JP2011519968A - 防汚塗料用の環境に優しい新規な微生物付着防止剤及び該防止剤を含有する防汚塗料 - Google Patents

Abstract

本発明は、オイゲノール、バニリン、−ＯＨ基（ヒドロキシ基）および−ＯＣＨ_３基（メトキシ基）から選択される１つまたは２つの置換基で置換されたベンズアルデヒド、並びにこれらの任意の混合物から選択される化合物を含有することを特徴とし、防汚塗料、好ましくは船舶用防汚塗料の使用に特に適する、生態学的に適合する微生物付着防止剤に関する。また、上述の微生物付着防止剤と、常套の殺生剤、溶媒、樹脂、顔料、充填剤、フィラーおよびこれらの混合物から選択される他の化合物とを含有する防汚塗料（特に船舶用の防汚塗料）にも関する。

Description

本発明は、天然物質を主剤とする生態学的に適合する新規な微生物付着防止剤と、該微生物付着防止剤を含有する防汚塗料に関する。

既知の防汚塗料は防汚剤、すなわち生物付着現象（換言すれば、没水構造体（特に船体）表面への微生物、植物、動物または藻類の蓄積）を予防または防止する物質を含有する。「防汚」という用語は、このような予防等を達成する方法および機構に関係なく、上述した有機体および微生物の蓄積を排除および予防する物質の能力を意味する。

既存の船舶用防汚塗料中の防汚剤として使用される物質は、実際上は広範囲な殺生活性を発揮する。特に、これらの中でも有機スズ化合物［例えばトリブチルスズ（ＴＢＴ）など］、第一銅化合物および水銀含有化合物が挙げられる。しかしながら、これらの物質は、毒性があるという重大な欠点を有するので、環境に対して有害である。

本発明は、上記の欠点、特に船舶用の防汚塗料において一般的に使用されている防汚剤の毒性に関する欠点を克服することを目的とする。

このような目的は、オイゲノール、バニリン、−ＯＨ基（ヒドロキシ基）および−ＯＣＨ_３基（メトキシ基）から成る群から選択される１つまたは２つの置換基で置換されたベンズアルデヒド、並びにこれらの混合物から成る群から選択される微生物付着防止剤を含有することを特徴とする、生態学的に適合する防汚塗料を提供する本発明により達成された。

好ましいベンズアルデヒド誘導体は、４-ヒドロキシベンズアルデヒド、３,４−ジヒドロキシベンズアルデヒド、２,５−ジメトキシベンズアルデヒド、３,４−ジメトキシベンズアルデヒドである。

上述した微生物付着防止剤も本発明の範囲内に含まれる。

本発明による微生物付着防止剤の１つの利点は、該防止剤が殺生活性をほとんど示さないか、又は全く示さない非毒性物質を含有するにもかかわらず、適当な微生物付着防止活性を示すことである。このような物質（少なくともバニリンおよびオイゲノール）は、天然由来であるので環境と完全に適合でき、海洋生物および堆積物中で生分解できる。しかしながら、ベンズアルデヒド誘導体も環境汚染性がないので環境と適合できる。

このような環境適合性に起因して、本発明による微生物付着防止剤は、塗料、一般的には、船体または水性環境（即ち、海水）と連続的に接触する任意の表面に塗布される防汚塗料中での使用に適している。

一般に、本発明による防汚塗料は、微生物付着防止剤に加えて、溶媒、樹脂、顔料、充填材剤およびフィラーならびに所望の添加剤を含有する。

本発明による防汚塗料は、好ましくは３ｗｔ％〜３０ｗｔ％、より好ましくは５ｗｔ％〜２０ｗｔ％の量で微生物付着防止剤を含有する。３０ｗｔ％を越える濃度は、塗料の化学物理的性質と安定度を変化させる。

本発明による防汚塗料において使用できる樹脂は、例えば、ビニル樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、天然由来の樹脂、例えばロジン(colophonia)樹脂およびロジンエステル樹脂などである。塗料における樹脂含有量は、好ましくは５ｗｔ％〜４０ｗｔ％であり、より好ましくは１０ｗｔ％〜３０ｗｔ％である。５ｗｔ％未満の濃度は、塗料の接着性と塗膜の適当な形成を保証しない。

