本发明属于脱模剂技术领域，涉及一种脱模剂及其制备方法和使用方法，尤其涉及一种水基脱模剂及其制备方法和使用方法。
背景技术
铝合金压铸，广泛应用于汽车、电子、通信等行业。脱模剂是压铸过程不可或缺的材料。目前，传统的铝合金高强度铸件一直是采用重力铸造或低压铸造生产，用这些传统的工艺制造出的汽车用铝合金发动机支架在外观呈现冷隔、凹陷、裂纹等不同程度的质量问题，而在内部往往会出现气孔、缩孔、针孔等致命的缺陷，从而严重影响了产品的性能。同时，因成品率较低，资源和能源利用率低，铝废料再生利用率不高，环境污染严重等缺陷，阻碍了汽车高速的发展。
压铸生产是一个动态热力学过程，在这个过程中型腔表面受到液态金属高压、高速、高温的冲刷。在压铸过程中，脱模剂主要起到三个方面的作用：(1)在金属液压射前，通过喷涂脱模剂，在模具表面形成隔离膜，使型腔免受金属液的直接冲刷；(2)有助于金属液进入型腔，使充型完好；(3)铸件成型后使其易于脱模。性能优良的压铸脱模剂应满足以下要求：(1)润滑性和脱模性能佳，脱模剂在高温下在金属表面形成完整均匀的润滑膜；(2)冷却和绝热性好，脱模剂具有降温和隔热作用，保持模具温度平衡，提高使用寿命；(3)热和化学稳定性高，脱模剂在使用温度范围内对模具没有腐蚀性，不积碳，使压铸件洁白光亮，不影响喷漆，电镀等后涂装工序。脱模剂可以分为油性脱模剂、水基脱模剂和粉状脱模剂。传统油性脱模剂的成本高，压铸现场环境污染严重，脱模剂悬浮性差影响其稳定性，脱模剂沉淀物和高温碳化残渣清理困难。粉末脱模剂的研究还处在不断发展的过程中。
cn106311968a公开了一种铝合金模板脱模剂及其制备方法，该发明的铝合金模板脱模剂，由如下重量份数的原料组成：聚乙烯蜡10～20份，聚乙烯醇1～5份，硅油4～9份，硼砂2～6份，滑石粉19～27份，十二烷基苯磺酸钠6～14份，十六烷基三甲基氯化铵0.2～1.3份，复配乳化剂5～10份，双氯酚0.05～0.2份，氧丙烯氧化乙烯甘油醚0.1～0.25份，缓蚀剂0.2～1.4份，水60～90份；该发明的制备方法简单，通过添加复配乳化剂、双氯酚和缓蚀剂，使得脱模剂更加安全、清洁、无污染，与传统的油基脱模剂相比，具有冷却效果好、不产生堆积、铸件表面质量好的优点，但是脱模剂的喷涂时间较长，脱模剂的厚度控制不好时不易脱模，且脱模后铸件表面易产生缺陷。
水性脱模剂以水为分散介质，到高温的环境中，水分迅速蒸发，脱模剂有效物均匀分布于模腔表面，成膜均匀、附着力强、耐高温冲刷，脱模性好，因此，近年来水性脱模剂越来越得到使用者的青睐。其中乳液状的水基压铸脱模涂料因其具有优良的高温成膜性、冷却润滑性、使用方便、保护作业环境、所得铸件表面光洁等优点，在铝合金压铸过程中应用的最为广泛。
目前，水基脱模剂主要以水、基础油和乳化剂为主要原料，辅以添加剂配制而成。其中，基础油硅油耐热性和脱模性好，但是涂装性差；有机蜡成膜性好，但在高温时易在模具表面形成积碳，压铸件和模具需要人工清理或通过清洗抛丸等工序去除积碳和改善外观。
cn108339930a公开了一种应用于铝合金压铸件的水基脱模剂，包括以下重量百分比的组分：水51.5～70.3％；三乙醇胺0.5～1％；硅油乳液14～25％；硅蜡乳液8～10％；聚乙烯蜡乳液7～12％；杀菌剂0.2～0.5％。该发明的水基脱模剂具有很好的稳定性，提高了压铸过程的成品率，但是其耐高温性能差，压铸件表面已形成积碳，稳定性有待进一步提高。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种水基脱模剂，可耐400～600℃的高温，稳定性强，脱模性好，污染少，制得的铸件气孔少且表面光洁，提高了模具的寿命。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种水基脱模剂，按重量份计，包括如下组分：
本发明中，以易被乳化、耐高温的改性有机聚硅氧烷为基础油；加入氧化聚乙烯蜡和硅蜡的复合物为乳化剂，结合了氧化聚乙烯蜡良好的分散性和润滑性以及硅蜡良好的成型性和铺展能力；加入阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂，提高了脱模剂的稳定性，加入防氧化剂和杀菌剂，提高了脱模剂的使用寿命。
具体的，所述水基脱模剂，按重量份计，包括如下组分：
改性有机聚硅氧烷20～30份，例如改性有机聚硅氧烷的重量份为20份、21份、22份、23份、24份、25份、26份、27份、28份、29份、30份。
氧化聚乙烯蜡和硅蜡的复合物10～20份，例如氧化聚乙烯蜡和硅蜡的复合物的重量份为10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份、20份。
