專利名稱：無毒涂料組合物、其使用方法和被保護不附著生物附著物的物品的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及無毒涂料組合物，這種組合物能夠保護與多種附著生物接觸的涂層表面。上述組合物的優(yōu)點是用于油漆、清漆和密封制劑。
生物殺滅劑通?？梢杂糜谝圆煌绞绞褂玫亩喾N涂層材料上。例如在船舶漆中，生物殺滅劑保護水下結(jié)構(gòu)不與多種附著生物接觸，上述生物如藻、藤壺、船蛆和其它有害水生物。在湖泊和河流中，生物殺滅劑用于保護水下結(jié)構(gòu)不受淡水微生物，如條紋貝(zebra mussels)侵害。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)微生物，其粘液，生物-有機產(chǎn)品和吸收有機物在水下結(jié)構(gòu)表面形成強粘液。在這種附著形成過程中最初的生物是細菌，接著的生物過程是硅藻，軟水草，藻，苔蘚蟲，原生動物和最后的大附著物。大附著物傾向于親皺性，即，與光滑表面相比傾向于生長在粗糙表面上。
在船底的生物附著是長期的問題，這會導(dǎo)致船速度的降低和燃料消耗的增加。生物附著的問題不僅限于船只，而且還擴展到其它水下結(jié)構(gòu)。由于附著微生物附加的重量浮標會漂移。由于船蛆和真菌的侵襲在停泊地的木樁容易變得結(jié)構(gòu)脆弱并最終被損壞。城市水供應(yīng)系統(tǒng)的進口攔網(wǎng)上的生物附著會導(dǎo)致水流量降低和加速腐蝕?；炷梁弯摻钏嘟Y(jié)構(gòu)，例如大壩也會受到附著生物的有害影響。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解的是海水涂料必須是防水的才能提供實際和有效的保護。在對本發(fā)明組合物說明中使用的“防水”表示能夠提供一種持久的保護屏障的能力，其能夠有效地承受水的侵襲并基本上不滲水。對海水涂料來講防水是絕對重要的，這是因為例如它能避免用于海水的各種物品的昂貴的再次涂層，再次涂層必須置于干燥船塢中或除掉水才能進行。例如還需要減少從涂層表面清理附著生物的時間和費用。因此，無論是對腐蝕、附著、磨損等，海水涂料提供的保護應(yīng)該在至少數(shù)月、且理想的，超過至少幾年的一段時間內(nèi)有效。不防水的涂料組合物在水中保存時間短，不符合海水涂料的性能標準。
主要的市售防附著涂料包括有效殺滅生物的有機金屬化合物，上述生物殺滅劑可長時間地從涂層材料中濾出。例如，已知三丁基錫對貝類高毒。Anderson and Dally，Oceans‘86，IEEE Pbulication #86 CH2363-0(1986)。無脊椎動物和脊椎動物的急性毒性低至1μg(微克)每升。Laughlin等人，Mar.Ecol.Prog.Set.，4829-36(1988)。氧化亞銅和氧化鋅是其它市售使用的防附著劑，它們也具有釋放重金屬，即銅和鋅到海水環(huán)境的功能。
在乳膠建筑漆和木材著色料中，生物殺滅劑通過防止產(chǎn)生異味和改變粘度和顏色的微生物污染而提供保護，并保護干燥的膜和其下的基質(zhì)不受微生物損害。為了對涂層表面提供有效的保護，上述涂料材料必須是防水的。
生物殺滅劑還可常規(guī)地用于防水的人造橡膠涂料、粘合劑、嵌縫膠、釉料化合物、接合水泥等。
由于在上述產(chǎn)品中經(jīng)常使用的一些生物殺滅劑已經(jīng)表現(xiàn)出對生態(tài)的有害作用，一些使命包括監(jiān)測環(huán)境質(zhì)量的國際組織一直要求縮減且最終停止這些生物殺滅劑的制造和使用。例如國際海事組織提出了一個提案，所有包括TBT的防附著涂料，以及其它有機錫化合物對多種海洋生物具有毒性，應(yīng)該在2003年在全世界范圍內(nèi)禁止。因此，上述產(chǎn)品的制造者面臨立即改變現(xiàn)存劑型的問題，以選用可有效防止附著生物附著和生長、對環(huán)境無害的替代試劑。開發(fā)對生態(tài)有害的生物殺滅劑的適合的替代物時應(yīng)考慮的其他標準包括，與涂料組合物中其它成分的化學(xué)相容性、與使用涂料后的干燥膜和基質(zhì)的物理相容性、上述操作的安全性或使用的替代劑本身或包括替代劑的涂料及其制備的成本。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個方面提供了包含(i)下式化合物的無毒涂料組合物
