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| 抗菌劑提高水基金屬加工液壽命的研究www.tool-tool.com |
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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Ⅰ 0.07 參照廠家推薦濃度
2 含氮雜環化合物Ⅰ 0.10
3 含氮雜環化合物Ⅱ 0.13
4 含氮雜環化合物Ⅱ 0.19
5 含硫化合物 0.016
6 復合抗菌劑 0.10 0.07%含氮雜環化合物Ⅰ+0.016%含硫化合物+少量穩定增效劑
7 無
純金屬加工液
1. 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。
2. 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
1. 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/ml 5×105 <102 <102 <102 <102 <102 <102 6×105
6(周)
真菌總數，個/ml 3×103 <102 <102 <102 <102 2×102 1×104 5×104
pH值 10.02 8.90 9.00 9.09 9.06 9.06 8.94 8.96
外觀 未變 未變 未變 未變 未變 油 油塊 油塊
2 細菌總數，個/ml 3×105 <102 <102 <102 <102 <102 <102 <102 <102 <102 <102 <102
12(周)
真菌總數，個/ml 2×103 <102 <102 <102 <102 <102 <102 <102 <102 <102 <102 8×103
pH值 10.09 8.91 9.03 9.08 9.06 9.16 9.24 9.37 9.44 9.41 9.40 9.20
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/ml 5×105 <102 <102 <102 <102 1×106 6×106
4(周)
真菌總數，個/ml 2×103 <102 <102 <102 2×103 3×104 6×104
pH值 9.97 8.90 8.97 8.90 8.87 8.77 8.97
外觀 未變 未變 未變 油 油塊 油塊 油塊
4 細菌總數，個/ml 2×105 <102 <102 <102 <102 <102 <102 <102 <102 <102 <102
10(周)
真菌總數，個/ml 2×103 <102 <102 <102 <102 <102 <102 <102 <102 2×104 2×104
pH值 10.11 8.91 9.01 9.09 9.02 9.20 9.26 9.37 9.42 9.34 9.24
外觀 未變 未變 未變 未變 未變 未變 未變 未變 未變 油塊 油塊
5 細菌總數，個/ml 3×106 1×107 3×106 5×106 8×106 7×106 1×107
1(周)
真菌總數，個/ml 1×103 <102 <102 <102 <102 <102 <104
pH值 9.95 8.56 8.66 8.71 8.67 8.82 8.70
外觀 未變 未變 未變 油 油 油 油
6 細菌總數，個/ml 3×105 <102 <102 <102 <102 <102 <102 <102 <102 <102 <102 <102 <102 >20(周)
真菌總數，個/ml 1×103 <102 <102 <102 <102 <102 <102 <102 <102 <102 <102 <102 <102
pH值 9.95 8.90 8.98 9.00 9.03 9.14 9.21 9.36 9.34 9.41 9.36 9.36 9.38
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/ml 4×106 1×107 1×107 1×107
1(周)
真菌總數，個/ml 1×103 1×103 2×103 3×103
pH值 9.03 8.43 8.65 8.46
外觀 未變 未變 油塊 油塊
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。
2. 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
<102 9×102
真菌總數，個/ml <102 <102 <102 <102 <102
<102 <102
pH值 9.94 9.67 9.60 9.82 9.79
9.70 9.80
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
<102 <102 3×103
5×103 <102
真菌總數，個/ml
<102 <102 <102
<102 <102
pH值
9.75 9.78 9.67
9.68 9.68
防銹性能
通過 通過 通過
通過 通過
3 細菌總數，個/ml <102
1×105 <102 4×104 1×105
2×102
真菌總數，個/ml <102
<102 8×102 4×103 <102
<102
pH值 9.40
8.96 9.45 9.23 8.92
9.27
防銹性能 通過
通過 通過 通過 通過
通過
4 細菌總數，個/ml 4×102
<102 3×102 1×105 4×106 3×107
真菌總數，個/ml <102
<102 <102 <102 <102 <102
pH值 9.34
9.36 9.12 9.03 8.95 8.57
防銹性能 通過
通過 通過 通過 通過 通過
1 細菌總數，個/ml <102 <102 3×103
<102 <102
真菌總數，個/ml <102 <102 <102
<102 <102
pH值 9.71 9.88 9.83
9.88 9.89
防銹性能 通過 通過 通過
通過 通過
2 細菌總數，個/ml <102
<102
4×103
真菌總數，個/ml <102
<102
3×102
pH值 9.76
9.72
9.82
防銹性能 通過
通過
通過
3 細菌總數，個/ml 3×104 4×105 1×104
8×103
5×103 1×104
真菌總數，個/ml <102 <102 <102
<102
<102 <102
pH值 9.29 9.19 9.27
9.27
9.56 9.26
防銹性能 通過 通過 通過
通過
通過 通過
4 細菌總數，個/ml 1×102 8×104
5×105
4×105
真菌總數，個/ml <102 <102
<102
<102
pH值 9.05 8.90
8.81
8.31
防銹性能 通過 通過
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
1. 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。
2. 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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