柯余良

（科之杰新材料集團(tuán)有限公司，福建 廈門 361100）

綠色環(huán)保型水性脫模劑的研制與應(yīng)用

柯余良

（科之杰新材料集團(tuán)有限公司，福建 廈門 361100）

以植物油和聚醚多元醇單體為主要原料，在乳化劑作用下制備水性乳液脫模劑。初步探討了乳化劑種類及其用量、稀釋倍數(shù)等對脫模劑穩(wěn)定性和脫模效果的影響。結(jié)果表明：選用Span80+PEG600復(fù)配作為乳化劑，在乳化劑用量為3%、乳化時間60 min、攪拌速度1200 r/min的條件下制備的20%植物油乳液的貯存穩(wěn)定性最佳。該脫模劑對鋼模不產(chǎn)生銹蝕，脫模效果好，混凝土試件表面光滑平整，混凝土粘附量??；當(dāng)稀釋倍數(shù)為4時，混凝土粘附量為4.5 g/m2，符合JC/T 949—2005《混凝土制品用脫模劑》標(biāo)準(zhǔn)要求。

脫模劑；植物油；水溶性；粘附量

0 前言

在混凝土工程施工中，混凝土構(gòu)件表面經(jīng)常出現(xiàn)蜂窩麻面、缺角、露筋等質(zhì)量缺陷，其抗氧化、風(fēng)化程度低。不僅影響混凝土的表觀效果，嚴(yán)重時還會影響混凝土的內(nèi)在質(zhì)量及耐久性等。為解決這些問題，施工單位對混凝土表面進(jìn)行二次處理，但又容易掉皮脫落，未能根本上提高混凝土的質(zhì)量[1]。隨著混凝土新技術(shù)、新工藝的發(fā)展，對混凝土表面的裝飾效果要求越來越高。脫模劑的使用，可以減少甚至避免混凝土構(gòu)件表面的上述諸多問題，提高構(gòu)件表面的質(zhì)量等級。

縱觀國內(nèi)外市場中混凝土脫模劑產(chǎn)品，絕大多數(shù)產(chǎn)品的原材料來源于機(jī)油、柴油、潤滑油、石蠟、油漆等物質(zhì)，而這些物質(zhì)幾乎都屬于石油工業(yè)產(chǎn)品，均從屬于不可再生資源的石油中制取提煉的[2]。而人類社會的發(fā)展造成混凝土脫模劑的市場需求越來越大，因而，綠色環(huán)保型脫模劑的開發(fā)研究就顯得更為重要。植物油如椰子油、棕櫚油等，在我國產(chǎn)量豐富，價格相對便宜，是一類無毒、無污染、無刺激氣味的物質(zhì)，因其自身的成膜潤滑性，具有較好的脫模效果，并且植物油本身可以防銹，可以有效地保護(hù)模板。乳液型脫模劑因其易噴涂性、安全性，也逐漸成為脫模劑開發(fā)的一個熱點(diǎn)[3]。乳液型脫模劑中通常不包含有機(jī)溶劑，因而不易燃，對人體和環(huán)境無危害，是環(huán)境友好型的綠色脫模劑。鑒于植物油作為脫模劑原材料的優(yōu)勢以及乳液型脫模劑的優(yōu)點(diǎn)，我們考慮將植物油乳化制備植物油乳液脫模劑。采用乳化技術(shù)，不僅降低了成本，而且控制了涂覆于模板的油膜的厚度，使混凝土表面獲得更好的質(zhì)量等級。因此，研究用植物油制備環(huán)保型植物油基混凝土脫模劑具有重要意義。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料及儀器設(shè)備

1.1.1 主要原材料

（1）合成用原材料

植物油，濟(jì)南良豐貿(mào)易有限公司；固體石蠟，濟(jì)南潤輝化工有限公司；聚醚多元醇、Span-80、Span-60、Tween-80、Tween-60、OP-10、PEG-400、PEG-600、十二烷基苯磺酸鈉（SDBS），江蘇省海安石油化工廠；羧甲基纖維素鈉，濟(jì)南順源化工有限公司；苯甲酸鈉，廣州市榕晟化工有限公司；防腐劑，常州市潤洋化工有限公司。以上原材料均為工業(yè)級。

