水溶性硅基脱模剂的制作方法

水溶性硅基脱模剂
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2020年5月14日提交的题为“water-soluble silicone-based release agent”的美国临时专利申请号63/024,737的权益，其通过引用以其整体并入本文中。


背景技术：

3.本发明通常涉及模具和铸造操作中使用的压模润滑，并且更具体地，涉及高压压铸中使用的水溶性硅酮基脱模剂。
4.高压压铸(“hpdc”)是一种众所周知的工艺，其中，熔融金属在高压和高热下被推入压铸模具的腔室。熔融金属在模具腔室中时凝固，形成具有模具腔室形状的铸造部件。铸造部件形成后，然后将其从模具腔室中排出。
5.当在模具腔室中凝固时，熔融金属可粘附在模具腔室表面。这可能会导致损坏铸造部件或模具部件。为了帮助避免这些问题，已使用压铸脱模剂来帮助确保从模具腔室中正确移除铸造部件。
6.hpdc市场主要使用水包硅酮乳液作为压铸脱模剂的主要成分。这些材料在生产高质量铸件时效率最高，对工艺的不利影响最小。然而，二次工艺(如镀铬、喷漆、粉末涂覆和粘合剂)都会遭受到可喷漆硅油的影响。可喷漆硅油如果留在铸造部件表面，将对以上提及的所有二次工艺造成问题。此外，传统的水包硅酮乳液利用疏水硅酮和表面活性剂或乳化剂来乳化水中的硅酮。这种低分子量表面活性剂或乳化剂的使用导致铸造操作中的孔隙率增加，其中脱模剂在铸造过程中被捕获在熔融金属中。需要对铸造部件的二次加工更友好的脱模剂。


技术实现要素：

7.在一些实施方案中，脱模剂包含水溶性聚合物，所述水溶性聚合物包含硅酮聚合物和亲水取代基。亲水取代基可以包括亲水聚合物。在一些实施方案中，亲水聚合物可包括聚亚烷基二醇，例如聚乙二醇或聚丙二醇。在一些实施方案中，硅酮聚合物是线性的，而在其他实施方案中硅酮聚合物是支化的。在一些实施方案中，水溶性聚合物具有约2,500da至约500,000da的分子量。在一些实施方案中，脱模剂不含表面活性剂。在一些实施方案中，脱模剂进一步包含极性溶剂，例如水。在一些实施方案中，脱模剂是微乳液。在一些实施方案中，水和水溶性聚合物以水和水溶性聚合物按体积计为约40:1至约200:1的比例存在。在一些实施方案中，脱模剂包含水溶性聚合物和水，其中水溶性聚合物包括具有亲水取代基的线性硅酮聚合物并且分子量为约2,500da至约500,000da。
8.在一些实施方案中，防止压铸部件附着到模具的方法包括：在将熔融材料注入模具之前，将包含水溶性硅酮聚合物的脱模剂施加到模具的内表面。在一些实施方案中，施加包括喷涂或喷漆。防止压铸部件附着到模具的方法可以进一步包括稀释脱模剂。在其他实施方案中，防止压铸部件附着到模具的方法包括纯施加脱模剂，即基本上不添加溶剂。防止
压铸部件附着到模具的方法可以进一步包括允许熔融材料冷却以形成固体部件。
9.在一些实施方案中，铸造部件的方法包括将包含水溶性硅酮聚合物的脱模剂涂覆到模具的内表面；并将熔融金属注入模具中。水溶性硅酮聚合物是聚二甲基硅氧烷共聚物，例如聚乙二醇或聚丙二醇。在一些实施方案中，聚二甲基硅氧烷共聚物是支化的，而在其他实施方案中聚二甲基硅氧烷共聚物是线性的。熔融金属可以在约150至约6500吨的压力下注入。在一些实施方案中，该方法可以进一步包括用溶剂例如水稀释脱模剂。该方法还可以进一步包括冷却熔融金属以形成铸件。在一些实施方案中，该方法进一步包括从模具释放铸件。在方法的一些实施方案中，聚二甲基硅氧烷共聚物选自聚二甲基硅氧烷peg-8己二酸酯、聚二甲基硅氧烷peg-8苯甲酸酯、聚二甲基硅氧烷peg-7磷酸酯、聚二甲基硅氧烷peg-10磷酸酯、聚二甲基硅氧烷peg/ppg-20/23苯甲酸酯、聚二甲基硅氧烷peg/ppg-7/4磷酸酯、聚二甲基硅氧烷peg/ppg-12/4磷酸酯、peg-3聚二甲基硅氧烷、peg-7聚二甲基硅氧烷、peg-8聚二甲基硅氧烷、peg-9聚二甲基硅氧烷、peg-10聚二甲基硅氧烷、peg-12聚二甲基硅氧烷、peg-14聚二甲基硅氧烷、peg-17聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-3/10聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-4/12聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-6/11聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-8/14聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-14/4聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-15/15聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