CN111421103A - 一种一锅法合成水性有机硅金属压铸脱模剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一锅法合成水性有机硅金属压铸脱模剂，其配方按质量比组成如下：羟基封端聚二甲基硅氧烷100份（作为其它成分份数的参照），三官能度烷基硅氧烷5～20份，双官能度烷基硅氧烷8～30份，氨基烷基硅氧烷0.5～2份，非离子表面活性剂15～50份，其余量为去离子水。本发明充分利用端羟基聚二甲基硅氧烷和烷基硅氧烷在氨基烷基硅氧烷自催化作用，可以在常温水解缩合聚合的特性，同时结合转向乳化法的工艺，采用一锅法制备水性有机硅金属压铸脱模剂乳液，该方法原材料简单易得，所制备的脱模剂乳液体系十分稳定且水性环保，该脱模剂适用于合金等金属压铸器件的脱模，具有脱模能力强、表面效果好和不积碳优异的特性。
Description
技术领域
本发明涉及有机硅金属压铸脱模剂技术领域，具体为一种一锅法合成水性有机硅金属压铸脱模剂。
背景技术
压铸是一种金属加工制造的重要方法，由于压铸工艺能够一次成型所得铸件拥有优秀的尺寸精度，可以适合于复杂金属结构铸件的制造。用于压铸的金属主要包括锌、铜、铝、镁、铅、锡以及铅锡合金，其中镁铝合金比重轻、比强度高、传热性能好、抗电磁干扰能力强等优异的性能，正在被广泛地应用到汽车、航天航空、仪表、手机和电脑等3C领域。
脱模剂是压铸生产中获得高质量压铸件的关键要素之一，主要用来改善压铸件的脱模性能和表面效果以及后处理工艺。脱模方式不当，可能会导致产品在脱模时受力不均，拉出或顶出时引起产品变形等缺陷。脱模剂可以有效地防止或减少注塑件出模时的机械损伤，同时在对改进注塑件的表面外观效果和延长模具的使用寿命上起着不可或缺的作用。脱模剂的选择不仅要求强的离型效果，而且要求残留在注塑件表面的成分不能影响到其喷漆、贴膜等后处理加工效果。近些年来，随着压铸技术的进步与应用的不断扩大，传统的油性脱模剂已远远不能满足压铸成型市场的需求，尤其像汽车的轻量化生产，笔记本、手机等电子产品的精密化，对铝合金、镁合金等合金压铸用脱模剂的综合性能有了更高的要求。传统的油性脱模剂存在着涂膜厚、挥发慢，合模后及压射中还会有相当部分会继续挥发，这部分气体易被卷入压铸件形成气孔，同时会使用到二氯甲烷、三氯甲烷等有害溶剂，目前正逐渐被水基脱模剂所取代。(参见：张正贵,陈昊男,朱万波,肖铁.脱模剂在铝合金压铸中的应用与研究进展[J].应用化工,2019,48(8),1990-1993.)我国对水基脱模剂的研究起步较晚，生产技术与国外同类产品在性能上仍有较大差距，水基脱模剂的国内市场多被国外进口产品占据，尤其是中高端压铸水基脱模剂的应用市场几乎被其垄断。比较有名的国外品牌有美国的肯天和鹏润、西班牙的沛西、意大利的玛宝、日本的松村和花野等。进口脱模剂的各项性能指标好，乳化效果好无油水分离现象，铸件表面质量好，国内有一定规模的压铸企业都以使用进口产品为主，但是高昂的价格造成了国内压铸产品生产成本的增加，在某种程度上削弱了国内金属压铸品的竞争力。（参见:黄宇剑．水基压铸脱模剂国内现状［J］．广东化工，2016，43(8):96，106；李震,李宁.水基压铸脱模剂的研究进展[J].重庆工商大学学报（自然科学版）,2017,34(5),67-74.）
目前，我国虽然涌现大量的脱模剂生产厂家，但产品质量同进口脱模剂差距较大，性能不够稳定等问题，主要充斥在中低端市场。国内近年关于水基压铸脱模剂的的专利申请越来越多，但整体上研究还比较分散，而且多为复配型。例如：中国专利文献号CN94106618.5公布了一种水基压铸离脱模剂的制备方法，配方主材料为脂肪醇磷酸酯、高级脂肪酸和蜡；
