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好富顿公司解决切削液中细菌问题的绿色方案
来源:《现代金属加工》 作者:好富顿公司 陈春怀 黄义修 浏览次数:0
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进入21世纪,世界各国先后实行工业可持续发展战略。绿色、节能、环保已经成为现代工业及金属加工领域的主题与方向,并得到广泛的认可与应用。
  本文首先介绍绿色环保产品和方案的概念,然后分析切削液在使用过程中细菌滋生的过程以及对环保性能和加工性能的不良影响,指出使用杀菌剂对环保危害和局限之处,提出从产品和细菌滋生源头解决切削液细菌滋生的绿色方案。好富顿公司设计发明的,生物稳定性产品HC795及应用效果,说明生物稳定产品的应用会带来环保,成本和加工性能的多方面益处。
绿色方案的概念和要求
  P.T.Anastas 和J.C.Waner提出了目前国际化学界公认的12条原则[1],它不仅反映了近年来在绿色化学领域中所开展的多方面研究工作的内容,同时也指明了未来发展绿色化学的研究方向。其反应工艺图如图1所示:
解决切削液中细菌问题的绿色方案

  一般认为绿色介质或环境友好介质(Green Fluid or Environmentally FriendlyFluid)是生态介质(Eco-Lubricant),或环境无害介质(En v i r o nme n t a l l yHa rml e s s Fluid),或环境兼容介质(Environmentally acceptable/adaptedfluid),或环境协调介质(Environmentallycompatible fluid)以及环境满意介质(Environmentally Considerate/PreferableFluid)等。绿色介质一方面要能够满足实际使用的要求,另一方面又能在较短时间内被活性微生物(细菌)分解为CO2和H20, 介质及其损耗产品对生态环境不产生危害,或者在一定程度上能够为环境所容许。简言之,其要求在于两个方面,一是要具有良好的生物降解性,二是生态毒性及毒性累计性要小[2]。
  绿色介质目前尚无全球完全统一的标准。比较流行的标准是北欧天鹅(Nordic Swan), 德国的蓝色天使(BlueAngle)以及瑞典的SS15 54 34+SP列表(The SP-list)。北欧天鹅对毒性要求很高,所给指标严格苛刻,目前最有影响力的是德国的蓝色天使和瑞典的SS15 5434+SP列表[3]。 它们在生物降解方面的要求分别是:
  蓝色天使:
  (1)基础油:其组分生物降解性不小于70%,没有水污染,无氯,低毒。
  (2 )添加剂: 无致癌物, 无致基因诱变、畸变物, 最大允许使用7%的具有潜在可生物降解性的添加剂(OECED3 0 2B法, 生物降解率大于20%);可添加2%不可生物降解的添加剂,但必须是低毒性的,可生物降解添加剂则无限制(根据OECD301A-E)。
  SP列表:(1)基础油具有高于60%的生物降解率(OECD301B或F);(2)添加剂需具备对水生系统的低毒性,不一定具备生物降解性。;(3)产品不可危害人体健康。
水基切削液中细菌的滋生过程
  一般水基切削液都含有菌类滋生养分,在有水环境和温度适宜下就有菌类滋生,其滋生过程如图2所示[4]。
菌类滋生过程

  水基切削液中含有大量的水和有机成分,如作为乳化剂的脂肪酸皂、作为油性剂的脂肪酸或其它酯类以及含双键的一些化合物等都可能作为细菌的养分,从而细菌按图2开始第一阶段的生长并伴随生成糖和蛋白质,这又促进第二阶段菌类的生长;其伴随产物有机酸又促进了第三阶段的菌类生长。最终硫酸还原菌会将S还原为-2价,生成具有臭味的H2S, 严重恶化工作环境,对操作者健康造成不良影响。细菌滋生后,乳液变得不稳定, 润滑和防锈性能下降,加工性能满足不了要求,通常在处理无效后,不得不排掉重配,据了解,切削液很多在使用3 个月后即排掉重配,这增加了废液处理负担,对环保再次造成冲击。
