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金屬切削液油霧的形成及控制
時間:2018-10-22

在車、銑、鉆、磨等金屬加工過程中,由于金屬切削液的使用,會在空氣中形成大量的油霧顆粒。這種現象使得工人呼吸區域中的空氣質量問題受到廣泛關注。因為長期暴露在這種油霧中對工人健康十分不利,而據美國職業安全與健康國立研究所 (NIOSH)統計,每年暴露在金屬切削液油霧 中的工人多達120萬…因此,對金屬切削液油霧的研究是一項意義重大的課題。

一、金屬切削液油霧的產生


1.1 油霧的產生機理

  為了有效地潤滑、冷卻和清洗,金 屬切削液在使用過程中要經歷泵循環、噴射與高速旋轉的刀具或工件激烈撞擊和高溫蒸發等過程,這就決定了其油霧產生的原因 非 常 復雜,機械、物理和化學的因素互相交織,共同作用。但是,并非所有因素都對油霧的產生具有決定性影響,加工過程中金屬切削液油霧的形成主要可以歸因于兩種機理,霧化和蒸發:霧化是機械能轉化為液滴表面能的過程,主要是由于液體對機床系統內的固定及旋轉單元的激烈沖擊 ,被其打碎,形成細小液滴漂浮在工作環境中;蒸發的發生是由于切削區產生大量的熱,這些熱量傳人切削液使它的溫度明顯高于飽和溫度,在固一液接觸面上就發生沸騰并產生蒸汽。這些蒸汽隨后以周圍空氣中的小液滴或其它粒子為核心凝結 ,形成油霧。
1.2 油霧的存在形式

金屬切削過程可以產生以下三類油霧:

(1)由噴射 沖擊產生 的干凈油霧 ,不含固體粉塵 ;

(2)因加熱或高速切削的高溫導致蒸發或灼燒而產生的煙霧;

(3)磨削時金屬切削液噴射產生 的含磨削粉塵的油霧。

  油霧產生的方式不同,其顆粒直徑范圍也有較大區別。一般情況下,機械霧化過程產生的油霧主要以液滴形態存在,液滴直徑范圍較寬,通常為2~10um。蒸發產生的油蒸汽在冷凝過程 中也會形成直徑非常細小的冷凝懸 浮體,粒徑通常為2um以下。醫學研究證明,油蒸汽和大顆粒液滴對人體肺部的危害相對較小。以油蒸汽形態存在的油霧被吸入肺部又被呼出,它們并不會被肺泡捕獲,而大顆粒的油滴無法通過鼻子和支氣管進入肺部。只有以液滴形式存在,且直徑小于5um的油霧顆粒才能順利到達肺泡,并在肺部沉淀,從而對人體造成較大的危害。

二、金屬切削液油霧的危害性

  金屬切削液油霧的存在使得火災隱患在有油霧的地板上滑倒的可能性增加,如霧的空氣排出車間,還會對環境造成污染屬切削液油霧最大的危害還在于它對接觸響。工人長期暴露在金屬切削液油霧中會統疾病 、過敏性皮膚病和惡性腫瘤等疾病顯增高,并且可能造成遺傳性影響。金屬切削液成分復雜,其中的添加劑和污染物都可能作為刺激因素誘發突發性哮喘,惡化原有哮喘的病情,或引起無哮喘病人的氣道不適。在四類金屬切削液中,可溶性油和純油與哮喘相關。純油、可溶性油和合成油這三類已被確認由于吸人過程會引起工人的氣道功能紊亂和呼吸道疾病。即使油霧濃度僅為0.41~0.55mg/m ,工人長期接觸這種油霧仍會導致慢性支氣管炎、胸部不適和氣道刺激等。早期并沒有對暴露在金屬切削液油霧中的工人進行過敏性肺炎方面的研究,然而,由于近年患過敏性肺炎的工人數量的激增,長期接觸油霧會導致肺炎這一事實得到了研究和證實。關于金屬切削液油霧對工人肺功能的影響方面的研究資料還比較匱乏。其原因之一是能夠被觀察到的肺功能下降大多都是不可恢復的,此外還由于肺功能下降與所接觸的油霧的量有關,是一個長期積累的結果。但是以動物為試驗對象的研究結果表明,狗接觸5~100mg/m 油霧12個月以上 ,會出現含脂肪的肺泡和巨噬細胞脂肪性肉芽腫,并且呼吸組織出現形態改變的特征。


金屬切削液油霧的另一大危害是其致癌性,金屬切削液的致癌性主要取決于其添加劑的濃度 、受污染情況和使用條件。目前還沒有針對人類進行的金屬切削液致癌性方面的研究,而以動物為研究對象的試驗研究則發現,切削液的油霧能夠導致皮膚瘤/皮膚癌刺瘤、肺癌和胰腺癌。對于切削液油霧的致癌性,目前還存在著許多爭論:雖然許多流行病學的研究都曾經報道了金屬切削液及其油霧的致癌傾向,可是由于癌癥的潛伏期特別長,流行病學的研究往往只能評價20~30年前某物質導致的危害。為此有研究者指出幾十年前的金屬切削液的組成完全不能代表今天的切削液的情況。特別是煉油工藝發生了巨大的變化,更大限度地去除了多環芳烴和其它不理想組分,因此把原來證明的致癌傾向推廣到目前的切削液是不合適的。但是由于金屬切削液組成的復雜性,要簡單地證明其不具致癌性也是十分困難的。與對其它方面健康危害的研究相比,關于切削液油霧對遺傳學影 響的研究是最少的。根據1995年Fuchs J等人的研究結果,IARC(聯合國國際癌病研究專署)將N一亞硝基二乙醇胺 (NDELA)定性為2B致癌物 (對人類可能致癌)。NDELA強烈影響到單核血細胞DNA鏈的斷裂。暴露在NDELA濃度大于500mg/m 的 空 氣 中 的 工 人 比暴 露 在 濃 度 低 于50mg/m 的DNA鏈 斷裂數 目明顯增 多。雖然EPA(美國環境保護署)已經禁止將NDELA作為金屬切削液的添加劑 ,但是在亞硝基化劑的作用下 ,三乙醇胺 (TEA)和二乙醇胺 (DEA)仍然能夠發生反應,在金屬切削液中生成NDELA 。


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