（2）試驗(yàn)材料

水泥：華潤牌P·O42.5水泥，其主要性能指標(biāo)見表1；砂：河砂，細(xì)度模數(shù)為2.6～2.9，含泥量小于1%；石：公稱粒徑5～31.5 mm連續(xù)級配碎石；水：自來水，符合JGJ 63—2006《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的拌合用水要求。

表1 水泥的主要性能指標(biāo)

1.1.2 主要儀器設(shè)備

電爐，F(xiàn)D-2，廈門綠茵試劑玻儀有限公司；電子節(jié)能控溫儀，ZNHW-Ⅱ型，鞏義市予華儀器有限公司；增力電動攪拌器JJ-1，金壇市新航儀器有限公司；混凝土試驗(yàn)用攪拌機(jī)，HJW-60，無錫建儀儀器機(jī)械有限公司；電子天平，JJ1000，福州科迪電子技術(shù)有限公司；真空干燥箱，DZ系列，天津市泰斯特儀器有限公司；高速乳化機(jī)，RHG，溫州富瑞康機(jī)械科技有限公司。

1.2 植物油乳液脫模劑的制備

植物油乳液脫模劑以植物油和聚醚多元醇為原料，水為分散體系，包含乳化劑、穩(wěn)定劑、防銹劑、防腐劑等。具體制備步驟如下：

（1）預(yù)乳化：將稱量好的植物油和聚醚多元醇倒入四口燒瓶中，開啟攪拌器，緩慢地加入油溶性乳化劑，至乳化劑完全分散于植物油中。

（2）乳液形成：在高速分散攪拌下，將溶有水溶性乳化劑、穩(wěn)定劑、乳化助劑的乳化水緩慢加入至預(yù)乳化體系中，直至乳液轉(zhuǎn)相，維持?jǐn)嚢?0 min，然后加入剩余的乳化水，提高轉(zhuǎn)速，攪拌30 min，最后加入防腐劑和阻銹劑，即得到植物油乳液脫模劑ZR-1。

1.3 性能測試方法

脫模劑穩(wěn)定性：按GB/T 11543—2008《表面活性劑 中、高粘度乳液的特性測試及其乳化能力的評價方法》進(jìn)行測試。

脫模劑施工性能：按JC/T 949—2005《混凝土制品用脫模劑》進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同混凝土脫模劑對工人身體健康和安全的影響

本文對比了幾種常見的混凝土脫模劑，包括機(jī)油、礦物油基脫模劑、植物油基脫模劑對工人身體健康和安全的影響，結(jié)果見表2。

表2 不同混凝土脫模劑對工人身體健康和安全的影響

從表2可以看出，植物油基脫模劑對工人的身體健康和安全具有一定的優(yōu)越性，當(dāng)機(jī)油和礦物油脫模劑放出的揮發(fā)性物質(zhì)被人體吸收后，會損害人的神經(jīng)系統(tǒng)，而植物油基脫模劑則不會。其次，機(jī)油和礦物油基脫模劑不僅會污染工人的衣物，而且會在混凝土表面造成污染，影響下一步的施工。另外，機(jī)油和礦物油都是可燃性的，有引起爆炸的危險，而植物油乳液的可燃性很小，甚至不可燃。降低了對工人的安全威脅。

2.2 不同乳化劑對脫模劑穩(wěn)定性的影響

穩(wěn)定性是脫模劑乳液的一項(xiàng)重要指標(biāo)，穩(wěn)定性差的脫模劑涂覆于模板后會造成成膜厚度不均，會嚴(yán)重影響脫模效果，造成混凝土試件表面缺陷。

