包含2-巯基吡啶-N-氧化物和吡咯衍生物的杀生物组合物 【发明背景】
【发明领域】
本发明涉及一种杀生物组合物。更具体地，本发明涉及一种防止或抑制微生物生长的、包含至少一种所选择的2-巯基吡啶-N-氧化物化合物和至少一种所选择的吡咯衍生物的混合物的杀生物组合物，以及使用该杀生物组合物的方法。
现有技术简述
已知许多组合物和制剂可以用于防止、抑制和处理微生物生长或蔓延。同样，具体配制了许多组合物和涂料来防止、抑制和处理污损生物的生长或蔓延。
污损生物给暴露于水的基质和物体带来了很大的问题。术语“污损生物”包括硬的和软的污损生物。硬污损生物包括藤壶、软体动物等，而软污损生物包括藻类、真菌和美国专利No.5,712,275中所列的生物，其引入本文作为参考。这种生物一直给暴露于海水、淡水、盐水、自来水、废水、雨水等的物体和基质带来问题。
污损生物在暴露于任意类型的水中的各种基质和物体上生长、蔓延或者黏附。污损生物在表面上的生长或蔓延使外观不具有吸引力。此外，生长还可能给被污损生物接触或蔓延过的基质和物体的使用带来问题，例如，一个常常发生的问题就是硬污损生物与船体的接触。这种生物导致船的表面变粗糙，从而降低了船的速度。
此外，木材和木制品通常也会有微生物，例如污损生物、白蚁等的生长和蔓延。这种微生物的生长和蔓延导致木材和木制品变弯、开裂和变坏。从而使木材和木制品失去价值、外观吸引力和有用性。
为了对抗这个问题，研发了包含杀生物剂的涂料。可用的杀生物剂的例子包括三丁基锡(tributylin)化合物、2-巯基吡啶-N-氧化物化合物、噁噻嗪化合物、吡咯化合物、三苯基硼化合物和terbutyn。
2-巯基吡啶-N-氧化物化合物和筛选的吡咯化合物各自都是已知的，并且都用作杀生物剂或抗污损剂。但是，将两个化合物结合起来并不是现有技术中已知的也不是显而易见的。教导了2-巯基吡啶-N-氧化物化合物和筛选的吡咯化合物的用途的现有技术文献例如包括下列：
Ruggiero的美国专利No.5,057,153涉及一种改善的涂料或漆基，其特征在于增强的杀生物功效。该涂料含有一种包含2-巯基吡啶-N-氧化物盐和铜盐的杀生物剂。此外，Farmer Jr.等人的美国专利No.5,246,489公开了一种在漆基中就地产生2-巯基吡啶-N-氧化物铜盐杀生物剂的方法。该专利的涂料和漆基包含2-巯基吡啶-N-氧化物化合物，其在该制剂中作为唯一的杀生物剂。
Hani等人的美国专利No.5,098,473涉及涂料和漆基，更具体地涉及一种提供2-巯基吡啶-N-氧化物锌盐和氧化亚铜杀生物剂在涂料中的稳定的、不含凝胶的分散体的方法(还可参见美国专利No.5,098,473；5,112,397；5,137,569；5,185,033；5,232,493；5,298,061；5,342,437；PCT专利申请No.WO 95/10568和EP 0610251)。
French等人的美国专利No.4,957,658涉及涂料和漆基，更具体地涉及一种提供变色性降低的、含有2-巯基吡啶-N-氧化物和铁离子的涂料和漆基的方法和组合物。
Davidson等人的美国专利No.4,399,130描述了一种使用有效量的至少一种吡啶-2-硫酮-N-氧化物金属盐来处理或防止猪分泌物表皮炎的方法。
Henderson等人的美国专利No.4,496,559描述了用作杀真菌剂和杀菌剂的2-硒基吡啶-N-氧化物的选择性衍生物。