其中n為1，2，或3的整數(shù)；X代表氫或直鏈或支鏈、取代或未被取代的烷基或直鏈或支鏈、取代或未取代的鏈烯基；Y代表C＝O或CR1R2，其中R1和R2各自獨立地選自下述組成的基團氫、鹵素、直鏈或支鏈取代或未取代烷基、直鏈或支鏈取代或未取代的鏈烯基、ORa，OC(O)Ra，C(O)ORa，NRaRb，c(O)Ra，C(O)NRaRb，NRaC(O)NRbRc，C(S)NRaRb，S(O)Ra，S(O)2Ra，S(O)2NRaRb，S(O)NRa，和P(O)Ra；Ra，Rb和Rc各自獨立地選自下述組成的基團氫和直鏈或支鏈、取代或未被取代的烷基；和Z為氫或直鏈或支鏈、取代或未被取代的烷基，包括式(I)的所有的異構(gòu)體形式；和(ii)一種成膜劑。
在組合物中式(I)化合物以抑制附著生物與使用涂料組合物的表面接觸的有效量存在。
而且根據(jù)本發(fā)明，提供了含有上述組合物的油漆，優(yōu)選海水漆。
本發(fā)明還提供了使用包括上述式I化合物的涂料的一些方法。上述方法包括通過向暴露在水環(huán)境的表面使用包括一或多種上述化合物的涂料，保護上述表面不被水環(huán)境中的生物附著。通過將包括在涂料制劑中的至少一種上述化合物使用到被涂覆的表面，另一個方法防止被涂覆的表面與有害微生物，如霉菌、霉等接觸和生長。
本發(fā)明另一個方面提供了在其至少一部分表面上包括本文中所述的涂料組合物的物品，涂料組合物能夠防止暴露在附著生物下的有害作用。
上述涂料組合物滿足了上述環(huán)保涂料產(chǎn)品的各種標準，由此其在不產(chǎn)生已知的對生態(tài)有害作用的同時，提供對附著生物的接觸和生長的有效保護。而且，與常規(guī)的海水和其它油漆制劑在化學(xué)和物理上相容的上述式I化合物，是操作安全的并可以以相對低的價格獲得。
在本發(fā)明實際使用的優(yōu)選化合物是(-)-薄荷醇、(-)-反-對-薄荷-3，8-二醇、(-)-薄荷基氯化物、3-[[5-甲基-2-(1-甲基乙基)環(huán)己基]氧]-1，2-丙二醇(也稱作甲氧基丙二醇)，5-甲基-2-(1-甲基乙烯基)環(huán)己醇(也稱作(-)-異胡薄荷醇)，和(-)-薄荷酮，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)上述化合物是特別有效的防附著劑，并將在本文下述對其詳細說明。
薄荷醇的已知用途包括甜酒、甜食、香料、香煙、止咳藥片和鼻吸劑。它還用作局部止癢劑，在獸醫(yī)領(lǐng)域用作溫和局部麻醉劑和防腐劑以及內(nèi)部驅(qū)風(fēng)劑和胃止疼藥。曾經(jīng)報道過薄荷-3，8-二醇及其衍生物可以有效地驅(qū)避有害昆蟲包括蚊子、蜱和螨?？墒牵€已知的是，無論對薄荷醇或是對-薄荷-3，8-二醇，或其任何的旋光異構(gòu)體，都未提到過可用于涂料組合物保護被涂覆的表面不受附著生物的有害影響。


圖1為表示(-)-反-對-薄荷-3，8-二醇對藤壺介蟲幼蟲(Balanusamphitirite Darwin)沉降的效果圖，上述效果是通過對藤壺沉降抑制實驗測定得出的。
圖2為表示(-)-薄荷醇對藤壺介蟲幼蟲(Balanus amphitirite Darwin)沉降的效果圖，上述效果是通過對藤壺沉降抑制實驗測定得出的。
圖3為表示(-)-薄荷醇抗與藤壺(Balanus amphitirite Darwin)有關(guān)的細菌效果圖，上述效果是通過瓊脂擴散法測定的。
圖4為表示(-)-薄荷醇抗與Perna sp.有關(guān)的細菌效果圖，上述效果是通過瓊脂擴散法測定的。
圖5為表示不同濃度(-)-薄荷醇對杜氏藻(Dunaliella tertiolecta)生長效果圖，上述效果是通過離體細胞生長抑制實驗測定的。
圖6為表示多種濃度(-)-薄荷醇對菱形藻屬(Nitzchia sp.)生長效果圖，上述效果是通過離體細胞生長抑制實驗測定的。
在圖5和圖6中不同的(-)-薄荷醇濃度(mg/ml)表示如下--+--(0.00001)； (0.0001)；--□--(0.001)--X--(0.01)； (0.1)；--△--(1.0)；--●--(對照)發(fā)明詳述本發(fā)明發(fā)現(xiàn)了上述式(I)化合物可用來抑制附著生物接觸表面、特別是水下結(jié)構(gòu)的表面，抑制附著生物是通過使用包含一或多種上述化合物的涂料組合物。
在本文中使用的術(shù)語“附著生物”為在咸水和淡水環(huán)境下參與附著過程的任何和所有的生物，非限定地包括細菌、硅藻、軟水草、藻、苔蘚蟲、原生動物和大附著物。
在本發(fā)明中特別優(yōu)選使用的是下式的化合物 其中X’代表氫或直鏈或支鏈、取代或未被取代的低級烷基或直鏈或支鏈、取代或未取代的低級鏈烯基，和Y代表C＝O、HC-OR’或HC-Cl，R’為選自氫或?；幕鶊F，還包括式(IA)的各種異構(gòu)體。
