环保型水溶性脱模剂的研制

Vol . 8 No . 4 Dec . 2011 邵阳学院学报（自然科学版） Journal of Shaoyang University（Natural Science Edition） 第 8卷 第 4期 2011年 12月 文章编号：1672- 7010（2011）04- 0060- 05 环保型水溶性脱模剂的研制 收稿日期：2011- 06- 28 作者简介：胡建明（1967-），男，湖南株州人.讲师.研究方向：工业分离. 胡建明 1，佘斌 2 （1.邵阳学院生物与化学工程系，湖南邵阳，422000；2.邵东县教育局，湖南邵东县 422800） 摘 要：本文制备了一种绿色环保型水溶性脱模剂.通过改变硅油、面活性剂等的配比，以改善水溶性 脱模剂的稳定性及脱模效果.该脱模剂具有很好的乳化稳定性，脱模效果好，并且不含有毒物质，是一种环境友 好的脱模剂.最后，对该脱模剂的 PH值、消泡性、抗腐蚀性、储存安定性进行了试验，效果较为理想.另外，该脱 模剂具有制备简单、价格低廉等特点. 关键词：水溶性；脱模剂；制备 中图分类号：TQ423 文献标识码：A Research and Preparation of the Environment- fr iendly Water- soluble Releasing Agent HU Jian- ming，SHE Bin Abstract: In this paper, a new kind of green water- soluble releasing agent has been prepared. Good emulsion stability and pat- tern drawing effect of the water- soluble releasing agent was achieved by changing the ratio of methyl silicone oil, surface active agents and other additives. The environment- friendly water- soluble releasing agent containing no any poisonous matters showed excellent emulsion stability and pattern drawing effect. Finally, the pH value, the antifoam property, the corrosion resistance, and the storage sta- bility of the water- soluble releasing agent appear good properties in our experiments. In addition, the water- soluble releasing agent has such characters as easy preparation and lowcost. Key words: water- soluble; releasing agent; preparation (1.Department of Biological and Chemical Shaoyang University, Shaoyang Hunan,422000, china； 2. Education Bureau of Shaodong County, Shaodong, Hunan 422800, china) 0前言 脱模剂[1]是为防止成型的复合材料制品在模 具上粘着，而在制品与模具之间施加一类隔离膜， 以便制品很容易从模具中脱出，同时保证制品表 面质量和模具完好无损常用的，它是介于模具与 制品之间的功能性物质，在橡胶、塑料[2]制造工业 中，制造模型产品时，为了脱模、提高生产效率、延 长模具使用寿命，同时使产品光洁、尺寸合格、减 少废品，而需使用的必不可少的一种助剂[3- 5]. 