CN1333058C - 防止微生物在金属加工液中滋长 - Google Patents

Abstract

一种在润滑油或液压液体或开孔液体可能污染金属加工液的机器中防止微生物在油-水金属加工液中滋长的方法，包括将可分配的抗菌剂加入到润滑油或液压液体或开孔液体中，所述的抗菌剂能积极抵抗金属加工液中存在的微生物，从而有效量的抗菌化合物可转入到金属加工液中，以降低微生物的活性。一种机床润滑油或液压液体或开孔液体组合物，其包括矿物油或其它润滑剂基本成分和油-水可分配的抗菌剂，该抗菌剂能积极抵抗金属加工液中存在的微生物。

Description

防止微生物在金属加工液中滋长

技术领域

本发明涉及在一种机器的金属加工液中微生物滋长的预防，在这种机器中润滑油或液压液体(hydraulic fluid)或开孔液体(tapping fluids)可能会污染金属加工液，本发明还涉及包括抗菌剂的机床润滑剂、液压液体或开孔液体等，更具体地说，本发明涉及将抗菌剂加入到金属加工液中的方法。

背景技术

在很多机械环境中，同时存在着油性化合物和水性化合物。很多机器在密闭环境中采用包括一种高压液压油，即一种油的液力传动的。然而，可能发生密封圈老化和液压液体泄漏，从而污染金属加工液。

机械过程通常需要一种润滑化合物来防止运动机件之间的摩擦。这种系统的一个例子是工业金属加工的机床，其中加工件和工具安置在通称为滑槽的平滑支座上，并在其上移动。这些表面需要一种润滑剂-滑槽润滑剂-来减少金属/金属接触，从而消除摩擦和‘粘滞’(stick-slip)滑动，并防止滑槽磨损。这对于保持那些非常昂贵的机床处于良好状态和确保机械加工精确是必要的。因为大多数机械加工过程还采用一种外加的液体，即水-由乳液类金属加工液来使加工区冷却和润滑，所以滑槽润滑剂不断地被从滑道表面洗刷掉。为了防止这个问题，在连续或计量的基础上，大多数的机床自动向滑道上分配油。倘若滑槽润滑剂成本很低，这种全部损失的方法是确保机器性能不受损害的成本最低廉的方法。损失的润滑剂即加工过程中损失的油(tramp oil)，与金属加工液一起被洗入贮槽中，金属加工液可从贮槽中回收再利用。

虽然这种方法确保机器处于良好的状态，但它给金属加工液带来相反的作用。金属加工液是油-水乳液，为微生物的滋长提供了理想的环境。虽然在配制金属加工液时非常尽力地除去明显的营养源，并保证金属加工液尽可能地抗微生物生长，但是如果金属加工液被滑槽润滑剂污染了，在很大程度上就不能阻止微生物的滋长。由于滑槽润滑剂一般基于精制的矿物油，含有例如硫和磷(作为抗磨剂和防腐剂)的元素，这些为微生物提供了理想的营养物。在整个金属加工业可被接受的对于金属加工液失败的主要原因之一是，金属加工液被滑槽润滑剂过度污染而促进了微生物的滋长。在系统中，借助于低速搅拌，滑槽润滑油可从乳液中分离出来，再将乳液密闭与空气隔绝。在这种厌氧性的条件下，微生物在液体中的滋长产生呼吸作用副产物，例如硫化氢，硫化氢带来一种令人不舒适的气味，使得该系统工作时令人不舒适。

手工施加的开孔液体可用于开孔、铰孔和钻孔操作，当与水混合物一起用于机床上时，添加了切削液的水流也可污染切削液。

已经进行了一些尝试来克服这个问题，这些尝试包括：

i)采用合成的、生物学上-硬碱(biologically-hard base)液体替代矿物油，作为滑槽润滑剂的基本成分(base)。虽然这可降低微生物营养物的总体水平，但关键的硫和磷试剂仍存在。合成的碱性液体对于“全部损失”的系统来说也过于昂贵了。

ii)采用金属加工液浓缩物作为滑槽润滑剂。虽然这克服了污染的问题，但是作为滑槽润滑剂的主要功能受到损害。这些产品可容易地被洗去，使得滑槽“变干”，导致工具/加工件之间的高的摩擦力和难于控制。这种附加浓缩物的乳化作用也可导致切削液浓度(strength)增加到过高的程度。

iii)采用撇油器/油分离器。这在价格和性能方面有不同的变化。最简单和最便宜的类型是带式或盘式撇油器，将这些撇油器直接浸入机器贮槽中，从金属加工液的表面分取出游离的油。这些撇油器/油分离器在性能方面受到限制是由于只有在不搅动的情况下(即在贮槽的“死”区)或液体被油饱和了，油才能从液体中分离出。