下述的定義適用于上述的式(I)和(IA)術(shù)語“烷基”為1-12碳原子未被取代的直鏈、支鏈或環(huán)烴基。術(shù)語“低級烷基”為1-6碳原子未被取代的、直鏈或支鏈烷基。
術(shù)語“取代烷基”為例如1-25個取代基、最優(yōu)選1-4個取代基取代的烷基。取代基非限定地包括鹵素、羥基、烷氧基、環(huán)烷氧基、氧、氨基、單烷基氨基、二烷基氨基、芳基和取代芳基。在上述烷基取代基中特別優(yōu)選羥基取代基。
術(shù)語鏈烯基為1-12碳原子未被取代的直鏈、支鏈或環(huán)不飽和烴基。術(shù)語“低級鏈烯基”為1-6碳原子未被取代的鏈烯基。
鏈烯基的實例包括乙烯基、丙烯基、丁烯基、戊烯基等。
術(shù)語“取代鏈烯基”為例如1-24個取代基、最優(yōu)選1-4個取代基取代鏈烯基。取代基與烷基取代基相同。
術(shù)語“芳基”為各自可被取代的、在環(huán)部分具有6至12個碳原子的單環(huán)或二環(huán)芳烴，如苯基、萘基、聯(lián)苯基或二苯基。
術(shù)語“取代芳基”為例如1-7個取代基、優(yōu)選1-4個取代基取代的芳基，取代基與烷基或鏈烯基的取代基相同。
在本文中使用的術(shù)語“?；睘镃(O)R基團，其中R基團可以是烷基、鏈烯基、芳基、芳烷基或環(huán)烷基。R基團可以是直鏈或支鏈、取代或未被取代的。當(dāng)R基是被取代的，其可被選自下組的至少一個取代基取代鹵素、羥基、烷基、鏈烯基、烷氧基、芳基或芳烷基。
術(shù)語“鹵素”為F、Cl、Br、或I。
當(dāng)上述的基團被多于一個的取代基取代，其中的多個取代基可各自分別選自上述取代基。
本文中所述的多種化合物可從天然產(chǎn)物中衍生或提取，而且對動物或植物體沒有明顯的有害作用?；衔锟梢詮氖袌錾腺徺I，或使用已知的合成途徑從容易獲得的起始物中合成。例如參見K.Nicolaou和E.Sorensen，Classics in Total Synthesis，22章，VCH Publication Inc.，NewYork，NY(1996)；Agric.Biol.Chem.，46(1)；319(1982)；和J.A.C.S.，752367(1953)，在本文中結(jié)合參見上述公開物。
上述式(I)化合物的各種異構(gòu)體形式都可用于本發(fā)明，其中包括幾何異構(gòu)體和立體異構(gòu)體。例如試驗式為C10H2O的化合物，異構(gòu)體可以是(+)-新薄荷醇、(+)-異薄荷醇或(+)-新異薄荷醇。在本發(fā)明中可以同樣使用順和反式的對-薄荷-3，8-二醇。
其中Y包含酰基的上述化合物的酯適于在本發(fā)明中使用，優(yōu)選低級烷基酯。上述酯的代表實施例為與直或支鏈的C1-C6鏈烷酸形成的酯。在本發(fā)明中使用的其它酯包括芳基酯，即與羧環(huán)芳香酸，如苯甲酸、苯二甲酸、萘甲酸等，以及氯甲酸酯。
在本發(fā)明中使用的優(yōu)選化合物包括(+)-薄荷醇(式II)、(-)-對-薄荷-3，8-二醇(式III)、(-)-對-薄荷-3，8-二醇(式III)、(-)-薄荷烷氯化物(式IV)、3-[[5-甲基-2-(1-甲基乙基)環(huán)己基]氧]-1，2-丙二醇(還稱作甲氧基丙二醇)(式V)，5-甲基-2-(1-甲基乙烯基)環(huán)己醇(還稱作(-)-異胡薄荷醇)(式VI)，和(-)-薄荷酮(式VII)。 式I化合物作為防附著劑的主要成分可被包括在常規(guī)的油漆組合物中，或被加入到與其它防附著劑、生物殺滅劑、抗生素、和天然產(chǎn)物或提取物的混用組合物中，產(chǎn)生對接觸的附著微生物的加和或增效作用。無毒防附著劑的實例包括十內(nèi)酯、α-當(dāng)歸內(nèi)酯、α-山道年、α-甲基-γ-丁內(nèi)酯和土木香內(nèi)酯。生物殺滅劑(殺真菌劑和殺藻劑)的實例包括異噻唑啉酮(如Sea Nine-211)，鋅歐馬丁、百菌清，和三嗪殺藻劑。適合的生物殺滅劑的典型的實例為四環(huán)素，其已被注冊為防附著劑。式I化合物還可以與如三丁基錫或三苯基錫的有機金屬防附著劑、或如氧化鋅或氧化銅的無機金屬防附著劑混合，以降低在給定涂料中有毒的防附著劑的總量。
