水基洗模水的配方设计与优化_刘明东.pdf

1、 模具制造 2022 年第 10 期水 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

2、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 FMEE 6%、羧 乙 基 硫 代 丁 二 酸 CETSA 5%、200#溶剂 油 3%、伯烷 基磺 酸钠 PAS-80 4%、混合 溶剂 A 4%、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：TG 659；TQ 330.1 文献标识码：

3、B：10.12147/ki.1671-3508.2022.010.017FormulationDesignandOptimizationofWater-BasedDie&MoldCleanerLiu Mingdong（Shanghai Xihe Fine Chemica l Co.,Ltd.,Shanghai 201620，CHN）【Abstract】The resi dual dirt on the die&mold surfa ce will be oxidize d in the high temper atureheating proces s and the solidif ied

4、film and dirt spots will be form ed on the mold surfa ce,whichrequir es regula r cleaning for the die&mold.In order to obtain an enviro nment-f riendlywater-based die&mold cleaner,the influence of sever al raw mater ials on the cleaning effect ofsilico ne oil,paraff in,miner al oil and rubber was an

5、alyze d by orthog onal test and single factortest,the form ulation of the water-based deterg ent was determ ined as fatty acid methyl esterethoxyla ted FMEE 6%,CETSA 5%,200#solvent oil 3%,PAS-80 4%,mixed solvent A 4%,fatty acid methyl ester dipropio nate sodium 6%,sodium metas ilicate 3%,sodium hydr

6、oxi de 5%,triet hanolami ne 1%,hexamet hylenetet rami ne 1%,fungicide 0.5%,and pure water 61.5%.Keywords:mold;water-based die&mold cleaner;carbox yethyl thiosucc inic acid;form ulation1 引言轮 胎、树 脂 镜 片、塑 料、聚 氨 酯 制 品 在 生 产 过 程中，需 要 使 用 模 具 进 行 成 型 加 工。模 具 在 长 期 使 用 过程 中,不 可 避 免 地 在 表 面 沾 污 各 种 类 型 污 垢,

7、被 污 染 的模 具 如 果 不 能 及 时 清 理 干 净 会 影 响 后 续 制 品 的 外 观平 整 度、尺 寸 的 精 度，而 且 还 会 导 致 沾 膜，制 品 脱 模 不彻底等问题 1。为 了 提 高 生 产 效 率 与 质 量，需 要 对 模 具 的 定 期 的清 洗。模 具 表 面 以 及 沟 槽 内 的 主 要 污 染 物 是 融 化 的原 料，包 括 树 脂、塑 料、橡 胶 等，以 及 残 留 的 脱 模 剂 成分 如 氨 基 硅 油、蜡、矿 物 油 等 2。为 了 获 得 一 种 通 用 型水 基 洗 模 水，以 对 矿 物 油 脂 和 蜡 去 除 能 力 较 强 的 脂

8、 肪酸甲酯乙氧基化物 FMEE、羧乙基硫代丁二酸 CETSA、200#溶 剂 油、伯 烷 基 磺 酸 钠 PAS-80 为 模 具 清 洗 剂 的主 要 成 分，并 复 配 对 橡 胶、树 脂、聚 氨 酯 溶 解 力 较 强 溶剂，最终获得性能优异的水基洗模水。模具制造技术 62 模具制造 2022 年第 10 期2 实验2.1 主要试剂与仪器试 剂 与 材 料：环 氧 丙 烷 封 端 脂 肪 酸 甲 酯 聚 氧 乙 烯醚 FMEE、羧 乙 基 硫 代 丁 二 酸 CETSA、伯 烷 基 磺 酸 钠PAS-80、脂 肪 酸 甲 酯 二 丙 酸 钠 M 400，工 业 级，上 海 喜赫 精 细

9、化 工 有 限 公 司；200#溶 剂 油，工 业 级，镇 海 石 化工 程 股 份 有 限 公 司；碳 酸 二 甲 酯、环 己 酮、乙 酸 丁 酯、吡 咯 烷 酮、N，N 二 甲 基 乙 酰 胺，分 析 级，上 海 清 奈 实 业有 限 公 司；304 不 锈 钢 片，规 格 180 200 55 mm，昆 山创兴五金制品有限公司。仪 器：RHBX 型 金 属 摆 洗 机，东 莞 市 精 工 仪 器 有限 公 司；ED-400 型 电 热 恒 温 干 燥 箱，连 云 港 鸿 科 电器 制 造 有 限 公 司；EX 202 型 电 子 天 平，厦 门 莱 斯 德 实验室仪器有限公司。2.2 模