阴离子表面活性剂1～5份，例如阴离子表面活性剂的重量份为1份、2份、3份、4份、5份。
非离子表面活性剂1～5份，例如非离子表面活性剂的重量份为1份、2份、3份、4份、5份。
防氧化剂1～5份，例如防氧化剂的重量份为1份、2份、3份、4份、5份。
杀菌剂0.1～1份，例如杀菌剂的重量份为0.1份、0.2份、0.3份、0.4份、0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份、1份。
水50～70份，例如水的重量份为50份、51份、52份、53份、54份、55份、56份、57份、58份、59份、60份、61份、62份、63份、64份、65份、66份、67份、68份、69份、70份。
本发明中，氧化聚乙烯蜡和硅蜡的复合物结合了氧化聚乙烯蜡良好的分散性和润滑性以及硅蜡良好的成型性和铺展能力，改善了整体乳化效果；所述氧化聚乙烯蜡和硅蜡的复合物中所述氧化聚乙烯蜡和所述硅蜡的质量比为(1～2):1，例如所述氧化聚乙烯蜡和所述硅蜡的质量比为1:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1、1.9:1、2:1。
对于水基脱模剂，放置或保存长时间后容易出现分层的现象，因此表面活性剂的选择及复配尤为重要。其中，所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。
优选地，所述非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧丙烯醚和山梨糖醇酐脂肪酸酯中的一种或至少两种的混合物。所述混合物典型但非限制的组合如下：所述混合物为两种非离子表面活性剂的混合物，例如脂肪醇聚氧乙烯醚和烷基酚聚氧乙烯醚的混合物，脂肪醇聚氧乙烯醚和脂肪醇聚氧丙烯醚的混合物，脂肪醇聚氧乙烯醚和山梨糖醇酐脂肪酸酯的混合物，烷基酚聚氧乙烯醚和脂肪醇聚氧丙烯醚的混合物，烷基酚聚氧乙烯醚和山梨糖醇酐脂肪酸酯的混合物，脂肪醇聚氧丙烯醚和山梨糖醇酐脂肪酸酯的混合物；所述混合物还可以为三种非离子表面活性剂的混合物，例如脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚和脂肪醇聚氧丙烯醚的混合物，脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚和山梨糖醇酐脂肪酸酯的混合物，烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧丙烯醚和山梨糖醇酐脂肪酸酯的混合物；所述混合物也可以为四种非离子表面活性剂的混合物，例如脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧丙烯醚和山梨糖醇酐脂肪酸酯的混合物。
所述防氧化剂为2,6二叔甲基对甲酚。
所述杀菌剂为防霉防腐杀菌剂。
本发明的目的之二在于提供一种水基脱模剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：按重量份计，称取20～30份的改性有机聚硅氧烷、10～20份的氧化聚乙烯蜡和硅蜡的复合物、1～5份的阴离子表面活性剂和1～5份的非离子表面活性剂，加热搅拌乳化，再加入1～5份的防氧化剂、0.1～1份的杀菌剂和50～70份的水继续搅拌，混合均匀后得到所述水基脱模剂。
其中，所述加热的温度为40～60℃，例如所述加热的温度为40℃、41℃、42℃、43℃、44℃、45℃、46℃、47℃、48℃、49℃、50℃、51℃、52℃、53℃、54℃、55℃、56℃、57℃、58℃、59℃、60℃；所述搅拌的速度为500～800r/min，例如所述搅拌的速度为500r/min、550r/min、600r/min、650r/min、700r/min、750r/min、800r/min；所述乳化的时间为10～20min，例如所述乳化的时间为10min、11min、12min、13min、14min、15min、16min、17min、18min、19min、20min。
本发明的目的之三在于提供一种水基脱模剂的使用方法，所述使用方法包括如下步骤：
1)将模具进行除杂、预热处理；
2)将所述水基脱模剂用水稀释后，喷涂于步骤1)预热后的模具表面。
步骤1)中，所述除杂过程为金属刷清理、打磨、喷砂和喷丸中的一种或至少两种的混合。
