菜籽油基混凝土脫模劑的制備與性能評價

孟澤彬，張賽，齊國棟，王琴

（1.山西路橋集團隰吉高速公路有限公司，山西 臨汾 101118；2.山西佳維新材料股份有限公司，山西 萬榮 044200；3.北京建筑大學土木與交通工程學院，建筑結構與環境修復功能材料北京市重點實驗室，北京 100044）

0 引言

隨著社會的不斷發展，作為建筑工程主要原材料的混凝土用量日益增加。除了性能要求外，混凝土的質量外觀也是建筑工程關注的一項重要指標，因此需要完善脫模工藝來保證混凝土外觀的完整及美觀。在實際工程中，模板自身的變形、表面的銹蝕、毛糙均會影響混凝土表面的色澤及脫模完整性，但工地使用的脫模劑質量也是導致混凝土表面質量參差不齊的根本原因?；炷帘砻尜|量不佳將直接影響混凝土結構的美觀，嚴重時還會影響混凝土內部的耐久性和質量[1]。

20 世紀20 年代，各國在混凝土施工中已經開始使用廢機油、廢柴油、滑石粉等作為脫模劑，但脫模效果一般，對模具損傷較大。我國早期也是使用廢機油作為脫模材料[2]，此類脫模劑雖然脫模效果較好，但涂覆后的干燥時間較長，極易沾污施工操作人員的衣物和污染鋼筋，混凝土硬化拆模后，構筑物的表面也常常有油斑，影響混凝土表面的美觀。更重要的是，此類脫模劑具有強揮發性，損害施工人員的身體健康，對周圍環境也有較大影響；同時且此類脫模劑具有可燃性，存在安全隱患。因此，開發綠色環保無污染的新型混凝土脫模劑是當前的迫切需求。

菜籽油屬于可再生資源，無毒、無污染、無有害物質的揮發，符合可持續發展要求[3]。與礦物油基脫模劑相比，菜籽油基脫模劑具有綠色環?？稍偕膬烖c。吳振杰和張維華[4]從環保、經濟、技術等方面論證了植物油基脫模劑相較于礦物油基脫模劑的優勢。王海軍等[5]以棕櫚油為主要原料，制備了具有良好脫膜性能的棕櫚油基脫模劑?，F有研究表明[6]，菜籽油基脫模劑在具備環保優勢的同時具有優異的脫膜性能。因此，發展綠色環保脫模劑是大勢所趨。綠色環保的植物油基脫模劑成為當前的研究熱點。但乳化劑與菜籽油的相容性對菜籽油基脫模劑的性能穩定性和脫模性能影響很大。

本文主要研究了乳化劑種類、用量、乳化溫度、攪拌速度對菜籽油基脫模劑穩定性和脫模性能的影響，旨在為環保型菜籽油基脫模劑的廣泛應用提供技術支持。

1 試 驗

1.1 原材料及主要儀器設備（見表1、表2）

表1 制備植物油基脫模劑的主要原材料

表2 主要儀器設備

1.2 菜籽油基脫模劑的制備

試驗選擇菜籽油為基礎油，乳化劑選擇Span60、Span80、TW80、OP-10、SDBS，穩定劑黃原膠用量為脫模劑乳液總質量的0.5%，防銹劑三乙醇胺用量為脫模劑乳液總質量的1%，成膜助劑聚乙二醇用量為脫模劑乳液總質量的1%。

具體制備過程如下：

（1）將稱量好的菜籽油倒入四口燒瓶中，加入少量的消泡劑，保持溫度為60 ℃，攪拌速度為800 r/min。將油性乳化劑Span60 緩慢加入到上述菜籽油中，至完全分散、體系呈暗黃色即可。

（2）將復合乳化劑和消泡劑的水溶液緩慢滴加到步驟（1）的預分散體系中，至乳液發生轉相時停止滴加。溫度和攪拌速度不變，保持15 min。

（3）將剩余的水溶性乳化劑TW80、OP-10、SDBS 緩慢滴加到步驟（2）的體系中，滴加時間為35 min，保持乳液溫度為45 ℃，攪拌速度為1200 r/min。

（4）將穩定劑、防腐劑、成膜助劑溶解在去離子水中，加入步驟（3）體系中，加完后持續攪拌15 min，即得到固含量約20%的菜籽油基脫模劑。

1.3 性能測試方法

（1）固體含量：按GB/T 8077—2000《混凝土外加劑勻質性試驗方法》進行測試。

（2）乳液穩定性

①稀釋穩定性：取稀釋到使用濃度的脫模劑稀釋液25 ml注入比色管中，在5～40 ℃環境下靜置一定時間，觀察其在自然光照下是否均勻，有無明顯分層現象。

②離心穩定性：按照JC/T 949—2005《混凝土制品用脫模劑》進行測試。

（3）干燥成膜時間：在潔凈、干燥的300 mm×150 mm 鋼板上涂刷脫模劑，涂刷量為廠家推薦的使用量，按GB/T 1728—2020《漆膜、膩子膜干燥時間測定法》進行測試。

