금속가공유의 미생물 오염에 의한 피해

금속가공유를 사용하는 사람들이라면 대부분 미생물 오염 문제로 고생한 경험이 있을 것입니다. 때로는 금속가공유를 새것으로 교체하였음에도 미생물 오염 문제가 계속 발생하는 경우가 있습니다. 금속가공유에 미생물이 자라기 시작하면 어떤 일들이 벌어질까요? 왜 이런 일이 계속 반복되는 걸까요?

금속가공유에는 물과 풍부한 영양분, 산소와 미네랄 등 미생물 성장에 필요한 모든 것이 갖추어져 있습니다. 금속가공유에 들어 있는 성분들은 대부분 생분해성(biodegradable)으로, 이 성분들은 미생물이 자라면서 자연스럽게 분해됩니다. 금속가공유의 성분들이 분해되면 금속가공유 특성도 달라지게 되는데, 금속가공유를 사용하는 내내 이런 변화가 일어나는 경우가 일반적입니다.

금속가공유 제조가 쉽지 않은 이유는, 금속가공유를 사용하는 동안에는 미생물에 의해 쉽게 분해되지 않는 생물 안전성(biostable)을 가지고 있어야 하지만, 사용 후 폐기되고 나서는 쉽게 생분해될 수 있어야 하는 정반대의 기능을 모두 가지고 있어야 하기 때문입니다.

금속가공유가 미생물에 의해 받게 되는 영향은 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다. 1차 영향은 미생물이 금속가공유 성분을 직접 소비(분해)하는 결과로 나타나는 것이며, 2차 영향은 미생물이 만들어 내는 부산물에 의해 발생하는 것입니다.

1차 영향

앞서 말한 바와 같이, 미생물 오염에 의한 1차 영향은 미생물이 금속가공유 안에 들어 있는 각기 다른 성분들을 분해하면서 나타나게 됩니다. 어떤 성분이 분해되느냐에 따라 나타나는 결과도 달라집니다. 각각의 성분들이 각기 다른 속도로 분해되는 경우, 안정적이던 금속가공유 기능에 불균형이 발생하게 됩니다. 다른 성분들은 문제가 없는데, 한 가지 성분만 유독 빨리 기능을 상실하는 경우라 하더라도, 금속가공유를 더 이상 사용하기가 어려운 상태가 될 수 있습니다. 사용 초기부터 다양한 방식의 분석을 통해 금속가공유의 상태를 계속 확인하는 것이 중요합니다.

유화제(emulsifiers) 많은 세균들에게 유화제 성분은 아주 좋은 영양원입니다. 유화제 기능이 떨어지면, 물속에 작은 크기로 분산되어 있던 금속가공유 에멀션의 크기가 커져, 가공 재료나 부품, 장비가 지저분하게 되고, 공구도 이전보다 더 심하게 마모됩니다. 극단적인 경우, 금속가공유의 기유(base oil)가 금속가공유로부터 분리되어 수면 위로 떠오르기도 합니다. 이렇게 되면 윤활도가 비정상적으로 떨어지고 공구의 수명도 크게 단축됩니다. 금속가공유의 농도가 낮아지는 것도 이런 상태가 진행되고 있다는 것을 알리는 징조 중 하나라고 할 수 있습니다. 이 경우 농도 보충으로 문제를 해결하는 것이 일반적입니다.

기유(base oil) 슈도모나스 올레오보란(Pseudomonas oleovorans), 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida)와 같은 특정 세균들은 금속가공유에 들어 있는 기유(광유나 합성유)를 먹고 자랍니다. 기유의 농도가 낮아지면 윤활도가 떨어져 공구의 수명이 짧아집니다.

녹 방지제(방청제, rust protection) 세균이 금속가공유 내에 들어 있는 녹 방지제 성분을 분해하면 녹이 발생하게 됩니다.

아민류와 기타 pH-완충 성분(amines and other pH-buffering components)과 같이 상당수의 금속가공유 제품에는 pH를 안정적으로 유지하는 기능을 하는 성분이 들어 있습니다. 이 성분들은 금속가공유에 산성화 물질이 들어와도 효과적인 작용을 합니다. 미생물에 의해 이 성분들이 분해되면, 금속가공유의 pH가 불안정해지고 산성화 물질에 매우 민감하게 반응할 수 있습니다.

2차 영향

미생물이 금속가공유 성분을 분해하면서 금속가공유를 산성화시키는 부산물을 만들어 내기도 합니다. 이 부산물들은 금속가공유의 pH를 낮추어 미생물이 자라기에 더 좋은 환경을 제공하게 되고, 이에 따라 미생물 오염도 가속화됩니다. 미생물이 pH 완충 성분까지 분해하는 경우, pH가 크게 영향을 받게 되어, 미생물 오염은 점점 더 심각한 상황으로 빠져들게 됩니다.

금속가공유가 산성화될수록, 가공 중 발생하는 미세 금속 칩과 금속가공유에 용해되어 있던 오염 물질과 같은 각종 불순물들에 의한 부정적인 영향도 증가하게 됩니다.

기타 영향

혐기성 세균은 금속가공유의 색깔에도 영향을 줄 수 있습니다. 이런 현상은 합성유를 기유로 하는 금속가공유에서 더 두드러지게 나타납니다. 예를 들어, 철을 가공하는 경우, 디설포비브리오 디설퍼리칸(Desulfovibrio desulfuricans) 류는 금속가공유를 검은색으로 바꾸기도 합니다. 때에 따라서는, 미생물이 금속가공유의 색깔만 변형시키는 것이 아니라 가공 재료에 얼룩을 남기기도 합니다.

금속가공유에 대하여 보다 자세한 내용을 확인하고 싶은 분들에게 아래의 서적들을 추천합니다.

■ Metalworking Fluids (Second Edition) - edited by Jerry P. Byers

■ Metalworking fluids (MWFs) for cutting and grinding: Fundamentals and recent advances - edited by V. P. Astakhov and S. Joksch

이 포스트는 Wallenius Water의 금속가공유 응용 전문가(application specialist)이자 스웨덴 공정 유체 센터의 작업 환경과 건강 그룹 멤버인 Caroline Sterneryd가 Wallenius Water 블로그에 올린 "Bacterial outbreaks: Serious damage by bacteria in metalworking fluids"를 번역한 것입니다.