SE454131B - Desinfektionsmedelskomposition innehallande en blandning av di-decyl-dimetylammonium-halogenid och di-n-decyl-dimetylammoniumhalogenid samt sett att oka bionedbrytbarheten av foreningen di-decyl-dimetylammoniumhalogenid - Google Patents

Description

15 _20 25 30 35 454 131 2 Kvaterniseringen av didecyl-metylamin med en metyl- klorid ger högre utbyten än kvaternisering av decyl-di- metylamin med decylklorid.

Följande exempel är belysande framställningar av föreningarna enligt uppfinningen, varvid uttrycket “de- cyl" i alla dessa exempel användes för att ange den ovan- nämnda blandningen av primära 10-kol-förgrenade kedjor, som har CAS-nummer 68551-08-6*.

Exemgel 1 _ _ necylalkohol + ncl-å decylkloria Ungefär 500 g decylalkohol och ungefär 10 g zinkklorid upphettas till ca l40° och torr väteklorid leds in i bland- ningen. Utloppsángorna kondenseras och infángas. När kon- densatets volym förblir konstant (vid ca 60-65 ml efter ca 3 h) avbrytes reaktionen. Det organiska skiktet i reak- tionskolven tvättas med kallt vatten och renas genom des- tillation. I Exemgel 2 Decylalkohol + metylamín-àdecylmetylamin 1 mol decylklorid upphettas i en autoklav med en koncentrerad lösning av monometylamin i vatten (isopropanol eller kan också vatten/isopropanolblandningar användas), innehållande ca 10 mol monometylamin, vid ca l10°C i 8-10 h.

Efter kylning tillsättes ca l,l mol natriumhydroxid under omröring. Det organiska skiktet avskiljes från blandningen, befrias från isopropanol (om den är närvarande) och frak- tioneras. Utbytet är ca 0,75-0,80 mol decylmetaylamin.

Exemgel 3 Decylklorid + decylmetylamin > didecylmetylamin En blandning av l mol decylmetylamin och 1 mol natrium- hydroxid upphettas till ca l60° vid atmosfärstryck och l mol decylklorid tillsättes långsamt under en tidperiod av l h. Upphettningen fortsättes ytterligare i ungefär l h. Den kylda organiska blandningen tvättas med kallt vatten och renas genom destillation.

När n-decylklorid användes i stället för decylklorid och n-decylmetylamin användes i stället för decylmetylamin är produkten di-n-decylmetylamin. 10 15 20 25 30 35 454 131 3 Exemgel 4 Didecylmetylamin + metylklorid--É> dedecyldimetyl- ammoniumklorid 1 mol didecylmetylamin i en autoklav blandas med ungefär en lika stor volym isopropanol, eller 50/50 isopropanol/vatten som lösningsmedel. Sedan pumpas 1 mol metylkloridgas (plus 1-2% överskott) in i autoklaven och innehållet däri upphettas vid ca 80-ll0°C i ca 12-15 h.

Didecyldimetylammoniumklorid, den kvaternära ammo-_ nium halogenídprodukten, lärarxas i lösning, varvid dess koncentra- tion är ca 35-50% beroende på mängden av lösningsmedel som användes i reaktionen.

När di-n-decylmetylamin användes i stället för dide- cylmetylamin är produkten di-n-decyldimetylammoniumklorid.

Exemgel 5 Blandningar av kvaternära ammoniumföreningar fram- ställdes enligt följande: (a) 95 vikt% didecyl-dimetylammoniumklorid, 5 vikt% di-n-decyl-dimetylammoniumklorid. (b) 90 vikt% didecyl-dimetylammoníumklorid, 10 vikt% di-n-decyl-dimetylammoniumklorid. (c) 75% didecyl.dimetylammoniumklorid, 25 vikt% di-n-decyl-dimetylammoniumklorid.