本發(fā)明組合物的成膜成分可以是任何容易使用并在表面被浸沒后可附著在被保護表面的成分或成分組合物。根據(jù)特定的使用方法選擇的具體的成膜成分將根據(jù)被保護的材料和物品的結(jié)構(gòu)以及它們的性能而變化。在向表面提供根據(jù)本發(fā)明的涂層后，在涂層中的式I的活性成分會與附著生物接觸，由此防治附著生物的接觸。多種合成聚合物可用于此目的。適合的聚合物樹脂的實例包括不飽和的聚合物樹脂、乙烯酯、乙酸乙烯酯、和氯乙烯樹脂和尿烷樹脂。從不飽和酸和酸酐、飽和酸和酸酐、乙二醇和乙二醇單體形成不飽和聚酯樹脂。優(yōu)選的成膜成分是松香和氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的混合物。適合本發(fā)明的市售海水油漆賦形劑為Amerlock 698，Ameron Internation，Pasadena.CA的產(chǎn)品。比較海水油漆賦形劑也可購自Jotan，AS，Sandefjord，Norway。
除了上述式(I)化合物，本發(fā)明涂料組合物可包括成膜劑成分，以滿足一或多種所需的性質(zhì)，如增加或降低硬度、強度、增加或降低剛性、降低下垂、增加或降低持久性、或改善防水性。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員有能力選擇一種特定的成分或一組成分得到上述性質(zhì)。
本發(fā)明涂料組合物可用于多種油漆制劑，優(yōu)選海水油漆。
在涂料組合物中為獲得有效保護的防附著活性劑的百分比可根據(jù)活性劑本身、成膜劑的化學(xué)性質(zhì)、以及存在于組合物中的可以影響活性劑效果的其它添加劑而變化。通常，在活性劑占涂料組合物的大約0.01-大約50％重量，優(yōu)選占組合物的大約0.1-大約10％重量。
可將式(I)化合物在油漆制造工藝中加入或在使用時加入。式I化合物中可簡單地混入成膜劑。這被稱作“自由結(jié)合”涂料，其可使式I化合物從成膜成分中濾出。防附著劑可以共價結(jié)合在樹脂上，稱作“消融或自拋涂料”，這種涂料只有在海水中價鍵水解后釋放?？刂扑馐沟迷跇渲奈c上緩慢釋放。當(dāng)水解層被沖洗掉后一層新的鍵合的式I化合物暴露出來。參見Tiller等人，Proc.Natl.Acad.Sci.，2001，98，5981-5985，其中的全部內(nèi)容在本文中結(jié)合參考。而且，式I化合物還可與緩釋材料結(jié)合使得在涂料介質(zhì)中控制釋放化合物，由此延長涂料的有效性并降低產(chǎn)生所需防附著效果所需的化合物的量。緩釋材料的膠囊還可保護式I化合物不受涂料的有害化學(xué)環(huán)境的影響，在結(jié)合樹脂中如果化合物對降解敏感，則可降低其降解。上述緩釋材料的實例包括a)由金屬圓柱組成的微圓柱或改性分子如1，2-二(10，12-二十三二酰基)甘油3-磷酰膽堿；(b)脂質(zhì)體；和(c)環(huán)胡精。
在期望不受有關(guān)作用機理的具體理論局限的同時，可以認為上述式(I)代表的本發(fā)明涂料組合物的活性劑的功能是在涂層表面產(chǎn)生驅(qū)避生物附著的環(huán)境，由此防止生物接觸涂層表面和在其表面生長。與此相關(guān)，推測上述式(I)化合物的防附著作用是通過與附著生物的誘導(dǎo)趨化現(xiàn)象的冷受體相互作用?？梢哉J為這種相互作用不一定是持久性的，因此為了獲得防附著活性就需要不可逆地消耗式(I)化合物。因此需要共價連接到成膜劑上的式(I)化合物，由此獲得的涂料的防附著成分不會釋放到海水環(huán)境中?？墒菍ξ⑸锏囊种菩Ч峭ㄟ^微生物對活性劑的吸收、呼吸、消化或吸入產(chǎn)生的。
本發(fā)明的另一個方面是具有涂層表面的物品，該表面用包括至少一種上述式(I)化合物的涂層涂覆。本發(fā)明的涂層物品可包含附著生物可能接觸的任何物品，如金屬、木材、混凝土、塑料、合成物和石料。能夠從抑制上述生物接觸和生長的涂層獲益的物品的代表實施例包括船和軍艦，特別是船體，停泊設(shè)備，如碼頭和木樁，浮標，離岸索具設(shè)備，水輸送系統(tǒng)的進口攔網(wǎng)和裝飾或功能性水泥或石料結(jié)構(gòu)。
下述實施例更詳細地說明了本發(fā)明。這些實施例僅僅是為了例示本發(fā)明組合物、方法和涂層物品的具體的實施方案，它們不應(yīng)構(gòu)成對本發(fā)明的限制。這些實施例提供的試驗結(jié)果進一步確定了本發(fā)明一些化合物在抑制附著生物沉降時的有效性。
實施例1防附著試驗方法a..藤壺的收集和培養(yǎng)從Tuticorin，India，St.Mary’s College的Sacred Heart MarineResearch Center收集藤壺(Balanus amphitrite Darwin)的成蟲。將藤壺壓碎，收集無節(jié)幼蟲期幼蟲，用Rittschof等人，J.Exp.Mar.Bio.Ecol.，82131-146(1984)的方法培養(yǎng)至介蟲期。藤壺幼蟲介蟲期的介蟲有能力接觸表面。接觸到表面上后，幼蟲變態(tài)成藤壺。
