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
4 t, b) \" s* c# Z4 K" B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
" M8 O+ n0 U0 \2 k- x( }3 C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$ P6 k+ W  R
    
    
    6(周)真菌總數，個/ml3×103<102<102<102<1022×1021×1045×104
    
    " ?- ?' ^/ y$ k: J, h6 H8 b- s
    
    # ?9 M" N+ D7 s* A
    ; ]: v& t9 z! ^1 C1 RpH值10.028.909.009.099.069.068.948.96
    
    
    
    
    外觀未變未變未變未變未變油油塊油塊
    
    
    / }/ X  E$ E' 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
    - `2 o0 R$ j% Z) n3細菌總數，個/ml5×105<102<102<102<1021×1066×106
    5 I) F- R6 {* ^0 ]! U3 i/ S
    
    
    
    3 R! P& j, R2 ^$ V, p& ~# @5 E
    4(周)真菌總數，個/ml2×103<102<102<1022×1033×1046×104
    
    4 d% d1 a9 \7 d) Q$ A
    
    $ m, [# D' q6 t% F( @
    8 z8 M' o; Y+ i/ E* i% |% I$ e
    pH值9.978.908.978.908.878.778.97
    + N# Z2 |4 [2 d5 h2 i+ ~
    1 C( U6 R3 a1 p  X
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    6 |9 T! p. ?, a/ Q" w
    
    # O5 V+ w2 Z* I  n- T, @7 L# n外觀未變未變未變油油塊油塊油塊
    
    & F6 p  g1 X0 j" a
    ' v- ~; R: l* U) W8 ]( ^
    $ c8 ^4 Q. K8 B. y' B$ p
    0 D4 `& ?/ I3 \- k( B* N
    : A. F, U4 Y! u4細菌總數，個/ml2×105<102<102<102<102<102<102<102<102<102<102
    ) W7 @" l- I$ ^: ?
    10(周)真菌總數，個/ml2×103<102<102<102<102<102<102<102<1022×1042×104
    
    : C% d) ?, z3 ?4 m5 P1 u( }pH值10.118.919.019.099.029.209.269.379.429.349.24
    
    " ]6 Y; O! s& a3 C* i5 c7 }外觀未變未變未變未變未變未變未變未變未變油塊油塊
    ; Q( j# R# b; j5 e- S
    5細菌總數，個/ml3×1061×1073×1065×1068×1067×1061×107
    9 e, J: U7 ?7 \7 Z$ P. X
    
    1 L5 t9 d/ r* `) e7 N8 R4 z" V9 ?0 D
    
    
    1(周)
    真菌總數，個/ml1×103<102<102<102<102<102<104
    2 v6 b$ p. c$ c$ H
    ' N2 \+ K& ?: }3 X7 J5 T
    
    
    
    & r+ ^" u7 [  |pH值9.958.568.668.718.678.828.70
    , R  K: A+ D8 n
    
    
    ; ~( S# j- J2 n; g2 }1 _5 `
    5 ~5 r# ^  j# z9 A8 G, t1 @5 `
    外觀未變未變未變油油油油
    
    
    $ \# a: X% l9 O
    
    
    % d% |* O4 b" m. O1 ^6 s- ^7 S  g6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
    8 ^7 g) C/ L( K3 s& Z1 c
    
    
    
    
    1 I* z: Y# h1 k& m' J
    
    
    * F# N1 [; l2 a7 j1(周)真菌總數，個/ml1×1031×1032×1033×103
    + Y  x$ p# _' f$ H. L: `
    
    
    
