專利名稱：防止微生物在金屬加工液中滋長的制作方法
技術領域：
本發明涉及在一種機器的金屬加工液中微生物滋長的預防，在這種機器中潤滑油或液壓液體(hydraulic fluid)或開孔液體(tapping fluids)可能會污染金屬加工液，本發明還涉及包括抗菌劑的機床潤滑劑、液壓液體或開孔液體等，更具體地說，本發明涉及將抗菌劑加入到金屬加工液中的方法。
背景技術：
在很多機械環境中，同時存在著油性化合物和水性化合物。很多機器在密閉環境中采用包括一種高壓液壓油，即一種油的液力傳動的。然而，可能發生密封圈老化和液壓液體泄漏，從而污染金屬加工液。
機械過程通常需要一種潤滑化合物來防止運動機件之間的摩擦。這種系統的一個例子是工業金屬加工的機床，其中加工件和工具安置在通稱為滑槽的平滑支座上，并在其上移動。這些表面需要一種潤滑劑—滑槽潤滑劑—來減少金屬/金屬接觸，從而消除摩擦和‘粘滯’(stick-slip)滑動，并防止滑槽磨損。這對于保持那些非常昂貴的機床處于良好狀態和確保機械加工精確是必要的。因為大多數機械加工過程還采用一種外加的液體，即水-油乳液類金屬加工液來使加工區冷卻和潤滑，所以滑槽潤滑劑不斷地被從滑道表面洗刷掉。為了防止這個問題，在連續或計量的基礎上，大多數的機床自動向滑道上分配油。倘若滑槽潤滑劑成本很低，這種全部損失的方法是確保機器性能不受損害的成本最低廉的方法。損失的潤滑劑即加工過程中損失的油(tramp oil)，與金屬加工液一起被洗入貯槽中，金屬加工液可從貯槽中回收再利用。
雖然這種方法確保機器處于良好的狀態，但它給金屬加工液帶來相反的作用。金屬加工液是油-水乳液，為微生物的滋長提供了理想的環境。雖然在配制金屬加工液時非常盡力地除去明顯的營養源，并保證金屬加工液盡可能地抗微生物生長，但是如果金屬加工液被滑槽潤滑劑污染了，在很大程度上就不能阻止微生物的滋長。由于滑槽潤滑劑一般基于精制的礦物油，含有例如硫和磷(作為抗磨劑和防腐劑)的元素，這些為微生物提供了理想的營養物。在整個金屬加工業可被接受的對于金屬加工液失敗的主要原因之一是，金屬加工液被滑槽潤滑劑過度污染而促進了微生物的滋長。在系統中，借助于低速攪拌，滑槽潤滑油可從乳液中分離出來，再將乳液密閉與空氣隔絕。在這種厭氧性的條件下，微生物在液體中的滋長產生呼吸作用副產物，例如硫化氫，硫化氫帶來一種令人不舒適的氣味，使得該系統工作時令人不舒適。
手工施加的開孔液體可用于開孔、鉸孔和鉆孔操作，當與水混合物一起用于機床上時，添加了切削液的水流也可污染切削液。
已經進行了一些嘗試來克服這個問題，這些嘗試包括i)采用合成的、生物學上-硬堿(biologically-hard base)液體替代礦物油，作為滑槽潤滑劑的基本成分(base)。雖然這可降低微生物營養物的總體水平，但關鍵的硫和磷試劑仍存在。合成的堿性液體對于“全部損失”的系統來說也過于昂貴了。
ii)采用金屬加工液濃縮物作為滑槽潤滑劑。雖然這克服了污染的問題，但是作為滑槽潤滑劑的主要功能受到損害。這些產品可容易地被洗去，使得滑槽“變干”，導致工具/加工件之間的高的摩擦力和難于控制。這種附加濃縮物的乳化作用也可導致切削液濃度(strength)增加到過高的程度。
iii)采用撇油器/油分離器。這在價格和性能方面有不同的變化。最簡單和最便宜的類型是帶式或盤式撇油器，將這些撇油器直接浸入機器貯槽中，從金屬加工液的表面分取出游離的油。這些撇油器/油分離器在性能方面受到限制是由于只有在不攪動的情況下(即在貯槽的“死”區)或液體被油飽和了，油才能從液體中分離出。
另一方面是從機器貯槽中提取液體和除去所有油污染物的獨立機器。這些獨立機器可以是固定專用于一臺單機，或者是根據輪班可移動以服務于多臺機器。雖然這些機器能有效地從液體中除去污染物，但這些設備的價格是每臺為數萬英鎊。這可意味著甚至對于規模適中的機械加工車間也是相當大的資本投資。