10、拟模具的清洗试验（1）污垢试片的制备。将 不 锈 钢 试 片 在 石 油 醚 中 浸 泡 2 h，取 出 后 用 酒 精擦 洗 干 净，吹 风 机 吹 干 后 准 确 称 量 不 锈 钢 试 片 的 重 量为 m 0，称 取 约 1 g 氨 基 硅 油、润 滑 油、石 蜡，均 匀 涂 抹 于不 锈 钢 试 片，干 燥 箱 160 烘 干 30 min，取 出 不 锈 钢 试片室温湿平衡 24 h 后准确称量，记为 m 1。（2）污垢试片的清洗。将 自 制 沾 有 不 同 类 型 污 垢 的 不 锈 钢 试 片 悬 挂 浸入 温 度 为 90 的 清 洗 工 作 液 中，摆 动 20 次。将 清

11、 洗后 的 不 锈 钢 试 片 晾 干 后 称 重 记 为 m 2，并 计 算 污 垢 清洗 率。（3）橡胶溶解率。准 确 称 量 轮 胎 橡 胶，质 量 记 为 m 3，放 入 溶 剂 中 室温 静 置 6 h 后，取 出 橡 胶，热 风 烘 干 后，准 确 称 量，记 为m 4，计算橡胶溶解率。（4）模具清洗。使 用 过 沾 有 各 种 污 垢 的 模 具，清 水 冲 洗 后 烘 干，准 确 称 量 质 量 记 为 m 5，放 入 模 具 清 洗 剂 的 工 作 液 中，温 度 保 持 90，超 声 波 浸 泡 20 min 后，清 水 冲 洗 干 净，热风烘干后准确称量，记为 m 6，计

12、算模具的清洗率。3 结果与讨论3.1 正交实验的设计模 具 残 留 的 污 垢 大 部 分 是 脱 模 剂，主 要 成 分 为 氨基 硅 油、石 蜡 和 矿 物 油，降 温 后 粘 附 在 模 具 表 面 形 成老 化 的 氧 化 膜，难 以 清 洗。另 外 在 脱 模 过 程 中，一 些橡 胶、树 脂、聚 氨 酯 等 原 料 也 会 在 高 温 定 型 过 程 粘 附在 模 具 表 面 3。环 氧 丙 烷 封 端 脂 肪 酸 甲 酯 乙 氧 基 化 物FMEE 对 氨 基 硅 油 有 较 强 的 降 粘 与 乳 化 作 用，FMEE具 有 多 个 亲 油 基 团，HLB 值 为 12.5，有

13、 利 于 降 低 硅 油的 界 面 能，将 硅 油 乳 化 为 亲 水 的 水 包 油 乳 液，从 而 使硅 油 更 容 易 脱 离 模 具 表 面 4。羧 乙 基 硫 代 丁 二 酸CETSA 具 有 硫 基，有 类 似 于 二 硫 化 碳 的 结 构，极 性 与带 支 链 的 长 链 烷 烃 相 似，对 石 蜡 软 化 效 果 明 显，溶 蜡速 率 快，对 蜡 去 除 效 果 理 想 5。200#溶 剂 油 沸 点 高，使用 安 全，主 要 成 分 是 类 似 于 矿 物 油 的 芳 烃 和 环 烷 烃，不 仅 在 低 温 条 件 下 对 矿 物 油 清 洗 性 能 好，对 橡 胶、树脂

14、也 有 很 好 的 溶 解 作 用 6。伯 烷 基 磺 酸 钠 PAS，分 子量 小，渗 透 力 强，可 以 渗 透 入 污 垢 与 模 具 的 表 面，降 低其 表 面 张 力，减 弱 污 垢 与 模 具 表 面 的 结 合 力，对 于 沟槽 角 落、缝 隙 处 污 垢 去 除 效 果 明 显。选 择 以 环 氧 丙 烷封 端 FMEE、羧 乙 基 硫 代 丁 二 酸 CETSA、200#溶 剂 油、伯 烷 基 磺 酸 钠 PAS-80 为 模 具 清 洗 剂 的 主 要 成 分，确定 了 正 交 试 验 因 素 水 平 如 表 1 所 示，按 照 上 面 清 洗 试验 测 试 不 同 组

