摘要: www.zhongruikj.com本文首先研究了近期国内外能源紧缺问题，其后介绍了水基切削液的基本发 展、原理和技术。 主要讨论了现在切削液存在发臭的问题，怎样解决水基切削液的除臭杀菌的技术， 以提高水基切削液的使用寿命，讨论的重点在于研发水基切削液除臭杀菌剂，保证水基 切削液的绿色环保、无污染. 关键词: 切削液；微生物；除臭杀菌； 关键词: 切削液；微生物；除臭杀菌；菌

中图分类号： 中图分类号：TQ028.5 文献标识码： 文献标识码：A
1 引言 能源的 1.1 能源的现状

在二十一世纪初期， 随着国民和国际经济的快速增长，国内和国际对能源的需求正以惊人的速度 激增，尤其是柴油需求更是与日巨增，如此巨大需求对日益枯竭的石油资源带来了巨大的压力。据 推算，2008 年世界已探明的剩余石油储量已经不超过 1000 亿吨，而且正以每年大约 35 亿吨的速度 消耗，而且浪费非常严重。现阶段我国的燃油缺口已为 45%左右，大部分依赖于进口，尤其是柴油的 短缺日益严重，近期重庆市由于柴油短缺 300 多辆工交车无法正常运行,近日济南、青岛、广东、上 海市等柴油供应也出现短缺，给市民出行造成很大影响，能源紧缺已经成为制约我国经济发展的主 [1] 因素 进入 21 世纪，中国能源领域面临总量需求大、液体燃料短缺、环境污染严重、温室气体排放和 农村能源消耗增加五大挑战，应及早调整能源利用结构，建立完善、全面、具体的能源战略体系。 中国工程院院士倪维斗近日在呼和浩特举行的内蒙古经济发展论坛上作出上述表示。 据倪维斗介绍，中高耗能、重化学工业的发展阶段难以逾越。随着机动车辆的猛增，尽管中国每 年生产 1．7 亿吨石油，但缺口仍很大，2005 年为 1．2 亿吨，预计到 2010 年达到 2．5 亿吨。 同时，中国 70％的能源来自于煤炭的直接燃烧，当然会产生二氧化硫、一氧化碳等有害气体，难 免会污染空气环境。从上个世纪 90 年代开始，全国产生的二氧化碳气体也呈逐年增加的趋势，每年 至少在 30 亿吨左右。 根据一般规律， 城市人均资源消费量为农村的 3． 倍。 5 预计到 2020 年， 中国城市化率将达到 55％ 到 60％，这就意味着曾经能源消耗较少的农村也将扩大能源消耗量。 倪维斗特别提出，目前中国能源领域存在两大不可改变的事实：一是对煤炭、石油等传统能源依 赖性大，二是再生能源在 2020 年前不可能解决主要问题。 鉴于上述情况，中国应当在一次能源以煤为主的情况下，实现资源、能源、环境整体化的可持续 发展，构建以煤气化为核心的多联产系统，建立完善的能源战略体系。 由于石油的紧缺，所以不得找一些润滑性能好的水性体系代替石油。水性切削液就有不易燃烧、 减少能源损耗、易处理环保的优点。发展水性体系的切削液势在必行，前景非常广阔。
水基切削液的发展 1.2 水基切削液的发展

众所周知， 切削液是金属切削加工的重要配套材料。 人类使用切削液的历史可以追溯到远古时代。 人们在磨制石器、铜器和铁器时，就知道浇水可以提高效率和质量。在古罗马时代，车削活塞泵的
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铸件时就使用橄榄油，16 世纪使用牛脂和水溶剂来抛光金属盔甲。从 1775 年英国的约翰?威尔金森 （J．wilkinson）为了加工瓦特蒸汽机的汽缸而研制成功镗床开始，伴随出现了水和油在金属切削加 工中的应用。到 1860 年经历了漫长发展后，车、铣、刨、磨、齿轮加工和螺纹加工等各种机床相继 出现，也标志着切削液开始较大规模的应用。 19 世纪 80 年代， 美国科学家就已首先进行了切削液的评价工作。 F?W?Taylor 发现并阐明了使用 泵供给碳酸钠水溶液可使切削速度提高对 30％～ 40％的现象和机理。针对当时使用的刀具材料是 碳素工具钢，切削液的主要作用是冷却，故提出“冷却剂”一词。从那时起，人们把切削液称为冷却润 滑液。
水基切削液的选题 1.3 水基切削液的选题

