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
/ x9 G& C0 Z% k/ y* {5 l0 U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。
! n% [% y% a) l" V& G; z) D2 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
      d$ c+ h& r1 c
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    + W" m. F5 x  L. j1 N, T4 c* n  @6 ]6(周)真菌總數，個/ml3×103<102<102<102<1022×1021×1045×104
    
    
    
    4 a8 Y! m# v$ P0 D. p
    - k  X+ u. L, C/ jpH值10.028.909.009.099.069.068.948.96
    4 R/ n: ^1 ~% o. ^# [9 i- i
    8 h1 A9 y. c3 X. q6 t! [  `, Y
    
    
    外觀未變未變未變未變未變油油塊油塊
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    , s; g' p- e! S
    * V1 F" m: W( N) J7 v- j
    5 ~/ B, I. H0 ?& Q: P" z  E
    2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
      c9 X; a8 S- F8 K1 @- a" qpH值10.098.919.039.089.069.169.249.379.449.419.409.20
    3 \. a/ l7 q4 h3 l" h/ j" `6 k' t2 H0 t外觀未變未變未變未變未變未變未變未變未變油油油塊
    3細菌總數，個/ml5×105<102<102<102<1021×1066×106
    
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    4(周)真菌總數，個/ml2×103<102<102<1022×1033×1046×104
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    7 D/ S6 j1 n# X. e. C. A
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    pH值9.978.908.978.908.878.778.97
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    + p5 Q% u8 j! U; [4 j- t8 X& @# `
    6 o7 r: F& C& S* r0 R4 J外觀未變未變未變油油塊油塊油塊
    6 A8 q' f3 M# @4 \% W' B* \
    
    ( E- r" E: e" G9 i7 J1 o& g
    
    1 U0 _8 v  O  `1 Y3 E
    4細菌總數，個/ml2×105<102<102<102<102<102<102<102<102<102<102
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    8 Q+ N$ s. X2 k9 N10(周)真菌總數，個/ml2×103<102<102<102<102<102<102<102<1022×1042×104
    
    - w% O7 A1 f0 h2 r: m" T! ApH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
    
    5細菌總數，個/ml3×1061×1073×1065×1068×1067×1061×107
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    1(周)
    真菌總數，個/ml1×103<102<102<102<102<102<104
    
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    3 d% Q5 B- s1 Q. y3 z4 e0 L5 F
    
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    pH值9.958.568.668.718.678.828.70
      h/ F% ^$ M: \1 b, s7 j. t
    
    
    
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    ) c+ g3 O9 _# C  f  m; q4 ~外觀未變未變未變油油油油
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    * v7 F$ a6 g$ U' c6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
    
    
    
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    # _# A) {4 q6 ?8 V8 H* H
    + J5 E3 i7 w& D. A8 M, W0 z. |
    , c$ g9 J9 s# z1(周)真菌總數，個/ml1×1031×1032×1033×103
    1 f7 b2 H! T  C6 }: m
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    3 l* f$ t6 ^5 p
    
    
    pH值9.038.438.658.46
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      f8 j4 ~3 B( c$ |) d5 L
    
    
    
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    外觀未變未變油塊油塊
    
    
    
    , K' k8 N* o$ e- B5 T( ]
    
    
    - y* f" U0 B( t- A5 Z% ~6 X7 C1 R: j
    2 V5 a) c4 N8 z+ J) q- W7 _
    5 w7 Q# W% g7 z! W8 e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

! E+ P' q2 }* G3 k( r4 O5 P2 J復合抗菌劑的現場應用
+ e5 X% t& v7 i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
( |& B0 U3 ?9 n; w<1029×102真菌總數，個/ml<102<102<102<102<102
<102<102pH值9.949.679.609.829.79
: x& R' I) ]  q% N0 a% l' O9.709.80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
# Z* @" j4 B8 ^* a) o" N5×103<102
真菌總數，個/ml
<102<102<102
<102<102
5 o3 g5 k7 m2 ^# ?7 ]pH值
& i+ V4 \$ y# h) Z/ ^9.759.789.67
; A: F: _3 m/ O2 M9.689.68
防銹性能
通過通過通過
( a- y. r9 Z" z- N; L通過通過
: L% C: j6 i) L6 [; M4 h3細菌總數，個/ml<102
7 i, b8 r- _7 m' J1×105<1024×1041×105
' w3 p( }/ g0 n( }( U( C3 V2×102真菌總數，個/ml<102
7 W5 x$ ?% [! t7 c( k, e<1028×1024×103<102
5 j2 \% v- {: ?. `<102pH值9.40
: F+ `# n  ^* C4 f1 P4 z8.969.459.238.92
0 J7 ~, @: w+ Q' D; a9.27防銹性能通過
& u2 p% k+ w) V9 V5 z) r" \通過通過通過通過
通過4細菌總數，個/ml4×102
<1023×1021×1054×1063×107
) a0 W- L" J1 b6 r$ T( c, r* y真菌總數，個/ml<102
' H/ A; `7 t1 _5 u<102<102<102<102<102
pH值9.34
9.369.129.038.958.57
防銹性能通過
6 x" H: x# r* f  A9 e通過通過通過通過通過
9 y6 {" i' B5 D% P' f1細菌總數，個/ml<102<1023×103
+ [# ^+ R( R: G+ z2 `  ?% p<102<102

' ]) T4 X9 }! @% A2 ^* o! }5 S真菌總數，個/ml<102<102<102
<102<102

pH值9.719.889.83
9.889.89

防銹性能通過通過通過
  @8 M* q) [# n# ]$ m5 W2 {( z- W通過通過
8 M5 V; j. {7 u0 G7 J, S
, K6 d" C' d6 Z1 G& `2細菌總數，個/ml<102
<102
! h) M' k  K/ ~& x2 d9 E4×103
  i6 ^9 p, _  I. i/ J9 W% P

真菌總數，個/ml<102
; G5 [4 [7 M& u& q. V<102
) _- `; z/ e7 T- s4 U' w. R7 T4 r3×102
$ M) q! C% a8 Y6 c- E8 B2 P/ f+ A

2 p' f2 f- M  }3 QpH值9.76
1 E/ s5 N7 r$ h7 h( i  O3 D9.72
& ]2 f6 [3 p- Z0 p7 \4 X9.82
+ D- Q$ u  W; F/ P/ z/ r6 s, g! e
; S9 J5 y, j9 s$ }- W/ j0 M: d& ^
防銹性能通過
# W+ D7 Y$ K" Y9 j% U通過
通過
% k& v6 p' [* ~( m" w7 l8 v

3細菌總數，個/ml3×1044×1051×104
# Y2 A: d, c# M% y, P4 G# |- \8×103
5×1031×104真菌總數，個/ml<102<102<102
<102
<102<102pH值9.299.199.27
9.27
. l  f1 U% q3 w9.569.26防銹性能通過通過通過
通過
. E' D9 S! _: Y6 p7 i8 L通過通過4細菌總數，個/ml1×1028×104
5×105
; N. t; j; T  _2 B8 J0 s- m) ?' b$ ^4×105

真菌總數，個/ml<102<102
2 c9 f# {8 o8 k6 o<102
<102

; Q; ]) e$ }0 x& Y5 ]pH值9.058.90
8.81
8.31
) U9 [0 F. e; I9 h
防銹性能通過通過
+ _4 Q: I. v5 j% t' g0 a0 I- h' l% f通過
通過

& g! b% [( j% o0 j' _$ q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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抗菌劑提高水基金屬加工液壽命的研究
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