改善压铸离型剂性能的试验研究.doc

改善离型剂*性能的试验研究目 录1 前言12离型剂*质量问题的原因分析12.1 配方剖析12.2 乳状液稳定性差的原因32.3保质期短的原因32.4 下一步工作33试验方案44 试验条件、试验方法及样品质量评价方法44.1试验条件54.2试验方法54.3试验样品质量评价方法55 试验结果65.1试验现象描述65.2试验所得样品的检测结果86 分析讨论106.1试验现象分析106.2试验结果分析讨论106.2.1试验样品外观分析116.2.2试验样品稳定性分析116.2.3油相和水相温度对试验样品质量的影响116.2.4用水种类对样品质量的影响126.2.5杀菌防腐剂对样品质量的影响136.2.6抗氧剂对样品质量的影响147 结论14参考文献（略）151 前言我公司的离型剂*是专门针对复杂、大型的铝镁锌合金压铸件而开发的一种润滑性好、脱模效果优异的无硅环保脱模剂，适用于锁模力在4001250T的压铸机。该产品目前存在以下质量问题：稳定性差，时间久了易分层；保质期短，储存一段时间颜色发暗发黑、表面形成膏状粘稠物、发霉且有臭味。见图片1-3.（略）2离型剂*质量问题的原因分析2.1 配方剖析离型剂*配方见表1。表1. 离型剂*配方序号原材料名称或代号百分比（%）实际称量（g）备注1矿物油150# 2凡士林F3石蜡48#4YL075S606YL027YL068乳化油R9H2O10香精合计矿物油150#：是提高了抗磨性能、低温黏温性能的应用广泛的普通矿物油。以石油行业精制矿物油为基础油，辅以各类添加剂如分散剂、抗氧剂、抗磨剂、防锈剂、金属钝化剂等调制而成。是本配方的主要有效成分、组成最为复杂的原料之一。凡士林F：主要为C16C32高碳烷烃和高碳烯烃的混合物，是一种含有油分的微晶蜡。是本配方的耐磨润滑剂、防锈剂、防水剂、辅助添加剂。石蜡48#：石油中提炼出来的18个碳原子以上的正构烷烃。是本配方的润滑剂、分散剂、辅助添加剂。YL07：用做辅助添加剂。S60：非离子型表面活性剂，乳化剂。YL02：非离子型表面活性剂，本配方的乳化剂。YL06：用做增溶剂、稳定剂。乳化油R：添加了助剂的乳化油。HLB值估计为9。H2O：生活用自来水，其中存在各类阴、阳离子或者微生物。PH值、溶解性固体含量均不稳定。香精：是一种有香蕉气味的有机化学品，主要调节产品的气味。本配方的微量添加剂。本配方体系的HLB值，经计算为12.6，满足体系乳化对HLB值的要求。乳化剂的总用量占体系的10%左右，已经做过的大量试验证明，乳化剂的用量可以满足要求。有色金属压铸行业对脱模剂的性能要求：对模具的润滑性能好，防止粘模，还要求一定的储存稳定性和保质期。根据试验检测和客户的反馈信息，本配方产品的脱模性很好，但储存时间一长，就容易变质。由配方构成不难看出，配方中缺少必要的抗氧化、防腐杀菌等添加剂。本配方的生产工艺概要：将称量好的F加入容器，倒入150#，加热至70左右使其溶解；再依次加入48#、07、S60，溶解并搅拌均匀，控温655；再加入预热到40的02、06的混合物，搅拌均匀；再加入预热到40的R，搅拌均匀；以上油相控温605充分混匀后，再加H2O(实验室自来水)，边加边搅拌，控温25-35；最后加香精；冷却至30以下，用塑料瓶（桶）包装。对配方和生产工艺概要进行分析：150#、F、48#、07是配方中起润滑作用的有效成分，量大的150#在90 以下是稳定的，不分解不氧化，F、48#、07的熔点分别为60、48、70，本工艺的加热制度及其互溶性可以满足要求；S60是油溶性表面活性剂，理应提前掺混在油相中，02、06、R既能溶于油又能溶于水，考虑到采用转相的生产工艺以提高乳化效果，故也掺混在油相中，本工艺的加热制度也能满足要求，但对油相控温605的约束条件太宽；再看水相，对水温、加水的方式没有要求，乳化操作所要求的“控温25-35”没有可操作性；另外，对搅拌的操作也缺乏有序、定量的控制（有待于开展进一步研究）。香精作为调节气味的微量添加剂，在生产最后期加入是恰当的。2.2 乳状液稳定性差的原因（1）配方方面的原因。乳化剂的HLB值不恰当、乳化剂用量不准确。