3-异噻唑酮溶液的稳定化 本发明涉及3-异噻唑酮类杀微生物剂的稳定化。本发明特别是涉及具有低铜离子含量的3-异噻唑酮杀微生物剂稀溶液的稳定化。
杀微生物剂在商业上用来防止各种各样场所的微生物的生长，例如冷却塔，金属加工流体系统，涂料和化妆品。较重要的杀微生物剂种类之一是3-异噻唑酮类。很多3-异噻唑酮获得了商业上的成功，因为它们在很多不同的条件下和在各种各样场所都能非常有效地防止微生物的生长。最重要的3-异噻唑酮是5-氯-2-甲基-3-异噻唑酮，2-甲基-3-异噻唑酮，及其混合物。
尽管3-异噻唑酮类是高效的杀微生物剂，但是它们在一些条件下是不稳定的。没有一种稳定剂，则很多3-异噻唑酮类化学降解而失去其杀微生物效能。已经进行了很多研究来稳定3-异噻唑酮类。
一般的5-氯-2-甲基-3-异噻唑酮和2-甲基-3-异噻唑酮的3∶1混合物的3-异噻唑酮产品含有1-25％重量的3-异噻唑酮混合物和相似量的稳定剂。5-氯-2-甲基-3-异噻唑酮和2-甲基-3-异噻唑酮以3∶1混合地提浓组合物一般含有大约5-35％重量的3-异噻唑酮化合物、并且需要大约10-25％重量的稳定剂。5-氯-2-甲基-3-异噻唑酮和2-甲基-3-异噻唑酮的3∶1混合物的稀溶液含有大约0.5-5％重量的3-异噻唑酮化合物。稀溶液需要与3-异噻唑酮提浓物不同的稳定化要求。
已知多种3-异噻唑酮稀溶液的稳定剂。这些已知的稳定的3-异噻唑酮稀溶液的缺点在于它具有高的金属盐含量，从而在某些条件下引起胶乳的凝结或具有有限的稳定性。例如，US5461150(Gironda等)，这里引作参考，公开了用低含量铜盐形式的铜离子而不是硝酸盐或亚硝酸盐对5-氯-2-甲基-3-异噻唑酮，2-甲基-3-异噻唑酮和其混合物进行稀溶液的稳定化。铜离子与3-异噻唑酮化合物的重量比在0.02∶1.5-0.0008∶1.5范围内。该稳定的稀溶液显示出好的短期稳定性(例如在55℃,8星期)。该专利没有提出3-异噻唑酮组合物储存时生成沉淀这一问题。
尽管使用稳定剂能使3-异噻唑酮稀溶液在一定时间内保持其杀微生物效能，但是，虽不明显损失3-异噻唑酮类，却可能会产生其它问题，例如储存时生成沉淀。沉淀的存在不影响3-异噻唑酮类的效能；但是沉淀的存在会使该产品的使用者见到不期望的外观。很明显，从商业的角度出发，优选获得不形成沉淀的产品。
因此一直需要具有好的长期稳定性且没有沉淀的3-异噻唑酮稀溶液。
现在发现，向铜离子稳定的3-异噻唑酮稀溶液中加入少量氧化剂会，大大提高3-异噻唑酮的长期稳定性，同时防止储存时生成沉淀。
本发明提供一种含有一种杀微生物剂化合物的、稳定的稀溶液组合物，其含有：(a)0.5-5重量％的3-异噻唑酮化合物，选自5-氯-2-甲基-3-异噻唑酮；2-甲基-3-异噻唑酮；2-乙基-3-异噻唑酮；5-氯-2-乙基-3-异噻唑酮；4,5-二氯-2-甲基-3-异噻唑酮，及其混合物；(b)2-500ppm铜盐形式的铜离子；(c)0.01-10重量％一种氧化剂，选自氯酸盐，高氯酸盐，碘酸，碘酸盐，高碘酸，和高碘酸盐；和(d)水；其中铜离子与氧化剂的重量比是1∶35或更大。
本发明涉还及一种防止杀微生物剂组合物中生成沉淀的方法，包括下面步骤：向含有0.5-5重量％选自5-氯-2-甲基-3-异噻唑酮；2-甲基-3-异噻唑酮；2-乙基-3-异噻唑酮；5-氯-2-乙基-3-异噻唑酮；4,5-二氯-2-甲基-3-异噻唑酮，及其混合物的3-异噻唑酮化合物，以组合物重量为基础计；2-500ppm铜盐形式的铜离子；和水的、稳定的3-异噻唑酮组合物中加入以组合物重量计为0.01-10重量％的一种氧化剂，选自氯酸盐，高氯酸盐，碘酸，碘酸盐，高碘酸和高碘酸盐。其中铜离子与氧化剂的重量比是1∶35或更大。
