專利名稱：使用氮基甲基膦酸控制生物沾污的方法和組合物的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使用氨基甲基膦酸或其鹽抑制附著在潛水或沉入水的表面上的細菌，特別是含水體系中表面上的細菌。本發(fā)明還涉及控制生物沾污的方法和組合物。
背景技術：
微生物可以附著在各種表面上，特別是與水流接觸的表面，這種表面提供了微生物生長的適合環(huán)境。例如，已知微生物可以附著在船體、船艙、牙齒、醫(yī)療移植物、冷卻塔、和熱交換器的表面。能附著在上述沉入水中或潛入水中表面的微生物可以沾污表面或?qū)е缕鋼p壞。
在哺乳動物(例如人、牲畜、寵物)中，微生物附著在其表面會引起一些健康問題。例如，牙斑是由微生物附著在牙齒表面引起的。有害微生物附著的醫(yī)療移植物表面有時會結(jié)痂，必須將其去掉。
科學研究證實在水系統(tǒng)中生物沾污的第一個階段通常是發(fā)生在沉入水中或潛入水中表面上，也就是暴露在水系統(tǒng)的表面上，形成一層薄生物膜。在潛水的表面上接觸并繁殖的微生物(如細菌)通常會形成生物膜并改變表面以適應更復雜生物群落的發(fā)展，使該水系統(tǒng)和潛水表面上形成進一步的生物沾污。有關生物沾污的初始階段形成生物膜的重要機理綜述在下述文獻中給出C.A.Ken的“生物沾污基本科學和模型(Biological FoulingBasicScience and Models)”(見Melo，L.F.，Bott，T.R.，Bernardo，C.A.(eds.)，F(xiàn)oulingScience and Technology，NATO ASI Series，Series E，Applied ScienceNo.145，Kluwer Acad.Publishers，Dordrecht，The Netherlands，1988)。其它參考文獻包括M.Fletcher和G.I.Loeb，應用環(huán)境微生物(Appl.Environ.Microbiol.)37(1979)67-72；M.Humphries等人，F(xiàn)EMS微生物生態(tài)學(FEMSMicrobiology Ecology)38(1986)299-308；和M.Humphries等人，F(xiàn)EMS微生物通訊(FEMS Microbiology Letter)42(1987)91-101。
生物沾污，或生物學的沾污，在多種水系統(tǒng)中一直是令人討厭的問題。微生物和大生物體沾污兩者都是由微生物、大微生物、細胞外物質(zhì)、和污泥和碎片聚集引起的，并逐漸形成生物團。上述生物包括微生物如細菌、真菌、酵母、水藻、硅藻屬、原生動物，和大微生物如大水藻、藤壺，和小軟體動物如亞洲蛤(Asiatic clams)和斑紋貝(Zebra Mussels)。
其它出現(xiàn)在水系統(tǒng)，特別是工業(yè)工藝流水中令人討厭的生物沾污現(xiàn)象是形成粘菌。粘菌可出現(xiàn)在干凈、有鹽味或鹽水系統(tǒng)。粘菌由纏結(jié)的微生物、纖維和碎片沉積物組成。它可以是粘稠狀、漿狀、彈性體、木薯淀粉狀，或硬的，并具有特殊的與其水系統(tǒng)不同的怪味。粘菌形成所涉及的微生物是基本上不同種的形成孢子和形成非孢子細菌，特別是形成包囊的細菌，其分泌凝膠狀物質(zhì)，包封或包入細胞。粘菌微生物還包括細絲狀細菌、改型的細絲狀真菌、酵母、和類酵母微生物。
導致水系統(tǒng)退化的生物沾污經(jīng)常使水系統(tǒng)中出現(xiàn)多種問題，如失去粘性、形成氣體、令人討厭的臭味、pH降低、變色，和絮凝。而且，水系統(tǒng)的退化會引起有關水處理系統(tǒng)的沾污，例如包括冷卻塔、泵、熱交換器、和管道，加熱系統(tǒng)、洗滌系統(tǒng)，和其它類似系統(tǒng)的沾污。
當生物污物出現(xiàn)在工業(yè)用水，例如冷卻水、金屬加工水、或其它再循環(huán)水系統(tǒng)如造紙和紡織制造業(yè)用水中時，它會直接造成有害的經(jīng)濟影響。如果不加以控制，工業(yè)用水中的生物沾污會干擾工藝操作、降低工藝效率、浪費能源、堵塞水操作系統(tǒng)、甚至會降低產(chǎn)品質(zhì)量。