喷涂时模具温度太高，水与模具接触时雾化激烈，喷入的涂料在模具表面蒸发、反弹，无润湿效果，有效成分无法沉积到型腔表面，造成浪费；模具温度过低，水分蒸发很少，造成涂料的流淌，有效成分无法沉积，同样造成涂料的浪费；因此为了有效利用涂料，应该在涂料润湿温度的基础上优选喷涂时的模具温度。优选地，喷涂时保证喷涂时模具的温度在150～250℃的范围内，如果模具温度太高，高于250℃，会使脱模剂喷涂后形成多孔的涂层，会降低涂层的粘附性和耐久性，导致涂层易剥落；如果模具的温度太低，会使脱模剂涂层太致密，易产生涂层裂纹和气泡，降低保温绝热性能。
优选地，步骤1)中，所述预热的温度为200～300℃，例如预热的温度为200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、300℃。
优选地，步骤2)中，所述用水稀释的倍数为100～150倍，例如用水稀释100倍、110倍、120倍、130倍、140倍、150倍。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明的水基脱模剂，可耐400～600℃的高温，400℃时依旧处于稳定状态，其高温润滑能力可持续到600℃以上；其剪切稳定性好，将水基脱模剂用水稀释100倍后2000r/min的速度搅拌10min后，没有固态不溶物析出；具有良好的离心稳定性，将水基脱模剂用水稀释100倍后在3000r/min的速度离心15min后，不破乳、不分层、无沉淀产生；具有较佳室温放置稳定性，将水基脱模剂室温放置3个月以后，脱模剂没有分层现象，具有良好的室温放置稳定性。
(2)本发明的水基脱模剂，脱模性好，喷涂到模具脱模后制得的铸件气孔少且表面光洁，铸件表面没有积碳，提高了铸件的光洁度和完整性，降低了清洗工序的负担。
(3)本发明的水基脱模剂使用方便，喷涂工艺简单，喷涂时污染少，长期使用未黄变，防腐抗菌，提高了脱模剂和模具的寿命，可广泛用于铝合金等压铸金属产品的生产。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如无具体说明，本发明的各种原料均可市售购得，或根据本领域的常规方法制备得到。
实施例1
本实施例的一种水基脱模剂，按重量份计，包括如下组分：
其中，所述氧化聚乙烯蜡和硅蜡的复合物中所述氧化聚乙烯蜡和所述硅蜡的质量比为1.2:1，所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠，所述非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚和山梨糖醇酐脂肪酸酯的混合物。
本实施例的水基脱模剂通过如下步骤制备得到，按如上配比称取改性有机聚硅氧烷、氧化聚乙烯蜡和硅蜡的复合物、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂加热至45℃，750r/min搅拌乳化18min，再加入防氧化剂、杀菌剂和水继续搅拌，混合均匀后得到水基脱模剂。
将上述制得的水基脱模剂用于汽车铝合金轮毂的压铸，包括如下步骤：
1)将模具进行金属刷清理、打磨、喷砂和喷丸除杂，220℃预热处理；
2)将所述水基脱模剂用水稀释100倍后喷涂于步骤1)预热后的模具表面。
实施例2
本实施例的一种水基脱模剂，按重量份计，包括如下组分：
其中，所述氧化聚乙烯蜡和硅蜡的复合物中所述氧化聚乙烯蜡和所述硅蜡的质量比为2:1，所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠，所述非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧丙烯醚和山梨糖醇酐脂肪酸酯的混合物。
本实施例的水基脱模剂通过如下步骤制备得到，按如上配比称取改性有机聚硅氧烷、氧化聚乙烯蜡和硅蜡的复合物、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂加热至55℃，650r/min搅拌乳化12min，再加入防氧化剂、杀菌剂和水继续搅拌，混合均匀后得到水基脱模剂。
将上述制得的水基脱模剂用于汽车铝合金轮毂的压铸，包括如下步骤：
1)将模具进行金属刷清理、打磨、喷砂和喷丸除杂，260℃预热处理；
2)将所述水基脱模剂用水稀释150倍后喷涂于步骤1)预热后的模具表面。
实施例3
本实施例的一种水基脱模剂，按重量份计，包括如下组分：
其中，所述氧化聚乙烯蜡和硅蜡的复合物中所述氧化聚乙烯蜡和所述硅蜡的质量比为1.7:1，所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠，所述非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。