中国专利文献号CN201210556489.1公布了一种压铸用脱模剂的制备方法，配方主材料为石墨、滑石粉和聚乙烯蜡；中国专利文献号CN201310061053.X公布了一种金属模脱模剂及其制备方法，配方主材料为云母粉、硅溶胶和珍珠岩粉末；中国专利文献号CN201310746442.6公开了一种水性铝合金压铸脱模剂及其制备方法，配方主材料为二甲基硅油、改性硅油和蜡组合物；中国专利文献号CN201410787756.5公开了一种高效压铸脱模剂，配方主材料为石墨、亚麻油酸乙酯等；中国专利文献号CN201610236773.9公开了一种水基铝合金压铸脱模剂，配方主材料为改性有机硅油和氧化聚乙烯蜡等；中国专利文献号CN201610556852.8公开了一种铝合金压铸高效水基脱模剂，其组分主要为改性有机聚硅氧烷、蜂蜡和氧化聚乙烯蜡；中国专利文献号CN201710528258.2公开了一种压铸脱模剂及其制备方法，其组分主要为改性有机硅油、氧化聚乙烯蜡乳液和油酸酯乳液；中国专利文献号CN201711083661.5公开了一种压铸铝合金水性脱模剂及其制备方法，其组分主要为机油、蜂蜡、有机钼化合物、硅油、聚氧乙烯脂肪酸酯、二氧化硅等；中国专利文献号CN201710820814.3公开了一种金属成型脱模剂及其制备方法，其组分主要为聚乙烯醇、液体石蜡、胶体石墨、聚丙烯酰胺、丙烯酸改性乳液等；中国专利文献号CN201810134438.7公开了一种应用于铝合金压铸件的水基脱模剂，其组分主要为硅油乳液、硅蜡乳液和聚乙烯蜡乳液的复配物；中国专利文献号CN201910160765.4公开了一种压铸脱模剂及其制备方法，其组分主要为脱模粉料、改性纤维素、普鲁兰多糖、聚乙烯醇、纳米SiO2等；中国专利文献号CN201910134954.4公开了一种金属压铸脱模剂，其组分主要为环氧大豆油改性氨基硅油、葡糖苷酸共聚物等。
从上述已公开的多项专利文献可以看出，我国研究的水基脱模剂，主体材料的选用了不同的材料，包括了石墨、脱膜粉、脂类、蜡和改性硅油等等，其中粉类材料存在着易沉降、易积碳等问题，而脂类和蜡类则存在耐高温性能和脱模能力差等诸多问题。相比而来，有机硅材料具有耐高温、可乳化、表面张力低等优异的特性，是目前比较热门且被业内专家看好的一种主材料，为未来水基压铸脱模剂的主要发展方向，有机硅材料的分子结构设计和乳化技术的突破，是制备水性环保型有机硅压铸脱模剂的关键技术，为此我们提出一种一锅法合成水性有机硅金属压铸脱模剂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种一锅法合成水性有机硅金属压铸脱模剂，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种一锅法合成水性有机硅金属压铸脱模剂，其原料配方按质量比组成如下：羟基封端聚二甲基硅氧烷100份（作为其它成分份数的参照），三官能度烷基硅氧烷5～20份，双官能度烷基硅氧烷8～30份，氨基烷基硅氧烷0.5～2份，非离子表面活性剂15～40份，其余量为去离子水；
具体制备过程如下：
a.将上述组分加入到高速乳化机（搅拌机叶片转速0～5000r/min可调）中，并高速搅拌5～10分钟，使体系混合分散均匀；
b.在1000～3000r/min高速搅拌下，缓慢滴加去离子水，使体系中的端羟基聚二甲基硅氧烷与烷基硅氧烷发生水解缩合反应同时被表面活性剂分散，随着水量的增加，形成W/O乳液体系；
c.在1000～3000r/min高速搅拌下，继续缓慢滴加去离子水，体系的粘度逐渐增大，逐步变成半固体状态的液晶相，然后一边缓慢加水一边将搅拌机转速提高到在2000～4500r/min，将液晶相固体充分剪切以确保所有油相都被分散均匀；
d.将转速调整到1000～3000r/min，并逐步加快去离子水的滴加速度，使液晶相固体逐步软化并转向为天蓝色的O/W乳液体系；当水的滴加量超过整个体系总质量的50%之后，整个反应和乳化制备过程完成，继续导入计量的去离子水即可得到20%～45%不等固含量的有机硅脱模剂乳液。
优选的，所述羟基封端线性聚二甲基硅氧烷的粘度在5万cps以内。
优选的，所述三官能度烷基硅氧烷为甲基三乙氧（或三甲氧）基硅烷、丙基三乙氧（或三甲氧）基硅烷、苯基三乙氧（或三甲氧）基硅烷中的一种或多种的组合物，所用的双官能度烷基硅氧烷为二甲基二乙氧（或二甲氧）基硅烷，所用的氨基烷基硅氧烷γ-氨丙基三甲氧（或三乙氧）基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧（或二甲氧）基硅烷、N-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧（或二乙氧）基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或两者的组合物，其中三官能度烷基硅氧烷起交联作用，双官能团硅氧烷主要作用为将交联节点错开以防止过度交联结块和结垢，四官能硅氧烷会使有机硅脱模剂的脱模能力急剧下降，同时在使用过程中已出现积碳现象，因此原材料中不使用四官能硅氧烷做交联剂，氨基烷基硅氧烷为乳液聚合反应的主要催化剂，同时氨基烷基硅氧烷可以极大地提高硅树脂的可乳化性能，原因是氨基化硅油能电离双电层溶胶；另一方面氨基具有高的反应活性，可以进一步与多种胶粘剂反应，因此脱模后所得制品无需清洗即可进行电镀和贴膜等后处理工艺。
