专利名称：用于复合材料的室温可固化水基脱模剂的制作方法
背景技术：
本发明涉及脱模剂。更尤其，它涉及用于复合材料的半永久性水基脱模剂。
模塑是一项熟知的技术，用于生产由复合材料如含石墨的材料或纤维增强聚酯材料和类似物制成的成品部件。模塑含石墨的复合部件在航天工业中特别流行。例如，许多飞机外壳(即机身和机翼)由多个模塑复合部件构成，这些部件随后使用粘合剂粘结在一起。
通常，将已被液体环氧树脂复合体浸渍的纤维-垫材料层(如预浸渍叠层)放置成符合模具的形状。模具随后被加热至升高的温度(如100-200℃)以固化液体树脂复合体和提供成品部件。在模具已冷却之后，取出成品模塑复合部件且模具可再次使用。为了防止成品模塑部件粘附或附着至模具表面上，将脱模剂施用到模具表面上，然后将预浸渍叠层施用到模具中。该方法是本领域熟知的。对模塑复合部件重要的是，它们可使用最小力轻柔地脱模，因为，尤其对于航天工业，部件通常非常大和精细。这意味着，脱模剂必须提供优异的脱模特性。
在某些场合中，尤其当模塑非常大部件如飞机机翼时，模具在室温或环境温度下制备，并随后插入非常大的炉以使液体树脂固化形成成品模塑部件。因此，非常大的模具本身没有配有任何加热设备。这意味着，在室温下施用到模具表面上的脱模剂还必须可在室温下在相对短的时间，如几小时内固化。否则的话，如果必须将模具放在大的炉中以固化脱模剂，会损失许多时间，努力和生产率。一旦脱模剂已在室温下固化，它必须仍能经受随后固化和形成模塑部件所需的高温(如最高300-400℃)。
纤维增强聚酯(FRP)部件一般在大约环境温度(10-70℃)下模塑。大多数FRP部件需要高光泽整饰。这已通过使用常规和熟知的FrekoteTM牌(得自Henkel Loctite)溶剂基半永久脱模剂而实现。但某些FRP脱模要求其部件具有消光整饰或没有脱模剂转移至模塑部件，如″打磨凝胶涂层″。常规水基脱模剂如硅氧烷和蜡可用于脱模FRP部件但导致脱模剂有害地转移至模塑部件。常用的溶剂基半永久脱模剂在市场上流行，但没有在脱模部件上提供消光整饰。溶剂基脱模剂还包含有害的VOC。
有两种基本类型的脱模剂，牺牲和半永久型。牺牲脱模剂在单个模塑部件在模具中制成之后被消耗或以其它方式被完全耗尽。已知的牺牲脱模剂包括天然和合成化合物如硅氧烷油，矿物油，蜡，脂肪酸衍生物，二醇，等。牺牲脱模剂必须时常在制造每个模具部件之前重新施用到模具表面上。为此，牺牲脱模剂昂贵且使用麻烦。另外，模塑复合部件通常被后粘结(使用粘合剂粘附至其它复合部件上)。牺牲脱模材料的转移会影响粘合剂的粘结能力。因此，牺牲脱模剂不适用于模塑许多复合部件，尤其用于航天场合。
半永久脱模剂也被施用到模具表面上。它们可以是擦上或喷上型。这些脱模剂是优选的，因为它们在单个模塑操作之后不完全被耗尽。单个半永久脱模剂施用可用于促进多次连续复合模塑部件的脱模而无需重新施用脱模剂；如单脱模剂施用可脱模最高2，3，4，5，6，7，8，9，或10或更多次。U.S.专利No.5,601,641(在此作为参考引入)描述了一种半永久脱模剂，它具有0.1至12％硅烷，0至16％甲基封端的聚二甲基硅氧烷乳化聚合物，0至10％非离子表面活性剂，0至8％氟化烷基酯表面活性剂，0至2.5％乙氧基化胺表面活性剂，0至12.5％具有重均分子量400至310,000的硅烷醇封端的聚二甲基硅氧烷，0.1至8％低级烷基醇(其中烷基具有1-3个碳原子)，0至2％杀真菌剂，0至20％有机酸金属盐，0.5至2％弱酸(用于保持pH4.5-5.5)，0.1至15％羟基封端的聚丁二烯，和40至97％水。U.S.专利No.5,298,556和5,219,925与上述′641专利属于同一专利族，也在此作为参考引入。
U.S.专利No.6,322,850(在此作为参考引入)描述了一种类似的半永久脱模剂，其中硅烷组分以浓度0.5至12％重量存在和选自以下7种特定硅烷和其混合物二甲基二乙氧基硅烷，甲基二乙氧基硅烷，二甲基二甲氧基硅烷，二苯基二甲氧基硅烷，三甲基甲氧基硅烷，三甲基乙氧基硅烷，和氨基丙基三乙氧基硅烷。该组合物还包括多官能聚二甲基硅氧烷乳化的聚合物和相容的表面活性剂，以及约0.1至30％重量乙醇，其余为水。