本発明による防汚塗料において使用できる溶媒は、例えば、炭化水素溶媒（例えばキシロールおよびナフサなど）、アセテート（例えばメトキシプロピルアセテートなど）、アルコール（例えばエチルアルコールおよびイソブチルアルコールなど）である。塗料における溶媒含有量は、好ましくは１０ｗｔ％〜４５ｗｔ％である。１０ｗｔ％未満の溶媒含有量は、非常に高い粘度をもたらす。

本発明による防汚塗料において使用できる顔料は、例えば、金属酸化物、例えば二酸化チタン、酸化鉄、および有機顔料である。塗料における顔料の含有量は好ましくは１０ｗｔ％〜３０ｗｔ％である。

本発明による防汚塗料に使用できる充填剤およびフィラーは、例えば酸化亜鉛、炭酸カルシウムおよびタルクである。塗料中のフィラーおよび充填剤の含有量は、単独または混合物で使用する場合、好ましくは３ｗｔ％〜３０ｗｔ％である。

本発明による防汚塗料において使用できる他の任意の添加剤は、分散湿潤剤（例えば大豆レシチンなど）、組織屈折誘発剤（例えばベントナイトなど）、安定剤（例えばエポキシ大豆油など）である。これらの添加剤の含有量は、単独でまたは混合して用いる場合、好ましくは０.１ｗｔ％〜３ｗｔ％の範囲である。

また、以下の実施例において詳細に説明される本発明者により行われた実験は、前述の種類の防汚塗料中において、本発明による微生物付着防止剤を複数種混合したもの又は本発明による微生物付着防止剤と常套の殺生剤との混合物を使用することにより相乗効果が得られるという、予想外の結果を示した。

限定されない例として、本発明による微生物付着防止剤と混合して使用することが適当である常套の殺生剤には、以下のものが含まれる；
− 亜鉛ピリチオン：（ビス（１-ヒドロキシ-２（１Ｈ）-ピリジンチオネート−Ｏ,Ｓ）-（Ｔ-４）亜鉛）、ＣＡＳ番号１３４６３-４１-７、アーチ社製の商品名「亜鉛オマジン(Omadine)」；
− 銅ピリチオン：（ビス（１-ヒドロキシ-１Ｈ-ピリジン-２-チオネートＯ,Ｓ）銅）、ＣＡＳ番号１４９１５-３７-８、アーチ社製の商品名「銅オマジン」；
− エチレンビスジチオカルバミン酸亜鉛：（[[２-[(ジチオカルボキシ）アミノ]エチル]カルバモジチオエート]](２-)kS,kS']亜鉛)、ＣＡＳ番号１２１２２-６７-７、商品名「ジネブ(Zineb)」；
− トリフルアニド：（Ｎ-ジクロロフルオロメチルチオ-Ｎ,Ｎ'-ジメチル-Ｎ-ｐ-トリル-スルファミド）、ＣＡＳ番号７３１-２７-１、一例としてバイエル社製の商品名「プレベントールＡ５」；
− ジクロフルアニド：（Ｎ-ジクロロフルオロメチルチオ-Ｎ,Ｎ'-ジメチル-Ｎ-フェニルスルファミド）、ＣＡＳ番号１０８５-９８-９、一例としてバイエル社製の商品名「プレベントールＡ４Ｓ」；
− ４,５-ジクロロ-２-Ｎ-オクチル-４-イソチアゾリン-３-オン、ＣＡＳ番号６４３５９-８１-５、一例としてロームアンドハース社の商品名「シー-ナイン２１１」（活性物質の３０％溶液）；
− Ｎ'-tert-ブチル-Ｎ-シクロプロピル-６-（メチルチオ）-１,３,５-トリアジン-２,４-ジアミン、ＣＡＳ番号０２８１５９-９８-０、一例としてチバ社製の商品名「イルガロール１０５１」

以下の実施例は、本発明を例示的に説明するに過ぎず、本発明はこれらの例に限定されない。また、該実施例は、本発明による微生物付着防止剤と該微生物付着防止剤を含有する防汚塗料が有するバイオフィルムの形成を抑制するという性質を明らかにした。

