composições biocidas para o tratamento de sistemas aquosos que proporcionem uma ou mais das seguintes vantagens: eficácia aumentada em concentrações menores, compatibilidade com condições físicas e outros aditivos no meio tratado, efetividade contra um amplo espectro de microorganismos, e/ou capacidade para proporcionar controle de microorganismos tanto de curta duração quanto de longa duração.
BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Em um aspecto, a invenção fornece uma composição biocida. A composição é útil para controlar microorganismos em sistemas aquosos ou contendo água. A composição compreende: 2,2-dibromomalonamida e um biocida oxidante compreendendo ácido hipocloroso ou um seu sal, mono-halodimetil-hidantoína, diclorodimetil-hidantoína, ou dibromodimetil-hidantoína.
Em um segundo aspecto, a invenção fornece um método para controlar microorganismos em sistemas aquosos ou contendo água. O método compreende tratar o sistema com uma quantidade efetiva de uma composição biocida como aqui descrita.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
Como observado acima, a invenção fornece uma composição biocida e métodos de uso da mesma no controle de microorganismos. A composição compreende: 2,2-dibromomalonamida e um biocida oxidante compreendendo ácido hipocloroso ou um seu sal, mono-halo-dimetilhidantoína, diclorodimetil-hidantoína, ou dibromodimetil-hidantoína. Sem sido surpreendentemente descoberto que combinações de 2,2·. 1 dibromomalonamida e o biocida oxidante como aqui descrito, em certas razões em peso, são sinérgicas quando usadas para o controle de microorganismo em meios aquosos ou contendo água. Isto é, os materiais combinados resultam em propriedades biocidas aperfeiçoadas em comparação com as que de modo diferente seriam previstas com base no desempenho individual deles. A sinergia permite que sejam usadas quantidades reduzidas dos materiais para alcançar o desempenho biocida desejado, reduzindo desta forma os problemas causados pelo crescimento de microorganismos em águas de processos industriais reduzindo simultaneamente potencialmente o impacto ambiental e o custo de materiais.
Para os propósitos deste relatório descritivo, o significado de microorganismo inclui, mas não se limitam a, bactérias, fungos, algas e vírus. As palavras controle e controlar devem ser interpretadas amplamente para incluir dentro de seu significado, e sem limitação ao mesmo, inibir o crescimento ou a propagação de microorganismos, exterminar microorganismos, desinfetar, e/ou conservar. Em algumas modalidades preferíveis, controle e controlar significam inibir o crescimento ou a propagação de microorganismos. Em outras modalidades, controle e controlar significam o extermínio de microorganismos.
O termo 2,2-dibromomalonamida refere-se a um composto representado um composto representado pela seguinte fórmula química: o o 'H2Nx>\<^NH2 Br Br
Salvo indicação em contrário, as razões, percentagens, partes, e similares aqui usadas são em peso e as faixas numéricas incluem os números definindo a faixa.
Em algumas modalidades da invenção, a razão em peso entre
2,2-dibromomalonamida e o biocida oxidante está entre 16:1 e 1:8.
Em algumas modalidades, a composição da invenção compreende 2,2-dibromomalonamida e ácido hipocloroso ou um seu sal, tal como hipocíorito de sódio. A 2,2-dibromomalonamida e o ácido hipocloroso ou hipocíorito estão comercialmente disponíveis e/ou podem ser prontamente preparados por aquelas pessoas versadas na técnica usando técnicas bem conhecidas. O hipocíorito pode, por exemplo, estar na forma de agente alvejante comercial (e.g., Clorox®) ou graus’comerciais mais concentrados (e.g., 15 %) que podem ser tipicamente usados em aplicações industriais. O hipocíorito também pode ser eletroliticamente gerado.
Em algumas modalidades, a razão em peso entre 2,2dibromomalonamida e ácido hipocloroso ou um seu sal está entre 16:1 e 1:1.