De antimikrobiella egenskaperna hos didecyl-dimetyl- ammoniumklorid, di-n-decyl-dimetylammoniumklorid och de tre blandningarna (a), (b) och (c) som visas i exempel 5, undersöktes med användning av följande förfarande. l. 50 ml av lösning som innehöll det lösta ämnet som skulle testas vid testkoncentrationen sattes aseptiskt till i förväg steriliserade 125 ml Erlenmeyer~kolvar som var försedda med bomullsproppar. 2. En serie kolvar som innehöll varje löst ämne vid olika testkoncentrationer inokulerades med 0,5 ml av en l/10 näringsbuljonglösning av en 24-h näringsbuljongkultur av Pseudemonas aeruginosa. En annan serie inokulerades med 0,5 ml av l/10 näringsbuljonglösning av en 24~h närings- buljongkultur av Aerobacter aerogenes. 10 15 20 454 131 4 3. Efter 30 min uttogs en 0,5 ml alikvot från varje kolv och sattes till 50 ml sterilt azolektin/Tween 80" neutraliseringsmedel. "Tween 80" är ett polyoxietylenderivat av partiella fettsyraestrar av hexitolanhydrider som fram- ställs av Atlas Power Co., Wilmington, Delaware, USA. 4. Agarplatta-räkningar gjordes av alikvotlösning- arna.

Tabell I visar de testade produkternas platta-räkningar.

Den verkliga mikrobiella räkningen kan beräknas genom multi- plicering av varje tal med 102.

Testerna utfördes samtidigt för att minimera jämförelse- fel beroende på fluktueringar i omgivningsbetingelserna.

Tabellen visar att vid koncentrationer av sá lite som 50 ppm, åtminstone beträffande Pseudemonas aeruginosa, har didecyl- dimetylammoniumklorid bättre aktivitet än di-n-decyl-dimetyl- ammoniumklorid, och detta är viktigt ty Pseudemonas aeruginosa är en av de svåraste mikroorganismerna att avdöda.

"BTC 776", kontrollen, är ett välkänt och potent anti- mikrobiellt medel. Den är en kvaternär bensalkonium som tillverkas av Onyx Chemical Company, Jersey City, New Jersey, USA. 454 131 251.... .L _ 5.1.1.. ål... 0 a! 3.1.. . i.. JÉISÉJÃ. .. 223.121..- 0 0 0 0 0; 00 0. 0 0 0 0 0 0 0 _ 0 0 0; 00 0 0 0.0 00 0 0 0 0 .0 0 0 0 0.00 00 0 0 0 0 0 0.0 0 0 0 0 0; 0.0 00 0 0.0 0.0 0.00 0.. 0 0; 0 0.00 0 0 0 0; 0.00 00 0 0 0 0;~ 0 0.00 0 0 0 0.0 0.0 0.5 00 0.3 0.00 0 0 0.0 0; 0.00 0.0 0.00 0 0 0.0 0 0 0.0 0.0 0.00 0.00 0.000 0; 0.0 0 0.00 0.00 0.00 0 0.2 0.3 0.0 0.00 0.0 0.00 0 0.2 0.00 0 .<¿ ...i ¿¿ å... .íw i... .<¿ ¿.._ å... å... å... Éfiwm. lAEmJ. www .. W .ä ._ .Wi WWW .. mh 0 00 L? nå.. :cflfáfiüocox 000.000.0.:0coEEc0>uUE«¶|.~>uu¶|:|._o n wH nocumouon uovonnoumå I 10.4 _...._0002:;:o0ë5æum=_.2.|0>oou0o u H dnofimøuøm nøcosousunm I .Én 0 ._ floflaa. 10 15 20 25 30 35 454 131 6 Ehuru didecyl-dimetylammoniumkloriden enligt före- liggande uppfinning är en potent mikrobiocid vid relativt låga koncentrationer, såsom ovan visas, är dess bio- nedbrytbarhet mycket lägre än di-n-decyl-dimetylammo- niumkloridens. När den emellertid blandas med relativt smà mängder av vissa föreningar, såsom di-n-decyl-dime- tylammoniumklorid,ökas dess bionedbrytbarhet utöver vad som kunde förväntas fràn summan av föreningarnas bidrag.

