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。
2 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
    
    ! w/ B  ]  V3 p. a* C& B+ {
    + F* V4 {5 H1 l/ ?! n. @+ d3 i
    - P. u; Y" y/ n+ S/ _0 p1 [7 F. e
    ! l! B+ u( A* r3 t6(周)真菌總數，個/ml3×103<102<102<102<1022×1021×1045×104
    0 R* H4 |: s* @& `! l
    
    
    
    pH值10.028.909.009.099.069.068.948.96
    ( i2 H0 J( k" a/ T  J$ O
    
    8 K, h3 R8 A( m5 y, i
    2 p7 j7 v7 j5 K$ M/ S. j
    ' X& Z' i6 G: b' h# H" m! [1 J外觀未變未變未變未變未變油油塊油塊
    
    5 w1 e) F4 W% }' R( A
    ' t7 ?& L" t1 b5 U% i9 ]" @  C
    1 x  E( e# A0 R1 A# b, @; I
    % c: a4 v6 p  J" \* G1 {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
    pH值10.098.919.039.089.069.169.249.379.449.419.409.20
    / l" m/ n. p$ X. Y1 s9 v* m- w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
    
    6 C' e6 X9 G0 \% C
    ) |" V$ t+ r  `& B2 P0 z
    - _! @0 z& h: x
    & r3 x& J; q' R, x- W
    4(周)真菌總數，個/ml2×103<102<102<1022×1033×1046×104
    % t/ n  y( D) w7 W
    5 Q( o2 Z+ o) ^$ x( l6 J# h
    
    : a8 M# e5 C: C+ C6 p1 G
    
    8 \$ q# Z; x: C* D: x/ LpH值9.978.908.978.908.878.778.97
    
    . j. ^- U" [6 l
    6 `( e+ N' s& z+ b. I* d3 }. G
    
    % k  x  Y& {6 v' m* S
    外觀未變未變未變油油塊油塊油塊
    
    
    
    
    6 V' }, h: p' ^/ I$ Y
    9 H) Y- W. Q' s% F' m4 a4細菌總數，個/ml2×105<102<102<102<102<102<102<102<102<102<102
    4 L. L1 t) g. a. k: V
    ( i9 s6 B8 q& ]! Z" ^7 u9 q10(周)真菌總數，個/ml2×103<102<102<102<102<102<102<102<1022×1042×104
    
    ! @: s7 s% `; |( G& }/ }2 z  wpH值10.118.919.019.099.029.209.269.379.429.349.24
    2 ?. z3 l, h& h
    外觀未變未變未變未變未變未變未變未變未變油塊油塊
    - v# E) u  D5 Q
    5 G6 o: T9 L8 c, b, i5細菌總數，個/ml3×1061×1073×1065×1068×1067×1061×107
    5 ?5 `; h( L+ d1 j
    
    
    9 [! _/ x* \8 W: g' C6 B, D3 e
    # X) ?; {4 I4 F  ^* B
    2 Y# H  ]+ R6 |- h) J, y3 R1(周)
    真菌總數，個/ml1×103<102<102<102<102<102<104
    
    
    
    
    : x/ a! {! [1 q, Z
    pH值9.958.568.668.718.678.828.70
    * x0 ?  P$ q5 \0 j$ k6 f
    3 y- G) x7 I* ]7 z
    / A+ `5 ^" ^4 n0 C; ?. s
    
    
    9 I2 T$ b. ?; x外觀未變未變未變油油油油
    
    
    ' H) Y) x$ w) i6 m) H6 }- e! ~
    
    * H7 e( \+ G; g6 H+ E) N) S
    & Y$ x8 ?* J8 [, 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
    
    4 D  |2 @! i' V& u, J0 m
      v/ k& H2 W! Y* R8 d  Q3 }
    6 H' N0 v8 @8 n% c
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    + a. o* K5 p9 i
    
    6 U2 z8 P8 l4 R9 [4 O3 w2 N7 Z0 a
    1(周)真菌總數，個/ml1×1031×1032×1033×103
    / X, t- u. G4 a3 m, P* i2 q$ V
    
    5 J+ w& E' ~5 e
    
    4 Q# }" B/ M/ Y6 o- P0 M
    # E; [3 N+ v9 E4 m% h) i
    
    . O8 Q! U+ I3 w, p- O1 w, y
    pH值9.038.438.658.46
    
    0 l; m; K% M4 {
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    2 j' @' o, m) h
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    外觀未變未變油塊油塊
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    & l5 D+ u* Q- S( ^' W) l/ Q2 D# K
    7 I5 Q! N0 {2 G
    * ?( k. e4 j' J8 k0 \, Y( W
    , n, u5 F: F9 _3 d+ H) [+ b7 j/ ^
    6 w4 I  g3 c; C
    3 Z; t1 J. r- W* n- E3 u8 d3 N% s
    
