BRPI0923973B1 - A biocidal composition and method for controlling the growth of microorganisms in an aqueous or content water system - Google Patents

Description

"COMPOSIÇÃO BIOCIDA E MÉTODO PARA CONTROLAR O CRESCIMENTO DE MICROORGANISMOS NUM SISTEMA AQUOSO OU CONTENDO ÁGUA" Campo da invenção [0001] A invenção refere-se a composições biocidas e a métodos para sua utilização no controle de microorganismos em sistemas aquosos ou contendo água. As composições compreendem acetato de 2,6-dimetil-m-dioxan-4-ol juntamente com o segundo biocida.

Histórico da invenção [0002] Materiais em base aquosa muitas vezes requerem proteção contra degradação microbiana e/ou contaminação durante o tempo de armazenamento e utilização. Conservantes são utilizados para controlar a degradação microbiana e/ou contaminação em materiais aquosos, embora às vezes sejam incapazes de oferecer controle eficaz sobre uma ampla gama de microorganismos, mesmo a altas concentrações de uso. Além disso, os conservantes são, com frequência, um componente oneroso de um produto. Embora combinações de biocidas diferentes sejam às vezes utilizadas para prover controle global de microorganismos num ambiente de uso final especifico, existe a necessidade de combinações adicionais de microbicidas com atividade melhorada contra várias cepas de microorganismos. Existe também a necessidade de combinações que utilizem níveis mais baixos de microbicidas individuais para se obter benefícios ambientais e econômicos.

Breve sumário da invenção [0003] Em um aspecto, a invenção provê composições biocidas (ou seja, conservantes). As composições são úteis para controlar microorganismos em sistemas aquosos ou contendo água. As composições da invenção compreendem acetato de 2,6-dimetil-m-dioxan-4-ol juntamente com um composto biocida sem liberação de formaldeido selecionado do grupo consistindo de nitroalcanol bromado, um 2-halo-2-(halometil)glutaronitrila, e 2-fenoxietanol.

[0004] Em um segundo aspecto, a invenção provê um método para controlar microorganismos em sistemas aquosos ou contendo água. O método compreende tratar o sistema com uma composição biocida, conforme aqui descrito.

Descrição detalhada da invenção [0005] Conforme acima observado, a invenção provê composições biocidas e métodos para sua utilização no controle de microorganismos. As composições compreendem acetato de 2,6-dimetil-m-dioxan-4-ol ("dimetoxano") juntamente com um composto biocida sem liberação de formaldeido, selecionado do grupo consistindo de nitroalcanol bromado, um 2-halo-2-(halometil)glutaronitrila, e 2-fenoxietanol. Surpreendentemente, descobriu-se que combinações de dimetoxano com compostos biocidas sem liberação de formaldeido aqui descritos, a certas relações de peso, são sinérgicos quando utilizados no controle de microorganismos em meios aquosos ou contendo água. Ou seja, os materiais combinados resultam em propriedades biocidas melhoradas, ao contrário do que se podería esperar, se considerarmos seu desempenho isoladamente. A sinergia observada permite o uso de quantidades reduzidas dos materiais para se obter propriedades biocidas aceitáveis, reduzindo assim potencialmente o impacto ambiental e o custo dos materiais.

[0006] Para fins do presente relatório, o significado de "microorganismo" inclui, embora não se restrinja a bactérias, fungos, algas e vírus. As palavras "controle" e "controlar" devem ser amplamente interpretadas como abrangendo em seu significado, porém, sem restrição ao mesmo, inibir o crescimento ou a propagação de microorganismos, exterminar microorganismos, desinfecção e/ou conservação/preservação.

[0007] Numa primeira concretização da invenção, o composto biocida sem liberação de formaldeído é um nitroalcanol bromado. Preferivelmente, o composto de nitroalcanol bromado tem a fórmula I: onde R1 é hidrogênio, alquila C1-C12, ou fenil-alquila-Ci-Ci2; R3 é hidrogênio, ou R1 e R3, juntamente com o carbono ao qual estão ligados, formam um anel cicloalquila C5-C7; e R2 é hidrogênio, metila, etila, hidroximetila ou bromo.

