石膏模型脱模剂的应用研究进展*

李海艳，马 磊，张杰,2**，王照清，武玉蓉，孙成斌

(1.贵州胜威化工新材料研究院有限公司，贵州 贵阳 550016；2.贵州理工学院贵州磷石膏研究院，贵州 贵阳 550003)

石膏模型是陶瓷生产中常用的重要的辅助工具。它是半水石膏经水化、硬化形成的二水石膏，干燥后产生一定孔隙，具有吸水性和一定的强度，广泛用于陶瓷成型。在石膏模型生产中，常常使用脱模剂。脱模剂是一种用于模具和成品之间的功能性物质，是防止橡胶、塑料等弹性体和其他材料的模制品粘结到模具表面上，起到易于脱模的一类加工助剂[1-3]。

目前，国内外脱模剂种类较为繁多，合适的脱模剂能使母模与石膏模型之间形成一层膜隔，从而使模型顺利地从母模中分离出来。如果脱模剂选择不当，或不使用脱模剂，那么石膏模型就会留在母模内，母模胎型就会得到破坏。所以，选择一种脱模剂，能使母模与石膏模型相互脱离，且使石膏模型表面光滑及洁净[4-5]。

近年来，各种新型脱模剂被国内外研究学者逐渐研发出来，这既丰富了专用模具脱模剂，同时也提供了更多先进科学的脱模方式。不仅如此，更多的脱模剂正朝着针对同一模具不同使用条件下，或是在同一条件下不同类型模具情况的使用，充分考虑到耐磨性、温度条件、均匀程度等更多影响因素的方向发展，逐步完善扩充着“模具-脱模剂-使用条件”这个三维空间[6-7]。

本文总结了脱模剂分类、典型有机硅脱模剂的分子结构、脱模剂制备方法、脱模剂脱模原理、脱模剂选择依据和脱模剂的特点及使用范围，介绍了一些最新脱模剂结构，分析了脱模剂存在的一些问题，指明了脱模剂未来发展方向。

1 脱模剂的分类

目前，市场应用的脱模剂有很多种，且新型脱模剂不断开发出来。表1为脱模剂分类依据及种类。

表1 常见脱模剂的分类依据及种类

1.1 有机硅脱模剂

有机硅脱模剂是含有硅树脂的组合物，主要含有硅氧烷树脂、挥发性硅氧烷溶剂、催化剂和共溶剂。如，一种半永久性水剂型硅脱模剂[8]的结构式如式(1)。

其中，R是1～3个碳的烷基、乙烯基及烷氧基等，n是0～10000的自然数，P1和P2是硅烷醇、烷基和烷氧基等。

1.2 氟代烷基改性有机硅脱模剂

用氟代烷改性有机硅脱模剂[9]，改性后的聚硅氧烷的结构如式(2)。

其中，R1表示链烯基，R2是一价氟代烷基，q、r、s、t、u是0或正数。

1.3 低分子有机氟脱模剂

Matsuo Hitoshi (Neos公司)使用低相对分子质量的氟表面活性剂来复配脱模剂[10]，含氟表面活性剂的结构如(3)。

氟表面活性剂配合聚乙烯蜡、聚乙烯醚非离子表面活性剂、甲醇和环己烷等助剂配制而成的水溶型氟脱模剂。

1.4 氟聚合物脱模剂

氟聚合物脱模剂的聚合单体可以是以下单体[11]。

其中:Rf是4～20个碳的氟代烷基，R1是氢原子、碱金属原子、氨基或者1～5个碳原子的烷基，R2和R4是1～10个碳原子的亚烷基，R3是1～10碳原子的烷基或者氢原子等，R5是氢原子或甲基。氟聚合物相对分子质量在2000～60000。

2 脱模剂的制备

目前，市场上大多脱模剂的制备方法已经是行业内公开的秘密。本文仅对国内市场上使用范围较广的几种脱模剂进行介绍。需要根据原材料和加工工艺条件进行针对性的配制，才能制成能满足使用需求的脱模剂[12]。

2.1 钾肥皂水脱模剂

钾肥皂水脱模剂广泛应用于陶瓷生产过程中的脱模，其配方是桐油(44%～50%)、熟石灰(13%～20%)、碳酸钾(28%～32%)及松香(7%～12%)。通过在锅或加热容器内加入适量清水，烧开，加入适量比例的熟石灰，保持沸腾 0.5 h 后加入适当比例的碳酸钾，继续沸腾煎熬4～5 h；冷却后，收集上清液(第一锅水)。再向之前残留有沉淀物质的加热容器内加入同量清水，加热沸腾2～3 h 后，静止沉淀，取其上清液(第二锅水)至于另一容器内待用。分别取第一锅水与第二锅水各50%加入干净加热容器内煮沸，然后加入适量比例的松香，沸腾煎熬 20 min 后滴入适量的桐油，同时缓缓加入剩下的第一、第二锅水，持续煎熬至容器内物质成黏稠胶状物质，便可制成钾肥皂水脱模。

2.2 钠肥皂水脱模剂

钠肥皂水脱模剂使用量较少，不及钾肥皂水脱模剂，但配置方法较为简单。其配方是氢氧化钠(0.6%)、植物油(2.4%)、清水(97%)。先将植物油按照配方比例加入加热容器内烧至冒烟(注意控制油温，防油起火)，然后加入适量比例的烧碱与清水，持续加热搅拌至由稀边浓成糊状便可制成钠肥皂水脱模剂。

