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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。
本文作者:石油化工科学研究院 张建荣
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