绿色环保型水性脱模剂的研制与应用

柯余良

（科之杰新材料集团有限公司，福建 厦门 361100）

绿色环保型水性脱模剂的研制与应用

柯余良

（科之杰新材料集团有限公司，福建 厦门 361100）

以植物油和聚醚多元醇单体为主要原料，在乳化剂作用下制备水性乳液脱模剂。初步探讨了乳化剂种类及其用量、稀释倍数等对脱模剂稳定性和脱模效果的影响。结果表明：选用Span80+PEG600复配作为乳化剂，在乳化剂用量为3%、乳化时间60 min、搅拌速度1200 r/min的条件下制备的20%植物油乳液的贮存稳定性最佳。该脱模剂对钢模不产生锈蚀，脱模效果好，混凝土试件表面光滑平整，混凝土粘附量小；当稀释倍数为4时，混凝土粘附量为4.5 g/m2，符合JC/T 949—2005《混凝土制品用脱模剂》标准要求。

脱模剂；植物油；水溶性；粘附量

0 前言

在混凝土工程施工中，混凝土构件表面经常出现蜂窝麻面、缺角、露筋等质量缺陷，其抗氧化、风化程度低。不仅影响混凝土的表观效果，严重时还会影响混凝土的内在质量及耐久性等。为解决这些问题，施工单位对混凝土表面进行二次处理，但又容易掉皮脱落，未能根本上提高混凝土的质量[1]。随着混凝土新技术、新工艺的发展，对混凝土表面的装饰效果要求越来越高。脱模剂的使用，可以减少甚至避免混凝土构件表面的上述诸多问题，提高构件表面的质量等级。

纵观国内外市场中混凝土脱模剂产品，绝大多数产品的原材料来源于机油、柴油、润滑油、石蜡、油漆等物质，而这些物质几乎都属于石油工业产品，均从属于不可再生资源的石油中制取提炼的[2]。而人类社会的发展造成混凝土脱模剂的市场需求越来越大，因而，绿色环保型脱模剂的开发研究就显得更为重要。植物油如椰子油、棕榈油等，在我国产量丰富，价格相对便宜，是一类无毒、无污染、无刺激气味的物质，因其自身的成膜润滑性，具有较好的脱模效果，并且植物油本身可以防锈，可以有效地保护模板。乳液型脱模剂因其易喷涂性、安全性，也逐渐成为脱模剂开发的一个热点[3]。乳液型脱模剂中通常不包含有机溶剂，因而不易燃，对人体和环境无危害，是环境友好型的绿色脱模剂。鉴于植物油作为脱模剂原材料的优势以及乳液型脱模剂的优点，我们考虑将植物油乳化制备植物油乳液脱模剂。采用乳化技术，不仅降低了成本，而且控制了涂覆于模板的油膜的厚度，使混凝土表面获得更好的质量等级。因此，研究用植物油制备环保型植物油基混凝土脱模剂具有重要意义。

1 实验

1.1 主要原材料及仪器设备

1.1.1 主要原材料

（1）合成用原材料

植物油，济南良丰贸易有限公司；固体石蜡，济南润辉化工有限公司；聚醚多元醇、Span-80、Span-60、Tween-80、Tween-60、OP-10、PEG-400、PEG-600、十二烷基苯磺酸钠（SDBS），江苏省海安石油化工厂；羧甲基纤维素钠，济南顺源化工有限公司；苯甲酸钠，广州市榕晟化工有限公司；防腐剂，常州市润洋化工有限公司。以上原材料均为工业级。

（2）试验材料

水泥：华润牌P·O42.5水泥，其主要性能指标见表1；砂：河砂，细度模数为2.6～2.9，含泥量小于1%；石：公称粒径5～31.5 mm连续级配碎石；水：自来水，符合JGJ 63—2006《混凝土用水标准》规定的拌合用水要求。

表1 水泥的主要性能指标

1.1.2 主要仪器设备

电炉，FD-2，厦门绿茵试剂玻仪有限公司；电子节能控温仪，ZNHW-Ⅱ型，巩义市予华仪器有限公司；增力电动搅拌器JJ-1，金坛市新航仪器有限公司；混凝土试验用搅拌机，HJW-60，无锡建仪仪器机械有限公司；电子天平，JJ1000，福州科迪电子技术有限公司；真空干燥箱，DZ系列，天津市泰斯特仪器有限公司；高速乳化机，RHG，温州富瑞康机械科技有限公司。