本发明还涉及一种控制或抑制微生物在某一场所生长的方法，包括向该场所引入上述一种组合物。
除了另有明确指出外，本说明书中使用的下面术语应该具有下面的意义。
术语“杀微生物剂”指一种能控制或抑制微生物在某一场所生长的化合物。术语“杀微生物的”指一种化合物消除和抑制微生物生长的活性。术语“微生物”包括但不限于真菌，细菌和藻类。术语“场所”指微生物污染的工业系统或产品。
本说明书使用了下面的缩写：ppm=每百万份中的份数；g=克；C=摄氏度数；UV=紫外；HPLC=高效液相色谱；mL=毫升；DI=去离子的；及wt％=重量百分比。
所有的百分比是以组合物重量计的重量百分比，并且所有重量百分比和比例范围首尾包括在内。
本发明中适用的3-异噻唑酮是：5-氯-2-甲基-3-异噻唑酮；2-甲基-3-异噻唑酮；2-乙基-3-异噻唑酮；5-氯-2-乙基-3-异噻唑酮；4,5-二氯-2-甲基-3-异噻唑酮；及其混合物。优选的3-异噻唑酮类是5-氯-2-甲基-3-异噻唑酮和2-甲基-3-异噻唑酮，及其混合物。最优选的是5-氯-2-甲基-3-异噻唑酮和2-甲基-3-异噻唑酮的混合物。当混合时，5-氯-2-甲基-3-异噻唑酮与2-甲基-3-异噻唑酮的重量比优选是90∶10-2∶98，特别优选75∶25-90∶10。
溶液中3-异噻唑酮化合物的量是0.5-5.0重量％，优选1-2重量％，以组合物重量计。
很多种铜盐是本领域公知的。可以使用有足够的水溶性以提供铜离子在溶液中期望浓度的任何铜盐。合适的例子包括但不限于：硫酸铜，醋酸铜，氯化铜，溴化铜，氯酸铜，高氯酸铜，亚硝酸铜和硝酸铜。优选硫酸铜和硝酸铜。这些铜盐一般可以商购，例如由Pfalz和Bauer(Waterbury,Connecticut)购得，并且可以不用进一步纯化即可使用。
在本发明组合物中，适用的铜离子的量一般是2-500ppm。优选使用5-400ppm，更优选使用30-200ppm。低3-异噻唑酮浓度比高浓度需要更少的铜离子。随着异噻唑酮浓度的增加，呈正比地需要更多的铜离子来达到相同的稳定性。例如，5-200ppm铜离子足以稳定1.5重量％3-异噻唑酮稀溶液。用来稳定1.5重量％3-异噻唑酮稀溶液的铜离子的量优选是8-100ppm。一般情况下，50-500ppm铜离子足以稳定5重量％3-异噻唑酮稀溶液。优选使用150-500ppm。
用于本发明的氧化剂选自氯酸盐，高氯酸盐，碘酸，碘酸盐，高碘酸，和高碘酸盐。合适的氧化剂包括但不限于：合适的氧化剂包括但不限于：氯酸钠；氯酸钾；高氯酸钠；高氯酸钾；碘酸；碘酸锂；碘酸钠；碘酸钾；碘酸铵；高碘酸；高碘酸锂；高碘酸钠；高碘酸钾；高碘酸铵。优选氯酸钠；氯酸钾；高氯酸钠；高氯酸钾。这些氧化剂一般可以商购，例如由Aldrich ChemicalCompany(Milwankee,Wisconsin)购得，并且可以不用进一步纯化即可使用。
在本发明组合物中适用的氧化剂量是0.01-10重量％，优选0.05-8重量％，更优选0.1-5重量％，以组合物重量为基础计。