在2.1中已做分析，不是主要原因。（2）工艺方面的原因。乳化时机械作用（或搅拌）不恰当、油相和水相的温度控制不恰当等等。分析认为，本配方体系的乳化以化学乳化为住，辅以机械乳化。现有的试验条件基本可以满足机械乳化的要求。但应用方式应逐步改进和规范。油相温度过高易分解，过低则可能粘度大混合不均匀；水相的温度过高，不能更好发挥本配方中表面活性剂的作用，过低则两相温差过大，致使乳化液粒子过大或不够均匀，显著降低乳状液的稳定性。在本配方试验中，乳化操作中温度控制明显不够规范。2.3保质期短的原因（1）乳状液稳定性差，直接导致保质期缩短。（2）原料条件的影响。*为O/W型乳状液，油相为内相，水相为外相。油相储存时间过久会有不同有机物之间的缓慢反应、有机物的氧化反应、水解反应、微生物的生化作用等，生成高分子聚合物或低分子物质，分别以絮凝、沉淀、上浮等形式存在。水相则由于环境或操作条件的影响，水中难免携带或产生各种细菌、酵母菌、真菌或病毒，而菌类或病毒的滋生会导致水相和油相逐渐不纯净、粘度增大、变色、发臭。本配方中的水相为生活自来水，且试验操作设备仪器不进行消毒灭菌处理，因此在配方体系中必须加入防氧化添加剂和防腐杀菌添加剂。2.4 下一步工作为解决*的质量问题，有针对性的提出目前急需进行的工作：（1）完善产品配方，增加必要的添加剂主要是抗氧剂和防腐杀菌剂；（2）加强原材料质量管理，重点研究选择适用的用水种类。（3）规范工艺控制，研究提出乳化时合适的油温和水温指标以及合理的加水方式。3试验方案按照正交实验方法作试验方案设计。重点考查5个因素对产品性能的影响，因素名称：油相温度、水相温度、用水种类、抗氧剂用量、防腐杀菌剂类型；每个因素考查4个水平。试验基础配料表见表2，试验因素水平和试验计划分别见表3和表4。有关资料认为，水相体积分数74%，形成O/W乳状液。鉴于此，本试验采用分4次加水的方式进行。表2. 离型剂*试验基础配料表（略）表3.试验因素水平表因素油温（）水温（）用水种类抗氧剂（g）防腐杀菌（g）水平14520实验室自来水00水平25025车间自来水0.5香精3.0水平35530实验蒸馏水1.0KF3.0水平46035饮用纯净水1.5Cit/mit3.0表4.试验计划表因素油温（）水温（）用水种类抗氧剂(g)防腐杀菌(g)实验14520实验室自来水00实验24525车间自来水0.5香精3.0实验34530实验蒸馏水1.0KF3.0实验44535饮用纯净水1.5cit/mit3.0实验55020车间自来水1.0cit/mit3.0实验65025实验室自来水1.5KF3.0实验75030饮用纯净水0香精3.0实验85035实验蒸馏水0.50实验95520实验蒸馏水1.5香精3.0实验105525饮用纯净水1.00实验115530实验室自来水 0.5cit/mit3.0实验125535车间自来水0KF3.0实验136020饮用纯净水0.5KF3.0实验146025实验蒸馏水0cit/mit3.0实验156030车间自来水1.50实验166035实验室自来水1.0香精3.04 试验条件、试验方法及样品质量评价方法4.1试验条件本试验所用的设备仪器和原材料分别见表5、表6。配方中主要原料水和150#矿物油的质量分析见表7、表8。表5. 试验用设备仪器表（略）表6. 试验用原材料表（略）表7.试验用水水质分析（略）表8. 150#矿物油质量分析（略）4.2试验方法详细试验步骤如下：（1）准备好试验所需要的各类设备仪器。称量备料，待用。（2）将称量好的F加入不锈钢杯，倒入150#，水浴加热至705使其溶解；（3）再依次加入抗氧剂、48#、07、S60，溶解并搅拌均匀，每溶解完一种即加下一种，控温655；（4）在55-65温度下，再加入预热到40的02、06的混合物，搅拌均匀；（5）再加入预热到40的R，搅拌均匀；（6）以上油相充分搅拌混匀控温至试验方案要求的温度，同时调节H2O的温度至方案要求的温度，分4次将H2O加入油相中，边加边搅拌，刚开始要缓慢加入，转相后可逐步加快，注意搅拌时要防止产生气泡；（7）加水完成后加防腐杀菌剂，搅拌使其分散均匀；（8）样品冷却至30后，用纱布过滤，用塑料瓶（桶）包装密封，阴凉避光保存。