b.沉降實驗采用上述Rittschof等人，J.Chem.Ecol.，11551-563(1985)中所述的方法進行藤壺沉降實驗。主要的，向Falcon 50×90mm塑料培替氏表面皿中倒入5ml過濾海水，海水鹽度為千分之33-35份(ppt)，并向其中加入3-日齡介蟲期幼蟲。將不同濃度的試驗化合物注入包括海水的培養(yǎng)皿中。試驗化合物包括(-)薄荷醇和(-)反-對-薄荷-3，8-二醇。對照培養(yǎng)皿中不加入試驗化合物。在28℃下保溫9小時后，在解剖顯微鏡下檢查確定是否有幼蟲死亡。然后用10％福爾馬林殺死幼蟲，記錄接觸上和未接觸上的幼蟲數(shù)。沉降數(shù)據(jù)用接觸在培養(yǎng)皿底部的幼蟲的百分數(shù)表示。圖1中表示了使用(-)反-對-薄荷-3，8-二醇的試驗結(jié)果，圖2表示使用(-)薄荷醇的試驗結(jié)果。
(-)反-對-薄荷-3，8-二醇試驗中各種濃度的沉降分別為51％、45％、41％、27％和14％，而對照為59％。使用最高濃度的活性劑獲得最低的沉降百分數(shù)(14％；p＜0.05)。
(-)薄荷醇試驗中各種濃度的沉降分別為39％、34％、26％、23％和21％，而對照為58％。使用最高濃度的活性劑獲得最低的沉降百分數(shù)(21％；p＜0.05)。
應(yīng)用相同的沉降試驗測定上述不同種式I化合物有效濃度。有效濃度(EC50)為抑制試驗樣品中介蟲期的藤壺幼蟲50％沉降的濃度。從下述表1中可見，所測定活性劑的異構(gòu)體形式會對產(chǎn)生的抑制效果有一定的影響。具有較高清涼作用，并有減小的薄荷香味，如(-)異胡薄荷醇和薄荷氧基丙二醇作為防附著劑具有優(yōu)異的效果。
表1化合物EC50(mg/ml)(+)反-對-薄荷-3，8-二醇0.1(-)反-對-薄荷-3，8-二醇0.0011R，2S，5R-(-)薄荷醇 0.0041S，2R，5S-(+)薄荷醇 0.1±-薄荷醇 0.1(-)-薄荷基氯化物 0.0001(-)-薄荷酮 0.001(-)異胡薄荷醇 0.000088薄荷氧基丙二醇 0.000002實施例2對與藤壺B.amphitrite相關(guān)的海水細菌的殺微生物活性的測定如上述Avelin等人，J.Chem.Ecol.，19(10)，2155-67(1993)，使用常規(guī)的瓊脂擴散法對9種細菌菌株測試(-)-薄荷醇作為抑菌化合物的效果。使用的供試細菌如下所述(i)氣單胞菌屬Aeromonas sp(Ae1)；(ii)氣單胞菌屬Aeromonas sp(Ae2)；(iii)產(chǎn)堿桿菌屬Alcaligenes sp(Al1)；(iv)產(chǎn)堿桿菌屬Alcaligenes sp(Al2)；產(chǎn)黃菌屬Flavobacterium sp(F)；(vi)假單胞菌屬Pseudomonas sp(P1)；(vii)假單胞菌屬Pseudomonas sp(P1)；(viii)弧菌屬Vibro sp(V1)；和(ix)弧菌屬Vibro sp(V2)。在6.5mm的盤中的瓊脂培養(yǎng)基上使分離的細菌生長，并加入濃度為0.004mg/ml的化合物。
對細菌菌株試驗的數(shù)據(jù)顯示氣單胞菌屬Aeromonas sp(Ae1)和產(chǎn)黃菌屬Flavobacterium sp(F)對(-)-薄荷醇敏感，抑菌圈的半徑大于10mm。其它細菌菌株對(-)-薄荷醇中度敏感。參見圖3。
實施例3對與Perna sp相關(guān)的海水細菌殺微生物活性的測定采用與上述實施例2基本相同的試驗方法。
獲得的數(shù)據(jù)表示了對8種細菌菌株的試驗結(jié)果，弧菌屬Vibrio sp.(V1& V2)對(-)-薄荷醇敏感，抑菌圈的半徑大于8.5mm。其它細菌菌株中度敏感。參見圖4。
實施例4抑制海水單細胞藻的生長使用上述Avelin等人在J.Chem.Ecol.中所述的試驗進行離體細胞生長抑制測定。
杜氏藻屬Dunaliella tertiolecta是一種在實驗室培養(yǎng)的小藻。將每種供試的藻類從原種培養(yǎng)接種到包括生長介質(zhì)的瓶中。將不同濃度的(-)-薄荷醇加入到瓶中，用血細胞計數(shù)器以24-小時的間隔監(jiān)測每個瓶中的生長，直到培養(yǎng)物死亡。
試驗結(jié)果證明以劑量依賴性的方式，(-)-薄荷醇可以抑制這種小藻生長。參見圖5。
實施例5使用(-)-薄荷醇抑制菱形藻屬Nitzchia sp的生長采用與上述實施例4基本相同的試驗方法，除了用菱形藻屬Nitzchiasp代替杜氏藻屬D.tertiolecta.