図１は、オイゲノールを用いた付着性の抑制試験結果を示す。 図２は、オイゲノールを用いた付着性の抑制試験結果を示す。 図３ａは、バニリンを用いた付着性の抑制試験結果を示す。 図３ｂは、バニリンを用いた付着性の抑制試験結果を示す。 図４は、バニリンを用いた付着性の抑制試験結果を示す。 図５は、バニリンを用いた付着性の抑制試験結果を示す。 図６は、種々の置換安息香酸を用いた相対防汚活性の結果を示す。 図７は、オイゲノールを補充した塗料を用いた相対防汚活性の結果を示す。 図８は、オイゲノールを補充した塗料を用いた相対防汚活性の結果を示す。 図９は、バニリンを補充した塗料を用いた、相対防汚活性の結果を示す。 図１０は、相対プランクトン増殖度を示すグラフである。 図１１は、異なる速度で微生物付着防止剤を放出するバニリン補足塗料を用いた防汚活性を示す。 図１２は、微生物付着防止剤を混合して補充した塗料のバイオフィルム形成率を示す。 図１３は、本発明による微生物付着防止剤と常套の殺生剤との混合物を補充した塗料のバイオフィルム形成率を示す。

微生物の付着と増殖に対する、本発明による微生物付着防止剤の効果は、チレニア海（Ｍ１）、アドリア海（Ｔ１-Ｔ５）および使用済の水槽フィルター（Ｆ１）から単離した、バイオフィルム形成性(biofilmogenic)海水細菌の混合群を使用することにより評価した。

オイゲノール、バニリンおよびベンズアルデヒド誘導体を遊離形態で用いて試験を行った（実施例１）。常套の防泥剤を含有しない防汚塗料にオイゲノールとバニリンを配合して試験を行った（実施例２）。

全ての図中の説明文において上から下へ示される説明の順番は、各図において左から右へと並ぶグラフの順番に対応する。

実施例１：遊離形態の化合物を用いる試験
遊離形態の化合物を用いる試験は、以下のものを使用しておこなった：
− ０.５ｇ／ｌ〜４ｇ／ｌ濃度のオイゲノール；有機溶媒（メタノール）中に溶解させた。
− ０.１ｇ／ｌ〜５ｇ／ｌ濃度のバニリン。
− ２ｇ／ｌ濃度のベンズアルデヒド誘導体。

バイオフィルムの形成は、付着増殖させた細胞中に保持されたクリスタルバイオレット量を測定する関節的な方法で評価した。

試験は、２週間の静置状態下で増殖させた培養物のバイオフィルムから抽出した海水細菌を、２４個のウェルを有するマイクロプレートに植菌して行った。化合物の効果は、酵母エキス（３ｇ／ｌ）と真菌ペプトン（５ｇ／ｌ）を補充した合成海水（熱帯海域の海水塩；３３ｇ／ｌ）中で、微生物（開始ＯＤ_６００＝０.５）を培養することにより測定した。植菌後、バイオフィルム（ＯＤ_５７０）の形成およびプランクトン（ＯＤ_６００）の増殖を評価する前に、該プレートを２０℃で５日間かけて培養させた。バイオフィルムをクリスタルバイオレットで染色した後、該バイオフィルムを評価した。

オイゲノール
０.５ｇ／ｌ〜４ｇ／ｌの範囲で濃度を示すオイゲノールを用いることにより、付着性の抑制試験を２４個のウェルを有するマイクロプレートでおこなった。３ｍｌのメタノールと５ｍｌの１０ＭＮａＯＨ溶液の中へ、２ｍｌの該化合物を融解させることにより、オイゲノール原液を調製した。オイゲノールを含有しない含水アルコール溶液を同量添加することにより、対照プレートを準備した。図１において示される結果は、Ｍ１個体群を使用することにより得られた。それに続いて、濃度０.５ｇ／ｌのオイゲノールを使用して、全７種の個体群について試験を繰り返した。図２における結果によると、オイゲノールが穏やかな作用（約１５％の抑制）を示すＴ３と、約６０％の抑制を示すＦ１を除き、全ての個体群に関するバイオフィルム形成において、オイゲノールは約５０％の減少を生じさせた。

