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
2、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：TG659；TQ330.1文献标识码：BDOI：10.12147/ki.1671-3508.2022.010.017FormulationDesignandOptimizationofWater-BasedDie&MoldCleanerLiu Mingdong（Shanghai Xihe Fine Chemical Co.,Ltd.,Shanghai 201620，CHN）【Abstract】The residual dirt
3、 on the die&mold surface will be oxidized in the high temperatureheating process and the solidified film and dirt spots will be formed on the mold surface,whichrequires regular cleaning for the die&mold.In order to obtain an environment-friendlywater-based die&mold cleaner,the influence of several r
4、aw materials on the cleaning effect ofsilicone oil,paraffin,mineral oil and rubber was analyzed by orthogonal test and single factortest,the formulation of the water-based detergent was determined as fatty acid methyl esterethoxylated FMEE 6%,CETSA 5%,200#solvent oil 3%,PAS-80 4%,mixed solvent A 4%,
5、fatty acid methyl ester dipropionate sodium 6%,sodium metasilicate 3%,sodium hydroxide 5%,triethanolamine 1%,hexamethylenetetramine 1%,fungicide 0.5%,and pure water 61.5%.Key words:mold;water-based die&mold cleaner;carboxyethyl thiosuccinic acid;formulation1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
6、期使用过程中,不可避免地在表面沾污各种类型污垢,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
7、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M400，工业级，上海喜赫精细化工有限公司；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18020055mm，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；EX202型电子天平，厦门莱斯德实验室仪器有限公司。2.2模拟
8、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2h，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m0，称取约1g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30min，取出不锈钢试片室温湿平衡24h后准确称量，记为m1。（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。将清洗后的不锈钢试片晾干后称重记为m2，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m3，放入溶剂中室温静置6h后，取出橡胶，热风烘干后，准确称量，记为m4，计算橡胶溶解率。（4）模具清洗。使用过沾有各种污垢的
9、模具，清水冲洗后烘干，准确称量质量记为m5，放入模具清洗剂的工作液中，温度保持90，超声波浸泡20min后，清水冲洗干净，热风烘干后准确称量，记为m6，计算模具的清洗率。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
10、。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
11、验测试不同组合的清洗效果，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）PAS80246项目123456789（A）222444666（B）246246246（C）246462624（D）246624462硅油清洗/%43.7345.3548.1949.6149.6050.7549.3251.5552.10矿物油清洗/%77.9180.2083.55
12、78.9381.3979.1481.7680.2281.75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
13、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，
14、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。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，在清洗过程中可
15、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6g/L、5g/L、3g/L、4g/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
16、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6h橡胶溶解率为45.68%，乙酸丁酯对树脂的溶解性能优异，6h树脂溶解率为51.55%，二甲基乙酰胺对聚氨酯溶解效果好，6h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111复配后制得混合溶剂A，作为洗模水的溶剂组分。项目清洗率（硅油）清洗率（矿物油）清洗率（石蜡）均值1均值2均值3极差
17、均值1均值2均值3极差均值1均值2均值3极差A45.75749.98750.9905.23380.55379.82081.2431.42356.10057.51758.9102.810B47.55348.83350.3472.79479.53380.60381.4801.94756.13057.19759.2003.070C48.57749.02049.0370.36079.09080.29382.2333.14357.88057.02057.6270.860D48.47748.47349.7831.31080.35080.36780.9000.55056.91757.78057.8300.9
18、13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6g/L、5g/L、3g/L、4g/L
19、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2.5g/L，清洗率提升不明显；对于树脂模具，当溶剂A用量超过4.5g/L，清洗率提升幅度变缓；对于橡胶模具，当溶剂A用量超过2.5g/L，清洗率几乎没有变化。最终确定溶剂A的最佳用量为4g/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
20、率的影响表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111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
21、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）：52532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：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）:744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）：38425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）:57596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）：44477徐
22、铭勋.脂肪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）：30328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）：34399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）：434710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）：3740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0.51.52.53.54.55.56.57.5模具制造技术65