    
      w, U, ?+ P- Y# R1 e, G6 H7 g
    3 K9 X4 I$ e; P7 A; i; }, m
    
    pH值9.038.438.658.46
    
    
    4 A# c. O: }4 F) @* Z
    
    
      s5 X1 R% Z, M
    
    ! @8 F  H$ w8 V" ^$ d5 I
    6 G9 U3 Y+ S% d7 v外觀未變未變油塊油塊
    
    ! I$ o0 k) ^- C& \. c9 \9 o- d  o
    
    ' F- w6 W  Z, q+ z
    3 z0 P9 y. R1 h9 y/ Q
    
    
    5 S& _* |6 w$ t5 l; f5 c. Q
    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
. e/ T2 n6 L/ g% K# z) \
$ u- N4 c0 Y2 x復合抗菌劑的現場應用
: L, I. o; Q6 j: O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
; E8 w, R+ O9 L2 }6 y+ q( }/ }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 E9 |2 ^$ v! V" ~1 n( r<102<1023×103
5×103<102
真菌總數，個/ml
$ d; u: q8 M) l$ ^% {, m<102<102<102
1 G) x: Y2 v: k9 w! d+ W<102<102
pH值
- w: n6 ?( c, x- u" s9.759.789.67
9.689.68
防銹性能
通過通過通過
通過通過
( F' b% F- I; X3 `" M" X, `3細菌總數，個/ml<102
  }( E1 X7 U! a7 A+ D  W+ |1×105<1024×1041×105
# B7 y* ^7 N/ k2×102真菌總數，個/ml<102
1 E- @: M7 G  {" T) M( M, F<1028×1024×103<102
<102pH值9.40
! Y7 M% ~" D' R( a8.969.459.238.92
9.27防銹性能通過
通過通過通過通過
3 b% B# k; O6 W+ H) A通過4細菌總數，個/ml4×102
6 o* n& P; F0 S$ E' t" N<1023×1021×1054×1063×107
真菌總數，個/ml<102
! p+ o7 w: U9 {  n<102<102<102<102<102
pH值9.34
9.369.129.038.958.57
防銹性能通過
通過通過通過通過通過
, C7 i  Q1 Z$ }: C% T1細菌總數，個/ml<102<1023×103
0 Q$ G. v  ^  v0 D  k0 S<102<102
% m6 O8 Z* X7 P; z- C+ U% A
0 u! a& h  R- S, @/ Z真菌總數，個/ml<102<102<102
4 l9 s* x# D2 g. x  ?<102<102

: P& W7 \4 ~3 S- W3 mpH值9.719.889.83
9.889.89

% I5 P, x; ~; s9 d* a防銹性能通過通過通過
通過通過
2 k; o5 I6 ~1 Y6 r3 G# b7 ?- a  d9 B
2細菌總數，個/ml<102
- B% J' U; d& ?' w( a" A/ ~% C<102
" \0 M. x% d$ a! O/ W" t- I" ]4×103
" T, Y! u/ ]& I0 y

- B6 O: G5 u. p7 h0 x7 {, Z真菌總數，個/ml<102
( w  G! O& @' S$ k$ s3 m" d<102
3×102
0 M7 h, W$ }( O8 V' }

pH值9.76
9.72
9.82
/ q) e" k: ^3 z7 o4 P( w0 L

防銹性能通過
通過
通過


3細菌總數，個/ml3×1044×1051×104
2 B: }9 O2 |# l: c4 e8×103
. {$ K/ w( U! h; Y- |; e5×1031×104真菌總數，個/ml<102<102<102
<102
0 e, [, @) [, j9 c- a* B<102<102pH值9.299.199.27
9.27
9.569.26防銹性能通過通過通過
通過
通過通過4細菌總數，個/ml1×1028×104
5×105
4×105
0 k: b+ R9 S+ }, F. o, I! h- Y5 {
; I8 P7 M; ]. h, _* U真菌總數，個/ml<102<102
, ^" B, m' i) R# `+ N$ x8 R4 F9 C<102
<102
- K8 z( t8 J8 I3 g& G
pH值9.058.90
9 d* V3 r4 H! `; W: K' {# |* M* t8.81
8.31
! u* H+ X' Z2 @2 e
$ B/ a% h% |4 g0 h4 B3 V2 Q9 c, E9 ?防銹性能通過通過
通過
6 R8 R3 _; f: x; u% q6 S. Q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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