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纳米粒径水基微乳状液的性能与特点- 有色金属压

作者:admin 来源:未知 发表时间:2012-08-10

一、综述

乳状液是一个多相分散体系,通常是一种或一种以上物质(液体的或固体的),以微粒形状(分散相)分散在与其不相混溶的液体(连续相)之中。按照分散相(内相)和连续相(外相)组成的不同,将乳状液分为两种类型:一种是以有机物作内相,以水作外相,称为水包油型乳状液(也称水基乳状液),以O/W表示;另一种是以水作内相,以液体有机物作外相,称为油包水型乳状液(也称油基乳状液),以W/O表示。鉴于国际上大力提倡环保,目前众多科研机构均大力发展无污染或污染较小的水性产品,故本章仅就水基乳状液作阐述:

水基乳状液是指一种或一种以上不与水相混溶的液体有机物(如油和水),或固体有机物(如合成树脂和水),通过加入乳化助剂,并在热和机械力的共同作用下,使有机物呈微粒形状分散在水中的一种乳状液。水基乳状液按其制备方法和分散粒径的不同,又分为乳状液(或称普通乳状液)和微乳状液两个不同的品级。

二、微乳状液与普通乳状液的区别:

微乳状液与普通乳状液在性质上有显著的差别。微乳状液的粒径通常不超过100纳米(nm),其粒子呈球形,且分布均匀,所以粘度很低,外观呈透明或半透明状态;由于体系存在光吸收和光散射,所以产品总是带有颜色;微乳状液的界面张力极低,稳定性很高,长期贮存不会分层,甚至离心机也不会使它分层;微乳状液另一大特点是耐高低温性能好,温度达到零度时也不会凝聚析离。

普通乳状液的粒径通常在1---5微米(μm),分散度低的粒径高达20μm,并且粒子大小不均匀。普通乳状液的主要缺点有:①贮存稳定性差;②耐高低温性能差;③粘度大,粒径越大粘度越大。普通乳状液由于粒径大,不发生光散射,所以外观呈乳白色。

三、微乳状液作为脱模剂的优势:

微乳状液的研究开发起步于上世纪七十年代,八十年代逐步进入试用阶段。最先在石油开采中用于第三次采油的探索性实践,上世纪末才延伸到有色金属压铸行业,用作脱模剂。

微乳状液作为有色金属压铸脱模剂,有其独到的性能和优点。首先就其纳米级粒径所赋予的高质量成膜表面和用量少这两点来讲,就足见其优势。这里作一个量化对比,若将两份一公升体积的有机物(如合成树脂),分别制成普通乳状液和微乳状液。由于两者的粒径相差悬殊,其成膜时所铺展的面积差别也很大。这里,假设分散粒子是球形,并以单层粒子成膜,且球粒间不存在空隙。通过简单的数学计算表明,两种乳状液的成膜面积的比值,等于其粒径的反比值。具体讲,假设微乳状液的平均粒径是100nm,普通乳状液的平均粒径是3μm。计算得到,一公升体积合成树脂制成的微乳状液的成膜面积为15000m2,而普通乳状液的成膜面积仅为500m2,两者的比值是30倍,恰好是粒径的反比值(1μm=1000nm)。虽然这个理论计算结果,并不完全等同于工业实践的结果,但它毕竟提供一个量化信息,明示粒径与成膜面积的依赖关系。从球粒的平面排列可知,球径越小球粒间的空隙率越低,球粒排列越紧密,成膜质量越高,脱模效果越好。不论是单层粒子成膜,还是多层粒子成膜其规律是一样的。所以,达到同样脱模效果的前提下,微乳状液的用量明显低于普通乳状液。

脱模剂的涂膜操作中,通常都采用压力喷射雾化法进行喷涂。在模具中的深槽和转角处,普遍存在因喷涂过量而出现积油或斑纹现象。微乳状液由于粒径小,粘度小,用量少,可以最大限度减少积油或斑纹。

微乳状液不仅粒径小,呈球形,而且分布均匀,其另一个特点是成膜表面的光洁度高(或表面粗糙度低)。以100nm粒径为例,其成膜表面相当于11级光洁度。平均粒径3μm的普通乳状液只相当于6级光洁度,而且由于其粒径大小不均匀,实际光洁度低于6级。成膜表面的光洁度高低直接影响压铸件的表面质量。

微乳状液的表面张力极低,这赋予它成膜时铺展速度快,附着力好,水分蒸发速度快,可减少因滴流而出现的流纹斑痕。

四、微乳状液的检验方法:

工业实践中,最简便的检验微乳状液的方法是:将微乳状液滴加到蒸馏水中, 配制成1:500---1:1000稀释液,稍加搅拌即可进行判别。光线射入纳米级粒径稀释液中,会发生Rayleigh光散射,并且散射光强度与光波长度的四次方成反比。即波长越短散射光强度越大。所以散射光中主要是蓝色光,而透射光中主要是橙色光。因为散射光的颜色与透射光的颜色互为补色,所以在入射光的侧向观察稀释液时看到的是蓝色,在入射光方向逆光观察时看到的是橙色。这种光学现象是纳米级粒径稀释液所特有的。

五、微乳状液脱模剂产品GAEA(吉尔)系列脱模剂

启仲化工(广西)有限公司生产的GAEA(吉尔)系列产品,是专供有色金属压铸用的脱模剂,属于纳米级水基微乳状液。本产品除具有上述微乳状液所具有的性能和特点外,在配方设计上还充分考虑到压铸工艺和产品质量方面的要求,力求满足用户需求。

本产品以合成聚乙烯蜡为成膜物质,具有成膜性好、附着力大、膜面光滑、摩擦系数小、减阻效果好等特点,有利于金属液充模和降低脱模力。

本产品同时还具有以下特点:

不含石蜡,矿物油一类高产气量的成分,以利于减少压铸件中气孔的产生。

不含硅类化合物,铸模和铸件易清洗,不影响铸件的后处理和涂装。

无腐蚀性,无毒性,对人体无刺激性,不污染环境。

本产品完全适应现行的压铸工艺及设备,无须增加新设备。用户只须用自来水稀释到生产工艺需要的浓度即可使用。

微乳状液的分散度高,分散粒子的表面能大,体系的平衡稳定易受外来因素的干扰。自来水中的钙镁离子的盐析作用,会使体系的平衡受到影响。为降低稀释过程中对平衡的影响, 合理的稀释操作是,在容器中先注入计量的自来水,搅拌下将计量的微乳状液慢速加入自来水中。这样得到的稀释液可保持原有的纳米级分散粒径。不合理的稀释操作,有可能导致部分粒子凝聚,影响使用效果。

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