1.2 植物油乳液脱模剂的制备

植物油乳液脱模剂以植物油和聚醚多元醇为原料，水为分散体系，包含乳化剂、稳定剂、防锈剂、防腐剂等。具体制备步骤如下：

（1）预乳化：将称量好的植物油和聚醚多元醇倒入四口烧瓶中，开启搅拌器，缓慢地加入油溶性乳化剂，至乳化剂完全分散于植物油中。

（2）乳液形成：在高速分散搅拌下，将溶有水溶性乳化剂、稳定剂、乳化助剂的乳化水缓慢加入至预乳化体系中，直至乳液转相，维持搅拌20 min，然后加入剩余的乳化水，提高转速，搅拌30 min，最后加入防腐剂和阻锈剂，即得到植物油乳液脱模剂ZR-1。

1.3 性能测试方法

脱模剂稳定性：按GB/T 11543—2008《表面活性剂 中、高粘度乳液的特性测试及其乳化能力的评价方法》进行测试。

脱模剂施工性能：按JC/T 949—2005《混凝土制品用脱模剂》进行测试。

2 结果与讨论

2.1 不同混凝土脱模剂对工人身体健康和安全的影响

本文对比了几种常见的混凝土脱模剂，包括机油、矿物油基脱模剂、植物油基脱模剂对工人身体健康和安全的影响，结果见表2。

表2 不同混凝土脱模剂对工人身体健康和安全的影响

从表2可以看出，植物油基脱模剂对工人的身体健康和安全具有一定的优越性，当机油和矿物油脱模剂放出的挥发性物质被人体吸收后，会损害人的神经系统，而植物油基脱模剂则不会。其次，机油和矿物油基脱模剂不仅会污染工人的衣物，而且会在混凝土表面造成污染，影响下一步的施工。另外，机油和矿物油都是可燃性的，有引起爆炸的危险，而植物油乳液的可燃性很小，甚至不可燃。降低了对工人的安全威胁。

2.2 不同乳化剂对脱模剂稳定性的影响

稳定性是脱模剂乳液的一项重要指标，稳定性差的脱模剂涂覆于模板后会造成成膜厚度不均，会严重影响脱模效果，造成混凝土试件表面缺陷。

植物油乳液制备的关键在于乳化剂的选择，每种乳化剂都具有不同的亲水亲油平衡值（HLB值）。若制备稳定的乳液，要使所选的一种或多种乳化剂的HLB值尽量与被乳化的物质相等或接近，才能达到最好的效果。植物油的HLB值约为9，实验分别选择表面活性剂Span-80、Span-60、OP-10、Tween-80、Tween-60、SDBS、PEG-600等作为乳化剂，植物油含量为20%，在乳化剂用量为3%，乳化时间60 min，搅拌速度1200 r/min的条件下制得植物油乳液。取产品稀释至使用浓度的稀释液25 mL，注入比色管中，在5～40℃环境下静置24 h，观察其在自然光照下是否均匀，有无明显分层现象。不同乳化剂对乳液稳定性的影响如表3所示。

由表3可知，乳化剂的HLB值与被乳化的物质相差较多，则乳化效果较差，在乳化剂的HLB值与被测乳化的物质相近时，Span80+PEG-600的组合效果最好，乳液体系均匀，不分层；而Span60+SDBS有极少分层；其它的组合稳定性较差。这是因为阴离子表面活性剂在水中电离产生电荷，使得乳液中微小油滴带有相同的电荷，通过静电作用，防止液滴的凝聚，有利于乳液稳定。

表3 不同乳化剂对乳液稳定性的影响

2.3 乳化剂用量对脱模剂乳液稳定性的影响

当表面活性剂作为乳化剂时，其在界面上形成吸附膜的强度与表面活性剂的浓度有关，因此，足量的乳化剂才能保证较好的乳化效果。乳化剂通常采用必不可少的最低用量原则，乳化剂用量直接影响乳化效果及技术经济效益。将乳化剂Span80+PEG-600分别按植物油用量的1%、2%、3%、4%和5%加入植物油中，其它条件不变，将制备的乳液稀释至使用浓度，取稀释液25 mL注入比色管中，在5～40℃环境下静置24 h，观察其在自然光照下是否均匀，有无明显分层现象，结果见表4。