[0008] Nitroalcanóis preferidos, de acordo com a Fórmula I, incluem compostos nos quais R1 é hidrogênio ou alquila C2-Cn. São ainda preferidos os compostos nos quais R1 é metila, etila, n-propila, n-butila, ou n-hexila. São também preferidos os compostos nos quais R1 e R3, juntamente com o carbono ao qual estão ligados, formam um anel ciclohexila.

[0009] Nitroalcanóis preferidos, de acordo com a Fórmula I, incluem ainda compostos nos quais R3 é H.

[0010] Nitroalcanóis adicionalmente preferidos de acordo com a fórmula I são compostos nos quais R2 é hidroximetila.

[0011] Compostos preferidos, de acordo com a fórmula I, incluem: C2H5CH (OH) CHBrN02; CH2 (OH) CBrN02CH20H; nC3H7CH(OH) CHBrN02; CH3CH (OH) CBrN02CH20H; CH3CH (OH) CHBrN02; (CH3) 2CHCH (OH) CBr2N02; nC5HnCH (OH) CHBrN02; nC6Hi3CH (OH) CHBrN02; CH3CH (OH) CN02BrCH3; 1- (bromonitrometil) ciclohexanol; CH3CH (OH) CBr2N02; CnH23CH (OH) CHBrN02; CH2 (OH) CHBrN02; nC4H9CH (OH) CHBrN02; C2H5CH (OH) CN02BrCH3; CH2 (OH) CN02BrC2H5; C2H5CH(OH)CBr2N02. Um nitroalcanol particularmente preferido de fórmula I é CH2 (OH) CBrN02CH20H (2-bromo-2-nitro-1,3-propanodiol).

[0012] Preferivelmente, a relação de peso de dimetoxano para nitroalcanol bromado na primeira concretização da invenção situa-se entre cerca de 1000:1 e cerca de 1:1000, mais preferivelmente entre cerca de 500:1 e cerca de 1:500, ainda mais preferivelmente entre cerca de 100:1 e cerca de 1:100. Em uma concretização particularmente preferida, a relação de peso de dimetoxano para nitroalcanol bromado situa-se entre cerca de 45:1 e cerca de 1:2.

[0013] Nitroalcanóis bromados de fórmula I estão disponíveis no mercado e/ou podem ser facilmente preparados pelos habilitados da técnica, utilizando técnicas bastante conhecidas (vide, por exemplo, a patente americana No. 3.558.788, aqui incorporada por referência). O dimetoxano está disponível no mercado.

[0014] Em uma segunda concretização da invenção, o composto biocida sem liberação de formaldeído é um composto de 2-halo-2-(halometil)glutaronitrila. Preferivelmente, o composto tem a fórmula II: onde X é bromo ou cloro. Um composto de glutaronitrila particularmente preferido é o 2-bromo-2-(bromometil)glutaronitrila.

[0015] Preferivelmente, a relação de peso de dimetoxano para dihalometilglutaronitrila na segunda concretização da invenção situa-se entre cerca de 100:1 e cerca de 1:100, mais preferivelmente entre cerca de 50:1 e cerca de 1:50, ainda mais preferivelmente entre cerca de 50:1 e cerca de 1:1. Em outras concretizações preferidas, a relação de peso situa-se entre cerca de 39:1 e cerca de 2:1.

[0016] Glutaronitrilas de fórmula II estão disponíveis no mercado e/ou podem ser facilmente preparadas pelos habilitados na técnica, utilizando técnicas bastante conhecidas (vide, por exemplo, a patente americana No. 3.877.922).

[0017] Em uma terceira concretização, o composto biocida sem liberação de formaldeído é fenoxietanol. Preferivelmente, a relação de peso de dimetoxano para fenoxietanol na terceira concretização da invenção situa-se entre cerca de 100:1 e cerca de 1:100, mais preferivelmente entre cerca de 50:1 e cerca de 1:50, ainda mais preferivelmente entre cerca de 1:1 e cerca de 1:30. Em outras concretizações preferidas, a relação de peso situa-se entre cerca de 1:6 e cerca de 1:29.

