石膏模型脫模劑的應(yīng)用研究進展*

李海艷，馬 磊，張杰,2**，王照清，武玉蓉，孫成斌

(1.貴州勝威化工新材料研究院有限公司，貴州 貴陽 550016；2.貴州理工學(xué)院貴州磷石膏研究院，貴州 貴陽 550003)

石膏模型是陶瓷生產(chǎn)中常用的重要的輔助工具。它是半水石膏經(jīng)水化、硬化形成的二水石膏，干燥后產(chǎn)生一定孔隙，具有吸水性和一定的強度，廣泛用于陶瓷成型。在石膏模型生產(chǎn)中，常常使用脫模劑。脫模劑是一種用于模具和成品之間的功能性物質(zhì)，是防止橡膠、塑料等彈性體和其他材料的模制品粘結(jié)到模具表面上，起到易于脫模的一類加工助劑[1-3]。

目前，國內(nèi)外脫模劑種類較為繁多，合適的脫模劑能使母模與石膏模型之間形成一層膜隔，從而使模型順利地從母模中分離出來。如果脫模劑選擇不當(dāng)，或不使用脫模劑，那么石膏模型就會留在母模內(nèi)，母模胎型就會得到破壞。所以，選擇一種脫模劑，能使母模與石膏模型相互脫離，且使石膏模型表面光滑及潔凈[4-5]。

近年來，各種新型脫模劑被國內(nèi)外研究學(xué)者逐漸研發(fā)出來，這既豐富了專用模具脫模劑，同時也提供了更多先進科學(xué)的脫模方式。不僅如此，更多的脫模劑正朝著針對同一模具不同使用條件下，或是在同一條件下不同類型模具情況的使用，充分考慮到耐磨性、溫度條件、均勻程度等更多影響因素的方向發(fā)展，逐步完善擴充著“模具-脫模劑-使用條件”這個三維空間[6-7]。

本文總結(jié)了脫模劑分類、典型有機硅脫模劑的分子結(jié)構(gòu)、脫模劑制備方法、脫模劑脫模原理、脫模劑選擇依據(jù)和脫模劑的特點及使用范圍，介紹了一些最新脫模劑結(jié)構(gòu)，分析了脫模劑存在的一些問題，指明了脫模劑未來發(fā)展方向。

1 脫模劑的分類

目前，市場應(yīng)用的脫模劑有很多種，且新型脫模劑不斷開發(fā)出來。表1為脫模劑分類依據(jù)及種類。

表1 常見脫模劑的分類依據(jù)及種類

1.1 有機硅脫模劑

有機硅脫模劑是含有硅樹脂的組合物，主要含有硅氧烷樹脂、揮發(fā)性硅氧烷溶劑、催化劑和共溶劑。如，一種半永久性水劑型硅脫模劑[8]的結(jié)構(gòu)式如式(1)。

其中，R是1～3個碳的烷基、乙烯基及烷氧基等，n是0～10000的自然數(shù)，P1和P2是硅烷醇、烷基和烷氧基等。

1.2 氟代烷基改性有機硅脫模劑

用氟代烷改性有機硅脫模劑[9]，改性后的聚硅氧烷的結(jié)構(gòu)如式(2)。

其中，R1表示鏈烯基，R2是一價氟代烷基，q、r、s、t、u是0或正數(shù)。

1.3 低分子有機氟脫模劑

Matsuo Hitoshi (Neos公司)使用低相對分子質(zhì)量的氟表面活性劑來復(fù)配脫模劑[10]，含氟表面活性劑的結(jié)構(gòu)如(3)。

氟表面活性劑配合聚乙烯蠟、聚乙烯醚非離子表面活性劑、甲醇和環(huán)己烷等助劑配制而成的水溶型氟脫模劑。

1.4 氟聚合物脫模劑

氟聚合物脫模劑的聚合單體可以是以下單體[11]。

其中:Rf是4～20個碳的氟代烷基，R1是氫原子、堿金屬原子、氨基或者1～5個碳原子的烷基，R2和R4是1～10個碳原子的亞烷基，R3是1～10碳原子的烷基或者氫原子等，R5是氫原子或甲基。氟聚合物相對分子質(zhì)量在2000～60000。

2 脫模劑的制備

目前，市場上大多脫模劑的制備方法已經(jīng)是行業(yè)內(nèi)公開的秘密。本文僅對國內(nèi)市場上使用范圍較廣的幾種脫模劑進行介紹。需要根據(jù)原材料和加工工藝條件進行針對性的配制，才能制成能滿足使用需求的脫模劑[12]。

