水溶性脱模剂的制备

2 0 0 5年第 3 2卷第 1 期 合 成 润 滑 材 料 S YNI 目E nC LUB R【 C ANTS 1 1 文章编号 ：1 6 7 2- 4 3 6 4 ( 2 0 0 5 )O 1- 0 0 1 1-0 5 水溶 性脱模剂 的制 备 冯君茜 胡德栋 李百霞 ( 1山东警察学院科技系 ，济南 2 5 0 01 4；2山东大学材料科学与工程学院 ，济南 2 5 0 0 6 1 ) 摘要 ：制备 了一种含 卵磷脂的水溶性脱模剂，该脱模 刑具有 良好 的脱模性 、防锈性和乳化稳定性，并 且不含有毒有害物质 ，是一种环境友好的脱模剂。 关键词 ：水溶性 ：脱模剂 ； 中图分类号 ：T E 6 2 6 3 9 卵磷脂 ；制备；环境友好 文 献标 识码 ：A 目前 ，国产脱模剂多为油类。油类脱模剂原 材料缺少 ，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。水溶 性脱模剂操作安全 ，环境干净 ，没有油雾 ，对环 境无污染 ，不损害人体健康，使用方便，逐步发 展成 为油基脱 模剂 的替 代 产 品。 目前 市 面上 的水 溶性脱模剂 大 多为 进 口产 品 ，价 格 昂贵 ，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。 收 稿 日期 ：2 0 0 41 2 2 5 作 者简 介 ：冯君 茜 ，讲 师 ，1 9 9 2年 毕 业于石 油 大 学烁 制 系 ，2 0 0 1 年于山东大学获理 学项士学位，在 国内外已发表论文多篇。 Re s e a r c h o f Es t e r Dr a wi ng Oi l f o r Co pp e r Tu be Ca i Zh e n q i n Xu Chu n r n i n g Zh a o S u o q i Z ha n g Yu f e n He W e n ( ， J S t a t e K e y L a b o r a t o r y o fH e a v y O i l ，P e t r o l e m n U n i v e r s i t y ，B e l ti n g 1 0 2 2 4 9，C h i n a ； 2 E n g i n e e r i n g Re s e a r c h I n s t i t u t e， Lu o y a n g P e t r o c h e mi c a l E n g i n e e r i n g Co mp a n y，Lu o y an g 4 7 1 0 0 3， C h i n a； 3 G o l d e n D r a g o n P r e c i s e C o p p e r T u b e C o r p ，X i r J ang 4 5 3 0 0 0 ，C h in a ) Ab s t r a c t ：An e n v i r o n me n t a l f r i e n d l y e s t e r d r a wi n g o i l f o r c o p p e r t u b e wa s d e v e l o p e d， t h i s o i l h a d g o o d c o mp a ti b i l i t y 、 r i t h HF C 一1 3 4 a I S we l l a s e x c e ll e n t a n n e a l i n g c l e a n l i n e s s a n d c o u l d s a t i s f y the r e q u i r e me n t o f c o p p e r t u b e d r a wi n g o f n e w n o nf e o n r e f r i g e r a t i o n t e c h n o l o g y c o mp l e t e l y Ke y wo r d s：e n v i r o n me n t a l f r i e n d l y； c o p p e r t u b e；s y n t he t i c e s t e r； d r a wi n g o i l 维普资讯 1 2 合 成 润 滑 材 料 S Y r r H E mC L U B I U C A P I S 2 0 0 5 年第 3 2卷第 1 期 1 试验方 法 1 1 外观评定 在 l 5 一 3 5 的室温下 ，用 1 0 0 m L具塞量 筒量取 1 0 0 mL 被测浓缩物 ，静置 2 4 h后检查外 观，应无分层、沉淀 ，成均匀液相。 