本发明组合物中适用的铜离子与氧化剂的重量比一般是1∶35或更大。铜离子与氧化剂的重量比优选是1∶35-1∶300，更优选1∶50-1∶200。低铜离子浓度比高浓度需要更少的氧化剂。随着铜离子浓度的增加，呈正比地需要更多的氧化剂来达到相同的稳定性。例如，含有1.5重量％3-异噻唑酮和8-200ppm铜离子的稀溶液如果含有0.01-8重量％氧化剂，则一般是稳定的并且没有沉淀。含有5重量％3-异噻唑酮和50-500ppm铜离子的稀溶液如果含有0.5-10重量％氧化剂，则一般是稳定的并且没有沉淀。
本发明特别适用的组合物包含1-2％，以组合物重量为基础计，2-甲基-3-异噻唑酮，5-氯-2-甲基-3-异噻唑酮或其混合物；5-100ppm铜盐形式的铜离子；0.05-8重量％的选自氯酸钠，氯酸钾，高氯酸钠，和高氯酸钾的氧化剂和水。
制备本发明组合物时，不能直接向单一的3-异噻唑酮加入氧化剂。而3-异噻唑酮，铜盐，氧化剂和水可以以任何顺序混合。本发明组合物优选通过将3-异噻唑酮和水混合，接着加入铜盐然后加入氧化剂来制备。
本发明稳定化的3-异噻唑酮稀溶液可以通过向受微生物侵染的场所之上、之中或之处引入杀微生物有效量的本发明组合物，来抑制微生物的生长。合适的场所包括但不限于：冷却塔；空气净化器；锅炉；矿物泥浆；废水处理；装饰性喷泉；反渗透过滤；超滤；压舱水；蒸发冷凝器；热交换器；纸浆和纸加工液；塑料；乳液和分散液；漆；胶乳；涂料，例如清漆；结构件产品，例如胶粘水泥，堵塞物，和密封剂；建筑粘合剂，例如陶瓷粘合剂，地毯背衬粘合剂，和层压板粘合剂；工业和消费者用粘合剂；照相化学品；印刷流体；家用产品，例如浴室消毒剂或杀菌剂，化妆品和厕卫用品；香波；肥皂；洗涤剂；工业消毒剂或清洁剂，例如冷消毒剂，硬表面消毒剂；地板抛光剂；洗衣房喷淋水；金属加工液；传送设备润滑剂；水力系统用流体；皮革和皮革制品；纺织原料；和纺织品；木材和木制品，例如胶合板，废纸制成的纸板，踏板，层合板，浅滩栈桥用板，硬板和颗粒板；石油加工液；燃料；油田用流体，例如注入水，压裂液，和钻探泥浆；农业助剂防腐剂；表面活性剂防腐剂；医药装置；诊断试剂防腐剂；食品防腐剂，例如塑料或纸食品包装；游泳池和spas。优选的场所是化妆品和厕卫用品；胶乳；乳液和分散液；漆；表面活性剂；地板抛光剂；纤维柔顺剂；清洁剂；和家用产品。
适于抑制或控制微生物生长的3-异噻唑酮化合物的量是本领域公知的，并且取决于要保护的场所。根据要保护的场所的体积，适于抑制或控制微生物生长的3-异噻唑酮化合物的量一般是0.05-5000ppm。优选使用0.1-2500ppm。例如，象冷却塔或纸浆和纸加工液这样的场所，需要0.1-100ppm的本发明化合物来抑制微生物的生长。在冷却塔或纸浆和纸加工液中，优选使用0.1-50ppm。其它场所，例如结构件产品，油田用流体或乳液，需要0.5-5000ppm的本发明化合物来抑制微生物的生长，而象消毒剂或杀菌剂这样的场所需要至多5000ppm。
因为异噻唑酮类具有与杀微生物剂一样的活性，并且只需要低水平的铜离子和卤素氧化剂来实现稳定化作用，因此，处理的体系中铜离子和卤素氧化剂的含量非常低。因此铜离子和卤素氧化剂不可能与需要保护的系统或保护的系统所应用的其它系统中的其它成分相互作用。
本领域公知通过与一种或几种其它杀微生物剂结合可以提高杀微生物剂的性能。因此，其它已知的杀微生物剂可以有利地与本发明组合物混合。
下面的实施例进一步详细说明本发明的各个方面，但是不是为了在任何方面限制本发明的范围。在下面的实施例中，以5-氯-2-甲基-3-异噻唑酮和2-甲基-3-异噻唑酮以大约3∶1的混合物(纯度96.5％)使用3-异噻唑酮。铜含量以铜离子(Ⅱ)的ppm计。当在55℃下储存8星期后，没有沉淀或相分离发生而且仍保持多于85％的5-氯-2-甲基-3-异噻唑酮的话，则认为样品是稳定的。所有样品通过HPLC用UV检测分析。
