抗菌剂提高水基金属加工液寿命的研究

魔神

    

1 前言

水基金属加工液(包括乳化液和合成液)广泛用于机械加工行业，它具有冷却性能和清洗性能好、成本低等优点，但也具有易腐败变质、使用寿命较短等缺点。腐败变质是细菌、真菌等微生物在水中大量繁殖的结果。微生物大量繁殖破坏了乳化液的稳定性，使乳化液的各种使用性能降低：也导致pH值下降，从而产生锈蚀：对操作人员也有不利影响，如难闻的气味、刺激皮肤、过敏反应等。加入抗菌剂是防止腐败变质、提高水基金属加工液使用寿命的主要措施。国外在水基金属加工液中普遍使用抗菌剂，抗菌剂品种达数十种。而国内使用抗菌剂仍不普遍，一些加工液在夏天的使用寿命仅一周左右。虽然用于其它领域的抗菌剂品种很多，但大部分不能用于加工液。用于加工液的抗菌剂应有如下特性：(1)与加工液有较好的化学和物理相容性：(2)一定的稳定性，能在较长时间内起抗菌作用：(3)对细菌和真菌都有较好的抑制作用：(4)低毒：(5)可接受的成本。本文采用试验室通气装置模拟现场使用条件，定期检测细菌和真菌数量及pH 值，记录加工液的外观变化，对各抗菌剂进行了筛选。同时还在多台机床上进行复合抗菌剂的现场应用试验，定期监测细菌和真菌数量、pH值、外观变化和防锈性能等。

2 试验

表1 评定试样

编号	抗菌剂类型	浓度(%)	备注
1	含氮杂环化合物Ⅰ	0.07	参照厂家推荐浓度
2	含氮杂环化合物Ⅰ	0.10
3	含氮杂环化合物Ⅱ	0.13
4	含氮杂环化合物Ⅱ	0.19
5	含硫化合物	0.016
6	复合抗菌剂	0.10	0.07%含氮杂环化合物Ⅰ+0.016%含硫化合物+少量稳定增效剂
7	无		纯金属加工液

1. 试验室试验
   本文所采用的方法综合了国外有代表性的试验方法：每个周期对评定的试样通空气5天，停气2天，定期加入现场取得的并经培养的菌种。每个周期结束后分别测定细菌、真菌和pH值等。样品变质指标为：细菌总数>10⁷个/ml，真菌总数>10³个/ml。试验条件：(1)试验室：符合生物试验要求。(2)仪器设备：通气装置、pH 计、生化培养箱、菌落计数器和接种试验台等。(3)金属加工液：采用硬度为100～150mg/L(碳酸钙)的水稀释乳化液浓缩液，稀释倍数为20。(4)评定样品：在金属加工液中加入各种抗菌剂，见表1。(5)菌种：从现场取得变质的金属加工液，于上述金属加工液中培养至细菌总数>5 × 10⁸ 个/ml，真菌总数>10⁴个/ml。
2. 现场应用试验
   现场应用试验于1997年夏季在北京第一机床厂进行，复合抗菌剂以0.10%的剂量加入到乳化液和合成液中，各在两台磨床上进行了使用试验，定期监测细菌和真菌数量、pH 值、外观变化和防锈性能(一级铸铁，35±2℃，48h，单片)。

3 试验结果分析

1. 抗菌剂的抗菌性能
   对表1所列抗菌剂进行抗菌效果试验，试验结果见表2。从表2中的细菌和真菌总数、变质期来看，不加抗菌剂的7号样品对细菌和真菌都没有抑制作用：各种抗菌剂对细菌或真菌都有一定的抑制作用。其中：(1)1～4号样品都是真菌先超过变质指标，说明含氮杂环化合物Ⅰ和Ⅱ对细菌的抑制作用优于对真菌的抑制作用：并且2、4号样品的变质期分别比1、3号样品长，说明在选定的剂量范围内抗菌剂的剂量高其抗菌效果更好。(2)5号样品是细菌超过变质指标，真菌在6周内无明显增长，说明此含硫化合物对真菌有好的抑制作用，而对细菌抑制作用不明显。(3)6号样品经过长达20 周的试验仍不变质。显然，氮杂环化合物Ⅰ和硫化合物复合使用有明显的协同作用，对细菌和真菌都有极好的抑制效用。