例如，在發(fā)電廠、精煉廠、化工廠、空調(diào)系統(tǒng)、和其它工業(yè)操作系統(tǒng)的冷卻水經(jīng)常遇到生物沾污問題。從冷卻塔帶來氣載微生物以及從供水系統(tǒng)帶來的水載微生物一般會污染這些水系統(tǒng)。在上述系統(tǒng)中的水通常會為上述微生物提供非常好的生長介質(zhì)。需氧和需光微生物在水塔中茂盛生長。其它微生物生長和繁殖于一些區(qū)域，如塔泵、管道、熱交換器等等。如果不加以控制，出現(xiàn)的生物污物會堵塞水塔、堵塞管道、且粘菌層和其它微生物纏結(jié)物會包覆在熱交換器表面。這會妨礙正常操作、降低冷卻效率和，可能更嚴重的是增加整個工藝的成本。
受生物沾污影響的工業(yè)化過程還包括造紙，紙漿、紙、紙板等的制造，和紡織制造業(yè)、特別是需水的無紡工業(yè)。上述工藝通常在適合生物沾污微生物生長的條件下要再循環(huán)大量的水。
例如造紙機械要處理被稱作“回水系統(tǒng)”的大容量再循環(huán)的水。供給造紙機的水一般僅含有大約0.5％纖維和無纖維造紙固體，這意味者每噸紙幾乎需要200噸水通過高位水箱。這些水大部分在回水系統(tǒng)中再循環(huán)?；厮到y(tǒng)為生物沾污微生物提供了非常好的生長介質(zhì)。微生物生長的結(jié)果是在高位水箱、水管、和造紙設備中形成粘菌和其它沉淀物。這樣的生物沾污不僅干擾水和物料的流動，而且當它們掉下來后，會在紙上造成斑點、孔洞、和怪味，以及卷筒紙破裂-導致造紙機操作被破壞。
娛樂水域如游泳池或溫泉或裝飾水如水池或噴泉的生物沾污會嚴重地影響公眾的消遣。生物沾污物有時會有令人討厭的味道。更重要的，特別在娛樂水中，生物沾污會降低水質(zhì)到不適合使用并甚至引起危害健康的程度。
衛(wèi)生用水，和工業(yè)用水和娛樂用水一樣，也受生物沾污和與之相關問題的影響。衛(wèi)生用水包括廁所用水、蓄水池水、化糞池水、和污水處理水。由于在衛(wèi)生用水中包括廢物的原因，這些水系統(tǒng)特別容易引起生物沾污。
為了控制生物沾污，常規(guī)技術是用足夠濃度的化學品(殺生物劑)殺死或基本上抑制生物附著微生物的生長來處理受影響水系統(tǒng)。例如參見美國專利US 4,293,559和US 4,295,932。例如，一直使用氯氣和次氯酸鹽溶液加入水系統(tǒng)殺死或抑制細菌、真菌、水藻、和其它有害微生物生長?？墒?，氯化合物不僅會損壞用來建筑水系統(tǒng)的材料，而且會與有機物反應在水流中形成有害物質(zhì)，如致癌物氯甲烷和氯化二氧雜芑(dioxin)。也已使用一些有機化合物，如亞甲基二硫氰酸酯、二硫代氨基甲酸酯、鹵代有機物、和季銨鹽表面活性劑。上述許多種物質(zhì)在非常有效殺死微生物或抑制其生長的同時，還對人、動物、或其它非靶標生物有毒或有害。
控制水系統(tǒng)，其中包括相關的沉水表面中生物沾污的一種可能途徑是防止或抑制細菌粘著水系統(tǒng)中的潛水表面。當然，這可以通過使用殺微生物劑實現(xiàn)，可是通常這種方法會出現(xiàn)上述缺點。作為一種替代，本發(fā)明提供了用于完全抑制細菌粘著在沉水表面或潛水表面并控制水系統(tǒng)生物附著的方法和組合物。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術的缺點。通過閱讀本說明書和所附的權(quán)利要求，可以很清楚地看到本發(fā)明的其它優(yōu)點。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及抑制細菌粘著于潛水表面的方法。本方法是將潛水的表面與抑制細菌粘著有效量的至少一種氨基甲基膦酸或其鹽相接觸。在本方法中使用的氨基甲基膦酸具有下述結(jié)構(gòu)式R1R2NCH2P(O)(OH)2。在該式中，R1和R2獨立地為C6-C20烷基或CH2P(O)(OH)2基?？墒荝1和R2不均為CH2P(O)(OH)2基?；蛘撸琑1和R2與氮一起形成下式的5-8元雜環(huán)

在雜環(huán)中，X為O、NH、或CH2。虛線表示基團X在特定的雜環(huán)中可占有不同的位置。
