表面处理方法

技术领域

本发明涉及海上构筑物表面处理方法。

背景技术

表面易于被生物攻击。这对于海上构筑物表面(marine surfaces)，例如海洋船只尤其如此。一些表面可以易于受生物攻击，其在表面上产生不想要的生物膜。这可以被描述为该表面的结垢。一旦浸入海水中，由于三个连续和相互联系的事件：分子结垢、微观结垢(micro fouling)和宏观结垢(macrofouling)，新鲜表面的结垢自然发生。破坏这三种事件中的任何一种都可以延迟结垢的发生。在海上最初几小时内的分子结垢期间，表面被薄调理膜(thin conditioning film)中的容易在海上获得的有机物，例如多糖和蛋白质覆盖。在微观结垢期间，多个种类的漂浮细菌和单细胞生物首先可逆地、然后不可逆地将它们自身附着于表面，开始渗出胞外聚合物(EPS)并建立生物膜。早期的微生物生物膜吸引次级物种，例如真菌、藻类孢子和原生动物。这是由于存在粘性EPS材料和在微观结垢期间增加的表面粗糙度。在生物结垢的最后阶段(宏观结垢)，生物膜涂覆的表面吸引大生物，例如藤壶、贻贝、大型藻类和线虫的幼虫。

需要改善海上构筑物表面对结垢的抗性。

发明内容

我们已经发现，用内酰胺处理表面改善了表面对由海洋环境中发现的单一物种以及海洋环境中发现的物种混合物形成生物膜的抗性。内酰胺抑制来自单一生物膜产生生物(例如，鳗弧菌(Vibrio anguillarium)、巴西曲霉(Aspergillus brasiliensis)和溶解噬纤维菌(Cellulophaga lytica))以及来自通常在海洋环境中发现的在海上构筑物表面产生生物膜的七个物种(大西洋假交替单胞菌(Pseudoalteromonas atlantica)、溶解噬纤维菌(Cellulophaga lytica)、海藻希瓦氏菌(Shewanella algae)、海科贝特氏菌(Cobetiamarina)、鳗弧菌(Vibrio anguillarium)、溶藻弧菌(Vibrio alginolyticus)和巴西曲霉(Aspergillus brasiliensis))的挑战混合物的生物膜形成。在第一方面，本发明涉及处理海上构筑物表面以改善所述表面对来自海洋生物的结垢的抗性的方法，所述方法包括用包含内酰胺的组合物处理易于发生来自海洋生物的结垢的表面，其中所述组合物包含0.0005至5重量％、优选0.004至5重量％、更优选0.01至4重量％、最优选0.01至1重量％的内酰胺；

其中待处理的表面选自钢、轻合金、塑料或复合材料；和

其中所述海洋生物为单独的或包含在与任何其它海洋生物的混合物中的鳗弧菌、巴西曲霉和溶解噬纤维菌。优选地，所述海洋生物包括至少以下的混合物：大西洋假交替单胞菌、溶解噬纤维菌、海藻希瓦氏菌、海科贝特氏菌、鳗弧菌、溶藻弧菌和巴西曲霉。优选地，内酰胺具有式(I)或(II)：

其中：

R

R

R

R

R

优选地，R

优选式(I)或(II)的内酰胺，R

优选地，内酰胺为选自以下的内酰胺：

更优选地，内酰胺为选自以下的内酰胺：

最优选地，内酰胺为：

优选地，内酰胺是从水基组合物或有机溶剂基组合物中递送的。

待处理的表面选自钢、轻合金、塑料或复合材料。

优选地，海上构筑物表面选自部分或完全浸没的、静止的或移动的结构，优选船体、海洋平台、地理定位装置或用于防御目的的硬件。

在第二方面，本发明涉及一种用于处理海上构筑物表面的组合物，所述组合物包含0.0005至5重量％，优选0.01至1重量％的内酰胺，其中所述组合物是自由结合漆(freeassociation paint)、自抛光共聚物漆或污垢释放漆的形式。

