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
  A$ R# j: u8 S: g  t5 ^; k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
    / Y% q8 d7 N8 z
    
    
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    6(周)真菌總數，個/ml3×103<102<102<102<1022×1021×1045×104
    
    
    
    
    . e- G/ @- Z7 B/ z& u2 |pH值10.028.909.009.099.069.068.948.96
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    外觀未變未變未變未變未變油油塊油塊
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    * C1 C: C5 g. Z9 N7 `# i
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    ! g* P3 @- C* e6 M; g4 y6 k2細菌總數，個/ml3×105<102<102<102<102<102<102<102<102<102<102<102
    0 V; r" x. {- d7 \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
    - r  V6 v5 l* J- b5 y  _5 ~8 |
    * R- r% q. L2 F. \! S3 H
    
    
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    " J- k  q0 X: d' |, _4(周)真菌總數，個/ml2×103<102<102<1022×1033×1046×104
    
    9 ?4 H, p  b4 Y6 l- y! Z
    
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    pH值9.978.908.978.908.878.778.97
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    外觀未變未變未變油油塊油塊油塊
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    9 C2 `$ u5 h( b& M' _
    
    ) M, R2 E' D5 m/ [8 Q, F9 O
    
    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
    
    pH值10.118.919.019.099.029.209.269.379.429.349.24
    # D" O8 |7 z2 a3 ~8 Z4 q8 n- D
    ! [: H5 [' B% n# q) h9 ?& E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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    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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    & @1 q" j7 u0 O7 |4 a, f
    
    pH值9.958.568.668.718.678.828.70
    
    
    
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    % {( W* q( [, F* {% J0 B6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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    1(周)真菌總數，個/ml1×1031×1032×1033×103
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    3 j! O# b; t/ b( V. |外觀未變未變油塊油塊
    
    7 x/ v. {6 B1 F6 f% a* O) j
    
    
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    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
9 c, [# Z. P0 p" M7 J$ b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
- g# [, A7 d+ Y6 b2 E9.709.80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
$ W& U5 C! ~) F$ v: o0 A8 x5 P* v<102<1023×103
5×103<102
真菌總數，個/ml
+ p' m9 U) O, v+ j; Q<102<102<102
: P+ e; K: w4 ?* W1 d3 ]<102<102
9 o8 t6 `6 z8 EpH值
9.759.789.67
% s  t. T- _& G4 p9.689.68
防銹性能
- S7 ^7 @+ X, S通過通過通過
通過通過
3細菌總數，個/ml<102
* k% a& n. o- K3 G1×105<1024×1041×105
2×102真菌總數，個/ml<102
<1028×1024×103<102
: {/ ]/ U/ ]5 G* v<102pH值9.40
4 V8 d* Y& J: ^  O: Y8.969.459.238.92
) `1 {, A' _3 [7 i- r5 n. [7 r% a9.27防銹性能通過
+ m1 y1 Y! o# ^& _通過通過通過通過
' U  {# U, j1 F2 A; o通過4細菌總數，個/ml4×102
( x( t" z$ v# S: O2 K<1023×1021×1054×1063×107
! T* H, x1 O+ [8 M) c0 `+ J真菌總數，個/ml<102
7 ~. h/ {7 Z/ i6 A<102<102<102<102<102
pH值9.34
9.369.129.038.958.57
防銹性能通過
) |/ Y  p2 x) `% a& T6 e  v$ e通過通過通過通過通過
. h5 R& c" C, A1 P: e$ d1細菌總數，個/ml<102<1023×103
5 r7 |) @; n+ J4 x: w! P<102<102
1 r; [- \* O/ i4 A) s+ D
1 A& m# q5 F$ d真菌總數，個/ml<102<102<102
<102<102

pH值9.719.889.83
9.889.89

* ^6 t4 L5 o3 |7 B: x( R防銹性能通過通過通過
' i. u$ _2 v' @# i4 E通過通過

8 b5 n# T2 u) l2細菌總數，個/ml<102
<102
. w) O2 ~( d+ d7 f: @& {! {4×103


2 z# e* r3 Q4 L' Y2 w8 M4 s' O真菌總數，個/ml<102
<102
: X+ q7 F- H. ~" d1 f+ S3×102


pH值9.76
. h6 C3 L8 }2 l( c: A9.72
9.82

4 P2 \& e9 Y; `$ X& W& w
& S$ x; Y+ [- P& p防銹性能通過
' \& }$ |  f1 K通過
9 w; C, u, e. Z3 X. x* P6 j3 T% W, }5 C' ^通過
3 M& _* S) r' {- f

3細菌總數，個/ml3×1044×1051×104
# p7 T, c1 H' ~+ S$ O0 k8×103
7 W; K; s. |6 ?" n/ b, F6 k" R: }5×1031×104真菌總數，個/ml<102<102<102
<102
1 M3 f8 y1 |0 {. b7 C) \<102<102pH值9.299.199.27
/ F5 {( A* a0 D$ C3 X  {' y9.27
4 Y+ A, }- H' b. v9.569.26防銹性能通過通過通過
1 [" \0 Z8 w  q, Q! c/ {7 M7 W  @% ]# e通過
, F; ^$ X  x$ A3 R通過通過4細菌總數，個/ml1×1028×104
5×105
1 S0 N: r" p% m7 Y4×105
* {/ c) _! y, G- l  b2 l
真菌總數，個/ml<102<102
4 F' U: @5 M# E' V<102
# f3 C/ q& q1 G. S9 P3 b3 p<102

pH值9.058.90
8.81
8.31

防銹性能通過通過
. h$ E+ s  s" i. {& ^5 G通過
& G  T, u+ F! E7 o2 I1 f$ M通過

% `: a. R# I" _4 n( f6 M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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