优选的，所述表面活性剂为HLB值介于12～16之间一种或多种聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂的组合物，是为了避免阴阳离子类乳化剂对模具和制品的污染腐蚀问题，增加表面活性剂的使用量，可以有效降低体系的表面张力，提高有机硅树脂在模具上的铺展性，提高工件的表面光滑度，但是过多的乳化剂会造成脱模能力下降。
优选的，所述本发明充分利用端羟基聚二甲基硅氧烷和烷基硅氧烷在氨基烷基硅氧烷自催化作用下，可以在常温水解缩合聚合的特性，同时结合转向乳化法的工艺，采用一锅法制备水性有机硅金属压铸脱模剂乳液，该方法原材料简单易得，所制备的脱模剂乳液体系十分稳定且水性环保，该脱模剂适用于镁合金、铝合金和部分锌合金等金属压铸器件的脱模，具有脱模能力强、表面效果比较好和不积碳等优异的特性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明充分利用了端羟基聚二甲基硅氧烷与烷基硅氧烷在催化剂作用下常温即可水解缩合成三维立体结构的特性，实现了一锅法乳液聚合合成有机硅高分子脱模剂，这是一种全新的制备方法，该方法制备的脱模剂在使用过程中可以在铸件和模具之间形成一种致密的耐高温多分子膜层，从而有效的防止模具与产品的连接，同时具备优良的润滑性能加速金属熔融液的流动性，使金属液能在型腔迅速成型产品，有效地解决了镁合金复杂件和超薄件脱模难、表面效果差、易积碳等诸多问题。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显 然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施 例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性 劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
将原料配方按质量比组成如下：羟基封端聚二甲基硅氧烷100份（作为其它成分份数的参照）；丙基三乙氧基硅氧烷5份；二甲基二乙氧基硅氧烷10份；N-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷0.5份；HLB值介于12～16之间的非离子表面活性剂20份；加入到高速乳化机中，根据权力要求书1所述的方法，通过转向乳化-原位聚合一锅法制备得到35%固含量水性乳液型有机硅镁铝合金脱模剂，外观为天蓝色乳液，pH为8～8.5，比重为0.997，500转离心1小时油水不分离，典型应用实例如下：加水混合稀释后使用，自动喷涂和人工手动喷涂；以手机中板镁铝合金压铸件的脱模为例，使用设备为冷室机和薄件时，用25-35倍水稀释后进行喷雾使用；使用设备为热室机和大件时，用120-150倍水稀释后进行喷雾使用；生产过程不积碳，所得铸件表面光泽度强，不易产生氧化层，不影响产品后续的电镀、抛光和贴标。
实施例2
将原料配方按质量比组成如下：羟基封端聚二甲基硅氧烷100份（作为其它成分份数的参照）；甲基三乙氧基硅氧烷8.5份；二甲基二乙氧基硅氧烷14.5份；N-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷0.8份；HLB值介于12～16之间的非离子表面活性剂35份；加入到高速乳化机中，根据权力要求书1所述的方法，通过转向乳化-原位聚合一锅法制备得到40%固含量水性乳液型有机硅镁铝合金脱模剂，外观为天蓝色乳液，pH为8.5～9，比重为0.996，500转离心1小时油水不分离，典型应用实例如下：加水混合稀释后使用，自动喷涂和人工手动喷涂；以手机中板镁铝合金压铸件的脱模为例，使用设备为冷室机和薄件时，用30-45倍水稀释后进行喷雾使用；使用设备为热室机和大件时，用150-180倍水稀释后进行喷雾使用；生产过程不积碳，所得铸件表面光泽度强，不易产生氧化层，不影响产品后续的电镀、抛光和贴标。
