稳定、低VOC、低粘性杀生物制剂和制造这种制剂的方法

摘要

一种稳定、低VOC、低粘度杀生物制剂包含有效量的至少一种杀生物剂，和式(I)的烷基聚二元醇液体载体：R-O-(AO)

说明书

发明领域

本发明涉及稳定的杀生物剂制剂，其含有至少一种杀生物剂和烷基聚二元醇。新制剂显示出低的挥发性有机化合物(“VOC”)和在高活性物浓度的低粘度。

发明背景

目前使用的许多工业杀生物剂制剂是使用作为挥发性有机化合物(VOC)的有机溶剂配制的。例如，有机溶剂如石油馏出物、二甲亚砜(DMSO)、二醇醚、N-甲基吡咯烷酮(NMP)和丙二醇(PG)通常用于制备3-碘-2-丙炔基氨基甲酸丁酯(IPBC)、辛基异噻唑啉酮(OIT)、二氯辛基异噻唑啉酮(DCOIT)、2-溴-2-硝基-1，3-丙二醇(溴硝醇(bronopol))和2，2-二溴-3-次氮基丙酰胺(DBNPA)的可商购杀生物剂制剂，其全部是在油漆和涂料、木材的处理和保存以及其它工业应用中使用的重要的杀生物剂。

挥发性有机化合物当释放到环境中时贡献于空气污染，并且特别地，它们在油漆和涂料中的使用变得较不适宜。抗微生物供应商部分地通过开发溶解性差的杀生物剂的水分散体，和/或杀生物剂在低-VOC溶剂(例如聚乙二醇(PEG)和PEG/水)中的溶液做出反应。然而，杀生物剂的水分散体经常受困于稳定性问题，并且通常还难以有效且均一地将杀生物剂分散在进行处理的基体中。

PEG-基杀生物剂溶液提供减少的VOC，但是具有较高的粘度，这不利于最终用户操作。PEG-基制剂还由于由PEG导致的较高粘度而在活性杀生物剂浓度方面受限。

因而，存在对于这样的杀生物剂溶液的需要，所述杀生物剂溶液是低-VOC，并且可以以高浓度配制，并且相对于等同的PEG-基制剂具有较低粘度。

发明概述

本发明提供一种杀生物剂制剂，其包含：有效量的选自下列各项中的一种或多种的杀生物剂：1，2-二溴-2，4-二氰基丁烷，N-丁基-1，2-苯并异噻唑啉-3-酮(丁基-BIT)，邻-苯基苯酚(OPP)，3-碘-2-丙炔基氨基甲酸丁酯(IPBC)，辛基异噻唑啉酮(OIT)，二氯辛基异噻唑啉酮(DCOIT)，百菌清(chlorothalonil)，β微管蛋白抑制剂如多菌灵(carbendazim)和噻菌灵(thiabendazole)，二碘甲基-对甲苯基砜(DIMTS)，三嗪-基杀生物剂如特丁净(terbutryn)、cybutryn和扑草净(prometryn)，二甲基脲-基杀生物剂如敌草隆(diuron)、异丙隆(isoproturon)、绿麦隆(chlorotuloron)和氟草隆(fluometuron)，唑类如丙环唑(propiconazole)、噁醚唑(difenoconazole)、环唑醇(cyproconazole)和戊唑醇(tebuconazole)，2，2-二溴-3-次氮基丙酰胺(DBNPA)，2-(硫氰基甲硫基)苯并噻唑(TCMTB)，吡硫翁(pyrithiones)如吡硫翁锌，2-溴-2-硝基丙-1，3-二醇(溴硝醇)，和2，2-二溴-3-次氮基丙酰胺；连同式(I)的烷基聚二元醇液体载体：R-O-(AO)_n-H，其中R为C₁-C₃烷基；AO为环氧乙烷基团、环氧丙烷基团、环氧丁烷基团，或选自环氧乙烷基团、环氧丙烷基团和环氧丁烷基团中的两种以上基团的嵌段或无规共聚物；并且n为AO重复单元的平均数且至少为4。