在工业生产中，有些塑料如酚、环氧、聚酯、高 压聚乙烯等成型时比较难脱模，采用传统的石蜡 或硅油，往往不能满足要求，特别是在不饱和聚 酯、环氧树脂成型的过程中，新型脱模剂的选择应 用已成为不可缺少的重要内容. 脱模时要求具有 一定的热稳定性，不腐蚀模具，具有化学惰性，不 与树脂中的组分反应，不残留分解物，不影响制品 色泽和加工性好，清洗性好，易成型，脱模性能优 良，不污染环境等. 目前，国产脱模剂多为油类.油类脱模剂原材 料少，成本高，易产生油雾，加工现场空气污浊程度 高，对操作工人的健康产生危害.而水溶性脱模剂 操作安全，无油雾，对环境污染小，对人体健康损害 小，且使用方便，逐步发展成油基脱模剂的代替品. 现在市场上的水溶性脱模剂大多为进口产品，价格 高，因此，开发此类产品有十分重要的意义[6]. 与传统的脱模剂相比，新型脱模剂具有选择 粘附力强，能优先粘附在模具上而不传递给成型 件，同时还能对树脂表面起到改性作用，有利于树 脂流动性，提高成型件表面的质量[7]. 我们主要通过改变基础油、表面活性剂、防锈 剂、防腐剂、pH调整剂、金属离子掩蔽剂、防毒杀 菌剂等的配比，以达到提高脱模效果的要求. 1实验部分 1.1仪器 具塞量筒 (1个)，恒温干燥箱，pH试纸，冰箱， 玻璃罩，恒温器，铁片 (2 个)，铜片 (2 个)，铝片 (2 个)，玻璃片 (2个)，滴定管 (1个)，大烧杯 (2只)，小 烧杯 (4只)，玻璃棒 (1只)，量筒 (2个)，滴液管 (2)， 洗耳球，电磁加热搅拌器，塑料，电子天平. 1.2药品 25#变压器油 (30mL)，烷基苯磺酸钠 (200g)， 烷基聚氧乙烯醚 (10mL)，甲基硅油 (200mL)，防锈 剂 (20mL)，聚乙烯醇 (200g)，乙醇 (20mL)，司班 60 (100g)，聚乙二辛基苯基醚 (20mL)，丙酮 (20mL). 1.3配方 水溶性脱模剂是由油、水和表面活性剂等组分 组成.本方法中，以甲基硅油为主要添加剂，用表面 活性剂分散适量水中，形成均匀、稳定的乳化液. 对于原始配方的表面活性剂用量为 20%左 右，这样才能保证油滴细化，体系才具有高度的稳 定性.单一的乳化剂很难形成稳定的乳化液.经过 大量实验，得到改善后的配方，有较好的效果，实 验结果见表 3. 实验表明，稳定的乳化液的配方为：甲基硅油 表 3原始乳化剂的匹配及效果 Tab.3 Formula and effect of original emulsifying agent 表 1脱模剂的原始配方 (100%) Tab.1 Original ingredient of releasing ageng 表 2脱模剂的原始选择与效果 Tab.2 Original choice and effect of releasing agent 第 4期 胡建明 1，佘斌 2：环保型水溶性脱模剂的研制 61 表 4脱模剂的优化配方 Tab.4 Optimized fomula of releasing agent (35%)，聚乙烯醇(10%)，司班 60(10%)，水 (余量).水 溶性脱模剂的原始配方只是简单的乳液，没有防 锈杀菌功能，通过对它改良，可以得到既具有原始 配方的优点，又有防锈、防腐性.优化配方见表 4 1.3.1水溶性脱模剂基础油的选择 虽然水溶性脱模剂中基础油的含量较低，但 它直接影响产品的乳化分散性能. 水溶性脱模剂 中加有大量的添加剂，一定程度上势必增加产品 的粘度.因此，水溶性脱模剂选用粘度较低的基础 油[1]作为脱模剂，甲基硅油可单独用，但单独的甲 基硅油是一种油性脱模剂，我们需要的是可稳定 分散在水中的，形成水基脱模剂.