iv)在切削液中使用抗菌劑，抗菌劑是危險的化學制品，特別是濃縮式的試劑，并且為了保持功能抗菌劑需以正確的劑量加入。
防止微生物在金屬加工液中滋長的最有效方法是向該液體中加入抗菌化合物。向液體中加入抗菌劑最為普遍的場所是在家居和工業環境中。
文獻-A-US 4968323公開了在烴類燃料和金屬加工液中使用殺蟲劑組合物或防腐劑。將殺蟲劑加入到諸如家用燃料油、柴油機燃料和噴氣燃料的燃料中，這些燃料通常存儲在罐中，在這些罐中在燃料的下面積聚了一層水。這篇文獻也披露了向可乳化的油中加入溴代頻哪酮，來防止金屬加工液(如切削液和滾壓液)中細菌的滋長。該文獻披露了在金屬加工液污染之前或之后加入溴代頻哪酮。
文獻-A-US 4414121公開了向水基金屬加工潤滑劑中加入抗菌劑，以防止微生物在其中滋長。
文獻-A-US 5508417公開了一種廣譜異噻唑抗菌劑，在很多情況下可采用這種抗菌劑來阻止微生物的侵襲，通常是在一種諸如水或溶劑等載體中使用這種殺菌劑。
文獻-A-US 4946612公開了一種雙功能油組合物，可同時用于滑動表面的潤滑油和用于金屬加工液，來解決含有兩種不同溶液的問題，這兩種溶液混合對它們各自不利。這種油組合物的第二種性能是抗細菌或抗真菌。
然而，向金屬加工液中加入抗菌劑組合物可能有問題，所使用的大多數的組合物有毒，并包括危險的化學制品。在金屬加工液中使用的抗菌化合物的量必須進行仔細的監測，以便第一，該化合物的濃度足夠高，從而具有足夠的抗菌作用；第二，這個濃度不能高過對處理該化合物的機器附近的工作人員產生傷害的程度。
發明內容
本發明的目的在于，為了克服上述問題，以一種新穎、安全和經濟的方式向金屬加工液中加入抗菌劑。
根據本發明，在潤滑油或液壓液體或開孔液體可能會污染金屬加工液的機器中防止微生物在油-水乳液類金屬加工液中滋長的方法，包括將油-水可分配的抗菌劑加入到潤滑油或液壓液體或開孔液體中，從而有效量的抗菌化合物可分配到金屬加工液中，以降低微生物的活性。潤滑油或液壓液體或開孔液體用作將抗菌劑以一種安全和有效的方式傳遞到金屬加工液中的媒介物。所述的抗菌劑可以混入潤滑油或液壓液體或開孔液體中，或加入到潤滑油或液壓液體或開孔液體中。
同樣根據本發明，一種用于存在有油-水乳液類金屬加工液的機器中的潤滑油或液壓液體或開孔液體組合物包括礦物油基本成分(mineraloil base)和油-水可分配的抗菌劑，該抗菌劑將被傳遞到金屬加工液中，以防止微生物在金屬加工液中滋長，特別是如果潤滑油或液壓液體或開孔液體使金屬加工液密閉而產生厭氧環境的情況下。
更進一步地根據本發明的方法，其中i)所述的機器具有工具用于機械加工工件；ii)金屬加工液是切削液；iii)機床具有蓄池或貯槽，切削液流入蓄池或貯槽，并從蓄池或貯槽中被傳遞到工具和加工件上；該方法進一步包括步驟v)使潤滑油或液壓液體或開孔液體轉移至切削液貯槽中，它們作為一種媒介物將有效量的抗菌劑傳遞到切削液貯槽中。
機床可配有潤滑油或液壓液體或開孔液體的蓄池，在蓄池中可將抗菌劑加入到潤滑油或液壓液體或開孔液體中；或者在機器中使用之前，抗菌劑可作為一組分與潤滑油或液壓液體或開孔液體混合。
機床可配有滑槽，潤滑油可以是滑槽潤滑劑。
抗菌劑在這里定義為“賦予抑制微生物性能的任何成分”。
滑槽潤滑劑是專業產品，在潤滑劑的基礎上，通常包括抗磨劑、粘著劑(控制過多地沖洗掉)和破乳劑(限制滑槽潤滑劑乳化進入切削液中而帶來的有害影響)。
本發明因此采用包括抗菌劑的滑槽潤滑劑，當潤滑劑被洗入金屬加工液中，即加工過程中損失的油(tramp oil)，抗菌劑將轉移至水相中，在水相中它將保持液體中的抗菌性能。滑槽潤滑劑的所有主要功能(潤滑、抗磨等)不因包含抗菌劑而受影響，不要求專門的設備，該潤滑劑用于每臺機器現有的潤滑系統中。