バニリン
バイオフィルム形成の抑制剤としてのバニリンの有効性を評価するために、バニリン濃度を０.１ｇ／ｌ〜５ｇ／ｌへと増加させたマイクロプレートで複数の試験を行った。Ｔ１（図３ａ）、Ｍ１およびＴ２（図３ｂ）、Ｍ１（図４）ならびに、Ｍ１、Ｔ１〜Ｔ５およびＦ１（図５）個体群に由来するバイオフィルム形成性細胞を使用しておこなった試験は、濃度１ｇ／ｌ以上のバニリンが固体表面への微生物の付着を抑制することを示す。この抑制効果は、培養を１０日間行った後も持続する（図４）。濃度２ｇ／ｌのバニリンと、濃度３ｇ／ｌのバニリンを使用して、入手できる全７種類の個体群ついて抑制試験を繰り返した。得られた結果（図５）によると、使用した濃度でのバニリンは、５０〜７０％の範囲で微生物の付着を減少させることが判明した。

ベンズアルデヒド誘導体
図６において示される種々の置換安息香酸を用いて、幾つかの試験を行った。このような試験は、バニリンの有効性に匹敵する有効性を備える試験化合物が微生物の付着を抑制することを明示した。

実施例２：防汚塗料試験
上記試験で使用した海水細菌の付着増殖の抑制に関して、本発明による微生物付着防止剤を補充した塗料の有効性を評価した。バイオフィルム（ＯＤ_５７０）の形成は、２４個のウェルを有するマイクロプレートを用いて上述の分光学的定量法により評価した。

任意の防汚化合物を含有しない塗料に、バニリンおよびオイゲノールを３種類の濃度（塗料１ｋｇあたり５ｇ、１００ｇおよび２００ｇ）で添加した。

市販の防汚型製品（ベネツァーニ・ラファエロ・ビアンカ・レーシング社製）で塗装したマイクロプレートと未塗装のマイクロプレートを用いることにより、比較分析をおこなった。ベネツァーニ・ラファエロ社製の対照塗料は、チオシアン酸銅（ＣｕＳＣＮ）を高濃度で含有し、ジクロフルアニドと「純粋な炭素」粒子が存在することを特徴とする親水性の防汚塗料である。

試験に付す塗料を、ウェルの底面に塗布することなく、該ウェルの側面のみに塗布した（約８.８ｃｍ^２に相当する）。塗装後のプレートを付着試験で使用する前に、乾燥および換気させた環境下にて、２０℃で２日間保持した。該プレートを、（６００ｎｍで測定した）光学密度が０.５吸光度単位を示す細胞懸濁液で植菌し、２０℃で５日間、暗闇で静止培養に付した。５日後、マイクロプレートの水気を切り、培養培地の吸光度増加を分光光度法で評価することにより、プランクトン個体群の増殖率を測定した。微生物によるバイオフィルムの形成の検出および定量化を、分光光度分析によりおこなった。所定の時間内で増加する、液体培地中の殺生剤濃度を、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）を介して測定することにより、静止状態下における殺生剤の放出速度を算出した。
各殺生物剤に関して、５つのマイクロプレートを準備した：
− １.未処理のマイクロプレート；
− １.市販の防汚塗料で処理したマイクロプレート；
− １.塗料１ｋｇあたり５０ｇの微生物付着防止剤を補充した塗料で処理したマイクロプレート；
− １.塗料１ｋｇあたり１００ｇの微生物付着防止剤を補充した塗料で処理したマイクロプレート；
− １.塗料１ｋｇあたり２００ｇの微生物付着防止剤を補充した塗料で処理したマイクロプレート；

オイゲノールを補充した塗料
塗料１ｋｇあたり、それぞれ５０ｇ（Ｅ５０）、１００ｇ（Ｅ１００）および２００ｇ（Ｅ２００）のオイゲノールを含有する３種類の配合物を使用することにより、微生物汚染に対する表面保護処理をおこなった。Ｍ１、Ｔ１〜Ｔ５およびＦ１個体群を混合した７種類のバイオフィルム形成性海水微生物に対する、微生物付着防止剤としてのオイゲノールの有効性を評価する予備試験は、塗料１ｋｇあたり１００ｇのオイゲノールを補充した塗料を用いて行った。