Em ainda uma outra modalidade, a composição da invenção compreende 2,2-dibromomalonamida e mono-halo-dimetil-hidantoína. Exemplos de mono-halo-dimetil-hidantoína adequadas incluem monoclorodimetil-hidantoína e monobromodimetil-hidantoína, com monoclorodimetil-hidantoína sendo preferida. Os materiais podem ser facilmente preparados por aquelas pessoas versadas na técnica. A monoclorodimetil-hidantoína pode ser preparada, por exemplo, pela reação de dimetil-hidantoína com ácido hipocloroso em uma razão molar de 1:1. A mono-halo-dimetil-hidantoína pode ser pré-preparada antes da adição no sistema aquoso ou pode ser gerada in situ.
Em algumas modalidades, a razão em peso entre 2,2dibromomalonamida e mono-halo-dimetil-hidantoína está entre 1:1 e 1:4.
Em outra modalidade, a composição da invenção compreende
2,2-dibromomalonamida e diclorodimetil-hidantoína. A diclorodimetilhidantoína pode ser preparada, por exemplo, pela reação de dimetilhidantoína com ácido hipocloroso em uma razão molar de 1:2. A diclorodimetil-hidantoína pode ser pré-preparada antes da adição no sistema aquoso ou pode ser gerada in situ.
Em algumas modalidades, a razão em peso entre 2,2dibromomalonamida e diclorodimetil-hidantoína está entre 16:1 e 1:2.
Em uma outra modalidade, a composição da invenção compreende 2,2-dibromomalonamida e dibromodimetil-hidantoína. A dibromodimetil-hidantoína pode ser preparada, por exemplo, pela reação de dimetil-hidantoína com ácido hipobromoso em uma razão molar de 1:2. A dibromodimetil-hidantoína pode ser pré-preparada antes da adição no sistema aquoso ou pode ser gerada in situ.
Em algumas modalidades, a razão em peso entre 2,2dibromomalonamida e dibromodimetil-hidantoína está entre 16:1 e 1:8.
A composição da invenção é útil para controlar microorganismos em uma variedade de sistemas aquosos e contendo água. Exemplos de tais sistemas incluem, mas não se limitam a, tintas e revestimentos, emulsões aquosas, látices, adesivos, tintas de impressão, dispersões de pigmento, agentes de limpezas doméstica e industrial, detergentes, detergentes para lavagem de pratos, emulsões poliméricas de lamas minerais, agentes de calafetação e adesivos, compostos de junta de fita, desinfetantes, agentes de sanitização, fluidos de usinagem de metal, produtos de construção, produtos para cuidados pessoais, fluidos têxteis como óleos de encimagem, água de processo industrial (e.g., água de campo de petróleo, água de polpa e papel, água de refrigeração), água de injeção em campo de petróleo e gás, água produzida, outros fluidos funcionais para petróleo e gás como lamas de perfuração e fluidos de fraturamento, fluidos para uso em tubulações de transporte de campo de petróleo e gás, combustíveis, águas de lavadores de ar, água de lastro, água de sistemas de filtração, e água de piscina e de balneário. Os sistemas aquosos preferidos são fluidos de usinagem de metal, produtos para os cuidados pessoais, agentes de limpezas doméstica e industrial, água de processo industrial, e tintas e revestimentos. São particularmente preferíveis água de processo, tintas e revestimentos, fluidos de usinagem de metal, fluidos têxteis como óleos de encimagem.
Uma pessoa versada na técnica pode prontamente determinar, sem experimentação indevida, a quantidade efetiva da composição que deve ser utilizada em qualquer aplicação específica para proporcionar o controle de micro-organismo. A guisa de ilustração, uma concentrações de agentes ativos adequada (total para ambos 2,2-dibromomalonamida e um biocida oxidante) é tipicamente pelo menos 1 ppm, altemativamente pelo menos 3 ppm, altemativamente pelo menos 7 ppm, altemativamente pelo menos 10 ppm, altemativamente pelo menos 30 ppm, ou altemativamente pelo menos 100 ppm com base no peso total do sistema aquoso ou contendo água. Em algumas modalidades, um limite superior adequado para a concentração de agentes ativos é 1.000 ppm, altemativamente 500 ppm, altemativamente 100 ppm, altemativamente 50 ppm, altemativamente 30 ppm, altemativamente 15 ppm, altemativamente 10 ppm, ou altemativamente 7 ppm, com base no peso total do sistema aquoso ou contendo água.
