李廣宇，李春惠，張芒芒，莊 園

（1.沈陽理工大學(xué)，遼寧 沈陽110159;2.沈陽鹿森潤滑技術(shù)有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽110015）

復(fù)合殺菌劑對水基切削液抗菌性能影響的研究*

李廣宇1，李春惠1，張芒芒1，莊 園2

（1.沈陽理工大學(xué)，遼寧 沈陽110159;2.沈陽鹿森潤滑技術(shù)有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽110015）

根據(jù)ASTMD3946-92方法，采用實驗室通氣裝置模擬現(xiàn)場使用條件，考察了硼酸銨A、三嗪類B和低毒酚C三種殺菌劑及其復(fù)配組合對水基切削液抗菌性能的影響。結(jié)果表明，單一殺菌劑難以對真菌和細(xì)菌同時起到很好的抑制作用，而復(fù)合殺菌劑可以對細(xì)菌和真菌同時起到抑制作用，其中5%硼酸銨A和1%低毒酚C復(fù)合時即具有顯著的抗細(xì)菌和抗真菌性能，可明顯延長水基切削液的使用壽命。

水基切削液；殺菌劑；抗菌性能；殺菌機制

前言

水基切削液因具有廉價、安全、冷卻性好等優(yōu)點而得到廣泛的應(yīng)用，但是它也存在易腐敗、使用壽命短等問題[1]。這是由于水基切削液中含有礦物油、脂肪酸皂、胺、磺酸鹽和水等可被微生物所利用的成分，因而易遭受微生物（如細(xì)菌和真菌）的分解，同時造成切削液的防銹、潤滑等性能降低，最終導(dǎo)致切削液腐敗變臭[2]。一般情況下，因切削液量減少或因加水后濃度降低都可以用補加新液的方法恢復(fù)其質(zhì)量要求，但是如果由于微生物的繁殖造成切削液質(zhì)量下降則是不可恢復(fù)的，必須更換新液[3]。我國切削液的年使用量約為80萬噸，每年至少產(chǎn)出幾百萬噸的廢液，這些含有多種添加劑的廢切削液大多數(shù)未經(jīng)處置就以各種渠道直接排放入自然界中，從而對環(huán)境造成污染[4,5]。若要減少廢液對環(huán)境造成的污染，那么提高水基切削液的抗菌性能，延長其使用壽命，減少更換次數(shù)，降低排放量，是目前最有效的方法。為防止水基切削液腐敗變質(zhì)，一般需要在切削液配方組成或其稀釋液中加入合適的殺菌劑，以控制微生物的生長繁殖[6]。在實際應(yīng)用中長期使用同種殺菌劑，微生物會產(chǎn)生抗藥性，但開發(fā)一種新型殺菌劑，投入太大，而且很快出現(xiàn)抗藥性，目前提高殺菌劑的抗菌性能的有效途徑是將現(xiàn)有殺菌劑進(jìn)行復(fù)配使用。

本文根據(jù)ASTMD3946-92方法，考察了硼酸銨A、三嗪類B、低毒酚C三種不同殺菌劑及其復(fù)配組合對水基切削液的抗菌性能的影響。

1 試驗部分

1.1 試驗材料

1.1.1 基礎(chǔ)切削液

本試驗所使用的基礎(chǔ)切削液配方如表1。其理化性能見表2。

表1 基礎(chǔ)切削液配方Table 1 The formula of basic cutting fluid

表2 基礎(chǔ)切削液的理化性能Table 2 The physical and chemical properties of basic cutting fluid

以此濃縮液為基礎(chǔ)試驗液，加入不同濃度的殺菌劑調(diào)成母液，再用母液分別配制成3%的稀釋液，用于后序試驗。

1.1.2 所選用的殺菌劑

硼酸銨A：無毒、無腐蝕性，具有阻燃性、殺菌性；

三嗪類B：在堿性溶液中可穩(wěn)定存在，不含任何硝酸鹽、有機氯，能緩慢釋放出甲醛；

低毒酚C：白色晶體，安全高效、無刺激、低毒、化學(xué)穩(wěn)定性好。

1.1.3 儀器

PHS-3B型精密酸度計、E-201-C型PH復(fù)合電極、DHP781型電熱恒溫培養(yǎng)箱、HHSY21-Ni型電熱恒溫水浴鍋、CX-0088型增氧泵、OLYMPUS BX51型顯微鏡。