实施例1
用来自4批不同批的3-异噻唑酮A,B,C，和D制备下面的样品。向标记为样品1-1至1-10的10个100ml玻璃瓶中的每一个加入其中一批的1.53g 3-异噻唑酮。使用的具体批量在表1中给出。再向样品1-1,1-2,1-3和1-4中加入0.0075g硫酸铜(30ppm铜离子)和98.5g DI水。向样品1-5,1-6，和1-7中加入0.025g硫酸铜(100ppm铜离子)和98.4g DI水。向样品1-8,1-9，和1-10中加入0.0503g硫酸铜(200ppm铜离子)和98.5g DI水。所有的样品含有1.5重量％3-异噻唑酮。存在样品中的唯一的稳定剂是铜离子。将样品盖上盖子，混合以溶解盐并在55℃烘箱中储存。对样品测定储存4和8星期后保留的5-氯-2-甲基-3-异噻唑酮百分比。结果见表1。
表1样品3-异噻唑酮批量ID 铜离子 (ppm) 4星期 8星期 沉淀* 1-1 A 30 93 75 + 1-2 B 30 85 73 + 1-2 C 30 96 91 + 1-4 D 30 93 75 + 1-5 A 100 94 87 + 1-6 B 100 82 78 + 1-7 D 100 94 87 + 1-8 A 200 96 92 + 1-9 B 200 83 79 + 1-10 D 200 96 92 +
*“+”=8星期储存后出现沉淀
上面的数据表明，所有的样品具有短期稳定性，而长期稳定性是有限的。目测样品储存后是否存在沉淀。所有的样品中都发现了白色沉淀。
实施例2
根据实施例1制备标记为样品2-1至2-4的4个样品。样品2-1和样品2-2含有30ppm铜离子；样品2-3含有100ppm铜离子；样品2-4含有200ppm铜离子。所有的样品含有1.5重量％3-异噻唑酮。向样品2-1中没有加入其它稳定剂，这个样品用作对照。向样品2-2至样品2-4每个样品中加入以样品重量为基础计0.4重量％氯酸钠。将样品盖上盖子，混合，然后在55℃烘箱中储存。对样品测定储存4和8星期后保留的5-氯-2-甲基-3-异噻唑酮百分比。在储存8星期后也对样品目测是否存在沉淀，结果见表1。
表2 样品铜(ppm)氯酸钠 4星期 8星期 沉淀 2-1 30 - 95 79 +* 2-2 30 0.4％ 97 97 - 2-3 100 0.4％ 99 99 - 2-4 200 0.4％ 99 99 -
*“+”=出现沉淀；“-”=没有出现沉淀
这些数据清楚地表明，向铜离子稳定的3-异噻唑酮稀溶液中加入0.4重量％(400ppm)氯酸钠，在所有的铜离子浓度下都大大提高了3-异噻唑酮的长期稳定性，并且防止了不期望的沉淀生成。
实施例3
该实施例证明铜离子与高碘酸对1.5重量％3-异噻唑酮稀溶液的稳定作用。根据实施例1制备标记为样品3-1,3-2，和3-3的3个1.5重量％3-异噻唑酮稀溶液样品。样品3-1和样品3-2含有30ppm铜离子；样品3-3没有含有铜离子。向样品3-2和样品3-3中加入以样品重量为基础计0.25重量％高碘酸。将样品盖上盖子，混合并在55℃烘箱中储存。对样品测定储存4和8星期后保留的5-氯-2-甲基-3-异噻唑酮百分比。并对样品目测是否存在沉淀或形成相分离，生成橙色层，结果见表3。