4.3试验样品质量评价方法目前，压铸离型剂行业没有通用的产品质量标准，对产品质量好坏的最终评价依赖于客户的使用效果。尽管各企业对产品进行了有关质量指标的检验和稳定性实验，并制定企业标准，但同行业间并无可比性、通用性，也不能准确预测产品的应用效果。本研究参照我公司成熟离型剂的质量标准，对*的密度、粘度、固含量、PH值进行定量分析，对其外观和稳定性进行定性分析。定量检验项目如下：a.密度 采用10ml量筒法。b.粘度 采用旋转粘度计法。c.固含量 采用干燥称重法。d.PH值 采用酸度计测量法。10ml试样加50ml蒸馏水配制测试溶液。定性分析项目如下：a.对样品外观色泽、气味等进行描述。b.向具塞量筒中加入50ml蒸馏水至刻度线处，再加入0.5g离型剂，振荡使其分散，在日光下观察分散是否均匀、有无分层。c.样品储存一段时间，观察是否分层。5 试验结果5.1试验现象描述表9. 试验现象实验号油温（）水温（）乳化过程的现象实验14520（1）颜色变化：棕色褐色浅白乳白，见图片4-7；（2）搅拌过程中均产生泡沫，泡沫量不等，随水温的提高，泡沫量呈逐步减少趋势；（3）泡沫颜色为灰褐色；（4）实验16中，发现得到的样品冷却后，液面有一层似奶酪状黄色表皮。备注：因用1000ml不锈钢杯，容量较小，样品量少，机械搅拌产生气泡量较多。另外，由于搅拌转子为钢铁材质（有相当的热容），会导致明显测温误差。实验24525实验34530实验44535实验55020实验65025实验75030实验85035实验95520实验105525实验115530实验125535实验136020实验146025实验156030实验166035实验16补6035图片4.油相100g图片5.油相100g+水15g乳状液类型：W/O图片6.油相100g+水50g乳状液类型：O/W图片7.油相50g+水75g乳状液类型：O/W155.2试验所得样品的检测结果 表10. 试验所得样品的检测结果项目外观分散和稳定性密度(g/cm3)30天后密度(g/cm3)动力粘度mPaS30天后动力粘度mPaS固含量(%)30天后固含量(%)PH值30天后PH值*-1乳白色；液面有灰褐色气泡类浮物分散均匀稳定，无分层底部有土灰色泥状杂质0.960.96121535.7235.37.447.24*-2乳白色；液面有灰褐色气泡类浮物分散均匀稳定，无分层底部有土灰色泥状杂质0.960.95111136.4736.887.717.08*-3乳白色；液面有灰褐色气泡类浮物分散均匀稳定，无分层底部有土黄色泥状杂质0.960.95111135.9236.587.647.65*-4乳白色；液面有灰褐色气泡类浮物分散均匀稳定，无分层底部有极少量杂质0.950.961110.535.0835.617.837.73*-5乳白色；液面有灰褐色气泡类浮物分散均匀稳定，无分层底部有土灰色泥状杂质0.950.9610.510.536.5935.247.667.6*-6乳白色；液面有灰褐色气泡类浮物分散均匀稳定，无分层底部有土灰色泥状杂质0.950.961010.537.1436.27.567.5*-7乳白色；液面有灰褐色气泡类浮物分散均匀稳定，无分层底部有土黄色泥状杂质0.960.95121038.6936.047.86.82*-8乳白色；液面有灰褐色气泡类浮物分散均匀稳定，无分层底部有土黄色泥状杂质0.960.9511.810.237.6234.77.857.18*-9乳白色；液面有灰褐色气泡类浮物分散均匀稳定，无分层底部有土黄色泥状杂质0.960.9612.51136.3533.757.877.31*-10乳白色；液面有灰褐色气泡类浮物分散均匀稳定，无分层底部有土黄色泥状杂质0.960.9612.51036.634.227.947.39*-11乳白色；液面有灰褐色气泡类浮物分散均匀稳定，无分层底部有土灰色泥状杂质0.960.961210.535.835.997.717.62*-12乳白色；液面有灰褐色气泡类浮物分散均匀稳定，无分层底部有土灰色