1.2 試驗方法

根據(jù)ASTMD3946-92《Standard Test Methods for Evaluating the Bacteria Resistance of Water-Dilutable Metalworking Fluids》，即水基金屬加工液抗菌性能評價方法，在實驗室內(nèi)建立水基切削液抗菌性能測試平臺。首先向1L的燒杯中加入900mL含有不同殺菌劑的水基切削液，再加入100mL培養(yǎng)好的菌種以及10g鐵屑、玉米淀粉、干酪素等微生物所需的營養(yǎng)物質(zhì)，攪拌均勻。將燒杯置于30℃恒溫水浴鍋內(nèi)，通空氣于試樣中。以7d為1個周期，每周期通氣5d，停氣2d，在此過程中補加無菌水以補充因蒸發(fā)而引起的損失。定期測定pH值并記錄外觀變化，同時采用美國SANI-CHECK測菌片檢測試樣中的細(xì)菌和真菌菌落總數(shù)。試驗中所用菌種的細(xì)菌菌落總數(shù)應(yīng)達(dá)到107cfu/mL以上，真菌菌落總數(shù)應(yīng)達(dá)到103cfu/mL以上。樣品變質(zhì)指標(biāo)為：細(xì)菌總數(shù)>107cfu/mL，真菌總數(shù)>103cfu/mL。

2 結(jié)果與討論

2.1 單一殺菌劑對水基切削液抗菌性能的影響

圖1～9分別為不同濃度的硼酸銨A、三嗪類B、低毒酚C在切削液中的抗菌性能試驗結(jié)果。

圖1 不同濃度硼酸銨A的pH值變化曲線Fig.1 The pH values of cutting fluid with different concentrations of amine borate A

圖2 不同濃度硼酸銨A的細(xì)菌菌落總數(shù)Fig.2 The total bacterial count in cutting fluid with different concentrations of amine borate A

圖3 不同濃度硼酸銨A的真菌菌落總數(shù)Fig.3 The total fungicidal count in cutting fluid with different concentrations of amine borate A

圖4 不同濃度三嗪類B的pH值變化曲線Fig.4 The pH values of cutting fluid with different concentrations of triazine B

從圖1～圖3可以看出，隨著硼酸銨A濃度的增加，切削液的抗菌性能也逐漸提高。硼酸銨A的濃度小于5%時，對細(xì)菌和真菌的抑制作用都較小，溶液pH值迅速降低；當(dāng)濃度達(dá)到5%時，抑制細(xì)菌的效果明顯提高，能在較長時間內(nèi)控制細(xì)菌的數(shù)量，抗細(xì)菌性能較好，但起效較慢。通氣一段時間后，溶液中出現(xiàn)黏液，說明溶液中存在較多的真菌；濃度增至7%時，其抗細(xì)菌性和抗真菌性較5%時都略有提高，但對真菌的抑制作用仍不理想。綜上所述，硼酸銨A對細(xì)菌的抑制作用明顯優(yōu)于對真菌的抑制作用。

圖5 不同濃度三嗪類B的細(xì)菌菌落總數(shù)Fig.5 The total bacterial count in cutting fluid with different concentrations of triazine B

圖6 不同濃度三嗪類B的真菌菌落總數(shù)Fig.6 The total fungicidal count in cutting fluid with different concentrations of triazine B

從圖4、圖5和圖6中可以發(fā)現(xiàn)，切削液的抗菌性能與三嗪類B的濃度成正比。同時不難看出，三嗪類B殺菌起效快，試驗初期每個試樣的細(xì)菌和真菌數(shù)量都迅速降低，對細(xì)菌的作用尤其明顯。它能在一定的時間內(nèi)抑制細(xì)菌的生長，但持效性較差。通氣培養(yǎng)過程中真菌數(shù)量很快增至103cfu/mL，切削液中出現(xiàn)黏液。由此得出，三嗪類B的抗細(xì)菌性優(yōu)于其抗真菌性。

圖7 不同濃度低毒酚C的pH值變化曲線Fig.7 The pH values of cutting fluid with different concentrations of low-toxic phenol C

圖8 不同濃度低毒酚C的細(xì)菌菌落總數(shù)Fig.8 The total bacterial count in cutting fluid with different concentrations of low-toxic phenol C

圖9 不同濃度低毒酚C的真菌菌落總數(shù)Fig.9 The total fungicidal count in cutting fluid with different concentrations of low-toxic phenol C

