本发明涉及脱模剂技术领域，尤其涉及一种高性能水性金属压铸脱模剂、制备方法及其应用。
背景技术：
作为使用模具的金属成型方法，有铸造方法和模锻方法。铸造方法的实例包括低压铸造方法、加压铸造方法等。在这样的铸造方法中，在用熔融金属填充模具前，使用脱模剂用于抑制模具与熔融金属之间的反应(熔接)并且还有助于成型产品的脱模的目的。在低压铸造方法中，作为加压铸造方法中的一种的压挤铸造方法等，由于用熔融金属如铝合金填充模腔的低速度，所以保持模具温度和熔融金属温度被保持为高于典型的高速加压铸造方法，以保证熔融金属在填充期间的流动性。作为适用于这样的高温成型的脱模剂，在大多数情况下使用含有粉末的脱模剂以提供隔热效果。通常，脱模剂包括水基类型和油基类型。例如，在铸造方法中，在浇注前，脱模剂通过喷涂施加至铸造模具以形成涂层以便使用铸造模具。但是现有脱模剂的组分容易因热而蒸发或变成分解气体，难以确保润滑成分在高温模具中的残存量，经常造成压铸的金属表面形成多孔、毛刺等结构。
技术实现要素：
为克服现有技术中的问题，本发明提出的一种金属压铸脱模剂，用于在铸造之前施加在金属模具的模具表面，由功能有机组合物、助剂和溶剂组成；所述功能有机组合物包括耐高温树脂、耐高温硅油、矿物油和动植物油脂；所述助剂包括非离子表面活性剂、消泡剂、防腐剂和杀菌剂；所述溶剂为去离子水。
在所述金属压铸脱模剂中，所述功能有机组合物剂的质量百分比为15.0-50.0％、所述助剂的质量百分比为5.0-10.0％和所述溶剂的质量百分比为40.0-80.0％。
在所述金属压铸脱模剂中，所述耐高温树脂的质量百分比为2.0-5.0％、耐高温硅油的质量百分比为10.0-30.0％、矿物油的质量百分比为1.0-10.0％、和动植物油脂的质量百分比为2.0-5.0％。
在所述金属压铸脱模剂中，所述非离子表面活性剂的质量百分比为2.0-5.0％、所述消泡剂质量百分比为0.02-1.0％、所述防腐剂的质量百分比为0.01-1.0％和所述杀菌剂的质量百分比为0.01-0.05％。
本发明提出的所述金属压铸脱模剂中，所述耐高温树脂为高碳化的酚醛树脂、萘酚-酚醛树脂或杂化酚醛树脂一种或两种以上的任意组合，优选为高碳化的酚醛树脂。
本发明提出的所述金属压铸脱模剂中，所述耐高温硅油为长链烷基芳基改性硅油、长链烷基硅油、芳基改性硅油中一种或两种以上的任意组合，优选粘度为350-2000cps的长链烷基芳基改性硅油。
本发明提出的所述金属压铸脱模剂中，所述矿物油为是40℃时的运动粘度为100mm2/s以上的高粘度矿物油，所述高粘度矿物油为机油、齿轮滑润油、汽缸滑润油、轴承油中一种或两种以上的任意组合。
本发明提出的所述金属压铸脱模剂中，所述动植物油脂为菜籽油、大豆油、椰子油、棕榈油、牛油、猪油中的一种或两种以上的任意组合。
本发明提出的所述金属压铸脱模剂中，所述非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、山梨糖醇酐脂肪酸酯、蓖麻油聚氧乙烯醚中的一种或两种以上的任意组合。
本发明提出的所述金属压铸脱模剂中，所述防腐剂为三乙醇胺、二乙醇胺、单乙醇胺、六次甲基四胺、苯并三氮唑或甲基苯并三氮唑，优选苯并三氮唑。
本发明提出的所述金属压铸脱模剂中，所述杀菌剂为异噻唑啉酮、苯并异噻唑酮、4-氯-3-甲基-苯酚、均三嗪、戊二醛中的一种或两种以上的任意组合。
本发明还提出了一种金属压铸脱模剂的制备方法，包括如下步骤：
油相体系混合：向多功能反应釜中加入所述功能有机组合物及所述非离子表面活性剂，同时搅拌均匀形成油相体系；
