水基洗模水的配方设计与优化_刘明东

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·模具制造技术·水基洗模水的配方设计与优化刘明东（上海喜赫精细化工有限公司，上海201620）【摘要】模具表面残留的污垢反复经过高温加热会被氧化，在模具表面形成难以清洗的固化膜、垢斑等，被污染的模具会影响成品尺寸的精准度，导致成品表面出现凹凸不平，产生麻点、凹穴等缺陷。为了获得一种对模具污垢清洗彻底的水基洗模水，通过正交实验和单因素试验，分析了几种原料对硅油、石蜡、矿物油等污垢清洗效果的影响，最终确定了水基洗模水的配方为：脂肪酸甲酯乙氧基化物FMEE6%、羧乙基硫代丁二酸CETSA5%、200#溶剂油3%、伯烷基磺酸钠PAS-804%、混合溶剂A4%、脂肪酸甲酯二丙酸钠6%、偏硅酸钠3%、氢氧化钠5%、三乙醇胺1%、六亚甲基四胺1%、杀菌剂0.5%、纯水61.5%。关键词：模具；水基洗模水;羧乙基硫代丁二酸;配方中图分类号：TG659；TQ330.1文献标识码：BDOI：10.12147/j.cnki.1671-3508.2022.010.017FormulationDesignandOptimizationofWater-BasedDie&MoldCleanerLiuMingdong（ShanghaiXiheFineChemicalCo.,Ltd.,Shanghai201620，CHN）【Abstract】Theresidualdirtonthedie&moldsurfacewillbeoxidizedinthehightemperatureheatingprocessandthesolidifiedfilmanddirtspotswillbeformedonthemoldsurface,whichrequiresregularcleaningforthedie&mold.Inordertoobtainanenvironment-friendlywater-baseddie&moldcleaner,theinfluenceofseveralrawmaterialsonthecleaningeffectofsiliconeoil,paraffin,mineraloilandrubberwasanalyzedbyorthogonaltestandsinglefactortest,theformulationofthewater-baseddetergentwasdeterminedasfattyacidmethylesterethoxylatedFMEE6%,CETSA5%,200#solventoil3%,PAS-804%,mixedsolventA4%,fattyacidmethylesterdipropionatesodium6%,sodiummetasilicate3%,sodiumhydroxide5%,triethanolamine1%,hexamethylenetetramine1%,fungicide0.5%,andpurewater61.5%.Keywords:mold;water-baseddie&moldcleaner;carboxyethylthiosuccinicacid;formulation1引言清洗。模具表面以及沟槽内的主要污染物是融化的轮胎、树脂镜片、塑料、聚氨酯制品在生产过程原料，包括树脂、塑料、橡胶等，以及残留的脱模剂成[2]中，需要使用模具进行成型加工。模具在长期使用过分如氨基硅油、蜡、矿物油等。为了获得一种通用型程中,不可避免地在表面沾污各种类型污垢,被污染的水基洗模水，以对矿物油脂和蜡去除能力较强的脂肪模具如果不能及时清理干净会影响后续制品的外观酸甲酯乙氧基化物FMEE、羧乙基硫代丁二酸CETSA、平整度、尺寸的精度，而且还会导致沾膜，制品脱模不200#溶剂油、伯烷基磺酸钠PAS-80为模具清洗剂的[1]主要成分，并复配对橡胶、树脂、聚氨酯溶解力较强溶彻底等问题。为了提高生产效率与质量，需要对模具的定期的剂，最终获得性能优异的水基洗模水。·62·《模具制造》2022年第10期