由圖7、圖8和圖9可見，切削液的抗菌性能隨低毒酚C濃度的增大而提高。當(dāng)?shù)投痉覥的濃度小于2%時，對細(xì)菌的抑制作用較小，通氣2周后細(xì)菌數(shù)量便超過107cfu/mL，同時伴隨著pH值降低，但對真菌的抑制作用良好。當(dāng)濃度達(dá)到2.5%時可同時抑制細(xì)菌和真菌的生長，但若在實際應(yīng)用中采用此濃度，則會大大提高切削液的成本。

2.2 復(fù)合殺菌劑對水基切削液抗菌性能的影響

由上述試驗得出，三種具有不同抗菌性能的殺菌劑單獨使用時，一般不能完全控制細(xì)菌和真菌的生長，因此可以將這三種殺菌劑復(fù)合使用，研究其對切削液抗菌性能的影響。圖10～18分別為上述三種殺菌劑復(fù)合使用時的抗菌性能試驗結(jié)果。

圖10 硼酸銨A和三嗪類B復(fù)合時的pH值變化曲線Fig.10 The pH values of cutting fluid with different concentrations of amine borate A and triazine B compound

圖11 硼酸銨A和三嗪類B復(fù)合時的細(xì)菌菌落總數(shù)Fig.11 The total bacterial count in cutting fluid with different concentrations of amine borate A and triazine B compound

圖12 硼酸銨A和三嗪類B復(fù)合時的真菌菌落總數(shù)Fig.12 The total fungicidal count in cutting fluid with different concentrations of amine borate A and triazine B

圖13 硼酸銨A和低毒酚C復(fù)合時的pH值變化曲線Fig.13 The pH values of cutting fluid with different compound concentrations of amine borate A and low-toxic phenol C compound

通過對圖10、圖11和圖12的分析可得，硼酸銨A和三嗪類B復(fù)合使用時，隨著A濃度的增加，切削液的抗菌性能逐漸提高。與單獨使用硼酸銨A和三嗪類B時相比，抗細(xì)菌能力顯著提高。當(dāng)硼酸銨A濃度達(dá)到3%時即能使細(xì)菌總數(shù)維持在103cfu/mL以下，但對真菌的抑制作用仍不理想，溶液中出現(xiàn)黏液，pH值降低。由此可見，硼酸銨A和三嗪類B復(fù)合后抗細(xì)菌性明顯提高，但抗真菌性仍不理想。

圖14 硼酸銨A和低毒酚C復(fù)合時的細(xì)菌菌落總數(shù)Fig.14 The total bacterial count in cutting fluid with different concentrations of amine borate A and low-toxic phenol C compound

圖15 硼酸銨A和低毒酚C復(fù)合時的真菌菌落總數(shù)Fig.15 The total fungicidal count in cutting fluid with different concentrations of amine borate A and low-toxicity phenol C compound

由圖13、圖14和圖15可以發(fā)現(xiàn)，硼酸銨A和低毒酚C復(fù)合使用比單獨使用的切削液的抗菌性能要高，同時表現(xiàn)出良好的抗真菌性能。當(dāng)硼酸銨A濃度為5%時即能在較長時間內(nèi)抑制細(xì)菌的生長，明顯延長了切削液的使用壽命，說明硼酸銨A和低毒酚C起到了較好的協(xié)同效應(yīng)。

圖16 三嗪類B和低毒酚C復(fù)合時的pH值變化曲線Fig.16 The pH values of cutting fluid with different concentration of triazine B and low-toxic phenol C compound

圖17 三嗪類B和低毒酚C復(fù)合時的細(xì)菌菌落總數(shù)Fig.17 The total bacterial count in cutting fluid with different concentrations of triazine B and low-toxic phenol C compound

圖18 三嗪類B和低毒酚C復(fù)合時的真菌菌落總數(shù)Fig.18 The total fungicidal count in cutting fluid with different concentrations of triazine B and low-toxic phenol C compound

從圖16、圖17和圖18中不難看出，三嗪類B和低毒酚C復(fù)合使用時，不能在較長時間內(nèi)抑制細(xì)菌的生長，但對真菌的抑制作用良好。

2.3 殺菌機制探討

通過對水基切削液中的微生物進(jìn)行蘇木精-伊紅染色（HE染色）和革蘭氏染色與分離培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)水基切削液中主要含有肺炎球菌、金黃色葡萄糖球菌、大腸埃希氏菌等細(xì)菌以及曲霉、酵母等真菌，說明水基切削液中存在細(xì)菌和真菌構(gòu)成了共生體系。在殺菌劑對切削液抗菌性能影響的試驗研究中發(fā)現(xiàn)，不同類型的殺菌劑，其抗菌特性也不盡相同，這可能與殺菌劑自身的化學(xué)結(jié)構(gòu)有著一定的關(guān)系。為進(jìn)一步研究殺菌劑的抗菌特性，采用OLYMPUS BX51型顯微鏡觀察了切削液中微生物的狀態(tài)。