   表2 试验室试验结果

   编号	评定项目	始点	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	变质期
   1	细菌总数，个/ml	5×105	<102	<102	<102	<102	<102	<102	6×105						6(周)
   	真菌总数，个/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
   	外观	未变	未变	未变	未变	未变	油	油块	油块
   2	细菌总数，个/ml	3×105	<102	<102	<102	<102	<102	<102	<102	<102	<102	<102	<102		12(周)
   	真菌总数，个/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
   	外观	未变	未变	未变	未变	未变	未变	未变	未变	未变	油	油	油块
   3	细菌总数，个/ml	5×105	<102	<102	<102	<102	1×106	6×106							4(周)
   	真菌总数，个/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
   	外观	未变	未变	未变	油	油块	油块	油块
   4	细菌总数，个/ml	2×105	<102	<102	<102	<102	<102	<102	<102	<102	<102	<102			10(周)
   	真菌总数，个/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
   	外观	未变	未变	未变	未变	未变	未变	未变	未变	未变	油块	油块
   5	细菌总数，个/ml	3×106	1×107	3×106	5×106	8×106	7×106	1×107							1(周)
   	真菌总数，个/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
   	外观	未变	未变	未变	油	油	油	油
   6	细菌总数，个/ml	3×105	<102	<102	<102	<102	<102	<102	<102	<102	<102	<102	<102	<102	>20(周)
   	真菌总数，个/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
   	外观	未变	未变	未变	未变	未变	未变	未变	未变	未变	未变	未变	未变	未变
   7	细菌总数，个/ml	4×106	1×107	1×107	1×107										1(周)
   	真菌总数，个/ml	1×103	1×103	2×103	3×103
   	pH值	9.03	8.43	8.65	8.46
   	外观	未变	未变	油块	油块
   表中：“油”是指乳化液析油：“油块”是指乳化液析油并出现块状物。

   由表2还可看出，乳化液的外观变化在一定程度上也能反映微生物的繁殖情况。接近变质期时，都有析油现象出现：当真菌总数超过变质指标时，乳化液中出现块状物。乳化液中的基础油和各种添加剂都是微生物赖以生存的营养物质，当乳化剂被微生物消耗到一定程度时，乳化液的稳定性受到破坏，因此析油。另据文献报道，真菌的大量繁殖导致块状物产生，这些块状物易堵塞机床的冷却液循环管线和滤网，要彻底清理这些含大量真菌的块状物很困难。因此，应严格控制真菌数量，或在大量出现块状物之前就更换金属加工液。
2. 复合抗菌剂的现场应用
   对上述试验筛选出的复合抗菌剂进行了现场应用试验，未加抗菌剂的合成液和乳化液的pH值分别为10.10和8.94，加入0.1%复合抗菌剂后的pH值分别为10.13和9.59。未加抗菌剂的合成液在使用三天后，pH值为8.20，细菌总数为4×10⁷个/ml，真菌总数为40个/ml，防锈性能不通过。未加抗菌剂的乳化液使用6天后，pH值为7.76，细菌总数为4×10⁷个/ml，真菌总数为5×10³个/ml，防锈性能不通过。复合抗菌剂的现场应用试验结果见表3。