（4）脫模性能：按JC/T 949—2005 中的附錄A 進行測試。

（5）對鋼模具銹蝕影響：將脫模劑涂刷于試驗所用鋼筋，待干燥成膜后，按GB 8076—1997《混凝土外加劑》附錄B 進行測試。

2 結果與討論

2.1 不同乳化劑組合對菜籽油基脫模劑穩定性的

影響（見表3、圖1）

每種乳化劑都有不同的HLB 值，通過對不同乳化劑的復配，可以調節乳化劑的親水親油值（HLB 值），提高乳液的乳化能力，實現最佳的乳化效果。試驗固定乳化劑用量為菜籽油質量的25%，不同乳化劑組合對菜籽油基脫模劑穩定性的影響如表3、圖1 所示。

表3 乳化劑種類及質量比對脫模劑乳液穩定性的影響

圖1 采用不同HLB 值乳化劑時脫模劑乳液的穩定性

由表3 可以看出，除2#和3#乳化劑組合外，所制備的脫模劑乳液均不穩定，出現分層，乳化效果并不好。當采用m（Span60）：m（TW80）：m（OP-10）：m（SDBS）=5.0∶（2.0～2.2）∶（2.0～2.1）∶（1.0～1.1）時，SDBS 作為陰離子表面活性劑在水中電離產生與乳液中微小油滴相同電性的電荷，在電荷間靜電斥力的作用下，可降低乳液的表面張力[7]，防止了液滴聚集，使乳液趨于穩定[8]。綜合考慮性能和成本，選擇2#為最佳乳化劑組合。

由圖1 可見，當復合乳化劑的HLB 值為8.0、9.0、9.5、9.6、9.7 時，脫模劑乳液狀態不穩定，出現分層。這是由于復合乳化劑組成配比中非離子型表面活性劑濃度高于陰離子型表面活性劑的濃度，乳液未達到所需的HLB 值。當復合乳化劑HLB 值為9.2 時，乳液中各乳化劑在界面上達到親水親油的飽和吸附。

2.2 乳化劑用量對菜籽油基脫模劑穩定性的影響

采用2#乳化劑組合，乳化劑用量分別為菜籽油質量的10%、15%、20%、25%、33%時對脫模劑乳液穩定性的影響見表4，不同乳化劑用量脫模劑乳液分別靜置15、35、55、80、83 d 后的穩定性如圖2 所示。

表4 乳化劑用量對脫模劑乳液穩定性的影響

圖2 不同乳化劑用量時脫模劑乳液的穩定性

由表4 可以看出：乳化劑用量為10%時，乳液穩定性僅能維持15 d 左右，且完全性分離；但隨著乳化劑用量的增加，乳液的穩定性隨之提高，當乳化劑用量達到25%時，乳液的長期穩定性達到了較好的效果，80 d 時脫模劑僅輕微分層，基本滿足工程要求；進一步增加乳化劑用量至33%時，乳液在83 d 時出現輕微分層，相較于用量25%時，乳化劑用量增加至33%對脫模劑乳液的長期穩定性提升不明顯。過多的乳化劑會使脫模劑產生較多的氣泡，同時隨著乳化劑的用量增加，脫模劑的成本也隨之增加。因此，綜合考慮性價比，確定脫模劑中乳化劑的最佳用量為菜籽油質量的25%。

由圖2 可見，乳化劑用量為25%、33%時的脫模劑乳液分別靜置80 d 和83 d 后基本無分層，穩定性優于乳化劑用量為10%、15%和20%的脫模劑乳液。

2.3 乳化溫度對脫模劑乳液穩定性及脫膜性能的影響

乳化溫度是影響脫模劑乳液穩定性的一個重要的參數，菜籽油基脫模劑乳液的乳化過程中涉及2 個環節的溫度：油相乳化反應溫度和水相乳化反應溫度。當乳化溫度適宜時可有效促進液滴在乳液中充分地分散，提高乳液的穩定性。表5所示為不同乳化溫度對脫模劑乳液穩定性及脫膜性能的影響。