15、合 的 清 洗 效 果，各 因 素 的 极 差 分 析 如 表2、表 3 所示。表 1 正交试验因素水平表表 2 正交实验结果3.2 各因素对硅油清洗率的影 响由 表 3 可 知，对 硅 油 清 洗 率 的 影 响 因 素 排 序 为 环氧 丙 烷 封 端 FMEE 羧 乙 基 硫 代 丁 二 酸 CETSA 伯 烷水平123用量/g L-1（A）FMEE246（B）CETSA1246（C）200#溶剂油246（D）PAS 80246项目123456789（A）222444666（B）246246246（C）246462624（D）246624462硅油清洗/%43.7345.3548.194

16、9.6149.6050.7549.3251.5552.10矿物油清洗/%77.9180.2083.5578.9381.3979.1481.7680.2281.75石蜡清洗/%54.5055.5758.2355.9756.7359.8557.9259.2959.52 模具制造技术 63 模具制造 2022 年第 10 期基 磺 酸 钠 200#溶 剂 油。硅 油 具 有 较 高 的 表 面 活 性，对 金 属 表 面 的 吸 附 力 较 强，同 时 硅 油 具 有 较 高 的 化 学稳 定 性，因 此，模 具 表 面 残 留 的 硅 油 难 以 清 除，一 般 具有 较 强 分 散 力 的 表

17、面 活 性 剂 对 硅 油 有 明 显 的 剥 离 和清 洗 效 果。环 氧 丙 烷 封 端 FMEE 分 子 结 构 中，具 有 交互 存 在 的 环 氧 丙 烷 与 环 氧 乙 烷 结 构，形 成 立 体 的 空 间结 构，从 而 提 高 了 FMEE 的 分 散 性 能，分 散 性 能 优 异的 FMEE 对 硅 油 的 清 洗 影 响 程 度 最 大 7。羧 乙 基 硫 代丁 二 酸 CETS 具 有 较 强 的 乳 化 作 用，有 利 于 硅 油 的 乳化，可 以 将 模 具 表 面 剥 离 下 来 的 硅 油 乳 化 在 工 作 液中，因 此，对 硅 油 的 清 洗 影 响 也 较

18、 明 显。伯 烷 基 磺 酸钠 和 200#溶 剂 油 分 散 和 乳 化 力 都 较 弱，对 硅 油 的 清 洗影响不明显。表 3 正交试验极差分析3.3 各因素对矿物油清洗率的影响由 表 3 可 知，对 矿 物 油 清 洗 率 的 影 响 因 素 排 序 为200#溶 剂 油 羧 乙 基 硫 代 丁 二 酸 CETSA 环 氧 丙 烷 封端 FMEE 伯 烷 基 磺 酸 钠。一 般 脱 模 剂 用到 的矿 物油主 要 成 分 是 沸 点 高、粘 度 低 的 直 链 烷 烃，在 高 温 加 工过 程 中，容 易 发 生 热 氧 化 在 模 具 表 面 形 成 坚 硬 的 固 化膜，200#溶

19、 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#溶剂 油 可 以 高 效 溶 解 被 氧 化 的 矿 物 油，因 此 对 矿 物 油 的清 洗 影 响 程 度 最 大。CETSA 乳 化 力 好 于 FMEE 与 伯烷 基 磺 酸 钠，可 以 沿 着 矿 物 油 膜 表 面 的 裂 缝 进 入 油 膜与 模 具 的 结 合 面，通 过 乳 化 力 降 低 矿 物 油 在 模 具 表 面的 附 着 力 8，对 矿 物 油 的 清 洗 影 响 也 较 大，FMEE 和 伯烷基磺酸钠对矿物油的清洗影响较小

20、。3.4 各因素对去石蜡清洗率的影响由 表 3 可 知，对 石 蜡 清 洗 率 的 影 响 因 素 排 序 为 羧乙 基 硫 代 丁 二 酸 CETSA 环 氧 丙 烷 封 端 FMEE 伯 烷基 磺 酸 钠 200#溶 剂 油。石 蜡 价 格 低 廉，高 温 条 件 下化 学 稳 定 性 高，在 硬 表 面 容 易 成 膜，覆 盖 性 高，适 用 于定 型 后 的 脱 模 使 用，但 是 石 蜡 类 脱 模 剂 难 以 清 洗，特别 是 形 成 的 蜡 斑 很 难 清 洗 彻 底。羧 乙 基 硫 代 丁 二 酸CETSA 是 专 门 用 于 乳 化 石 蜡 的 乳 化 剂，在 清 洗 过 程