植物油乳液制備的關(guān)鍵在于乳化劑的選擇，每種乳化劑都具有不同的親水親油平衡值（HLB值）。若制備穩(wěn)定的乳液，要使所選的一種或多種乳化劑的HLB值盡量與被乳化的物質(zhì)相等或接近，才能達(dá)到最好的效果。植物油的HLB值約為9，實(shí)驗(yàn)分別選擇表面活性劑Span-80、Span-60、OP-10、Tween-80、Tween-60、SDBS、PEG-600等作為乳化劑，植物油含量為20%，在乳化劑用量為3%，乳化時間60 min，攪拌速度1200 r/min的條件下制得植物油乳液。取產(chǎn)品稀釋至使用濃度的稀釋液25 mL，注入比色管中，在5～40℃環(huán)境下靜置24 h，觀察其在自然光照下是否均勻，有無明顯分層現(xiàn)象。不同乳化劑對乳液穩(wěn)定性的影響如表3所示。

由表3可知，乳化劑的HLB值與被乳化的物質(zhì)相差較多，則乳化效果較差，在乳化劑的HLB值與被測乳化的物質(zhì)相近時，Span80+PEG-600的組合效果最好，乳液體系均勻，不分層；而Span60+SDBS有極少分層；其它的組合穩(wěn)定性較差。這是因?yàn)殛庪x子表面活性劑在水中電離產(chǎn)生電荷，使得乳液中微小油滴帶有相同的電荷，通過靜電作用，防止液滴的凝聚，有利于乳液穩(wěn)定。

表3 不同乳化劑對乳液穩(wěn)定性的影響

2.3 乳化劑用量對脫模劑乳液穩(wěn)定性的影響

當(dāng)表面活性劑作為乳化劑時，其在界面上形成吸附膜的強(qiáng)度與表面活性劑的濃度有關(guān)，因此，足量的乳化劑才能保證較好的乳化效果。乳化劑通常采用必不可少的最低用量原則，乳化劑用量直接影響乳化效果及技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。將乳化劑Span80+PEG-600分別按植物油用量的1%、2%、3%、4%和5%加入植物油中，其它條件不變，將制備的乳液稀釋至使用濃度，取稀釋液25 mL注入比色管中，在5～40℃環(huán)境下靜置24 h，觀察其在自然光照下是否均勻，有無明顯分層現(xiàn)象，結(jié)果見表4。

表4 乳化劑用量對脫模劑乳液穩(wěn)定性的影響

由表4可知，乳化劑用量決定脫模劑穩(wěn)定性，當(dāng)乳化劑用量小于3%時，脫模劑不穩(wěn)定；當(dāng)乳化劑用量達(dá)到3%時，脫模劑穩(wěn)定性好，呈均勻乳液狀；繼續(xù)增加乳化劑用量，對乳液狀態(tài)沒有影響。結(jié)合經(jīng)濟(jì)性考慮，選擇3%用量的乳化劑效果最佳。

2.4 乳液稀釋倍數(shù)對脫模劑性能的影響

乳液型脫模劑可以原液使用，但通常更多情況下還是采取用水稀釋后的乳液作為脫模劑。稀釋后的乳液脫模劑可以有效地控制成膜厚度，進(jìn)一步降低成本，提高脫模劑的經(jīng)濟(jì)效益。但如果過度稀釋，則無法達(dá)到良好的脫模效果，嚴(yán)重時還會出現(xiàn)因脫模應(yīng)力過高造成的混凝土試件機(jī)械損壞、折斷等情況。因此脫模劑乳液的水稀釋倍數(shù)也存在一個最佳值。

將脫模劑用水分別稀釋1、2、3、4、5倍后，按JC/T 949—2005附錄A脫模劑脫模性能試驗(yàn)方法進(jìn)行測試，脫模性能以單位面積的混凝土粘附量計。試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 乳液稀釋倍數(shù)對脫模劑性能的影響

由表5可以看出，不同稀釋倍數(shù)的脫模劑乳液，在24 h內(nèi)均未分層，具有較好的稀釋穩(wěn)定性，隨著稀釋倍數(shù)的增大，干燥成膜時間也逐漸延長。這是因?yàn)殡S著水分的增加，延長了脫模劑的干燥時間，從而延長了成膜時間，單位面積的混凝土粘附量也隨著稀釋倍數(shù)的增加而增加。根據(jù)JC/T 949—2005《混凝土制品用脫模劑》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，合格的脫模劑單位面積的混凝土粘附量不大于5 g/m2，所以最佳的稀釋倍數(shù)為4倍。