描述于以上专利的脱模剂在高温(如模具温度350°F)下施用和固化。如果这些脱模剂在室温下施用，它们不仅由于在室温下固化不足而提供不好的脱模，而且它们也可导致脱模剂有害地转移至成品复合部件。另外，上述脱模剂在环境温度(如25℃)下施用到模具表面上时不提供均匀模具表面覆盖。
U.S.专利No.5,399,310(在此作为参考引入)描述了另一种包含低聚物盐剂和稀释剂的脱模剂，其中低聚物盐剂是单体单元的低聚物或所述低聚物的混合物的锂，钠，或钾盐，或其混合物，其中单体单元选自C14至C24羧酸脂肪酸。该脱模剂由于脂肪酸单体单元和复合材料之间的相互作用而不能有益地用于脱模模塑复合部件。另外，该脱模剂导致明显有害地转移至成品模塑部件，影响或抑制有效的后粘结。另外，该脱模剂不适用于高温模塑(如复合模塑)，因为脂肪酸单体单元在约180℃或更高将会液化或分解。
非常优选的是，用于模塑复合部件的脱模剂是室温可固化的，尤其在航天场合中，因为模具如上所述在室温下制备。在已制备模具(包括提供脱模剂和预浸渍树脂复合体)之后，模具通常在单独的炉中被加热至升高的温度，通常超过180℃，以固化树脂和形成成品复合部件。
迄今具有高热稳定性的室温固化半永久脱模剂是溶剂基的；表明它们包含显著量的挥发性有机化合物(VOC)，和具有相对低的闪点和高蒸气压。例子包括上述的FrekoteTM和其它现有或常规溶剂基脱模剂。这些现有溶剂基脱模剂在使用和运输时都产生显著的健康和安全危害。
因此，本领域需要一种在单个起始施用到模具表面上之后提供多次连续模塑复合部件的有效脱模的非溶剂基、热稳定的、半永久脱模剂。优选，这种脱模剂还不会或基本上不会引起脱模剂有害地转移至成品复合部件的表面上，表明该脱模剂不会在复合部件的表面上引起任何(或显著的)残余物而有害地影响与该表面的粘合剂粘结。
发明综述提供了一种脱模剂。该脱模剂包含官能硅氧烷，交联剂，增稠剂，碱，和水。该官能硅氧烷分散在水中。
提供了另一脱模剂，它包含官能硅氧烷，交联剂，增稠剂，碱，表面活性剂，和水。该官能硅氧烷分散在水中，和脱模剂在约25℃下具有大于五个月的储存寿命。
还提供了另一脱模剂，它包含官能硅氧烷，交联剂，增稠剂，碱，表面活性剂，和水。该官能硅氧烷分散在水中，和该脱模剂在25℃下具有起始粘度10-10,000cP。
还提供了一种制备用于模塑复合部件的水基脱模剂的方法。该方法包括步骤a)提供具有0.01-10％重量官能硅氧烷，0.1-10％重量交联剂，0.01-10％重量表面活性剂和水的第1部分组合物；b)提供具有1-25％重量催化剂和20-80％重量增稠剂的第2部分组合物；c)提供具有碱的第3部分组合物；和d)第1部分，第2部分，和第3部分组合物共混在一起以提供脱模剂。碱有效地将脱模剂的pH调节至7-11，这样活化增稠剂以提供在25℃下具有起始粘度10-10,000cP的脱模剂。
还提供了一种模塑复合部件的方法，包括以下步骤a)提供模具表面；b)提供包括官能硅氧烷，交联剂，增稠剂，表面活性剂，碱，和水的脱模剂，其中该官能硅氧烷分散在水中；c)通过擦拭或喷雾将脱模剂涂层施用到模具表面上；和d)使该涂层干燥一段时间。
还提供了一种水基脱模剂，它通过包括以下步骤的方法而得到a)提供具有0.01-10％重量官能硅氧烷，0.1-10％重量交联剂，0.01-10％重量表面活性剂，和水的第1部分组合物；b)提供具有1-25％重量催化剂，和20-80％重量增稠剂的第2部分组合物；c)提供具有碱的第3部分组合物；和d)将第1部分，第2部分，和第3部分组合物共混在一起以提供脱模剂。碱有效地将脱模剂的pH调节至7-11，这样活化增稠剂以提供在25℃下具有起始粘度10-10,000cP的脱模剂。