I enlighet med det ovanstående bestämdes bionedbrvt- barheten av (1) didecyl-dimetylammoniumklorid, (2) di-n- -decyl-dimetylammoniumklorid och (3) fysikaliska bland- ningar av dessa två kvaternära ammoniumsalter. Utsträck- ningen av bionedbrytbarhet fastställdes genom skakkolv- metoden. Den verkliga utsträckningen av blandningens bionedbrytbarhet jämfördes med mängden av bionedbrytning som borde ha uppträtt enligt beräkningarna, baserat på koncentrationen och bionedbrytbarheten av de rena komponenterna i blandningen. 7 Testerna utfördes på följande sätt: En blandad mikrobiell kultur som erhållits från aktiverat slam från avloppsreningsverk användes som inokulum. l0 ml av denna kultur och 0,3 g jästextrakt sattes till kolvar innehållande l liter av ett mineral- saltmedium.

Mineralsaltmediet bestod av följande blandning: ammoniumklorid 3,0 g dikaliumfosfat 1,0 9 kaliumklorid 0,25 9 magnesiumsulfat. 7H2O 0,25 g natriumbikarbonat 0,25 Q Fe S04 0,002 g l liter vatten, q.s.

Kolvarna hölls vid rumstemperatur på ett roterande skakbord som arbetade vid tillräcklig hastighet för att säkerställa god luftning.

För acklimatisering överfördes 10 ml kultur perio- lO 454 131 diskt var tredje dag till l liter färskt medium inne- hållande gradvis ökande koncentrationer av det kvater- -nära ammoniumsaltet som var under testning, nämligen 0, 0,5, 2,0, 4,0, 6,0, 8,0 och 10,0 mg per liter.

Efter 21 dygn av acklimatisering påbörjades testet vid begynnelsekoncentrationen 10 mg per liter av kvater- när ammoniumförening totalt.

Därefter uttogs ett prov fràn kolven på den sjätte dagen efter det att testet påbörjades och analyserades_ kemiskt beträffande totalkoncentration av kvaternär ammoniumförening.

Testresultaten framgår av den efterföljande tabel- len 2. 454 151 mä m m me A « me «.« ma Q Q ms w_« ädfixwhwm me °.~ wa ~.~ me H.~ ma o_o me @.« uwccøm wow HH@m~\Hæm> wæß HHw°H\Hwom »mß HHwm\H@mm »GOA HH æ«m H ywnumnßwunøwcofin mflHx~w> HH@m~\H*m> HHwo~\H@om HHwm\H»mm AHHV wfl~eHxa=fl=oeam~>pmaflø|Hæuwuuqlfln ^H. wfluoflxenflcoeeßfi>pwsflø|~>uw@fiø UGHCUCMHQ HÜHHÜ Uflflflwkßh ^uAmmEøfi:oEEm uumcnwum>x uwusunømcownumxofl >m ummmv ummmø m nmuwm ufimmäøflcoëšm uum:nwum>x >m.coflumuucwøc0xfiwu0fi uwuflH\mE ofl cøflumuucwocoxmmflwccæmmm N Hfiwnmfi 10 15 20 25 30 35 454 131 Alla de i tabell 2 visade testerna utfördes samti- digt för att minimera inflytandet av eventuella fel beroende på fluktuationer i omgivningsbetingelserna.

Tabell 2 visar totalkoncentrationen av kvaternär ammoniumförening som inte bionedbrutits i detta test efter 6 dagar, både för de rena materialen och för tre olika blandningar. Den visar också mängderna som kunde förväntas och beräknas från den kända bionedbrytbarheten av de rena materialen. I blandningen av 90% didecyl-di- metylammoniumklorid och 10% di-n-decyl-dimetylammonium- klorid skulle exempelvis en totalkoncentration av 10 mg per liter innehålla 9,0 mg didecyl-dimetylammonium- klorid och 1,0 mg di-n-decyl-dimetylammoniumklorid.