1·模具制造技术·2实验老化的氧化膜，难以清洗。另外在脱模过程中，一些2.1主要试剂与仪器橡胶、树脂、聚氨酯等原料也会在高温定型过程粘附[3]试剂与材料：环氧丙烷封端脂肪酸甲酯聚氧乙烯在模具表面。环氧丙烷封端脂肪酸甲酯乙氧基化物醚FMEE、羧乙基硫代丁二酸CETSA、伯烷基磺酸钠FMEE对氨基硅油有较强的降粘与乳化作用，FMEEPAS-80、脂肪酸甲酯二丙酸钠M400，工业级，上海喜具有多个亲油基团，HLB值为12.5，有利于降低硅油赫精细化工有限公司；200#溶剂油，工业级，镇海石化的界面能，将硅油乳化为亲水的水包油乳液，从而使[4]工程股份有限公司；碳酸二甲酯、环己酮、乙酸丁酯、硅油更容易脱离模具表面。羧乙基硫代丁二酸吡咯烷酮、N，N二甲基乙酰胺，分析级，上海清奈实业CETSA具有硫基，有类似于二硫化碳的结构，极性与有限公司；304不锈钢片，规格180×200×55mm，昆山带支链的长链烷烃相似，对石蜡软化效果明显，溶蜡[5]创兴五金制品有限公司。速率快，对蜡去除效果理想。200#溶剂油沸点高，使仪器：RHBX型金属摆洗机，东莞市精工仪器有用安全，主要成分是类似于矿物油的芳烃和环烷烃，限公司；ED-400型电热恒温干燥箱，连云港鸿科电不仅在低温条件下对矿物油清洗性能好，对橡胶、树[6]器制造有限公司；EX202型电子天平，厦门莱斯德实脂也有很好的溶解作用。伯烷基磺酸钠PAS，分子验室仪器有限公司。量小，渗透力强，可以渗透入污垢与模具的表面，降低2.2模拟模具的清洗试验其表面张力，减弱污垢与模具表面的结合力，对于沟（1）污垢试片的制备。槽角落、缝隙处污垢去除效果明显。选择以环氧丙烷将不锈钢试片在石油醚中浸泡2h，取出后用酒精封端FMEE、羧乙基硫代丁二酸CETSA、200#溶剂油、擦洗干净，吹风机吹干后准确称量不锈钢试片的重量伯烷基磺酸钠PAS-80为模具清洗剂的主要成分，确为m0，称取约1g氨基硅油、润滑油、石蜡，均匀涂抹于定了正交试验因素水平如表1所示，按照上面清洗试不锈钢试片，干燥箱160℃烘干30min，取出不锈钢试验测试不同组合的清洗效果，各因素的极差分析如表片室温湿平衡24h后准确称量，记为m1。2、表3所示。（2）污垢试片的清洗。表1正交试验因素水平表将自制沾有不同类型污垢的不锈钢试片悬挂浸用量/g·L-1入温度为90℃的清洗工作液中，摆动20次。将清洗水平1（A）FMEE（B）CETSA（C）200#溶剂油（D）PAS80后的不锈钢试片晾干后称重记为m2，并计算污垢清12222洗率。24444（3）橡胶溶解率。36666准确称量轮胎橡胶，质量记为m3，放入溶剂中室表2正交实验结果温静置6h后，取出橡胶，热风烘干后，准确称量，记为项目（A）（B）（C）（D）硅油清洗/%矿物油清洗/%石蜡清洗/%m4，计算橡胶溶解率。1222243.7377.9154.50（4）模具清洗。2244445.3580.2055.573266648.1983.5558.23使用过沾有各种污垢的模具，清水冲洗后烘干，4424649.6178.9355.97准确称量质量记为m5，放入模具清洗剂的工作液中，5446249.6081.3956.73温度保持90℃，超声波浸泡20min后，清水冲洗干净，6462450.7579.1459.85热风烘干后准确称量，记为m6，计算模具的清洗率。7626449.3281.7657.928642651.5580.2259.299664252.1081.7559.523结果与讨论3.1正交实验的设计3.2各因素对硅油清洗率的影响模具残留的污垢大部分是脱模剂，主要成分为氨由表3可知，对硅油清洗率的影响因素排序为环基硅油、石蜡和矿物油，降温后粘附在模具表面形成氧丙烷封端FMEE>羧乙基硫代丁二酸CETSA>伯烷《模具制造》2022年第10期·63·