Trotz等人的美国专利No.4,565,856涉及含有2-巯基吡啶-N-氧化物的聚合物。在该专利中描述的该聚合物在涂料和木材防腐产品中用作杀生物剂。
Wedy等人的美国专利No.4,610,993描述了一种给药有效量的至少一种筛选的吡啶-N-氧化物二硫化物来治疗或防止牛乳腺炎的方法。
欧洲专利EP 0746979描述了一种通过使生物与抗污损-有效量的2-芳基吡咯化合物接触而控制或对抗污损生物与水下表面相接触的方法。
Kramer等人的美国专利No.6,069,189描述了含有所选的吡咯衍生物的抗污损涂料。结合在抗污损涂料中的特殊的吡咯化合物包括2-三卤代甲基-3-卤代-4-氰基吡咯及其衍生物。Kramer等人发现这些化合物在对抗藤壶的蔓延中特别有效。此外，该Kramer等人的文献发现尽管加入了这些化合物仍然可以获得鲜艳的或浅色的抗污损涂料。
PCT专利申请No.WO 03/039256描述了一种抗污损组合物，基于组合物干物质的总重计，其包含至少3.5wt％的4-溴-2-(4-氯苯基)-5-(三氟甲基)-1H-吡咯-3-腈或其盐和另一种杀生物剂。该另一种杀生物剂选自吡托沙嗪、对甲抑菌灵、二氯抑菌灵或DCOIT。
尽管现有技术中取得了进步，但是仍旧需要能够有效抵抗大范围的微生物并且显示高耐久性和低毒性的包含杀生物组合物的涂料。理论上，该涂料和组合物应该很容易和便宜地制得。相信本发明就是上述问题的答案。
发明简述
因此，本发明的一个方面涉及一种杀生物组合物，其包含一种或多种2-巯基吡啶-N-氧化物化合物和一种或多种式I的吡咯化合物：
其中X为卤素、CN、NO2或S(O)nR1；Y为氢、卤素或S(O)nR1；Z为卤素、C1-C4卤代烷基或S(O)nR1；n为整数0、1或2；R1为C1-C4卤代烷基；L为氢或卤素；M和Q各自独立地为氢、卤素、C1-C4烷基、C1-C4卤代烷基、C1-C4烷氧基、C1-C4烷硫基、C1-C4烷基亚磺酰基、C1-C4烷基磺酰基、CN、NO2、R2CO或NR3R4，或者当M和Q在相邻的位置上并且与相连接的碳原子连接在一起时，MQ代表结构-OCH2O-、-OCF2O-或-CH＝CH-CH＝CH-；R为氢、C1-C4烷氧基烷基、C1-C4烷硫基烷基或R6CO；R2为C1-C4烷基、C1-C4卤代烷基、C1-C4烷氧基或NR3R4；R3为氢或C1-C4烷基；R4为氢、C1-C4烷基或R5CO；R5为氢或C1-C4烷基；和R6为C1-C4烷基、C1-C4卤代烷基、C1-C4烷氧基、C2-C6烯氧基、C1-C4卤代烷氧基、任选被1-3个C1-C4烷基取代的苯基、苄基、苯氧基、苄氧基、C1-C4烷基羰氧基、C3-C6环烷基、萘基、吡啶基、噻吩基或呋喃基，其中所述杀生物组合物不含铜或具有低铜含量。
如本文中所定义的，术语卤素指Cl、Br、I或F，术语卤代烷基指具有1个卤素原子至2n+1个卤素原子的任何烷基CnH2n+1，其中该卤素原子相同或不同。
本发明的另一个方面涉及一种涂料组合物，其包含有效量的包含一种或多种2-巯基吡啶-N-氧化物化合物和一种或多种上述式(I)的吡咯化合物的杀生物组合物，其中所述杀生物组合物不含铜或具有低铜含量。
本发明的又一个方面涉及一种涂覆基质的方法，包括将含有杀生物组合物的涂料组合物施用于基质并干燥基质上的涂料组合物，其中所述涂料组合物包含一种或多种2-巯基吡啶-N-氧化物化合物和一种或多种上述式(I)的吡咯化合物。
本发明的再一个方面涉及一种包含该涂料组合物和基质的涂覆的基质，其中该涂料组合物含有本发明的杀生物组合物，其中所述基质选自木材、塑料、皮革、乙烯基树脂和金属。