本发明的其它示例性实施方案和优点可以通过查看本公开而确定。

附图简述

图1示出对于本发明的示例性实施方案从三组分相图得到的相界。

发明详述

本发明提供一种在液体载体中的杀生物剂的制剂。该制剂是化学稳定的，具有低粘度和低VOC。在一个实施方案中，本发明提供一种具有某些烷基聚二元醇的杀生物剂制剂，所述烷基聚二元醇具有300以上但1000以下、优选在300至800之间的优选分子量(MW)。本制剂克服了现有技术体系的缺点。据发现，通过使用本发明的烷基聚二元醇基液体载体，可以制备具有较低粘度、高活性物浓度和低VOC的杀生物剂制剂。

本发明的杀生物剂制剂有利地在多种工业应用中，特别是利用水基体系的那些工业应用中保护免受微生物生长。例如，所述制剂有利于在诸如下列应用中保护免受微生物生长：胶乳，油漆制剂，涂料，矿物浆液，化妆品，家用或个人护理制剂，金属加工液，纸浆和造纸厂样品，木材，皮革，建筑材料，和工业水处理。

还发现本发明的杀生物剂制剂的一些实施方案能够降低胶乳基涂料的成膜温度。此特征是有利的，因为其可以改善涂料在较低温度被涂覆的能力和/或能够进一步降低在涂料中使用的增塑剂的量。

本发明利用式R-O-(AO)_n-H的烷基聚二元醇作为有效的液体载体以提供具有低粘度和低VOC的杀生物剂制剂。在此式中，n可以等于或大于4，优选等于或大于5，并且更优选等于或大于6。在式中，n还优选等于或小于25，更优选等于或小于20，并且还更优选等于或小于15。还在此式中，R为C₁-C₃烷基，优选甲基。在一些实施方案中，AO优选为环氧乙烷基团，或为具有大于50重量％的CH₂CH₂O的嵌段或无规聚合物。

与在PEG(聚乙二醇)中的类似制剂相比，在式(I)的液体载体中作为短烷基的R的存在降低了杀生物剂制剂的粘度。在不希望被任何具体理论约束的情况下，据信较低的粘度可以归因于可能的分子间H-键的减少。粘度的降低在没有损害液体载体溶解杀生物剂的效率的情况下实现。相反，与较小的R相比，当R过大如C₄以上时，烷基聚二元醇分子之间的分子间H-键的水平进一步降低。因此，当烷基聚二元醇式(I)中AO链含量的量类似时，与具有C₄或更高级烷基链的烷基聚二元醇相比，具有短R烷基(C₁-C₃)的烷基聚二元醇将具有较少的挥发性组分。在一个试验中，MPEG-350(R为C₁烷基)的VOC含量测量为约5.9重量％，而R为C₄烷基的烷基聚二元醇的VOC测量为约25重量％。因此，具有短R基团(C₁-C₃)的烷基聚二元醇可以含有较少的VOC并且大概是较没有气味的。

在一个优选实施方案中，液体载体为式(I)：R-O-(AO)_n-H，其中n为5-10，R为甲基，并且AO为CH₂CH₂O。在另一个优选实施方案中，液体载体为Me-O-(CH2CH2O)_n-H，该化合物的分子量为约300至400，更优选约350(后者可作为Carbowax MPEG-350得自陶氏化学公司(The Dow Chemical Company))。在进一步优选的实施方案中，液体载体为Me-O-(CH2CH2O)₁₆-H。进一步优选地，液体载体是分子量为约750的Me-O-(CH2CH2O)_n-H。基于制剂的总重量，制剂中液体载体的浓度为优选在约15重量％至99重量％之间，更优选约在约30至90重量％之间，并且还更优选约40至70重量％之间。

在一些优选实施方案中，在本发明制剂中使用的杀生物剂为3-碘-2-丙炔基氨基甲酸丁酯(IPBC)，辛基异噻唑啉酮(OIT)，二氯辛基异噻唑啉酮(DCOIT)，百菌清，β微管蛋白抑制剂如多菌灵和噻菌灵，二碘甲基-对甲苯基砜(DIMTS)，三嗪-基杀生物剂如特丁净、cybutryn和扑草净，二甲基脲-基杀生物剂如敌草隆、异丙隆、绿麦隆和氟草隆，唑类如丙环唑、噁醚唑、环唑醇和戊唑醇，2，2-二溴-3-次氮基丙酰胺(DBNPA)，2-(硫氰基甲硫基)苯并噻唑(TCMTB)，吡硫翁如吡硫翁锌，2-溴-2-硝基丙-1，3-二醇(溴硝醇)，2，2-二溴-3-次氮基丙酰胺，和它们两种以上的混合物。