得られた結果によると、市販の製品と比べて、オイゲノールを補充した塗料は、微生物によるバイオフィルム形成をより効果的に妨げることが判る。この結果は、生物学的測定法で使用する微生物個体群の種類と無関係である（図７参照）。また、最も低濃度でもこのような結果が生じることが判る。図７および８において、相対活性は対照塗料（ベネツァーニ・ラファエロ）に対する値である。相対活性が高いほど、より効果的な塗料に相当する。

実質的な方法で処理面への細菌性細胞の付着を防止する点より、船体用塗料中の微生物付着防止剤としてオイゲノールを使用できることが得られた結果より判明した（図７参照）。塗料１ｋｇあたり５０ｇのオイゲノールを使用することで、市販品と比較して、海水細菌の付着増殖を１.２〜３.２倍削減できる（図８参照）。

バニリンを補充した塗料
塗料１ｋｇあたり、それぞれ５０ｇ（Ｖ５０）、１００ｇ（Ｖ１００）および２００ｇ（Ｖ２００）のバニリンを含有する３種類の配合物を使用することにより、微生物汚染に対する表面保護処理をおこなった。

得られた結果によると、市販品と比べて、バニリンを補充した塗料は、微生物によるバイオフィルムの形成をより効果的に妨げることが判る（図９参照）。微生物付着防止活性は３種の微生物個体群において検出可能であることが判る。この図において、相対活性は対照塗料（ベネツァーニ・ラファエロ）に対する値である。相対活性が高いほど、より効果的な塗料に相当する。

実質的な方法で処理面への細菌性細胞の付着を防止る点より、船体用塗料中の微生物付着防止剤としてバニリンを使用できることが得られた結果より判明した。塗料１ｋｇあたり５０ｇのバニリンを使用することで、市販品と比較して、海水細菌の付着と増殖を１.５〜１５.８倍削減できる（図９参照）。

バニリンの放出は、生物学的検定法で使用される３種類の個体群のプランクトン増殖による影響を低減させている（図１０参照）。この結果によると、微生物の付着増殖に対するバニリンの効果は、プランクトン増殖の抑制に起因しないことが判る。図１０において、吸光度（ＯＤ_６００）の上昇は、未処理の試料（未塗装）と比べた相対値として表される。

さらに、異なる速度で微生物付着防止剤を放出するバニリン補足塗料を用いて、更なる試験をおこなった。該試験によると、水相内にバニリンを徐放させることで、経時的により安定する防汚塗料の調製を可能にすることが証明された（図１１参照）。図において、微生物付着防止活性は、各配合物に対して決定された最も高い活性（１００％として表わされる）に対する値である。

微生物付着防止剤を混合して補充した塗料
５２.５ｇのバニリンを含有する塗料１ｋｇあたり、５２．５ｇの３,４−ジメトキシベンズアルデヒドを添加することにより、バニリン単体を含有する塗料と比べて、海水細菌の付着増殖を５０〜６０％に減少させることができた（図１２；混合）。

５２．５ｇの亜鉛ピリチオン（Ｚ５２.５＋混合）を含有する人工塗料１ｋｇあたり、バニリン（５２.５ｇ）と３,４−ジメトキシベンズアルデヒド（５２.５ｇ）とを添加することにより、亜鉛ピリチオン単体を含有する塗料（図１２；Ｚ５２.５）と比べて、処理面への細菌性細胞の付着を４〜８倍の比率でより効果的に防止できる防汚塗料を得ることができる。この図において、バイオフィルムの形成は、塗料１ｋｇあたり５２.５ｇのバニリンを含有する塗料で処理した表面から検出されるバイオフィルム量（１００％）に対する百分率として表される。バイオフィルムの形成が減少すること（より低い百分率）は、塗料のより優れた有効性を示す。