2.5 幾種乳液脫模劑的性質(zhì)與脫模效果比較

脫模劑的脫模性能可以從混凝土粘附量以及外觀來表征。本文對比了目前市場上比較常用的幾種脫模劑：機(jī)油、乳化石蠟類和礦物油類，對幾種脫模劑的成膜性、模板銹蝕性、脫模效果和表觀氣泡等進(jìn)行了測試，結(jié)果見表6和圖1。

表6 不同種類脫模劑的綜合性能對比

從表6和圖1可以看出，機(jī)油的脫模效果最差，表面有油污，表觀氣泡較多。從對模板的腐蝕情況來看，蠟系脫模劑易造成鋼模板生銹，而油類脫模劑則不銹蝕模板。從脫模性能來看，機(jī)油和乳化石蠟類的均較差，乳化石蠟類脫模困難，機(jī)油嚴(yán)重污染混凝土表面，二者均造成混凝土表面缺陷；礦物油類的脫模性能較好，脫模后混凝土表面較光滑，有少量的油污；而自制的植物油乳液脫模性能最好，作為可再生的脫模劑，脫模力小，混凝土試件表面光滑平整，混凝土粘附量少。綜合各方面性能，自制的植物油乳液脫模劑是一種極具優(yōu)勢的綠色環(huán)保型混凝土脫模劑。

圖1 使用不同脫模劑的混凝土表觀情況

3 結(jié)語

（1）研制的植物油脫模劑為可再生綠色環(huán)保型混凝土脫模劑，無污染，使用安全。

（2）通過實(shí)驗(yàn)調(diào)整優(yōu)化，選用Span80+PEG-600復(fù)配作為乳化劑，在乳化劑用量為3%，乳化時間60 min，攪拌速度1200 r/min條件下，所制備20%植物油乳液ZR-1的貯存穩(wěn)定性最佳。

（3）采用優(yōu)化工藝制備的植物油乳液脫模劑ZR-1對鋼模不產(chǎn)生銹蝕，脫模效果好，混凝土試件表面光滑平整，混凝土粘附量小。當(dāng)稀釋至4倍時，混凝土粘附量為4.5 g/m2，符合JC/T 949—2005標(biāo)準(zhǔn)要求。

[1]留映平，周光，周小渝.高效水溶性混凝土模板脫模劑的研究[J].混凝土，2002（9）：40-41.

[2]王益民，孫曉然，毛小江.生物柴油制備混凝土制品脫模劑的研究[J].河北化工，2010（2）：20-21.

[3] 胡建明，佘斌.環(huán)保型水溶性脫模劑的研制[J].邵陽學(xué)院學(xué)報，2011（4）：60-64.

Research and application of green water-soluble releasing agent

KE Yuliang
（KZJ New Materials Group Co.Ltd.，Xiamen 361100，F(xiàn)ujian，China）

A water-soluble emulsion releasing agent was prepared by using vegetable oil and polyether glycol as raw material，with the effect of emulsifier.The influence of the kind and dosage of emulsifier，dilution ratio on the stability and mold release effect of releasing agent was investigated.The results indicate that the 20%vegetable oil emulsion can be prepared under such optimum conditions and show excellent emulsion stability，Span80 and PEG600 was used as emulsifier，the dosage of emulsifier was 3%，emulsification time was 60 minutes，stirring rate was 1200 r/min.And the releasing agent was rust resistance，mold release effect of releasing agent was best.Concrete specimen surface was smooth and concrete adherence was small.Concrete adherence was 4.5 g/m2，while emulsion was diluted 4 times，meet the standard of JC/T 949—2005"Mold Release Agent for Concrete Products".

releasing agent，vegetable oil，water-soluble，adherence

TU528.042

A

1001-702X（2015）04-0077-04

2014-09-04；

2014-10-22

柯余良，男，1982年生，福建莆田人，工程師，主要從事混凝土外加劑的研究。