Untersuchung des Einsatzes antimikrobiell wirkender Substanzen aus nachwachsenden Rohstoffen in Kühlschmierstoffen

Der Einsatz von Kühlschmierstoffen in der metallbearbeitenden Fertigungsindustrie dient u. a. der Verminderung der Reibung sowie dem Abführen der Prozesswärme und stellt so einen elementaren Faktor für die Qualität des Werkstücks dar. Vor allem aufgrund ökologischer Vorteile werden dabei zunehmend wasserbasierte Fluide eingesetzt, in welchen Mikroorganismen optimale Lebensbedingungen vorfinden. Mikrobieller Befall von Kühlschmierstoffen kann zu schwerwiegenden Schäden an der Maschine und dem Werkstück führen und auch die Gesundheit des Maschinenpersonals schädigen, weshalb eine Konservierung mit Bioziden unerlässlich ist. Im Zuge der im Jahr 2012 erlassenen Biozid-Verordnung hat sich die Anzahl der für die Produktgruppe 13 „Metallbearbeitungsflüssigkeiten“ zugelassenen Biozide von ursprünglich mehreren 100 Verbindungen auf weniger als 20 Substanzen reduziert. Diese übrig gebliebenen Substanzen sind aufgrund ihrer toxikologischen und ökotoxikologischen Eigenschaften als kritisch zu betrachten und bedürfen zum Schutz der Umwelt einer Ersetzung durch ungefährlichere Alternativen.

Auf Basis dieser Problemstellung konnten sieben Gruppen heimischer, naturbasierter und antimikrobiell wirksamer Substanzen anhand von Literaturangaben identifiziert werden. Aus dieser Auswahl erwiesen sich 35 Substanzen aus den Verbindungsklassen der kurzkettigen Diole sowie einigen Vertreter der sekundären Pflanzenstoffe unter Berücksichtigung toxikologischer, physikalischer, chemischer und wirtschaftlicher Faktoren als besonders geeignet. Durch die Anwendung eines mikrobiologischen Vortests konnte für jede dieser Verbindungen die minimale Hemmkonzentration angegeben werden. Nach einer Selektion wurde in weiterführenden Tests ein Konzentrationsbereich für zehn Verbindungen ermittelt, welcher die aerobe mikrobielle Stoffwechselaktivität über einen Messzeitraum von 20 Tagen unterdrückte. Zudem konnte durch die Anwendung von PCR-Tests gezeigt werden, dass die eingesetzten antimikrobiellen Substanzen lediglich eine hemmende Wirkung ausübten und somit als Biostatikum bezeichnet werden können.

Alle in den Kühlschmierstoffen eingesetzten Komponenten konnten durch instrumentelle Analyseverfahren quantifiziert werden und die Stabilität zur Funktionserhaltung des KSS während der Praxisversuche sichergestellt werden. Drei neu entwickelte Kühlschmierstoffe erwiesen sich in Versuchen im Praxismaßstab im Vergleich zu einer gebräuchlichen Emulsion als geeignet und zeigten in Bezug auf toxikologische und ökotoxikologische Eigenschaften deutliche Vorteile.