表3 样品 铜 高碘酸 4星期 8星期12星期沉淀/相分离 3-1 30ppm - 95 79 63 +* 3-2 30ppm 0.25％ 97 95 95 - 3-3 - 0.25％ 98 92 89 ++
*“-”=没有沉淀或相分离；“+”=沉淀；“++”=相分离(生成橙色层)
这些数据清楚地表明，向铜离子稳定的3-异噻唑酮稀溶液中加入0.25重量％(250ppm)高碘酸，大大提高了3-异噻唑酮的长期稳定性，铜离子与高碘酸的结合提供了稳定的3-异噻唑酮稀溶液，并且也防止了不期望的沉淀生成和相分离。
实施例4
根据实施例1，分别用A批和B批的3-异噻唑酮制备标记为样品4-1和4-2的2个1.5重量％3-异噻唑酮稀溶液样品。样品4-1和样品4-2两者都含有100ppm铜离子。向两个样品中加入以样品重量为基础计0.5重量％氯酸钠。将样品盖上盖子，混合并在55℃烘箱中储存。对样品测定储存4和8星期后保留的5-氯-2-甲基-3-异噻唑酮百分比。在储存8星期后也对样品目测是否存在沉淀，结果见表4。
表4 样品 铜离子 (ppm) 氯酸钠 (重量％)3-异噻唑酮 批量 4星期 8星期 4-1 100 0.5 A 98 97 4-2 100 0.5 B 98 94
这些数据清楚地表明，本发明组合物具有好的长期稳定性。
实施例5
根据实施例1，用D批3-异噻唑酮制备标记为样品5-1至5-12的12个1.5重量％3-异噻唑酮稀溶液样品。样品5-1,5-2,5-5,5-6,5-9和5-10含有30ppm铜离子。样品5-3,5-4,5-7,5-8,5-11和5-12含有100ppm铜离子。向样品5-1至5-4中加入以样品重量为基础计0.1重量％氯酸钠。向样品5-5至5-8中加入以样品重量为基础计0.5重量％氯酸钠。向样品5-9至5-12中加入以样品重量为基础计0.9重量％氯酸钠。将样品盖上盖子，在55℃烘箱中储存。储存4和8星期后分析保留的5-氯-2-甲基-3-异噻唑酮百分比。在储存8星期后对样品测定，结果见表5。
表5 样品铜离子(ppm) 氯酸钠 (重量％) 铜离子∶ 氯酸盐 8星期 沉淀 5-1 30 0.1 1∶33 85 +* 5-2 30 0.1 1∶33 77 + 5-3 100 0.1 1∶10 84 + 5-4 100 0.1 1∶10 86 +/- 5-5 30 0.5 1∶167 89 +/- 5-6 30 0.5 1∶167 86 +/- 5-7 100 0.5 1∶50 94 - 5-8 100 0.5 1∶50 90 - 5-9 30 0.9 1∶300 97 - 5-10 30 0.9 1∶300 96 - 5-11 100 0.9 1∶90 100 - 5-12 100 0.9 1∶90 93 -
*“+”=沉淀；“+/-”=有些沉淀；“-”=没有沉淀
上面的数据表明，提供没有沉淀的稳定的3-异噻唑酮稀溶液需要1∶35的铜离子与氧化剂重量比。
实施例6(比较)
该实施例表明，在不加入铜离子的情况下，氯酸盐不稳定3-异噻唑酮稀溶液。根据实施例1制备标记为6-1至6-6的6个样品，但没有加入硫酸铜。所有的样品含有1.5重量％3-异噻唑酮。向样品中加入以样品重量为基础计0.1重量％，0.5重量％，或0.9重量％氯酸钠。将样品盖上盖子，在55℃烘箱中储存。对样品测定储存2星期后保留的5-氯-2-甲基-3-异噻唑酮百分比。2星期后任何样品中没有存留5-氯-2-甲基-3-异噻唑酮，这清楚地表明，单独的氯酸盐不足以稳定3-异噻唑酮稀溶液。