本实施例的水基脱模剂通过如下步骤制备得到，按如上配比称取改性有机聚硅氧烷、氧化聚乙烯蜡和硅蜡的复合物、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂加热至55℃，800r/min搅拌乳化18min，再加入防氧化剂、杀菌剂和水继续搅拌，混合均匀后得到水基脱模剂。
将上述制得的水基脱模剂用于汽车铝合金轮毂的压铸，包括如下步骤：
1)将模具进行金属刷清理、打磨、喷砂和喷丸除杂，270℃预热处理；
2)将所述水基脱模剂用水稀释130倍后喷涂于步骤1)预热后的模具表面。
实施例4
本实施例的一种水基脱模剂，按重量份计，包括如下组分：
其中，所述氧化聚乙烯蜡和硅蜡的复合物中所述氧化聚乙烯蜡和所述硅蜡的质量比为1.4:1，所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠，所述非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧丙烯醚和山梨糖醇酐脂肪酸酯的混合物。
本实施例的水基脱模剂通过如下步骤制备得到，按如上配比称取改性有机聚硅氧烷、氧化聚乙烯蜡和硅蜡的复合物、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂加热至50℃，600r/min搅拌乳化15min，再加入防氧化剂、杀菌剂和水继续搅拌，混合均匀后得到水基脱模剂。
将上述制得的水基脱模剂用于汽车铝合金轮毂的压铸，包括如下步骤：
1)将模具进行金属刷清理、打磨、喷砂和喷丸除杂，230℃预热处理；
2)将所述水基脱模剂用水稀释140倍后喷涂于步骤1)预热后的模具表面。
实施例5
本实施例的一种水基脱模剂，按重量份计，包括如下组分：
其中，所述氧化聚乙烯蜡和硅蜡的复合物中所述氧化聚乙烯蜡和所述硅蜡的质量比为1.6:1，所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠，所述非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧丙烯醚和山梨糖醇酐脂肪酸酯的混合物。
本实施例的水基脱模剂通过如下步骤制备得到，按如上配比称取改性有机聚硅氧烷、氧化聚乙烯蜡和硅蜡的复合物、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂加热至40℃，500r/min搅拌乳化20min，再加入防氧化剂、杀菌剂和水继续搅拌，混合均匀后得到水基脱模剂。
将上述制得的水基脱模剂用于汽车铝合金轮毂的压铸，包括如下步骤：
1)将模具进行金属刷清理、打磨、喷砂和喷丸除杂，200℃预热处理；
2)将所述水基脱模剂用水稀释110倍后喷涂于步骤1)预热后的模具表面。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于制备原料中基础油为硅油，其他原料及制备方法、使用方法均与实施例1的相同。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于制备原料中使用聚乙烯蜡替换氧化聚乙烯蜡和硅蜡的复合物，其他原料及制备方法、使用方法均与实施例1的相同。
对比例3
本对比例与实施例1的区别在于制备原料中未使用阴离子表面活性剂，其他原料及制备方法、使用方法均与实施例1的相同。
对比例4
本对比例与实施例1的区别在于制备原料中未使用非离子表面活性剂，其他原料及制备方法、使用方法均与实施例1的相同。
对比例5
本对比例与实施例1的区别在于制备原料中改性有机聚硅氧烷的重量份为5份，氧化聚乙烯蜡和硅蜡的复合物的重量份为1份，其他原料及制备方法、使用方法均与实施例1的相同。
对比例6
本对比例与实施例1的区别在于使用方法中未经预热处理，其他均与实施例1的相同。模具未经预热处理，脱模剂喷涂以后产生裂纹和气泡，脱模时效果不佳。
测试实施例1-5与对比例1-5制得的水基脱模剂的性能，实验结果如表1所示。
表1
本发明的水基脱模剂，可耐400～600℃的高温，400℃时依旧处于稳定状态，其高温润滑能力可持续到600℃以上，其稳定性好，喷涂到模具脱模后制得的铸件气孔少且表面光洁，铸件表面没有积碳，提高了铸件的光洁度和完整性，降低了清洗工序的负担；本发明的水基脱模剂使用方便，喷涂工艺简单，喷涂时污染少，长期使用未黄变，防腐抗菌，提高了脱模剂和模具的寿命，可广泛用于铝合金等压铸金属产品的生产。
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。