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抗菌剂提高水基金属加工液寿命的研究
石油化工科学研究院 张建荣
摘要：采用试验室通气装置模拟现场使用条件，考察了不同抗菌剂的抗菌性能，结果表明，单一抗菌剂难以同时对细菌和真菌起很好的抑制作用，复合抗菌剂对细菌和真菌都有很好的抑制效果。同时，还在多台机床上进行了复合抗菌剂的现场应用试验，结果表明，复合抗菌剂延长乳化液和合成液的使用寿命达十倍以上。
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
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。
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)。

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Ⅰ0.07参照厂家推荐浓度
2含氮杂环化合物Ⅰ0.10
3含氮杂环化合物Ⅱ0.13
4含氮杂环化合物Ⅱ0.19
5含硫化合物0.016
6复合抗菌剂0.100.07%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

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/ml5×105<102<102<102<102<102<1026×105-----6(周)
真菌总数，个/ml3×103<102<102<102<1022×1021×1045×104-----
pH值10.028.909.009.099.069.068.948.96-----
外观未变未变未变未变未变油油块油块-----
2细菌总数，个/ml3×105<102<102<102<102<102<102<102<102<102<102<102-12(周)
真菌总数，个/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/ml5×105<102<102<102<1021×1066×106------4(周)
真菌总数，个/ml2×103<102<102<1022×1033×1046×104------
pH值9.978.908.978.908.878.778.97------
外观未变未变未变油油块油块油块------
4细菌总数，个/ml2×105<102<102<102<102<102<102<102<102<102<102--10(周)
真菌总数，个/ml2×103<102<102<102<102<102<102<102<1022×1042×104--
pH值10.118.919.019.099.029.209.269.379.429.349.24--
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/ml3×1061×1073×1065×1068×1067×1061×107------1(周)
真菌总数，个/ml1×103<102<102<102<102<102<104------
pH值9.958.568.668.718.678.828.70------
外观未变未变未变油油油油------
6细菌总数，个/ml3×105<102<102<102<102<102<102<102<102<102<102<102<102>20(周)
真菌总数，个/ml1×103<102<102<102<102<102<102<102<102<102<102<102<102
pH值9.958.908.989.009.039.149.219.369.349.419.369.369.38
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/ml4×1061×1071×1071×107---------1(周)
真菌总数，个/ml1×1031×1032×1033×103---------
pH值9.038.438.658.46---------
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。
3) 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-<1029×102
真菌总数，个/ml<102<102<102<102<102-<102<102
pH值9.949.679.609.829.79-9.709.80
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<1023×103-5×103<102-
真菌总数，个/ml-<102<102<102-<102<102-
pH值-9.759.789.67-9.689.68-
防锈性能-通过通过通过-通过通过-
3细菌总数，个/ml<102-1×105<1024×1041×105-2×102
真菌总数，个/ml<102-<1028×1024×103<102-<102
pH值9.40-8.969.459.238.92-9.27
防锈性能通过-通过通过通过通过-通过
4细菌总数，个/ml4×102-<1023×1021×1054×1063×107-
真菌总数，个/ml<102-<102<102<102<102<102-
pH值9.34-9.369.129.038.958.57-
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<1023×103-<102<102--
真菌总数，个/ml<102<102<102-<102<102--
pH值9.719.889.83-9.889.89--
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/ml3×1044×1051×104-8×103-5×1031×104
真菌总数，个/ml<102<102<102-<102-<102<102
pH值9.299.199.27-9.27-9.569.26
防锈性能通过通过通过-通过-通过通过
4细菌总数，个/ml1×1028×104-5×105-4×105--
真菌总数，个/ml<102<102 <102-<102--
pH值9.058.90-8.81-8.31--
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
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。
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。 3/29/2008

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