[0018] As composições da invenção são úteis no controle de crescimento de microorganismos numa variedade de sistemas aquosos e contendo água. Exemplos de tais sistemas incluem, embora não se restrinjam a tintas e revestimentos, emulsões aquosas, látex, adesivos, tintas, dispersões pigmentadas, limpadores domésticos e industriais, detergentes, lava-louças, pastas minerais, emulsões poliméricas, calafetações e adesivos, compostos para fitas de selagem de juntas, desinfetantes, higienizadores, fluidos para usinagem de metais, produtos para construção, produtos para cuidado pessoal, fluidos têxteis, tais como acabamentos de fiação, água de processo industrial (ex: água para campos petrolíferos, água para polpa e papel, água de refrigeração), fluidos funcionais para campos petrolíferos, tais como lamas de perfuração e fluidos de fraturamento, bem como combustíveis. Sistemas aquosos preferidos são detergentes, produtos de cuidado pessoal, produtos domésticos e industriais, bem como tintas/revestimentos.

[0019] Um habilitado na técnica pode facilmente determinar, sem experimentação indevida, a concentração da composição que deve ser usada em qualquer aplicação específica. Para fins de ilustração, uma concentração apropriada de ativos (total tanto para dimetoxano como para o segundo biocida), situa-se tipicamente entre 0,001 e 1 por cento em peso, preferivelmente entre 0,01 e 0,1 por cento em peso, com base no peso total do sistema aquoso ou contendo água, incluindo os biocidas.

[0020] Os componentes da composição podem ser adicionados ao sistema aquoso ou contendo água separadamente, ou pré-misturados antes da adição. Um habilitado na técnica pode facilmente determinar o método apropriado de adição. A composição pode ser usada no sistema com outros aditivos tais como, porém não restritos a surfactantes, polímeros iônicos/não iônicos, bem como inibidores de crostas, corrosão, varredores de oxigênio, e/ou biocidas adicionais.

[0021] Os exemplos a seguir são ilustrativos da invenção, embora não pretendam restringir seu escopo.

Exemplos Geral Biocidas. Os biocidas a seguir são testados nesses exemplos.

[0022] Acetato de 2, 6-dimetil-m-dioxan-4-ol (dimetoxano ou " DMX") é utilizado como BIOBAN™DXN, 87% ativo, da The Dow Chemical Company.

[0023] 2-bromo-2-nitropropano-l,3-diol ("BNPD") é usado como BIOBAN™ BP-30, BNPD 30% ativo, da The Dow Chemical Company.

[0024] 2-bromo-2-(bromometil)glutaronitrila ("DBGN") é obtido da Alfa Aesar.

[0025] 2-fenoxietanol (2-PE) é usado como DOWANOL™EPh, da The Dow Chemical Company.

[0026] Cálculos de Sinergia. Os índices de sinergia reportados são medidos e calculados utilizando a fórmula descrita abaixo. Nessa abordagem, um índice de sinergia de 1 indica aditividade. Um índice menor que 1, indica que a sinergia ocorreu, ao passo que um índice de sinergia maior que 1 indica antagonismo. índice de sinergia = CA/Ca + CB/Cb Ca = concentração mínima de antimicrobiano A, isoladamente, produzindo uma matança microbiana de 41ogio Cb = concentração mínima de antimocrobiano B, isoladamente, produzindo uma matança microbiana de 41ogio CA e CB = a concentração de microbianos A e B, em combinação, produzindo a matança microbiana requerida (uma matança microbiana de 41ogio, salvo indicação em contrário num Exemplo específico).

Exemplo 1 [0027] Avaliação de dimetoxano/2-bromo-2-nitropropano-l, 3-diol em Emulsão para Acabamento de Fiação [0028] Neste Exemplo, os perfis antimicrobianos de dimetoxano (DMX), 2-bromo-2-nitropropano-l,3-diol (BNPD) e combinações de DMX e de BNPD são avaliados numa emulsão para acabamento de fiação. A emulsão para acabamento de fiação é considerada livre de contaminação antimicrobiana antes do inicio das avaliações de eficácia do conservante. A emulsão de acabamento de fiação é preparada adicionando-se 1 parte de óleo para acabamento de fiação a 9 partes de água destilada, seguido de 30 minutos de mistura.

