專利名稱：包含第一酶和包封的第二酶的防污組合物的制作方法
包含第一酶和包封的第二酶的防污組合物本發(fā)明涉及防污組合物。具體地，本發(fā)明涉及防污組合物，其包含能夠產(chǎn)生具有防 污作用的化合物的酶。生物污垢的問題出現(xiàn)在持續(xù)或間歇性地與水接觸的任何表面。活生物體的表面粘 附與生長引起多種類型的設(shè)備和裝置在衛(wèi)生和功能上的問題，其范圍涉及醫(yī)用植入物和電 子電路，乃至較大的建筑，例如加工設(shè)備、造紙機和船舶。在許多情況下，生物污垢由微觀有機雜質(zhì)或包含細菌和其它微生物的胞外聚合物 (EPS)的可見粘性層構(gòu)成。這種類型的生物污垢被稱作微污垢，更常被稱作生物膜，其出現(xiàn) 在自然環(huán)境和工業(yè)環(huán)境中表面與水接觸的任何地方。在充分發(fā)育時，海洋環(huán)境中的生物污 垢還包括宏觀生物，例如藻類和藤壺。這種類型的生物污垢是水下建筑，例如管道、錨鏈、捕 魚網(wǎng)、橋梁和石油平臺以及其它港口或水利建筑的主要問題。生物污垢可使船舶的燃料消 耗增加達40%。特別地，如在US 5071479所討論的，海洋生物在船體水下部分上的生長是一個特 殊的問題。這種生長增加了船體穿過水時的摩擦阻力，導(dǎo)致燃料消耗增加和/或船速降低。 海洋生長物積累得如此之快，以至于需要在干船塢中進行的清洗和重漆修繕通常被認為過
于昂貴。專門用于防止污垢的涂料主要有兩種不同的類型，即脫污漆(foul-re 1 ease paint)和自拋光漆。脫污漆的特征在于使結(jié)垢生物難以附著的光滑表面。然而，這種機制 通常僅對多數(shù)時間在航行且優(yōu)選以高速巡航的船舶有效。由其字面含義所示，自拋光漆被 逐步溶解或剝離。這樣就提供了不斷獲得新漆層的過程。這些漆料可以包含防污劑，其能 夠以足以抑制海洋生物在船體表面結(jié)垢的高濃度從涂層逐步釋放。此前，三丁基錫(TBT)曾廣泛用作生物殺滅劑，特別是用于海洋防污劑中。然而， 由于對這種有機錫生物殺滅劑在以商業(yè)水平作為用于水(海洋)的涂料組合物中防污活性 成分時導(dǎo)致的環(huán)境影響的擔(dān)憂不斷增加，這種應(yīng)用實際上已經(jīng)停止。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由于三丁基 錫型化合物，特別是20wt%的高濃度三丁基錫型化合物在船底漆中的廣泛使用，因該化合 物浸出而導(dǎo)致的周圍水域污染已經(jīng)達到引起貝類和殼類生物的生殖和免疫缺陷的水平。已 經(jīng)在法英海岸線檢測到了這些影響，并且已經(jīng)在美國和遠東水域證實了類似的影響。國際 海運組織(IMO)外交會議在2001年10月通過的關(guān)于控制有害防污體系的IMO國際協(xié)定 (AFS協(xié)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日之前從船舶上清除活性TBT涂層。目前，最廣泛使用的防污漆以銅和助生物殺滅劑(booster biocides)為基礎(chǔ) (Yebra et al，2004. Progress in Organic Coatings 50:75—104)。然而，如口比 硫麗 銅或異噻唑啉酮的助生物殺滅劑對于補充銅的生物殺滅作用是必需的，而銅的生物殺 滅作用對一些廣泛傳播的銅耐受性藻類物種(例如，滸苔屬Enteromorpha spp.)不起 作用。助生物殺滅劑同樣也被懷疑對環(huán)境有害?，F(xiàn)已有多篇文獻評述了助生物殺滅劑 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，需要提供環(huán)境友好型防污組分。由于其在海洋環(huán)境中將被快速降解，認為酶 對環(huán)境是友好的。因此，盡管預(yù)期酶不能在涂層的整個使用期間保持活性，但自拋光涂料體 系為該問題提供了解決方案。在自拋光涂料中，酶僅在漆料的水化層中具有活性并易于降 解，同時預(yù)期所述酶在漆料的干燥內(nèi)層中將非常穩(wěn)定，從而在漆料的整個使用期間持續(xù)提 供新的活性酶源。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)的難題。一方面，本發(fā)明提供了防污組合物，其包含(i)表面涂層材料；(ii) (a)第一酶，和(b)第一底物，其中所述第一酶對所述第一底物的作用產(chǎn)生第二底物；(iii)第二酶，其中所述第二酶被包封于硅酸鹽中，并且其中所述第二酶在作用于 所述第二底物時產(chǎn)生防污化合物。另一方面，本發(fā)明提供了制備硅酸鹽包封的酶的方法，其包括以下步驟(i)提供包含酶的發(fā)酵液，或從發(fā)酵液中分離但沒有干燥的酶；(ii)將所述酶包封于硅酸鹽中。