另一方面是从机器贮槽中提取液体和除去所有油污染物的独立机器。这些独立机器可以是固定专用于一台单机，或者是根据轮班可移动以服务于多台机器。虽然这些机器能有效地从液体中除去污染物，但这些设备的价格是每台为数万英镑。这可意味着甚至对于规模适中的机械加工车间也是相当大的资本投资。

iv)在切削液中使用抗菌剂，抗菌剂是危险的化学制品，特别是浓缩式的试剂，并且为了保持功能抗菌剂需以正确的剂量加入。

防止微生物在金属加工液中滋长的最有效方法是向该液体中加入抗菌化合物。向液体中加入抗菌剂最为普遍的场所是在家居和工业环境中。

文献-A-US 4968323公开了在烃类燃料和金属加工液中使用杀虫剂组合物或防腐剂。将杀虫剂加入到诸如家用燃料油、柴油机燃料和喷气燃料的燃料中，这些燃料通常存储在罐中，在这些罐中在燃料的下面积聚了一层水。这篇文献也披露了向可乳化的油中加入溴代频哪酮，来防止金属加工液(如切削液和滚压液)中细菌的滋长。该文献披露了在金属加工液污染之前或之后加入溴代频哪酮。

文献-A-US 4414121公开了向水基金属加工润滑剂中加入抗菌剂，以防止微生物在其中滋长。

文献-A-US 5508417公开了一种广谱异噻唑抗菌剂，在很多情况下可采用这种抗菌剂来阻止微生物的侵袭，通常是在一种诸如水或溶剂等载体中使用这种杀菌剂。

文献-A-US 4946612公开了一种双功能油组合物，可同时用于滑动表面的润滑油和用于金属加工液，来解决含有两种不同溶液的问题，这两种溶液混合对它们各自不利。这种油组合物的第二种性能是抗细菌或抗真菌。

然而，向金属加工液中加入抗菌剂组合物可能有问题，所使用的大多数的组合物有毒，并包括危险的化学制品。在金属加工液中使用的抗菌化合物的量必须进行仔细的监测，以便第一，该化合物的浓度足够高，从而具有足够的抗菌作用；第二，这个浓度不能高过对处理该化合物的机器附近的工作人员产生伤害的程度。

发明内容

本发明的目的在于，为了克服上述问题，以一种新颖、安全和经济的方式向金属加工液中加入抗菌剂。

根据本发明，在润滑油或液压液体或开孔液体可能会污染金属加工液的机器中防止微生物在油-水乳液类金属加工液中滋长的方法，包括将油-水可分配的抗菌剂加入到润滑油或液压液体或开孔液体中，从而有效量的抗菌化合物可分配到金属加工液中，以降低微生物的活性。润滑油或液压液体或开孔液体用作将抗菌剂以一种安全和有效的方式传递到金属加工液中的媒介物。所述的抗菌剂可以混入润滑油或液压液体或开孔液体中，或加入到润滑油或液压液体或开孔液体中。

同样根据本发明，一种用于存在有油-水乳液类金属加工液的机器中的润滑油或液压液体或开孔液体组合物包括矿物油基本成分(mineraloil base)和油-水可分配的抗菌剂，该抗菌剂将被传递到金属加工液中，以防止微生物在金属加工液中滋长，特别是如果润滑油或液压液体或开孔液体使金属加工液密闭而产生厌氧环境的情况下。

更进一步地根据本发明的方法，其中：

i)所述的机器具有工具用于机械加工工件；

ii)金属加工液是切削液；

iii)机床具有蓄池或贮槽，切削液流入蓄池或贮槽，并从蓄池或贮槽中被传递到工具和加工件上；

该方法进一步包括步骤：

v)使润滑油或液压液体或开孔液体转移至切削液贮槽中，它们作为一种媒介物将有效量的抗菌剂传递到切削液贮槽中。

机床可配有润滑油或液压液体或开孔液体的蓄池，在蓄池中可将抗菌剂加入到润滑油或液压液体或开孔液体中；或者在机器中使用之前，抗菌剂可作为一组分与润滑油或液压液体或开孔液体混合。