优选地，内酰胺是如上针对本发明的第一方面所述的。

更优选地，内酰胺为选自以下的内酰胺：

最优选地，内酰胺为选自以下的内酰胺：

在第三方面，本发明涉及内酰胺抑制海洋生物在海上构筑物表面上的生长的用途；其中待处理的表面选自钢、轻合金、塑料或复合材料；和

其中所述海洋生物为单独的或包含在与任何其它海洋生物的混合物中的鳗弧菌、巴西曲霉和溶解噬纤维菌。

本发明还涉及内酰胺赋予海上构筑物表面以抗生物膜性能的用途；其中待处理的表面选自钢、轻合金、塑料或复合材料。

优选地，所述海洋生物包括鳗弧菌、巴西曲霉和溶解噬纤维菌中的至少一种。其优选地包括至少以下的混合物：大西洋假交替单胞菌、溶解噬纤维菌、海藻希瓦氏菌、海科贝特氏菌、鳗弧菌、溶藻弧菌和巴西曲霉。优选地，内酰胺为选自以下的内酰胺：

最优选地，内酰胺为选自以下的内酰胺：

附图说明

图1涉及实施例2，是显示了在24孔板中结晶紫染色的单一海洋生物溶解噬纤维菌培养物的吸光度的剂量反应的图，所述24孔板已经用不同浓度的内酰胺488和491预调理(UT，未处理对照)，内酰胺的具体水平为0.0312mM、0.0625mM、0.125mM、0.25mM、0.5mM、1mM、2mM，以及未处理对照。测试了两种内酰胺：488(左侧柱)和491(右侧柱)。

图2涉及实施例2，是显示了在24孔板中结晶紫染色的单一海洋生物鳗弧菌培养物的吸光度的剂量反应的图，所述24孔板已经用不同浓度的内酰胺488和491预调理(UT，未处理对照)，内酰胺的具体水平为0.0312mM、0.0625mM、0.125mM、0.25mM、0.5mM、1mM、2mM，以及未处理对照。测试了两种内酰胺：488(左侧柱)和491(右侧柱)。图3涉及实施例2，是显示了在24孔板中结晶紫染色的单一海洋生物巴西曲霉培养物的吸光度的剂量反应的图，所述24孔板已经用不同浓度的内酰胺488和491预调理(UT，未处理对照)，内酰胺的具体水平为0.0312mM、0.0625mM、0.125mM、0.25mM、0.5mM、1mM、2mM，以及未处理对照。测试了两种内酰胺：488(左侧柱)和491(右侧柱)。

图4涉及实施例3，是显示了在24孔板中结晶紫染色的七种海洋生物大西洋假交替单胞菌、溶解噬纤维菌、海藻希瓦氏菌、海科贝特氏菌、鳗弧菌、溶藻弧菌和巴西曲霉共培养物的吸光度的剂量反应的图，所述24孔板已经用不同浓度的内酰胺488预调理(UT，未处理对照)，内酰胺的具体水平为0.0312mM、0.0625mM、0.125mM、0.25mM、0.5mM、1mM、2mM，以及未处理对照。显示在3个不同时间段(24小时、48小时和72小时)的结果(24小时，最左侧柱，48小时，中间柱，72小时，最右侧柱)。

图5涉及实施例3，是显示了在24孔板中结晶紫染色的七种海洋生物大西洋假交替单胞菌、溶解噬纤维菌、海藻希瓦氏菌、海科贝特氏菌、鳗弧菌、溶藻弧菌和巴西曲霉共培养物的吸光度的剂量反应的图，所述24孔板已经用不同浓度的内酰胺491预调理(UT，未处理对照)，内酰胺的具体水平为0.0312mM、0.0625mM、0.125mM、0.25mM、0.5mM、1mM、2mM，以及未处理对照。显示在3个不同时间段(24小时、48小时和72小时)的结果(24小时，最左侧柱，48小时，中间柱，72小时，最右侧柱)。