-16/2聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-17/18聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-18/18聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-19/19聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-20/6聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-20/15聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-20/20聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-20/23聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-20/29聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-22/23聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-22/24聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-23/6聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-25/25聚二甲基硅氧烷和peg/ppg-27/27聚二甲基硅氧烷及其组合。
具体实施方式
10.本发明提供了可用于压铸，且特别是高压压铸操作的脱模剂。在一些实施方案中，脱模剂包含水溶性硅酮。在一些实施方案中，脱模剂进一步包含溶剂。在一些实施方案中，脱模剂不含表面活性剂。
11.与传统脱模剂相比，包含水溶性硅酮的本发明脱模剂更容易在铸造后从铸造部件表面清洗，且因此更适合二次加工(例如，镀铬、喷漆、粉末涂覆、粘合剂涂覆等)。传统脱模剂需要表面活性剂或其他乳化剂来与水配制硅油并且存在对所得乳液稳定性的担忧。此外，表面活性剂的使用可导致铸造操作中的孔隙率增加，其中脱模剂在铸造过程中被捕获在熔融材料中。包含水溶性硅酮的本发明的脱模剂是水溶性的，且因此提供了不需要表面活性剂来与水配制的另外的益处。本发明的脱模剂中使用水溶性硅酮聚合物也增强了回收脱模剂的能力，因为未使用的材料将易溶于水，且可重复施加。
12.在一些实施方案中，脱模剂具有足够的热稳定性，以承受镁、铝、锌和/或铅铸件的熔融合金温度。
13.水溶性硅酮
14.本发明的脱模剂可包含水溶性硅酮。任何用一个或多个亲水取代基改性以使材料溶于水的硅酮聚合物都包括在本发明的范围内。在本发明中，“水溶性”硅酮化合物是指硅酮化合物在25℃下在水中的溶解度为至少0.01g/100g水、至少0.05g/100g水、至少0.1g/100g水或至少0.2g/100g水。水溶性硅酮的实例包括聚二甲基硅氧烷共聚醇、氨端聚二甲基
14/4聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-15/15聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-16/2聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-17/18聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-18/18聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-19/19聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-20/6聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-20/15聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-20/20聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-20/23聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-20/29聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-22/23聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-22/24聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-23/6聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-25/25聚二甲基硅氧烷和peg/ppg-27/27聚二甲基硅氧烷。