圖19為未經(jīng)殺菌劑處理的水基切削液中微生物的顯微鏡照片，圖20～圖25所示分別為經(jīng)過硼酸銨A、三嗪類B、低毒酚C以及硼酸銨A和三嗪類B、三嗪類B和低毒酚C、硼酸銨A和低毒酚C處理后的切削液中微生物的顯微鏡照片。

圖19 未經(jīng)殺菌劑處理的微生物顯微鏡照片（×400）Fig.19 The microscope photos of microorganism untreated by bactericide（×400）

圖20 經(jīng)硼酸銨A（5%）處理后的微生物顯微鏡照片（×400）Fig.20 The microscope photos of microorganism treated by amine borate A（5%）（×400）

圖21 經(jīng)三嗪類B（2%）處理后的微生物顯微鏡照片（×400）Fig.21 The microscope photos of microorganism treated by triazine B（2%）（×400）

圖22 經(jīng)低毒酚C（2%）處理后的微生物顯微鏡照片（×400）Fig.22 The microscope photos of microorganism treated by low-toxic phenol C（2%）（×400）

圖23 經(jīng)硼酸銨A（3%）與三嗪類B（1%）處理后的微生物顯微鏡照片（×400）Fig.23 The microscope photos of microorganism treated by amine borate A（3%）and triazine B（1%)compound（×400）

圖24 經(jīng)三嗪類B（2%）與低毒酚C（1%）處理后的微生物顯微鏡照片（×400）Fig.24 The microscope photos of microorganism treated by triazine B（2%）and low-toxic phenol C（1%）compound（×400）

圖25 經(jīng)硼酸銨A（5%）與低毒酚C（1%）處理后的微生物顯微鏡照片（×400）Fig.25 The microscope photos of microorganism treated by amine borate A（5%）and low-toxic phenol C（1%）compound（×400）

比較圖19～25可以發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)過和經(jīng)過不同殺菌劑處理后的微生物死亡數(shù)量是不同的。其中，圖20顯示，經(jīng)過硼酸銨A處理的微生物依然有一些存活，表明硼酸銨A殺菌性不強，同時說明A起效較慢。由圖21和圖22可見，分別經(jīng)過三嗪類B和低毒酚C處理后的微生物存活數(shù)量少于硼酸銨A，說明兩者的殺菌性較硼酸銨A強。從圖23、圖24和圖25中不難看出，經(jīng)過復(fù)合殺菌劑處理后的微生物存活數(shù)量均減少，且大部分死亡。其中，經(jīng)過硼酸銨A和低毒酚C處理后的微生物死亡速度較慢，有一部分微生物細(xì)胞處于溶脹狀態(tài)，還沒有完全死亡。雖然硼酸銨A和低毒酚C復(fù)合時起效不是很快，但是在切削液中具有較持久的抑制微生物的作用，對于實際應(yīng)用具有重要的意義。

由上述試驗可以得出，不同殺菌劑對微生物的抑制作用有所不同，這可能與其自身的結(jié)構(gòu)有關(guān)。其中，硼酸銨A中含有的硼是缺電子元素，可以接受外界電子[7]，因此能夠吸附到帶有負(fù)電荷的細(xì)胞表面，改變細(xì)胞壁的滲透性，使菌體破裂[8]。三嗪類B屬于甲醛縮合類化合物，所釋放出的甲醛具有還原作用，易與細(xì)胞中蛋白質(zhì)的氨基結(jié)合而使蛋白質(zhì)變性，破壞菌體的細(xì)胞質(zhì)[9]，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。而低毒酚C可以吸附在微生物細(xì)胞壁上，然后擴散到細(xì)胞結(jié)構(gòu)中，在細(xì)胞內(nèi)生成膠態(tài)溶液，使蛋白質(zhì)沉淀，從而破壞蛋白質(zhì)使得細(xì)胞死亡[10]。

