APP下载

水基橡胶模具清洗剂的研发与配方优化

2022-02-14刘明东

模具技术 2022年6期
关键词:矿物油磺酸钠清洗剂

刘明东

(上海喜赫精细化工有限公司,上海 201620)

0 引 言

橡胶制品在生产过程中,需要用到模具定型,模具在重复使用过程中会受到脱模剂、原料橡胶以及其他添加剂的污染,特别是高温加热的过程中,各种污染物会紧贴在金属模具的表面,污染物积聚较多会严重影响橡胶成品尺寸的精准度,导致成品表面出现凹凸不平,产生麻点、凹穴等缺陷[1]。

污染物在模具附着后会严重影响后续生产加工,需要对模具定期进行清洗。模具表面的主要污染物是熔化的原料橡胶、残留的脱模剂,主要成分包括氨基硅油、蜡、矿物油等[2]。为了获得一种水基模具清洗剂,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为主要成分,并复配对橡胶溶解力较强的溶剂,最终获得性能优异的水基橡胶模具清洗剂。

1 实验

1.1 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; 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;丙酮、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 mm×200 mm×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;EX202型电子天平,厦门莱斯德实验室仪器有限公司。

1.2 模拟模具的清洗实验

1.2.1 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质量m0,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后准确称量质量,记为m1。

1.2.2 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量质量,记为m2,并计算污垢清洗率

W0=[1-(m2-m0)/(m1-m0)]×100%。

(1)

1.2.3 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6 h后,取出橡胶,热风烘干后,准确称量质量,记为m4,计算橡胶溶解率

WR=[1-(m3-m4)/m3]×100%。

(2)

1.2.4 模具清洗

使用沾有各种污垢的模具,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20 min后,清水冲洗干净,热风烘干后准确称量质量,记为m6,计算模具的清洗率

W=[1-(m5-m6)/m5]×100%。

(3)

2 结果与讨论

2.1 正交实验的设计

橡胶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,一些橡胶也会在高温硫化与定型过程粘附在模具表面[3]。FMEE对氨基硅油有较强的降黏与乳化作用,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]。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分子质量小、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FMEE、 CETSA、 200#溶剂油、伯烷基磺酸钠PAS-80为模具清洗剂的主要成分,确定了正交实验因素水平如表1,按照1.2.2清洗实验测试不同组合的清洗效果,各因素的极差分析见表2, 3。

表1 正交实验因素水平表

表2 正交实验结果

表3 正交实验极差分析

2.2 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FMEE>CETSA>伯烷基磺酸钠>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,并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。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对硅油的清洗力度最大[7]。CETSA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,因此对硅油的清洗效果也较明显。伯烷基磺酸钠和200#溶剂油分散和乳化力都较弱,对硅油的清洗效果不明显。

2.3 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>CETSA>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、黏度低的直链烷烃。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#溶剂油是原油在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力度最大。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,通过乳化降低矿物油在模具表面的附着力[8],对矿物油的清洗力度也较大。FMEE和伯烷基磺酸钠对矿物油的清洗力度较小。

2.4 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CETSA>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,适用于橡胶模具定型后脱模使用,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。CETSA是专门用于乳化石蜡的乳化剂,在清洗过程中可以软化蜡斑,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]。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,使蜡质更均匀地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FMEE、 CETSA、 200#溶剂油、伯烷基磺酸钠PAS-80 4种原料的质量浓度分别为6, 5, 3, 4 g·L-1作为模具清洗剂的最佳配比。

2.5 溶剂对橡胶的溶解速率

橡胶在模具硫化定型过程中,会有少量的原料橡胶粘附在模具表面,为了更有效地清洗粘附在模具表面的橡胶,按照实验1.2.3,筛选出溶解橡胶效果较好的溶剂并应用于模具清洗,进一步提高模具的清洗效果。几种不同类型的溶剂溶解橡胶的效果见表4。

表4 不同溶剂溶解橡胶的速率

通过表4可知,酮类溶剂对橡胶溶解效果最好,丙酮6 h橡胶溶解率为56.27%,考虑到模具在高温条件下清洗效率会更高,为了适应高温清洗模具的工艺,最终选择以沸点较高的环已酮作为模具清洗剂的溶剂组分。

2.6 环己酮的用量对模具清洗效果的影响

将FMEE、 CETSA、 200#溶剂油、伯烷基磺酸钠PAS-8 4种原料分别以6, 5, 3, 4 g/L-1的质量浓度配制成模具清洗工作液,添加不同质量的环己酮,按照1.2.4试样方法,测试模具的清洗效果,分析环已酮的质量浓度对清洗效果的影响。

由图1可知,随着环己酮质量浓度增加,清洗率相应提高,当环已酮质量浓度超过3 g·L-1,清洗率提升不明显,最终确定环已酮的最佳质量浓度为3 g·L-1,根据几种原料在工作液中的质量浓度,确定了橡胶模具清洗剂的配方,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,提高了清洗剂的耐碱性,清洗剂配方见表5。

图1 环已酮的质量浓度对清洗率的影响

表5 模具清洗剂配方

2.7 模具清洗剂的应用

将模具清洗剂在苏州昆山汽车零部件公司进行生产实际应用,该公司年产汽车用减震器防尘罩400万件,模具为不锈钢材质,模具内部有大量圆环形凹槽,主要污垢为废机油、灰尘、脱模液、橡胶硫化物等。模具清洗设备为超声波清洗机,总共水洗8槽,第1、 2槽用二氯甲烷清洗,第3槽用清洗剂碱洗,清洗槽体积0.8 m3,清洗剂质量分数为2%,氢氧化钠质量分数8%,温度保持80 ℃,每隔4 h补充2 kg清洗剂与5 kg片碱。清洗后的模具各个角落无可见残留物,光亮如新,符合车间生产的要求。

3 结 论

通过正交实验和单因素实验分析发现FMEE对硅油的清洗效果最明显,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。酮类结构的溶剂对橡胶溶解速率快,其中丙酮效果最好,其次是丁酮和环已酮,环己酮沸点高,为155 ℃,适用于模具的高温清洗。最终确定的橡胶模具清洗剂配方(质量分数)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%、环已酮3%、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%。

猜你喜欢

矿物油磺酸钠清洗剂
奶粉含矿物油不必过于担心
奶粉含矿物油不必过于担心
儿童奶粉存在矿物油不能食用?
德国DREWSEN SPEZIALPAPIERE开发出新型天然矿物油防护包装纸
甲基甘氨酸二乙酸及其在清洗剂中的应用
强效浸泡型消毒除臭清洗剂的研究与开发
金属清洗剂概述
RJ-1溶剂型飞机清洗剂应用研究
注射用头孢唑林钠与丹皮酚磺酸钠注射液配伍稳定性研究
脂肪酸甲酯磺酸钠在餐具洗涤中的复配性能研究