Didecyl-dimetylammoniumkloriden skulle vara 54% bioned- bruten, lämnande en rest av 46% (av 9,0 mg) som inte bionedbrutits eller ca 4,1 mg. Didecyl-dimetylammonium- klorid, som är 100% bionedbrytbar, skulle inte ha någon rest av icke-bionedbrutet kvaternärt ammoniumsalt. Med användning av den beräknade mängden av icke-bionedbru- tet kvaternärt ammoniumsalt i 1 liter lösning som ett mätt skulle därför mängden förväntas vara 4,1 mg, vilket är summan av de båda förväntade resterna. Vad som i själva verket verkligen återfanns var endast 2,2 mg av kvaternärt salt - ca 50% av den förväntade beräknade mängden. Ungefär samma resultat (ca 50% av beräknad mängd) återfanns för 95%I/5%II- och 75%I/25%II-bland- ningarna. Dessa resultat visar klart den oväntade ko-ned- brytningen mellan de två kvaternära ammoniumsalterna.

Koncentrationen av kvaternärt ammoniumsalt efter bionedbrytning bestämdes genom metoden enligt M.E.

Auerbach, Industrial and Engineering Chemistry, Analay- tical Edition, 15, pp 492-3 (1944). Denna metod utveck- lades särskilt för låga koncentrationer av kvarternära ammoniumsalter.

Praktisk erfarenhet har visat att kemikalier som uppvisar frán 60% till 70% bionedbrytning vid dessa laboratoriertest skulle vara bättre än 90% avlägsnat 10 15 20 25 30 35 454 131 10 under biologisk behandling av avloppsvatten. Det borde därför förväntas att kemikalier som är bionedbrutna ca 80% Skulle, under praktiska betingelser under bio- logisk nedbrytning av avloppsvatten, nästan fullständigt avlägsnas under behandling.

Om ett minimum av 90% avlägsnande genom biologisk behandling under praktiska betingelser under behandling av avloppsvatten tages som en standard, då är det klart att tillsättning av så lite som ca 5% av det oförgrenade di-n-decyl-dimetylammonium-kvaternära saltet till de förgrenade didecyl-dimetyl-kvaternära ammoniumsalterna enligt uppfinningen signifikant ökar didecylföreningens bionedbrytbarhet från en lägre än tillfredsställande till en mycket tillfredsställande nivå.

Det bör noteras att inte varje förening som är fullständigt bionedbrytbar kommer att främja bionedbryt- ning av didecyl-dimetylammoniumklorid. Exempelvis sacka- ros, som i likhet med di-n-decyl-dimetylammoniumklorid är fullständigt bionedbrytbar, påverkar inte didecyl- -dimetylammoniumkloridens bionedbrytning. Experiment visar att bionedbrytbarheten av den förgrenade dialkyl- -kvaternära ammoniumföreningen i närvaro sackaros är ca 54%, medan, såsom ovan visats, tillsättning av redan 5% av lO0% bionedbrytbar di-n-decyl-dimetylammonium- klorid höjer bionedbrytbarheten av det förgrenade dial- kyl~kvaternära saltet från ca 54% till ca 79% av kvater- när förening totalt.

Förutom användning av klorid som anjon i de ovan angivna föreningarna är det möjligt, ehuru mindre före- draget, att använda andra halogener som har en atomvikt större än 30 samt metosulfat eller etosulfat.

Ehuru didecyl-kvaternära ammoniumföreningar som ovan beskrivits är mycket effektiva, särskilt mot Pseu- domonas aeruginosa, vid låga koncentrationer, kan denna effektivitet till stor del förstöras i närvaro av hårt vatten eller organiskt avloppsvatten. Det är i själva verket välkänt att de flesta mikrobiocida kvaternära ammoniumföreningarna förlorar en stor andel av sin anti- 10 15 20 25 30 35 454 131 11 mikrobiella aktivitet i närvaro av hårt vatten eller organiskt avloppsvatten (organic soil).

Ehuru vissa hitintills kända dialkyl-dimetylammo- niumsalter kvarhàller tillräcklig aktivitet i närvaro av dessa föroreningar för att vara användbara som bak- teriostatiska medel eller sanitetsmedel är de dåliga desinfektionsmedel. (Ett "sanitetsmedel“ definieras här som en förening, vilken minskar koncentrationen av nákroonmnüsmer till en förut bestämd acceptabel nivå utan att nödvändigtvis avdöda 100% av organismerna.