因此，选择甲基 硅油为水溶性脱模剂的主要添加剂. 1.3.2水溶性脱模剂表面活性剂的选择 水溶性脱模剂中分散相的高度细化和体系的 稳定性是依靠表面活性剂润湿、分散、乳化和增溶 等作用实现的.在水溶性脱模剂中，表面活性剂的 用量为 10- 25%，以保证分散相油滴细化，使体系 保持高度的稳定性. 通过调整阴离子和非离子表 面活性剂的配比，以获得最佳的均匀和稳定的体 系[8]. 1.3.3水溶性脱模剂防锈剂的选择 为了保护金属模具不受乳液的侵蚀，要加入 防锈缓蚀剂，在金属表面形成保护膜.水溶性防锈 缓蚀剂有：亚硝酸钠、苯并三氮唑、硼酸、三乙醇 胺、磷酸盐、铬酸盐、苯甲酸钠、钼酸钠和无水碳酸 钠等.这类防锈缓蚀剂多为电解质，用于乳液时用 量不易过大，以免发生电解破坏乳液稳定性.亚硝 酸钠致癌，铬酸盐有毒，污染环境，磷酸盐污染环 境. 开发新型的的无毒无害的防锈剂是发展的趋 势.目前利用多种无毒添加剂的协同效应，如：有 机胺类、及硼酸盐、苯并三氮唑等复配型的高效防 锈剂. 1.3.4水溶性脱模剂消泡剂的选择 消泡剂的作用是抑制泡沫的产生，气泡导致 覆盖不均匀，从而使模具与产品粘连.消泡剂的作 用是避免形成稳定的泡沫.它能吸附在泡沫膜上， 破坏膜的均匀性，从而达到消除泡沫的目的.最常 用的是甲基硅油，我们用它作为基础油，这里也用 作消泡剂. 1.3.5水溶性脱模剂防霉杀菌剂的选择 乳液易使细菌生长而发生霉变，使其使用周 期缩短.常用的防霉杀菌剂有甲醛、酚类、水杨酸 类、杂环化合物.甲醛、酚类、水杨酸类、杂环化合 物对人体健康不利，我们选用油酸. 1.3.6水溶性脱模剂 pH值调整的选择 通过实验，水溶性脱模剂的酸度必须保持在 一定的范围之内才可以不对金属造成危害. 最后 得到了乳液 pH值保持在 8- 10之间的最佳条件， pH值过低易生长细菌，过高则铝易受腐蚀. 1.3.7水溶性脱模剂金属离子掩蔽剂的选择 乳液中可能含有钙镁离子，应当掩蔽，选用 EDTA作为金属离子掩蔽剂，它可以很好的结合 金属阳离子，用量根据情况而定. 2水溶性脱模剂优化的制备过程 水溶性脱模剂是油、水、表面活性剂等组成. 在制备过程中，表面活性剂聚乙烯醇是块状的聚 合物，不易溶于水.本实验用聚合度为 800左右的 聚乙烯醇，先在常温下，水里搅拌 0.5小时，再在 90℃的水中搅拌两个小时，聚乙烯醇溶解.加入阴 离子、非离子表面活性剂搅拌，再加入甲基硅油， 司班 60，金属离子掩蔽剂，防霉杀菌剂，PH至调 整剂，搅拌到透明均一. 2.1水溶性脱模剂优化的选择 水溶性脱模剂是由油、水、表面活性剂等组 成，不同的组分对该脱模剂的稳定性影响较大.关 于脱模剂的优化配方的稳定性见表 5. 62 邵阳学院学报（自然科学版） 第 8卷 优化稳定乳化液的配方：甲基硅油 (消泡剂) (20%)、聚乙烯醇(5.5%)、司班 60 (5.5%)、阴离子与 非离子表面活性剂 (0.3+0.5)、金属离子掩蔽剂 (0.5%)、pH调整剂(0.05%)、防霉杀菌剂(0.05%)、水 (余量)、防锈剂 (1%). 3结果及 3.1 pH值 初测乳化液的 pH 值大约为 7，应当调到 8- 10之间，pH值过低易滋长细菌，过高腐蚀金属 铝，用金属离子掩蔽剂调到 8. 3.2消泡性 将原溶液六倍稀释液于 100 mL量筒中，液面 80 mL左右，盖好橡皮塞，上下摇动 2分钟，摇动 频率为 100次每分钟.然后静置 10分钟液面残留 泡沫体积为 1.2 mL. 3.3乳化液的稳定性 (1)室温下，将 50 mL乳化液于滴定管中，静 置 24小时，稳定，无沉淀，无分层. (2)室温下，将 50 mL乳化液六倍稀释液于滴 定管中，静置 24小时，稳定，无沉淀，无分层. 3.4储存安定性实验 (1)于 100 mL量筒中加 50 mL乳化液，放在 70℃的恒温干燥箱 5小时无分层，相变，冷却到室 温放 2小时，再放在 - 10℃的冰箱中，24小时，取 出静置到室温 1小时，无分层，果冻状，加热恢复 原状. (2)于 100 mL量筒中加 50 mL六倍稀释液， 放在 70℃的恒温干燥箱，4小时有分层，相变，摇 摇又恢复原状. 