水基切削液中細(xì)菌和真菌的生長受到抑制，除與殺菌劑自身性質(zhì)密切相關(guān)外，還與它們生長在同一個體系中而發(fā)生生存競爭有關(guān)。當(dāng)其中一種數(shù)量較少時，會促使另一種獲到優(yōu)勢生長而大量繁殖。因此，單獨使用硼酸銨A和三嗪類B時，切削液中的真菌可能因細(xì)菌生長受到較大抑制而過度繁殖，而單獨使用低毒酚C時，切削液中的細(xì)菌卻因真菌受到抑制而大量繁殖。然而，當(dāng)具有不同抑菌譜的殺菌劑復(fù)合時，可能對細(xì)菌和真菌同時起到抑制作用，因此都不能占到生長優(yōu)勢，這時它們將在較低數(shù)量水平上達(dá)到平衡。但若其中一種殺菌劑對細(xì)菌的抑制作用降低或者完全失效，那么真菌又會得到優(yōu)勢生長的機會而過度繁殖。反之，細(xì)菌則大量繁殖。在三嗪類B與低毒酚C的復(fù)合試驗前期，細(xì)菌和真菌同時受到抑制，數(shù)量都很少，隨著三嗪類B逐漸分解失效，細(xì)菌數(shù)量大增，真菌的生長將繼續(xù)受到抑制。同理，硼酸銨A和三嗪類B復(fù)合時對細(xì)菌的抑制作用較好，這便會促進(jìn)真菌的過度繁殖。

在硼酸銨A與低毒酚C復(fù)合時，由于這兩種具有不同抗菌特性的殺菌劑可以對細(xì)菌和真菌同時起到抑制作用，而且兩種殺菌劑的持效性較好，因此細(xì)菌和真菌均不能在短期內(nèi)獲得優(yōu)勢生長，也就不會大量繁殖。

3 結(jié)論

（1）試驗表明，不同類型和不同濃度的殺菌劑對細(xì)菌和真菌的抑制效果不同。其中，硼酸銨A濃度為5%時即能具有較好的抗細(xì)菌性能，但抗真菌性能不理想。三嗪類B的抗細(xì)菌性優(yōu)于抗真菌性。而低毒酚C的抗真菌性能明顯優(yōu)于抗細(xì)菌性能。

（2）三種殺菌劑復(fù)合時水基切削液的抗菌性能有不同程度的提高。硼酸銨A和三嗪類B復(fù)合時抗細(xì)菌性能明顯提高，但對真菌的抑制作用不理想；三嗪類B和低毒酚C復(fù)合時不能在較長時間內(nèi)同時對細(xì)菌和真菌同時起到抑制作用；5%硼酸銨A和1%低毒酚C復(fù)合時可以在較長時間內(nèi)抑制細(xì)菌和真菌的生長，明顯延長了切削液的使用壽命。

（3）水基切削液中細(xì)菌和真菌的生長受到抑制，除了與殺菌劑自身的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)外，還與切削液體系中細(xì)菌和真菌構(gòu)成的共生體系有關(guān)，當(dāng)其中一種大量繁殖時便會影響到另一種的生長。若切削液中含有不同抑菌譜的殺菌劑，就可能同時對細(xì)菌和真菌起到抑制作用，兩者將在低數(shù)量水平上達(dá)到均衡。

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Research on the Effects of Compound Bactericides on Anti-microbial Performance of Water-based Cutting Fluid

LI Guang-yu1,LI Chun-hui1,ZHANG Mang-mang1and ZHUANG Yuan2
（1.Shenyang Ligong University,Shenyang 110159,China;2.Shenyang Lusan Lubrication Technology Co.,Ltd.,Shenyang 110015,China）

According to ASTM D3946-92,the air breather which could simulate the user's scene was set up in laboratory in order to investigate the effect of anti-microbial performance of amine borate A,triazine B and low-toxic phenol C and theirs composition on the water-based cutting fluid. The results showed that it was difficult for a single bactericide to suppress bacteria and fungi,while the composite bactericides could suppress both bacteria and fungi.When 5%amine borate A and 1%low-toxic phenol C were combined,the anti-fungal and anti-bacterial performances of cutting fluid were excellent and its working life could be prolonged obviously.

Water-based cutting fluid;bactericide;anti-microbial performance;action mechanisms of bactericide

R 978.5

A

1001-0017（2015）02-0085-07

2014-12-03 *基金項目：國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃973項目（編號：2007CB210305）

李廣宇(1971-)，男，吉林吉林人，博士，副教授，主要從事潤滑劑及相關(guān)精細(xì)化學(xué)品的研究。E-mail:lgych@163.com