1 2 储存安定性试 验 于 1 0 0 m L具塞量筒中加入5 0 m L浓缩物 ，放 置于 ( 7 0士3 )恒 温干燥 箱 中 5 h ，取 出冷 至 室 温 ( 1 5 一3 5 ) ，放 置 3 h 。 然 后 再 置 于 (一1 2士3 ) 的低 温 冰 箱 中 2 4 h ，取 出静 置 至 室 温 l h 后进行评定。如无分层、相变及胶状现象， 即恢复原状 ，则为合格。 1 3 p H值 的测定 用精密试纸浸入 5 浓度 的乳化稀 释液中， 0 5 S 取 出与标准 色版 比较 ，即得 p H值。必要 时，也可用 p H计测量 p H值 。 1 4 消泡性试验 将 5 浓度 的乳 化稀 释液倒人 1 0 0 m L量筒 中，使 液 面 在 7 0 m L处，盖 好 塞，上 下 摇 动 l m i n ， 摇动频率约为 1 0 0 m i n 一 2 0 0 JE m i n 。然 后在室温下静置 1 0 m i n ，观察液面残留泡沫体积， 不大于 2 m L为合格。 1 5 腐蚀性试验 将铸铁 、紫铜、 铝合金 3种试片 ( 试片的制 备按 S Y 2 7 5 5 7 6 S“ 防锈油脂防锈实验试片制备 方法” ) ，全浸于5 乳化稀释液中，力 嗌 玻璃罩， 移置到已恒温到 ( 5 5士 2 )恒温器内，连续 1 6 h 后取出试片进行检查。 1 6 防锈性试验 1 6 1 单片防锈性试验 用滴液管吸取 5 乳化稀 释液，按梅花格式 滴 5滴于 l 级灰 口铸铁试片的磨光面上，每滴直 径约为 4 In ll l 一 5 I n ll l 。然后将试片置于干燥器的 隔板上，盖上干燥器 ，置于 已恒温到 ( 3 5士 2 ) 恒温箱中，连续 24h 后取出试片进行检察。 1 6 2 叠片防锈性试验 将准备好的 l 级灰 口铸铁试片平放于干燥器 的隔板 上，试 片 的磨光 面 向上 ，用滴 液管 吸取 5 乳化稀释液 ，涂布在试片上，然后再用另一试 片的磨光面重叠其上。合上干燥器盖 ，置于已恒 温到 ( 3 5士 2 )恒温箱中 8 h ，打开试片，用脱 脂棉蘸取无水乙醇擦除试液，立即观察，距试片 边缘 l m ln以内两叠面无锈蚀 ( 光亮如初 )或无 明显叠印为合格 。 1 7 乳化 安定性 将装满 5 0 m L 5 乳化稀释液 的滴定管放置 24 h后 ，观察皂或油层 的析出体积。皂的体积不 大于 0 5 m L ，且无油层析出为合格。 1 8 抗茵 性试验 在 2 0 0 m L 、5 乳化稀释液中加入 2 mL 腐败 的乳化液 ，同时加入 2 g 玉米粉 ，移置于已恒温 到 ( 3 0士2 )恒温 器 内连续 3 0天 ，如无 霉斑 生 成则 为通过 。 2 结果 与讨 论 2 1 水溶性 脱模 剂的制备 水溶性脱模剂是 由油、水和表面活性剂等组 成的。在制备中选择了两相混合法。将水溶性表 面活性剂、助表面活性剂等溶于水相 ；油溶性表 面活性剂、卵磷脂等溶于油相。然后边搅拌边将 油相加入到水相中，搅拌至透明后 ，加入消泡剂 充分搅拌即得到乳化水基浓缩液。 2 2卵磷脂 的选择 许多文献资料l- 1 表明，卵磷脂作为脱模剂 效率非常高 ，它可为许多不 同工业产 品和方法提 供脱模能力。卵磷脂可以单独使用 ，也可与脂肪 酸或油脂结合作为脱模剂。但单独 的卵磷脂 ，或 其与脂肪酸或油脂结合，仍是一种油基 混合物。 工业需要的理想脱模剂是卵磷脂可稳定分散于水 中的水基脱模剂。因此 ，选择卵磷脂作为水溶性 脱模剂的主要添加剂之一 。 2 3 水溶性脱模剂 基础油 的选择 基础油 的作用主要是作为卵磷脂和油溶性添 加剂的载体。虽然水溶性脱模剂 中基础油的含量 较低 ( 约 1 0 一3 0 ) ，但它直接影响产品的乳 维普资讯 2 0 0 5 年第 3 2卷第 1 期 冯君茜等 水溶性脱模剂的制备 1 3 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 ，尤其是 H L B值 较大的乳化剂对矿物油有 明显的稠化作用 ，甚至 呈现膏状。因此 ，水溶性脱模剂应选用粘度较低 的基础油。同时，为 了保证运输 、储存 的安全， 水溶性脱模剂 的闪点不宜太低 ，除非特别 要求 ， 一 般情况下 ，煤油、柴油等低闪点 的石油产品不 宜作基础油。表 1 是不 同基础油对水溶性脱模剂 浓缩 液外观 的影响 。 表 1 基础油对浓缩液外观的影响 基础油 浓缩液外观 柴 油 透 明 2 5 变 压 器油 透 明 b l V I 1 5 0 半透明 HV I 1 5 0 膏状 表 1 结果可见 ，水溶性脱模剂浓缩液的基础 油选用 2 5 变压器油较为合适 。 