Os componentes da composição são adicionados no sistema aquoso ou contendo água separadamente, ou pré-misturados antes da adição. Adicionalmente, os biocidas oxidantes podem ser gerados in situ no sistema aquoso ou contendo água. Pessoas comumente versadas na técnica pode facilmente determinar o método de adição e/ou de geração apropriado. A composição pode ser usada no sistema com outros aditivos como, mas não limitados a, tensoativos, polímeros iônicos / não iônicos e inibidores de corrosão e de incrustação, eliminadores de oxigênio, e/ou biocidas adicionais.
Os exemplos a seguir são ilustrativos da invenção mas não são intencionados para limitarem o seu escopo.
EXEMPLOS
Os resultados fornecidos nos Exemplos são gerados usando um ensaio de inibição de crescimento. Detalhes de cada ensaio são fornecidos abaixo.
Ensaio de inibição de crescimento. O ensaio de inibição de crescimento usado nos Exemplos mede a inibição de crescimento (ou a sua falta) de um consórcio microbiano. A inibição de crescimento pode ser o resultado do extermínio das células (assim nenhum crescimento ocorre), extermínio de uma porção significativa das populações de células de modo que o crescimento de novo exige um tempo prolongado, ou inibição de crescimento sem extermínio (estase). Independente do mecanismo de ação, a influência de um biocida (ou de uma combinação de biocidas) pode ser medida durante o tempo com base em um aumento no tamanho da comunidade.
O ensaio mede a eficácia de um óu mais biocidas na evitação do crescimento de um consórcio de bactérias em um meio de sais minerais diluído. O meio contém (em mg/1) os seguintes componentes: FeCl3 6H2O (1); CaCl22H2O (10); MgSO47H2O (22,5); (NH^SCfi (40); KH2PO4 (10); K2HPO4 (25,5); Extrato de Levedo (10); e glicose (100). Após a adição de todos os componentes em água desionizada, o pH do meio é ajustado para 7,5. Após esterilização por filtração, alíquotas são dispensadas em quantidades de 100 pL em cavidades de placa de microtitulação. Diluições de 2,2dibromomalonamida (DBMAL) e/ou “Biocida B” são então adicionadas na placa de microtitulação. Após o preparo das combinações de agentes ativos ilustradas abaixo, cada cavidade é inoculada com 100 pL de uma suspensão de células contendo ca. 1 x 106 células por mililitro de uma mistura de Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae, Staphylococcus aureus, e Bacillus subtilis. O volume total final do meio em cada cavidade é de 300 pL. Assim que preparada como aqui descrito, a concentração de cada agente ativo varia de 25 ppm a 0,195 ppm como ilustrado em Tabela 1. A matriz resultante mostra o teste de oito concentrações de cada agente ativo e 64 combinações de agentes ativos nas razões (de agentes ativos).
Tabela 1. Modelo para o ensaio de sinergia baseado em placa de microtitulação mostrando as concentrações de cada agente ativo. As razões são baseadas em peso (ppm) de cada agente ativo.
