一种不含杀菌剂的生物稳定型金属加工液及其制备方法与流程

本发明属于金属加工液技术领域，尤其是涉及一种不含杀菌剂的生物稳定型金属加工液及其生物稳定剂的制备方法。

背景技术：

金属加工液腐败主要是因为体系内微生物大量繁殖造成的。这是由于加工液中的基础油和某些添加剂都是微生物赖以生存的营养物质。当细菌大量繁殖时，会导致加工液ph值的下降，并产生难闻的气味；当真菌大量繁殖时，加工液中出现块状物，这些块状物易堵塞机床的循环管线和滤网。这些微生物对加工液的分解会引起加工液润滑性、防锈性、稳定性等性能的降低，对机器、工件、刀具产生磨损和腐蚀，并影响操作者身体健康。

目前，控制金属加工液中微生物生长最常用的方法是加入化学杀菌剂。杀菌剂的主要种类有甲醛缩合物、异噻唑啉酮、酚类、吗啉化合物、吡啶衍生物、硼酸胺等。化学杀菌剂对细菌的作用：一是抑制微生物代谢活动从而抑制细菌作用；二是破坏微生物代谢机制或破坏菌体结构起到杀菌作用。

随着人们对健康安全的关注程度越来越高，环境卫生和健康安全法规也日趋严格。添加化学杀菌剂虽然行之有效，但对实际操作者及环境均有所影响。

采用拮抗微生物控制金属加工液体系的生物稳定性，通过拮抗微生物与金属加工液中有害微生物的竞争、重寄生等作用，抑制有害微生物的生长、繁殖，从而维持金属加工液的生物稳定性。这种生物控制方法不仅可以有效增强金属加工液的生物稳定性，还可以减少化学杀菌剂对环境和人体的影响。

因此，研发不含杀菌剂的环保型金属加工液具有十分重要的意义。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种不含杀菌剂的生物稳定型金属加工液，以克服现有技术的缺陷，生物稳定性良好，环境友好，对操作者无不良影响，润滑性能优异。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种不含杀菌剂的生物稳定型金属加工液，包括以下重量份的各组分：基础油20-60份，乳化剂3-30份，碱值储备剂5-30份，生物稳定剂1-10份，其他助剂0-20份，水3-15份。其中，水的加入量以使所述金属加工液能够维持稳定乳化状态、并达到具有良好的流动性能为准，本领域技术人员可根据需要进行调整和添加。

优选的，所述基础油为矿物油、植物油、合成油中的一种或两种以上，其中，矿物油可以是环烷基矿物油、石蜡基矿物油、煤油、柴油，植物油可以是菜籽油、豆油、棉籽油、糠油、椰子油中的一种或两种以上，合成油可以是聚烯烃油和/或双酯。

优选的，所述碱值储备剂为饱和醇胺或/和环己胺；进一步优选的，所述碱值储备剂为乙醇胺或/和n-甲基二乙醇胺；加工液的ph值为8-10。发明人发现，该类碱值储备剂能在一定程度上促进生物制剂中拮抗菌的生长，抑制有害细菌的滋生，并可有效调节加工液的ph值和总碱度。当加工液的ph值为8-10时，所述碱值储备剂优选的添加量为5-30份。发明人发现，若切削液ph＜8.0，不利于拮抗菌的生长，容易造成腐败菌的迅速滋生，且防锈性能降低；而若ph＞10.0，对拮抗菌的生长有一定的抑制作用，且易刺激操作者皮肤。

优选的，所述乳化剂为span60、tween60、妥尔油酰胺、壬基酚磷酸酯、蓖麻油聚氧乙烯醚、醚羧酸、双萜羧酸中的一种或两种以上；优选的，所述乳化剂为妥尔油酰胺、壬基酚磷酸酯、蓖麻油聚氧乙烯醚按重量比1～5：1～5：1～5混合的混合物。发明人发现，该复配乳化剂能够很好的促进生物稳定剂中拮抗菌的生长，且对有害细菌有抑制作用，同时对矿物油、植物油、合成油均具有良好的乳化效果。醚羧酸可以选择大连连晟贸易有限公司生产的产品，双萜羧酸可以选择苏州尼贝尔化学有限公司生产的产品。

优选的，所述生物稳定剂为对加工液中有害细菌有拮抗作用的拮抗菌及菌体保护剂的混合物。

优选的，所述拮抗菌为木霉菌属、链霉菌属、毛壳菌属、淡紫拟青霉菌属、酵母菌属、假单胞菌属、芽孢杆菌属中的一种或两种以上。发明人发现，该类拮抗菌可产生酶类物质，降解加工液中杂菌的细胞壁；产生的次级代谢产物可以抑制杂菌，提高加工液的生物稳定性。