本发明的一个预期优点包括提高了对抗大范围的微生物的保护作用。本发明的另一预期优点包括对木材和木制品的防腐。此外，预计本发明的组合物使用期长、毒性低并且制备容易且廉价。
发明详述
本发明的说明书和权利要求书中使用的术语“杀生物有效量”涉及对降低、消除或防止微生物在基质上的接触或生长具有积极作用的杀生物组合物的量。
本发明的说明书和权利要求书中使用的术语“微生物”包括藻类、真菌、生物膜、昆虫、污损生物(包括硬和软的污损生物)，或者能够接触、在其上生长或破坏诸如木材、混凝土、纸、塑料等的材料的任何生物。
本发明的说明书和权利要求书中使用的术语“不含铜或具有低铜含量”意指该组合物不含有铜，或者基于制剂的总重量计所含铜的总重量百分数小于3wt％。
本发明的说明书和权利要求书中使用的术语“木制品”包括含有或者衍生自木材的材料，包括但不限于刨花板、粗纸板、胶合板、刨花纤维板、层压木材、压制木材等。
如上所指出的，本发明的一个方面是包含一种或多种2-巯基吡啶-N-氧化物化合物和一种或多种根据上述式(I)的吡咯化合物的杀生物组合物。下面将详细讨论这些组分中的每个组分。
一般而言，2-巯基吡啶-N-氧化物广泛地为人们所知并且常常用在许多应用，包括涂料和个人护理产品中。2-巯基吡啶-N-氧化物是优异的杀生物剂，并且出现在抗污损船舶用漆中。此外，2-巯基吡啶-N-氧化物的金属盐，包括锡、镉和锆盐还适用于洗发香波。
优选地，杀生物组合物中的2-巯基吡啶-N-氧化物具有下列基本结构：
适用于本发明的2-巯基吡啶-N-氧化物化合物包括2-巯基吡啶-N-氧化物锌盐、2-巯基吡啶-N-氧化物铜盐、钠、吡啶-N-氧化物二硫化物、二硫化物、2，2’-二硫代-吡啶-1，1-二氧化物，或者吡啶-2-硫酮-N-氧化物。这种2-巯基吡啶-N-氧化物化合物具有优异的杀生物作用。2-巯基吡啶-N-氧化物锌盐和铜盐在盐水中具有低溶解性，因此它们比其他2-巯基吡啶-N-氧化物盐更耐用，所以最优选2-巯基吡啶-N-氧化物锌盐和铜盐。
可以按照Berstein等人的美国专利No.2,809,971中描述的方法制备2-巯基吡啶-N-氧化物锌盐和铜盐化合物。公开了类似的化合物及其制备方法的其他专利包括美国专利No.2,786,847；No.3,589,999；和No.3,773,770。
此外，本发明的杀生物组合物包含一种或多种如上所示的式(I)的吡咯化合物。优选，该吡咯化合物为在5位上和任选地在1位上被取代的2-三卤代甲基-3-卤代-4-氰基吡咯衍生物，2和3位上的卤素独立地选自氟、氯和溴，5位上的取代基选自下组：C1-8烷基、C1-8单卤代烷基、C5-6环烷基、C5-6单卤代环烷基、苄基、苯基、单-和二-卤代苄基、单-和二卤代苯基、单-和二-C1-4烷基苄基、单-和二-C1-4烷基苯基、单卤代单-C1-4-烷基苄基和单卤代单-C1-4-烷基苯基，在5位取代基上的任何卤素选自氯和溴，任选的1位上的取代基选自C1-4烷基和C1-4烷氧基C1-4烷基。