Ett “desinfektionsmede1“ definieras här som en förening som avdödar 100% av organismerna). _ De kvaternära ammoniumföreningarnas effektivitet som sanitetsmedel i hårt vatten mätes vanligen genom “germicid och detergent sanitetsmedelstest", varvid ökande koncentrationer av hårdhet användes för att be- stämma den maximala vattenhàrdheten - vanligen uttryckt i ppm som kalciumkarbonat - vid vilket en koncentration av en förutbestämd mängd av en kvaternär förening avdödar 99,999% av testorganismerna i inokulum mätt efter kontakt i 30 s. Detta test anges ofta även som “hårdvattens- toleranstest".

"Germicid och detergent sanitetsmede1stestet“ kan. vara adekvat när de mikrobiella föroreningarna endast involverar de mindre virulenta, icke-patologiska arter- na av mikroorganismer, eller när avsikten endast är att minska den mikrobiella halten till förutbestämda acceptabla nivåer. Men när virulenta, patologiska arter av mikroorganismer utgör föroreningarna är enbart sani- tetsbehandling otillräcklig. I ett sådant fall kan endast desinfektering (l00% avdödning av mikroorganismer) tole- reras.

De kvaternära föreningarnas effektivitet som des- infektionsmedel mätes vanligen genom “användningsutspäd- ningstestet". Detta test mäter den minimala koncentra- tionen av ett desinfektionsmedel som avdödar 100% av mikroorganismer på en hård yta på 10 min. 10 15 20 25 30 35 454 131 i 12 Ehuru "användningsutspädningstestet“ ofta tjänar som ett medel för jämförande av de kvaternära föreningarnas å effektivitet som desinfektionsmedel har det en allvarlig i praktisk brist; nämligen, det utföres i destillerat vatten. ! De flesta samhällen i världen befinner sig i hårdvatten- områden och eftersom hårt vatten minskar desinfektionsmedlens antimikrobiella effektivitet är det nödvändigt att modifiera “användningsutspädningstestet" så att det beaktar vatten- hårdheten.

För att bestämma kvaternära desinfektionsmedels vefkliga effektivitet i hårt vatten har här vissa aspekter av "an- vändningsutspädningstestet" kombinerats med vissa aspekter av “germicida och detergent sanitetsmedelstest". I ett sådant kombinerat test utväljes en koncentration av desin- fektionsmedel, och med användning av den koncentrationen utföres på varandra följande “användningsutspädningstest" vid stegvis ökande koncentrationer av hàrdvattenförorening tills den kvaternära föreningen ej längre avdödar 100% av testorganismerna. Den maximala hårdvattennivàn vid vilken den kvaternära föreningen passerar detta test är det signi- fikanta måttet på desinfektionsmedelseffektivitet i hårt vatten.

Man har funnit att ehuru både di-n-decy1- och di-decyl- dimetylammoniumsalter är relativt dåliga desinfektionsmedel i hårt vatten eller i närvaro av organiskt avloppsvatten när de användes för sig själva, uppvisar de tillsammans en synergistisk effekt, varigenom blandningen också blir ett effektivt desinfektionsmedel både i hårt vatten och i närvaro av organiskt avloppsvatten.

Di-decyl- och di-n-decyl-dimetylammoniumsalter fram- ställs genom alkylering av en tertiär amin med en primär alkylhalogenid.

För att belysa föreliggande uppfinning framställes följande kvaternära föreningar, varvid var och en av dessa föreningar representeras av namnet på de två alkylsubsti- tuenterna efterföljt av "DMAC" som användes såsom en för- kortning för dimetylammoniumklorid: 10 15 20 25 30 35 454 151 13 di-decyl-DMAC di-n-decyl-DMAC Förutom de ovan angivna enskilda föreningarna fram- ställdes även följande blandningar: 90 vikt% di-decyl-DMAC, 10 vikt% di-n-decyl-DMAC 50 vikt% di-decyl-dmac, 50 vikt% di-n-decyl-DMAC 10 vikt% di-decyl-DMAC, 90 vikt% di-n-decyl-DMAC Alla de ovan angivna fem materialen underkastades "användningsutspädningstest" i destillerat vatten, mot Pseudemonas aeruginosa för att bestämma minimumkoncentra- tionen vid vilken var och en avdödar 100% av mikroorganis- merna. Var och en passerade "användningsutspädningstestet" vid minimumkoncentrationen 500 ppm i destillerat vatten.