优选的，所述菌体保护剂为甘油、谷氨酸钠、海藻酸钠、蔗糖、玉米粉、饼粉、麸皮、草炭中的一种或两种以上。发明人发现，该类菌体保护剂可以在碱性较强的条件下，保持拮抗菌的活性。

优选的，所述菌体保护剂与拮抗菌的质量比为(3±1)：(1±0.5)；优选的，保护剂为甘油和谷氨酸钠，且它们两者的质量比为(4±1)：(2±1)；优选的，菌体保护剂为海藻酸和谷氨酸钠，且它们两者的质量比为(4±1)：(2±1)。

优选的，其他助剂包括以下重量份的各组分：腐蚀抑制剂0-20份，抗氧化剂0-5份，消泡剂0.2-5份。

优选的，所述腐蚀抑制剂为磷酸酯、三元酸、甲基苯并三氮唑中的一种或两种以上；优选的，所述腐蚀抑制剂为磷酸酯、三元酸、甲基苯并三氮唑以质量比(2±0.2)：(1±0.2)：(1±0.2)混合的混合物。发明人发现，使用该复合腐蚀抑制剂不仅对单种金属具有良好的缓蚀作用，且对生物制剂中拮抗菌的生长有促进作用。

所述抗氧化剂可以为金属加工液中常用的抗氧化剂。优选的，所述抗氧化剂为2,6-二叔丁基对甲酚。

所述消泡剂可以为金属加工液中常用的消泡剂。优选的，所述消泡剂为聚醚-硅氧烷共聚物。

本发明的另一目的在于提出一种制备如上所述的不含杀菌剂的生物稳定型金属加工液中的生物稳定剂的方法，以制备上述生物稳定剂，将其用于金属加工液，提高金属加工液的稳定性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种生物稳定剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)取活化的拮抗菌接种到适量的拮抗菌液体培养基中，在20～40℃下扩增培养1～5天，经两次扩大培养得到种子培养液；将种子培养液以适量的接种量接种增菌培养基中，于20～40℃静置培养1～3天，得到菌液；

(2)收集菌液进行离心，弃上清液，用0.9％的无菌生理盐水洗涤沉淀菌体后，再离心，弃上清液，得到的沉淀物即为拮抗菌菌体；

(3)将拮抗菌菌体在20～40℃左右充分烘干，得到粉剂菌体；

(4)将粉剂菌体与菌体保护剂充分混合后，进行过滤，得到孢子悬液，即为生物稳定制剂。

发明人发现，在此条件下制备的生物稳定剂，拮抗菌的扩增速率快，且可维持较高的活性。

优选的，步骤(1)中，液体培养基包括碳源、氮源和无机盐离子，其中碳源、氮源、无机盐离子的质量比为10：5：1～9；优选的，碳源、氮源、无机盐离子的质量比为10:5:2。

优选的，步骤(1)中，液体培养基ph为6.5～10.5；优选的，液体培养基的ph为8.0～9.0；所述碳源为糖类；优选的，碳源为葡萄糖、淀粉、蔗糖、麦芽糖、乳糖、半乳糖和阿拉伯糖中的一种或两种以上；所述氮源为有机氮源或/和无机氮源；优选的，氮源为蛋白胨、酵母浸出膏、玉米浆、玉米粉、硝酸铵、牛肉膏和酪蛋白中的一种或两种以上；所述无机盐为镁盐、磷盐、铁盐、铵盐、钠盐中一种或两种以上；优选的，无机盐为硫酸镁、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、硫酸铁、硫酸铵、硝酸钠、氯化钠中的一种或两种以上。

相对于现有技术，本发明所述的一种不含杀菌剂的生物稳定型金属加工液具有以下优势：

(1)生物抑菌技术：本发明采用“以菌抑菌”的生物控制技术，不含化学杀菌剂，利用拮抗菌和有害细菌之间的拮抗作用抑制有害菌的生长并维持加工液的生物稳定性，减少环境污染，对操作者友好、不致敏。

(2)安全环保：本发明不含亚硝酸盐、苯酚类及醛类添加剂，不含s、p、cl极压添加剂，工作环境安全、无味，对人体皮肤及呼吸道无刺激性；易降解，对环境友好。

(3)高稳定性：本发明物化性质和生物性质稳定，不易分层破乳、不易腐败变质，循环使用寿命长，综合性价比高。

本发明所述的一种生物稳定剂的制备方法，操作简单，原料易得，适用于工业应用和推广。其制备的生物稳定剂用于金属加工液，可实现“以菌抑菌”的效果，利用拮抗菌和有害细菌之间的拮抗作用抑制有害菌的生长并维持加工液的生物稳定性，减少环境污染，对操作者友好、不致敏。