本发明优选实施方案的详细描述如在本文中使用的，如果给出范围如5-25，这意味着优选至少5，且各自地和独立地，优选不超过25。本文所用的术语溶剂是指有机溶剂。还有，本文所用的术语官能硅氧烷和官能化硅氧烷同义地使用以表示已通过官能团在硅氧烷链的至少一个Si原子上的合适取代或加成而被官能化的硅氧烷，所述官能团能够或有效地促进硅氧烷链在交联反应中的交联，这是本领域已知的。除非另外明确指出，所有的百分数是重量百分数。
提供了一种用于模塑复合体的室温可固化水基脱模剂。本发明脱模剂的组成最好根据对制备它的优选方法的描述而理解。本发明脱模剂通过共混优选单独制备的三种组分部分而制成。下表1公开了三个部分的优选的组成，它们随后共混以提供本发明脱模剂。在表1中，所有的值是重量百分数，和所有的重量百分数相对每个部分的总重；(即表1中的0.05-3％重量官能硅氧烷是指第1部分组合物的0.05-3％重量。对于每个部分，任何一种组分的任何不太优选的或更优选的浓度或范围可与任何其它组分的任何不太优选的或更优选的浓度或范围相结合；所有组分的所有浓度或范围不必来自同一栏。
表1用于模塑复合体的水基脱模剂组成组分 优选 不太优选不太优选官能硅氧烷 0.05-30.04-3.50.02-5.50.04-3.2 0.05-4 0.02-60.03-4.50.01-10交联剂 0.2-5 0.18-5.50.12-70.18-5.2 0.16-6 0.1-7.50.14-6.50.1-10表面活性剂 0.01-20.008-2.4 0.006-30.01-2.2 0.008-2.6 0.004-3.20.006-2.8 0.002-3.5滑动助剂 0-20水 余量第2部分催化剂 7.5-156-173-207-16 5-182-22
4-19 1-25转移控制剂 20-30 16-34 10-4018-32 14-36 8-4212-38 0-45润湿剂 10-25 8-28 5-349-26 7-30 4-366-32 0-38增稠剂 40-60 36-64 30-7038-62 34-66 25-7532-68 20-80彩色染料0-10第3部分碱 100现在描述表1的第1-3部分。第1部分是一种共混的硅氧烷乳液。官能硅氧烷优选是硅烷醇-官能的，不太优选乙烯基-，烷氧基，氢化物-，或羧基-官能的，或其任何组合。官能硅氧烷可以是一种或多种以下结构式 其中R1，R2，R3，R4，R5和R6各自可相同或不同和可以是C1-3烷基，乙烯基，氢化物，或烷氧基，和n是约0至约100,000；P1和P2可相同或不同和可以是硅烷醇，氢化物，烷基，乙烯基，甲醇或羧基基团。将聚合物链用杂原子中断也在本发明范围内。
优选，本文所用的官能硅氧烷是双官能硅氧烷，表明它们具有两个连接或键接至硅氧烷链中的不同(或相同)硅原子上的官能团。端双官能硅氧烷(具有连接到硅氧烷链中两个端硅原子的每一个上的官能团的那些)在本发明中是优选的，因为它们可广泛得到；但双官能硅氧烷无需是端双官能的。也可使用多官能硅氧烷(具有3或更多个键接至链中的Si原子上的官能团)。本文所用的硅氧烷优选是二甲基硅氧烷，不太优选乙烯基硅氧烷，不太优选甲基硅氧烷，或其混合物。
以下提供对最优选的双硅烷醇-官能硅氧烷的描述；但可以理解，包括上述那些的其它官能硅氧烷可用于本发明，且本领域普通技术人员能够在使用其它官能硅氧烷替代硅烷醇-官能硅氧烷时改写以下对其使用的描述。
硅烷醇-官能硅氧烷优选为基本上直链或线性二甲基硅氧烷，优选在其每个末端上具有官能硅烷醇(Si-OH)基团(即它是端双官能的)。优选的硅烷醇官能硅氧烷的结构是HO(CH3)2-Si-(O-Si(CH3)2-O-Si(CH3)2)x-O-Si(CH3)2OH。优选，x选择使得硅氧烷具有分子量500-1,000,000，优选1,000-800,000，优选10,000-500,000，优选15,000-300,000，优选18,000-200,000，优选20,000-100,000。在本发明一个有用的实施方案中，x选择成提供具有分子量4,000-100,000的硅氧烷。不太优选地，硅烷醇-官能硅氧烷可以是支化的。