实施例3
将原料配方按质量比组成如下：羟基封端聚二甲基硅氧烷100份（作为其它成分份数的参照）；丙基三甲氧基硅氧烷10份；二甲基二甲氧基硅氧烷8份；γ-氨丙基三甲氧基硅烷0.9份；HLB值介于12～16之间的非离子表面活性剂30份；加入到高速乳化机中，根据权力要求书1所述的方法，通过转向乳化-原位聚合一锅法制备得到30%固含量水性乳液型有机硅镁铝合金脱模剂，外观为天蓝色乳液，pH为8.5～9，比重为0.996，稀释30倍后500转离心1小时油水不分离，典型应用实例如下：加水混合稀释后使用，自动喷涂和人工手动喷涂；以手机中板镁铝合金压铸件的脱模为例，使用设备为冷室机和薄件时，用20-30倍水稀释后进行喷雾使用；使用设备为热室机和大件时，用80-100倍水稀释后进行喷雾使用；生产过程不积碳，所得铸件表面光泽度强，不易产生氧化层，不影响产品后续的电镀、抛光和贴标等工艺。
实施例4
将原料配方按质量比组成如下：羟基封端聚二甲基硅氧烷100份（作为其它成分份数的参照）；丙基三甲氧基硅氧烷15份；二甲基二乙氧基硅氧烷18份；γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷1.2份；HLB值介于12～16之间的非离子表面活性剂40份；加入到高速乳化机中，根据权力要求书1所述的方法，通过转向乳化-原位聚合一锅法制备得到30%固含量水性乳液型有机硅镁铝合金脱模剂，外观为天蓝色乳液，pH为8.5～9，比重为0.996，稀释30倍后500转离心1小时油水不分离，典型应用实例如下：加水混合稀释后使用，自动喷涂和人工手动喷涂；以手机中板镁铝合金压铸件的脱模为例，使用设备为冷室机和薄件时，用20-30倍水稀释后进行喷雾使用；使用设备为热室机和大件时，用80-100倍水稀释后进行喷雾使用；生产过程不积碳，所得铸件表面光泽度强，不易产生氧化层，不影响产品后续的电镀、抛光和贴标等工艺。
实施例5
将原料配方按质量比组成如下：羟基封端聚二甲基硅氧烷100份（作为其它成分份数的参照）；甲基三甲氧基硅氧烷10份；二甲基二乙氧基硅氧烷15份；N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷1.8份；HLB值介于12～16之间的非离子表面活性剂45份；加入到高速乳化机中，根据权力要求书1所述的方法，通过转向乳化-原位聚合一锅法制备得到30%固含量水性乳液型有机硅镁铝合金脱模剂，外观为天蓝色乳液，pH为9-9.5，比重为0.995，稀释30倍后500转离心1小时油水不分离，典型应用实例如下：加水混合稀释后使用，自动喷涂和人工手动喷涂；以手机中板镁铝合金压铸件的脱模为例，使用设备为冷室机和薄件时，用20-30倍水稀释后进行喷雾使用；使用设备为热室机和大件时，用80-100倍水稀释后进行喷雾使用；生产过程不积碳，所得铸件表面光泽度强，不易产生氧化层，不影响产品后续的电镀、抛光和贴标等工艺。
实施例6
将原料配方按质量比组成如下：羟基封端聚二甲基硅氧烷100份（作为其它成分份数的参照）；甲基三乙氧基硅氧烷12份；二甲基二乙氧基硅氧烷18份；N-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷1份；HLB值介于12～16之间的非离子表面活性剂45份；加入到高速乳化机中，根据权力要求书1所述的方法，通过转向乳化-原位聚合一锅法制备得到35%固含量水性乳液型有机硅镁铝合金脱模剂，外观为天蓝色乳液，pH为9～9.5，比重为0.996，稀释30倍后500转离心1小时油水不分离，典型应用实例如下：加水混合稀释后使用，自动喷涂和人工手动喷涂；以手机中板镁铝合金压铸件的脱模为例，使用设备为冷室机和薄件时，用30-35倍水稀释后进行喷雾使用；使用设备为热室机和大件时，用120-150倍水稀释后进行喷雾使用；生产过程不积碳，所得铸件表面光泽度强，不易产生氧化层，不影响产品后续的电镀、抛光和贴标等工艺。
实施例7
