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
$ Z1 i+ B( b/ s, d$ n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
    
      w6 w) H: r0 s6 V6 t! Z; e/ U
    2 D% Q9 F+ S$ e$ r: {5 Z& [' {+ q
    , R4 j8 H, \7 Q
    " W3 ^' U) ~6 o' t6(周)真菌總數，個/ml3×103<102<102<102<1022×1021×1045×104
    + s1 n7 l7 r* F# l# j9 m
    
    9 I- ?# T- T- H
    
    pH值10.028.909.009.099.069.068.948.96
    1 m% A5 n+ C* g$ Z) `- \) K) `
    , c/ j9 r* F5 E/ \; x" u
    
    ( v% q. c; ]6 Z* c3 d
    外觀未變未變未變未變未變油油塊油塊
    
    7 `7 \; @, m2 ^4 H( Z$ O. C
    6 D$ `. Y  y3 K) a3 i9 A8 W! M/ n
    
    2細菌總數，個/ml3×105<102<102<102<102<102<102<102<102<102<102<102
    ; e; U7 ?! H5 X$ ]% j- i12(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
    " B" A4 A1 h8 A7 m. |8 _5 R2 C外觀未變未變未變未變未變未變未變未變未變油油油塊
      G, E; e% H1 }! {3細菌總數，個/ml5×105<102<102<102<1021×1066×106
    
    * [( I% e2 j# K& b
    9 P$ g$ s4 F$ _2 ^2 I
    $ }- U2 a7 f5 N- M( f
    
    4(周)真菌總數，個/ml2×103<102<102<1022×1033×1046×104
    
    ) l# Z4 I& \3 D0 H
    
    ! j3 C! o4 x, s6 G* T& {5 I' l
      W: _: \7 W" c$ L& O
    pH值9.978.908.978.908.878.778.97
    
    
    7 r$ M) Y- Q  W8 z
    
    $ |% M: l9 k7 `) z7 O7 Z2 l, m1 a/ s
    / }% k7 \7 v( V6 ~外觀未變未變未變油油塊油塊油塊
    , |. M  x3 j: m) h
    
    
    % f) {, S6 ]$ e9 F9 Q
    ( j1 N- H* k. H; v: ]
    4細菌總數，個/ml2×105<102<102<102<102<102<102<102<102<102<102
    
    10(周)真菌總數，個/ml2×103<102<102<102<102<102<102<102<1022×1042×104
    
    * i' [" |" F% f2 ~9 v, a: O7 ypH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
    * U4 u/ s% f( R, \# K  Z
    5細菌總數，個/ml3×1061×1073×1065×1068×1067×1061×107
    
    3 V- }" v' a" g5 F# Q  H
    9 [6 v! i0 _0 u+ ^( B
    
    
    ) |: O5 H* |9 j% B; S+ T3 E1(周)
    真菌總數，個/ml1×103<102<102<102<102<102<104
    + c  M! P4 J+ k5 Q( Y
    
    / H7 i) p9 q1 b" `
    
    6 e4 m8 k/ h5 K) i6 D8 w! }
    pH值9.958.568.668.718.678.828.70
    
    # f; B5 T+ S) p5 J) L: S; V
    
    9 t6 I& q5 O, Q, f* C3 |
      t; H+ i& p3 K! w
    外觀未變未變未變油油油油
    3 o0 T4 Q! D! Z( s' `$ B/ I
    
      {1 {9 ]6 D) Q9 d4 ?* a
    
    1 c' h$ e2 C0 L) E' t
    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
    
    ; [& w6 s7 m2 x' ]/ `" [. O
    
    * c4 @- `4 O- O( d7 }! F
    
    / d6 D: M! c7 W: r% R% I
    6 i' |" d& n# p( `8 D/ r. e6 c: `! g
    
    1(周)真菌總數，個/ml1×1031×1032×1033×103
    6 i; r1 ^$ I1 ]+ L. z* T4 z
    1 j% K, C0 P6 l0 d* ~+ o
    & m4 ^" O. C6 b6 k! m- t8 `
    % u5 ~9 l( {! x- e; M% ]9 t
    
    
    