具体实施方式

除非另有规定，否则如本文中所用不定冠词“一个/种(a或an)”及其对应的定冠词“所述/该(the)”指的是至少一个/种，或一个/种或多个/种。

应理解，除非另有明确规定，否则所有优选都是可组合的。

内酰胺是环状酰胺。优选的内酰胺是具有5个环原子的γ-内酰胺。

优选地，内酰胺具有式(I)或(II)：

其中：

R

R

R

R

R

优选地，R

应理解，当合适时，基团可任选被取代。任选的取代基可以包括卤素、C

优选地，R

优选地，R

更优选地，在式(I)或(II)的内酰胺中，R

甚至更优选地，内酰胺具有式(I)，R

当内酰胺在性质上是阳离子时，它可以如本身使用，或适宜地与抗衡离子(例如碘离子)一起使用。

优选地，内酰胺为选自以下的内酰胺：

当内酰胺在性质上是阳离子时，可以使用所述阳离子或所述阳离子与合适的抗衡离子(例如碘离子)一起使用。

最优选地，内酰胺为选自以下的内酰胺：

最优选的内酰胺为：

内酰胺的存在水平为0.0005至5重量％。优选地，内酰胺的存在水平为0.004至5重量％，更优选0.01至4重量％，最优选0.01至1重量％。

内酰胺水平对应于如下ppm和重量％，例如，0.0312mM、0.0625mM、0.125mM、0.25mM、0.5mM、1mM、2mM的特定内酰胺水平将等于约6ppm(0.312mM)至400ppm(2mM)的水平，以及等于0.0006重量％(0.0312mM)至0.04重量％(2mM)的重量％。

优选地，内酰胺是从水基组合物或有机溶剂基组合物中递送的。

组合物包含0.0005至5重量％，优选0.01至1重量％的内酰胺，其中所述组合物为自由结合漆、自抛光共聚物漆或污垢释放漆的形式。

自由结合漆的实例包括具有UV过滤剂的光泽瓷器漆(gloss enamel)；自抛光共聚物的实例包括丙烯酸共聚物；和污垢释放漆的实例包括包含硅氧烷硅酮的那些。

待处理的表面选自钢、轻合金、塑料或复合材料。

优选地，所述海上构筑物表面选自部分或完全浸没的、静止的或移动的结构，优选船体、海洋平台、地理定位装置或用于防御目的的硬件。

当所述海洋生物为单独的或包含在与任何其它海洋生物的混合物中的鳗弧菌、巴西曲霉和溶解噬纤维菌时，所述内酰胺显示特别的抑制作用。

优选地，海洋生物包括至少以下的混合物：大西洋假交替单胞菌、溶解噬纤维菌、海藻希瓦氏菌、海科贝特氏菌、鳗弧菌、溶藻弧菌和巴西曲霉。

组合物可以包含另外的成分，例如表面活性剂、螯合剂、增稠剂、pH调节剂。包含内酰胺的组合物可以以用于表面的疏水性涂料的形式提供。

将通过以下非限制性实施例进一步说明本发明。

实施例1-优选内酰胺的实例的制备

在室温下，混合1-(4-氯苯基)丙-2-酮(40.00g，34.75mL，237.2mmol)、乙醛酸一水合物(32.75g，355.8mmol)和磷酸(69.74g，711.7mmol)，之后加热至85℃过夜。在冷却至室温之后，将混合物倾倒入水(500mL)和乙酸乙酯(500mL)的混合物中。分离层，用乙酸乙酯(500mL)萃取水相。将合并的有机层用水和盐水的1:1混合物(2×500mL)洗涤，干燥(MgSO