在进一步优选的实施方案中，杀生物剂为3-碘-2-丙炔基氨基甲酸丁酯(IPBC)。

在另一个优选实施方案中，杀生物剂为辛基异噻唑啉酮(OIT)。

在又另一个优选实施方案中，杀生物剂为2-溴-2-硝基丙-1，3-二醇(溴硝醇)。

在再另一个优选实施方案中，杀生物剂为2，2-二溴-3-次氮基丙酰胺(DBNPA)。

在进一步优选的实施方案中，杀生物剂为3-碘-2-丙炔基氨基甲酸丁酯(IPBC)和辛基异噻唑啉酮(OIT)的混合物。

在更优选的实施方案中，杀生物剂为3-碘-2-丙炔基氨基甲酸丁酯(IPBC)与二氯辛基异噻唑啉酮(DCOIT)的混合物。

在另一个优选实施方案中，杀生物剂为3-碘-2-丙炔基氨基甲酸丁酯(IPBC)与丙环唑的混合物。

在另一个实施方案中，杀生物剂为3-碘-2-丙炔基氨基甲酸丁酯(IPBC)、辛基异噻唑啉酮(OIT)和cybutryn的混合物。

在另一个实施方案中，杀生物剂为3-碘-2-丙炔基氨基甲酸丁酯(IPBC)、辛基异噻唑啉酮(OIT)和二碘甲基-对甲苯基砜(DIMTS)的混合物。

在进一步优选的实施方案中，杀生物剂为IPBC以及它与多菌灵和/或敌草隆的混合物；OIT以及它与DIMTS、多菌灵和/或敌草隆的混合物；DBNPA；和溴硝醇。

从本发明的杀生物剂中排除的是苯并异噻唑啉-3-酮(BIT)。

优选地，杀生物剂以至少1重量％、更优选至少10重量％并且进一步优选至少30重量％的浓度存在。杀生物剂浓度为优选70重量％以下，并且更优选60重量％以下。在其它实施方案中，杀生物剂浓度为约1至70重量％之间，约10至60重量％之间，或约30至60重量％之间。上述浓度基于制剂的总重量。

由本发明提供的杀生物剂制剂是化学稳定的，显示出低粘度，和低VOC。在一些优选实施方案中，制剂包含小于30重量％的挥发性有机化合物，优选小于15重量％的挥发性有机化合物，并且更优选小于7重量％的挥发性有机化合物。

根据一些优选实施方案，本发明的制剂含有一种或多种共溶剂。共溶剂辅助杀生物剂在液体载体中的溶解。共溶剂的使用特别适合于高活性物制剂(例如，含有30至70重量％的杀生物剂)。合适的共溶剂包括：水，二甲亚砜，NMP，石油馏出物如Aromatic 100，丙二醇，二丙二醇，聚乙二醇，二甲基乙酰胺(DMAC)，二甲基甲酰胺(DMF)，四甲基脲，环戊酮，环己酮，磷酸三乙酯，甲基乙基酮(MEK)，二醇醚如二缩三丙二醇甲基醚，二醇醚乙酸酯如乙二醇单丁基醚乙酸酯，2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯，醇，胺，和它们的两种以上的混合物。优选的共溶剂为DMSO，DMAC，DMF，NMP，四甲基脲，环戊酮，环己酮，磷酸三乙酯和MEK。特别优选的为DMSO，NMP，DMAC，DMF和四甲基脲。当使用时，基于液体载体和共溶剂的总重量，共溶剂优选以小于约60重量％，优选约1至30重量％之间，和更优选约1至15重量％之间的量存在。