另一方面，本發(fā)明提供了通過本發(fā)明方法獲得的或能夠通過本發(fā)明方法獲得的硅 酸鹽包封的酶。另一方面，本發(fā)明提供了防污組合物，其包含(i)表面涂層材料；(ii) (a)第一酶，和(b)第一底物，其中所述第一酶對所述第一底物的作用產(chǎn)生第二底物；(iii)第二酶，其中第二酶為根據(jù)本發(fā)明方法制備的酶，并且其中所述第二酶在作 用于所述第二底物時產(chǎn)生防污化合物。另一方面，本發(fā)明提供了由本發(fā)明的組合物構(gòu)成的涂料。另一方面，本發(fā)明提供了由本發(fā)明的組合物構(gòu)成的船舶防污劑(marine anti-foul)0本發(fā)明的各個方面均限定在所附的權(quán)利要求書中。下文將對這些方面以及其它優(yōu) 選方面進行討論。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以對現(xiàn)有技術(shù)的體系，例如W0-A_00/075293(

圖1所示)中的體系，進 行改良。在此類體系中，通過氧化還原酶(例如，己糖氧化酶(HOX)或葡萄糖氧化酶(GOX)) 由葡萄糖和氧產(chǎn)生過氧化氫防污劑。葡萄糖通過葡糖淀粉酶(GA)由不溶底物(淀粉)產(chǎn) 生。在本發(fā)明提供的體系中，由酶涂料穩(wěn)定酶組分，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劑生成體系，同時提高了酶在漆膜中 的保持力。在本發(fā)明提供的體系中，第二酶被二氧化硅顆粒包封或包封在硅石顆粒中。硅石 顆粒堅硬且不溶于含水溶劑和有機溶劑，由此為本發(fā)明所述防污體系中的酶提供了最佳包封方案。通常，通過提供第二酶和聚陽離子聚合物以及磷酸鹽緩沖的硅酸鹽溶液(PBSi)，形 成由水合無定形硅石基質(zhì)中的酶和聚陽離子構(gòu)成的膠狀共沉淀物，由此提供硅酸鹽包封的
第二酶。為了將酶轉(zhuǎn)移至基于有機溶劑的漆料中，所述防污組合物可與有機溶劑混溶。這 可以通過表面活性劑實現(xiàn)，但該方法并不十分有效?；蛘?，也可以以提供干燥形式的所述 酶。迄今為止，已經(jīng)將各單組分作為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。盡管可商購獲得粉末狀淀粉，但可得的工業(yè)生產(chǎn)的酶主要為發(fā)酵液或濃 縮物，并且必須首先分別進行單獨干燥從而提供現(xiàn)有技術(shù)使用的粉末。用于制備干燥酶產(chǎn) 品的很多載體(例如鹽或麥芽糊精)與漆料并不相容。本發(fā)明人還提供了改良的方法，其 中將第一底物(淀粉)和液體形式的第一酶(葡糖淀粉酶(GA))在共沉淀懸浮液中直接混 合，從而將干顆粒的配制簡化成一步干燥過程，并減少了成本和物力。漆內(nèi)活性試驗(in-paint activity assay)表明，硅石包封的酶，例如HOX的性能 優(yōu)于未包封的酶。成功地生產(chǎn)了基于淀粉/GA/硅石-(H0X/G0X)產(chǎn)過氧化氫漆料。綜上所 述，硅酸鹽包封，例如通過共沉淀的包封，非常有望用于穩(wěn)定和保持防污漆中的酶。在本發(fā)明的說明書中，術(shù)語“防污”、“防污的”和“防污劑”中所指的“污(垢)”包 括可以定植和/或生長在有待于利用本發(fā)明組合物處理的表面上的生物。這些生物包括微 生物，例如細菌、真菌和原生生物，還包括藻類以及諸如藻、植物和動物的生物，所述生物可 以是海洋生物。在本發(fā)明的說明書中，例如在“防污化合物”或“防污組合物”中的“防污 劑”(anti-fIoulant或anti-fouling)是指防止或減少或抑制污垢生長的物質(zhì)或化合物或
組合物。在本發(fā)明的說明書中，“表面涂層材料(surface coating material) ”是指粘附到 表面從而在該表面產(chǎn)生涂層的物質(zhì)或化合物或組合物。表面涂層材料是涂料領(lǐng)域熟知的。在本發(fā)明的說明書中，硅酸鹽是至少包含硅和氧并具有一個或多個Si-O-Si鍵的 物質(zhì)。術(shù)語“硅酸鹽”的范圍是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的，其細節(jié)可見于，例如Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology (通過弓|用并入本文)。本發(fā)明的組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過 第一酶對第一底物的作用產(chǎn)生本發(fā)明第二酶的底物。