表5 乳化溫度對脫模劑乳液穩定性及脫膜性能的影響

由表5 可見，乳化溫度對脫模劑穩定性和脫模性能影響顯著。保持油相反應溫度為60 ℃不變，提高水相反應溫度，脫模劑的離心穩定性和脫膜性能變差；保持水相反應溫度不變，提高油相反應溫度，脫模劑的離心穩定性和脫膜性能變差。當水相乳化溫度在60～80 ℃之間時，乳液的穩定性較差，離心分層，這是由于溫度上高分子間激烈的碰撞，分子間加速運動，導致膠束結構的不穩定，從而造成乳液出現破乳分層現象[9]，此時可以看到模具上粘附的混凝土較多，不符合JC/T 949—2005 標準要求；當水相乳液溫度為45 ℃時，乳液的離心穩定性最好，且混凝土脫模粘附量較小。

2.4 攪拌速度對脫模劑穩定性的影響

攪拌速度的差異將直接影響脫模劑乳液的穩定性[10]。在油相中，乳化初期由于剪切力的作用，可使油性乳化劑分散為較小的液滴，均勻分散在油相中，形成穩定的菜籽油乳液；在水相中攪拌速度過低，分子間碰撞較小，很難形成水包油的乳液，而攪拌速度過快時產生大量的氣泡且乳液易破乳。試驗保持油相乳化溫度為60 ℃，水相乳化溫度為45 ℃，攪拌速度對脫模劑穩定性的影響如表6 所示。

表6 攪拌速度對脫模劑穩定性的影響

從表6 可以看出：

（1）當油相攪拌速度為300 r/min 時，乳液的貯存時間較短，且離心穩定性最差。這是由于在油相中攪拌速度較低時，油性表面活性劑無法與菜籽油充分的混合，導致菜籽油乳液不均勻。

（2）保持油相中攪拌速度為800 r/min，當水相中攪拌速度為1200 r/min 時，脫模劑的穩定性最好；而當水相中攪拌速度提高到1400 r/min 時，脫模劑的穩定性變差。這是由于水相中攪拌速度較高時，產生大量的氣泡且乳液易破乳，導致乳液的貯存時間縮短。所以，確保脫模劑穩定性最佳的油相攪拌速度為800 r/min，水相攪拌速度為1200 r/min。

2.5 菜籽油基脫模劑的基本性能

采用上述最佳工藝參數：乳化劑組合為Span60+TW80+OP-10+SDBS[m（Span60）：m（TW80）：m（OP-10）：m（SDBS）=5.0∶2.2∶2.1∶1.1]，乳化劑用量為菜籽油質量的25%，油相乳化溫度為60 ℃、攪拌速度為800 r/min，水相乳液溫度為45 ℃、攪拌速度為1200 r/min，制備菜籽油基脫模劑，按JC/T 949—2005 對脫模劑的基本性能進行測試，結果如表7 所示。

表7 菜籽油基脫模劑的基本性能

由表7 可知，菜籽油基脫模劑的干燥成膜時間為40 min，儲存80 d 未分層且不發霉，具有良好的穩定性和防腐性，對鋼膜無銹蝕危害，混凝土粘附量為4.5 g/m2，混凝土表面光滑、無缺陷且氣孔少，各項性能均符合JC/T 949—2005 標準要求。

2.6 菜籽油基脫模劑的工程應用

將本研究制備的菜籽油基脫模劑推廣應用于隰吉高速項目9 標段。在項目工地試點進行初步推廣應用，主要用于砂漿、混凝土成型過程中的脫模，混凝土可以順利脫模、試塊棱角完整無損、表面光滑、脫膜效果良好。整體脫模效果如圖3所示。

圖3 菜籽油基混凝土脫模劑在試點工程應用中的脫模效果

本研究所制備的試點工程應用表明，菜籽油基脫模劑具有優良的砂漿、混凝土脫模效果，使用菜籽油基脫模劑后縮短了項目施工時間，提高了項目部的經濟效益，促進了項目技術成果的轉化，對推動項目技術創新具有重要意義，適合進行大面積的推廣應用。

3 結 語

（1）以菜籽油為基礎油，研究了乳化劑的復配種類組合、乳化劑用量，乳化溫度，攪拌速度對菜籽基脫膜劑穩定性和脫膜性能的影響，制備菜籽基混凝土脫模劑的最佳工藝參數為：乳化劑組合為Span60+TW80+OP-10+SDBS[m（Span60）∶m（TW80）∶m（OP-10）∶m（SDBS）=5.0∶2.2∶2.1∶1.1]，乳化劑用量為菜籽油質量的25%，油相乳化溫度為60 ℃、攪拌速度為800 r/min，水相乳液溫度為45 ℃、攪拌速度為1200 r/min。

（2）性能測試結果表明，菜籽油基脫模劑的性能符合JC/T 949—2005 標準要求。經隰吉高速項目9 標段試點工程試點工程應用表明，該脫模劑具有優良的砂漿、混凝土脫模效果，可縮短項目施工時間，經濟效益良好，適合進行大面積的推廣應用。