附图说明

图1为对比例与实施例的ph值波动性曲线。

具体实施方式

除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

下面结合实施例及附图来详细说明本发明。

一、原料的选择

本发明实施例选用以下原料：

三元酸防锈剂为2,4,6-三(氨基己酸基)-1,3,5-三嗪，具体可以选择广州汇胜贸易的neuf485或上海好林化学有限公司的cp-50等；

醇醚磷酸酯：江苏省海安石油化工厂，e1310p；

六氢三嗪化合物：上海日乾化工科技有限公司，biocidebk；

乙醇胺：广州斯浚贸易有限公司，tea；

吡啶硫酮钠：寿光市金宇化工有限责任公司，1220；

碘代丙炔基正丁氨基甲酸酯：东莞市瓦里西化工有限公司；

n-甲基二乙醇胺：天津市昶润商贸有限公司，工业级；

甲基苯并三氮唑：广州市中业化工有限公司，bta；

n,n-亚甲基双吗啉：上海固贤实业有限公司，gucidembm；

聚醚-硅烷共聚物：上海荟研新材料有限公司，608；

span60：江苏省海安石油化工厂，s-60；

妥尔油酰胺：诺泰生物科技有限公司，neuf187；

壬基酚磷酸酯：梯希爱化成工业发展有限公司，d1544；

蓖麻油聚氧乙烯醚：江苏省海安石油化工厂，el-20；

tween60：江苏省海安石油化工厂，t-60。

二、加工液制备方法：

1.将基础油及油溶性添加剂加入反应釜中，加热至50-70℃，搅拌溶解至得到澄清透明油状物a；

2.将水与水溶性添加剂、生物稳定制剂加入反应釜中，搅拌至完全溶解为澄清透明液体b；

3.在加热(30-35℃)搅拌的条件下将b加入a中；

4.添加完毕后继续搅拌至体系均匀澄清，即得到生物稳定型金属加工液原液。

三、检测方法：

生物稳定性能

本实验采用改良的astmd3946-92标准，加工液浓度5％，水浴温度：35℃，腐败加工液添加量5％，通气，加入铸铁铁屑，以7d为1个周期，每个周期通气5d，停气2d，在此过程中补加无菌水以补充因蒸发而引起的损失。

定期测定ph值并记录外观变化，同时采用活菌计数法记录加工液中的细菌总数，直至变质。

四、实施例1-4与对比例1-4的加工液组成及实施例1-4生物稳定剂的制备：

采用上述加工液的制备方法，分别按表1制备对比例1、对比例2、对比例3、对比例4与实施例1、实施例2、实施例3、实施例4的加工液。

表1实施例1-4与对比例1-4加工液组成列表

表1中，链霉菌1为灰色链霉菌，能产链霉素，编号为bncc335914；链霉菌2为天蓝色链霉菌，可产生石蕊杀菌素和链丝兰素，能抑制阳性细菌，编号为bncc336594；木霉菌1为哈茨木霉，该菌为土壤真菌，有较强的纤维分解能力，对多种真菌有拮抗作用，是良好的生防菌，编号为bncc336568；链霉菌1、链霉菌2、木霉菌1均购买于北纳生物。实施例1中，链霉菌1和保护剂1的质量分别为4g和16g；实施例2中链霉菌2和保护剂1的质量分别为5g和20g；实施例3中木霉菌1和保护剂1的质量分别为4g和16g；实施例4中链霉菌2和保护剂2的质量分别为4g和16g。保护剂1为甘油和谷氨酸钠以质量比2:1混合的混合物；保护剂2为海藻酸和谷氨酸钠以质量比2:1的混合物。

表1中，实施例1-4中抗菌剂(也即生物稳定剂)的制备方法分别如下：

实施例1：先取活化的链霉菌1接种到适量的链霉菌1液体培养基中，在30℃下扩增培养1天，经两次扩大培养得到种子培养液；将种子培养液以适量的接种量接种增菌培养基中，于30℃震荡培养1天，得到菌液；再将收集的菌液进行离心，弃上清液，用0.9％的无菌生理盐水洗涤沉淀菌体后，之后再离心，弃上清液，得到的沉淀物即为链霉菌1菌体；接着将链霉菌1菌体在30℃左右充分烘干，得到粉剂链霉菌1菌体；最后将粉剂菌体与菌体保护剂1充分混合后，进行过滤，得到孢子悬液，即为生物稳定制剂。其中，链霉菌1液体培养基的ph为8，液体培养基的碳源为葡萄糖，氮源为蛋白胨，无机盐为硫酸镁；碳源、氮源和无机盐的质量比为10:5:1。