所述第一酶和所述第一底物的這種組 合在下文中稱為“底物產(chǎn)生體”。第一酶優(yōu)選地，第一酶選自能夠?qū)⒐丫刍蚨嗑鄣孜锝到獬蓡误w單元的外切作用酶，例如 β -半乳糖苷酶、肽酶、葡糖淀粉酶及其混合物。優(yōu)選地，第一酶為葡糖淀粉酶(EC 3. 2. 1. 3)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，葡糖淀粉 酶也被稱作淀粉葡糖苷酶。優(yōu)選地，第一酶為來自里氏木霉(Trichoderma reesei)的葡糖淀粉酶或來自灰腐 質(zhì)霉(Humicola grisea)的葡糖淀粉酶。優(yōu)選地，第一酶為來自里氏木霉的葡糖淀粉酶。優(yōu)選地，第一酶為按照US 2006/0094080中的描述制備的來自里氏木霉的葡糖淀粉酶。
優(yōu)選地，第一酶為來自灰腐質(zhì)霉的葡糖淀粉酶。第一底物提供第一底物是有利的，這是因為通過第一酶對第一底物的作用提供了第二底物 的持續(xù)和/或延長釋放。優(yōu)選地，第一底物選自氧化酶底物的寡聚物和多聚物，淀粉、乳糖、纖維素、葡萄 糖、肽、菊粉及其混合物。在所述兩步法中，優(yōu)選第一底物為淀粉。特別優(yōu)選天然淀粉(naive starch)作為第一底物。天然淀粉提供了能夠容易地 應(yīng)用于表面涂層材料中的密集晶體。此外，天然淀粉還不溶于水。另外，還特別優(yōu)選纖維素作為第一底物。纖維素是漆料的常用組分，并且使用纖維 素作為第一底物減少了必須添加到漆料組合物中的額外組分的數(shù)量。第二酶優(yōu)選地，第二酶為氧化酶。優(yōu)選地，第二酶選自葡萄糖氧化酶、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、蘋果酸氧化酶、膽固醇氧化酶、 芳基醇氧化酶、醇氧化酶、7-烯膽烷醇氧化酶、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。優(yōu)選地，第二酶為葡萄糖氧化酶、己糖氧化酶或其混合物。一方面，優(yōu)選第二酶為葡萄糖氧化酶。優(yōu)選地，第一酶為來自黑曲霉(Aspergillus niger)的葡萄糖氧化酶。優(yōu)選地，第一酶為按照US5783414的描述制備的來自黑曲霉的葡萄糖氧化酶。優(yōu)選地,第一酶為得可自 Genencor International Inc, Rochester, NY, USA 的葡 萄糖氧化酶GC199。一方面，優(yōu)選第二酶為己糖氧化酶。己糖氧化酶(D-己糖02-氧化還原酶，EC 1. 1. 3. 5)(亦稱作Η0Χ)是能夠在氧存 在下將D-葡萄糖和包括麥芽糖、乳糖和纖維二糖在內(nèi)的其它幾種還原性糖氧化成其對應(yīng) 的內(nèi)酯，并隨后水解成相應(yīng)的己醛糖酸的酶。因此，HOX與另一類氧化還原酶，即只能轉(zhuǎn)化 D-葡萄糖的葡萄糖氧化酶的不同之處在于HOX(第二酶)能夠利用的糖底物范圍更廣。由 HOX催化的氧化反應(yīng)可由下式說明D-葡萄糖+O2------> Y-D-葡萄糖酸內(nèi)酯+H2O2，或D-半乳糖+O2-----> Y -D-半乳糖酸內(nèi)酯+H2O2本文所用術(shù)語“Η0Χ”是指能夠氧化選自D-葡萄糖、D-半乳糖、D-甘露糖、麥芽糖、 乳糖和纖維二糖的底物的酶。己糖氧化酶優(yōu)選得自于或可以得自皺波角叉菜(Chondrus cripus) 。一方面，己糖氧化酶為包含在EP-A-0832245公開內(nèi)容中的酶。優(yōu)選地，第一酶為按照EP-A-0832245中的描述制備，并以發(fā)酵液形式使用的來自 皺波角叉菜的己糖氧化酶。第二底物優(yōu)選地，第二底物選自肽、L-氨基酸和碳水化合物/糖，包括己糖，優(yōu)選包括葡萄 糖、半乳糖、乳糖、2-脫氧葡萄糖、吡喃糖、木聚糖、纖維素、菊糖、淀粉、葡聚糖、果膠及其混合物。酶/底物在優(yōu)選的實施方式中，第二酶/第二底物的組合選自葡萄糖/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-脫氧葡萄糖/葡萄糖氧化酶、吡 喃糖/吡喃糖氧化酶及其混合物。在高度優(yōu)選的方面，第一底物/第一酶/第二酶的組合為淀粉/葡糖淀粉酶/己 糖氧化酶。優(yōu)選地，所述防污化合物為過氧化氫。在一個優(yōu)選的方面，第一酶的存在量使其活性小于第二酶的活性。因此，第一酶 將限制防污化合物的形成速度。因此，在一個優(yōu)選的方面，第一酶第二酶的活性比大于 1 1，優(yōu)選至少為1 2，優(yōu)選至少為1 10，優(yōu)選至少為1 20，優(yōu)選至少為1 50，優(yōu) 選至少為1 100，優(yōu)選至少為1 1000，優(yōu)選至少為1 10000。