|
DBMA |
L (ppm) |
25,000 |
12,500 |
6,250 |
3,125 |
1,563 |
0,781 |
0,391 |
0,195 |
Biocida B (ppm) |
25,000 |
1:1 |
1:2 |
1:4 |
1:8 |
1:16 |
1:32 |
1:64 |
1:128 |
12,500 |
2:1 |
1 |
1:2 |
1:4 |
1:8 |
1:16 |
1:32 |
1:64 |
6,250 |
4:1 |
2:1 |
1 |
1:2 |
1:4 |
1:8 |
1:16 |
1:32 |
3,125 |
8:1 |
4:1 |
2:1 |
1 |
1:2 |
1:4 |
1:8 |
1:16 |
1,563 |
16:1 |
8:1 |
4:1 |
2:1 |
1 |
1:2 |
1:4 |
1:8 |
0,781 |
32:1 |
16:1 |
8:1 |
4:1 |
2:1 |
1 |
1:2 |
1:4 |
0,391 |
64:1 |
32:1 |
16:1 |
8:1 |
4:1 |
2:1 |
1 |
1:2 |
0,195 |
128:1 |
64:1 |
32:1 |
16:1 |
8:1 |
4:1 |
2:1 |
1:1 |
Controles (não mostrados) contêm o meio sem biocida adicionado.
Imediatamente após a preparação das placás de microtitulação, as leituras de densidade óptica (OD, optical density) de cada cavidade foram medidas a 580 nm e as placas foram então incubadas a 37°C durante 24 h. Após o período de incubação.' as placas foram suavemente agitadas antes de os valores de OD580 serem coletados. Os valores de OD580 em To são subtraídos dos valores em T24 para determinar a quantidade total de crescimento (ou sua falta) que ocorre. Estes valores são usados para calcular a inibição percentual de crescimento causada pela presença de cada biocida e de cada uma das 64 combinações. Uma inibição de crescimento de 90% é usada como um limite para calcular os valores de índice de sinergia (SI, synergy index) com a seguinte equação:
índice de sinergia = MDBmal/CDbmal + MB/CB onde
CdBmaU Concentração de DBMAL exigida para inibir >90% de crescimento bacteriano quando usada sozinha.
CB: Concentração de biocida (B) exigida para inibir >90% de crescimento bacteriano quando usado sozinho.
MDBMal· Concentração de DBMAL exigida para inibir >90% de crescimento bacteriano quando usada em combinação com biocida (B).
MB: Concentração de biocida (B) exigida para inibir >90% de crescimento bacteriano quando usada em combinação com DBMAL.
Os valores de SI são interpretados como segue:
SI <1: Combinação sinérgica
SI = 1: Combinação aditiva
SI >1: Combinação antagonística
Nos Exemplos abaixo, as quantidades de biocidas na solução são medidas em mg por litro de solução (mg/1). Visto que as densidades de solução são aproximadamente 1,00, a medição de mg/1 corresponde ao peso e pode ser expressada como partes por milhão (ppm). Ambas as unidades podem ser portando utilizadas intercambiavelmente nos Exemplos.
Exemplo 1
DBMAL e Ácido hipocloroso
Suspensões de células são desafiadas com DBMAL, ácido hipocloroso (HOC1), e combinações de DBMAL e HOC1. Os valores de inibição percentual de crescimento são calculados como descrito acima e usados para determinar a concentração mínima de cada agente ativo e combinações de agentes ativos para resultar em inibição de crescimento de pelo menos 90% (valores de I90). Os valores de I90 para DBMAL e HOC1 são 6,25 mg/1 e 0,78 mg/1, respectivamente. Várias combinações de DBMAL e HOC1 nas quais a concentração de cada agente ativo é menor do que o respectivo valor de I90 resulta em inibição de crescimento >90%. A Tabela 2 contém razões e valores de índice de sinergia para as combinações sinérgicas. Tabela 2. Razões e valores de índice de sinergia de combinações sinérgicas de DBMAL e HOC1.