在一个含共溶剂的制剂的特别优选的实施方案中，制剂包含：

15至70重量％的式(I)液体载体；

30至70重量％的杀生物剂：和

1至30重量％的共溶剂。

在含共溶剂的制剂的更特别优选的实施方案中，液体载体为16-20重量％，杀生物剂为58-62重量％，并且共溶剂为20-24重量％。

根据本发明，还提供一种用于制备制剂的方法，所述制剂含有有效量的至少一种杀生物剂和式(I)的烷基聚二元醇液体载体，所述方法包括：将杀生物剂加入烷基聚二元醇中以形成混合物，和搅拌杀生物剂与烷基聚二元醇的混合物。在一个实施方案中，所述方法还包括将水和/或共溶剂加入到杀生物剂与烷基聚二元醇的混合物中。

另外，还可以将其它添加剂结合到制剂中以向最终使用产品应用增加特别的性质，例如更好的分散、UV和光稳定性等。这些添加剂中有：非离子表面活性剂如烷基聚(环氧乙烷)，聚(环氧乙烷)与聚(环氧丙烷)的共聚物，烷基聚葡糖苷，脂肪醇椰油酰胺(cocamide)MEA，椰油酰胺DEA，聚山梨醇酯；基于硫酸盐、磺酸盐和羧酸盐阴离子的阴离子表面活性剂如烷基硫酸盐，烷基乙氧基化物硫酸盐和脂肪酸/皂；基于季铵阳离子的阳离子表面活性剂如烷基季铵化合物(alkylquats)和酯季铵化合物(esterquats)；两性离子(两性)表面活性剂如十二烷基甜菜碱，十二烷基二甲基氧化胺，椰油酰胺丙基甜菜碱，椰油两性甘氨酸盐(coco ampho glycinate))；UV/光稳定剂如苯并三唑，三嗪，二苯甲酮型和受阻胺，抗氧化剂如：主(primary)(受阻酚和芳族仲胺)，辅助(secondary)(有机磷化合物和硫代协合剂(thiosynergist))，多官能(羟基胺，内酯和丙烯酸酯化双酚)。

还可以将另外的杀生物剂包括在本发明的制剂中。

如在本说明书中使用的，术语“挥发性有机化合物(VOC)”表示制剂中挥发性有机碳的量，并且根据EPA方法24测量。VOC的测量包括向预称重的铝皿中加入少量制剂(约0.5克)和约3克的水。然后将皿放置在于110℃±5℃平衡的烘箱中1小时。然后将皿从烘箱中移出，并且放置在于燥器中使其冷却至室温。将皿再次称重，并且可以确定制剂的VOC含量。

除非另外描述，所有百分比基于制剂的总重量按重量计。

本发明可以由下列实施例和比较研究进一步示出：

实施例

实施例1：与PEG相比在MPEG中的IPBC溶液的粘度

此实施例比较根据本发明含有MPEG-350的制剂与含有PEG-400的非本发明制剂的粘度。样品通过下列方法制备：将所需量的IPBC和溶剂，即MPEG-350或PEG-400，称重到小瓶中以得到所需重量分数的在液体载体中的IPBC。将IPBC/溶剂混合物温热到70℃，同时摇动以加速溶解过程。一旦IPBC溶解，就将溶液冷却至室温用于粘度测量。

将配置有转子(spindle)10的布鲁克菲尔德杯式2000+粘度计(Brookfield Cap 2000+viscometer)使用已知标样校准。转子用要测量的IPBC溶液装填，并且当样品温度稳定在25℃时，以100rpm的转子速度和500sec-1的剪切速率测量粘度。数据提供在表1中。在表1中，基于PEG-400的制剂用于比较目的。

表1.

  ％IPBC  溶剂  布鲁克菲尔德粘度，cP  转子#10，100rpm，25℃  40％  PEG400  170.5  45％  PEG400  187.2  50％  PEG400  202.8  40％  MPEG350  72.4  45％  MPEG350  80.5  50％  MPEG350  92.4

如可以看到的，相对于PEG-基溶液，IPBC的MPEG-基溶液可以配制成更高浓度并且处于更低粘度。

实施例2-6

实施例2-6的杀生物溶液根据下面概述的一般方法制备：

在100ml烧杯中加入约25ml的溶剂，并且将重量记录到4位有效数字。在水浴中将烧杯加热至40-60℃(根据测试的活性物)。将感兴趣的溶质逐步加入(所有等分试样重量记录到4位有效数字)直至达到饱和。一旦固体保持不溶解，就进行用已知重量溶剂的返滴定，直至溶液澄清。