這種賦予液體抗菌性的方法也是“明智的”，因為在切削液貯槽中收集到越多的加工過程中損失的油，越多的抗菌劑將轉入到液體中，使液體的抗菌性最佳。在比較清潔的系統中，收集到的加工過程中損失的油較少，對高含量的額外的抗菌劑的要求也更少。
具體實施例方式
在液壓液體或開孔液體或滑槽潤滑劑中所包含的抗菌劑，可以是任何一種市場上能買得到的殺菌劑，它們在金屬加工業或殺菌劑工業中的任何人所熟知的油基和水基體系中具有良好溶解性。抗菌劑的例子包括釋放甲醛的化合物，如三嗪衍生物和噁唑烷；或非甲醛產品，如苯并異噻唑啉酮和對氯間甲酚。
選擇抗菌劑的要素在于i)與液壓液體或開孔液體或滑槽潤滑劑的相容性抗菌劑不應影響液壓液體或開孔液體或滑槽潤滑劑的主要功能。
ii)平衡的油和水的可溶解性抗菌劑應溶解于滑槽潤滑劑中，然而在水中也應充分溶解，以保證其能被轉入金屬加工液中。
iii)廣譜的抗菌活性金屬加工液可被細菌和真菌污染，細菌和真菌均有有害影響。
iv)良好的毒理學分布(profile)金屬加工液通常與皮膚接觸，因此抗菌劑應盡可能引起少的危害。
根據這些標準，本發明優選的抗菌化合物是7a-乙基二氫-1H，3H，5H-噁唑基(3，4-c)噁唑(7a-ethyldihydro-1H，3H，5H-oxazolo(3，4-c)oxazole)。該化合物可以從Angus Chemie買到，商標名為Bioban CS-1246。這一抗菌劑特別有意義的性能是i)對滑槽潤滑劑的潤滑特性無有害的影響。在下面給出了具體實施例的實驗詳情。
ii)辛醇/水的分配系數(log Pow)是0.28，這表明主要是油可溶解性，但是具有足夠的水溶解性，以使抗菌劑轉入水相中。
iii)下面示出的對常見腐敗菌的最小抑菌濃度(MIC)，表明了廣譜的抗菌活性生物體MIC(每百萬分數)細菌產氣腸桿菌250～300Escherischia coli 450～500
綠膿桿菌 800～850金黃色葡萄球菌200～250真菌黑曲霉65～125Fusarium moniliforme 125～250發面酵母 16-33iv)低毒性如所提供的，這種抗菌劑通過吸入和與皮膚接觸是有害的，對眼睛和皮膚有刺激作用，但不是致敏劑，不引起誘變。但是，這種抗菌劑通常稀釋使用，產品沒有危害。在歐洲，其作為化妝品防腐劑認可的用量高達百萬分之3000，表明了其低毒性。
實施例參考上面，實驗詳述如下如下制備了四種樣品，這些樣品包括礦物油基本成分(mineral oilbase)、市場上可買到的滑槽潤滑劑包(包含抗磨劑、腐蝕抑制劑等等)、粘著劑(促進滑槽潤滑劑與金屬表面的粘合)和抗菌劑(BiobanCS-1246)。
樣品A樣品B樣品C樣品D500 Solvent neutral160.4562.9566.4567.95150 Solvent neutral236.3032.8028.3025.80Hitec 51032.25 2.25 2.25 2.25Hitec E15141.00 1.00 1.00 1.00Bioban CS-1246 0.00 1.00 2.00 3.001.石蠟礦物油，在40℃運動粘度約為100cSt；2.石蠟礦物油，在40℃運動粘度約為30cSt；3.從Ethyl Petroleum Agents Ltd.購得的滑槽潤滑劑包；4.從Ethyl Petroleum Agents Ltd.購得的聚異丁烯膠粘劑。
然后這些樣品進行抗綠膿桿菌的抗菌篩選試驗，綠膿桿菌是在切削液中發現的最常見的腐敗菌之一。
將這些油樣品放入接種過的瓊脂平板的中心處的直徑10mm的“凹槽”中。然后將這些平板培育48小時并目測檢查。以抑制區-細菌零生長-最初直徑10mm凹槽的周圍表示所有樣品的抗菌活性，可測得它們的直徑，從而半定量地估計樣品的抗菌活性。
從這些結果，顯然樣品C在殺菌劑用量和抗菌活性之間達到最佳的成本效率平衡。
選擇抗菌劑的主要標準之一是確保其與滑槽潤滑劑的相容性。在這點兩個主要度量標準是油的抗磨性和破乳性。樣品A(未處理的滑槽潤滑劑)和樣品C采用如下的工業標準實驗方法進行測試。