w/o油包水：以1000r/min转速搅拌，并向油相体系内滴加水形成油包水体系，滴加水量占油相体系质量的1/10，随着滴加水量的增加，油包水体系经相转变形成o/w水包油体系，待相转变后停止向油相体系内滴加水，并继续搅拌5-10min；
o/w水包油：继续向水包油体系中注入水3-5min，注水量为油相体系的1/3-1/2，将转速提升至1500r/min，制成水包油o/w预乳液，转速提升至600r/min，将预乳液用水稀释至50％固含，即为成品预乳液；
配方配制：按照指定配比所述成品预乳液、防腐剂、所述杀菌剂和剩余所述溶剂加入搅拌缸中，制成乳液粒径为200～500nm乳液。
本发明还提出了一种金属压铸脱模剂的应用，用于在铸造之前施加在金属模具的模具表面充当脱模剂，优选为充当铝合金压铸脱模剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明通过在配方体系引入耐温性能好高碳化的酚醛树脂，保持高温模具中的残存量，优选能热固的高分子物质，解决模具脱模剂组分容易因热而蒸发或变成分解气体，确保润滑成分的高温模具中的残存量变得困难，从而解决铝合金压铸脱模剂常见的多孔问题。
(2)本发明采用含硅化合物，例如以硅氧烷键为主链的硅树脂。相比一般的高分子有机化合物的骨架即碳-碳键，硅氧烷键的键能更强。因此，高温耐热性强。选择烷基芳基硅油可以解决高温的润滑和脱模性能。
(3)本发明还引入矿物油和动植物油脂，可以解决模剂高温湿润性。高的稀释倍数，具有良好冷却和绝热性能，也有利于配方体系都功能成分更有效和发挥性能。
(4)尤其在铝合金压铸工艺中使用本发明脱模剂无烟无污染产生，保持环境清洁、有利健康；且使用方便，利于自动化生产。
具体实施方式
下面将对本发明提出的金属压铸脱模剂的组分、制备方法及应用进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
本发明提出的金属压铸脱模剂，可用于在铸造之前施加在金属模具的模具表面，由15.0-50.0％的功能有机组合物、5.0-10.0％的助剂和40.0-80.0％的溶剂组成；功能有机组合物包括2.0-5.0％耐高温树脂、10.0-30.0％耐高温硅油、1.0-10.0％矿物油和2.0-5.0％动植物油脂；助剂包括2.0-5.0％非离子表面活性剂、0.02-1.0％消泡剂、0.01-1.0％防腐剂和0.01-0.05％杀菌剂；溶剂为去离子水。
(关于功能有机组合物)
功能有机组合物中包含的耐高温树脂主要是指高碳化的酚醛树脂、萘酚-酚醛树脂、杂化酚醛树脂，优选高碳化的酚醛树脂，相对其它酚醛树脂价格更经济，其特点是以一定的苯酚、烷基酚和芳基酚组合，再与甲醛以一定比例和工艺制备，该树脂具有非常优秀的耐热性能，在350℃热失重在3％以内，400℃热失重3.5％以内，450℃热失重5％以内。
功能有机组合物中包含的耐高温硅油一般为长链烷基芳基改性硅油，优先推荐粘度在350-2000cps，优先牌号为x-22-1877，信越化学。
功能有机组合物中包含的矿物油主要是指高粘度矿物油类可以使150至300℃的温度区域的润滑膜增厚，润滑性优异在40℃时的运动粘度为100cps以上的高粘度的矿物油，高粘度矿物油为机油、齿轮滑润油、汽缸滑润油、轴承油中一种或两种以上的任意组合。优选为着火点在250℃以上，优选牌号为n460，新日本石油株式会社。
功能有机组合物中包含的动植物油是指动植物油脂类及高级脂肪酸酯类，动植物油在250℃以下的温度区域的润滑性能优异。动植物油脂类，可以列举：菜籽油、大豆油、椰子油、棕榈油、牛油、猪油等动植物油脂，优选精炼的工业一级菜籽油。