由于石油的紧缺，所以不得找一些润滑性能好的水性体系代替石油。水性切削液就有不易燃烧、 减少能源损耗、易处理环保的优点。发展水性体系的切削液势在必行，前景非常广阔。 随着社会的快速进步和发展，承受受着过度开采的重大后果，工业发展所倚重能源越来越少，我 们不得不面临着能源危机的到来。尤其是被称为工业血液的石油，已经到了每滴必争的地步。近二 十年中的几次战争几乎都是因为石油而打的，可以说，现在能源压倒一切。能够充分有效的利用现 有能源是现阶段缓解能源危机的最有效的方法途径。 所以本课题主要对水基切削液的除臭杀菌进行讨论。
水基切削液的润滑 润滑机理 1.4 水基切削液的润滑机理

当极重或冲击负荷很大产生局部高温接近到 200℃以上时， 油性剂化学吸附膜将失去作用， 此时 则必需采用极压剂。极压剂开始时和摩擦金属表面固体进行界面摩擦化学反应，生成防止金属摩擦 表面接触的保护润滑膜。具有双键结构的有机极性分子，如 α－烯烃的化学反应机www.zhongruikj.com构，此时受压力 影响不大，而温度起主要作用，每升高 10℃反应速度就增加 2 倍，但在摩擦作用下可能达几十倍到 几百倍。 如上所述，极压抗磨剂通常包括有机氯化物，有机硫化物，有机磷化物，金属盐类及其它等。极 压抗磨剂的作用实际上是一种控制性的腐蚀现象，因为只有通过它和金属摩擦表面起化学反应，生 成熔点较低和剪切强度较小的化学反应膜，才能起到减小摩擦、磨损和防止擦伤及熔焊的作用 . 水溶性有机钼使润滑部件在缓和工艺下，在摩擦表面形成一种具有减摩、抗磨作用的物理、化 学吸附膜。在高速、高温、高压的苛刻的工况下，水溶性钼分解成为纳米级的二硫化钼化学反应膜， 以层状微晶结构置于金属表面。每层厚度为 0.625 纳米，层间距离为 1.32 纳米，这种纳米级的二硫 化钼保护膜，将金属摩擦表面的运动方式由滑动摩擦转变为滚动摩擦，极大的降低摩擦系数，成倍 的提高极压性能，明显的抑制温度上升，同时具有长期持续的效果和突出的高温功能，而传统的摩 擦改进剂是通过氯、硫、磷等活性组份，在金属表面形成腐蚀性化学反应膜发挥作用，二者的作用 机理是皆然不同的 。 但是极压性物质又是微生物的营养源，所以金属加工液常常伴随着生菌发臭的症状，如彻底解 决金属加工液的防腐防霉问题，将金属加工液更换周期升级至两到三年，将使大大节约地球能源！

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1.5 水基切削液存在的问题

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在金属加工领域，切削液的腐败、霉变、发臭问题，一直是困扰使用者的难题。 传统切削液的优缺点 目前，切削润滑介质一般分为两种——水基润滑介质(切削液)和油基润滑介质(切削油)。 切削液与切削油相比，具有以下优点：更好的冷却能力；消除烟雾或火灾隐患；操作可见性好；成 本低，易清洗，废物处理成本低。 然而，由于各种因素的影响，目前切削液在使用过程中常出现下列问题： 1. 细菌滋生。水、工件、空气和灰尘都有可能将菌类带入到切削液中，滋生细菌。细菌的繁殖会消 耗乳化剂、使油相析出，浓度下降，润滑性能也随之下降；亲氧菌会呼出 CO2 使 pH 值下降，防锈 性能下降，同时也进一步促进了细菌的繁殖。细菌滋生不仅使切削液失效，而且对环境产生不良的 影响，如难闻气味。虽然目前还没有证据表明细菌和皮炎等职业病症有必然联系，但有充分证据证 明，为控制细菌生长而使用的杀菌剂对人类健康有不良的影响。 2. 性能不够稳定。水的润滑能力不足并易生锈，为此，必须添加各种添加剂，例如各种油性剂、极 压添加剂和防锈剂等，组分相当复杂，较好一些的冷却液的组分大致有 20 个左右，在溶液中形成了 复杂的化学平衡，对工业化大生产过程，这种平衡能够维持的时间很短，切削液性能产生很大波动， 造成切削液成份失衡，性能发生变化，影响加工质量。 3. 维护复杂。由于冷却液组分多、变化快，所以对维护提出了很高的要求，同时要进行很多的现场 添加调整，例如杀菌剂、润滑添加剂、消泡剂和防锈剂等。 4. 品种繁多、选用复杂。为适应不同要求，就要提高某种组分的含量，但在该组分含量提高后，又 要考虑添加别的添加剂以抑制其添加的不良影响，这样反复循环，使切削液的种类繁复。 水溶性金属切削液的组成成分中含有如表面活性剂、基础油、油性剂和杀菌剂等，以及其与水 混合的应用方式特点，要求水溶性金属切削液还必须具备良好的抗泡/消泡、抗菌性能，以及低毒/ 无毒性、硬水适应性和气味柔和等特点。
1.6 怎样判别水基切削液已经腐败