泥状杂质0.960.961110.535.636.797.567.51*-13乳白色；液面有灰褐色气泡类浮物分散均匀稳定，无分层底部有土黄色泥状杂质0.960.9611.310.435.9934.797.77.6*-14乳白色；液面有灰褐色气泡类浮物分散均匀稳定，无分层底部有土黄色泥状杂质0.960.9611.510.535.1835.67.877.76*-15乳白色；液面有灰褐色气泡类浮物分散均匀稳定，无分层底部有灰色泥状杂质0.960.96117035.3436.837.776.3*-16乳白色；液面有灰褐色气泡类浮物分散均匀稳定，无分层底部有灰色泥状杂质0.960.97122135.8636.477.756.24*-16补乳白色；液面有灰褐色气泡类浮物分散均匀稳定，无分层底部有灰色泥状杂质0.960.9612.511.536.2435.067.776.96 分析讨论6.1试验现象分析1.试验现象中乳化体系的颜色变化说明：*乳状液配制过程中，转相明显，第一次加水结束时转相刚刚完成。由乳化理论，水相刚开始加入油相时，因水量小，搅拌作用迅速将水破碎成小微粒，同时因油相中表面活性剂的作用而形成W/O乳状液，随着加水量的不断增多，油相中的W/O微粒增加，当水量增加到一定程度时，W/O微粒不断碰撞，油相不能包容水相而被相邻的水相微粒分割形成O/W结构，此时油水两相发生逆转，油相为中断相，被连续相水相所包围。随后，加水量的增多，应为O/W微粒被稀释，粘度下降到适宜应用。根据上述分析，为增加乳状液的稳定性，应在刚开始加水时就要保持搅拌以尽快将水破碎成细小微粒，水微粒越小，则以后由W/O转相形成的O/W中的油微粒就越小，乳状液分散程度将越高，体系越趋于均匀稳定。发生相转变的时机，应取决于水量、体系温度、体系的HLB值。增加水量、降低体系温度、提高体系的HLB值，将更有利于形成O/W乳状液。2.试验过程中发现形成较多的泡沫。所有最终得到的实验样品表面均有气泡，气泡量与气泡大小不等；气泡带有灰褐色浮物。体系粘度大，加料速度和搅拌速度快，易产生泡沫。这是因为，体系粘度大，体系内的气体不容易逸出；加料速度和搅拌速度快，很显然也增加了空气进入体系的机会。体系水温提高导致气泡减少的原因是系统的粘度下降，空气容易从体系中逸出，即使形成气泡但由于其液膜强度低而不够稳定。灰褐色浮物是从杂质较多的150#矿物油带入的。3.当体系的温度过高时，乳化效果将受到影响。因为*所采用的乳化剂主要是非离子型表面活性剂，非离子型表面活性剂的特点是随着体系温度提高，表面活性能力下降。因而，实验16就出现油相未被充分乳化的状况。4.*的试验现象表明，乳化方式是化学乳化和机械乳化。化学乳化效果取决于乳化剂的性能、用量、温度条件；机械乳化效果则与搅拌速度、搅拌时间、容器内壁性能有关。6.2试验结果分析讨论6.2.1试验样品外观分析试验样品外观均为乳白色、液面有灰褐色气泡类浮物。这说明：油相温度、水相温度、用水种类、抗氧剂用量、防腐杀菌剂类型等5个因素对样品外观无显著的影响。个别样品如实验12、实验16液面有很微量的浮油，是体系温度过高所造成的。随着放置时间的延长，样品颜色稍变暗。6.2.2试验样品稳定性分析试验样品按1：100兑水分散效果良好，均匀稳定无分层；样品放置30天后仍然均匀稳定无分层。这说明，本试验的工艺条件是合适的。样品静置一周后，底部有土黄色、土灰色、灰色等泥状杂质。理论分析认为，样品中杂质来源有：直接来源于原料中的机械杂质、原料因受电解质的作用而析出沉淀，包括水中的可溶性固体析出、不同原料之间发生化学反应从而形成析出物或沉淀物。本试验原料除水外均为有机物，有机物之间的反应及其氧化还原反应一般为缓慢反应，因而可排除第点原因。经观察，试验所用的矿物油中含有不少的杂质，试验用水均含有溶解性固体，证实了是第、点的原因。6.2.3油相和水相温度对试验样品质量的影响因本试验在化学乳化的同时采用了高速剪切搅拌机械进行了机械乳化，因而油相和水相温度对质量指标的影响不够明显，体系的混合温度也与样品质量指标、30天后样品质量指标无明显的规律。