另外不太优选地，硅氧烷可以是单官能而不是双官能的；即，它可以例如在一个末端上具有仅一个Si-OH官能团，且另一末端是非官能的，如Si-(CH3)3。单官能硅氧烷非常不太优选，它们由于其仅具有单个官能团而不能有效地交联。交联单官能硅氧烷将得到多个主要线性、离散的分子，而不是上述非常优选的双官能物质所得到的多维交联的分子笼或基质。
交联剂有助于在固化过程中脱模剂在模具表面上的交联，以在模具表面上得到半永久脱模剂膜。交联剂优选是具有通式X-SiABC的官能硅烷，其中X是甲基，烷氧基，乙烯基，乙酰氧基，氢化物或乙基基团，优选甲基或乙烯基基团，和A，B，和C各自可相互相同或不同，分别是甲氧基，乙氧基，丙氧基，乙酰氧基，甲基，乙烯基，或乙基基团，优选乙氧基基团。优选，交联剂是四-或三-官能交联剂如四-烷氧基或三-烷氧基官能硅烷，不太优选双官能剂如双烷氧基官能硅烷。例如，具有四个乙氧基官能团的四-烷氧基官能硅烷可由以上通式通过选择乙氧基用于X，和乙氧基用于所有的三个A，B和C而提供。而具有三个乙氧基官能团和一个甲基非官能团的三-烷氧基官能硅烷可通过选择甲基用于X和乙氧基用于所有的三个A，B和C而提供。四-，三-和双官能硅烷的组合也是优选的。一般来说，官能团的尺寸和电负性确定脱模剂的固化速度。对于较快水解速度，甲氧基官能团优选用于A，B和/或C。但乙氧基一般因为两个原因而优选。首先，交联反应的副产物在官能团是乙氧基时是乙醇，而在官能团是甲氧基时得到甲醇。乙醇可便宜地和容易地被处理，而甲醇是高度毒性的并受到严重管制，使得其处理明显成本更高。第二，一旦脱模剂被施用到模具表面上，乙氧基水解和缩合反应进行的速率比相应的甲氧基水解和缩合反应更有利。
不太优选，较长链的烷基基团可用于X和/或A，B和C，这会减慢交联反应。不太优选，交联剂可以是或包括MQ树脂，硅酸盐，和/或烷氧基-，氢-，和乙烯基-硅烷，或其混合物。应该注意，交联剂和官能硅氧烷在第1部分中的相对浓度必须仔细地控制使得不会提供显著过量的一种或另一物质；太多的官能硅氧烷，和未交联的过量物质可有害地转移至模塑复合部件表面上和影响粘合剂粘结(以下描述)。太多的交联剂可导致模塑复合部件难以从模具表面上脱模。一般优选提供平衡过量(如＞0.1％过量)的交联剂以确保硅氧烷在脱模剂中的足够交联，这样防止硅氧烷有害地转移至模塑复合部件(以下描述)。
第1部分中的表面活性剂优选为表面活性剂的混合物，包括但不限于一种二苯基磺酸盐或其衍生物，一种硅氧烷基表面活性剂，和一种乙氧基化烷基苯酚。
在第2部分中，催化剂是有机锡或有机钛或任何其它催化剂，它能够有效地加速或促进脱模剂在环境温度，优选5-70，优选10-55，优选15-45，优选20-35，优选22-30，优选约25℃下固化的催化剂(即来自第1部分的硅氧烷的交联)。优选，催化剂是乳液(或水溶液)型催化剂，表明所提供的该催化剂具有在水载体相中乳化和稳定的催化固体。乳液型催化剂更有效地与其它组分(包括来自第1和3部分的那些)共混以提供本发明脱模剂。优选，催化剂包括有机锡化合物，有机钛化合物，或其混合物。乳化的有机锡和有机钛基催化剂是本领域已知的，和如可得自DowChemical Company，E.I.DuPont de Nemours，Inc.，和Hanse Chemie。
转移控制试剂是可有可无的组分，其加入是为了限制或尽量减少脱模剂从模具表面有害地转移至成品模塑复合部件。合适的转移控制试剂是具有50％活性成分(固体)的烷基官能硅氧烷乳液。烷基基团优选为具有1至18个碳原子长度的脂族碳链，一般来说碳原子数越大越好。优选，还连接芳族部分如2-苯基丙基。
润湿剂优选为本领域已知的超润湿剂，如三硅氧烷基表面活性剂，不太优选氟基表面活性剂。润湿剂在例如通过擦拭，不太优选喷雾被施用到模具表面上时有效地促进该表面被本发明脱模剂有效润湿。在本发明的一个实施方案中，表1的第1部分组合物的表面活性剂组分(用于乳化交联剂)也可用作润湿剂。在该实施方案中，除了表1中所列举的表面活性剂组分，无需其它的或单独的润湿剂组分。
