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。
: y% p& C( ~5 |: q: F! u2 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
( F1 B3 S  N0 _" H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
    
    
    & q+ K& l1 K7 u- s) D; k" K; J) F
    8 G$ v3 o, @5 X6 [& h  A" u
    ) n# l: [. I6 m. J/ M9 N! v6(周)真菌總數，個/ml3×103<102<102<102<1022×1021×1045×104
    
    : t3 M. e% d) x1 ~' d
    
    
    pH值10.028.909.009.099.069.068.948.96
    $ U% Q! w; q9 F6 r3 n
    : S8 R  S6 |3 X( [
    
    
    外觀未變未變未變未變未變油油塊油塊
    
    5 D0 n6 A9 k0 G* I- d# g5 P
    - F/ e2 V) L+ U# R
    
    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
    - S8 U/ S. }" v3 O
    1 Z- \' v$ Z: N8 _6 k7 B
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    ) a/ ?" [9 l: I2 l3 ?. f$ F# W. y
    
    7 m$ I9 M5 F* p: e9 Y4 d/ O( b4(周)真菌總數，個/ml2×103<102<102<1022×1033×1046×104
    : P  R' g6 @) r' k- X
    . ~/ \* m' i$ A  D9 d# A" [8 a
    
    ' O" G4 W( c" m, w: x! `4 _) y- G
    . F" V2 i; N8 }9 E3 p5 L
    pH值9.978.908.978.908.878.778.97
    
    
    
    
    
    外觀未變未變未變油油塊油塊油塊
    & R9 c2 k; d/ P, g7 [
    
    4 A7 o; |" ~# L- M) y0 w$ X8 y# I$ k
    - r9 h9 t, n& I- b1 e3 K# ]
    ! U  F4 F$ I& J  _9 F3 v0 P; i5 X
    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
    
    , i2 t* c6 c0 R; U. QpH值10.118.919.019.099.029.209.269.379.429.349.24
    / ~, N" l3 _# ^3 t* C  ^: C
    外觀未變未變未變未變未變未變未變未變未變油塊油塊
    
    ( s1 ~6 W/ ~9 Y' u5細菌總數，個/ml3×1061×1073×1065×1068×1067×1061×107
    
    ' `, q1 ~) f& P7 Z( \( @7 y1 R
    6 f0 r7 r9 X; [2 _9 o; s
    : K/ _! s4 `5 _
    
    1(周)
    4 L5 N& f, R+ T# R真菌總數，個/ml1×103<102<102<102<102<102<104
    
    . ?) _3 O3 a& {: x6 v9 l
    ( Z, P: \# N2 S2 g# k0 \- p- h3 b
    
    0 y3 R5 V/ |/ A# }
    pH值9.958.568.668.718.678.828.70
    $ N" e$ k" X4 U1 a2 N6 z
    : T! s: J3 e, W
    
    
    
    ( K) B6 w5 m3 c5 z" m外觀未變未變未變油油油油
    
    9 |" E) f% W6 X. }3 k
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    # E' m) J/ Q  M6 z
    
    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
    & g) n) k( ?6 ]: I2 a7 Z% P+ e) \
    
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    / |# u9 P; L& j. u& l, h
    
    & j5 @2 s: f# T1(周)真菌總數，個/ml1×1031×1032×1033×103
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    0 o% y9 s/ S+ V0 G/ ^
    
    
    pH值9.038.438.658.46
    . D" v& a' [; u4 q' j0 u
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    7 g( l; I0 R( K
    外觀未變未變油塊油塊
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    , E4 {  g6 L" |6 d
    # @% C4 r& m: y+ u1 Y4 S
    5 N% F: q4 J. }/ U1 ^# L0 E3 x+ y
    
    & Q  H/ E, {+ d. q+ u, a3 D: s) 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

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
4 G2 P# R5 w! P/ J<1029×102真菌總數，個/ml<102<102<102<102<102
<102<102pH值9.949.679.609.829.79
9 ~* {6 W' N1 N9 g" V% R5 c1 e6 \9.709.80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
3 ?( {: Z9 o5 k8 b# b<102<1023×103
, q2 ]" h  p; G' t  A5×103<102
8 Q2 }% Y: a1 o& d8 M- h" y真菌總數，個/ml
* n5 w1 i' _" D; A6 }9 ]" v<102<102<102
# `1 m# F( j$ c. d8 T<102<102
( z( I! l8 T3 I1 z/ L8 }5 dpH值
- C0 C" k% J/ g9.759.789.67
9.689.68
防銹性能
9 a. [: p4 S8 n, s0 c- N: ^通過通過通過
' Z1 z+ S0 H/ o# u通過通過
3細菌總數，個/ml<102
- N6 o, e  j4 ?( Q3 [6 z  ~1×105<1024×1041×105
5 t2 J( e0 _$ ?8 x5 m5 ?. `2×102真菌總數，個/ml<102
<1028×1024×103<102
<102pH值9.40
* J& k0 G- x3 r7 I* U8 J( N& M8.969.459.238.92
9.27防銹性能通過
通過通過通過通過
+ R3 N2 k) H* ^8 A通過4細菌總數，個/ml4×102
" G5 ^2 u" C2 U/ g<1023×1021×1054×1063×107
真菌總數，個/ml<102
<102<102<102<102<102
pH值9.34
9.369.129.038.958.57
  F/ B5 K4 c/ h: }/ I% c5 O6 C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

真菌總數，個/ml<102<102<102
<102<102

pH值9.719.889.83
+ v' Z+ u. |6 m" t9.889.89

防銹性能通過通過通過
通過通過

/ r& z3 r$ Y! [4 v4 e  e+ @2細菌總數，個/ml<102
* l0 y) M( b4 q- O! R: |<102
8 G% U7 W5 b1 @  r4 n, `' p4×103
: z; F6 O& y; A  s/ I
. H( x6 K( v' I* F" l
- Z0 ?5 t9 B& @/ u8 v/ ^真菌總數，個/ml<102
<102
3×102
* B  P- t/ Q8 y6 G$ Y) ~

pH值9.76
9.72
/ N8 z9 h7 u0 Y' _. o2 G9.82
1 M, l* D7 @% W( h9 Q. M
7 d: U% J1 v+ q9 R3 h
防銹性能通過
% q* {6 a5 _6 M) t0 x通過
( l6 l$ b5 V/ y( p; x3 v通過


! n5 L$ H( {! P3細菌總數，個/ml3×1044×1051×104
# n' g9 j6 f' }! ?7 c8×103
8 i1 X' s2 e1 o+ q5 X- `8 V& J2 p5×1031×104真菌總數，個/ml<102<102<102
* V, f/ {6 M/ ]- i2 r1 I6 x<102
<102<102pH值9.299.199.27
9.27
5 l8 t7 K/ Q* e$ b2 t. M8 _9.569.26防銹性能通過通過通過
: ^; N( v0 ?4 V/ y" O通過
' [' _' Y- c+ o; i! p' B! O通過通過4細菌總數，個/ml1×1028×104
$ e* O, o3 `9 Q5×105
4×105

真菌總數，個/ml<102<102
<102
<102

pH值9.058.90
8.81
8.31
' F: U( |& U! q' o, b5 b$ M
防銹性能通過通過
3 t/ m& ~( Q! }! `) C  X) L5 F通過
) ^+ l, i* R# d3 P+ J6 @2 |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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