抗菌劑提高水基金屬加工液壽命的研究

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抗菌劑提高水基金屬加工液壽命的研究
水 基金屬加工液(包括乳化液和合成液)廣泛用於機械加工行業，它具有冷卻性能和清洗性能好、成本低等優點，但也具有易 腐敗變質、使用壽命較短等缺點。腐敗變質是細菌、真菌等微生物在水中大量繁殖的結果。微生物大量繁殖破壞了乳化液的穩定性，使乳化液的各種使用性能降低： 也導致pH值下降，從而產生銹蝕：對操作人員也有不利影響，如難聞的氣味、刺激皮膚、過敏反應等。加入抗菌劑是防止腐敗變質、提高水基金屬加工液使用壽命 的主要措施。國外在水基金屬加工液中普遍使用抗菌劑，抗菌劑品種達數十種。而國內使用抗菌劑仍不普遍，一些加工液在夏天的使用壽命僅一周左右。雖然用於其 它領域的抗菌劑品種很多，但大部分不能用於加工液。用於加工液的抗菌劑應有如下特性：(1)與加工液有較好的化學和物理相容性：(2)一定的穩定性，能在 較長時間內起抗菌作用：(3)對細菌和真菌都有較好的抑製作用：(4)低毒：(5)可接受的成本。本文采用試驗室通氣裝置模擬現場使用條件，定期檢測細菌 和真菌數量及pH 值，記錄加工液的外觀變化，對各抗菌劑進行了篩選。同時還在多台機床上進行復合抗菌劑的現場應用試驗，定期監測細菌和真菌數量、pH值、外觀變化和防銹性 能等。
: W; ^9 ~; k8 \/ e. N2 試驗

編號 抗菌劑類型 濃度(%) 備註 表1 評定試樣1含氮雜環化合物Ⅰ0.07參照廠家推薦濃度2含氮雜環化合物Ⅰ0.103含氮雜環化合物Ⅱ0.134含氮雜環化合物Ⅱ0.195含硫化合物0.0166復合抗菌劑0.100.07%含氮雜環化合物Ⅰ+0.016%含硫化合物+少量穩定增效劑7無
純金屬加工液
• 試驗室試驗 本文所採用的方法綜合了國外有代表性的試驗方法：每個週期對評定的試樣通空氣5天，停氣2天，定期加入現場取得的並經培養的菌種。每個週期結束後分別測定細菌、真菌和pH值等。樣品變質指標為：細菌總數>107個/ml，真菌總數>103個 /ml。試驗條件：(1)試驗室：符合生物試驗要求。(2)儀器設備：通氣裝置、pH 計、生化培養箱、菌落計數器和接種試驗台等。(3)金屬加工液：採用硬度為100～150mg/L(碳酸鈣)的水稀釋乳化液濃縮液，稀釋倍數為 20。(4)評定樣品：在金屬加工液中加入各種抗菌劑，見表1。(5)菌種：從現場取得變質的金屬加工液，於上述金屬加工液中培養至細菌總數>5 × 108 個/ml，真菌總數>104個/ml。
• 現場應用試驗 現場應用試驗於1997年夏季在北京第一機床廠進行，復合抗菌劑以0.10%的劑量加入到乳化液和合成液中，各在兩台磨床上進行了使用試驗，定期監測細菌和真菌數量、pH 值、外觀變化和防銹性能(一級鑄鐵，35±2℃，48h，單片)。 3 試驗結果分析
  • 抗菌劑的抗菌性能 對 表1所列抗菌劑進行抗菌效果試驗，試驗結果見表2。從表2中的細菌和真菌總數、變質期來看，不加抗菌劑的7號樣品對細菌和真菌都沒有抑製作用：各種抗菌劑 對細菌或真菌都有一定的抑製作用。其中：(1)1～4號樣品都是真菌先超過變質指標，說明含氮雜環化合物Ⅰ和Ⅱ對細菌的抑製作用優於對真菌的抑製作用：並 且2、4號樣品的變質期分別比1、3號樣品長，說明在選定的劑量範圍內抗菌劑的劑量高其抗菌效果更好。(2)5號樣品是細菌超過變質指標，真菌在6周內無 明顯增長，說明此含硫化合物對真菌有好的抑製作用，而對細菌抑製作用不明顯。(3)6號樣品經過長達20 周的試驗仍不變質。顯然，氮雜環化合物Ⅰ和硫化合物復合使用有明顯的協同作用，對細菌和真菌都有極好的抑制效用。編號 評定項目 始點 一周 二周 三周 四周 五周 六周 七周 八周 十周 十一周 十二周 二十周 變質期 表2 試驗室試驗結果1細菌總數，個/ml5×105<102<102<102<102<102<1026×105
    . |7 _" ]- V" {% y3 |& ^4 Z
    ' G8 X" K% ^+ r, s" X& D
      K& W% H  j0 v$ V1 E9 A
    