2.1 鉀肥皂水脫模劑

鉀肥皂水脫模劑廣泛應(yīng)用于陶瓷生產(chǎn)過程中的脫模，其配方是桐油(44%～50%)、熟石灰(13%～20%)、碳酸鉀(28%～32%)及松香(7%～12%)。通過在鍋或加熱容器內(nèi)加入適量清水，燒開，加入適量比例的熟石灰，保持沸騰 0.5 h 后加入適當(dāng)比例的碳酸鉀，繼續(xù)沸騰煎熬4～5 h；冷卻后，收集上清液(第一鍋水)。再向之前殘留有沉淀物質(zhì)的加熱容器內(nèi)加入同量清水，加熱沸騰2～3 h 后，靜止沉淀，取其上清液(第二鍋水)至于另一容器內(nèi)待用。分別取第一鍋水與第二鍋水各50%加入干凈加熱容器內(nèi)煮沸，然后加入適量比例的松香，沸騰煎熬 20 min 后滴入適量的桐油，同時緩緩加入剩下的第一、第二鍋水，持續(xù)煎熬至容器內(nèi)物質(zhì)成黏稠膠狀物質(zhì)，便可制成鉀肥皂水脫模。

2.2 鈉肥皂水脫模劑

鈉肥皂水脫模劑使用量較少，不及鉀肥皂水脫模劑，但配置方法較為簡單。其配方是氫氧化鈉(0.6%)、植物油(2.4%)、清水(97%)。先將植物油按照配方比例加入加熱容器內(nèi)燒至冒煙(注意控制油溫，防油起火)，然后加入適量比例的燒堿與清水，持續(xù)加熱攪拌至由稀邊濃成糊狀便可制成鈉肥皂水脫模劑。

2.3 礦物油-植物油混合脫模劑

礦物油-植物油混合脫模劑主要用于塑料脫模劑，配制簡單，無需加熱，隨用隨配。其配方是礦物油(80%)和植物油(20%)(質(zhì)量比)[13]。

2.4 軟皂脫模劑

軟皂脫模劑廣泛應(yīng)用于陶瓷石膏脫模，具有潤滑、均勻、使表面光滑等效果。其配方簡單，配制容易，主要成分為市場上銷售的軟皂(17%)和清水(83%)，配制方法是將軟皂與清水按照配方比例(5∶1)稱量，然后將清水加熱至50～60 ℃，加入軟皂攪拌至完全溶化后冷卻即可。

3 脫模劑的脫模原理

脫模劑作為一種潤滑劑，能夠使母模與模型之間形成隔離模，在外形尺寸不變的情況下，其表面光滑的特質(zhì)能夠使?jié){體充分的流入胎型中，說明了脫模劑有著清凈、密封的作用，用于保護母模和預(yù)防母模損壞。其本質(zhì)就是用于相互粘著的兩個物體表面，達到脫離、光滑及潔凈的功能，即模型與母模的分離[14]，如圖1所示。

圖1 脫模示意圖

4 常見脫模劑的特點及使用范圍

表2是國內(nèi)外常見的脫模劑，表3是常見脫模劑的特點及使用范圍。

5 石膏模型脫模劑的選擇

在選擇脫模劑時，希望脫模劑有較大的抗拉強度、應(yīng)力性能、耐熱、耐化學(xué)性、耐磨損等特點，以保證模壓樹脂接觸時不輕易磨光，也不被其化學(xué)成分溶解，還能有效和模具貼合且不影響制件的加工等操作，當(dāng)然還要價格合理適中[15]。

表2 國內(nèi)外常用脫模劑牌號及性能

表3 常見脫模劑的特點及使用范圍

樹脂胎型新技術(shù)的應(yīng)用[16]之一就是無機類脫模劑，如鉀皂液。這種技術(shù)不僅提高了石膏模型的質(zhì)量，還保證了胎型內(nèi)表面的光滑。對于表面較光滑的樹脂胎型來說，為了防止黏胎情況的發(fā)生，應(yīng)當(dāng)選擇鉀皂液。相反，對于表面粗糙的胎型來說，需選用油脂類或化工產(chǎn)品類。因此，選擇一種合適的脫模劑要依賴于不同種類的母模胎型。根據(jù)表2和表3，以皂液和膩子油兩種脫模劑為例，來說明脫模劑選擇應(yīng)該考慮的因素。