实施例2：先取活化的链霉菌2接种到适量的链霉菌2液体培养基中，在30℃下扩增培养2天，经两次扩大培养得到种子培养液；将种子培养液以适量的接种量接种增菌培养基中，于30℃震荡培养2天，得到菌液；再将收集的菌液进行离心，弃上清液，用0.9％的无菌生理盐水洗涤沉淀菌体后，之后再离心，弃上清液，得到的沉淀物即为链霉菌2菌体；接着将链霉菌2菌体在30℃左右充分烘干，得到粉剂链霉菌2菌体；最后将粉剂菌体与菌体保护剂1充分混合后，进行过滤，得到孢子悬液，即为生物稳定制剂。其中，链霉菌2液体培养基的ph为8.0，液体培养基的碳源为葡萄糖；氮源为牛肉膏，无机盐为磷酸二氢钾；碳源、氮源和无机盐的质量比为10:5:3。

实施例3：先取活化的木霉菌1接种到适量的木霉菌1液体培养基中，在30℃下扩增培养2天，经两次扩大培养得到种子培养液；将种子培养液以适量的接种量接种增菌培养基中，于30℃震荡培养2天，得到菌液；再将收集的菌液进行离心，弃上清液，用0.9％的无菌生理盐水洗涤沉淀菌体后，之后再离心，弃上清液，得到的沉淀物即为木霉菌1菌体；接着将木霉菌1菌体在30℃左右充分烘干，得到粉剂木霉菌1菌体；最后将粉剂菌体与菌体保护剂1充分混合后，进行过滤，得到孢子悬液，即为生物稳定制剂。其中，木霉菌1液体培养基的ph为8.4，液体培养基的碳源为麦芽糖，氮源为牛肉膏，无机盐为氯化钠；碳源、氮源和无机盐的质量比为10:5:5。

实施例4：先取活化的链霉菌2接种到适量的链霉菌2液体培养基中，在30℃下扩增培养4天，经两次扩大培养得到种子培养液；将种子培养液以适量的接种量接种增菌培养基中，于30℃震荡培养2.5天，得到菌液；再将收集的菌液进行离心，弃上清液，用0.9％的无菌生理盐水洗涤沉淀菌体后，之后再离心，弃上清液，得到的沉淀物即为链霉菌2菌体；接着将链霉菌2菌体在30℃左右充分烘干，得到粉剂链霉菌2菌体；最后将粉剂菌体与菌体保护剂2充分混合后，进行过滤，得到孢子悬液，即为生物稳定制剂。其中，链霉菌2液体培养基的ph为8.8，液体培养基的碳源为淀粉，氮源为蛋白胨和牛肉膏，其中蛋白胨和牛肉膏的质量比1:1；无机盐为硫酸铁；碳源、氮源和无机盐的质量比为10:5:2。

五、实施例1-4与对比例1-4的性能比较

表2对比例1-4与实施例1-4细菌菌落总数

如表2所示，培养到100天时，对比例1、对比例2、对比例3、对比例4细菌菌落均达到10⁷cfu/ml时，而实施例1、实施例2、实施例3、实施例4细菌菌落数为10³～10⁴cfu/ml，有害杂菌数被控制在了一个较低的水平；而实施例1、实施例2、实施例3、实施例4中拮抗菌菌落总数在10⁴～10⁵cfu/ml之间，测试周期(100天)内菌落总数稳定在中等的平台水平，并不会无限制增长，因此对加工液体系各方面性能(如碱值、防锈性等)影响可控。细菌菌落总数对比结果表明：相比于化学杀菌剂，本发明所制生物稳定剂有助于抑制金属加工液中有害杂菌菌落数的增加。

金属加工液中有害菌的生长会分解其中的碱值储备剂，且有害菌代谢产物一般呈酸性，致使金属加工液ph值不断下降。由图1可以看出，与采用化学杀菌剂制备的金属加工液相比，本发明所制金属加工液与有着更好的ph稳定性。实施例1、实施例2、实施例3、实施例4进行到100天时，仍可维持一个较高的ph值。

表3对比例1-4与实施例1-4的单片防锈性

有害菌代谢产生有机酸等酸性物质，容易引起金属锈蚀，同时有害菌的滋生会分解消耗防锈剂，进而降低加工液的防锈性能。在单片防锈性方面，其结果如表3所示。培养到100天时，对比例1、对比例2、对比例3、对比例4防锈性能变得很差，实施例1、实施例2、实施例3、实施例4在100d时单片防锈性尚可保持在一个较好的水平。实验结果表明：生物制剂中拮抗菌的使用在抑制有害杂菌增长繁殖的同时对加工液保持良好的防锈性能具有积极的作用。

从加工液的细菌菌落总数、ph值波动性、单片防锈性结果可看出：相比于对比例，采用生物稳定剂的实施例具有良好的生物稳定性，从而使金属加工液具有更长的使用寿命。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。