再放在 - 10℃的冰箱中，24小时， 果冻状，加热恢复原状. 3.5腐蚀性实验 (1)将铁(用盐酸处理过)、铜(用硝酸处理过)、 铝(用盐酸处理过)三种试片放在乳化液中，加盖 玻璃罩，移到恒温的恒温箱(55℃)内，连续 24 小 时取出，铁、铜、没有受到腐蚀，铝受到较轻微的腐 蚀，没有原来的金属光泽. (2)将铁(用盐酸处理过)、铜(用硝酸处理过)、 铝(用盐酸处理过)三种试片放在乳化液六倍稀释 液中，其中铁的一半在六倍稀释液的上方，加盖玻 璃罩，移到恒温的恒温箱(55℃)内，连续 24 小时 取出. 铁在六倍稀释液的下方的部分没有受到腐 蚀，在上方的部分受到严重的腐蚀而铜和铝没有 受到腐蚀. (3)将 pH值调到 9，做(1)实验，铝受到严重的 腐蚀，由失去金属光泽变成黑色. 3.6抗菌性实验 在 100 mL乳化液六倍稀释液中加入 2 mL腐 败的乳化液，同时加入 1 g玉米粉，在恒温箱 (30℃)内，连续一个月，有少量的霉斑生成. 3.7防锈性实验 3.7.1单片防锈性实验 (1)用滴管吸取乳化液，滴五滴在铁片上，每 滴直径 4- 5 mm.放在干燥器的隔板上，在恒温箱 (35℃)内，连续 24小时.铁片没有受到腐蚀. (2)用滴管吸取乳化液六倍稀释液，滴五滴在 铁片上，每滴直径 4- 5 mm.放在干燥器的隔板上， 在恒温箱 (35℃)内，连续 24小时.铁片没有受到 腐蚀. 3.7.2叠片防锈性实验 表 5脱模剂的优化配方的稳定性 Tab.5 Stability of the releasing agent with optimized fomula 第 4期 胡建明 1，佘斌 2：环保型水溶性脱模剂的研制 63 将铁片放在干燥器的隔板上，用滴管吸取乳化液 六倍稀释液，滴在铁片上，再用另一试片重叠其 上.合上干燥器盖，在恒温箱 (35℃)内，连续 24小 时，打开试片，用脱脂棉蘸取无水乙醇擦试液，立 即观察，距试片边缘 1 mm以内，两叠片光亮如初. 4脱模效果实验 具体实验结果见表 5和表 6 将融化后的塑料滴在铁、铜、铝、玻璃的表面 上，结果如表 6： 通过比较表 6与表 7，对比原始的脱模剂与 优化后的脱模剂的实验效果，得出本脱模剂有较 好的脱模效果，对于普通的金属铜、铁、铝和玻璃 可以有效的脱模.如果要更确切的脱模效果，还要 在模具上做进一步的实验. 5结论 本文研究的优化后的脱模剂具备操作安全， 无污染，不损害人体健康，使用方便等特点.既具 有普通脱模剂稳定性好、不分层、价格低廉、符合 环保要求，又有杀菌、防腐、防锈的功能，并且其脱 模效果进一步提高.同时易泵送和自由流动，适用 自动喷涂使用.随着我国铸造业的不断发展，开发 此类产品对于发展我国的铸造业具有十分重要的 意义. 参考文献： [1]曾人泉.塑料加工助剂[M].北京：中国物质出版社，2001. [2]橡胶工业手册编写组.橡胶工业手册(第 2分册)配合剂 [M].北京:化学工业出版社,1981. [3]蒋崇文，雷志刚，吴周安，钟宏.脱模剂的制备与应用研 究进展[J].精细与专用化学品，2007，15（6）：16- 18，22. [4]李昂.脱模剂及其作用机理[J].特种橡胶制品, 2002, 23 (4): 26- 29. [5]姜承永.有机硅脱模剂生产及应用技术 [J].精细与专用 化学品,2010,18(7):1- 5. [6]马玉英.塑料加工用脱模剂的选择和应用[J].2004，20(2): 21- 22. 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