30.在一些实施方案中，水溶性硅酮聚合物具有足够的热稳定性，以承受熔融合金温度，例如镁、铝、锌和/或铅铸件的熔融合金温度。
31.在一些实施方案中，水溶性硅酮是胺官能化硅酮(“氨端聚二甲基硅氧烷”)共聚醇。氨端聚二甲基硅氧烷共聚醇的一个实例是peg-7氨端聚二甲基硅氧烷。
32.在一些实施方案中，水溶性硅酮是季铵化硅酮。
33.溶剂
34.本发明的脱模剂可以包含溶剂。在一些实施方案中，脱模剂包含水。在一些实施方案中，脱模剂包含极性溶剂。可用于本发明脱模剂的极性溶剂包括但不限于水、乙酸、甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇、丙酮、乙酸乙酯、二甲基亚砜、乙腈和二甲基甲酰胺。在一些实施方案中，脱模剂包含烃溶剂。烃溶剂包括但不限于轻石油、煤油和其他低粘度烃。脱模剂可以是溶液、微乳液、乳液或其他混合物的形式。
35.脱模剂可作为浓缩物提供，其中水溶性硅酮按重量计为脱模剂组合物的约50％至约99％、约60％至约99％，约70％至约99％、约75％至约95％、约80％至约95％、约85％至约95％、约90％至约95％、约90％至约99％或约95％至约99％。
36.在一些实施方案中，可以稀释浓缩物，以使脱模剂组合物包含水溶性硅酮，其量为脱模剂组合物的约0.2至约100重量％。脱模剂浓缩物可以用水或其他亲水溶剂稀释，或者在一些实施方案中，用烃溶剂稀释。典型地，脱模剂浓缩物将用溶剂稀释，例如在施用时，例如以约1:100、约1:90、约1:80、约1:70、约1:60、约1:50、约1:40、约1:30、约1:20、约1:10、约1:1、约10:1、约20:1、约30:1、约40:1、约50:1、约60:1、约70:1、约75:1、约80:1、约90:1或约100:1份溶剂与脱模剂浓缩物的量。
37.在一些实施方案中，脱模剂组合物的粘度为约0.5cps至约1000cps、约0.9cps至约1000cps、约100cps至约1000cps或约300至900cps。在一些实施方案中，脱模剂组合物是浓缩物，其可在使用前稀释至粘度为约0.9至约900cps、约0.9至约700cps、约0.9至约500cps、约0.9至约300cps、约0.9至约100cps、约0.9至约50cps、约0.9至约25cps、约0.9至约10cps或约0.9至约5cps的组合物。
38.其他成分
39.在一些实施方案中，脱模剂组合物包含水溶性硅酮。在一些实施方案中，脱模剂组合物包含水溶性硅酮和溶剂。在一些实施方案中，脱模剂组合物基本上由水溶性硅酮和溶剂组成。在一些实施方案中，脱模剂组合物不含表面活性剂。在一些实施方案中，脱模剂组合物不含乳化剂。在一些实施方案中，脱模剂组合物不含表面活性剂和乳化剂。
40.本发明的脱模剂组合物可包含一种或多种添加剂，但包含任何添加剂是任选的。在一些实施方案中，脱模剂组合物包含一种或多种抗磨添加剂、抗氧化剂、抗泡沫添加剂、缓蚀剂、杀生物剂和极压添加剂。在一些实施方案中，添加剂总计占脱模剂组合物的约0.1
至约3重量％。在一些实施方案中，添加剂各自以脱模剂组合物的约0.1至约3重量％存在。在一些实施方案中，脱模剂组合物不含添加剂，并且基本上由水溶性硅酮聚合物和溶剂组成。
41.方法
42.本发明提供了从模具或铸模中释放部件的方法，其包括将本文所描述的脱模剂施加到模具或铸模的内表面，并将流体材料注入模具或铸模。该方法可进一步包括在压力下向模具或铸模中的流体材料施加气体。该方法可进一步包括允许流体材料固定为固体形式，并从模具或铸模释放固体形式。
43.用于形成部件的任何类型的模具或铸模均可用于本发明的方法。特别地，泡沫注射模具、塑料模具、压铸模具和高压压铸模具适合用于本方法。本方法特别适用于高压压铸模具。
44.脱模剂可包含如本文公开的水溶性硅酮。特别地，脱模剂可包含支化或线性聚二甲基硅氧烷共聚醇，其包含(即被取代)聚亚烷基二醇，例如聚乙二醇和/或聚丙二醇。