1)皂液脫模劑的優(yōu)點

皂液最大的優(yōu)點是有著較薄的涂層。跟植物油相比，它不會使模型表面波紋嶙峋，同時也不會導(dǎo)致胚體缺陷。除此之外，皂液有著潤滑隔離的作用，它與石膏反應(yīng)的生成物油酸鈣不溶于水，能充分填沒模型的表面孔隙，這樣不僅提高了模型的清潔度和硬度，還對其吃漿性能互不影響。因此，皂液在使用上簡單方便且物美價廉，對脫模劑來說是一個很好的選擇。

2)胰子油脫模劑的優(yōu)點

胰子油，實際上就是未分離甘油的鉀肥皂，它是澆注石膏模型的優(yōu)良模劑之一。鉀肥皂水是我國很多陶瓷廠采用的一種脫模劑。用鉀肥皂水(俗稱胰子油)為脫模劑，效果最好，其優(yōu)點如下：

①使用方便。

②可以保證澆注出的模型表面特別光滑平整，沒有棕色現(xiàn)象。

③可以保證母模的表面從始至終光滑耐用，使用壽命延長。

④成本非常低，可節(jié)省大量油。

⑤和其他油類脫模劑比較起來，該模型沒有殘留油跡的缺點。若用其他油類為脫模劑時，翻制出的模型表面有一層油模，所以在投入生產(chǎn)以前，必須用細砂紙將其工作表面上的油跡擦掉或者用稀堿水(含百分之二的碳酸鈉水溶液)中沁濕過的毛刷或海綿仔細擦凈，否則，由于油跡的存在而降低模型表面的吸水能力，但用胰子油為脫模劑時，沒有這個缺點。

⑥脫模容易，能保證順利的從母模中脫出所澆注的石膏模型[17]。

6 脫模劑現(xiàn)存問題及建議

經(jīng)過國內(nèi)各脫模劑行業(yè)相關(guān)科研機構(gòu)及高等院校、企業(yè)的努力，近年來脫模劑研發(fā)專利日益增加，相關(guān)脫模劑的研發(fā)、制造、使用都有較大突破[8,18]。對于各種新型高效脫模劑的研究發(fā)展，國內(nèi)的生產(chǎn)規(guī)模、工藝、技術(shù)及脫模劑種類都在日益完善，逐步縮小與國外先進水平的差距。但是，在高端脫模劑生產(chǎn)研發(fā)及應(yīng)用技術(shù)方面，我們與國外先進水平仍有很大的差距,為此提出以下幾點建議：

1)調(diào)整國內(nèi)脫模劑產(chǎn)品結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)目前，國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的脫模劑主要是以大眾化的中低端產(chǎn)品為主，而在當(dāng)前提倡環(huán)保的局勢下，快速研發(fā)生產(chǎn)出環(huán)保型和適合二次加工性能的脫模劑產(chǎn)品迫在眉睫，今后國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)必然走向更加高端產(chǎn)品。

2)國家加大對脫模劑行業(yè)的扶持，鼓勵各研發(fā)機構(gòu)及高校、企業(yè)研發(fā)新型高效脫模劑。國內(nèi)新型脫模劑的研究研發(fā)較為滯后,能完全擁有自主知識產(chǎn)權(quán)及專利的脫模劑品種不多,企業(yè)研發(fā)資金較為緊張，都在一定程度上制約了脫模劑產(chǎn)業(yè)走向向高端高效化的發(fā)展[19]。

3)加強相關(guān)專業(yè)研發(fā)機構(gòu)、高校與企業(yè)、客戶的溝通，做到淘汰過時產(chǎn)品，研發(fā)出真正需要并具有使用價值的脫模劑；利用研發(fā)機構(gòu)及高校人才資源，到實踐中去服務(wù)企業(yè)與用戶，做到實事求是，學(xué)以致用，解決用戶根本問題。

7 結(jié)語

石膏是制作模具的主要材料，它能迅速的凝固，在制作上得到了很大的便利，所以在生產(chǎn)產(chǎn)量上比傳統(tǒng)的更有優(yōu)勢。石膏的強度弱于瓦模，韌度低于紙模，精密度比不上木模，但石膏模型價格適中、品種繁多、選擇面廣，仍然占據(jù)著現(xiàn)代模具市場的主流。石膏模型脫模劑在使用性能上持久耐用，操作簡單，易成型，硬度和壓縮強度較好，使得在眾多脫模劑中脫穎而出。在今后的發(fā)展中，它將會出現(xiàn)許多能滿足各種需求的新型環(huán)保型的石膏模型脫模劑，同時它還會成為脫模劑行業(yè)的最優(yōu)選擇之一。