本發(fā)明還涉及控制水系統(tǒng)生物沾污的方法。本方法向水系統(tǒng)加入有效量至少一種上述的氨基甲基膦酸或其鹽，抑制細菌粘著于沉在水系統(tǒng)中的表面。本方法能有效控制生物沾污而不充分殺死細菌。
本發(fā)明還涉及控制水系統(tǒng)中生物沾污的組合物。本組合物包含至少一種有效量的抑制細菌粘著于水系統(tǒng)中潛水表面或沉水表面的氨基甲基膦酸及其鹽。
發(fā)明的詳細說明在一個實施方案中，本發(fā)明涉及一種抑制細菌粘著于潛水表面的方法。該潛水表面是一種被液體(如水或其它含水流體或液體)覆蓋、流過、或濕潤的表面。該表面可間斷或連續(xù)地與液體接觸。如上述討論的，潛水表面的實例非限定地包括輪船或船體、船艙、牙齒、醫(yī)療移植物、在含水系統(tǒng)中的表面如水中的泵、管、冷卻塔、或熱交換器。潛水表面可以由疏水的、親水的、或金屬材料組成。有利的是，使用根據(jù)本發(fā)明的氨基甲基膦酸或其鹽可有效的抑制粘著在疏水、親水、或金屬的潛水表面或沉水表面的細菌。
為了抑制細菌粘著于潛水表面，本方法用氨基甲基膦酸及其鹽與潛水表面接觸。表面與有效量氨基甲基膦酸及其鹽、或氨基甲基膦酸及其鹽混合物接觸，能夠抑制微生物粘著于表面。優(yōu)選的，在沉入水系統(tǒng)之前用氨基甲基膦酸或其鹽預處理潛水表面。使用現(xiàn)有技術中已知的方法將氨基甲基膦酸及其鹽使用到潛水表面。例如，如上述討論的，用含有氨基甲基膦酸或其鹽的液體制劑將氨基甲基膦酸或其鹽通過噴霧、涂覆或滴加在表面上?；蛘?，氨基甲基膦酸或其鹽可被配制成糊狀，然后涂布或刷涂于潛水表面。該氨基甲基膦酸或其鹽最好是一種在特定潛水表面使用的一種組合物或制劑的組分。
“抑制細菌粘著”于潛水表面是指在一段時間內(nèi)使少量或不明顯量細菌粘著。優(yōu)選的是，基本沒有細菌粘著出現(xiàn)，且更優(yōu)選是防止細菌粘著。氨基甲基膦酸或其鹽的使用量應當是僅使少量或不明顯量細菌粘著的量，該用量可通過常規(guī)試驗確定。優(yōu)選的是，氨基甲基膦酸或其鹽的使用量足夠在潛水表面形成至少一層氨基甲基膦酸或其鹽的單分子膜。優(yōu)選上述膜完全覆蓋潛水表面。
本方法使?jié)撍砻媾c氨基甲基膦酸或其鹽接觸，將表面預處理以防止細菌粘著。因此，使氨基甲基膦酸或其鹽能與表面接觸，然后沉入水系統(tǒng)中。
本發(fā)明涉及一種控制水系統(tǒng)中生物沾污的方法。水系統(tǒng)不僅包括流水或流過系統(tǒng)的液體，還涉及與系統(tǒng)有關的沉水表面。沉水表面就是與流水或液體接觸的表面。正象上述討論的潛水表面，沉水表面非限定地包括管或泵內(nèi)表面，冷卻塔或高位水箱、熱交換器、篩等的壁。簡而言之，與流水或液體接觸的表面是沉水表面，并且是作為水系統(tǒng)的一部分。
本發(fā)明方法將抑制細菌粘著于水系統(tǒng)中沉水表面的有效量的至少一種氨基甲基膦酸或其鹽加入到水系統(tǒng)中。在使用濃度下，本方法能有效控制水系統(tǒng)中的生物沾污而不明顯殺死細菌。
在水系統(tǒng)中“控制生物沾污”是指將生物沾污控制在或低于所需水平的量或范圍。這包括在水系統(tǒng)中去除生物沾污，將生物沾污降低到所需水平，或者在全部或在所需水平之上防止生物沾污。
根據(jù)本發(fā)明，“抑制細菌粘著”于水系統(tǒng)中的沉水表面是指在所需時間內(nèi)，對特定系統(tǒng)，使少量或不明顯量的細菌粘著。優(yōu)選的是，基本上沒有細菌粘著出現(xiàn)，更優(yōu)選是防止細菌粘著。根據(jù)本發(fā)明使用的氨基甲基膦酸或其鹽在許多情況下，阻止或降低了與其它不能檢測到存在的微生物接觸，并將這種水平保持相當長一段時間內(nèi)。
一些氨基甲基膦酸或其鹽在一定的濃度極限水平以上時存在殺生物劑活性，而有效抑制細菌粘著的氨基甲基膦酸或其鹽的濃度通常大大低于上述極限濃度水平。根據(jù)本發(fā)明，氨基甲基膦酸或其鹽抑制細菌粘著而不全部殺死該細菌。因此，如果氨基甲基膦酸或其鹽還具有殺生物劑的性質(zhì)，本發(fā)明使用氨基甲基膦酸或其鹽的有效量低于它的毒性極限。例如，氨基甲基膦酸或其鹽的濃度可以低于其毒性極限十倍或更多倍。優(yōu)選的是該氨基甲基膦酸或其對應對水系統(tǒng)中存在的非靶標生物無害。