  经分析[5],水基切削液出现的微生物区系包括革兰氏染色阴性细菌(气杆菌属、假单胞菌属、布鲁氏杆菌属、变形杆菌属等),革兰氏染色阳性细菌(巴迭球菌、葡萄球菌、链球菌),霉菌( 在合成液中更容易出现) 和酵母等。为抑制这些细菌的滋生通常使用的杀菌剂有均三氮类(六氢-1,3,5-三(-2羟乙基)均三氮苯;六氢-1,3,5-三-(2-乙基)均三氮苯);噻唑啉类(1,2-苯并异噻唑啉-3-酮;5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮)或苯酚类(3-甲基-4-氯酚;对氯间二甲酚)等。
  这些杀菌剂可攻击细胞膜、细胞质或细胞核,通过阻碍氧化磷酸化和电子传递系统,抑制-SH基(需含-NH2基)和脱氧核糖酸的合成,干扰细胞表层的机理和脂质代谢以及破坏几丁质的形成,从而起到灭菌或抑菌的作用。但杀菌剂对环保性能的影响越来越引起人们的担心。不仅仅有杀菌剂的急、慢性毒性;还有其蓄积性,分解性以及致癌、致畸和致突变性;以及在生物体、水和土壤中的代谢、分解和滞留性[6]。添加杀菌剂还可能对操作者产生皮肤过敏或接触性皮炎[7],对增加使用细菌进行废液处理的困难。根据绿色介质和方案的定义,用杀菌剂来解决水基切削液中的细菌问题不是一个绿色的解决方案。
  从作用效果而言, 杀菌剂的有效性也受到限制。杀菌剂本身是活性很高的化合物,其稳定性对作用效果影响很大,表1的对比试验证实了这一点[8]。
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  表1结果说明杀菌剂在油中的杀菌效果随时间延长而减退直到消失。浓缩液中库存时间越长其防霉能力越差;同时杀菌剂对细菌的抑制只能持续一段时间,随着细菌抗药性增加,持续时间会越来越短。
  按照绿色化学方案的指导原则,应设法优选或改性切削液组分,采用最新的生物稳定技术,从源头上阻断细菌的繁殖,同时应该尽量使用生物降解率高的植物油基组分,提高生物降解性。好富顿公司的HC795就是这一努力的结果,它是一款生物稳定产品,不用添加任何杀菌剂,却能有效抑制细菌的生长;同时,具有较高的生物降解性。
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  表2是严重滋生细菌的乳液分别放在传统乳液和好富顿HC795乳液后的细菌滋生情况。试验在培养箱中进行,样品不搅拌,测菌时才搅拌,乳液浓度6%,含菌乳液约10%。 试验结果表明,HC795能有效抑制细菌的滋生。
好富顿HC795的应用举例
  使用好富顿HC795能完全抑制细菌滋生,从而彻底消除维护压力并带来环保、成本和加工性能稳定的益处。在北美包括波音、通用、克莱斯勒等很多厂家都已经更换传统的切削液为生物稳定产品HC795,在国内也有不少厂家使用。据不完全统计,全球目前大致有超过一亿加仑的系统在使用HC795系列产品,有的系统已经超过10年还没有换液。
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  抑制细菌滋生后,保证了乳液的综合平衡,所以,加工质量也明显提高,图2是一系统使用好富顿HC795前后的加工表面粗糙度的比较,可见HC795的加工性能优异稳定。
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  图3 是使用HC795添加剂后表面残留的比较结果。HC795由于抑制了细菌的滋生,从而能有效去除极性的菌落脏污,减少了吸附,改善表面了清洁度。
结语
  水基切削液在使用过程不可避免的存在细菌滋生问题。使用杀菌剂有悖于绿色化学观念而且杀菌剂对效果只能持续有限的时间。彻底解决这个问题的绿色解决方案应该从开发和应用生物稳定的产品,如Hocut795。
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