机床可配有滑槽，润滑油可以是滑槽润滑剂。

抗菌剂在这里定义为“赋予抑制微生物性能的任何成分”。

滑槽润滑剂是专业产品，在润滑剂的基础上，通常包括抗磨剂、粘着剂(控制过多地冲洗掉)和破乳剂(限制滑槽润滑剂乳化进入切削液中而带来的有害影响)。

本发明因此采用包括抗菌剂的滑槽润滑剂，当润滑剂被洗入金属加工液中，即加工过程中损失的油(tramp oil)，抗菌剂将转移至水相中，在水相中它将保持液体中的抗菌性能。滑槽润滑剂的所有主要功能(润滑、抗磨等)不因包含抗菌剂而受影响，不要求专门的设备，该润滑剂用于每台机器现有的润滑系统中。

这种赋予液体抗菌性的方法也是“明智的”，因为在切削液贮槽中收集到越多的加工过程中损失的油，越多的抗菌剂将转入到液体中，使液体的抗菌性最佳。在比较清洁的系统中，收集到的加工过程中损失的油较少，对高含量的额外的抗菌剂的要求也更少。

具体实施方式

在液压液体或开孔液体或滑槽润滑剂中所包含的抗菌剂，可以是任何一种市场上能买得到的杀菌剂，它们在金属加工业或杀菌剂工业中的任何人所熟知的油基和水基体系中具有良好溶解性。抗菌剂的例子包括：释放甲醛的化合物，如三嗪衍生物和唑烷；或非甲醛产品，如苯并异噻唑啉酮和对氯间甲酚。

选择抗菌剂的要素在于：

i)与液压液体或开孔液体或滑槽润滑剂的相容性：抗菌剂不应影响液压液体或开孔液体或滑槽润滑剂的主要功能。

ii)平衡的油和水的可溶解性：抗菌剂应溶解于滑槽润滑剂中，然而在水中也应充分溶解，以保证其能被转入金属加工液中。

iii)广谱的抗菌活性：金属加工液可被细菌和真菌污染，细菌和真菌均有有害影响。

iv)良好的毒理学分布(profile)：金属加工液通常与皮肤接触，因此抗菌剂应尽可能引起少的危害。

根据这些标准，本发明优选的抗菌化合物是7a-乙基二氢-1H，3H，5H-唑基(3，4-c)唑(7a-ethyldihydro-1H，3H，5H-oxazolo(3，4-c)oxazole)。该化合物可以从Angus Chemie买到，商标名为Bioban CS-1246。这一抗菌剂特别有意义的性能是：

i)对滑槽润滑剂的润滑特性无有害的影响。在下面给出了具体实施例的实验详情。

ii)辛醇/水的分配系数(log Pow)是0.28，这表明主要是油可溶解性，但是具有足够的水溶解性，以使抗菌剂转入水相中。

iii)下面示出的对常见腐败菌的最小抑菌浓度(MIC)，表明了广谱的抗菌活性：

生物体               MIC(每百万分数)

细菌：

产气肠杆菌           250～300

Escherischia coli    450～500

绿脓杆菌               800～850

金黄色葡萄球菌         200～250

真菌：

黑曲霉                 65～125

Fusarium moniliofrme   125～250

发面酵母               16-33

iv)低毒性：如所提供的，这种抗菌剂通过吸入和与皮肤接触是有害的，对眼睛和皮肤有刺激作用，但不是致敏剂，不引起诱变。但是，这种抗菌剂通常稀释使用，产品没有危害。在欧洲，其作为化妆品防腐剂认可的用量高达百万分之3000，表明了其低毒性。

实施例

参考上面，实验详述如下：

如下制备了四种样品，这些样品包括矿物油基本成分(mineral oilbase)、市场上可买到的滑槽润滑剂包(包含抗磨剂、腐蚀抑制剂等等)、粘着剂(促进滑槽润滑剂与金属表面的粘合)和抗菌剂(BiobanCS-1246)。

[注释：所有组分是重量/重量百分比。]