氨基甲基膦酸或其鹽，或氨基甲基膦酸或其鹽的混合物，可用來在多種上述水系統(tǒng)中控制生物沾污。這些水系統(tǒng)非限定地包括工業(yè)水系統(tǒng)、衛(wèi)生水系統(tǒng)、娛樂水系統(tǒng)。如上述，工業(yè)水系統(tǒng)的實例為金屬加工液、冷卻水(例如輸入冷卻水、流動冷卻水、和再循環(huán)冷卻水)，和其它再循環(huán)水系統(tǒng)如造紙和紡織制造業(yè)中使用的再循環(huán)水系統(tǒng)。衛(wèi)生水系統(tǒng)包括廢水系統(tǒng)(例如工業(yè)、私人，和市政水系統(tǒng))，廁所，和水處理系統(tǒng)(例如污水處理系統(tǒng))。娛樂水系統(tǒng)的實例為游泳池、噴泉、裝飾或觀賞池、池塘或溪流。
在特定系統(tǒng)中，抑制細菌粘著于沉水表面的氨基甲基膦酸或其鹽的有效量將根據(jù)被保護的水系統(tǒng)、微生物生長條件、存在生物沾污的程度，和需要控制生物沾污的等級而變化。在具體使用時，用量的選擇可在處理整個有關系統(tǒng)之前通過用多種劑量進行常規(guī)試驗而確定。通常，在水系統(tǒng)中使用的有效量在該水系統(tǒng)的大約1至大約500ppm范圍內(nèi)，更優(yōu)選大約20至大約100ppm。
在本發(fā)明中使用的氨基甲基膦酸或其鹽具有下述通式R1R2NCH2P(O)(OH)2。在該式中，R1和R2獨立地為C6-C20烷基或CH2P(O)(OH)2基?？墒荝1和R2不同時為CH2P(O)(OH)2基。優(yōu)選地R1為C6-C20烷基和R2為CH2P(O)(OH)2基。當R1和R2為烷基時，優(yōu)選為C6-C18烷基，更優(yōu)選C10-C14烷基，最優(yōu)選C12烷基。該烷基可鍵連于末端碳原子或碳鏈中的碳原子。烷基可包含碳-碳雙鍵或三鍵，且還可以是支鏈或直鏈的。
或者，R1和R2與N一起可形成下式的5-8元雜環(huán)

在雜環(huán)中，X為O、NH、或CH2。虛線表示基團X在特定的雜環(huán)中可占有不同的位置。優(yōu)選的雜環(huán)是5-或6-元環(huán)。特別優(yōu)選的環(huán)包括嗎啉基和哌啶基。
特別優(yōu)選的上式氨基甲基膦酸包括己基氨基甲基膦酸，化合物(a)；辛基氨基甲基膦酸；化合物(b)；癸基氨基甲基膦酸，化合物(c)；十二烷基氨基甲基膦酸，化合物(d)；十八烷基氨基甲基膦酸，化合物(e)；二辛基氨基甲基膦酸，化合物(f)；和嗎啉代氨基甲基膦酸，化合物(g)。
在本發(fā)明中使用的氨基甲基膦酸或其鹽即可從化學品供應商處購得，也可采用文獻中已知的方法從起始物制備。例如，通過下述方法制備氨基甲基膦酸或其鹽。將酸，如鹽酸，滴加到所需胺的水溶液中。一般使用過量的酸，對每摩爾胺大約使用2.4摩爾酸。在加入亞膦酸之前，加熱混合物到大約70℃。用大約30分鐘的時間緩慢加入該亞膦酸。亞膦酸與胺的摩爾比根據(jù)使用的是伯胺或仲胺、以及制備所需氨基甲基膦酸的種類而確定。加入膦酸后，冷卻反應混合物至大約40℃，然后滴加甲醛。優(yōu)選加入甲醛的水溶液，例如37％甲醛水溶液。加入甲醛后，回流反應確保完全反應。通?；亓?小時即可。然后使反應冷卻至室溫，過濾收集氨基甲基膦酸產(chǎn)物并干燥。多種氨基甲基膦酸及其鹽的制備方法描述在美國專利US 4,615,840，US3,234,124和US 3,288,846中。
氨基甲基膦酸鹽也可在本發(fā)明中使用。氨基甲基膦酸是兩性物質(zhì)，即具有酸的性質(zhì)，也具有堿的性質(zhì)。因此，可形成兩種類型的氨基甲基膦酸鹽酸部分的鹽，或堿或硝基部分的鹽。酸部分的鹽(稱作“酸式鹽”)非限定地包括堿金屬和季銨鹽。堿或硝基部分的鹽(稱作“季銨化的氨基甲基膦酸鹽”)具有下述通式R1R2R3N-P(O)2(OH)，其中，R1和R2如上述定義和R3例如為氫或上述C1-C20烷基。