2.3 矿物油-植物油混合脱模剂

矿物油-植物油混合脱模剂主要用于塑料脱模剂，配制简单，无需加热，随用随配。其配方是矿物油(80%)和植物油(20%)(质量比)[13]。

2.4 软皂脱模剂

软皂脱模剂广泛应用于陶瓷石膏脱模，具有润滑、均匀、使表面光滑等效果。其配方简单，配制容易，主要成分为市场上销售的软皂(17%)和清水(83%)，配制方法是将软皂与清水按照配方比例(5∶1)称量，然后将清水加热至50～60 ℃，加入软皂搅拌至完全溶化后冷却即可。

3 脱模剂的脱模原理

脱模剂作为一种润滑剂，能够使母模与模型之间形成隔离模，在外形尺寸不变的情况下，其表面光滑的特质能够使浆体充分的流入胎型中，说明了脱模剂有着清净、密封的作用，用于保护母模和预防母模损坏。其本质就是用于相互粘着的两个物体表面，达到脱离、光滑及洁净的功能，即模型与母模的分离[14]，如图1所示。

图1 脱模示意图

4 常见脱模剂的特点及使用范围

表2是国内外常见的脱模剂，表3是常见脱模剂的特点及使用范围。

5 石膏模型脱模剂的选择

在选择脱模剂时，希望脱模剂有较大的抗拉强度、应力性能、耐热、耐化学性、耐磨损等特点，以保证模压树脂接触时不轻易磨光，也不被其化学成分溶解，还能有效和模具贴合且不影响制件的加工等操作，当然还要价格合理适中[15]。

表2 国内外常用脱模剂牌号及性能

表3 常见脱模剂的特点及使用范围

树脂胎型新技术的应用[16]之一就是无机类脱模剂，如钾皂液。这种技术不仅提高了石膏模型的质量，还保证了胎型内表面的光滑。对于表面较光滑的树脂胎型来说，为了防止黏胎情况的发生，应当选择钾皂液。相反，对于表面粗糙的胎型来说，需选用油脂类或化工产品类。因此，选择一种合适的脱模剂要依赖于不同种类的母模胎型。根据表2和表3，以皂液和腻子油两种脱模剂为例，来说明脱模剂选择应该考虑的因素。

1)皂液脱模剂的优点

皂液最大的优点是有着较薄的涂层。跟植物油相比，它不会使模型表面波纹嶙峋，同时也不会导致胚体缺陷。除此之外，皂液有着润滑隔离的作用，它与石膏反应的生成物油酸钙不溶于水，能充分填没模型的表面孔隙，这样不仅提高了模型的清洁度和硬度，还对其吃浆性能互不影响。因此，皂液在使用上简单方便且物美价廉，对脱模剂来说是一个很好的选择。

2)胰子油脱模剂的优点

胰子油，实际上就是未分离甘油的钾肥皂，它是浇注石膏模型的优良模剂之一。钾肥皂水是我国很多陶瓷厂采用的一种脱模剂。用钾肥皂水(俗称胰子油)为脱模剂，效果最好，其优点如下：

①使用方便。

②可以保证浇注出的模型表面特别光滑平整，没有棕色现象。

③可以保证母模的表面从始至终光滑耐用，使用寿命延长。

④成本非常低，可节省大量油。

⑤和其他油类脱模剂比较起来，该模型没有残留油迹的缺点。若用其他油类为脱模剂时，翻制出的模型表面有一层油模，所以在投入生产以前，必须用细砂纸将其工作表面上的油迹擦掉或者用稀碱水(含百分之二的碳酸钠水溶液)中沁湿过的毛刷或海绵仔细擦净，否则，由于油迹的存在而降低模型表面的吸水能力，但用胰子油为脱模剂时，没有这个缺点。

⑥脱模容易，能保证顺利的从母模中脱出所浇注的石膏模型[17]。

6 脱模剂现存问题及建议

经过国内各脱模剂行业相关科研机构及高等院校、企业的努力，近年来脱模剂研发专利日益增加，相关脱模剂的研发、制造、使用都有较大突破[8,18]。对于各种新型高效脱模剂的研究发展，国内的生产规模、工艺、技术及脱模剂种类都在日益完善，逐步缩小与国外先进水平的差距。但是，在高端脱模剂生产研发及应用技术方面，我们与国外先进水平仍有很大的差距,为此提出以下几点建议：

1)调整国内脱模剂产品结构。现目前，国内企业生产的脱模剂主要是以大众化的中低端产品为主，而在当前提倡环保的局势下，快速研发生产出环保型和适合二次加工性能的脱模剂产品迫在眉睫，今后国内相关产业必然走向更加高端产品。

2)国家加大对脱模剂行业的扶持，鼓励各研发机构及高校、企业研发新型高效脱模剂。国内新型脱模剂的研究研发较为滞后,能完全拥有自主知识产权及专利的脱模剂品种不多,企业研发资金较为紧张，都在一定程度上制约了脱模剂产业走向向高端高效化的发展[19]。

3)加强相关专业研发机构、高校与企业、客户的沟通，做到淘汰过时产品，研发出真正需要并具有使用价值的脱模剂；利用研发机构及高校人才资源，到实践中去服务企业与用户，做到实事求是，学以致用，解决用户根本问题。

7 结语

石膏是制作模具的主要材料，它能迅速的凝固，在制作上得到了很大的便利，所以在生产产量上比传统的更有优势。石膏的强度弱于瓦模，韧度低于纸模，精密度比不上木模，但石膏模型价格适中、品种繁多、选择面广，仍然占据着现代模具市场的主流。石膏模型脱模剂在使用性能上持久耐用，操作简单，易成型，硬度和压缩强度较好，使得在众多脱模剂中脱颖而出。在今后的发展中，它将会出现许多能满足各种需求的新型环保型的石膏模型脱模剂，同时它还会成为脱模剂行业的最优选择之一。