(关于助剂)
助剂中所含的非离子表面活性剂，选自脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、山梨糖醇酐脂肪酸酯、蓖麻油聚氧乙烯醚等中的一种或两种以上的任意组合。由于两种或两种以上不同性质(亲水性和亲油性)的乳化剂进行复配使用,使得不同性质的乳化剂由亲水向亲油逐渐过渡,所得到的乳液较好，优选脂肪醇聚氧乙烯醚aeo-3、十三醇聚氧乙烯醚1310和span-80复合乳化剂的组合物。
助剂包含的防腐剂包括三乙醇胺、二乙醇胺、单乙醇胺、六次甲基四胺、苯并三氮唑和甲基苯并三氮唑，优选苯并三氮唑。
助剂包含的杀菌剂选自异噻唑啉酮、苯并异噻唑酮、4-氯-3-甲基-苯酚、均三嗪、戊二醛中的一种或两种以上的任意组合。
(制备方法)
本发明金属压铸脱模剂的制备方法，包括如下步骤：
油相体系混合：向多功能反应釜中加入所述功能有机组合物及所述非离子表面活性剂，同时搅拌均匀形成油相体系；
w/o油包水：以1000r/min转速搅拌，并向油相体系内滴加水形成油包水体系，滴加水量占油相体系质量的1/10，随着滴加水量的增加，油包水体系经相转变形成o/w水包油体系，待相转变后停止向油相体系内滴加水，并继续搅拌5-10min；
o/w水包油：继续向水包油体系中注入水3-5min，注水量为油相体系的1/3-1/2，将转速提升至1500r/min，制成水包油o/w预乳液，转速提升至600r/min，将预乳液用水稀释至50％固含，即为成品预乳液；
配方配制：按照指定配比所述成品预乳液、防腐剂、所述杀菌剂和剩余所述溶剂加入搅拌缸中，制成乳液粒径为200～500nm乳液。
经上述步骤制备得到的金属压铸脱模剂为浅黄灰色乳液，运动粘度在5-38s，粒径分布在200-500nm，良好的稳定性，在压铸铝工艺过程中具有良好的润滑和脱模性能，良好的冷却性和绝热性，良好的高温湿润性和润滑性能，防止粘模、拉伤、不积炭、不结焦，使铸件洁白光亮，无烟无污染、保持环境清洁，使用便捷。
实施例1
本实施例1为制备适用于铝合金压铸的脱模剂的具体实例。如以下表1所示，本实施例中所含1.5phr的高碳化酚醛树脂、20.6phr耐高温硅油、10.0phr精炼菜籽油、10.0phr高粘度矿物油、3.0phrspan-80、2.0phr1310、1.0phraeo-3、1.0phr三乙醇胺、0.03phr异噻唑啉酮、0.01phr苯并异噻唑酮及50.86phr溶剂。
具体制备过程如下：
向多功能反应釜中加入高碳化酚醛树脂、耐高温硅油、高粘度矿物油、精炼菜籽油、span-80、aeo-3及1310，同时加温搅拌均匀形成油相体系。然后以1000r/min转速搅拌，并向油相体系内滴加水，20min滴加完毕形成水包油体系。继续向体系中以较快速度注入水，3-5min加完，加水量为油相体系的1/3-1/2，将转速提升至1500r/min，制成水包油o/w预乳液，转速提升至600r/min，将预乳液用水稀释至50％固含，即为成品预乳液。按照指定配比所述三乙本醇胺、异噻唑啉酮、苯并异噻唑酮和剩余溶剂加入搅拌缸中，制成乳液粒径为200～900nm乳液，包装。
经上述步骤制备得到的金属压铸脱模剂为浅黄灰色乳液，运动粘度在37.6s，粒径分布在480nm。
实施例2
本实施例2为制备适用于铝合金压铸的脱模剂的具体实例。如以下表1所示，本实施例中所含1.0phr的高碳化酚醛树脂、24.0phr耐高温硅油、10.0phr精炼菜籽油、7.5phr高粘度矿物油、2.6phrspan-80、2.0phr1310、1.0phraeo-3、1.0phr三乙醇胺、0.03phr异噻唑啉酮、0.01phr苯并异噻唑酮及50.86phr溶剂。