根據(jù)本發(fā)明的方法可以是整個水處理方法中的一部分。氨基甲基膦酸或其鹽可以與其它水處理化學品一起使用，特別是與殺生物劑(例如殺藻劑、殺真菌劑、殺細菌劑、殺軟體動物劑，氧化劑，等)，除污劑，清潔劑，絮凝劑，凝結(jié)劑，或其它水處理中常用化學品一起使用。例如，潛水表面與氨基甲基膦酸或其鹽接觸，預處理抑制細菌粘著，并放入用殺微生物劑防治微生物生長的水系統(tǒng)中?；颍瑢σ环N帶有嚴重生物沾污的水系統(tǒng)先用適當?shù)臍⑸飫┫麥绱嬖诘母街?。然后使用氨基甲基膦酸或其鹽保持水系統(tǒng)?；蛘撸被谆⑺峄蚱潲}可與殺生物劑組合使用，在抑制水系統(tǒng)中沉水表面上細菌粘著的同時，殺生物劑用來控制水系統(tǒng)中微生物的生長。在上述組合物中一般可以使用少量的殺微生物劑。
在水系統(tǒng)中“控制微生物的生長”意為在特定系統(tǒng)中在所需的一段時間內(nèi)控制在所需水平或低于所需水平。也就是可在水系統(tǒng)中除去微生物或防止其生長。
在本發(fā)明方法中使用的氨基甲基膦酸或其鹽可以是固體或液體制劑。因此，本發(fā)明還涉及含有氨基甲基膦酸或其鹽的組合物。該組合物中含有至少一種氨基甲基膦酸或其鹽其含量為能有效抑制粘著于水系統(tǒng)中的潛水表面或沉水表面的細菌。當與其它水處理化學品如殺微生物劑組合使用時，該組合物中還含有那種化學品。如果一起配制，氨基甲基膦酸或其鹽和水處理化學品應當是不會發(fā)生有害的相互作用而降低或消除其在水系統(tǒng)中效率。如果發(fā)生有害的相互作用，優(yōu)選使用單獨的制劑。
根據(jù)其用途，本發(fā)明的組合物可制備成現(xiàn)有技術中多種已知形式。例如，可以制備成液體形式如溶液、分散液、乳液、懸浮液、糊狀物；在非溶劑中的分散液、懸浮液、或糊狀物；或?qū)被谆⑺峄蚱潲}溶解于溶劑或組合溶劑中的溶液。適合的溶劑非限定地包括丙酮、乙二醇、醇類、醚類、或其它水分散溶劑。含水制劑是優(yōu)選的。
組合物可被制備成在使用前需要稀釋的液體濃縮物?？墒褂矛F(xiàn)有技術中已知的常規(guī)添加劑，如表面活性劑、乳化劑、分散劑，等，以提高氨基甲基膦酸或其鹽以及在液體組合物或系統(tǒng)如水組合物或系統(tǒng)中其它成分的溶解性。在許多情況下，本發(fā)明組合物可通過簡單攪拌溶解。在一些使用場合，如廁所用水中，可加入染料和香料。
本發(fā)明組合物還可被制備成固體形式。例如，使用現(xiàn)有技術中的已知方法將氨基甲基膦酸或其鹽配制成粉劑或片劑。片劑可含有在制片工藝中已知的多種賦形劑，如染料和其它著色劑，和香料。也可包括現(xiàn)有技術中已知的其它成分如填充劑、粘著劑、滑動劑、潤滑劑、和抗粘著劑。上述包括的后幾種成分可以改善片劑的性質(zhì)和/或制片工藝。
下述例示的實施例更清楚地公開了本發(fā)明的特性。可是應理解的是，本發(fā)明并不限制在下述實施例的具體條件或說明中。
實施例1氨基甲基膦酸的一般合成方法將35％鹽酸滴加到胺的水溶液中，使酸胺的摩爾比為2.4∶1。將所得混合物加熱至70℃，用30分鐘的時間緩慢滴加亞膦酸。加完后，反應溫度降至40℃。然后滴加37％甲醛水溶液。然后回流混合物5小時。過濾收集所得氨基甲基膦酸產(chǎn)物并干燥。
實施例2
辛基氨基甲基膦酸的合成將辛基胺(0.1mol)加入到裝有磁力攪拌器和溫度計的三頸燒瓶中，燒瓶中已經(jīng)加入40g水。伴隨攪拌，通過加料漏斗向辛基胺中滴加35％鹽酸(0.24mol)。接著將反應混合物加熱接近回流溫度，回流30分鐘。然后滴加亞膦酸(0.2molH3PO)。冷卻反應混合物至30-40℃，然后滴加甲醛(37％)(0.26mol)。然后加熱反應混合物大約至100℃，攪拌數(shù)小時。然后過濾收集所得辛基氨基甲基膦酸并干燥。
實施例3試驗方法下述方法充分地說明了化合物抑制多種類型的表面上細菌粘著或破壞接觸微生物形成層的活性。一般觀察，生物反應器的構(gòu)成包括其中固定在生物反應器邊上的大約1英寸×3英寸片(玻璃或不銹鋼)。片的較低一端(大約2英寸)浸入在生物反應器中的細菌生長介質(zhì)(pH7)，其中含有已知濃度的供試化合物。接著用已知細菌種接種，將試驗溶液連續(xù)攪拌3天。除非在下述結(jié)果中指明，在反應器中的介質(zhì)在三天后渾濁。該渾濁表明，盡管存在供試化合物，細菌仍在介質(zhì)中增生。這還說明在供試濃度下的化學品基本上無殺生物(殺細菌)活性。隨后對片進行染色，是為了確定接觸片表面的細菌量。