布鲁克菲尔德粘度测量在23℃使用下表中标注的转子和rpm得到。

VOC测量根据下列程序进行：向烘箱干燥、配衡的铝盘中加入0.5g的测试溶液，称重至4个小数位。将约3g的水加入测试溶液中。将盘在排气式烘箱中于110℃±5℃加热1小时。在从烘箱中移出之后，使盘及其内容物在干燥器中冷却。在平衡至室温之后，将盘称重。VOC含量根据下式计算：

％VOC＝100x(1-(最终盘重量-盘自重)/测试制剂的初始重量)-％水。

实施例2：IPBC的VOC/粘度

评价IPBC在MPEG-350，PEG-400，NMP中的制剂，以及商业IPBC样品的挥发性有机物含量。数据提供在表2中。在表2中，基于PEG-400或NMP的制剂用于比较目的。

表2.

  IPBC制剂 VOC水平， 重量％  布鲁克菲尔德粘度，cP  转子#4@100rpm，23℃  47％IPBC在MPEG 350中  6.8  108  40％IPBC在PEG 400中  4.8  184

  40％IPBC在NMP中  65.8  22  40％IPBC在MPEG350中  4.3  96  40％IPBC的商业样品  (Polyphase AF1)  62.5  NA

如可以看到的，MPEG使得可以配制IPBC的低VOC溶液。如还示出的，与PEG相比，IPBC可以在MPEG中配制到较高的活性物浓度和较低粘度。

实施例3：OIT的VOC/粘度

此实施例比较杀生物剂OIT根据本发明在MPEG-350中相对于丙二醇(PG)的非本发明制剂的VOC和粘度。数据在表3中。

表3.

  OIT制剂  VOC水平，  重量％  布鲁克菲尔德粘度，cP  转子#4，@100rpm，23℃  40％OIT在MPEG 350中  5.9  54  40％OIT在PG中  64.6  58

如可以看到的，MPEG使得可以配制OIT的低VOC溶液。相对于丙二醇(目前通常用于商业OIT制剂中的溶剂)，使用MPEG也没有不利地影响粘度。

实施例4：溴硝醇的VOC/粘度

此实施例比较杀生物剂溴硝醇根据本发明在MPEG-350中的制剂相对于在PG/水中的制剂(比较制剂)的VOC和粘度。数据显示在表4中。

表4.

  溴硝醇制剂 VOC水平， 重量％  布鲁克菲尔德粘度，cP  转子#4@100rpm，23℃  30％溴硝醇在MPEG 350中  4.8  114  30％溴硝醇，61％PG，9％  水(BIOBAN BP 30)  41.5  58

如可以看到的，MPEG使得可以配制溴硝醇的低VOC溶液。

实施例5：DBNPA的粘度

此实施例比较杀生物剂DBNPA根据本发明在MPEG-350中的制剂相对于在PEG中的制剂(非本发明)的粘度。数据显示于表5中。

表5.

  DBNPA制剂  布鲁克菲尔德粘度，cP  转子#4@100rpm，23℃  50％DBNPA在MPEG 350中  398  50％DBNPA在PEG 400中  1140

如可以看到的，MPEG使得可以在非常高的活性物浓度配制DBNPA溶液，同时保持较低的粘度。

实施例6：相对于PEG/DMSO的基于MPEG/DMSO的IPBC制剂

此实施例比较55和60％IPBC在MPEG-350/DMSO和PEG-400/DMSO中的制剂的粘度和VOC含量。对于55％IPBC溶液，使用10％DMSO。对于60％溶液，当使用MPEG时仅需要10％DMSO以完全溶解IPBC，然而，当使用PEG 400时，需要15％DMSO以完全溶解IPBC。粘度和VOC数据在表6中。

表6

  样品  布鲁克菲尔德粘度(cP)，锥板  设置，转子#6，@800rpm，  22℃  VOC水平，  重量％  55％IPBC，10％DMSO，  35％PEG 400  158.8  15.9  55％IPBC，10％DMSO，  35％MPEG 350  84.4  15.1  60％IPBC，15％DMSO，  25％PEG 400  125.1  20.2  60％IPBC，10％DMSO，  30％MPEG 350  97.3  16.6