适用于本发明的方法和组合物的2-芳基吡咯化合物有：4，5-二氯-2-(α，α，α-三氟-对甲苯基)吡咯-3-腈；4-溴-5-氯-2-(对氯苯基)吡咯-3-腈；4-溴-2-(对氯苯基)-5-(三氟甲基)吡咯-3-腈；3，4-二氯-2-(3，4-二氯苯基)吡咯-5-腈；4-氯-2-(对氯苯基)-5-(三氟甲基)吡咯-3-腈；4，5-二溴-2-(对氯苯基)-3-(三氟甲基磺酰基)吡咯；4-溴-2-(3，5-二氯苯基)-5-(三氟甲基)吡咯-3-腈；2-(对氯苯基)-5-(三氟甲基)-4-(三氟甲硫基)吡咯-3-腈；4-溴-2-(2，3，4-三氯苯基)-5-(三氟甲基)吡咯-3-腈；4-溴-2-(2，3，5-三氯苯基)-5-(三氟甲基)-吡咯-3-腈；4-溴-2-(对氯苯基)-5-(α，α，β，β-四氟乙硫基)吡咯-3-腈；4-溴-2-(间氟苯基)-5-(三氟甲基)吡咯-3-腈；2-(3，5-二氯苯基)-5-(三氟甲基)-4-(三氟甲硫基)吡咯-3-腈；和4-溴-2-(对氯苯基)-5-[(β-溴-β，α，α-三氟)-乙硫基]吡咯-3-腈。最优选地，式(I)为4-溴-2-(4-氯苯基)-5-(三氟甲基)-1H-吡咯-3-腈。
上述的式(I)化合物可以按照美国专利5,310,938和5,328,928中描述的方法制备。
为了保证杀生物剂的有效性，优选2-巯基吡啶-N-氧化物化合物和式(I)化合物在杀生物组合物中的重量比为9:1-1:9。更优选，2-巯基吡啶-N-氧化物化合物和式(I)化合物在杀生物组合物中的重量比为3:2-2:3。最优选，2-巯基吡啶-N-氧化物化合物和式(I)化合物在杀生物组合物中的重量比为3:1-1:3。
本发明的另一个方面包括一种含有上述杀生物组合物的涂料组合物。该杀生物组合物在涂料组合物中的量为杀生物有效量。杀生物有效量为基于涂料组合物总重的1％-15wt％。优选，该杀生物组合物的量为基于涂料组合物总重的1％-15wt％。更优选，该杀生物组合物的量为基于涂料组合物总重的1％-10wt％。最优选，该杀生物组合物的量为基于涂料组合物总重的3％-8wt％。
除了杀生物组合物之外，涂料组合物还可以包括添加剂。这种添加剂可以包括但不限于有机黏合剂；加工助剂；固定剂，例如聚乙烯醇；增塑剂；UV稳定剂；染料；彩色颜料；防沉淀剂；防沫剂；另外的杀虫剂，例如氯代烃、有机磷酸盐等；另外的杀真菌剂和杀菌剂，例如醇、醛、甲醛释放化合物等；酚；有机酸，例如丙酸、苯甲酸等；无机酸，例如硼酸；酰胺；氮杂茂；杂环化合物；N-卤代烷硫基化合物；等等。还可以将自-抛光的聚合物，例如丙烯酸聚合物或丙烯酸共聚物用在，例如船舶抗污损涂料中。优选地，这些聚合物不含有锡。可以在本发明的组合物中补充使用的丙烯酸聚合物和共聚物的例子包括丙烯酸铜聚合物或共聚物、丙烯酸锌聚合物或共聚物、丙烯酸甲硅烷基酯聚合物或共聚物等。还可以将涂料和涂层领域中已知的其他聚合物用在本发明的组合物中。涂料组合物中出现的添加剂要取决于使用者或制造者的喜好以及涂料组合物的最终用途。
通过将杀生物组合物和添加剂结合在漆基材料，例如船舶用漆基中而形成涂料组合物。形成这种涂料组合物的方法是本领域公知的。这种方法的例子包括但不限于，在混合装置中结合杀生物组合物和添加剂。混合装置将杀生物组合物均匀地分散在添加剂中。可以按照本领域熟练技术人员已知的方式使用形成涂料组合物的其他方法。此外，可以将适用于船舶应用，包括水或溶剂-基制剂的任何漆基材料用在本发明的组合物中。正如，例如美国专利No.6,710,117；4,981,946；4,426,464；4,407,997和4,021,392中所显示的，这种船舶用涂料是本领域已知的。
涂料组合物可以采取各种形式。那些形式包括但不限于涂料，(尤其是抗-污损涂料)、清漆、漆(lacquer)、洗涤剂、木材密封剂，或者可以用于涂覆材料的任何形式。