生物反應器構(gòu)成生物反應器包含一個400ml玻璃燒杯，燒杯上蓋一個蓋子(用標準的9cm直徑玻璃培養(yǎng)皿蓋住)。移開蓋子，把所選擇材料的片的一端用隱蔽膠帶栓住，并從燒杯的頂邊掛在反應器中。使片沉入試驗介質(zhì)。典型的，四個片(重復)被均勻地放置在該反應器四周。下述試驗數(shù)據(jù)是四個重復的平均值。磁力攪拌器放在反應器底部，蓋上蓋子，將反應器高壓滅菌。使用兩種不同類型的材料作為片，不銹鋼作為金屬片，玻璃作為親水表面。
細菌生長介質(zhì)在生物反應器中使用的液體介質(zhì)已描述在Delaquis，等人“Detachment Of Pseudomonas fluorescens From Biofilms On Glass SurfacesIn Response To Nutrient Stress”，Microbial Ecology 18199-210，1989。該介質(zhì)組合物為蔗糖 1.0gK2HPO45.2gKH2PO42.7gNaCl 2.0g
NH4Cl 1.0gMgSO4·7H2O0.12g微量元素 1.0mL去離子水 1.0L微量元素溶液CaCl21.5gFeSO4·7H2O1.0gMnSO4·2H2O0.35gNaMoO40.5g去離子水 1.0L將上述介質(zhì)高壓滅菌，然后使之冷卻。如果在滅菌介質(zhì)中形成沉積物，在使用前振蕩使介質(zhì)再懸浮。
制備細菌接種物，從造紙廠粘液沉淀物中分離芽孢桿菌、黃桿菌、和假單胞桿菌屬細菌，并保存在連續(xù)培養(yǎng)基中。將供試微生物在定量瓊脂上劃線平面培養(yǎng)，并在30℃保溫24小時。用滅菌棉簽按份移出菌落，懸浮在滅菌水中。充分混合懸浮液，在686nm調(diào)整旋光密度為0.855(芽孢桿菌)，0.625(黃桿菌)，和0.775(假單胞桿菌)。
生物膜形成/化合物試驗向四個分別的反應器中加入200mL如上述制備的消毒介質(zhì)。首先制備評價生物驅(qū)散作用化合物貯液(40mg/2ml)，使用水或9∶1丙酮∶甲醇混合物混合物(ac/MeOH)作為溶劑。伴隨適度連續(xù)攪拌，將1.0ml貯液的等份試樣加入到生物反應器中。提供最初濃度100ppm的供試化合物。其中一個生物反應器(對照)不含有供試化合物。然后將分別取自三種細菌懸浮液的等份樣品(0.5ml)加入每個生物反應器中。然后連續(xù)攪拌生物反應器三天使細菌種群增加，細胞沉淀于片表面。
評價結(jié)果使用上述方法評價下述化合物己基氨基甲基膦酸，化合物(a)；辛基氨基甲基膦酸；化合物(b)；癸基氨基甲基膦酸，化合物(c)；十二烷基氨基甲基膦酸，化合物(d)；嗎啉代氨基甲基膦酸，化合物(e)；十八烷基氨基甲基膦酸，化合物(f)；和二辛基氨基甲基膦酸，化合物(g)。
試驗結(jié)束后，從生物反應器中移出片，直立，空氣干燥。然后采用染色方法評估供試表面細菌粘著程度。用火焰迅速燒過片，使細胞固定在表面，然后移至革蘭氏結(jié)晶紫(Gram Crystal Violet，DIFCO實驗室，Detroit，MI)容器中2分鐘。在自來水流下輕輕沖洗片，然后小心吸干。通過目測檢察確定細菌粘著程度，記錄每個片上的數(shù)據(jù)。染色強度直接與細菌粘著量成比例。如下述給出生物膜的比數(shù)0＝基本沒有3＝中度1＝少量4＝嚴重2＝輕微評價對照的化學處理時，一般從四個生物反應器中的片獲得的平均比數(shù)是3-4范圍內(nèi)。獲得的平均比數(shù)在0-2范圍內(nèi)的化合物，被認為能夠有效防止細菌粘著在沉水片上。結(jié)果示于下述表I。
表1

1每種化合物對E.Aerogenes細菌的最小抑制濃度(MIC)，是pH6和pH8條件下，進行18小時基鹽試驗(Basal Salts test)測定的。
實施例4試驗方法、反應器結(jié)構(gòu)、細菌生長介質(zhì)、細菌接種物制備、和生物膜生成/化合物試驗與實施例3中相同。
結(jié)果評價使用上述方法評價下述化合物己基氨基甲基膦酸，化合物(a)；辛基氨基甲基膦酸；化合物(b)；癸基氨基甲基膦酸，化合物(c)；十二烷基氨基甲基膦酸，化合物(d)；嗎啉代氨基甲基膦酸，化合物(e)；十八烷基氨基甲基膦酸，化合物(f)；二辛基氨基甲基膦酸，化合物(g)；和丁基氨基甲基膦酸，化合物(h)。