    # T' W7 z( p( B9 c8 L6(周)真菌總數，個/ml3×103<102<102<102<1022×1021×1045×104
    , R8 d5 @8 M* y/ l0 p* S- D' O
    # E1 c) Z- c$ j1 i) G* D
    
    
    + [' ~! y( Z5 e" k3 e: J5 g/ IpH值10.028.909.009.099.069.068.948.96
    % a% L3 v8 w2 t
    9 u$ |9 P- r9 C+ M6 ~7 a$ c
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    外觀未變未變未變未變未變油油塊油塊
    
    
    . D& F. s! m& c( N% _4 q
    5 N+ g+ z  i/ f; G% z! m, e0 L. m
    # O, w$ ?/ h7 I0 N2細菌總數，個/ml3×105<102<102<102<102<102<102<102<102<102<102<102
    12(周)真菌總數，個/ml2×103<102<102<102<102<102<102<102<102<102<1028×103
    ' O" _6 J, H6 zpH值10.098.919.039.089.069.169.249.379.449.419.409.20
    外觀未變未變未變未變未變未變未變未變未變油油油塊
    6 O/ d4 i( l% k6 V2 G8 y) t3細菌總數，個/ml5×105<102<102<102<1021×1066×106
    
    0 P" E. v" }2 b- n
    
    
    
    - k: `9 J- I' ~) S0 c4 G: k8 a4(周)真菌總數，個/ml2×103<102<102<1022×1033×1046×104
    
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    " Q7 f8 @& ]& |; x9 U) ^! F3 q
    
    
    1 i$ ^* |8 y4 T% X) @pH值9.978.908.978.908.878.778.97
    
    
    ) p6 w2 B: H' r0 S! j8 D
    1 y3 D" V7 N- }1 i" M1 p0 M
    * k! \3 K: v6 u2 S
    8 j2 h1 h- [. H6 l: M外觀未變未變未變油油塊油塊油塊
    4 u' {: `6 C3 }- B; a$ Y
    
    5 O) N. r1 t5 H' h- {$ h) V
    7 B% Y( W' O0 U7 e6 T$ V
    
    4細菌總數，個/ml2×105<102<102<102<102<102<102<102<102<102<102
    
    + X- N/ e4 Z* a, h* E7 W, [9 P+ O2 c10(周)真菌總數，個/ml2×103<102<102<102<102<102<102<102<1022×1042×104
    
    pH值10.118.919.019.099.029.209.269.379.429.349.24
    
    外觀未變未變未變未變未變未變未變未變未變油塊油塊
    : \! y7 b- w0 F3 B" t0 d9 N- ?
    5細菌總數，個/ml3×1061×1073×1065×1068×1067×1061×107
    
    
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    % S3 A% `( x1 s' `# `. X) I& J1(周)
    : X' N/ o2 d8 {( m真菌總數，個/ml1×103<102<102<102<102<102<104
    
    
    
    
    ) v/ k  O. F3 t9 W2 C
    ( g5 N4 `' ~! N/ g3 O$ d0 x9 A6 mpH值9.958.568.668.718.678.828.70
    / i9 H' u7 ^$ [1 c7 u! p7 r
    
    2 B- O% i- `: {9 y
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    外觀未變未變未變油油油油
    
    
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    0 d9 f5 p- V# h8 |2 c9 R
    