試驗結(jié)果證實，與對照比較，各種濃度的(-)-薄荷醇都可抑制菱形藻屬Nitzchia sp的生長。參見圖6。
實施例6在水下水泥結(jié)構(gòu)上抑制浮游生物附著接觸在海邊建造100英尺長、15英尺寬和3英尺深的水溝，并用塑料繩圈上。直接從海里泵入海水，海水中的營養(yǎng)物會使天然存在的浮游生物生長。海水的總體積大約150立方米。用蹼輪循環(huán)海水并換氣。30天后分析海水樣品發(fā)現(xiàn)包括下述種硅藻斑條藻屬Grammatophoriaoceanica，菱形藻屬Nitzschia sp，.A，inphora sp.，雙眉藻屬Amphorabigilba，海毛藻屬Thalassiothrix sp.，輻節(jié)藻屬Stauroneis sp.，楔形藻屬Licmophora sp.h和舟形藻屬Navicula sp.。海水中還包括雙邊甲藻，多甲藻屬Perdium sp.，和藍綠藻，Ocillatoria sp.和膠須藻屬Rivularia sp。
使用不含三丁基錫化合物的常規(guī)油漆制劑作為對照。本發(fā)明包含的油漆制劑的制備是通過將濃度為5％重量的(-)-薄荷醇和(-)-(反)-對-薄荷-3，8-二醇的化合物分別加入到相同的作為對照制劑的油漆介質(zhì)中，這兩種制劑分別油漆在水溝水泥結(jié)構(gòu)的表面。對照由未油漆的水泥表面和用對照制劑油漆的表面。油漆的水泥結(jié)構(gòu)在水溝的下部并保持連續(xù)暴露在海水中60天。在暴露期結(jié)束后，將水泥結(jié)構(gòu)帶至表面觀察。試驗結(jié)果如下述表II所示。
表II處理 生物附著的等級*未涂油漆的表面+++++對照油漆 +++++(-)-薄荷醇-對-薄荷-3，8-二醇 -*附著等級的劃定如下述(+++++)最大量的附著接觸，(-)沒有明顯的附著接觸。
這些數(shù)據(jù)還證明本發(fā)明化合物至少在60天的試驗期內(nèi)是防水的。
實施例7分別或組合使用包括(-)-薄荷醇和(-)-反-對-薄荷-3，8-二醇的海水油漆組合物抑制生物附著使用竹子片和泡沫聚乙烯漂浮物建造漂浮平臺。平臺上設(shè)計固定器容納4英寸×12英寸×0.25英寸的試驗嵌板。
制備第一種試驗油漆，包括生物殺滅有效量的氧化亞銅，且不含其它殺生劑，這種組合物用作對照。向上述組合物中加入0.5％重量的(-)-反-對-薄荷-3，8-二醇和0.5％重量的(-)-薄荷醇組合物。第二種油漆組合物的制備使用相同的包括氧化亞銅的海水油漆介質(zhì)，向其中加入2％重量的(-)-薄荷醇(組合物B)。第三種制劑的制備使用相同的包括氧化亞銅的海水油漆介質(zhì)，向其中加入2％重量的(-)-反-對-薄荷-3，8-二醇(組合物C)。
用制備的油漆制劑油漆上述面積的固體鐵嵌板，然后放在漂浮平臺的固定器上，在靠近San Dionisio Bay(菲律賓)的Bitac Cove中心連續(xù)沉入水下78周。每三個月觀察嵌板幾分鐘，拍過片后馬上再沉入水下。78周后，移出嵌板并觀察。記錄連接到嵌板上的藤壺數(shù)目。主要的附著生物包括藤壺Balanus amphitrite communis，和巖石牡蠣，Crossostreacuculata。
獲得的數(shù)據(jù)示于下述表III。這些數(shù)據(jù)表示(-)-薄荷醇和(-)-反-對-薄荷-3，8-二醇是有效的防附著劑，沉降率分別為16.1％和27.1％。當(dāng)兩種化合物混用時，在各自0.5％重量的較低濃度下，保護作用非常明顯，沉降率為5.9％。
表III濃度(％w/w)油漆組合物(-)-反-對-薄荷 每板沉降率-3，8-二醇 (-)-薄荷醇 藤壺數(shù) ％對照 0 0 118 100組合物A0.50.5 7 5.9組合物B- 20 19 16.1組合物C2.0- 32 27,1上述實施例清楚地證明包括上述式(I)化合物的本發(fā)明組合物在防止海水藻和浮游生物附著接觸使用本組合物涂層的水下結(jié)構(gòu)表面是有效的。上述數(shù)據(jù)進一步說明本發(fā)明組合物可以長期防水。
實施例8急性毒性測定將咸水蝦的卵，Artemia salina在普通海水中孵化，每天保持14小時光照和10小時黑暗。將無節(jié)幼蟲移至包括不同濃度的上述式I化合物的培替氏培養(yǎng)皿中。24小時后，記錄活蝦和死蝦數(shù)。數(shù)值用咸水蝦無節(jié)幼蟲死亡率為50％時的濃度(LD50)表示。
表IV化合物 LD50(-)-薄荷醇 0.750g/l(-)-反-對-薄荷-3，8-二醇 ＞3.000g/l估計值(-)-薄荷基氯化物 ＞3.000g/l估計值(-)-薄荷酮 ＞3.000g/l估計值從(-)-薄荷醇、(-)-反-對-薄荷-3，8-二醇、(-)-薄荷基氯化物和(-)-薄荷酮得到的數(shù)據(jù)顯示只有在非常高的濃度才表現(xiàn)出毒性，這表示與在很低劑量就有毒性的TBT相比上述化合物相對有效。如在美國專利5,314,932號中Gerhart等人所述，例如TBT氯化物對藤壺Balanus amphitriteDarwin的急性毒性出現(xiàn)在大約3.4μg(微克)每升(或0.0000034g/l)。
而且，(-)-薄荷醇的有效濃度(EC50)為0.004mg/l、(-)-反-對-薄荷-3，8-二醇的有效濃度為0.001mg/l、(-)-薄荷基氯化物的有效濃度為0.0001mg/l，且(-)-薄荷酮的有效濃度為0.001mg/l，藤壺?zé)o節(jié)幼蟲Balanusamphitrite Darwi長期暴露在上述濃度下沒有死亡，再次證明在觀察到的防附著作用下沒有任何毒性。