在26-28℃下保溫48小時或168小時(1周)后，從生物反應器中移出片，直立放置，采用染色方法評估供試表面。用火焰迅速燒過片，使細胞固定在表面，然后移至革蘭氏結(jié)晶紫(Gram Crystal Violet，DIFCO實驗室，Detroit，MI)容器中1分鐘。在自來水流下輕輕沖洗片，小心吸干，使之在空氣中干燥過夜。通過定量評價方法確定細菌粘著程度。
評價細菌粘著的定量方法將分別放置在含有10mL乙醇(工業(yè)品)的培養(yǎng)皿中的，相應于每個處理的一對玻璃片和一對不銹鋼片移出，使接觸在片上的細胞用結(jié)晶紫染色。將每個培替式培養(yǎng)皿中的1ml等份結(jié)晶紫乙醇溶液轉(zhuǎn)移到有9mL去離子消毒水(1/10稀釋液)的試管中。使用1mL乙醇的9mL去離子水溶液作為光學儀器的校準空白。用分光光度計(Spectronic 21，Bauschand Lomb)，在586nm波長測定每種溶液的吸收(ABS)。如下計算細菌粘著(IBA)的控制IBA＝100(對照吸收-處理吸收)\對照吸收)90或＞90％IBA＝基本上無細菌粘著89-70％IBA＝少量69-50％IBA＝輕微40-30％IBA＝中度29-＜29％IBA＝中度能夠得到50％或更大IBA的化合物，被認為能夠有效地防止細菌粘著到沉水片上。結(jié)果示于下述表II。
表II

1每種化合物對E.Aerogenes細菌的最小抑制濃度(MIC)，在pH6和pH8條件下，進行18小時基鹽試驗(Basal Salts test)測定的。
盡管已對本發(fā)明優(yōu)選實施例進行了說明，應理解到的是，本發(fā)明不限于上述實施例?？蓪Ρ景l(fā)明進行其它修改。所附的權(quán)利要求是覆蓋本發(fā)明的構(gòu)思和范圍內(nèi)的任何上述修改。
權(quán)利要求
1.一種抑制細菌粘著于潛水表面的方法，其中包含將潛水的表面與抑制細菌粘著的有效量的一種氨基甲基膦酸或其鹽相接觸的步驟，其中氨基甲基膦酸為下述結(jié)構(gòu)式R1R2NCH2P(O)(OH)2的化合物，式中，R1和R2獨立地為C6-C20烷基或CH2P(O)(OH)2基，但是R1和R2不均為CH2PO(O)(OH)2基；或R1和R2與N一起形成下式的5-8元雜環(huán)
其中，X為O、NH、或CH2；和其中氨基甲基膦酸鹽是酸式鹽或季銨化的氨基甲基膦酸鹽。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述的接觸步驟包含在水系統(tǒng)中的潛水表面沉入水中之前，該潛水表面與所述氨基甲基膦酸或其鹽接觸。
3.權(quán)利要求1的方法，其中R1為C8-C18烷基和R2為CH2P(O)(OH)2。
4.權(quán)利要求1的方法，其中R1和R2各自為C8-C18烷基。
5.權(quán)利要求1的方法，其中R1和R2與N一起形成5-8元雜環(huán)。
6.權(quán)利要求1的方法，其中氨基甲基膦酸是己基氨基甲基膦酸；辛基氨基甲基膦酸；癸基氨基甲基膦酸；十二烷基氨基甲基膦酸；十八烷基氨基甲基膦酸；二辛基氨基甲基膦酸；和嗎啉代氨基甲基膦酸；或其混合物。
7.權(quán)利要求6的方法，其中潛水表面是艦體、船體、船艙、牙齒表面、醫(yī)療移植物表面或含水系統(tǒng)的表面。
8.一種控制水系統(tǒng)生物沾污方法，其中包含向水系統(tǒng)中加入一種能抑制細菌粘著于該水系統(tǒng)中潛水表面的有效量的氨基甲基膦酸或其鹽的步驟，其中氨基甲基膦酸為式R1R2NCH2P(O)(OH)2的化合物，式中，R1和R2獨立地為C6-C20烷基或CH2P(O)(OH)2基，但是R1和R2不均為CH2P(O)(OH)2基；或R1和R2與N一起形成下式的5-8元雜環(huán)
其中，X為O、NH、或CH2；和其中氨基甲基膦酸鹽是酸式鹽或季銨化的氨基甲基膦酸鹽。
9.權(quán)利要求8的方法，其中R1為C8-C18烷基和R2為CH2P(O)(OH)2基。
10.權(quán)利要求8的方法，其中R1和R2各自為C8-C18烷基。
11.權(quán)利要求8的方法，其中R1和R2與N一起形成上式的5-8元雜環(huán)。