将4-(4-氯苯基)-5-羟基-5-甲基呋喃-2(5H)-酮(66.00g，293.8mmol)溶于亚硫酰氯(196.8g，120.0mL，1654mmol)中，并在40℃下加热1小时，然后在80℃下加热2小时。将混合物减压浓缩，并与2-甲基四氢呋喃(200mL)共沸。用2-甲基四氢呋喃(160mL)稀释残余物，在0℃下将该溶液加入到28％氨水(180mL)在2-甲基四氢呋喃(20mL)中的冷却搅拌混合物中。将混合物升温至室温并搅拌过夜。加入水(100mL)和乙酸乙酯(200mL)并分离层。用乙酸乙酯(200mL)萃取水相，将合并的有机萃取物干燥(MgSO

UPLC(Basic)1.51/5.00min,纯度100％,M+H

MP 177℃

在0℃下，经15分钟，向4-(4-氯苯基)-5-羟基-5-甲基-1H-吡咯-2(5H)-酮(10.00g，44.51mmol)在无水二氯甲烷(100mL)中的冷却溶液中加入三氟化硼二乙醚合物(8.213g，7.142mL，57.87mmol)在无水二氯甲烷(45mL)中的溶液。将该混合物在0℃下搅拌，之后缓慢升温至室温并搅拌2小时。用冰水(100mL)猝灭该反应并分离层。用二氯甲烷(100mL)萃取水层，并将合并的有机层用水和饱和碳酸氢钠水溶液的1:1混合物(100mL)洗涤，干燥(MgSO

UPLC(Basic)1.87/5.00min,纯度100％,M+H

MP 182℃

在室温下，将1-(对甲苯基)丙-2-酮(25.00g，24.00mL，168.7mmol)、乙醛酸一水合物(23.29g，253.0mmol)和磷酸(49.60g，506.1mmol)混合，然后在90℃下加热过夜。在冷却至室温之后，将混合物倾倒入冰水(400mL)和乙酸乙酯(400mL)的搅拌混合物中。分离层，并用水(100mL)洗涤有机相，干燥(MgSO

将5-羟基-5-甲基-4-(对甲苯基)呋喃-2(5H)-酮(16.50g，80.80mmol)溶于亚硫酰氯(48.06g，29.47mL，404.0mmol)中，并在50℃下加热1小时，之后加热回流1小时。在冷却至室温之后，将混合物在减压下浓缩，并与2-甲基四氢呋喃(2×50mL)共沸。将残余物用2-甲基四氢呋喃(60mL)稀释，在0℃下将该溶液加入到28％氨水(55mL，808.0mol)在2-甲基四氢呋喃(10mL)中的冷却搅拌混合物中。将该混合物升温至室温并搅拌过夜。在减压下除去2-甲基四氢呋喃，将残余物用水(200mL)和乙醚(100mL)稀释，并在室温下搅拌混合物20分钟。通过过滤收集固体，并在室温下在水(100mL)和乙醚(50mL)中搅拌10分钟。通过过滤收集固体，用水、乙醚洗涤，并在50℃下在真空下干燥以产生作为浅米色固体的5-羟基-5-甲基-4-(对甲苯基)-1H-吡咯-2(5H)-酮(10.49g，产率31％)。

UPLC(Basic)1.41/5.00min,纯度100％,M+H

MP 178℃分解

在0℃下，经15分钟，向5-羟基-5-甲基-4-(对甲苯基)-1H-吡咯-2(5H)-酮(8.68g，42.7mmol)在无水二氯甲烷(87mL)中的冷却溶液中加入三氟化硼二乙醚合物(6.85g，5.96mL，55.5mmol)在无水二氯甲烷(40mL)中的溶液。在1小时之后，使混合物缓慢升温至室温。在再过3小时后，用二氯甲烷(50mL)和冰水(100mL)稀释反应物，并搅拌10分钟。分离层，用水(100mL)、水和饱和碳酸氢钠水溶液1:1混合物(100mL)和盐水(100mL)洗涤有机层，并通过Celite过滤有机层，用二氯甲烷洗涤。用移液管除去任何过量的水，之后干燥滤液(MgSO

