Tuesday, August 26, 2008

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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