2 4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的润湿、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 1 5 一 2 5 ，以保证分散相油滴细 化 ，使体系保持高度的稳定性。 表面活性剂是使油和水乳化 的关键性物质， 一 般分为 3种类型：阳离子型表面活性剂、阴离 子型 表面活性剂 和 非离 子型 表 面活性 剂 。阳离子 型表面活性剂通常使乳化液显酸性，使乳化液容 易腐败变质，故极少用 ；阴离子型表面活性剂的 特点是乳化性能好 ，并有一定的清洗和润滑性能 ， 但抗硬水能力差 ，并易起泡，常与非离子型表面 活性剂配对使用 ；非离子型表面活性剂在水 中不 电离 ，其亲水基主要是 由具有一定数量 的含氧基 团 ( 一般为醚基和羟基)构成 ，不受强 电解质无 机盐类存在的影响，也不易受酸碱的影响 ，与其 它类型的表面活性剂相容性好 ，能很好地混合使 用 ，但 由于在溶液中不 电离，故在一般 的固体表 面上亦不易 发生 强烈 的吸 附。另外 ，随温度 的升 高 ，很多非离子型表面活性剂溶解度降低甚至不 溶 ，这样 会造 成乳 液浑 浊 ，不 透 明。通 常 可通 过 调整阴离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂 的配比，使 H L B值与分散相匹配，以获取最佳的 分散和乳化效果 ，这是能否获得一个均匀、稳定 体 系的关键 。 根据 油相及 材料 的选 择 ，乳 化这 些 油剂 所需 的 H L B值在 91 4之 间。根据 H L B值选择合适 的表面活性剂复配，其乳化效果较好 。单一乳化 剂很难形成稳定的乳化液。乳化剂 的考察结果见 表 2 。 表 2 乳化剂的考察结果 制备性能优 良的乳液 ，乳化剂的选择非常关 键 。最可靠 的方法是实验室筛选 ，很费时费力。 不管乳化何种油 ，应尽量找出被乳化物质的 H L B 值 ，并确定相应的乳化剂，通过反复试验，最后 确定所要选择 的乳化剂。 2 5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 ，要在水 溶性脱模剂中加人防锈缓蚀剂，以期在金属表面 维普资讯 1 4 合 成 润 滑 材 料 S Y N n E n C L U B 【 C A N T S 2 0 0 5年第 3 2 卷第 1 期 形成保护膜，或者形成钝化膜。 防锈添加剂主要由水溶性防锈剂和油溶性防 锈剂两大类 。水溶性添加剂有亚硝酸钠、苯并三 氮唑、硼酸、三乙醇胺、磷酸盐、铬酸盐 、植酸、 苯 甲酸钠 、钼酸钠和无水碳酸钠等。它们与金属 发生作用，并在金属表面生成不溶性的致密氧化 膜 ，阻止金属的电化学腐蚀。这类 防锈剂多是 电 解质，用于乳液时，用量不易过大 ，以免发生 电 解现象而破坏乳液的稳定性。油溶性防锈剂主要 有磺酸盐、高分子羧酸及其金属皂类 、酯 醇类、 胺类和磷酸酯等。它们是极性很强的化合物 ，能 优先吸附在金属表面或与表面发生化学反应生成 保护膜，抑制氧及水对金属的接触。 亚硝酸钠有致癌作用 ，在西方发达国家和一 些发展中国家已为禁用产品。常用的环境友好缓 蚀剂如脂肪 酸衍 生物、胺类 、咪唑啉类及 三唑 类 J 。根据有关文献 7 J ，我们制备 了羧酸和硼 酸类衍生物 ，并以一定 比例复配 ，价格便宜。 表 3是对几种防锈添加剂的考察结果，其 中 考察防锈的温度为 3 5 2 ，考察腐蚀的温度 为 5 5 2 ，乳化液的浓度均 为 5 。 表 3 防锈添加剂的考察 表 3 结果可见 ，自制防锈剂效果最好。 2 6其他添加剂的选择 水溶性脱模剂中使用的辅助添加剂还有消泡 剂、防霉杀菌剂、偶联剂 、p H调整剂和金属离子 掩蔽剂等。乳液 中由于含有大量的表面活性剂 ， 在 自动喷涂的过程中，易产生大量泡沫，气泡使 覆盖不均匀，从而导致模具与产品粘连。为防止 喷涂过程中起泡 ，须加入消泡剂 。消泡剂常用的 为硅油类 ，不溶于水。根据本体系的性质，选用 乳化硅油作为消泡剂。 乳液容易滋长微生物，使加工液变质，使用 寿命变短。其常用 的杀菌剂有 甲醛释放剂、酚类 化合物、水杨酸类和杂环化合物等。醛类、酚类 等杀菌剂对人体危害大 ，不宜使用。本产品选用 三嗪类化合物作为杀菌剂。 偶联剂用来增加体系的稳定性，其性能取决 于自身的亲水亲油之间的平衡。 体系 p H值应保持在 81 0之间，p H值过 低 ，易滋生细菌霉变；p H值过高，铝腐蚀严重。 金属离 子 掩 蔽 剂 能 络 合水 中的 钙 、镁 离 子 。 这些添加剂如何使用，应根据具体情况而定。 2 7 复合 配方的确定 根据以上实验结果 ，以 2 5 变压器油为基础 油 ，加入一定量的卵磷脂 、表面活性剂 、防锈剂、 偶合剂、杀菌剂、p H调整剂、络合剂、消泡剂和 水 ，得到水溶性脱模剂浓缩液的配方，见表 4 。 