    6細菌總數，個/ml3×105<102<102<102<102<102<102<102<102<102<102<102<102>20(周)真菌總數，個/ml1×103<102<102<102<102<102<102<102<102<102<102<102<102pH值9.958.908.989.009.039.149.219.369.349.419.369.369.38外觀未變未變未變未變未變未變未變未變未變未變未變未變未變7細菌總數，個/ml4×1061×1071×1071×107
    " h( m. p  f. o) a" R( a$ O
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    9 d. O5 p5 W" t) Q- c
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    # W; n8 R8 J4 K: f. L* q. n1(周)真菌總數，個/ml1×1031×1032×1033×103
    
    1 x$ u( ~- @0 U' K- y: B$ _2 }
    
    
    
    
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    pH值9.038.438.658.46
    3 \, \, ?4 q% l- W8 o& b, g1 \
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    外觀未變未變油塊油塊
    
    * I( |! ~. R6 p
    
    
    
    
    6 B5 D! N: q% O' I
    
    ; l' R6 I0 c! h7 R6 n表中：「油」是指乳化液析油：「油塊」是指乳化液析油並出現塊狀物。由 表2還可看出，乳化液的外觀變化在一定程度上也能反映微生物的繁殖情況。接近變質期時，都有析油現象出現：當真菌總數超過變質指標時，乳化液中出現塊狀 物。乳化液中的基礎油和各種添加劑都是微生物賴以生存的營養物質，當乳化劑被微生物消耗到一定程度時，乳化液的穩定性受到破壞，因此析油。另據文獻報道， 真菌的大量繁殖導致塊狀物產生，這些塊狀物易堵塞機床的冷卻液循環管線和濾網，要徹底清理這些含大量真菌的塊狀物很困難。因此，應嚴格控制真菌數量，或在 大量出現塊狀物之前就更換金屬加工液。

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抗菌劑提高水基金屬加工液壽命的研究

& G3 D- ~+ M1 Y復合抗菌劑的現場應用
對上述試驗篩選出的復合抗菌劑進行了現場應用試驗，未加抗菌劑的合成液和乳化液的pH值分別為10.10和8.94，加入0.1%復合抗菌劑後的pH值分別為10.13和9.59。未加抗菌劑的合成液在使用三天後，pH值為8.20，細菌總數為4×107個/ml，真菌總數為40個/ml，防銹性能不通過。未加抗菌劑的乳化液使用6天後，pH值為7.76，細菌總數為4×107個/ml，真菌總數為5×103個/ml，防銹性能不通過。復合抗菌劑的現場應用試驗結果見表3。 編號 評定項目 始點 一周 二周 三周 四周 五周 六周 七周編號 評定項目 八周 九周 十周 十一周 十二周 十三周 十四周 十六周 表3 復合抗菌劑的現場應用試驗結果1細菌總數，個/ml<102<102<102<102<102
3 V9 y( h/ R) k- \: k! v<1029×102真菌總數，個/ml<102<102<102<102<102
0 U% ~  O# k9 k<102<102pH值9.949.679.609.829.79
0 Q6 ]5 a  ]' M; O$ R4 N9.709.80防銹性能通過通過通過通過通過
通過通過2細菌總數，個/ml
<102<1023×103
5×103<102
真菌總數，個/ml
<102<102<102
<102<102
6 m4 p. i7 x2 A5 ^: t0 \$ S: ~( `0 F& d* YpH值
9.759.789.67
/ O8 |) S' c/ k+ L9.689.68
; L$ M: G* W4 q2 U5 o" h防銹性能
1 j7 h" B: x  ?) T/ S. G* q通過通過通過
通過通過
( {0 v# U/ Q: B$ [( {3細菌總數，個/ml<102
, O# ~9 V0 a. ~3 @: r% H1×105<1024×1041×105
* c' k6 y& w( |  @2×102真菌總數，個/ml<102
<1028×1024×103<102
5 X- y; m% h7 F% a$ w<102pH值9.40
8.969.459.238.92
9.27防銹性能通過
通過通過通過通過
通過4細菌總數，個/ml4×102
<1023×1021×1054×1063×107
真菌總數，個/ml<102
<102<102<102<102<102
% _$ w! e! d* z% S- [pH值9.34
9.369.129.038.958.57
防銹性能通過
通過通過通過通過通過
1細菌總數，個/ml<102<1023×103
<102<102
" o; g) e9 D6 l1 G% [& N( w; N
- w5 q% ?6 Y$ m4 j真菌總數，個/ml<102<102<102
<102<102