DBMAL
(mg/1) |
HOC1
(mg/1) |
Razão de DBMAL: HOC1 |
índice de sinergia (SI) |
1,56 |
0,39 |
. 4:1 |
0,75 |
0,78 |
0,39 |
2:1 |
0,63 |
0,39 |
0,39 |
1:1 |
0,56 |
3,13 |
0,195 |
16:1 ' |
0,75 |
1,56 |
0,195 |
8:1 |
0,5 |
0,78 |
0,195 |
4:1 |
0,37 |
Exemplo 2
DBMAL e Monoclorodimetil-hidantoína
Neste exemplo, DBMAL é avaliada para sinergia com monoclorodimetil-hidantoína (MCDMH) preparada pela reação de dimetilhidantoína (DMH) com HOC1 em uma razão molar de 1:1. Imediatamente antes da realização do ensaio, as soluções de DMH e HOC1 são combinadas para proporcionar concentrações equimolares de cada reagente. A hidantoína monoclorada resultante, MCDMH, é usada no ensaio. Os valores de I90 para DBMAL e MCDMH são 6,25 mg/1 e 3,13 mg/1, respectivamente. Algumas combinações de DBMAL e MCDMH causam inibição de crescimento >90% quando usadas em concentrações menores do que as respectivas concentrações de I90. As combinações de DBMAL e MCDMH verificadas como sinérgicas são mostradas em Tabela 3.
Tabela 3. Razões sinérgicas e valores de SI para combinações de DBMAL + MCDMH__
DBMAL
(mg/1) |
MCDMH
(mg/1) |
Razão de DBMAL:M CDMH |
SI |
1,56 |
1,56 |
1:1 . |
0,75 |
0,78 |
1,56 |
1:2 |
0,62 |
0,39 |
1,56 |
1:4 |
0,56 |
Exemplo 3
DBMAL e Diclorodimetil-hidantoína
Neste exemplo, DBMAL foi testada sozinha e em combinação de diclorodimetil-hidantoína (DCDMH) preparada pela reação com de DHM com HOC1 em uma razão molar de 1:2. Os valores de I90 para DBMAL e DCDMH são 6,25 mg/1 e 0,78 mg/1, respectivamente. A Tabela 4 contem as razões sinérgicas e os valores de índice de sinergia para as combinações dos dois agentes ativos.
Tabela 4. Razões sinérgicas e valores de SI para DBMAL e DCDMH.
DBMAL
(mg/1) |
DCDMH
(mg/1) |
Razão de DBMAL: DCDMH |
índice de sinergia (SI) |
1,56 |
0,39 |
4:1 |
0,75 |
0,78 |
0,39 |
2:1 |
0,625 |
0,39 |
0,39 |
1:1 |
0,56 |
0,195 |
0,39 |
1:2 |
0,53 |
3,13 |
. 0,195 |
16:1 |
0,75 |
Exemplo 4
DBMAL e Dibromodimetil-hidantoína
Neste exemplo, DMH é reagida com HOBr (formado pela combinação de razões equimolares de NaBr e HOC1) em uma razão molar de 1:2 para formar dibromodimetil-hidantoína (DBDMH). Os valores de I90 para DBMAL e DBDMH são 6,25 mg/1 e 3,13 mg/1, respectivamente. HOBr tem um valor de I90 de 12,5 mg/1. Várias combinações dos dois agentes ativos são sinérgicas como mostradas em Tabela 5.
Tabela 5. Razões sinérgicas e valores de SI para DBMAL e DBDMH.
DBMAL
(mg/1) |
DBDMH
(mg/1) |
Razão de DBMAL: DBDMH |
índice de sinergia (SI) |
1,56 |
1,56 |
1:1 |
0,75 |
0,78 |
1,56 |
1:2 |
0,62 |
0,39 - |
1,56 |
1:4 |
0,56 |
0,195 |
1,56 |
1:8 |
0,53 |
3,13 |
0,78 |
4:1 |
0,75 |
1,56 |
0,78 |
2:1 |
0,5 |
0,78 |
0,78 |
1:1 |
0,375 |
0,39 |
0,78 |
1:2 |
0,31 |
3,13 |
0,39 |
8:1 |
0,625 |
3,13 |
0,195 |
16:1 |
0,56 |