将原料配方按质量比组成如下：羟基封端聚二甲基硅氧烷100份（作为其它成分份数的参照）；丙基三乙氧基硅氧烷20份；二甲基二乙氧基硅氧烷30份；N-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷2份；HLB值介于12～16之间的非离子表面活性剂50份；加入到高速乳化机中，根据权力要求书1所述的方法，通过转向乳化-原位聚合一锅法制备得到40%固含量水性乳液型有机硅镁铝合金脱模剂，外观为天蓝色乳液，pH为9.5～10，比重为0.992，稀释30倍后500转离心1小时油水不分离，典型应用实例如下：加水混合稀释后使用，自动喷涂和人工手动喷涂；以手机中板镁铝合金压铸件的脱模为例，使用设备为冷室机和薄件时，用35-40倍水稀释后进行喷雾使用；使用设备为热室机和大件时，用120-150倍水稀释后进行喷雾使用；生产过程不积碳，所得铸件表面光泽度强，不易产生氧化层，不影响产品后续的电镀、抛光和贴标等工艺。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种一锅法合成水性有机硅金属压铸脱模剂，其特征在于：其原料配方按质量比组成如下：羟基封端聚二甲基硅氧烷100份（作为其它成分份数的参照），三官能度烷基硅氧烷5～20份，双官能度烷基硅氧烷8～30份，氨基烷基硅氧烷0.5～2份，非离子表面活性剂15～40份，其余量为去离子水；
具体制备过程如下：
a.将上述组分加入到高速乳化机（搅拌机叶片转速0～5000r/min可调）中，并高速搅拌5～10分钟，使体系混合分散均匀；
b.在1000～3000r/min高速搅拌下，缓慢滴加去离子水，使体系中的端羟基聚二甲基硅氧烷与烷基硅氧烷发生水解缩合反应同时被表面活性剂分散，随着水量的增加，形成W/O乳液体系；
c.在1000～3000r/min高速搅拌下，继续缓慢滴加去离子水，体系的粘度逐渐增大，逐步变成半固体状态的液晶相，然后一边缓慢加水一边将搅拌机转速提高到在2000～4500r/min，将液晶相固体充分剪切以确保所有油相都被分散均匀；
d.将转速调整到1000～3000r/min，并逐步加快去离子水的滴加速度，使液晶相固体逐步软化并转向为天蓝色的O/W乳液体系；当水的滴加量超过整个体系总质量的50%之后，整个反应和乳化制备过程完成，继续导入计量的去离子水即可得到20%～45%不等固含量的有机硅脱模剂乳液。
2.根据权利要求1所述的一种一锅法合成水性有机硅金属压铸脱模剂，其特征在于：所述羟基封端线性聚二甲基硅氧烷的粘度在5万cps以内。
3.根据权利要求1所述的一种一锅法合成水性有机硅金属压铸脱模剂，其特征在于：所述三官能度烷基硅氧烷为甲基三乙氧（或三甲氧）基硅烷、丙基三乙氧（或三甲氧）基硅烷、苯基三乙氧（或三甲氧）基硅烷中的一种或多种的组合物，所用的双官能度烷基硅氧烷为二甲基二乙氧（或二甲氧）基硅烷，所用的氨基烷基硅氧烷γ-氨丙基三甲氧（或三乙氧）基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧（或二甲氧）基硅烷、N-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧（或二乙氧）基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或两者的组合物。
4.根据权利要求1所述的一种一锅法合成水性有机硅金属压铸脱模剂，其特征在于：所述表面活性剂为HLB值介于12～16之间一种或多种聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂的组合物。
5.根据权利要求1所述的一种一锅法合成水性有机硅金属压铸脱模剂，其特征在于：所述本发明充分利用端羟基聚二甲基硅氧烷和烷基硅氧烷在氨基烷基硅氧烷自催化作用下，可以在常温水解缩合聚合的特性，同时结合转向乳化法的工艺，采用一锅法制备水性有机硅金属压铸脱模剂乳液，该方法原材料简单易得，所制备的脱模剂乳液体系十分稳定且水性环保，该脱模剂适用于镁合金、铝合金和部分锌合金等金属压铸器件的脱模，具有脱模能力强、表面效果好和不积碳等优异的特性。
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2020
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