增稠剂优选为得自Dow Chemical Company的UcarTM。不太优选，可使用其它已知的或常规的增稠剂；如Cab-o-Sil(来自Cabot公司)，MethocelTM类增稠剂(来自Dow Chemical Company)，和ClassTM(来自Procter&Gamble Company)。增稠剂用于增加本发明水基脱模剂的粘度，这在以下进一步描述。
通常可得到的滑动助剂可用于实现较好的脱模性能。可使用任何已知的或常规滑动助剂，包括但不限定至官能和非官能硅氧烷，部分氟化硅氧烷，和氟化烃。滑动助剂的存在和/或量可由本领域普通技术人员根据特定场合所需的或观察到的脱模性能而在特定的范围内选择或确定。
颜色指示剂或染料还可加入本发明脱模剂中。颜色指示剂的功能是在需要或有益地显现模具表面的覆盖时显示脱模剂在模具表面上的合适的覆盖。一般，所选的颜色指示剂在水基介质中稳定和与脱模剂中的其它成分化学相容。优选的颜色指示剂选择使得不发生染料至模塑部件上的污染性转移。
第3部分优选由碱组成，所述碱性有效地将本发明脱模剂的pH在7-11，优选8-10的范围内调节以活化增稠剂，这在以下进一步描述。碱优选为有机胺碱，优选乙醇胺。
上述的第1，2和3部分首先单独被制成，并随后在室温，优选0-40，优选10-35，优选15-30，优选20-27℃下按照下表2所提供的比例共混，得到本发明水基脱模剂。在表2中，所有的值是重量百分数，且用于任何部分的任何不太优选的或更优选的浓度或范围可与用于任何其它部分的任何不太优选的或更优选的浓度或范围相结合；所有第1，2和3部分的所有浓度或范围无需来自同一栏。
表2用于提供水基脱模剂的第1，2和3部分的共混比例部分# 优选 不太优选不太优选第1部分 90-99.589-99.5 82-99.886-99.6 81-99.984-99.7 80-99.9第2部分 0.1-8 0.09-8.20.06-90.08-8.40.05-100.07-8.60.02-14第3部分 0.1-2 0.09-2.20.06-2.80.08-2.40.05-30.07-2.60.02-4总计 100随着第1，2和3部分的共混或混合，乳液pH使用用于活化增稠剂和升高脱模剂的粘度的通常可得到的水可溶碱如乙醇胺调节。本发明脱模剂优选具有起始粘度10-10,000，优选25-5,000，优选50-2,000cP(在25℃下)，即在任何水已从中蒸发之前。不愿局限于特殊理论，据信本发明脱模剂的高溶液粘度抑制或基本上抑制组合物中的催化剂分子，官能硅氧烷分子和交联剂分子之间的接触，这又防止或延迟或基本上防止或延迟脱模剂的交联。这通过高溶液粘度而实现，因为组合物中的各个旋涡相互非常慢地移动，因此催化剂和硅氧烷分子之间碰撞的频率或发生被最小化。这促使本发明水基脱模剂具有较长的储存寿命。当本发明脱模剂在室温，如约25℃下储存时已观察到大于五个月的储存寿命。
但一旦施用到模具表面(如通过擦拭或喷雾)上，水开始蒸发。随着水的蒸发，组合物中的催化剂和硅氧烷分子由于载体(水)量的消耗而变得更接近(聚结)。随着硅氧烷和催化剂分子的相对接近性增加，分子碰撞和相互作用的频率增加，由于硅氧烷分子的交联而造成更快速硅氧烷聚结级联，这是本领域普通技术人员可以理解的。该蒸发聚结作用基本上活化硅氧烷分子的交联级联以提供相邻和粘附至模具表面的所需硅氧烷-分子基质。
最优选，以上表1的第1，2和3部分根据以上表2中所列的优选的比例共混，得到优选具有如下表3所列的最终组成的根据本发明的室温可固化、热稳定的、水基脱模剂。