在一個優(yōu)選的方面，第一酶為葡糖淀粉酶，第二酶為HOX或G0X，并且葡糖淀粉酶 與H0X/G0X的活性比大于1 1，優(yōu)選至少為1 2，優(yōu)選至少為1 10，優(yōu)選至少為1 20， 優(yōu)選至少為1 50，優(yōu)選至少為1 100，優(yōu)選至少為1 1000，優(yōu)選至少為1 10000。在一個優(yōu)選的方面，第一酶為葡糖淀粉酶，第二酶為Η0Χ，并且葡糖淀粉酶與HOX 的活性比大于1 1，優(yōu)選至少為1 2，優(yōu)選至少為1 10，優(yōu)選至少為1 20，優(yōu)選至少 為1 50，優(yōu)選至少為1 100，優(yōu)選至少為1 1000，優(yōu)選至少為1 10000。在一個優(yōu)選的方面，第一酶為葡糖淀粉酶，第二酶為G0X，并且葡糖淀粉酶與GOX 的活性比大于1 1，優(yōu)選至少為1 2，優(yōu)選至少為1 10，優(yōu)選至少為1 20，優(yōu)選至少 為1 50，優(yōu)選至少為1 100，優(yōu)選至少為1 1000，優(yōu)選至少為1 10000。^jj1 (encapsulation)硅石顆粒堅硬且不溶于含水溶劑和有機溶劑，由此被認為為防污體系中的酶提供 了最佳包封。之前已經(jīng)開發(fā)出了用于共沉淀硅酸鹽和酶的方法(描述于US2005/0158837 中)。將酶和聚陽離子聚合物的混合物與磷酸鹽緩沖的硅酸鹽溶液(PBSi)混合，從而形成 由水合無定形硅石基質(zhì)內(nèi)的所述酶和聚陽離子構(gòu)成的膠狀共沉淀物。此外，本發(fā)明提供了一步配制方法，其可簡化用于漆料的防污組合物的配制。在一個優(yōu)選的方面，所述包封的第二酶是酶、硅酸鹽和含N有機模板分子的共沉 淀物。優(yōu)選地，所述含N有機模板分子為多胺、改性多胺、聚乙烯亞胺、多肽或修飾的多肽。在一個優(yōu)選的方面，所述包封的第二酶是酶、硅酸鹽和含N有機模板分子的共沉 淀物，其中所述含N有機模板分子選自多胺、改性多胺、聚乙烯亞胺、多肽或修飾的多肽。在一個優(yōu)選的方面，通過中和堿金屬硅酸鹽得到所述硅酸鹽。在一個優(yōu)選的方面，通過水解有機硅酸鹽并加入緩沖液而得到的或可以通過水解 有機硅酸鹽并加入緩沖液得到所述包封的酶。在一個優(yōu)選的方面，所述包封的第二酶是酶、硅酸鹽和聚乙烯亞胺的共沉淀物。優(yōu) 選地，所述酶聚乙烯亞胺的比例為約1-約20，如2-約15，或如約5-約15，或如約5-約 10，或約0. 3-約10，或約0. 5-約5，或約0. 7-約2，或約0. 75-約1. 25。在一個優(yōu)選的方面，所述包封的第二酶為Η0Χ、硅酸鹽和聚乙烯亞胺的共沉淀物。當(dāng)?shù)诙笧镠OX時，HOX 聚乙烯亞胺的比例可以為約0. 3-約10，更優(yōu)選為約0. 5-約5， 更優(yōu)選為約0. 7-約2，更優(yōu)選為約0. 75-約1. 25。在一個優(yōu)選的方面，所述包封的第二酶為G0X、硅酸鹽和聚乙烯亞胺的共沉淀物。 當(dāng)?shù)诙笧镚OX時，GOX 聚乙烯亞胺的比例可以為約1-約20，更優(yōu)選為約2-約15，更優(yōu) 選為約5-約15，更優(yōu)選為約5-約10。用于包封酶的硅酸鹽或有機硅酸鹽溶液可以由硅石前體制得。出于本發(fā)明的目 的，所述硅酸鹽前體可以為能夠在所選條件下產(chǎn)生二氧化硅(SiO2，硅石)的有機物或無機 物。硅酸鹽溶液為包含硅酸鹽或寡聚硅酸鹽形式的可溶二氧化硅的溶液。通過將稀 釋的堿金屬硅酸鹽溶液或烷基硅酸鹽(alkyl siliconate salt)溶液與含水溶液或酸性 樹脂混合，將PH降低至12或更低以形成緩沖硅酸鹽溶液(例如磷酸鹽緩沖的溶液)，來制 備用于所述方法的硅酸鹽溶液。將堿金屬硅酸鹽或烷基硅酸鹽的PH降低至12或更低的 含水溶液可以為酸、酸性溶液或PH低的緩沖液。用于中和的酸包括磷酸、檸檬酸、乙酸和 鹽酸等。優(yōu)選弱酸，例如磷酸、檸檬酸和乙酸，并且更優(yōu)選磷酸。用于中和的酸性樹脂包括 Amberlite" ‘ IR-120+(Aldrich，WI)，其為強酸性陽離子交換劑。用于本發(fā)明的硅酸鹽前體包括堿金屬硅酸鹽和烷基硅酸鹽。堿金屬硅酸鹽包括硅 酸鈉鹽類(如偏硅酸鈉、正硅酸鈉和硅酸鈉溶液)，硅酸鉀鹽類和硅酸銫鹽類。優(yōu)選的堿金 屬硅酸鹽為硅酸鈉和硅酸鉀。優(yōu)選的堿金屬硅酸鹽包括硅酸鈉鹽類。硅酸鈉鹽類是可商購的。例如，偏硅酸鈉 和正硅酸鈉可購自Gelest Inc. (Morrisville，PA)。硅酸鈉溶液(SiO和NaOH的溶液)可 購自 Sigma Aldrich0烷基硅酸鹽包括烷基硅酸鈉、烷基硅酸鉀和烷基硅酸銫。