破乳實驗(在100ml的量筒中將40mls油和40mls水混合在一起。每隔5分鐘的間隔，記錄下從油/水混合物中分離出的水的體積。
盡管由于加入抗菌劑水分離的速度減慢，但還是發生破乳現象。實際上稍微慢的分離速度為抗菌劑轉入切削液提供更長的時間。
進行殼4球(the shell 4 ball)磨損實驗，以測量兩種潤滑劑的防磨性能。
殼4-球磨損實驗(60kg負載運行15分鐘)樣品A
平均傷痕直徑＝0.717mm樣品C
平均傷痕直徑＝0.462mm可以看出，盡管總組合物包含較少的石蠟礦物油，通過加入抗菌劑改善了抗磨性能。這種改進是意想不到的，雖然不能完全解釋清楚，但可能是由于存在于油中的硫和磷抗磨劑和鋼表面之間的化學反應的催化作用。
權利要求
1.在潤滑油或液壓液體或開孔液體可污染金屬加工液的機器中防止微生物在油-水乳液類金屬加工液中滋長的方法，其特征是，將油-水可分配的抗菌劑加入到潤滑油或液壓液體或開孔液體中，從而有效量的抗菌化合物可分配到金屬加工液中，以降低微生物的活性。
2.根據權利要求1所述的方法，其中i)所述的機器是機床，該機床具有用于機械加工工件的工具；ii)所述的金屬加工液是切削液；iii)所述的機床具有蓄池或貯槽，切削液流入蓄池或貯槽，并從蓄池或貯槽中被傳遞到工具/加工件上；該方法進一步的特征是下面步驟v)使潤滑油或液壓液體或開孔液體轉移至切削液貯槽中，它們作為一種媒介物將有效量的抗菌劑傳遞到切削液中。
3.根據權利要求1或2所述的方法，所述的機床配有潤滑油或液壓液體的蓄池，并將抗菌劑加入到該蓄池中。
4.根據權利要求1或2所述的方法，該方法進一步的特征是抗菌劑作為一組分與潤滑油或液壓液體或開孔液體混合。
5.根據權利要求2～4中任意項權利要求所述的方法，該方法進一步的特征是所述的機床配有滑槽，所述的潤滑油是滑槽潤滑劑。
6.一種用于存在有油-水乳液類金屬加工液的機器中的潤滑油或液壓液體或開孔液體組合物，其特征是，所述的潤滑油或液壓液體或開孔液體組合物包括礦物油基本成分和油-水可分配的抗菌劑，該抗菌劑將被分配到金屬加工液中，以防止微生物在金屬加工液中滋長。
7.根據權利要求6所述的組合物，其進一步的特征是，所述的抗菌劑是釋放甲醛的化合物。
8.根據權利要求7所述的組合物，其進一步的特征是，所述的釋放甲醛的化合物是三嗪衍生物和/或噁唑烷。
9.根據權利要求6所述的組合物，其進一步的特征是，所述的抗菌劑是非甲醛產品。
10.根據權利要求9所述的組合物，其進一步的特征是，所述的非甲醛產品是苯并異噻唑啉酮和/或對氯間甲酚。
11.一種包括潤滑油和油-水乳液類金屬加工液原料的機床，其進一步的特征是，所述的潤滑油原料包含根據權利要求6～10任意項所述的組合物。
12.一種操作機床的方法，該機床中使用油-水乳液類金屬加工液，使油-水乳液類金屬加工液與潤滑油或液壓液體或開孔液體接觸，該方法進一步的特征是，為了防止微生物的有害滋長，所述的潤滑油或液壓液體或開孔液體是根據權利要求6～10任意項所述的組合物。
全文摘要
一種在潤滑油或液壓液體或開孔液體可能污染金屬加工液的機器中防止微生物在油－水金屬加工液中滋長的方法，包括將可分配的抗菌劑加入到潤滑油或液壓液體或開孔液體中，所述的抗菌劑能積極抵抗金屬加工液中存在的微生物，從而有效量的抗菌化合物可轉入到金屬加工液中，以降低微生物的活性。一種機床潤滑油或液壓液體或開孔液體組合物，其包括礦物油或其它潤滑劑基本成分和油－水可分配的抗菌劑，該抗菌劑能積極抵抗金屬加工液中存在的微生物。
文檔編號C10M133/48GK1735680SQ02823746
公開日2006年2月15日 申請日期2002年11月26日 優先權日2001年11月28日
發明者克里斯托弗·約翰·內特爾希普, 斯蒂芬·戴維·查普曼 申請人:伊利諾斯器械工程公司