本発明による微生物付着防止剤と常套の殺生剤との混合物を補充した塗料
バニリンと亜鉛ピリチオン（ＣＡＳ番号.１３４６３−４１−７）を含有する実施例２において示した成分を混合することにより、防汚塗料を調製した。亜鉛ピリチオン（Ｚ）とバニリン（Ｖ）を、１：１の重量比で、すなわち塗料１ｋｇあたり４０ｇ（Ｚ４０＋Ｖ４０）と５２.５ｇ（Ｚ５２.５＋Ｖ５２.５）の２種類の異なる濃度で塗料に使用した。バニリンを有さず、亜鉛ピリチオンを単体で含有する防汚塗料（Ｚ５２.５；塗料１ｋｇあたり５２.５ｇの殺生剤を含有する）を対照試料として使用した。

得られた結果（図１３）によると、バニリンを補充した塗料は、実験したいずれの濃度（塗料１ｋｇあたり４０ｇおよび５２.５ｇのバニリン）においても、亜鉛ピリチオンを単体で含有する場合（Ｚ５２.５）に比べて、より効果的にバイオフィルムの形成を妨げることが判る。

亜鉛ピリチオン濃度を、塗料１ｋｇあたり５２.５ｇから４０ｇに減少させた場合でも、バニリンによる塗料の防汚活性の向上が、試験に付した微生物個体群（Ｍ１およびＴ１）のいずれにおいても発見できる（図１３参照）。この図において、バイオフィルム形成率は、亜鉛ピリチオンを含有する塗料で処理した表面に検出されるバイオフィルム量（１００％）に対する百分率として表される。バイオフィルムの形成が低下する（百分率がより小さい）ことは、塗料の有効性がより優れることを意味する。

Claims (14)

1. 生態学的に適合する微生物付着防止剤であって、オイゲノール、バニリン、−ＯＨ基（ヒドロキシ基）および−ＯＣＨ_３基（メトキシ基）から選択される１つまたは２つの置換基で置換されたベンズアルデヒド、並びにこれらの任意の混合物から成る群から選択される化合物を含有することを特徴とする該微生物付着防止剤。
2. オイゲノール、バニリン、４-ヒドロキシベンズアルデヒド、３,４−ジヒドロキシベンズアルデヒド、２,５−ジメトキシベンズアルデヒド、３,４−ジメトキシベンズアルデヒド、およびこれらの任意の混合物から成る群から選択される化合物を含有する請求項１に記載の微生物付着防止剤。
3. 請求項１または２に記載の微生物付着防止剤と、常套の殺生剤、溶媒、樹脂、顔料、充填剤、フィラーおよびこれらの混合物から成る群から選択される少なくとも１種の更なる成分とを含有する塗料。
4. 常套の殺生剤が、以下のものから成る群から選択される請求項３に記載の塗料：亜鉛ピリチオン、銅ピリチオン、エチレンビスジチオカルバミン酸亜鉛、トリフルアニド、ジクロフルアニド、４,５-ジクロロ-２-Ｎ-オクチル-４-イソチアゾリン-３-オン、Ｎ'-tert-ブチル-Ｎ-シクロプロピル-６-（メチルチオ）-１,３,５-トリアジン-２,４-ジアミンおよびこれらの任意の混合物。
5. ３ｗｔ％〜３０ｗｔ％の微生物付着防止剤を含有する請求項３または４に記載の塗料。
6. ５ｗｔ％〜４０ｗｔ％の樹脂を含有する請求項３〜５のいずれかに記載の塗料。
7. １０ｗｔ％〜４５ｗｔ％の溶媒を含有する請求項３〜６のいずれかに記載の塗料。
8. １０ｗｔ％〜３０ｗｔ％の顔料を含有する請求項３〜７のいずれかに記載の塗料。
9. ３ｗｔ％〜３０ｗｔ％のフィラーおよび充填剤を含有する請求項３〜８のいずれかに記載の塗料。
10. 塗料が防汚塗料である請求項３〜９のいずれかに記載の塗料。
11. 塗料が船舶用の防汚塗料である請求項１０に記載の塗料。
12. オイゲノール、バニリン、−ＯＨ基（ヒドロキシ基）および−ＯＣＨ_３基（メトキシ基）から選択される１つまたは２つの置換基で置換されたベンズアルデヒド、並びにこれらの任意の混合物から成る群から選択される化合物の、塗料中の微生物付着防止剤としての使用。
13. 塗料が防汚塗料である請求項１２に記載の使用。
14. 塗料が船舶用の防汚塗料である請求項１３に記載の使用。

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