優(yōu)選的烷基硅酸鹽為烷 基硅酸鈉和烷基硅酸鉀。優(yōu)選的烷基硅酸鹽為甲基硅酸鈉。在此實施方式中，由Si-O-金 屬基團，例如烷基硅酸鹽，如甲基硅酸鈉MeSi (ONa)3的質(zhì)子化產(chǎn)生能夠縮合并形成凝膠的 Si-OH基團。在所述硅酸鹽溶液的制備中，可以首先用酸、堿或催化劑水解四烷基正硅酸鹽 以形成硅酸鹽溶膠。硅酸酸鹽溶膠的定義為硅酸鹽寡聚物的穩(wěn)定膠狀溶液，其中，所述 寡聚物的粒徑在納米范圍內(nèi)。當(dāng)PH出現(xiàn)變化或接觸催化劑時，硅酸酸鹽溶膠會發(fā)生 凝膠化或沉淀(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，將硅酸酸鹽溶膠加入到緩沖液、酸或堿中， 從而形成PH為約2-約12，更優(yōu)選約4-約10且最優(yōu)選約5-約9的硅酸鹽溶液。四烷基正 硅酸鹽的實例包括四甲基正硅酸鹽(TMOS)和四乙基正硅酸鹽(TEOS)。有機硅酸鹽溶液為包含硅酸鹽或寡聚硅酸鹽形式的可溶二氧化硅和有機硅烷 (即，包含至少一個硅-碳(Si-C)鍵的硅烷)的溶液。在用于所述方法的有機硅酸鹽溶液的 制備中，首先通過水解四烷基正硅酸鹽和一種或多種有機硅烷，來形成酸性pH(pH 1-6)或 堿性pH(pH 8-13)的溶膠，其中所述有機硅烷選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組成的組。優(yōu)選的酸性PH為，例如，pH 1-5或 PH 1.5-4。優(yōu)選的堿性pH為，例如，pH 9-12。然后，將所述溶膠加入到緩沖液、酸或堿中，從而形成PH為約2-約12，優(yōu)選pH為約4-約10并且更優(yōu)選pH為約5-約9的有機硅酸鹽 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膠(PPSQ)， 將PPSQ與衍生自四乙基正硅酸鹽的硅酸鹽溶膠合并，并加入到緩沖液中從而形成有機硅 酸鹽溶液。有機硅烷與硅酸鹽前體的摩爾比為約1 100至約10 1，優(yōu)選約1 50至約 2 1且優(yōu)選約1 10至約1 1。^^如本發(fā)明所討論的，一方面，本發(fā)明提供了用于制備硅酸鹽包封的酶的方法，其包 括以下步驟(i)提供包含酶的發(fā)酵液，或從發(fā)酵液中分離但沒有干燥的酶；(ii)將所述酶包封于硅酸鹽中。一方面，本發(fā)明的方法提供了包含酶的發(fā)酵液。一方面，本發(fā)明的方法提供了從發(fā)酵液中分離但沒有干燥的酶。通過本發(fā)明說明書可以理解，本發(fā)明方法的酶優(yōu)選為本發(fā)明防污組合物的第二 酶。在本發(fā)明方法的一方面，所述方法包括用于提供其他酶(如本發(fā)明防污組合物的 第一酶)的額外步驟(iii)。在本發(fā)明方法的一方面，所述方法包括用于提供底物(如本發(fā)明防污組合物的第 一底物)的額外步驟(iii)。在本發(fā)明方法的一方面，所述方法包括用于提供其他酶(如本發(fā)明防污組合物的 第一酶)和底物(如本發(fā)明防污組合物的第一底物)的額外步驟(iii)。優(yōu)選地，所提供的其他酶(如本發(fā)明防污組合物的第一酶)和底物(如本發(fā)明防 污組合物的第一底物)的比例可使防污組合物具有理想的防污劑釋放。在本發(fā)明方法的一方面，所述方法包括用于干燥所述物質(zhì)的額外步驟(iv)。這種 干燥可以提供可直接混合到基于有機溶劑的漆料中的組合物。在本發(fā)明方法的一方面，所述方法包括本發(fā)明限定的額外步驟(iii)和本發(fā)明限 定的額外步驟(iv)。本發(fā)明的優(yōu)點在于，將酶粗液的配制與一個組分的包封合并在同一個步驟中(即 沒有中間干燥或其它分離步驟)，由此獲得各組分之間的適當(dāng)比例，同時，從酶制造的觀點 來看，配制的成本顯著降低，而從涂料配制的觀點來看，降低了對混合設(shè)備的需求和并減少 了生產(chǎn)時間。表面涂層材料優(yōu)選地，所述表面涂層材料包含選自以下的組分于基于溶劑的體系中的聚氯 乙烯樹脂；于基于溶劑的體系中的氯化橡膠；于基于溶劑的體系或含水體系中的丙烯酸 樹脂和甲基丙烯酸樹脂；作為含水分散體或基于溶劑的體系的氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚 物體系；聚乙烯甲基醚；丁二烯共聚物，如丁二烯-苯乙烯橡膠、丁二烯-丙烯腈橡膠和 丁二烯-苯乙烯-丙烯腈橡膠；干性油如亞麻籽油；醇酸樹脂；浙青；環(huán)氧樹脂；聚氨酯 樹脂(urethane resin)；聚酯樹脂；酚醛樹脂；(天然)松香；松香衍生物；歧化松香； 部分聚合的松香；氫化松香；脂松香(gum rosin)；歧化脂松香；非含水分散粘合劑體系 (non-aqueous dispersion binder systems)；娃燒化丙烯酸酉旨粘合齊Ll體系(silylatedacrylate binder systems) ； ^ M M St it Ii1J ^ ^Ll ΙΦ ^ (metal acrylate binder systems)；及其衍生物和混合物。