12.權(quán)利要求8的方法，其中氨基甲基膦酸是己基氨基甲基膦酸；辛基氨基甲基膦酸；癸基氨基甲基膦酸；十二烷基氨基甲基膦酸；十八烷基氨基甲基膦酸；二辛基氨基甲基膦酸；和嗎啉代氨基甲基膦酸；或其混合物。
13.權(quán)利要求8的方法，其中有效量的氨基甲基膦酸為10ppm至500ppm。
14.權(quán)利要求8的方法，其中加入步驟包含向水系統(tǒng)中加足夠量的氨基甲基膦酸以減少在水系統(tǒng)中存在的任何生物沾污。
15.權(quán)利要求8的方法，其中水系統(tǒng)是工業(yè)水系統(tǒng)，選自冷卻水系統(tǒng)、金屬加工水系統(tǒng)，造紙水系統(tǒng)、和紡織制造水系統(tǒng)。
16.權(quán)利要求8的方法，其中水系統(tǒng)是娛樂水系統(tǒng)，選自游泳池、噴泉、觀賞池塘、觀賞池、和觀賞溪流。
17.權(quán)利要求8的方法，其中水系統(tǒng)是衛(wèi)生水系統(tǒng)，選自廁所水系統(tǒng)、蓄水池水系統(tǒng)、化糞池水系統(tǒng)、和污水處理系統(tǒng)。
18.權(quán)利要求8的方法，還包含向水系統(tǒng)中加入有效量殺生物劑的步驟，以控制水系統(tǒng)中微生物生長。
19.權(quán)利要求18的方法，其中在加入氨基甲基膦酸之前加入殺生物劑，用來顯著降低水系統(tǒng)中存在的生物沾污，且加入該氨基甲基膦酸以阻止存活細菌與在水系統(tǒng)中的沉水表面粘著。
20.權(quán)利要求18的方法，其中殺生物劑和氨基甲基膦酸同時加入。
21.權(quán)利要求18的方法，其中微生物選自水藻、真菌、和細菌，水系統(tǒng)選自工業(yè)水系統(tǒng)、娛樂水系統(tǒng)、和衛(wèi)生水系統(tǒng)。
22.一種控制水系統(tǒng)生物沾污的組合物，其中包含抑制細菌粘著于水系統(tǒng)中潛水表面或沉水表面的有效量的至少一種氨基甲基膦酸或其鹽，其中氨基甲基膦酸為式R1R2NCH2P(O)(OH)2的化合物，式中，R1和R2獨立地為C6-C20烷基或CH2P(O)(OH)2基，但是R1和R2不均為CH2P(O)(OH)2基；或R1和R2與N一起形成下式的5-8元雜環(huán)
其中，X為O、NH、或CH2；和其中氨基甲基膦酸鹽是酸式鹽或季銨化的氨基甲基膦酸鹽。
23.權(quán)利要求22的組合物，其中R1為C8-C18烷基和R2為CH2P(O)(OH)2基。
24.權(quán)利要求22的組合物，其中R1和R2各自為C8-C18烷基。
25.權(quán)利要求22的組合物，其中R1和R2與N一起形成5-8元雜環(huán)。
26.權(quán)利要求22的組合物，其中氨基甲基膦酸為己基氨基甲基膦酸；辛基氨基甲基膦酸；癸基氨基甲基膦酸；十二烷基氨基甲基膦酸；十八烷基氨基甲基膦酸；二辛基氨基甲基膦酸；和嗎啉代氨基甲基膦酸；或其混合物。
27.權(quán)利要求26的組合物，其中還含有控制微生物在水系統(tǒng)中生長有效量的殺生物劑。
28.權(quán)利要求22的組合物，其中該組合物是液體形式。
29.權(quán)利要求22的組合物，其中該組合物是固體形式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種抑制細菌粘著于潛水表面的方法。本方法是將潛水表面與抑制細菌粘著于潛水表面有效量的至少一種氨基甲基膦酸或其鹽相接觸。本發(fā)明還涉及在水系統(tǒng)中控制生物沾污的方法。本方法是加入有效量的至少一種氨基甲基膦酸或其鹽以抑制細菌粘著于水系統(tǒng)中沉水表面。本方法不明顯殺死沾污的微生物即可有效地控制生物沾污。本發(fā)明方法中使用的氨基甲基膦酸具有下述結(jié)構(gòu)式R
文檔編號C02F1/50GK1270572SQ98809221
公開日2000年10月18日 申請日期1998年7月27日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月29日
發(fā)明者托馬斯·E·麥克尼爾, 馬里利恩·S·惠特莫爾, 斯蒂芬·D·布賴恩特, 格雷西拉·H·溫克 申請人:巴科曼實驗室國際公司