UPLC(Basic)1.83/5.00min,纯度100％,M+H

MP 200℃分解

在这些实验中使用的内酰胺是4-(4-氯苯基)-5-亚甲基-吡咯-2-酮，编码为(488)，描述在如下左侧；和5-亚甲基-4-(对甲苯基)吡咯-2-酮，编码为(491)，描述在如下右侧：

制备内酰胺在DMSO中的20mM新鲜储备溶液。然后，在组织培养板中，将内酰胺储液首先在100％乙醇中连续稀释十倍，随后稀释至期望浓度。接着，将板在通风橱中静置干燥过夜。在海洋肉汤中用各自1×10

*当直接从新鲜MBA板使用到用于生物膜的PBS中时，生长更一致(在铺板之后，OD计数)

MBA为海洋肉汤琼脂(zobell)

在该实验中，用0.0312mM至2mM水平的内酰胺以及未处理的对照处理板。测量的内酰胺的具体水平为0.0312mM、0.0625mM、0.125mM、0.25mM、0.5mM、1mM和2mM。这等于约6ppm(0.312mM)至400ppm(2mM)，和0.0006重量％(0.312mM)至0.04重量％(2mM)的重量％。将在DMSO/乙醇溶剂中的内酰胺提供至板。然后用海洋生物或其混合物接种板。在24小时之后，通过光密度测量培养物的生长速率。结果显示在图1-3和表2-4中。

表2(图1)中的实验显示在内酰胺浓度＞0.5mM(对于内酰胺488)和＞1mM(对于内酰胺491)下，内酰胺对溶解噬纤维菌具有生物膜生长抑制作用。

表3(图2)中的实验显示在内酰胺浓度＞0.5mM(对于内酰胺488和491两者)下，内酰胺对鳗弧菌具有生物膜生长抑制作用。

表4(图3)中的实验显示内酰胺浓度＞0.0312mM(对于内酰胺488和491两者)下，内酰胺对巴西曲霉具有生物膜生长抑制作用。

在相同的实验条件下，所测试的内酰胺对单独的海藻希瓦氏菌、海科贝特氏菌、溶藻弧菌或大西洋假交替单胞菌海洋生物没有显示出任何显著的抑制作用。

在这些实验中使用的内酰胺是4-(4-氯苯基)-5-亚甲基-吡咯-2-酮，编码为(488)，描述在如下左侧；和5-亚甲基-4-(对甲苯基)吡咯-2-酮，编码为(491)，描述在如下右侧：

制备内酰胺在DMSO中的20mM新鲜储备溶液。然后在组织培养板中，将内酰胺储液首先在100％乙醇中连续稀释十倍，随后稀释至期望浓度。接着，将板在通风橱中静置干燥过夜。在海洋肉汤中用各自1×10

所述海洋物种是如对于实施例2使用的：海藻希瓦氏菌、海科贝特氏菌、溶藻弧菌或大西洋假交替单胞菌、巴西曲霉、鳗弧菌和溶解噬纤维菌。这次，将它们组合作为混合物使用以更好地模拟海洋环境，并且测试了内酰胺对挑战性海洋生物混合物的生长抑制作用。这是一个挑战性的测试，因为会预期其中内酰胺不具有生长抑制作用的海洋生物的存在会导致生物膜生长。结果显示在图4和5以及表2和3中。

对于7种海洋生物混合物，内酰胺488在浓度＞0.25mM下抑制生物膜生长。这证实内酰胺可以抑制在存在大量海洋生物的真实海洋环境中的海上构筑物表面上海洋生物的生长，并且内酰胺可以赋予海上构筑物表面以抗生物膜性能。

对于7种海洋生物混合物，内酰胺491在浓度＞0.25mM下广泛地(除了在72小时时，在1mM时的一种异常结果)抑制生物膜生长。这证实不同的内酰胺可以抑制在存在大量海洋生物的真实海洋环境中的海上构筑物表面上海洋生物的生长，并且内酰胺可以赋予海上构筑物表面以抗生物膜性能。