具体制备过程如下：
向多功能反应釜中加入高碳化酚醛树脂、耐高温硅油、高粘度矿物油、精炼菜籽油、span-80、aeo-3及1310，同时加温搅拌均匀形成油相体系。然后以1000r/min转速搅拌，并向油相体系内滴加水，20min滴加完毕形成水包油体系。继续向体系中以较快速度注入水，3-5min加完，加水量为油相体系的1/3-1/2，将转速提升至1500r/min，制成水包油o/w预乳液，转速提升至600r/min，将预乳液用水稀释至50％固含，即为成品预乳液。按照指定配比所述三乙本醇胺、异噻唑啉酮、苯并异噻唑酮和剩余溶剂加入搅拌缸中，制成乳液粒径为200～900nm乳液，包装。
经上述步骤制备得到的金属压铸脱模剂为浅黄灰色乳液，运动粘度在35.5s，粒径分布在450nm。
实施例3
本实施例3为制备适用于铝合金压铸的脱模剂的具体实例。如以下表1所示，本实施例中所含2.5phr的高碳化酚醛树脂、20.0phr耐高温硅油、10.0phr精炼菜籽油、10.0phr高粘度矿物油、2.6phrspan-80、2.0phr1310、1.0phraeo-3、1.0phr三乙醇胺、0.03phr异噻唑啉酮、0.01phr苯并异噻唑酮及50.86phr溶剂。
具体制备过程如下：
向多功能反应釜中加入高碳化酚醛树脂、耐高温硅油、高粘度矿物油、精炼菜籽油、span-80、aeo-3及1310，同时加温搅拌均匀形成油相体系。然后以1000r/min转速搅拌，并向油相体系内滴加水，20min滴加完毕形成水包油体系。继续向体系中以较快速度注入水，3-5min加完，加水量为油相体系的1/3-1/2，将转速提升至1500r/min，制成水包油o/w预乳液，转速提升至600r/min，将预乳液用水稀释至50％固含，即为成品预乳液。按照指定配比所述三乙本醇胺、异噻唑啉酮、苯并异噻唑酮和剩余溶剂加入搅拌缸中，制成乳液粒径为200～900nm乳液，包装。
经上述步骤制备得到的金属压铸脱模剂为浅黄灰色乳液，运动粘度在26.5s，粒径分布在680nm。
比较例
本比较例为制备适用于铝合金压铸的脱模剂的现有技术。如以下表1所示，本实施例中所含25.0phr耐高温硅油、10.0phr精炼菜籽油、7.5phr高粘度矿物油、2.6phrspan-80、2.0phr1310、1.0phraeo-3、1.0phr三乙醇胺、0.03phr异噻唑啉酮、0.01phr苯并异噻唑酮及50.86phr溶剂。
具体制备过程如下：
向多功能反应釜中加入高碳化酚醛树脂、耐高温硅油、高粘度矿物油、精炼菜籽油、span-80、aeo-3及1310，同时加温搅拌均匀形成油相体系。然后以1000r/min转速搅拌，并向油相体系内滴加水，20min滴加完毕形成水包油体系。继续向体系中以较快速度注入水，3-5min加完，加水量为油相体系的1/3-1/2，将转速提升至1500r/min，制成水包油o/w预乳液，转速提升至600r/min，将预乳液用水稀释至50％固含，即为成品预乳液。按照指定配比所述三乙本醇胺、异噻唑啉酮、苯并异噻唑酮和剩余溶剂加入搅拌缸中，制成乳液粒径为200～900nm乳液，包装。
经上述步骤制备得到的金属压铸脱模剂为浅黄灰色乳液，运动粘度在30.4s，粒径分布在550nm。
表1高性能铝合金脱模剂实施实例配方