从试验现象的分析可知，油相和水相温度过高，则体系温度过高，从而非离子表面活性剂的作用被削弱，乳化效果不良；油相与水相的温差大，容易产生较多气泡，进而影响产品品质。根据热力学公式可计算油相和水相混合后的温度，该温度即混合体系的乳化温度。计算结果见表11。剔除最高油温和最高水温的方案，则剩余方案的乳化温度在2636之间。因此，在本试验条件下，油温4555、水温2030是合适的。表11.油相和水相混合温度计算结果油温()水温()加水量(g)混合温度计算结果()实验1452052026.35 实验2452552030.08 实验3453052033.81 实验4453552037.54 实验5502052027.62 实验6502552031.35 实验7503052035.08 实验8503552038.81 实验9552052028.89 实验10552552032.62 实验11553052036.35 实验12553552040.08 实16 实89 实62 实验16603552041.35 至于加水方式，原来试验时加水为一次性加入，再启动搅拌。而本试验尝试了分段加水，意图改善其搅拌均匀性。但由于搅拌转速较高，掩盖了其加水方式的影响。大量的实验室试验表明，人工搅拌时，分段加水能确保体系混合均匀，这在体系转相前尤为重要。我公司目前生产状况为一次性加水后，再启动搅拌，这种操作方式对产品质量造成严重不良影响。采用转相乳化的方式有利于降低乳状液微粒的直径，使乳化体系更趋于均匀稳定。因转相前为W/O（水为内相，油为外相），而转相后为O/W（水为外相，油为内相），一次性加水完成后，体系明显混合不均匀，可能同时存在W/O、O/W。最终乳化体系的O/W微粒来源有：初始状态下形成的，经转相形成的。为提高乳状液的稳定性，期望较多的O/W微粒来源于。因此，一次性加水的方式不符合转相乳化的操作要求。另外，一次性加水时，油水界面的温度突然下降，则油相更易于冷凝成较大的颗粒而得不到乳化，直接恶化乳化效果。6.2.4用水种类对样品质量的影响试验用水的水质分析见表7。采用饮用纯净水和实验蒸馏水的方案，样品底部均有土黄色泥状杂质，其中方案4的杂质量最少；而采用实验自来水和车间自来水的方案，样品底部均有土灰色、灰色泥状杂质。在30天的观察期内，用水种类对样品外观及其稳定性未发现有明显的影响。尽管如此，水作为该系列离型剂的配比最多的原料，其质量指标（PH值、杂质离子浓度、溶解性固体含量、污染程度等等）对离型剂的质量一定有重要的影响。6.2.5杀菌防腐剂对样品质量的影响在30天的观察期内，杀菌防腐剂的加入对样品外观及其稳定性未发现有不良影响。实验16的样品，10天后即发灰、变暗，有臭味。说明加3g香精不能防止变质。其它方案均未发生明显可目测的变质。另外，观察近期*生产取样（白胶瓶密封包装、不避光），2天后发现未加任何杀菌防腐剂的留样（批号：100402-）变灰，加1香精和0.5杀菌剂的留样（批号：100402-和100402-）无变化；10天后，均变灰色，有异味。又检查车间库存样（批号：100402-，蓝胶桶密封包装、阴凉避光），无任何变化。因此，在一定的观察期内，不加杀菌防腐剂，样品不一定变质；加杀菌防腐剂可以延缓变质；凡是变质的的样品，一定是没加杀菌防腐剂或加入量不够；正确的储存方式有利于延长保质期。杀菌防腐剂的加入对样品30天后指标的影响：试验样品30天后PH值除方案3外均有所下降，降低值与杀菌防腐剂添加与否有着明显的关联。见表12样品PH值与试验条件的关系、表13样品PH值与杀菌防腐剂种类的关系。由表中数据不难发现：试验所得样品加香精后，PH降低值明显增大；加KF和cit/mit后，PH降低值很小。因此，有理由相信加杀菌防腐剂KF和cit/mit能够延长样品的保质期，KF的效果可能更好。表12. 样品PH值与试验条件的关系因素用水种类抗氧剂(g)杀菌防腐剂(g)PH值30天后PH值PH降低值实验1实验室自来水007.447.240.2实验2车间自来水0.5香精3.07.717.080.63实验3实验蒸馏水1KF3.07.647.65-0.01实验4饮用纯净水1.5cit/mit3.07.837.730.1