Preparação Experimental [0029] Os testes são conduzidos num formato de bloco de 96 cavidades utilizando um volume total de amostra de 300 a 600μ1 para todas as avaliações. Nessas amostras, não mais que 10% do volume total consiste de biocida e solução de organismos e todas as adições não em matriz são normalizadas para todas as amostras. Cada bloco experimental de 96 cavidades contém amostras tratadas com biocida e amostras de controle sem biocida.

[0030] Microorganismos. Meios de cultura em caldo tríptico de soja incubados por 24 horas são combinados em partes iguais para inoculação de formulação a uma concentração final de 5xl07 CFU/ml. Os organismos são adicionados a cada amostra do bloco de 96 cavidades e misturados até homogeneidade. Adicionalmente, os desafios bacterianos da emulsão de acabamento de fiação ocorrem nos dias 0, 2, 7 e 14 do período de teste de 28 dias. Organismos utilizados: Pseudomonas aeruginosa (ATCC#15442), Pseudomonas aeruginosa (ATCC#10145), Enterobacter aerogenes (ATCC#13048), Escherichia coli (ATCC#11229), Klebsiella pneumoniae (ATCC#8308), Staphylococcus aureus (ATCC#6538), Salmonella choleraesuis (ATCC # 10708).

[0031] Enumeração de Organismos Viáveis. As alíquotas de amostra são removidas em pontos específicos no tempo predeterminados para enumeração de microorganismos sobreviventes. As concentrações de biocida resultando numa matança de microorganismos > 6 logio/ em comparação com o controle livre de conservante, são consideradas como redução significativa de organismos viáveis, sendo posteriormente utilizadas para cálculo dos valores do índice de sinergia. Os resultados são mostrados na Tabela 1.

Tabela 1 - Cálculos de Sinergia no DIA 27 (após o 4o desafio microbiano) para DMX e BNPD em emulsão para acabamento de fiação *valores ppm representam a concentração de biocida ativo necessária para se obter uma matança microbiana de > 61ogi0 no ponto específico de tempo.

Exemplo 2 Avaliação de dimetoxano/2-bromo-2-nitropropano-l, 3-diol em Tinta [0032] Neste Exemplo, os perfis antimicrobianos de dimetoxano (DMX), 2-bromo-2-nitropropano-l,3-diol (BNPD) e combinações de DMX e BNPD são avaliados numa formulação comercial de tinta látex à base de água (interiores - casca de ovo) (pH 7,4) . A formulação de tinta é considerada livre de contaminação microbiana antes do inicio das avaliações de eficácia do conservante.

[0033] Preparação Experimental. Os testes são conduzidos num formato de bloco de 96 cavidades utilizando um volume total de amostra de 600μ1 para todas as avaliações. Nessas amostras, não mais que 10% do volume total consiste de biocida e solução de organismos e todas as adições não em matriz são normalizadas para todas as amostras. Cada bloco experimental de 96 cavidades contém amostras tratadas com biocida e amostras de controle sem biocida.

[0034] Microorganismos. Meios de cultura em caldo tríptico de soja incubados por 24 horas são combinados em partes iguais para inoculação de formulação a uma concentração final de 5xl06 CFU/ml. Os organismos são adicionados a cada amostra do bloco de 96 cavidades e misturados até homogeneidade. Adicionalmente, os desafios bacterianos das amostras de tinta ocorrem nos dias 0, 2, 7 e 14 do período de teste de 28 dias. Organismos utilizados: Pseudomonas aeruginosa (ATCC#15442), Pseudomonas aeruginosa (ATCC#10145), Enterobacter aerogenes (ATCC#13048) , Escherichia coli (ATCC#11229) , Klebsiella pneumoniae (ATCC#8308), Staphylococcus aureus (ATCC#6538), Salmonella choleraesuis (ATCC # 10708).