在上述說明和/或例示了本發(fā)明的一些實施方案，通過上述公開的內(nèi)容，其它的多種實施方案對本領(lǐng)域技術(shù)人員來講則是顯而易見的。例如應(yīng)用本發(fā)明的涂料組合物可以不受限制地保護海水結(jié)構(gòu)。而且，上述組合物還可以很好地用于建筑和工業(yè)涂料制劑。因此本發(fā)明不僅限于上述具體實施方案和/或?qū)嵤├?，由其得到的變化和改進不應(yīng)超出附加權(quán)利要求書的范圍。
權(quán)利要求
1.一種無毒涂料組合物其包含(i)下式化合物 其中n為1，2，或3的整數(shù)；X代表氫或直鏈或支鏈、取代或未被取代的烷基或直鏈或支鏈、取代或未取代的鏈烯基；Y代表C＝O或CR1R2，其中R1和R2各自獨立地選自下述組成的基團氫、鹵素、直鏈或支鏈取代或未取代烷基、直鏈或支鏈取代或未取代的鏈烯基、ORa，OC(O)Ra，C(O)ORa，NRaRb，C(O)Ra，C(O)NRaRb，NRaC(O)NRbRc，C(S)NRaRb，S(O)Ra，S(O)2Ra，S(O)2NRaRb，S(O)NRa，和P(O)Ra；Ra，Rb，和Rc各自獨立地選自下述組成的基團氫和直鏈或支鏈、取代或未被取代的烷基；和Z為氫或直鏈或支鏈、取代或未被取代的烷基，式(I)包括上述化合物的所有異構(gòu)體形式；和(ii)一種成膜劑，存在于上述組合物中的上述化合物為抑制附著生物接觸使用所述組合物的表面的有效量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中n是整數(shù)2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中在上述式中n是整數(shù)2，X代表CH(CH3)2，Y代表HC-OH，Z代表CH3。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的組合物，包含(-)-薄荷醇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中在上述式中n是整數(shù)2，X代表C(CH3)2OH，Y代表HCOH，Z代表CH3。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的組合物，其中包含(-)-反-對-薄荷-3，8-二醇。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中在上述式中n是整數(shù)2，X代表CH(CH3)2，Y代表HC-Cl，Z代表CH3。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的組合物，包含(-)-薄荷基氯化物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中在上述式中n是整數(shù)2，X代表CH(CH3)2，Y代表C＝O，Z代表CH3。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的組合物，包含(-)-薄荷酮。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中在上述式中n是整數(shù)2，X代表CH(CH3)2，Y代表CHOCH2CHOHCH2OH，Z代表CH3。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的組合物，包含甲氧基丙二醇。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中在上述式中n是整數(shù)2，X代表C(CH3)2＝CH2，Y代表CHOH，Z代表CH3。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的組合物，包含(-)-異胡薄荷醇。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中上述化合物的量為上述組合物的大約0.01至大約50％重量。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中上述化合物的量為上述組合物的大約0.1至大約10％重量。
17.一種油漆，其中包含根據(jù)權(quán)利要求1的組合物。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的油漆，其被配制海水油漆。
19.一種清漆，其中包含權(quán)利要求1的組合物。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中式(I)化合物是以共價鍵連接到成膜劑上。