水基切削液的更换，也大半是腐败所致。 水基切削液由于设备漏液、切屑、磨削粒混入及微生物的异常繁殖而腐败。腐败现象有如下过程 ⑴轻微腐蚀臭气，即酸腐臭发生。 ⑵切削液的外观变为灰褐色、桃色。 ⑶ph 值、防锈性能急剧下降。 ⑷沉渣或油泥状物质生成，过滤器堵塞、乳化液分离。 ⑸切削、磨削性能明显下降 ⑹生产恶臭，作业环境恶化 上述过程发展到最后阶段，就一定需要更换切削液。这一系列，即细菌、霉菌异常繁殖的结果。
2 水基切削液的除臭与杀菌 2.1 水基切削液的发臭

水基切削液是微生物生长的理想场所。因此控制微生物生长，无论从技术原因还是专业的医学 观点来说都是非常必要的。有很多化学物质能够杀死微生物，但是切削液系统本身的一些特点限制 了他们的应用。只有选择一款润滑性能好又具有杀菌除臭的环保型切削液，才能够有效解决在长期 的操作中所产生的问题。这不仅可以延长切削刀具的寿命和提高其安全性，而且还节约成本。
2.1.1 微生物

微生物(microorganism 简称 microbe)是包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物等在内
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的一大类生物群体，它个体微小，却与人类生活密切相关。微生物在自然界中可谓“无处不在，无处 不有”，涵盖了有益有害的众多种类，广泛涉及健康、医药、工农业、环保等诸多领域。 2.1.1.1.特点: 个体微小,一般<0.1mm 构造简单,有单细胞的,简单多细胞的,非细胞的 进化地位低 2.1.1.2 分类 原核类: 三菌,三体 真核类: 真菌,原生动物,显微藻类 非细胞类: 病毒,亚病毒 ( 类病毒,拟病毒,朊病毒) 2.1.1.3 五大共性: 体积小,面积大 吸收多,转化快 生长旺,繁殖快 适应强,易变异 分布广,种类多
2.1.2 微生物的危害

微生物对切削液、循环系统和人的健康带来很大的危害 ⑴对切削液的危害有:有机成分降解；形成酸性产物；pH 值下降；防锈性能下降；增加导电性；形 成胺类物质。 ⑵对循环系统的危害有:油分层;管道堵塞；产生泡沫；过滤困难。 ⑶对健康的危害有：产生气味；皮肤过敏；伤口感染。 为了消除上面的提出的那么多的危害，就必须采取措施来控制微生物的生长。细菌数在 10 -10 之 间时，在大部分情况下冷却液系统操作上不会有问题。但对于细菌来说，情况就完全不一样。霉菌 不会均匀的分布在冷却液系统中，而是形成菌落。这样的情况经常可以在切削液系统中出现。