2·模具制造技术·基磺酸钠>200#溶剂油。硅油具有较高的表面活性，3.4各因素对去石蜡清洗率的影响对金属表面的吸附力较强，同时硅油具有较高的化学由表3可知，对石蜡清洗率的影响因素排序为羧稳定性，因此，模具表面残留的硅油难以清除，一般具乙基硫代丁二酸CETSA>环氧丙烷封端FMEE>伯烷有较强分散力的表面活性剂对硅油有明显的剥离和基磺酸钠>200#溶剂油。石蜡价格低廉，高温条件下清洗效果。环氧丙烷封端FMEE分子结构中，具有交化学稳定性高，在硬表面容易成膜，覆盖性高，适用于互存在的环氧丙烷与环氧乙烷结构，形成立体的空间定型后的脱模使用，但是石蜡类脱模剂难以清洗，特结构，从而提高了FMEE的分散性能，分散性能优异别是形成的蜡斑很难清洗彻底。羧乙基硫代丁二酸[7]的FMEE对硅油的清洗影响程度最大。羧乙基硫代CETSA是专门用于乳化石蜡的乳化剂，在清洗过程中丁二酸CETS具有较强的乳化作用，有利于硅油的乳可以软化蜡斑，将蜡垢乳化为水包油（O/W）型分散体化，可以将模具表面剥离下来的硅油乳化在工作液[9]系的乳液，易于脱离模具表面。环氧丙烷封端FMEE中，因此，对硅油的清洗影响也较明显。伯烷基磺酸具有十八碳的脂肪酸结构，极性强，在工作液中与蜡钠和200#溶剂油分散和乳化力都较弱，对硅油的清洗分子形成空间阻碍，防止蜡分子相互聚集，使蜡质更影响不明显。[10]均匀的分散在清洗工作液中。根据正交实验各因素对硅油、矿物油、石蜡清洗表3正交试验极差分析的影响因素，并参考对硅油、矿物油、石蜡清洗效果较项目ABCD好的8号和9号实验，将环氧丙烷封端FMEE、羧乙基均值145.75747.55348.57748.477清洗率均值249.98748.83349.02048.473硫代丁二酸CETSA、200#溶剂油、伯烷基磺酸钠（硅油）均值350.99050.34749.03749.783PAS-80四种原料的用量分别为6g/L、5g/L、3g/L、4g/L极差5.2332.7940.3601.310作为洗模水的最佳配比。均值180.55379.53379.09080.3503.5溶剂对橡胶的溶解速率清洗率均值279.82080.60380.29380.367（矿物油）均值381.24381.48082.23380.900制品在模具成型过程中，会有少量的原料如橡极差1.4231.9473.1430.550胶、聚氨酯、树脂等原料粘附在模具表面，为了更有效均值156.10056.13057.88056.917的清洗粘附在模具表面沾附的原料，按照实验2.2，筛清洗率均值257.51757.19757.02057.780选出溶解橡胶、聚氨酯、树脂效果较好的高沸点溶剂（石蜡）均值358.91059.20057.62757.830并复配为溶剂A。不同类型的溶剂溶解橡胶、聚氨极差2.8103.0700.8600.913酯、树脂的效果如表4所示。3.3各因素对矿物油清洗率的影响表4不同溶剂溶解橡胶的速率由表3可知，对矿物油清洗率的影响因素排序为丙二醇乙二醇碳酸二乙酸环已二甲基吡咯200#溶剂油>羧乙基硫代丁二酸CETSA>环氧丙烷封溶剂甲醚丁醚甲酯丁酯酮乙酰胺烷酮端FMEE>伯烷基磺酸钠。一般脱模剂用到的矿物油沸点/℃12017190126155152202主要成分是沸点高、粘度低的直链烷烃，在高温加工橡胶溶解率/%28.5223.7933.0442.7345.6837.1031.52过程中，容易发生热氧化在模具表面形成坚硬的固化树脂溶解率/%30.1723.9537.0351.5538.2947.0632.79聚氨酯溶解率/%22.6421.2027.1624.3817.1529.1915.62膜，200#溶剂油是原油经160℃蒸馏出的产物，沸点高，与矿物油结构类似，根据相似相容的机理，200#溶通过表4可知，环己酮对橡胶溶解效果最好，环己剂油可以高效溶解被氧化的矿物油，因此对矿物油的酮6h橡胶溶解率为45.68%，乙酸丁酯对树脂的溶解清洗影响程度最大。CETSA乳化力好于FMEE与伯性能优异，6h树脂溶解率为51.55%，二甲基乙酰胺对烷基磺酸钠，可以沿着矿物油膜表面的裂缝进入油膜聚氨酯溶解效果好，6h聚氨酯溶解率为29.19%，为了与模具的结合面，通过乳化力降低矿物油在模具表面适应通用型洗模水的配方，将环已酮、乙酸丁酯、二甲[8]的附着力，对矿物油的清洗影响也较大，FMEE和伯基乙酰胺按照质量比1∶1∶1复配后制得混合溶剂A，作烷基磺酸钠对矿物油的清洗影响较小。为洗模水的溶剂组分。·64·《模具制造》2022年第10期