表 4 水溶性脱模剂配方 组分 添加量， 基 础 油 表面活性剂 卵磷脂 防锈剂 p H值调整剂 金属离子掩蔽剂 防霉杀菌剂 水 3水溶性脱 模剂的性能 3 1 理化性 能 按表 4配方配制水 溶性脱模剂进行全分析， 其结果见表 5( 下页) 。 m 6 以 铷 以滢 余 维普资讯 2 0 0 5 年第 3 2 卷第 1 期 冯君茜等 水溶性脱模剂的制备 1 5 表 5 水溶性脱模剂理化性能 项 目 结果 项 目 结果 浓缩液外观 均匀透明 乳化液 防锈性 ( 3 5 C 2 ，1级铸铁) 浓缩液储存安定性 无分层 ，无相变 单片 h 2 4 浓缩液闪点 C 1 5 0 叠片 h 8 乳化液 p H值 8 5 乳化液腐蚀试验 ( 5 5 ，全浸 ) 乳化液消泡性 mL 0 1级铸铁 h 1 6 乳化液安定性 ( 1 5 C 3 5 C，2 4 h ) 紫4 g h 1 6 析油 mL 0 铝合金 h 1 6 析- mL 0 乳化液抗菌试验 通过 从表 5的数据可看出 ，按表 4配方调制的水 溶性脱模剂具有 良好 的稳定性、防锈性 、抗菌性 及抗泡性 。 4使用结果 将调制的水溶性脱模剂在烟台某铸造厂进行 了使用试验 ，水溶性脱模剂 的使用 浓度为 5 。 手工操作时，在模具上涂抹一次该厂从韩国进 口 的水溶性脱模剂，可打制 l 5个产品而无任何粘连 现象。使用我们研制的水溶性脱模剂同样也可打 制 l 5 个产品而无任何粘连现象。在注模机上 自动 喷涂时 ，效果也与进 口产品性能相当，而价格却 要低得多。整个过程无废液产生。 5结论 配制的水溶性脱模剂容易泵送 和 自由流动， 适于 自动喷涂使用，实际脱模效果好 ，喷涂均匀 ， 不会出现粘连现象。该脱模剂的稳定性好 ，抗菌 性强，可长时间放置而不 出现分层和霉变现象 。 价格低廉 ，不含有毒有害物质 ，符合环保要求。 参考文献 1 Dw i g h t J，Th e o d o r e W Aq u e o u s c o mp o s i t i o n s f o r d e l i v e - r i n g a c ti v e i n g r e d i e n t s a n d me t h o d s o f ma k i n g an d u s i n g US A Us P 5 3 7 2 6 3 7 1 9 9 4 2 Ma r t i n e z ，El me r D， Du n c an e t a 1 Ep o x i d i z e d p o l y a mi d e we t s n g t h r e s i ns伽咀 t a i I l i n g l e c i thi n US A， US P 5 0 l O 9 7 1 9 9 1 3 Ki n s l e y J， Ho man B P r o c e s s f o r ma k i n g a p a p e r b a s e d p r o d u c t con t a i n i n g a b ind e r US A， US P 5 3 2 8 5 6 1 9 9 4 4 Hu b e r Mo r t i me r J P e e l a b l e and r e c o v e r a b l e u e o u 8 fi lm f o r mi n g comp o s i ti o n US A，US P 5 3 42 8 7 2 1 9 9 4 5 巩清叶，余来贵环境友好润滑剂及其添加剂的摩擦 学研究现状润滑与密封 ， 2 0 0 0 ，( 5 ) ： 6 5 6 8 6 S k o l dRo ff Me t h o d 0 f p r o d u c i n g an a mi d e p r o d u ct mi x - t u r e，an a mi d e p r o d u ct mi x t u r e a n d the l l s e US A，US P 5 5 2 3 4 3 1 1 I6 7 F e h o n J， Ge o r g e F Re c y c l a b l e me t a l w o r k i n g l i q I l i d US A，US P 4 03 3 8 8 6 1 9 7 7 Pr e pa r a t i o n o f W a t e r- - s o l u bl e M o u l d Re l e a s e Ag e nt F e n g J u n q i a n Hu De d o n g 2 L i Ba i x i a ( J S c i e