例如，脱模剂可以包含聚二甲基硅氧烷peg-8己二酸酯、聚二甲基硅氧烷peg-8苯甲酸酯、聚二甲基硅氧烷peg-7磷酸酯、聚二甲基硅氧烷peg-10磷酸酯、聚二甲基硅氧烷peg/ppg-20/23苯甲酸酯、聚二甲基硅氧烷peg/ppg-7/4磷酸酯、聚二甲基硅氧烷peg/ppg-12/4磷酸酯、peg-3聚二甲基硅氧烷、peg-7聚二甲基硅氧烷、peg-8聚二甲基硅氧烷、peg-9聚二甲基硅氧烷、peg-10聚二甲基硅氧烷、peg-12聚二甲基硅氧烷、peg-14聚二甲基硅氧烷、peg-17聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-3/10聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-4/12聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-6/11聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-8/14聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-14/4聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-15/15聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-16/2聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-17/18聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-18/18聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-19/19聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-20/6聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-20/15聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-20/20聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-20/23聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-20/29聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-22/23聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-22/24聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-23/6聚二甲基硅氧烷、peg/ppg-25/25聚二甲基硅氧烷和peg/ppg-27/27聚二甲基硅氧烷及其组合。
45.脱模剂可通过任何传统方法施加到模具或铸模上，包括电喷涂施加、脉冲施加、涂刷施加、辊施加、浇注或喷涂。优选地，脱模剂可以通过喷涂施加到模具或铸模上。在一些实施方案中，脱模剂在高压下施加，例如，约60至约80psi、约60至约100psi、约60至约150psi、约60psi至约200psi、约100psi至约750psi、约200至约600psi、约300至500psi或约400至约600psi。在一些实施方案中，脱模剂在低压下施加，例如约10psi。
46.在一些实施方案中，脱模剂组合物与防焊膏(antisolder paste)或启动润滑剂组合。在一些实施方案中，脱模剂可用作柱塞润滑剂。
47.在一些实施方案中，脱模剂与溶剂一起喷涂，以将脱模剂从浓缩物稀释至最终组合物。溶剂可以是极性溶剂，且优选为水。在一些实施方案中，脱模剂用溶剂(例如水)稀释，施加时溶剂与脱模剂按体积计在约10:1至约400:1份的范围内，按体积计为约10:1至约200:1份，溶剂和脱模剂按体积计为约25:1至约150:1份，或溶剂与脱模剂按体积计为约50:1至约100:1份。
48.流体材料通常是熔融金属或金属合金，例如但不受限制地，流体材料可以是铝、
镁、锌、铅或黄铜。
49.在一些实施方案中，流体材料在高压下注入。这种高压可以在约150吨至约6500吨的范围内。在一些实施方案中，在高压下向流体材料施加气体以将流体材料推入压模。在一些实施方案中，向流体材料施加气体以喷射流体材料(例如金属)。这种气体可以是例如氮气。
50.在一些实施方案中，打开铸模或模具以暴露固体形式或部件。固体形式或部件可以从铸模或模具中释放。
51.本领域技术人员将理解，在不偏离其广泛的发明概念的情况下，可以对以上示出和描述的示例性实施方案进行更改。因此，应当理解，本发明不限于所示出和所描述的示例性实施方案，而是旨在覆盖如权利要求所限定的本发明的精神和范围内的修改。例如，示例性实施方案的特定特征可以是或可以不是所要求保护的发明的一部分，并且可以组合所公开的实施方案的各种特征。除非本文特别阐述，否则术语“一个”、“一种”和“所述”不限于一个元素，而是应视为意指“至少一个”。
52.此外，在本发明的方法不依赖于本文阐述步骤的特定顺序的情况下，步骤的特定顺序不应被解释为对权利要求的限制。针对本发明方法的任何权利要求不应限于按照所写的顺序执行其步骤，且本领域技术人员可以容易地理解，这些步骤可以变化，并且仍然保持在本发明的精神和范围内。