[0035] Enumeração de Organismos Viáveis. As alíquotas de amostra são removidas em pontos específicos de tempo predeterminados para enumeração de microorganismos sobreviventes. Os valores numéricos nas tabelas de dados abaixo representam os microorganismos viáveis logio recuperados de amostras individuais em pontos específicos de tempo e concentrações de biocida após adição do microorganismo. As concentrações de biocida resultando numa matança de microorganismos > 4 logio, em comparação com o controle livre de conservante, são consideradas como redução significativa de organismos viáveis, sendo posteriormente utilizadas para cálculo dos valores do índice de sinergia. Os resultados são mostrados nas Tabelas 2 e 3.

Tabela 2: Enumeração de microorganismos viáveis no DIA 20(após o 4o desafio microbiano) para DMX e BNPD em tinta.

Tabela 3: Cálculos de sinergia no DIA 20 para DMX e BNPD em tinta *Concentrações de biocida representadas como ppm de DMX ou BNPD ativo [0036] São necessários 1740ppm de dimetoxano ativo, quando utilizado isoladamente, para se obter uma matança microbiana de > 41ogio após quatro desafios bacterianos. 300 ppm de BNPD, quando utilizados isoladamente, são necessários para se obter uma matança microbiana de > 4 logio sob as mesmas condições de teste. O uso de várias relações de concentração de BNPD e dimetoxano resulta numa redução logio maior em microorganismos viáveis sob as mesmas condições de teste, indicando uma combinação sinérgica de ativos biocidas.

Exemplo 3 Avaliação de Dimetoxano/2-bromo-2-nitropropano-l,3-diol em Detergente para Lavagem de Roupas [0037] Uma amostra de detergente para lavagem de roupas é tratada com dimetoxano, BNPD, e combinações dos mesmos. As amostras são inoculadas quatro vezes num período de quatro semanas com 5 x 106 unidades formadoras de colônias por mililitro (CFU/mL) de inóculo que inclui Pseudomonas aeruginosa ATCC#9027, Enterobacter gergoviae ATCC#33028, Pseudomonas putida ATCC#49128, Salmonella choleraesuis ATCC#10708, Pseudomonas aeruginosa ATCC#10145, Pseudomonas aeruginosa ATCC#15442, Escherichia coli ATCC#11229, e Staphylococcus aureus ATCC#6538. As amostras são inoculadas nos dias 0, 2, 7 e 14 e analisadas quanto ao teor de bactérias nos dias 0, 1, 2, 3, 6, 8, 13, 15, 20 e 27. As concentrações de bactérias são determinadas através de diluição serial (1:10) até obtenção de um ponto de referência ("endpoint") de crescimento. A amostra é pontuada numa escala de 0-8, com base no número de diluições seriais necessárias para se obter o parâmetro de crescimento. Por exemplo, se uma amostra requer quatro diluições de 1:10 antes da perda do crescimento bacteriano, a amostra então recebe uma pontuação de 4 o que representa entre 5 x 104 e 5 x 105 organismos viáveis. Os resultados são mostrados nas Tabelas 4 e 5.

Tabela 4 [0038] Diversas combinações sinérgicas de dimetoxano e BNPD são encontradas neste estudo. Por exemplo, no dia 20, 1160 ppm de dimetoxano ou 99 ppm de BNPD isoladamente, foram necessários para se obter uma matança bacteriana de 41ogi0. 34 4 ppm de dimetoxano/4 4 ppm de BNPD dão uma relação de sinergia de 0,740. Combinações sinérgicas são mostradas na Tabela 5 abaixo.