将实施例1、2、3及比较例所制备得到的铝合金压铸脱模剂分别经上述性能测试，所得性能测试结果如以下表2所示。具体测试方式依次介绍如下：
(1)流动性测试
1)运动粘度的测试
测试一定体积脱模在重力下流过一个标定好在玻璃毛细管粘度计的时间。粘度的毛细管常数与流动时间的乘积，即为该温度下被测试的液体的运动粘度：
υ＝cτ
式中υ为油品的运动粘度，单位mm2/s，τ为样品流出的毛细管一定体积时间，单位为s，40℃时的运动粘度，利用astmd445(乌氏粘度计)进行了测量。
2)润湿性
高温电炉加热钢板,并通过温度控制器不断调整铝板的温度。将电炉和钢板倾斜45℃放置，用手动喷雾器以定距离(约15cm)喷涂,待脱模剂刚好能在铝板上成膜而不发生流淌时的最高温度即为其高温润湿温度。
(2)稳定性测试
1)储存稳定性。将制备好的脱模剂在室温条件下静置7d，观察是否有分层现象。
2)剪切稳定性。将制备好的脱模剂稀释150倍后用高速搅拌器，以3000rpm/min，搅拌10min，不破乳、不分层、不沉淀即为稳定。
3)离心稳定性。将制备好的脱模剂稀释150倍后用2500rpm/min下离心20min不破乳、不分层、不沉淀即为稳定。
4)热稳定性。将制备好的脱模剂在试管中加热煮沸10min，不破乳、不分层、不沉淀即为稳定
(3)耐热性测试
取5mg原液,在空气(进气速度100ml/min)环境下,以10℃/min的速度升温,用差式热天平测定由室温升至500℃升温过程中的热行为失重量。
(4)粒径分布测试
乳液粒径与多分散性，采用美国brookhaven90plus激光粒度仪,检测结果为仪器扫描5次结果的平均值。
(5)附着力测试
试验片进行试验前，将该试验片15在烤炉上以200℃进行30分钟的空烧，然后在干燥器冷却一晚的试验片。在试验前，精确测量试验片的质量，精确到0.1mg单位。
将涂布有脱模剂的试验片，在105℃下放置在烤炉中30分钟后，进行空气冷却，在干燥器中冷却一定时间。测量该试验片的质量，精确到0.1mg单位，由试验前后的质量的差算出粘着量。
粘着效率，是对涂布的脱模剂中所含的有效成分的质量中，实际粘着的质量进行比较后的结果。计算方是：粘着效率(％)＝粘着量(mg)/涂布的脱模剂中的有效成分量(mg)×100。
(6)脱模阻力试验
株式会社mecinternational制造的自动伸展试验机(商品名：lub检测器u)，测量脱模电阻值。摩擦阻力用试验板使用skd-61材料、尺寸200mm×200mm×34mm；环(ring)使用了株式会社mecinternational制造的s45c材料、尺寸：内径75mm、外径100mm、高50mm；铝熔汤使用了adc-12材料；砝码使用铁，重量8.8kg。
使用陶艺用熔化炉，将铝的铸块热至650℃，准备铝熔汤。
使用市售的加热器，将试验板加热至规定温度，在喷雾装置的前面，垂直立起试验板。使用喷雾装置，根据规定的涂布条件，对该试验板涂布脱模剂。在试验机架台上，将该试验板水平放置，在其中央放置环。在环中注入90cm的铝熔汤。冷却40秒，使铝熔汤固化，慢慢地放上砝码，使用自动伸展试验机，将其向x方向拉伸。使用自动伸展试验机中的张力计测量了脱模阻力。
表2一种高性能铝合金脱模剂性能测试
经表2数据对比可知，实施例1、2、3所制备得到的脱模剂在模具温度达到400～450摄氏度是保持远高于比较例的残存量，解决模具脱模剂组分容易因热而蒸发或变成分解气体，确保润滑成分的高温模具中的残存量变得困难，从而解决铝合金压铸脱模剂常见的多孔问题。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。