   表3 复合抗菌剂的现场应用试验结果

   编号	评定项目	始点	一周	二周	三周	四周	五周	六周	七周
   1	细菌总数，个/ml	<102	<102	<102	<102	<102		<102	9×102
   	真菌总数，个/ml	<102	<102	<102	<102	<102		<102	<102
   	pH值	9.94	9.67	9.60	9.82	9.79		9.70	9.80
   	防锈性能	通过	通过	通过	通过	通过		通过	通过
   2	细菌总数，个/ml		<102	<102	3×103		5×103	<102
   	真菌总数，个/ml		<102	<102	<102		<102	<102
   	pH值		9.75	9.78	9.67		9.68	9.68
   	防锈性能		通过	通过	通过		通过	通过
   3	细菌总数，个/ml	<102		1×105	<102	4×104	1×105		2×102
   	真菌总数，个/ml	<102		<102	8×102	4×103	<102		<102
   	pH值	9.40		8.96	9.45	9.23	8.92		9.27
   	防锈性能	通过		通过	通过	通过	通过		通过
   4	细菌总数，个/ml	4×102		<102	3×102	1×105	4×106	3×107
   	真菌总数，个/ml	<102		<102	<102	<102	<102	<102
   	pH值	9.34		9.36	9.12	9.03	8.95	8.57
   	防锈性能	通过		通过	通过	通过	通过	通过
   编号	评定项目	八周	九周	十周	十一周	十二周	十三周	十四周	十六周
   1	细菌总数，个/ml	<102	<102	3×103		<102	<102
   	真菌总数，个/ml	<102	<102	<102		<102	<102
   	pH值	9.71	9.88	9.83		9.88	9.89
   	防锈性能	通过	通过	通过		通过	通过
   2	细菌总数，个/ml	<102		<102		4×103
   	真菌总数，个/ml	<102		<102		3×102
   	pH值	9.76		9.72		9.82
   	防锈性能	通过		通过		通过
   3	细菌总数，个/ml	3×104	4×105	1×104		8×103		5×103	1×104
   	真菌总数，个/ml	<102	<102	<102		<102		<102	<102
   	pH值	9.29	9.19	9.27		9.27		9.56	9.26
   	防锈性能	通过	通过	通过		通过		通过	通过
   4	细菌总数，个/ml	1×102	8×104		5×105		4×105
   	真菌总数，个/ml	<102	<102		<102		<102
   	pH值	9.05	8.90		8.81		8.31
   	防锈性能	通过	通过		通过		通过
   注：编号1、2 为合成液：3、4 为乳化液：在试验期间，1～4 号样品的外观无明显变化，即无严重析油和块状物等现象出现。

   从上述试验结果来看，未加抗菌剂的合成液和乳化液使用不到一周，防锈性能都不通过，细菌总数都达4×10⁷个/ml，乳化液的真菌总数达5×10³个/ml，操作工人基本上每周更换一次加工液。加入0.1%复合抗菌剂后，连续使用三个月各项指标基本正常(试验仅进行三个月是因为加工屑等沉积于液槽，需清理)，其中：(1)细菌总数基本上控制在1×10⁶个/ml 以下，仅4号样有一次高于1×10⁷个/ml，但防锈性能和外观都正常，这可能与取样方式等偶然因素有关。(2)真菌总数基本上控制在1×10³ 个/ml以下，仅3号样有一次高于1×10³个/ml，但防锈性能和外观也都正常。(3)防锈性能都正常：外观也无明显变化。(4)加入复合抗菌剂后，乳化液的pH值略高：在三个月的使用期间，合成液和乳化液的pH值都能控制在一定的范围：而未加抗菌剂的合成液和乳化液在变质后，pH值都明显下降，这是因为微生物的新陈代谢产物多为酸性物质，因此监控pH值在一定程度上也能反映微生物繁殖的情况。

对比复合抗菌剂的试验室试验和现场应用试验结果，在20周的试验室试验中，细菌总数和真菌总数都小于10²个/ml：而在三个月的现场应用试验中，细菌总数和真菌总数虽能控制在一定范围，有时却高于10²个/ml，这说明现场比试验室试验条件苛刻。

4 结论

1. 试验室试验表明，不同类型的抗菌剂对细菌和真菌的抑制效果不同，含氮杂环化合物Ⅰ、Ⅱ对细菌的抑制效果较好，其中Ⅰ更好些：含硫化合物对细菌的抑制效果较差，而对真菌的抑制效果较好：含氮杂环化合物Ⅰ和含硫化合物复合使用具有明显的协同作用，对细菌和真菌都有很好的抑制效果。金属加工液的外观变化在一定程度能反映微生物的繁殖情况。
2. 现场应用试验表明，复合抗菌剂延长乳化液和合成液的使用寿命达十倍以上。