表3用于脱模复合部件的室温可固化、热稳定的、水基脱模剂的优选组成组分 优选 不太优选 不太优选硅烷醇-官能硅氧烷 0.04-2.990.036-3.18 0.018-4.50.036-3.48 0.018-5.50.03-3.980.009-10烷氧基-官能交联剂 0.18-4.980.16-5.170.1-70.14-6 0.1-7.50.13-6.470.09-10表面活性剂 0.009-2 0.01-2.190.005-30.008-2.40.003-3.20.007-2.60.0018-3.5催化剂 0.007-1.20.007-1.30.003-1.60.006-1.36 0.002-1.80.005-1.44 0.001-2烷基官能硅氧烷乳液 0.02-2.4 0.018-2.56 0.01-3.20.016-2.70.008-3.360.014-2.90-3.6润湿剂 0.01-2 0.009-2.10.005-2.70.008-2.24 0.004-2.90.007-2.40.003-3.1增稠剂 0.04-4.8 0.04-4.960.03-5.60.036-5.10.02-60.034-5.30.02-6.4碱 0.1-20.09-2.2 0.06-2.80.08-2.4 0.05-30.07-2.6 0.04-4滑动助剂0-20彩色染料0-10水 余量实际上，本发明脱模剂优选通过擦拭或喷雾(这是本领域已知的或常规的)施用到模具表面上。对于起始施用，模具表面优选被彻底清洁或抛光，和通过常规技术干燥。然后，本发明脱模剂的涂层优选通过擦拭或喷雾而施用。该涂层干燥一段时间，优选约15分钟，并施用附加涂层。重复该步骤直至已施用优选至少2，优选3，优选4个涂层。已经发现，水在环境温度条件(22-27，优选约25℃)下在10-30分钟内从模具表面基本上完全蒸发而无需加入挥发剂如醇。如果用于脱模模塑环氧基树脂部件，确保适当的环氧树脂部件脱模所需的脱模剂充分固化(即硅氧烷交联)在施用最后涂层之后低于5，优选低于4，优选低于3小时的时间内在环境温度(22-27，优选约25℃)下实现。如果用于聚酯基树脂部件，脱模剂在环境温度(22-27℃)下所需的固化时间明显降至低于1小时，优选低于40分钟，优选低于30分钟。
本发明脱模剂没有闪点和不可燃或不易燃。脱模剂缺乏或基本上缺乏VOC，优选包含低于5，4，3，或2克的VOC/升脱模剂。因此，本发明水基脱模剂在使用或在运输时不出现任何明显的健康或安全危害。例如，本发明水基脱模剂优选可通过标准车辆或甚至通过邮件运输，无需由于危险性VOC的存在或其它危险性能，如毒性，高可燃性，和低闪点(这些是溶剂基脱模剂的特征)而安排特殊的装运。
本发明脱模剂在单个起始施用脱模剂之后提供多个连续复合模塑部件的有效脱模。根据通行的条件，最好在确定次数的模塑操作之后；如在1，2，3，4，5，6，7，8，9或更多次连续脱模之后可理想地施用该脱模剂的修补涂层。
本发明水基脱模剂还已表现出导致没有或基本上没有将脱模剂有害地转移至复合模塑部件的表面上。有害转移在本文中被定义为表示对随后复合部件至另一复合部件或其它表面上的粘合剂粘结(后粘结)造成有害作用的脱模剂或脱模剂组分的任何转移。
实施例进行试验以测定脱模剂有害转移至使用本发明脱模剂模塑和脱模的复合体表面上的程度。将五片预浸渍纤维-垫或叠层在已在室温下如上所述以前涂有本发明脱模剂的模具表面上放置和模塑。所得模塑复合体随后使用本领域已知的Hysol EA 9695粘合剂粘附至另一复合部件的表面上。粘结厚度是5mils。粘结强度使用Instron机器测定。分别注意和记录粘结拉伸强度和失败模式并在下表4中提供。
表4使用根据本发明的脱模剂脱模的粘附复合部件的实验后粘结粘合剂失败模式数据脱模剂储存期(天) 拉伸粘结强度(psi)失败模式0* 1275内聚91331内聚36 1398内聚45 1605内聚54 1070内聚63 1606内聚72 1574内聚99 1063内聚130 1551内聚150 1135内聚*零天储存试验是对照试验，其中两个粘附部件的表面被轻打磨以消除任何有害转移脱模剂的可能性从表4可以看出，本发明脱模剂得到的粘合剂粘结拉伸强度与对照物相当，而且该复合体对具有储存寿命9-150天的脱模剂表现出内聚失败。内聚失败(不同于粘合剂失败)是指复合部件自身被破坏或折断；即粘合剂粘结在所有的试验中保持完整。该试验说明，脱模剂(甚至在150天储存寿命之后)没有导致本发明脱模剂至模塑复合表面上的任何可测的有害转移。这是一个非常惊人的结果。另外，在表4中测试的所有的复合部件具有高质量脱模，在脱模剂所有的储存寿命储存中对模具表面或复合部件没有损害或污染。