優(yōu)選地，所述表面涂層材料包含粘合劑。優(yōu)選地，所述粘合劑選自(天然)松香， 松香衍生物，歧化松香，部分聚合的松香，氫化松香，脂松香，歧化脂松香，丙烯酸樹脂，聚乙 烯甲基醚，乙酸乙烯酯-氯乙烯-乙烯三元共聚物，非含水分散粘合劑體系，硅烷化丙烯酸 酯粘合劑體系和金屬丙烯酸鹽粘合劑體系。此類粘合劑特別用于航海目的的防污組合物。非含水分散粘合劑體系術(shù)語“非含水分散樹脂”和類似表述是指殼-核結(jié)構(gòu)，其包括利用高分子量組分 (“殼組分”)，將高極性高分子量樹脂微粒組分(“核組分”)穩(wěn)定分散到低極性溶劑中的 非含水液體介質(zhì)而獲得的樹脂?？梢酝ㄟ^以下方法制備所述非含水分散樹脂，在該方法中，根據(jù)常規(guī)方法，將可聚 合的乙烯系(ethylenically)不飽和單體在含殼組分(分散穩(wěn)定劑)的烴溶劑中分散聚 合，其中，所述可聚合的乙烯系不飽和單體可溶于烴溶劑，且可聚合從而形成不溶于所述烴 溶劑的聚合物(核組分)，所述殼組分由溶解于或膨脹于所述溶劑中的聚合物制得。所利用的非含水分散型樹脂可以為本質(zhì)已知的樹脂，或者可以按照已知樹脂生產(chǎn) 的樹脂。此類非含水分散型樹脂及其制備方法的描述于，例如US3，607，82UUS 4，147，688、 US 4，493，914和US 4，960，828、日本專利公開No. 29，551/1973和日本特開專利申請 No. 177，068/1982中。具體地，可以使用溶于低極性溶劑的各種高分子物質(zhì)作為構(gòu)成非含水 分散型樹脂的殼組分，其中，所述高分子物質(zhì)描述于，例如US 4, 960,828(日本特開專利申 請 No. 43374/1989)中?？紤]到最終漆涂層的防污性，可以使用諸如丙烯酸樹脂或乙烯樹脂的殼組分。通?？刹捎酶邩O性乙烯系不飽和單體的共聚物作為核組分。所述非含水分散型樹脂可以由本質(zhì)已知的方法形成。所述方法的實例為，預(yù)先通 過嵌段共聚或接枝共聚形成核組分和殼組分，然后按照需要將核組分和殼組分在低極性溶 劑中混合并反應(yīng)，從而形成非含水分散體的方法(參見，日本專利公開No. 29，551/1973)， 和在溶解乙烯系不飽和單體但不溶解由乙烯系不飽和單體形成的聚合物(核組分)的 溶劑中以及存在溶解或者穩(wěn)定分散在溶劑中的分散穩(wěn)定劑的條件下，共聚乙烯系不飽 和單體(其中至少一種單體具有高極性基團)的混合物，并且如果需要，使所得共聚 物進一步與所述分散穩(wěn)定劑反應(yīng)以形成最終的非含水分散體的方法(參見，美國專利 No. 3, 607, 821號(日本專利公開No. 48，566/1982)，日本特開專利申請No. 177,068/1982、 No. 270，972/2001、No. 40，010/2001 和 No. 37，971/2002)。在后一種方法中，所述分散穩(wěn)定 劑的分子中包含溶解于低極性溶劑中的成分和對所分散的樹脂具有親和性的成分，或者具 有特定組成的溶解于所述低極性溶劑的分散穩(wěn)定劑作為殼組分存在，而通過單體的共聚形 成作為核組分的分散組分。在本發(fā)明使用的殼-核結(jié)構(gòu)的非含水分散型樹脂中，重要的是至少核組分具有游 離的酸性基團，或者具有游離的酸性基團和可以通過在海水中水解而轉(zhuǎn)化為所述酸性基團 的甲硅烷基酯基團。優(yōu)選按重量計5-75 %，優(yōu)選5-60 %，優(yōu)選7-50 %的核聚合物單體應(yīng)具 有游離的酸性基團。由于所述游離的酸性基團將對漆制劑的性質(zhì)產(chǎn)生直接影響，而甲硅烷 基酯基團只有在海水中水解后才具有影響作用，因此重要的是，按重量計不超過3%的核組分單體為甲硅烷基酯單體。通常，按重量計，不超過1 %的核組分單體為甲硅烷基酯單體，并 且多數(shù)情況下，核中不存在甲硅烷基酯基團。甲硅烷基酯單體的實例為丙烯酸甲硅烷酯或甲基丙烯酸甲硅烷酯。如果需要，殼組分中也可以包含較小比例的游離酸性基團或甲硅烷基酯基團。然 而，認為按重量計，小于3%的殼組分單體為游離酸性基團或甲硅烷基酯基團。術(shù)語“游離的酸性基團”旨在涵蓋酸性形式的酸性基團。應(yīng)當(dāng)理解，如果組合物中 或環(huán)境中存在合適的反離子，這種酸性基團可以暫時以鹽形式存在。