21.一種保護暴露于水環(huán)境的表面不受存在于水環(huán)境的生物附著的方法，其中包含向上述表面使用包括下式化合物的涂料 其中n為1，2，或3的整數(shù)；X代表氫或直鏈或支鏈、取代或未被取代的烷基或直鏈或支鏈、取代或未取代的鏈烯基；Y代表C＝O或CR1R2，其中R1和R2各自獨立地選自下述組成的基團氫、鹵素、直鏈或支鏈取代或未取代烷基、直鏈或支鏈取代或未取代的鏈烯基、ORa，OC(O)Ra，C(O)ORa，NRaRb，C(O)Ra，C(O)NRaRb，NRaC(O)NRbRc，C(S)NRaRb，S(O)Ra，S(O)2Ra，S(O)2NRaRb，S(O)NRa，和P(O)Ra；Ra，Rb，和Rc各自獨立地選自下述組成的基團氫和直鏈或支鏈、取代或未被取代的烷基；和Z為氫或直鏈或支鏈、取代或未被取代的烷基，式(I)包括上述化合物的所有異構(gòu)體形式。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中將權(quán)利要求4的涂料組合物使用到上述表面。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中將權(quán)利要求6的涂料組合物使用到上述表面。
24.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中將權(quán)利要求8的涂料組合物使用到上述表面。
25.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中將權(quán)利要求10的涂料組合物使用到上述表面。
26.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中將權(quán)利要求12的涂料組合物使用到上述表面。
27.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中將權(quán)利要求14的涂料組合物使用到上述表面。
28.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中通過刷涂、噴霧或浸漬將上述涂料組合物使用到上述表面。
29.一種保護涂層表面不與藻和真菌接觸，和不使藻和真菌生長的方法，所述方法包含向上述表面使用包括下式化合物的涂料制劑 其中n為1，2，或3的整數(shù)；X代表氫或直鏈或支鏈、取代或未被取代的烷基或直鏈或支鏈、取代或未取代的鏈烯基；Y代表C＝O或CR1R2，其中R1和R2各自獨立地選自下述組成的基團氫、鹵素、直鏈或支鏈取代或未取代烷基、直鏈或支鏈取代或未取代的鏈烯基、ORa，OC(O)Ra，C(O)ORa，NRaRb，C(O)Ra，C(O)NRaRb，NRaC(O)NRbRc，C(S)NRaRb，S(O)Ra，S(O)2Ra，S(O)2NRaRb，S(O)NRa，和P(O)Ra；Ra，Rb，和Rc各自獨立地選自下述組成的基團氫和直鏈或支鏈、取代或未被取代的烷基；和Z為氫或直鏈或支鏈、取代或未被取代的烷基，式(I)包括上述化合物的所有異構(gòu)體形式。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中上述涂料制劑包括有效量的上述化合物保護上述涂層表面不受霉菌侵襲。
31.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中在上述涂料組合物中包括權(quán)利要求4的組合物。
32.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中在上述涂料組合物中包括權(quán)利要求6的組合物。
33.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中在上述涂料組合物中包括權(quán)利要求8的組合物。
34.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中在上述涂料組合物中包括權(quán)利要求10的組合物。
35.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中在上述涂料組合物中包括權(quán)利要求12的組合物。
36.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中在上述涂料組合物中包括權(quán)利要求14的組合物。
37.一種具有水下表面的物品，上述表面的至少一部分用權(quán)利要求1的組合物涂層。
38.船體形式的根據(jù)權(quán)利要求37的物品。
39.木樁形式的根據(jù)權(quán)利要求37的物品。
40.水管形式的根據(jù)權(quán)利要求37的物品。
41.一種無毒涂料組合物其包含(i)下式化合物 其中X’代表氫或直鏈或支鏈、取代或未被取代的低級烷基，或直鏈或支鏈、取代或未取代的低級鏈烯基；Y代表C＝O，HC-OR’，或HC-Cl，其中R’選自由氫或?；M成的基團，式(IA)包括上述化合物的所有異構(gòu)體形式；和(ii)一種成膜劑，存在于上述組合物中的上述式(IA)化合物為抑制附著生物接觸使用所述組合物的表面的有效量。
全文摘要
本文公開了防附著涂料組合物和方法，其中的活性劑優(yōu)選為(圖1)(－)反－對－薄荷－3，8－二醇，(－)－薄荷醇，(－)－薄荷基氯化物，甲氧基丙二醇，(－)－異胡薄荷醇或(－)－薄荷酮。
文檔編號B05D1/18GK1444444SQ01813653
公開日2003年9月24日 申請日期2001年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月12日
發(fā)明者喬納森R·馬泰爾斯 申請人:喬納森R·馬泰爾斯