Tabela 5: Cálculos de sinergia no DIA 20 para DMX e BNPD em detergente para lavagem de roupas Exemplo 4 Avaliação de dimetoxano/dibromoglutaronitrila em detergente para lavagem de roupas [0039] Uma amostra de detergente para lavagem de roupas é tratada com dimetoxano, dibromoglutaronitrila, e suas combinações. As amostras são inoculadas quatro vezes durante um período de quatro semanas com 5 x 106 unidades formadoras de colônias por mililitro (CFU/ml) de inóculo que inclui Pseudomonas aeruginosa ATCC#9027, Enterobacter gergoviae ATCC#33028, Pseudomonas putida ATCC#49128, Salmonella choleraesuis ATCC#10708, Pseudomonas aeruginosa ATCC#10145, Pseudomonas aeruginosa ATCC#15442, Escherichia coli ATCC#11229, e Staphylococcus aureus ATCC#6538. As amostras são inoculadas nos dias 0, 2, 1 e 14 e analisadas quanto ao teor de bactérias nos dias 0, 1, 2, 3, 6, 8, 13, 15, 20 e 27. As concentrações de bactérias são determinadas através de diluição serial (1:10) até obtenção de um ponto de referência ("endpoint") de crescimento. A amostra é pontuada numa escala de 0-8, com base no número de diluições seriais necessárias para se obter o ponto de referência de crescimento. Por exemplo, se uma amostra requer quatro diluições de 1:10 antes da perda do crescimento bacteriano, a amostra então recebe uma pontuação de 4 o que representa entre 5 x 104 e 5 x 105 organismos viáveis. Uma pontuação igual ou menor que 2 indica amostra aprovada. As Tabelas 6 e 7 resumem os pontos no tempo em que combinações sinérgicas de dimetoxano e dibromoglutaronitrila (DBGC) são encontradas.

Tabela 6. Enumeração de microorganismos viáveis no DIA 20 para dimetoxano e dibromoglutaronitrila em detergente para lavagem de roupas Tabela 7: Combinações sinérgicas no DIA 20 de dimetoxano e dibromoglutaronitrila em detergente para lavagem de roupas Exemplo 5 Avaliação de dimetoxano e 2-fenoxietanol (2-PE) em detergente para lavagem de roupas [0040] Neste Exemplo, uma amostra de detergente para lavagem de roupas é tratada com dimetoxano, 2-fenoxietanol (2-PE) e suas combinações. O mesmo procedimento experimental é utilizado conforme descrito acima no Exemplo 4. As Tabelas 8 e 9 abaixo resumem as combinações sinérgicas encontradas.

Tabela 8. Enumeração de microorganismos viáveis no DIA 27 para dimetoxano e 2-fenoxietanol em detergente para lavagem de roupas Tabela 9. Combinações sinérgicas no dia 27 de dimetoxano e 2-fenoxietanol em detergente para lavagem de roupas [0041] Embora a presente invenção tenha sido descrita acima de acordo com suas concretizações preferidas, ela pode ser modificada dentro do espirito e escopo deste relatório. O presente pedido pretende, pois, abranger quaisquer variações, usos ou adaptações da invenção, utilizando os princípios gerais aqui descritos. Além disso, o pedido pretende abranger desvios do presente relatório que são conhecidos ou que pertencem à prática costumeira do estado da técnica à qual pertence a presente invenção, e que se enquadram nos limites das reivindicações em anexo.

REIVINDICAÇÕES

Claims (2)

1. Composição biocida, caracterizada pelo fato de compreender: acetato de 2,6-dimetil-m-dioxan-4-ol; e um composto biocida não liberador de formaldeído, selecionado de CH2 (OH)CBrN02CH20H (2-bromo-2-nitro-1,3-propanodiol) , dibromoglutaronitrile e 2-fenoxietanol, onde a relação de peso entre acetato de 2,6-dimetil-m-dioxan-4-ol para 2-fenoxietanol é de 45:1 e 1:29, onde a relação em peso entre 2,6-dimetil-m-dioxan-4-ol para dibromoglutaronitrile é de 39:1 e 2:1, e onde a relação em peso entre 2, 6-dimetil-m-dioxan-4-ol para 2-bromo-2-nitro-l,3-propanodiol é de 45:1 e 1:2.

2. Método para controlar o crescimento de microorganismos num sistema aquoso ou contendo água, caracterizado pelo fato de compreender tratar o sistema com uma composição, conforme definida na reivindicação 1.