作為說明性實例，預(yù)期 如果此類酸性基團與鹽水接觸，一些游離的酸性基團可以以鈉鹽形式存在。因此，所述非含水分散型樹脂的樹脂酸值優(yōu)選為15-400mg KOH/g，優(yōu)選為5_300mg KOH/g，，優(yōu)選為18-300mg KOH/g。如果所述非含水分散樹脂的總酸值低于15mg KOH/g，則 漆涂層的拋光率(polishing rate)可能太低，且防污性質(zhì)也常常不理想。另一方面，如果 總酸值高于400mg K0H/g，則拋光率可能太高，并且由此可能出現(xiàn)耐水性(S卩，漆涂層在海 水中的耐久性)問題。(當(dāng)核組分和/或殼組分包含酸性前體基團時，樹脂酸值為通過水解 將所述基團轉(zhuǎn)化為酸性基團時得到的值)。本文中的“樹脂酸值”是指中和Ig樹脂(固體 含量)所消耗的KOH量(mg)，表示所述樹脂(固體含量)的酸性基團含量(在酸性前體基 團的情況下，為通過水解形成的酸性基團的含量)。推薦酸性基團和/或酸性前體基團包含于核組分中，從而使其含量(作為樹脂酸 值)為非含水分散型樹脂的總樹脂酸值的至少80%，優(yōu)選至少90%，更優(yōu)選至少95%。如果所述非含水分散樹脂的核組分的酸值低于所述非含水分散型樹脂總酸值的 80%，即殼組分的酸值高于總酸值的20%，則可能出現(xiàn)上述耐水性和持久性的潛在問題。此 外，如果涂料組合物包含游離的金屬離子，那么在殼組分的酸值高于總酸值的20%時，可能 出現(xiàn)凝膠化的問題。因此，通常優(yōu)選疏水性的殼組分。非含水分散型樹脂中，核組分相對于殼組分的干重比例沒有具體限制，但通常在 90/10至10/90的范圍內(nèi)，優(yōu)選80/20至25/75，優(yōu)選60/40至25/75。此外，認為所述非含水分散樹脂的干物質(zhì)通常構(gòu)成涂料組合物濕重的2-30%，優(yōu) 選 4-25 %，優(yōu)選 5-25 %，優(yōu)選 5-20 %。對于用于分散將作為粘合劑的所述非含水分散樹脂的溶劑，可以使用常用于漆料 的各種有機溶劑，而沒有任何特別限制。用于溶解或分散所述非含水分散樹脂漆組合物的組分的溶劑實例為醇類，例如甲 醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、異丁醇和苯甲醇；醇/水混合物，例如乙醇/水混合物；脂肪 族烴、脂環(huán)族烴和芳族烴，例如石油溶劑(white spirit)、環(huán)己烷、甲苯、二甲苯和石腦油溶 劑；酮類，如甲乙酮、丙酮、甲基異丁基酮、甲基異戊基酮、雙丙酮醇和環(huán)己酮；醚醇，如2- 丁 氧基乙醇、丙二醇單甲基醚、乙二醇單乙基醚、乙醚和丁基二乙二醇；酯類，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；氯代烴類，如二氯甲烷、四氯 乙烷和三氯乙烯；及其混合物?？捎玫娜軇┨貏e為烴型溶劑，并且包括脂肪族、脂環(huán)族和芳族溶劑。在本發(fā)明中， 優(yōu)選使用脂肪族烴溶劑和/或脂環(huán)族烴溶劑，或者主要含此類溶劑。合適的脂肪族和脂環(huán)族烴溶劑包括，例如，正己烷、異己烷、正庚烷、正辛烷、異辛烷、正癸烷、正十二烷、環(huán)己烷、甲基環(huán)己烷和環(huán)庚烷。商業(yè)產(chǎn)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，所述芳族溶劑包括，例如，苯、甲苯、二甲苯和萘烷。商業(yè)產(chǎn)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)。
這些烴型溶劑可以單獨使用或者將其中兩種或更多種的混合物組合使用, 硅烷化丙烯酸酯粘合劑體系
另一方面，在所述涂料組合物中使用的共聚物包含帶有至少一個通式I
權(quán)利要求
1.防污組合物，其包含(i)表面涂層材料；(ii)(a)第一酶，和(b)第一底物，其中所述第一酶對所述第一底物的作用產(chǎn)生第二底物；(iii)第二酶，其中所述第二酶被包封于硅酸鹽中，并且其中所述第二酶在作用于所述 第二底物時產(chǎn)生防污化合物。
2.如權(quán)利要求1所述的組合物，其中，所述第一酶是被包封的。
3.如權(quán)利要求1或2所述的組合物，其中，所述包封的第二酶是酶、硅酸鹽和含N有機 模板分子的共沉淀物。
4.如權(quán)利要求3所述的組合物，其中，所述硅酸鹽是通過中和堿金屬硅酸鹽而得到的。
5.如權(quán)利要求3或4所述的組合物，其中，所述含N有機模板分子為多胺、改性多胺、聚 乙烯亞胺、多肽或修飾的多肽。
6.如權(quán)利要求5所述的組合物，其中，所述酶與聚乙烯亞胺的比例為約0.3-約10。
7.如前述任一項權(quán)利要求所述的組合物，其中，所述第一酶為葡糖淀粉酶。