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2.2 2.2 切削液防腐

在乳化油液中，发臭变质占切削液变质的首位。近 20 年来开发了多种长效杀菌剂，可供选用。 由于细菌有一定的选择性和抗药性。故在切削液中，最好选择两种以上杀菌剂，交替使用，即使在 这种情况下，仍不能彻底解决切削液长寿命（1—3 年的寿命）的问题，而且多种杀菌剂各有弊端。 防腐剂主要作用是抑制微生物的生长和繁殖，以延长切削液的使用寿命。我国规定使用的防腐剂有醛类、甲醛衍生物、噻唑类、阳离子化合物、碘炔氨基酯类、胺类、三嗪 类等多个品种。 发展绿色环保的水基切削液一是现在刻不容缓的课题， 以上杀菌防腐剂不能满足现在切削液的要 求。醛类气味过大，操作工人无法承受；甲醛衍生物虽然没有游离的甲醛那么易挥发，只能适用于 中性体系；噻唑类溶解性、稳定性不好并且成本高；酚类污染大，对皮肤有过敏；阳离子化合物不 能杀灭假单胞菌及跟阴离子化合物不相容；碘炔氨基酯类与切削液的稳定性和相容性欠佳；胺类的 杀菌能力有限，且易行成亚硝胺类物质，有致癌的可能性；三嗪类杀菌剂杀菌品种有限，对部分菌 类及霉菌的抑杀能力有限。所以切削液的防腐并不是想象的那么简单，因为其实涉及到因素较多。
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而且菌种多样性、切削液系统差异大等，对防腐技术提出了更高的要求。选择合适的防腐剂及掌握 准确的使用方法非常关键。 本开发院集杀菌技术之大成，利用分子嫁接原理，充分考虑现代水基切削液的配伍相容性，隆重 推出了新概念、高效长效型、全面杀菌剂。
2.3 新概念水基切削 水基切削液 2.3 新概念水基切削液

随着金属切削液的发展，人们对水基切削液的使用效果、有效使用寿命及环保方面的要求越来越 高。所以金属加工液的研究工作就不只限于能够达到机械加工过程中的需要，还需要从环保、无毒、 无害出发使金属加工液能更好的运用于各种金属加工行业。因此，国内外对金属加工液的研究非常活 跃，对其作用机理进行深入研究，并不断提出新论点。同时，对于金属加工液的性能指标与评定方法、 加注的方向和方式以及管理等方面进行深入的探讨。 和传统的切削液比较，本开发院研发的新型环保切削www.zhongruikj.com液它具有非常明显的技术优点和市场竞争力。 ●洁净、环保、不发臭，给操作人员以更洁净的工作环境 ●突出的极压抗磨性能、高承载性能、边界润滑性能。 ●高效润滑剂的基础润滑性能、油性剂的强吸附减摩性能、极压抗磨剂的超强抗磨性能，是三能一体 型的载荷添加剂，可大幅度提高润滑性、减少摩擦磨损、防止烧结、提高加工精度及光洁度、有效 的保护刀具模具。 ●在低温、中温、高温下均具有较好的润滑性、减摩性能、极压抗磨性能。 较好的解决了市场上极压抗磨剂只有在高温下起作用的弊端，本品在低温下起着高效润滑剂的作 用，中温下起着油性增强剂的减摩作用，高温下起着极压抗磨剂的极压抗磨作用。 ●优异的高速抗擦伤性、高温安定性、及抗烧结性能，形成的吸附转化膜在 750℃以上仍有一定的抗 磨效果。 ●润湿、渗透、冲刷、排屑等清洗功能。冷却、降温性能卓著。 ●颜色适中，优良的水溶性，广泛应用于水基切削润滑液、水性金属加工液、抗燃液压液。 ●既可作为载荷添加剂使用，也可直接兑水作为水基润滑液使用。 ●极低的浓度下保持高效极压抗磨效果。 ●有一定的防锈作用。
4 结论

水基切削液真正的核心难题有二：润滑性能的类油性，即润滑性差的问题；由于微生物的繁殖带来 的水性加工液使用寿命短的问题。以上问题也是切削液的各生产商家竞争的焦点与热点，同时也是一 个难点。 本院采用了国际上先进的胶体化学、表面化学、抗磨油品化学合成技术，集中了有机极压吸附膜与 无机弹性电荷沉积—极压膜的优点，采用了先进的纳米技术，充分利用了反应膜的层状微晶结构，根 据层状微晶结构的减摩原理与叠置修复原理，特别开发了本款多能型长寿金属加工液；云清系列杀菌 剂、抑菌剂、长寿金属加工业调理剂与各种切削液相容性好、环保、有效杀菌长、倍增延长切削液 的使用寿命，不影响切削液的后处理。上述产品的推出将使真正的长寿命切削液将成为可能，全面 升级切削液配方，大大节省社会资源成本，必将引发一起轰轰烈烈的绿色长寿切削液革命，绿色和www.zhongruikj.com
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谐将于人类石油和平畅想共荣。实现“繁荣社会、造福人类、天人合一”的伟大构想！
参考文献