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。
- {" Q4 }; z. f1 O2 c: o2 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
5 ]& B  t9 p& O- B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
    * G: y8 Q, h8 z" x: i/ B
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      Y3 }" d: v, |% Y
    
    6(周)真菌總數，個/ml3×103<102<102<102<1022×1021×1045×104
      A% ?2 H* A6 e3 j
    
    7 R9 v) l1 K" ?, |! m, o" M
    ) X4 C  G! J! ?/ A
    pH值10.028.909.009.099.069.068.948.96
    * k- l, X# L& s5 z# Q' v
    1 h+ i# x- K. S! w0 Q6 S
    
    9 H4 `. @# h/ @1 `
    外觀未變未變未變未變未變油油塊油塊
    
    
    
    0 ?' @2 Q1 B$ x" g3 A- F
    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
    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
    ) `0 P7 G! ?9 g$ G
    
    , U( `* D5 B, j* l7 P
    # h6 c2 Y. g) x% c
    1 f3 _7 ?# `& N# J* \" }. Z3 W
    4(周)真菌總數，個/ml2×103<102<102<1022×1033×1046×104
    # e: `; ^3 m" o- ^
    & u! G7 v+ m% _
    
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    pH值9.978.908.978.908.878.778.97
    
    0 ?3 H- F9 y. ^/ Q/ }# c) m7 R
    / |, J9 M. k( K& O+ b; E
    $ d( Y0 j3 C0 ]  \9 Z
    6 L/ i7 i( \+ @" A
    ) a% Q: Y$ [* X* K( r9 n外觀未變未變未變油油塊油塊油塊
    8 J. i& J8 {% d3 z) g
    
    
    ' B; x3 P7 I/ h  G4 k1 B) z
    , p3 A) n/ {4 m
    4細菌總數，個/ml2×105<102<102<102<102<102<102<102<102<102<102
    
    - @3 a2 m1 G. d10(周)真菌總數，個/ml2×103<102<102<102<102<102<102<102<1022×1042×104
    # t  [8 [1 `8 P& {6 |
    9 P: G! B3 q% P2 ]+ m4 A7 L* m0 ypH值10.118.919.019.099.029.209.269.379.429.349.24
    ! [0 s+ x. u% r3 l9 {' T! e
    " b& j' d4 Q7 i+ Q8 z外觀未變未變未變未變未變未變未變未變未變油塊油塊
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    . ]  c: o% ^1 G5細菌總數，個/ml3×1061×1073×1065×1068×1067×1061×107
    - T- W: |2 H+ [3 G/ c
    
    
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    1(周)
    真菌總數，個/ml1×103<102<102<102<102<102<104
    5 |5 t/ L3 C/ K0 V% C, N
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    1 Y* `: }5 I# r( D) W+ W
    
    $ V1 x: ]% I% x2 ]; g
    ) p9 r, F$ a" ~pH值9.958.568.668.718.678.828.70
    
    $ X/ @6 [9 a, j, y* O9 c& ~! Q2 D
    
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    2 L$ l* p  |4 f6 ~; B
    : M- F+ w9 e6 ~: n3 H1 `外觀未變未變未變油油油油
    . b2 Q7 k- V: j
    
    
    
    
    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 Q, Y- K  n' q8 i/ W+ ~
    9 [% y* n) G' `! S
    
    
    
    
    1(周)真菌總數，個/ml1×1031×1032×1033×103
    
    
    
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    1 i$ j8 c2 z7 v$ K  q8 L& }* U& [
    + R, C, A1 N; P! P- d' Y0 KpH值9.038.438.658.46
    
    
    
    1 D; R! M7 w# |  E
    
    
    % V" h, V2 a- g3 h9 @
    9 b2 S# A) d; I8 a) D* c
    外觀未變未變油塊油塊
    ( d1 l; L: M# R4 o4 \& s1 m
    
    
    0 M4 ?  Q4 l/ A, {
    
    1 A1 \4 f* G/ ?6 o
    4 G: L- `6 i  D7 `0 ?! V
    
    9 R8 D: C) o2 y* r/ F' Y* \' B6 Y3 F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
+ O  r( h: }& Z. u8 u! Y2 K( ~# N
& K+ q& v: i0 \' b  o' }+ T復合抗菌劑的現場應用
6 y; l+ A, R- r7 ?% [/ _: M' |% j7 i6 s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
% v& v0 ?+ m' y2 Z9 _2 K7 ?9 O<102<102pH值9.949.679.609.829.79
9.709.80防銹性能通過通過通過通過通過
  T4 L& L  Y( W; P$ x通過通過2細菌總數，個/ml
4 u5 s! T0 j# q0 h<102<1023×103
" b% k: N5 E  U1 n5×103<102
: {8 O# v  I7 l( h/ u真菌總數，個/ml
<102<102<102
<102<102
( h8 r1 Q, b; u# o/ ~+ z% xpH值
, b( Y- a& E) S& U. I9.759.789.67
9.689.68
! E: Y2 Y% x: G8 n. ]6 _; e防銹性能
通過通過通過
通過通過
' _2 T& J2 ~2 I% a9 v3細菌總數，個/ml<102
1×105<1024×1041×105
# F; @+ y# V4 V7 Y2 J1 g2×102真菌總數，個/ml<102
<1028×1024×103<102
# J- K6 l  _4 r0 n$ |<102pH值9.40
8.969.459.238.92
' m% n8 Y$ g% K. M9.27防銹性能通過
1 f2 e  Q5 n/ k* R7 J$ j3 p+ T  Z/ @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
pH值9.34
1 t: t: R, @6 U0 }9.369.129.038.958.57
) J. E* B# L1 W, w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
  |1 d0 k9 Q) J
真菌總數，個/ml<102<102<102
1 K/ g1 M) b4 p/ a( M% D6 G<102<102
7 Q) R9 W# n/ K6 f1 C) r- b& Y" H+ q
pH值9.719.889.83
9.889.89
1 v4 N% I! @0 H/ W! A3 d
- I- H1 S% P! v$ q) F防銹性能通過通過通過
" a3 ]; s" [' V% _- @1 b' X/ {通過通過
$ L7 ?+ K& @1 I/ }: N& W% b0 a# m
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4×103
4 b* z7 s2 y6 u2 s; F. x# E

5 l) e+ e$ E& N+ G5 O真菌總數，個/ml<102
<102
# H: H& J  O" x" T9 \$ }+ M% ~0 p; v3×102
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0 r- H( m0 T: J# _8 G: ~4 |5 E; }! h
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8 R+ y+ h$ J# g: U3 K. r: i( s) q9.72
, q. y" ^) R( ]6 t8 h9.82


: c4 Q# P& `$ e防銹性能通過
6 \& _0 I; W0 e通過
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3細菌總數，個/ml3×1044×1051×104
* y7 G/ E/ z  ^& x. R8×103
5×1031×104真菌總數，個/ml<102<102<102
<102
$ e% S7 ~0 A% x- N( L% m<102<102pH值9.299.199.27
3 X, u$ k4 w! _- D9.27
9.569.26防銹性能通過通過通過
9 n( y" b' |- o! u通過
) O9 Q4 P) v  n9 K7 s通過通過4細菌總數，個/ml1×1028×104
5×105
7 V" q( U1 t. D4×105
* ^( C* {& g4 Q0 R7 N3 x
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- K* q' C8 |. E$ i9 z+ d: _* J
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8.31
( v- Q9 L/ ?6 }1 H
" y1 ]: n8 _% _8 ]% x防銹性能通過通過
8 b( N4 [4 T1 G9 ]通過
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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