表4 乳化剂用量对脱模剂乳液稳定性的影响

由表4可知，乳化剂用量决定脱模剂稳定性，当乳化剂用量小于3%时，脱模剂不稳定；当乳化剂用量达到3%时，脱模剂稳定性好，呈均匀乳液状；继续增加乳化剂用量，对乳液状态没有影响。结合经济性考虑，选择3%用量的乳化剂效果最佳。

2.4 乳液稀释倍数对脱模剂性能的影响

乳液型脱模剂可以原液使用，但通常更多情况下还是采取用水稀释后的乳液作为脱模剂。稀释后的乳液脱模剂可以有效地控制成膜厚度，进一步降低成本，提高脱模剂的经济效益。但如果过度稀释，则无法达到良好的脱模效果，严重时还会出现因脱模应力过高造成的混凝土试件机械损坏、折断等情况。因此脱模剂乳液的水稀释倍数也存在一个最佳值。

将脱模剂用水分别稀释1、2、3、4、5倍后，按JC/T 949—2005附录A脱模剂脱模性能试验方法进行测试，脱模性能以单位面积的混凝土粘附量计。试验结果见表5。

表5 乳液稀释倍数对脱模剂性能的影响

由表5可以看出，不同稀释倍数的脱模剂乳液，在24 h内均未分层，具有较好的稀释稳定性，随着稀释倍数的增大，干燥成膜时间也逐渐延长。这是因为随着水分的增加，延长了脱模剂的干燥时间，从而延长了成膜时间，单位面积的混凝土粘附量也随着稀释倍数的增加而增加。根据JC/T 949—2005《混凝土制品用脱模剂》标准规定，合格的脱模剂单位面积的混凝土粘附量不大于5 g/m2，所以最佳的稀释倍数为4倍。

2.5 几种乳液脱模剂的性质与脱模效果比较

脱模剂的脱模性能可以从混凝土粘附量以及外观来表征。本文对比了目前市场上比较常用的几种脱模剂：机油、乳化石蜡类和矿物油类，对几种脱模剂的成膜性、模板锈蚀性、脱模效果和表观气泡等进行了测试，结果见表6和图1。

表6 不同种类脱模剂的综合性能对比

从表6和图1可以看出，机油的脱模效果最差，表面有油污，表观气泡较多。从对模板的腐蚀情况来看，蜡系脱模剂易造成钢模板生锈，而油类脱模剂则不锈蚀模板。从脱模性能来看，机油和乳化石蜡类的均较差，乳化石蜡类脱模困难，机油严重污染混凝土表面，二者均造成混凝土表面缺陷；矿物油类的脱模性能较好，脱模后混凝土表面较光滑，有少量的油污；而自制的植物油乳液脱模性能最好，作为可再生的脱模剂，脱模力小，混凝土试件表面光滑平整，混凝土粘附量少。综合各方面性能，自制的植物油乳液脱模剂是一种极具优势的绿色环保型混凝土脱模剂。

图1 使用不同脱模剂的混凝土表观情况

3 结语

（1）研制的植物油脱模剂为可再生绿色环保型混凝土脱模剂，无污染，使用安全。

（2）通过实验调整优化，选用Span80+PEG-600复配作为乳化剂，在乳化剂用量为3%，乳化时间60 min，搅拌速度1200 r/min条件下，所制备20%植物油乳液ZR-1的贮存稳定性最佳。

（3）采用优化工艺制备的植物油乳液脱模剂ZR-1对钢模不产生锈蚀，脱模效果好，混凝土试件表面光滑平整，混凝土粘附量小。当稀释至4倍时，混凝土粘附量为4.5 g/m2，符合JC/T 949—2005标准要求。

[1]留映平，周光，周小渝.高效水溶性混凝土模板脱模剂的研究[J].混凝土，2002（9）：40-41.

[2]王益民，孙晓然，毛小江.生物柴油制备混凝土制品脱模剂的研究[J].河北化工，2010（2）：20-21.

[3] 胡建明，佘斌.环保型水溶性脱模剂的研制[J].邵阳学院学报，2011（4）：60-64.

Research and application of green water-soluble releasing agent

KE Yuliang
（KZJ New Materials Group Co.Ltd.，Xiamen 361100，Fujian，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，工程师，主要从事混凝土外加剂的研究。