本发明的另一个方面包括一种方法，其包括将上述涂料组合物施用于意图保护的材料。可以以各种方式施用该涂料组合物，包括但不限于刷、喷、擦拭、喷雾，或者将材料浸渍、浸没或浸泡在其中。优选以均匀的形式将涂料组合物施用于材料。一旦将涂料组合物施用于材料，就应该使其干燥以确保其适当地黏附于材料上。可以通过暴露于空气，或者通过使用可以更快地干燥的装置，例如加热灯或热空气发生器来实现干燥。
可以由涂料组合物保护的材料包括木材、皮革、乙烯基树脂、塑料、混凝土、纸，和可能暴露于微生物或含有这种微生物的水中的任何其他材料。理想地，该材料应该具有足够多的孔以使涂料组合物可以透过并且黏附在材料上。
本发明的另一个方面包括一种涂覆的基质。该涂覆的基质包括被涂料组合物涂覆了的上述材料。可以从涂料组合物的应用中大大受益的基质包括传统的船舶基质，例如船体、船坞、桥墩、浮标、钓鱼工具、渔网、捕龙虾器、桥和桩结构。但是，涂覆该涂料组合物的基质还可以包括混凝土、墙板、甲板、旁轨，或者持续或时常与水或微生物接触的任何其他基质。
预计当基质涂覆了该涂料组合物时该基质将显示杀生物性质。该杀生物性质将防止、抑制或处理微生物在基质上或基质内的接触或生长。对这种生长的防止和处理将使基质免于微生物的侵蚀。除了使基质的外观具有吸引力之外，免于微生物侵蚀还可以使基质以意图的方式来使用。
此外，预计涂覆了该涂料组合物的木材和木制品将显示耐微生物性。预计将涂料组合物施用于木材和木制品后将防止微生物，例如真菌、藻类、白蚁等破坏木材和木制品的外观吸引力和用途。商业和住宅产品和建筑，包括楼梯、地板、橱柜、甲板、桥墩、小招牌、桩、篱笆、家具、邮箱等也将得益于这种应用。
实施例
下列实施例进一步说明了本发明。除非另外明确陈述，否则所有份数和百分数均基于重量。除非另外明确陈述，否则所有温度均为摄氏度。
涂料功效试验
2004年，北卡罗来纳州波弗特海岸附近的杜克大学对含有4-溴-2-(4-氯苯基)-5-(三氟甲基)-1H-吡咯-3-腈(下表中称作Pyrrole)和2-巯基吡啶-N-氧化物锌盐(ZPT)的一系列9个涂料制剂对于藤壶和其他污损生物的抗污损效果进行了试验。通过将不同量的杀生物剂加入到树脂-基制剂(乙烯基树脂/木松香和氧化锌填料)中而在实验室中制得制剂。制剂包括单独的和与ZPT相结合的4-溴-2-(4-氯苯基)-5-(三氟甲基)-1H-吡咯-3-腈。使用溶剂基氧化锌涂料作为对照。用每个制剂(5个棒/制剂)浸-涂未涂底漆的玻璃纤维棒(8mm直径×11cm长)，并从试验架上悬挂至海洋中(海面下1米)。每个月评估一下各个棒的藤壶和苔藓虫。最理想的结果得自4-溴-2-(4-氯苯基)-5-(三氟甲基)-1H-吡咯-3-腈与ZPT(参见下表1)相混合的制剂。
苔藓虫是由单个“游动孢子”构造成的高度复杂的群体动物，其中所有的游动孢子通过活组织相连接。游动孢子被保护在杯-或盒-型的、钙化的壳组织外骨骼内。钙化程度控制着整个结构的刚硬和柔软程度。许多食草动物都以苔藓虫为食，例如海胆和各种软体动物。
该研究证实4-溴-2-(4-氯苯基)-5-(三氟甲基)-1H-吡咯-3-腈是一种用于硬污损生物，例如藤壶的有效的抗污损试剂，其可以与ZPT相容，并且其与ZPT一起作为共-杀生物剂比其单独使用效果更好。
表1
注：“M”指成熟的污损物群落。某种海洋生物的生活周期能够导致上表中所看到的平均数/月的不同。
虽然参考本发明的上述特定实施方案对本发明进行了描述，但是很明显在不偏离本文中公开的本发明的思想的情况下可以进行许多改变、变型和变化。因此，意图包括所有落在所附权利要求的精神和宽范围之内的这种改变、变型和变化。