根据本发明的水基脱模剂已经表明能够在不使用外部固化促进剂(如共-溶剂，UV或热)的情况下室温固化脱模剂之后在环境温度下提供用于预浸渍和Synskin模塑复合部件的优异脱模作用。根据本发明的水基脱模剂还已经表明能够在不使用任何固化促进剂(热，共-溶剂，UV)的情况下环境温度固化脱模剂之后在环境温度下提供用于所有种类的聚酯树脂复合部件(凝胶涂层，非凝胶涂层)优异的脱模作用。本发明脱模剂还证明了对于其它普通模塑聚合物材料，如聚乙烯，聚丙烯，聚碳酸酯，热熔体，和橡胶表现出良好的脱模性能。
本发明脱模剂是室温可固化(如在22-27，优选约25℃下)，热稳定至最高至少200℃，优选至少250℃，优选至少300℃，达至少3，优选5，优选7，优选10，20，30，45或60天。该脱模剂还有助于在单个起始施用至模具表面上之后多次连续模塑复合部件的有效脱模。本发明脱模剂还引起没有或基本上没有将脱模剂有害地转移至成品模塑复合部件的表面上。
根据以上可清楚地看出，根据本发明的脱模剂在室温下是可固化的，却不含VOC或任何有机载体和可用于脱模在任何常用的模塑温度下，例如在明显升高的温度，最高200或300或甚至400℃下固化的复合部件(如环氧和聚酯树脂部件)。应该注意，本发明脱模剂还可根据需要在高温下固化，以及可用于脱模室温或低温度固化的模塑部件如由聚酯，聚苯乙烯，环氧，或这些的混合物制成的凝胶涂层部件。本发明脱模剂可使用的其它模塑部件包括聚乙烯，聚丙烯，和聚碳酸酯部件。根据本发明的脱模剂尤其可用于其中模具在低温度，如低于100℃或80℃，和尤其在室温(25℃)下准备，但该模塑部件(如环氧)在高温，如180-280℃或更高的温度下固化的场合。在这些场合中，脱模剂在室温是可固化的，但保持热温度至最高到(环氧)模塑部件的固化温度，这样可在部分固化之后实现有效的脱模。
如果脱模剂在升高的温度下固化，它仍如本文所述表现良好，基本区别在于，它比其它所述的固化更快。常规水基脱模剂不能在环境温度下在适当的时间内合适地固化以提供多次连续模塑部件的一致性的有效的脱模，同时仍确保没有或基本上没有将脱模剂有害地转移至脱模的模塑部件上。
尽管本发明的上述实施方案构成了优选的实施方案，应该理解，可在不背离在所附权利要求中给出的本发明范围的情况下对其作出改进。
权利要求
1.一种包含官能硅氧烷，交联剂，增稠剂，碱，和水的脱模剂，所述官能硅氧烷分散在水中。
2.根据权利要求1的脱模剂，所述官能硅氧烷是硅烷醇-官能硅氧烷。
3.根据权利要求1的脱模剂，所述官能硅氧烷是双官能的。
4.根据权利要求1的脱模剂，所述交联剂是四烷氧基官能硅烷。
5.根据权利要求1的脱模剂，所述交联剂是三-烷氧基官能硅烷。
6.根据权利要求5的脱模剂，所述三-烷氧基官能硅烷具有通式X-SiABC，其中X选自甲基，乙烯基，乙酰氧基，氢化物和乙基基团，和A，B和C分别独立地是烷氧基基团。
7.根据权利要求6的脱模剂，其中A，B和C分别独立地选自甲氧基，乙氧基和丙氧基基团。
8.根据权利要求1的脱模剂，所述官能硅氧烷具有至少一个选自硅烷醇-，乙烯基-，烷氧基-，氢化物-，氨基-，和羧基-官能团的官能团。
9.根据权利要求1的脱模剂，所述脱模剂具有低于5克的VOC/升所述脱模剂。
10.根据权利要求1的脱模剂，它没有闪点。
11.根据权利要求1的脱模剂，它有效地促使模塑复合部件从模具表面上至少3次有效脱模，而脱模剂没有有害地转移至所述模塑复合部件。
12.根据权利要求1的脱模剂，进一步包含至少一种选自润湿剂和表面活性剂的组分。
13.根据权利要求1的脱模剂，进一步包含滑动助剂。
14.根据权利要求1的脱模剂，进一步包含染料。
15.根据权利要求1的脱模剂，进一步包含转移控制剂。
16.根据权利要求1的脱模剂，它在通过喷雾或擦拭施用到模具表面上时有效地提供对该表面基本上均匀的润湿。
17.根据权利要求1的脱模剂，所述脱模剂在施用到模具表面上之后在室温下固化不足5小时之后有效地促使模塑环氧部件的有效脱模。