pH值9.719.889.83
9 y: r5 g7 k0 Z/ Q% L; f( D( K: g# f9.889.89

/ @# i) i4 G; E防銹性能通過通過通過
4 W' o- a( J+ h9 {通過通過

: M7 J2 }# Z" D* U2細菌總數，個/ml<102
( g- H6 K( A1 _) @" K<102
  J3 ^/ S# v- c4×103
; Y; r/ c" V, z5 M; h
+ K2 x0 z4 g- }% y5 y, y
5 S+ T5 {. N( F2 o* N& ?真菌總數，個/ml<102
<102
3×102
; w. e& ~( g5 |  v+ q+ |; l

pH值9.76
/ `- K6 H# a7 z2 B7 n! u% ~9.72
9.82
+ j+ r  Y' Y  F% q( U. e. \
! O/ ]# p4 t) o7 k9 u* \
& i9 `$ y" V) [. S3 @防銹性能通過
通過
通過

% }# [) @3 p, E; i& W  W/ T/ r9 v
  g8 G2 H# R  n1 x5 d: u3細菌總數，個/ml3×1044×1051×104
8×103
$ ~6 h# G6 H$ Z* u5×1031×104真菌總數，個/ml<102<102<102
<102
<102<102pH值9.299.199.27
( ^3 f) S5 n3 r4 F  P9.27
( R' m& ]7 A+ i6 T% v0 C9.569.26防銹性能通過通過通過
, q! j0 g$ x6 f4 l6 S3 w7 i通過
! K* P2 p- x& b. s通過通過4細菌總數，個/ml1×1028×104
5×105
4×105

真菌總數，個/ml<102<102
7 g5 o2 W$ b. z<102
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8.81
8.31
" ?9 C) ~* Y7 w; Q$ A1 i
防銹性能通過通過
通過
/ I7 v" y$ C- [通過

註：編號1、2 為合成液：3、4 為乳化液：在試驗期間，1～4 號樣品的外觀無明顯變化，即無嚴重析油和塊狀物等現象出現。從上述試驗結果來看，未加抗菌劑的合成液和乳化液使用不到一周，防銹性能都不通過，細菌總數都達4×107個/ml，乳化液的真菌總數達5×103個/ml，操作工人基本上每週更換一次加工液。加入0.1%復合抗菌劑後，連續使用三個月各項指標基本正常(試驗僅進行三個月是因為加工屑等沉積於液槽，需清理)，其中：(1)細菌總數基本上控制在1×106個/ml 以下，僅4號樣有一次高於1×107個/ml，但防銹性能和外觀都正常，這可能與取樣方式等偶然因素有關。(2)真菌總數基本上控制在1×103 個/ml以下，僅3號樣有一次高於1×103個 /ml，但防銹性能和外觀也都正常。(3)防銹性能都正常：外觀也無明顯變化。(4)加入復合抗菌劑後，乳化液的pH值略高：在三個月的使用期間，合成液 和乳化液的pH值都能控制在一定的範圍：而未加抗菌劑的合成液和乳化液在變質後，pH值都明顯下降，這是因為微生物的新陳代謝產物多為酸性物質，因此監控 pH值在一定程度上也能反映微生物繁殖的情況。 對比復合抗菌劑的試驗室試驗和現場應用試驗結果，在20周的試驗室試驗中，細菌總數和真菌總數都小於102個/ml：而在三個月的現場應用試驗中，細菌總數和真菌總數雖能控制在一定範圍，有時卻高於102個/ml，這說明現場比試驗室試驗條件苛刻。 4 結論

• 試 驗室試驗表明，不同類型的抗菌劑對細菌和真菌的抑制效果不同，含氮雜環化合物Ⅰ、Ⅱ對細菌的抑制效果較好，其中Ⅰ更好些：含硫化合物對細菌的抑制效果較 差，而對真菌的抑制效果較好：含氮雜環化合物Ⅰ和含硫化合物復合使用具有明顯的協同作用，對細菌和真菌都有很好的抑制效果。金屬加工液的外觀變化在一定程 度能反映微生物的繁殖情況。
• 現場應用試驗表明，復合抗菌劑延長乳化液和合成液的使用壽命達十倍以上。

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