如可以从数据中看到的，MPEG/DMSO使得可以配制相对于PEG400/DMSO溶液具有较低粘度的溶液，并且在60％IPBC的情况下，还处于较低VOC。

实施例7：在含有和不含有DMSO条件下的IPBC的低温(-15℃)溶解度

评价在含有和不含有DMSO条件下，低温对IPBC在MPEG中的溶解度的影响。低温溶解度在某些情况下如溶液在寒冷温度下的运输和储存是重要的。例如，制备了许多IPBC，MPEG-350和DMSO组合物，其中混合物在室温是稳定的一相液体混合物。在冷冻机中并且用痕量的固体IPBC晶体加入晶种，将这些混合物冷却至-15℃。在-15℃在IPBC方面过饱和的混合物在保持在-15℃的24h内显示IPBC的沉淀、晶体生长。在-15℃是稳定单相组合物的混合物在-15℃静置多于24h时没有显示IPBC沉淀。从评价的许多不同的三组分混合物，三组分相图显示组成边界，其中在-15℃稳定的单相组合物区域与两相即固体IPBC和液体相区域相邻。在-15℃靠近相界的稳定的单相组合物描绘在图1的图中。因为这些是三组分混合物，通过已知两种组分的量，可以使用下式计算第三组分的量：100％＝％IPBC+％DMSO+％MPEG-350。如可以看到的，使用18％MPEG和22％DMSO可以得到低温稳定的VOC含量＜30％的60％IPBC溶液。

实施例8：两至三种杀生物剂共混物的粘度和VOC

各种IPBC共混物在MPEG-350中的挥发性有机物含量和粘度提供在表8中。此实施例显示MPEG-350还使得可以以高活性物浓度、低VOC和低粘度制备各种杀生物剂共混物。

表8.

  杀生物剂共混物在  MPEG 350中(重量比)  总活性物  (％)  布鲁克菲尔德  粘度  转子#4，100  rpm在22℃，  VOC(％)  cp  4IPBC∶1OIT(4∶1)  40  88  4.60±0.20  IPBC∶OIT∶DIMTS  (6.9∶1∶1)  40  96  6.51±0.70  IPBC∶OIT∶cybutryn  (6.9∶1∶1)  40  94  7.36±0.12  IPBC∶丙环唑(1∶1)  50  154  4.47±0.29

实施例9：本发明制剂对丙烯酸胶乳的最低成膜温度的影响

最低成膜温度用定制的MFFT棒(MFFT bar)(Current Enterprises，Inc.)进行。与ASTM.D 2354-98中描述的装置不同，安装在棒的长度下的加热和冷却元件产生从0°至60℃的连续温度梯度。在ASTM中描述的温度范围为0°至25℃。此装置还具有横跨棒的温度探头，其允许手动进行监测。安装在棒上的盖使得干燥氮气的流成为可能并且避免温度波动。用3-密耳间隙涂布机(相对于在ASTM.D 2354中描述的6-密耳)从棒的高温至低温端流延含有和不含1至2％的40％IPBC在MPEG 350中的制剂的胶乳样品的膜。在干燥之后，检查膜的每个径迹(track)以定位在连续、固体膜和开裂膜的区域之间的边界。在膜开裂的区域的开始处确定和测量MFFT。

如表9中所示，40％IPBC/MPEG 350制剂在低VOC丙烯酸胶乳(来自BASF的Acronal Optive 230)中的结合降低胶乳涂料的最低成膜温度(MFFT)。因此，在本发明的液体载体中配制的杀生物剂可以改善涂料在较低温度下被涂覆的能力，并且还可以降低在涂料制剂中使用的内增塑剂的量。

表9

在上述详细描述中，将本发明的具体实施方案与其优选实施方案结合进行了描述。然而，就该描述特定于本技术的具体实施方案或具体应用而言，其意在仅是示例性的并且仅提供示例实施方案的简明描述。因此，本发明不限于上述具体实施方案，而是本发明包括落入以下权利要求的真实范围内的所有备选方案、改变和等同物。