18.根据权利要求1的脱模剂，所述脱模剂在施用到模具表面上之后在室温下固化不足40分钟之后有效地促使模塑凝胶涂层部件的有效脱模。
19.根据权利要求1的脱模剂，所述碱是乙醇胺。
20.根据权利要求1的脱模剂，它具有pH7-11。
21.根据权利要求1的脱模剂，它具有在25℃下的粘度10-10,000cP。
22.根据权利要求1的脱模剂，它有效地基本上不向在涂有所述脱模剂的模具表面上模塑的模塑复合部件提供有害转移。
23.根据权利要求1的脱模剂，所述官能硅氧烷具有以下结构HO(CH3)2-Si-(O-Si(CH3)2-O-Si(CH3)2)x-O-Si(CH3)2OH，其中x选择使得所述官能硅氧烷具有分子量4,000-100,000。
24.根据权利要求1的脱模剂，所述官能硅氧烷具有以下结构 其中R1，R2，R3，R4，R5和R6各自可相同或不同，分别选自C1-3烷基，乙烯基，氢化物，和烷氧基基团，其中n是约0至约100,000，和其中P1和P2可相同或不同，分别选自硅烷醇，氢化物，烷基，乙烯基，甲醇和羧基基团。
25.一种包含官能硅氧烷，交联剂，增稠剂，碱，表面活性剂，和水的脱模剂，所述官能硅氧烷分散在水中，所述脱模剂在约25℃下具有大于五个月的储存寿命。
26.一种包含官能硅氧烷，交联剂，增稠剂，碱，表面活性剂和水的脱模剂，所述官能硅氧烷分散在水中，所述脱模剂具有在25℃下的起始粘度10-10,000cP。
27.一种制备用于模塑复合部件的水基脱模剂的方法，包括步骤a)提供第1部分组合物，所述第1部分组合物包含0.01-10％重量官能硅氧烷，0.1-10％重量交联剂，0.01-10％重量表面活性剂，和水；b)提供第2部分组合物，所述第2部分组合物包含1-25％重量催化剂，和20-80％重量增稠剂；c)提供第3部分组合物，所述第3部分组合物包含碱；和d)将所述第1部分，第2部分，和第3部分组合物共混在一起，得到所述脱模剂，所述碱有效地将所述脱模剂的pH调节至7-11，这样活化所述增稠剂，得到在25℃下具有起始粘度10-10,000cP的所述脱模剂。
28.根据权利要求27的方法，其中所述第1，2和3部分在0-40℃下共混。
29.根据权利要求27的方法，所述官能硅氧烷是硅烷醇官能硅氧烷。
30.根据权利要求27的方法，所述官能硅氧烷是双官能的。
31.根据权利要求27的方法，所述交联剂是烷氧基-官能硅烷。
32.根据权利要求31的方法，所述烷氧基-官能硅烷是具有通式X-SiABC的三烷氧基-官能硅烷，其中X选自甲基，乙烯基，乙酰氧基，氢化物和乙基基团，和A，B和C分别独立地是烷氧基基团。
33.根据权利要求27的方法，所述官能硅氧烷具有至少一个选自氨基-，乙烯基-，烷氧基-，氢化物-，和羧基-官能团的官能团。
34.一种模塑复合部件的方法，包括步骤a)提供模具表面；b)提供脱模剂，所述脱模剂包含官能硅氧烷，交联剂，增稠剂，表面活性剂碱，和水，所述官能硅氧烷分散在水中；c)将所述脱模剂的涂层通过擦拭或喷雾而施用到所述模具表面上；和d)使所述涂层干燥一段时间。
35.根据权利要求34的方法，其中步骤(d)中的所述时间是约15分钟。
36.根据权利要求34，其中重复所述步骤(c)-(d)直至已向所述模具表面上施用4层所述涂层。
37.一种通过权利要求27的方法制成的水基脱模剂。
全文摘要
本发明提供了一种可用于脱模复合部件，如环氧和聚酯基聚合物材料的室温可固化水基脱模剂。该脱模剂可在低温度，如室温下固化，但热稳定至最高常规环氧基复合体模塑温度，如，大于200或280℃。该脱模剂可用于脱模在大的炉中在高温下固化的大型复合部件，如果模具自身在放入炉中之前在室温下被预备的话。该脱模剂还可用于脱模在低温度如室温下制备和固化的聚酯复合部件。
文档编号B28B7/38GK1703310SQ200380100867
公开日2005年11月30日 申请日期2003年10月3日 优先权日2002年10月4日
发明者陆征, R·L·史密斯 申请人:亨凯尔公司