    0 r7 b! V. K6 U9 x8 D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

& M9 B3 ?9 G$ O' y0 J! k/ }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
<1029×102真菌總數，個/ml<102<102<102<102<102
3 Y6 C2 g9 M6 G: X. H0 A) [3 u+ ?<102<102pH值9.949.679.609.829.79
8 |% J: u/ l+ Q) c& C9.709.80防銹性能通過通過通過通過通過
' `- A/ k* ?! w, i8 h  M/ L通過通過2細菌總數，個/ml
3 N* }+ @1 V8 T! t9 N' c: N+ d<102<1023×103
. P! S7 c3 e1 T! c  b" ]5×103<102
真菌總數，個/ml
1 B% I/ t0 ?3 j0 L<102<102<102
<102<102
pH值
9.759.789.67
9.689.68
2 z  l* a3 }0 F8 e; q防銹性能
4 @4 w; w) H8 `7 H' C通過通過通過
通過通過
" v. C$ w, j3 ^# [3細菌總數，個/ml<102
) f, Z: R( B$ A& o2 S1×105<1024×1041×105
2×102真菌總數，個/ml<102
3 |( j* m: U. y, \. c1 ?% I. h5 j<1028×1024×103<102
<102pH值9.40
8.969.459.238.92
$ e% X# X3 k4 l  H1 b$ A' K! K9.27防銹性能通過
通過通過通過通過
1 G/ g) Q; T8 c通過4細菌總數，個/ml4×102
<1023×1021×1054×1063×107
; l$ X4 M& Q; M3 I- z" u; o' g, Y' i3 b真菌總數，個/ml<102
<102<102<102<102<102
pH值9.34
9.369.129.038.958.57
4 B/ \8 R& j) y; ?5 G. \! d0 h  a. c防銹性能通過
通過通過通過通過通過
4 H" [' R" C$ A* N1 Y1細菌總數，個/ml<102<1023×103
+ Z! X9 Z: a0 G<102<102
# n. l+ c: K* _. D; P) }' c6 ^. ^
真菌總數，個/ml<102<102<102
* C9 z/ ]3 I. ]0 A& H<102<102

pH值9.719.889.83
9.889.89

防銹性能通過通過通過
/ {( b% |5 t" y" {0 A+ v' x通過通過
0 e/ h5 l1 A% b8 {! k& d
2細菌總數，個/ml<102
<102
  _2 \$ a  @4 }& _# |( r( T& ?4×103
; Y9 H  Q9 ~# F6 ^4 Z. X$ q
* t" A# ^9 O" {/ l+ n: w' [
+ z7 N& M7 m( @+ k6 l- U0 e真菌總數，個/ml<102
<102
) y* X/ T0 C7 u# k0 |/ s3×102
& x: g3 b1 O4 C+ h, n: y
! W) M; l5 }9 ^
pH值9.76
9.72
9.82

) w  q$ [  h' ?8 r/ p
防銹性能通過
通過
通過

& L) c8 S2 n3 D, V' s
3細菌總數，個/ml3×1044×1051×104
8 e: B1 L$ ^# _, g1 [% {" z8×103
5×1031×104真菌總數，個/ml<102<102<102
<102
8 |. p, d6 t2 U  M<102<102pH值9.299.199.27
/ {( m9 c' n8 B! K/ B9.27
9.569.26防銹性能通過通過通過
& t2 N. ~6 d4 K% D& ], P通過
通過通過4細菌總數，個/ml1×1028×104
2 b( w; i# q# Q; f5×105
) y" e6 B: w( v4×105
! e- P: G9 m' Q3 A
6 V2 I  m+ r2 M1 F. d真菌總數，個/ml<102<102
* W' G1 Z7 Q' p4 D<102
) M; o6 X, J: C" o6 E! [/ L/ X<102

# g0 O8 v# ~, K! apH值9.058.90
8.81
, a! i5 o' ^: q! p5 q8.31
% D# m  C. o  u. P. ?
7 ^+ |. ^3 x" d, A+ A防銹性能通過通過
3 _# c7 |( I2 h( h; u/ H通過
' X" Z6 z% g6 E. J2 T) |6 v) v1 l通過
1 T. v9 D9 \( p
+ ~: m( J+ ^0 R* l4 t) ^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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