8.如前述任一項權(quán)利要求所述的組合物，其中，所述第一底物為所述第二底物的寡聚 物或多聚物。
9.如前述任一項權(quán)利要求所述的組合物，其中，所述第一底物為淀粉。
10.如前述任一項權(quán)利要求所述的組合物，其中，所述第二酶為氧化酶。
11.如前述任一項權(quán)利要求所述的組合物，其中，所述第二酶為氧化還原酶。
12.如前述任一項權(quán)利要求所述的組合物，其中，所述第二酶選自己糖氧化酶和葡萄糖氧化酶。
13.如前述任一項權(quán)利要求所述的組合物，其中，所述第二酶為己糖氧化酶。
14.如權(quán)利要求1-13中任一項所述的組合物，其中，所述第二酶為葡萄糖氧化酶。
15.如前述任一項權(quán)利要求所述的組合物，其中，所述第一酶與所述第二酶的比例為至 少 1 2。
16.如前述任一項權(quán)利要求所述的組合物，其中，所述第一酶與所述第二酶的比例為至 少 1 10。
17.如前述任一項權(quán)利要求所述的組合物，其中，所述第一酶與所述第二酶的比例為至 少 1 50。
18.如前述任一項權(quán)利要求所述的組合物，其中，所述第二底物為糖。
19.如權(quán)利要求18所述的組合物，其中，所述糖為葡萄糖。
20.如前述任一項權(quán)利要求所述的組合物，其中，所述組合物進一步包含固定所述組合 物中的至少一種組分的粘合劑。
21.如權(quán)利要求20所述的組合物，其中，所述粘合劑至少固定所述第二酶。
22.如前述任一項權(quán)利要求所述的組合物，其中，所述組合物被配制為涂料、漆、染劑或 瓷釉。
23.如前述任一項權(quán)利要求所述的組合物，其中，所述表面涂層材料包含選自以下的組 分于基于溶劑的體系中的聚氯乙烯樹脂；于基于溶劑的體系中的氯化橡膠；于基于溶劑 的體系或含水體系中的丙烯酸樹脂和甲基丙烯酸樹脂；作為含水分散體或基于溶劑的體系的氯乙烯-乙酸乙烯共聚物體系；聚乙烯基甲基醚；丁二烯共聚物，如丁二烯苯乙烯橡膠、 丁二烯丙烯腈橡膠和丁二烯-苯乙烯-丙烯腈橡膠；干性油，如亞麻籽油；醇酸樹脂；浙青； 環(huán)氧樹脂；聚氨酯樹脂；聚酯樹脂；酚醛樹脂；天然松香；松香衍生物；歧化松香；部分聚合 的松香；氫化松香；脂松香；歧化脂松香；非含水分散粘合劑體系；硅烷化丙烯酸酯粘合劑 體系；金屬丙烯酸鹽粘合劑體系；及其衍生物和混合物。
24.如前述任一項權(quán)利要求所述的組合物，其中，所述表面涂層材料為樹脂。
25.用于制備硅酸鹽包封的酶的方法，其包括以下步驟(i)提供包含酶的發(fā)酵液或從發(fā)酵液中分離但沒有干燥的酶；(ii)將所述酶包封于硅酸鹽中。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于權(quán)利要求I-M中任一項所述的特征。
27.由權(quán)利要求25或沈的方法獲得或可獲得的硅酸鹽包封的酶。
28.防污組合物，其包含(i)表面涂層材料；(ii)(a)第一酶，和(b)第一底物，其中所述第一酶對所述第一底物的作用產(chǎn)生第二底物；(iii)第二酶，其中所述第二酶為權(quán)利要求27所述的硅酸鹽包封的酶，并且其中所述 第二酶在作用于所述第二底物時產(chǎn)生防污化合物。
29.涂料，其由權(quán)利要求I-M中任一項所述的組合物構(gòu)成。
30.船舶防污劑，其由權(quán)利要求I-M中任一項所述的組合物構(gòu)成。
31.如權(quán)利要求30所述的船舶防污劑，其中，所述防污劑為自拋光型防污劑。
32.從表面涂層釋放防污化合物的方法，其中，所述方法包括向表面涂層加入(i)表面涂層材料；(ii)(a)第一酶，和(b)第一底物，其中所述第一酶對所述第一底物的作用產(chǎn)生第二底物；(iii)第二酶，其中所述第二酶被包封于硅酸鹽中，并且其中所述第二酶在作用于所述 第二底物時產(chǎn)生防污化合物。
33.參考實施例的基本如前所述的涂料。
34.參考實施例的基本如前所述的船舶防污劑。
35.參考實施例的基本如前所述的方法。
36.參考實施例的基本如前所述的工藝。
全文摘要
本發(fā)明提供了防污組合物，其包含(i)表面涂層材料；(ii)(a)第一酶，和(b)第一底物，其中所述第一酶對所述第一底物的作用產(chǎn)生第二底物；(iii)第二酶，其中第二酶被包封于硅酸鹽中，并且其中所述第二酶在作用于所述第二底物時產(chǎn)生防污化合物。
文檔編號C09D5/16GK102083919SQ200980124376
公開日2011年6月1日 申請日期2009年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月25日
發(fā)明者布賴恩·瑟高·勞爾森, 雅各布·布羅貝里·克里斯滕森 申請人:丹尼斯科公司