                        样品A        样品B        样品C        样品D

500 Solvent neutral¹    60.45        62.95        66.45        67.95

150 Solvent neutral²    36.30        32.80        28.30        25.80

Hitec 510³              2.25         2.25         2.25         2.25

Hitec E151⁴             1.00         1.00         1.00         1.00

Bioban CS-1246          0.00         1.00         2.00         3.00

1.石蜡矿物油，在40℃运动粘度约为100cSt；

2.石蜡矿物油，在40℃运动粘度约为30cSt；

3.从Ethyl Petroleum Agents Ltd.购得的滑槽润滑剂包；

4.从Ethyl Petroleum Agents Ltd.购得的聚异丁烯胶粘剂。

然后这些样品进行抗绿脓杆菌的抗菌筛选试验，绿脓杆菌是在切削液中发现的最常见的腐败菌之一。

将这些油样品放入接种过的琼脂平板的中心处的直径10mm的“凹槽”中。然后将这些平板培育48小时并目测检查。以抑制区-细菌零生长-最初直径10mm凹槽的周围表示所有样品的抗菌活性，可测得它们的直径，从而半定量地估计样品的抗菌活性。

样品	零生长的直径	抑制区
			A	10mm	0mm
B	14mm	4mm
			C	20mm	10mm
D	22mm	12mm

[注释：为了测得抗菌活性，凹槽原始的直径必须扣除(因此10mm是零抑制)。]

从这些结果，显然样品C在杀菌剂用量和抗菌活性之间达到最佳的成本效率平衡。

选择抗菌剂的主要标准之一是确保其与滑槽润滑剂的相容性。在这点两个主要度量标准是油的抗磨性和破乳性。样品A(未处理的滑槽润滑剂)和样品C采用如下的工业标准实验方法进行测试。

破乳实验(在100ml的量筒中将40mls油和40mls水混合在一起。每隔5分钟的间隔，记录下从油/水混合物中分离出的水的体积。

时间(分钟)	样品A	样品C
			从油/水混合物(mls)中分离出的水的体积
	0	0			0
5			3	7
	10	15			8
15			16	9
	20	17			10
25			20	15
	30	30			15
35			36	18
	40	37			24
45			37	29
	50	38			31
55			38	32
	60	39			34

尽管由于加入抗菌剂水分离的速度减慢，但还是发生破乳现象。实际上稍微慢的分离速度为抗菌剂转入切削液提供更长的时间。

进行壳4球(the shell 4 ball)磨损实验，以测量两种润滑剂的防磨性能。

壳4-球磨损实验(60kg负载运行15分钟)样品A

球编号	磨损伤痕尺寸mm
		1	0.709×0.723
2	0.728×0.709
		3	0.708×0.725

平均伤痕直径＝0.717mm

样品C

球编号	磨损伤痕尺寸mm
		1	0.479×0.457
2	0.463×0.444
		3	0.470×0.451

平均伤痕直径＝0.462mm

可以看出，尽管总组合物包含较少的石蜡矿物油，通过加入抗菌剂改善了抗磨性能。这种改进是意想不到的，虽然不能完全解释清楚，但可能是由于存在于油中的硫和磷抗磨剂和钢表面之间的化学反应的催化作用。

Claims (4)

1.在润滑油或液压液体或开孔液体可污染金属加工液的机器中防止微生物在油-水乳液类金属加工液中滋长的方法，其特征是，将油-水可分配的抗菌剂加入到润滑油或液压液体或开孔液体中，从而有效量的抗菌化合物可分配到金属加工液中，以降低微生物的活性。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

i)所述的机器是机床，该机床具有用于机械加工工件的工具；

ii)所述的金属加工液是切削液；

iii)所述的润滑油是滑槽润滑油；

iv)所述的机床具有蓄池或贮槽，切削液流入蓄池或贮槽，并从蓄池或贮槽中被传递到工具/加工件上；

该方法进一步的特征是步骤：

v)使滑槽润滑油转移至切削液贮槽中，它们作为一种媒介物将有效量的抗菌剂传递到切削液中。

3.根据权利要求1或2所述的方法，该方法进一步的特征是，所述的机床配有润滑油或液压液体的蓄池，并将抗菌剂加入到蓄池中。

4.根据权利要求1或2所述的方法，该方法进一步的特征是抗菌剂作为一组分与润滑油或液压或开孔液体混合。