21、 中可 以 软 化 蜡 斑，将 蜡 垢 乳 化 为 水 包 油（O/W）型 分 散 体系 的 乳 液，易 于 脱 离 模 具 表 面 9。环 氧 丙 烷 封 端 FMEE具 有 十 八 碳 的 脂 肪 酸 结 构，极 性 强，在 工 作 液 中 与 蜡分 子 形 成 空 间 阻 碍，防 止 蜡 分 子 相 互 聚 集，使 蜡 质 更均匀的分散在清洗工作液中 10。根 据 正 交 实 验 各 因 素 对 硅 油、矿 物 油、石 蜡 清 洗的 影 响 因 素，并 参 考 对 硅 油、矿 物 油、石 蜡 清 洗 效 果 较好 的 8 号 和 9 号 实 验，将 环 氧 丙 烷 封 端 FMEE、羧

22、乙 基硫 代 丁 二 酸 CETSA、200#溶 剂 油、伯 烷 基 磺 酸 钠PAS-80 四 种 原 料 的 用 量 分 别 为 6 g/L、5 g/L、3 g/L、4 g/L作为洗模水的最佳配比。3.5 溶剂对橡胶的溶解速率制 品 在 模 具 成 型 过 程 中，会 有 少 量 的 原 料 如 橡胶、聚 氨 酯、树 脂 等 原 料 粘 附 在 模 具 表 面，为 了 更 有 效的 清 洗 粘 附 在 模 具 表 面 沾 附 的 原 料，按 照 实 验 2.2，筛选 出 溶 解 橡 胶、聚 氨 酯、树 脂 效 果 较 好 的 高 沸 点 溶 剂并 复 配 为 溶 剂 A。不 同 类 型 的

23、 溶 剂 溶 解 橡 胶、聚 氨酯、树脂的效果如表 4 所示。表 4 不同溶剂溶解橡胶的速率通过表 4 可知，环己酮对橡胶溶解效果最好，环己酮 6 h 橡 胶 溶 解 率 为 45.68%，乙 酸 丁 酯 对 树 脂 的 溶 解性 能 优 异，6 h 树 脂 溶 解 率 为 51.55%，二 甲 基 乙 酰 胺 对聚 氨 酯 溶 解 效 果 好，6 h 聚 氨 酯 溶 解 率 为 29.19%，为 了适 应 通 用 型 洗 模 水 的 配 方，将 环 已 酮、乙 酸 丁 酯、二 甲基 乙 酰 胺 按 照 质 量 比 1 1 1 复 配 后 制 得 混 合 溶 剂 A，作为洗模水的溶剂组分。项目

24、清洗率（硅油）清洗率（矿物油）清洗率（石蜡）均值 1均值 2均值 3极差均值 1均值 2均值 3极差均值 1均值 2均值 3极差A45.75749.98750.9905.23380.55379.82081.2431.42356.10057.51758.9102.810B47.55348.83350.3472.79479.53380.60381.4801.94756.13057.19759.2003.070C48.57749.02049.0370.36079.09080.29382.2333.14357.88057.02057.6270.860D48.47748.47349.7831.31080

25、.35080.36780.9000.55056.91757.78057.8300.913溶剂沸点/橡胶溶解率/%树脂溶解率/%聚氨酯溶解率/%丙二醇甲醚12028.5230.1722.64乙二醇丁醚17123.7923.9521.20碳酸二甲酯9033.0437.0327.16乙酸丁酯12642.7351.5524.38环已酮15545.6838.2917.15二甲基乙酰胺15237.1047.0629.19吡咯烷酮20231.5232.7915.62 模具制造技术 64 模具制造 2022 年第 10 期3.6 溶剂 A 的用量对模具清洗效果的影响将 环 氧 丙 烷 封 端 FMEE、羧 乙

26、 基 硫 代 丁 二 酸CETSA、200#溶 剂 油、伯 烷 基 磺 酸 钠 PAS-8 等 4 种 原 料分 别 以 6 g/L、5 g/L、3 g/L、4 g/L 的 用 量 配 制 成 模 具 清 洗 工作液，添 加 不同 质量 的 溶 剂 A，按 照 2.2 试 样 方 法，测 试用 于 生 产 橡 胶、树 脂 和 聚 氨 酯 3 种 模 具 的 清 洗 效 果。由 图 1 可 知，随 着 溶 剂 A 用 量 增 加，3 种 模 具 的 清洗 率 相 应 提 高，对 于 聚 氨 酯 模 具，当 溶 剂 A 用 量 超 过2.5 g/L，清 洗 率 提 升 不 明 显；对 于 树 脂