3·模具制造技术·3.6溶剂A的用量对模具清洗效果的影响4结论将环氧丙烷封端FMEE、羧乙基硫代丁二酸（1）PO封端脂肪酸甲酯乙氧基化物FMEE对硅油CETSA、200#溶剂油、伯烷基磺酸钠PAS-8等4种原料的清洗效果影响最明显，羧乙基硫代丁二酸CETSA对分别以6g/L、5g/L、3g/L、4g/L的用量配制成模具清洗工石蜡有很好的软化与清洗作用，200#溶剂油对矿物油作液，添加不同质量的溶剂A，按照2.2试样方法，测试的清洗效果较好。用于生产橡胶、树脂和聚氨酯3种模具的清洗效果。（2）为了适应通用型洗模水的配方，将环已酮、乙由图1可知，随着溶剂A用量增加，3种模具的清酸丁酯、二甲基乙酰胺按照质量比1∶1∶1复配后制得混洗率相应提高，对于聚氨酯模具，当溶剂A用量超过合溶剂A，作为洗模水的溶剂组分，能快速的溶解、软2.5g/L，清洗率提升不明显；对于树脂模具，当溶剂A化不同类型的高分子聚合物。用量超过4.5g/L，清洗率提升幅度变缓；对于橡胶模（3）最终确定的洗模水配方为脂肪酸甲酯乙氧基具，当溶剂A用量超过2.5g/L，清洗率几乎没有变化。化物FMEE6%、羧乙基硫代丁二酸CETSA5%、200#最终确定溶剂A的最佳用量为4g/L，根据几种原料在溶剂油3%、伯烷基磺酸钠PAS-804%、溶剂A4%、工作液中的用量，确定了通用型水基洗模水的配方，脂肪酸甲酯二丙酸钠6%、偏硅酸钠3%、氢氧化钠并且为了适用于强碱性的清洗工艺，通过复配耐碱提3%、三乙醇胺1%、六亚甲基四胺1%、杀菌剂0.5%、纯升剂脂肪酸甲酯二丙酸钠提高了洗模水的耐碱性，清水62.5%。洗剂配方如表5所示。90参考文献85[1]赵小军.模具加工设备保养的探讨[J].模具制造，2007，（11）：52~5380%橡胶[2]尹秀招.一种高折射率光学树脂单体的合成及模具清洗剂75聚氨酯的制备[D].上海：上海师范大学，2019.清洁率70树脂[3]蒋忠新，江国防.精密模具清洗剂的制备[J].今日科苑，652010，（10）:74[4]唐安喜.低泡沫环氧丙烷封端FMEE的合成与性能研究[J].600.51.52.53.54.55.56.57.5精细与专用化学品，2022，30（3）：38~42[5]彭勃，李勇.利用加氢精制焦化汽柴油装置生产200号溶图1溶剂A的用量对清洁率的影响剂油[J].石油商技，1997，（4）:57~59[6]李海洋，刘满辉.羧乙基硫代丁二酸的合成及其在皂洗中表5模具清洗剂配方的应用[J].针织工业，2013，（3）：44~47类别名称配方比例/%[7]徐铭勋.脂肪酸甲酯乙氧基化物及其磺酸盐的生产技术与主要表面活性剂环氧丙烷封端FMEE6应用[J].化学工业，2012，（30）：30~32主要表面活性剂羧乙基硫代丁二酸CETSA5[8]唐安喜.二元催化剂在脂肪酸甲酯乙氧基化物FMEE合成渗透剂喜赫伯烷基磺酸PAS-804中的应用[J].中国洗涤用品工业，2022，（2）：34~39溶剂200#溶剂油3[9]李海洋，刘满辉.羧乙基硫代丁二酸的合成以及在酸性皂溶剂溶剂A4洗工艺中的应用[J].国际纺织导报，2012，40（7）：43~47耐碱提升剂肪酸甲酯二丙酸钠6[10]贾路航.表面活性剂的复配及其在除油清洗中的应用[J].碱剂偏硅酸钠3碱剂氢氧化钠5安徽化工，2013，39，（6）：37~40杀菌剂BIT0.5作者简介：刘明东，男，1986年生，上海人，硕士学模具缓蚀剂三乙醇胺1历，主要从事工业清洗剂的研发与应用。模具缓蚀剂六亚甲基四胺1（收稿日期：2022-07-28）其它纯净水61.5《模具制造》2022年第10期·65·