Dessa samma fem material, var och en vid den ovan- nämnda koncentrationen 500 ppm, underkastades sedan en modifierad form av "användningsutspädningstestet" med an- vändning av teknikerna enligt "germicida och detergent sanitetsmede1stest“, varvid, i närvaro av 5% blodserum som organisk förorening, koncentrationen av hårdhet ökades i steg av 50 ppm i separata experiment tills den nivå av vattenhårdhet uppnáddes, vid vilken desinfektionsmedlet inte avdödade 100% av mikroorganismerna. Detta test är klart den bästa metoden för testning av desinfektionsmedlens hárdvattenprestation. _ Resultaten av testerna, i vilka alla koncentrationer verifierades genom reproducerade tester, visas i följande tabell: Tabell 3 Koncentrationen av hårdhet i vatten (i ppm av hårdhet) gentemot Pseudomonas aeruginosa ATCC nr 15442, med använd- ning av 500 ppm av kvaternär förening passerade misslyckades di-n-decyl-DMAC 250 300 di-decyl-DMAC 250 300 (90% di-decyl-DMAC (10% di-n-decyl-DMAC 450 500 454 131 14 passerade misslyckades (50% di~decyl-DMAC (50% di-n-decyl-DMAC S00 550 (l0% di-decyl-DMAC (90% di-n-decyl-DMAC 500 550 I destillerat vatten har di-decyl-DMAC och di-n-decyl- -DMAC ungefär samma desinfektionsmedelseffektivitet.

Resultaten i den ovan.angivna tabellen indikerar tydligt följande: När de användes i blandningar med varandra potentierar dí-n-decyl- och di-decyl-dimetylammoniumklorider, ehuru de uppvisar relativt dålig effektivitet ensamma i hårt vatten och organiskt avloppsvatten, varandra för att i hög utsträckning öka blandningens effektivitet under sådana betingelser.

Claims (2)

1. 0 15 20 25 454 131 15 PATENTKRAV l. Desinfektionsmedelskomposition omfattande en vatten- haltig lösning av en blandning av kvaternära ammoniumföre- ningar, k ä n n e t e c k n a d därav, att de kvaternära ammoniumföreningarna är närvarande i en mängd av minst 500 ppm, samt att de kvaternära ammoniumföreningarna ut- göres av en blandning av di-decyl-dimetylammoniumhalogenid och di-n-decyl-dimetylammoniumhalogenid, varvid uttrycket "decyl“ hänför sig till en blandning av primära grenkedjiga alkylgrupper, som var och en har 10 kolatomer och innehåller en rak kedja med minst tvâ förgreningar, varvid den för- härskande komponenten är trimetylheptyl, och uttrycket "n-decyl" hänför sig till den normala decylgruppen, och varvid de nämnda föreningarna föreligger i ett förhållande av mellan ca 3:1 och ca 20:1.

2. Sätt att öka bionedbrytbarheten av föreningen di-decyl-dimetylammoniumhalogenid, k ä n n e t e c k - n a t därav, att denna förening blandas med di-n-decy1- -dimetylammoniumhalogenid, varvid uttrycket "decyl" hänför sig till en blandning av primära grenkedjiga alkylgrupper, som var och en har 10 kolatomer och innehåller en rak kedja med minst tvâ förgreningar, varvid den förhärskande kom- ponenten är trimetylheptyl, och uttrycket "n-decyl" hänför sig till den normala decylgruppen, och varvid de nämnda föreningarna blandas i ett förhållande av mellan ca 3:1 och ca 20:l.