27、模 具，当 溶 剂 A用 量 超 过 4.5 g/L，清 洗 率 提 升 幅 度 变 缓；对 于 橡 胶 模具，当 溶 剂 A 用 量 超 过 2.5 g/L，清 洗 率 几 乎 没 有 变 化。最 终 确 定 溶 剂 A 的 最 佳 用 量 为 4 g/L，根 据 几 种 原 料 在工 作 液 中 的 用 量，确 定 了 通 用 型 水 基 洗 模 水 的 配 方，并 且 为 了 适 用 于 强 碱 性 的 清 洗 工 艺，通 过 复 配 耐 碱 提升 剂 脂 肪 酸 甲 酯 二 丙 酸 钠 提 高 了 洗 模 水 的 耐 碱 性，清洗剂配方如表 5 所示。图 1 溶剂 A 的用量对清洁率的

28、影响表 5 模具清洗剂配方4 结论（1）PO 封 端 脂 肪 酸 甲 酯 乙 氧 基 化 物 FMEE 对 硅 油的 清 洗 效 果 影 响 最 明 显，羧 乙 基 硫 代 丁 二 酸 CETSA 对石 蜡 有 很 好 的 软 化 与 清 洗 作 用，200#溶 剂 油 对 矿 物 油的清洗效果较好。（2）为 了 适 应 通 用 型 洗 模 水 的 配 方，将 环 已 酮、乙酸丁酯、二甲基乙酰胺按照质量比 1 1 1 复配后制得混合 溶 剂 A，作 为 洗 模 水 的 溶 剂 组 分，能 快 速 的 溶 解、软化不同类型的高分子聚合物。（3）最 终 确 定 的 洗 模 水 配 方 为 脂 肪

29、酸 甲 酯 乙 氧 基化 物 FMEE 6%、羧 乙 基 硫 代 丁 二 酸 CETSA 5%、200#溶 剂 油 3%、伯 烷 基 磺 酸 钠 PAS-80 4%、溶 剂 A 4%、脂 肪 酸 甲 酯 二 丙 酸 钠 6%、偏 硅 酸 钠 3%、氢 氧 化 钠3%、三 乙 醇 胺 1%、六 亚 甲 基 四 胺 1%、杀 菌 剂 0.5%、纯水 62.5%。参 考 文 献 1 赵 小 军.模 具 加 工 设 备 保 养 的 探 讨 J.模 具 制 造，2007，（11）：52 53 2 尹 秀 招.一 种 高 折 射 率 光 学 树 脂 单 体 的 合 成 及 模 具 清 洗 剂的制备D.上海

30、：上海师范大学，2019.3 蒋 忠 新，江 国 防.精 密 模 具 清 洗 剂 的 制 备 J.今 日 科 苑，2010，（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.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 中的应用J.针织工业，2013，（3）：44 47 7 徐 铭 勋.脂 肪

31、酸 甲 酯 乙 氧 基 化 物 及 其 磺 酸 盐 的 生 产 技 术 与应用J.化学工业，2012，（30）：30 32 8 唐 安 喜.二 元 催 化 剂 在 脂 肪 酸 甲 酯 乙 氧 基 化 物 FMEE 合 成中的应用J.中国洗涤用品工业，2022，（2）：34 39 9 李 海 洋，刘 满 辉.羧 乙 基 硫 代 丁 二 酸 的 合 成 以 及 在 酸 性 皂洗工艺中的应用J.国际纺织导报，2012，40（7）：43 47 10 贾 路 航.表 面 活 性 剂 的 复 配 及 其 在 除 油 清 洗 中 的 应 用 J.安徽化工，2013，39，（6）：37 40作 者 简 介：刘 明 东，男，1986 年 生，上 海 人，硕 士 学历，主要从事工业清洗剂的研发与应用。（收稿日期：2022-07-28）类别主要表面活性剂主要表面活性剂渗透剂溶剂溶剂耐碱提升剂碱剂碱剂杀菌剂模具缓蚀剂模具缓蚀剂其它名称环氧丙烷封端 FMEE羧乙基硫代丁二酸 CETSA喜赫伯烷基磺酸 PAS-80200#溶剂油溶剂 A肪酸甲酯二丙酸钠偏硅酸钠氢氧化钠BIT三乙醇胺六亚甲基四胺纯净水配方比例/%654346350.51161.590858075706560清洁率%橡胶聚氨酯树脂0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 6.5 7.5 模具制造技术 65