    5 H3 w; T, u# L7 X" ^& A
    * E. s7 z6 I8 H( U( ?0 E7 S' JpH值9.038.438.658.46
    0 F6 e3 P! E/ Y: P% e0 @! m
    ) K$ {- t$ y( l6 J" h, s
    
    
    ! I  Q9 P. ^) s+ e2 c
    8 u. a+ r! ?$ |0 Y5 \
    
    
    外觀未變未變油塊油塊
    
    ' x% z2 }* Z3 K" M2 E: \
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    ) |+ t: F8 ~3 w1 N" m7 v9 `
    
    3 Y' }( Q+ i: g! t
    6 y' y* U6 Z- o5 c4 Y
    * x2 r; C+ i0 b6 m
    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

% @5 T4 c% m  y/ _, _復合抗菌劑的現場應用
. Q. W; `. C+ e( k0 X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
<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
/ j3 T: _% p8 [8 I! Y& I: e通過通過2細菌總數，個/ml
. p. _9 h. P( @. H" Y<102<1023×103
5×103<102
! I1 }& e& h( O" U真菌總數，個/ml
<102<102<102
/ y# n$ d3 ]& O/ M& \5 k9 m0 J7 L<102<102
6 v" S6 I; F8 L' s  N: P" F: L2 OpH值
2 d9 S- z2 X# J; g- v% _/ U0 y9.759.789.67
9.689.68
防銹性能
通過通過通過
通過通過
+ v( y6 a. [- }1 e- k7 j3細菌總數，個/ml<102
5 v5 u/ [) H3 D+ P3 x- V1×105<1024×1041×105
2×102真菌總數，個/ml<102
<1028×1024×103<102
; B% Y4 X- l- V<102pH值9.40
8.969.459.238.92
% }9 f+ }: |8 E8 F9.27防銹性能通過
通過通過通過通過
通過4細菌總數，個/ml4×102
, h4 P# M  X+ c8 F<1023×1021×1054×1063×107
$ i3 A6 ]/ |6 z  d/ @# A8 f+ h) }真菌總數，個/ml<102
<102<102<102<102<102
pH值9.34
9.369.129.038.958.57
" |7 N  z; P& X% p, ^防銹性能通過
通過通過通過通過通過
, U6 x2 Q' o% \* t1細菌總數，個/ml<102<1023×103
<102<102

% p8 L* r: h/ u/ G真菌總數，個/ml<102<102<102
+ O  H- f3 o- a# E+ T/ U0 p<102<102

* E( I- l+ P9 p/ X/ UpH值9.719.889.83
9.889.89

防銹性能通過通過通過
, C& T8 D# x" n/ g通過通過
6 T3 p# V8 B* F, ~
2細菌總數，個/ml<102
<102
4×103
4 v! I! G2 l/ ?" |2 k% ^4 V4 V
1 j6 Z+ d4 n4 s! S5 J! N) \) ], G
* A: O( r6 y6 w2 g8 }* J% C- P8 V真菌總數，個/ml<102
! L+ k: [( E! H& ^6 I% W5 d<102
3×102
9 y2 v: L4 t; _: E

+ g9 j8 D2 c6 `) ]+ a: bpH值9.76
9.72
9.82
8 |, A4 s; m% w1 n

防銹性能通過
通過
通過


3細菌總數，個/ml3×1044×1051×104
8×103
0 I# F& K6 I- s; N# g9 n; I5×1031×104真菌總數，個/ml<102<102<102
<102
9 A( r* q5 h# s$ g, ]% b( v0 ^<102<102pH值9.299.199.27
9.27
9.569.26防銹性能通過通過通過
  l% K, k+ Q3 V) S. E通過
通過通過4細菌總數，個/ml1×1028×104
4 {$ E8 ^( v! J, w+ q( E, p5×105
4×105

真菌總數，個/ml<102<102
<102
+ J' n% m8 l$ Z  b<102
* s$ I) Z8 z7 F
pH值9.058.90
1 p$ U; m4 j$ F2 ~0 i8.81
6 ~& y0 S/ A" L3 @/ D0 O8.31

/ g8 O9 n) c) h7 R1 H5 s+ |防銹性能通過通過
. K$ l' W( X( V; q" r通過
通過

* s/ z* p: A, y6 n" v4 a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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